機(jī)電工程畢業(yè)論文--三相異步電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　分 類 號(hào) </p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　學(xué) 號(hào) 0401061125 </p><p>　　題 目 三相異步電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)設(shè)計(jì) </p><p>　　

2、二〇〇九 年 五 月 十二 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p><b>　　第1章 引言</b></p>&l

3、t;p>　　第1.1節(jié) 異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)的重要意義</p><p>　　第1.2節(jié) 本文任務(wù)</p><p>　　第2章 異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)技術(shù)概述</p><p>　　第2.1節(jié) 傳統(tǒng)起動(dòng)與軟起動(dòng)</p><p>　　第2.2節(jié) 軟起動(dòng)器的簡介</p><p>　　第2.3節(jié) 軟起動(dòng)器的起動(dòng)原理<

4、/p><p>　　第2.4節(jié) 軟起動(dòng)器的工作方式</p><p>　　第2.5節(jié) 軟起動(dòng)器的適用場合</p><p>　　第3章 異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)控制策略</p><p>　　第3.1節(jié) 恒功率因素控制的原理</p><p>　　第3.2節(jié) 功率因數(shù)的檢測</p><p>　　第3.3節(jié)

5、 基于單片機(jī)功率因數(shù)的計(jì)算</p><p>　　第3.4節(jié) 基于單片機(jī)PID調(diào)節(jié)</p><p>　　第4章 硬件電路的系統(tǒng)夠成</p><p>　　第4.1 節(jié) 硬件的選擇</p><p>　　第4.2節(jié) 功率因數(shù)檢測電路</p><p>　　第4.3節(jié) 電機(jī)運(yùn)行控制電路</p><p&

6、gt;　　第4.4節(jié) 按鍵輸入與顯示電路</p><p><b>　　第5章 程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　第 5.1節(jié) 初始化參數(shù)設(shè)置</p><p>　　第 5.2節(jié) 主程序流程圖</p><p>　　第5.3節(jié) 數(shù)據(jù)處理程序流程圖</p><p>　　第5.4節(jié) 鍵盤掃描

7、程序流程圖</p><p><b>　　第6章 操作流程</b></p><p><b>　　第7章 結(jié)論</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p><

8、;b>　　摘 要</b></p><p>　　本文介紹了一種基于晶閘管調(diào)壓技術(shù)的交流異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器，以及在Intel 89C51單片機(jī)基礎(chǔ)上對(duì)其軟硬件進(jìn)行了適當(dāng)擴(kuò)展，并添加了人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)運(yùn)行的各參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和修改。借助功率因數(shù)檢測電路和軟起動(dòng)器的晶閘管調(diào)壓電路組成的閉環(huán)反饋系統(tǒng)，由單片機(jī)根據(jù)負(fù)載變化相應(yīng)地調(diào)整電機(jī)輸出電壓，使電機(jī)始終工作在設(shè)定功率因數(shù)下，從而實(shí)現(xiàn)交流異步電機(jī)的恒功

9、率因數(shù)控制，達(dá)到節(jié)能運(yùn)行的目的。</p><p>　　關(guān)鍵詞：異步電機(jī)；晶閘管；軟起動(dòng)；功率因素；單片機(jī)；節(jié)能運(yùn)行</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　This article introduced one kind presses technical based on the thyristor acce

10、nt the exchange asynchronous motor soft start.And realizes software and hardware expansion based on single-chip microcomputer Intel-89C51.A interface between human and soft-starter, where the operation data of the motor

11、could be modified has also been added. The power factor measure circuit and the soft-starter’s thyristor voltage modualtor form a close circuit feedback system, by which the single-chip microcomputer ca</p><p&

12、gt;　　Keywords：asynchronous motor；thyristor; soft start；power factor；microcontroller; energy saving operation</p><p><b>　　第1章 引言</b></p><p>　　第1.1節(jié) 異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)的重要意義</p><p>

13、;　　電動(dòng)機(jī)是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最重要的拖動(dòng)設(shè)備之一。三相異步電動(dòng)機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡單、維修容易等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)及其他生產(chǎn)當(dāng)中。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)特性中，最主要的是起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)不采取措施直接投入電網(wǎng)起動(dòng)，起動(dòng)電流過大，起動(dòng)瞬間轉(zhuǎn)矩造成的機(jī)械沖擊也會(huì)影響其本身及拖動(dòng)設(shè)備的使用壽命，過大的起動(dòng)電流還加速了電機(jī)絕緣老化。除此，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)會(huì)引起較大的電網(wǎng)壓降，影響電網(wǎng)供電和其他設(shè)備運(yùn)行。頻繁起動(dòng)電動(dòng)機(jī)的場合，還會(huì)因電機(jī)的短路、

14、缺相、過流、欠壓、堵轉(zhuǎn)等故障影響設(shè)備運(yùn)行。因此，宜采用軟起動(dòng)控制技術(shù)，改善電機(jī)的不良起動(dòng)性能，延長電機(jī)壽命，減少電網(wǎng)沖擊。采用電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)技術(shù)勢在必行。</p><p><b>　　本文任務(wù)</b></p><p>　　本文將設(shè)計(jì)一種集電機(jī)軟起動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和各種保護(hù)于一體的電子軟起動(dòng)器，以Intel89C51單片機(jī)為中心，實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)的恒功率因數(shù)控制，達(dá)

15、到節(jié)能運(yùn)行的目的。同時(shí)還添加人機(jī)界面，方便工作人員直觀的了解系統(tǒng)的工作狀態(tài)。</p><p>　　第2章 異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)技術(shù)概述</p><p>　　第2.1節(jié) 傳統(tǒng)起動(dòng)與軟起動(dòng)</p><p>　　異步電動(dòng)機(jī)的傳統(tǒng)起動(dòng)方式有全壓起動(dòng)、星三角降壓起動(dòng)和自耦變壓器降壓起動(dòng)等。全壓起動(dòng)又稱直接起動(dòng)，起動(dòng)電流大，空載情況下可達(dá)到額定電流的4-7倍，對(duì)電網(wǎng)和電氣設(shè)備沖

16、擊很大，影響電機(jī)本身及控制期間的壽命；后兩者起動(dòng)電流相對(duì)較小，但同樣存在沖擊電流，由于有切換觸點(diǎn)，控制不連續(xù)，無法從根本上解決起動(dòng)過程中給電動(dòng)機(jī)造成的沖擊，設(shè)備故障率較高，同時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩降低，起動(dòng)時(shí)間延長。</p><p>　　所謂“軟起動(dòng)”，是指按預(yù)先設(shè)定的控制模式進(jìn)行的電機(jī)降壓起動(dòng)過程。也就是說使電動(dòng)機(jī)輸入電壓從0以預(yù)設(shè)函數(shù)關(guān)系上升，直至起動(dòng)結(jié)束，賦予電機(jī)全電壓。軟起動(dòng)的主要目的是降低異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，即降

17、低電機(jī)輸入電壓，提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，延長電動(dòng)機(jī)及相關(guān)設(shè)備的使用壽命。</p><p><b>　　軟起動(dòng)器的簡介</b></p><p>　　隨著電力電子技術(shù)和單片機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，一系列電子式起動(dòng)控制設(shè)備逐漸推廣開來。</p><p>　　軟起動(dòng)器是一種集電機(jī)軟起動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和各種保護(hù)功能于一體的新型電動(dòng)機(jī)控制裝置，國外稱為Soft

18、Starter。它運(yùn)用串接于電源與被控電動(dòng)機(jī)之間，實(shí)際是一個(gè)調(diào)壓器，用于電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，輸出只改變電壓沒有改變頻率。</p><p>　　軟起動(dòng)器的控制框圖2-1</p><p><b>　　軟起動(dòng)器的起動(dòng)原理</b></p><p>　　新型的電子式軟起動(dòng)器的主電路一般都采用晶閘管調(diào)壓電路，調(diào)壓電路由六只晶閘管兩兩反向并聯(lián)組成，串接于電動(dòng)機(jī)的三

19、相供電線路上。要實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)起動(dòng)，需要控制電動(dòng)機(jī)的輸入電壓，按其某種曲線由小到大逐漸上升。這個(gè)目標(biāo)可以通過按一定時(shí)序調(diào)整六只晶閘管的導(dǎo)通角α來實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　當(dāng)加入起動(dòng)信號(hào)后系統(tǒng)軟件首先施加若干毫秒的固定延時(shí)用于系統(tǒng)自檢，然后進(jìn)行有關(guān)計(jì)算，輸出晶閘管觸發(fā)信號(hào)，通過控制晶閘管的導(dǎo)通角,使起動(dòng)器按所設(shè)計(jì)的模式調(diào)節(jié)輸出電壓,以控制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過程。當(dāng)起動(dòng)過程完成后，一般起動(dòng)器將旁路接觸器吸合，短路掉所有

20、的晶閘管主電路，使單片機(jī)控制系統(tǒng)停止工作，電動(dòng)機(jī)直接投入電網(wǎng)運(yùn)行，以避免不必要的電能損耗。 </p><p>　　第2.4節(jié) 軟起動(dòng)器的工作方式</p><p><b>　　1． 起動(dòng)方式</b></p><p><b>　　(1).限流軟起動(dòng)</b></p><p>　　主要用于輕載起動(dòng)。在起動(dòng)

21、過程中限制起動(dòng)電流不超過某一設(shè)定值(Im)，其輸出電壓從零開始迅速增長，直到其輸出電流達(dá)到預(yù)先設(shè)定的電流限值Im，然后在保持輸出電流I<Im的條件下逐漸升高電壓直到額定值，使電機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸升高，直到額定轉(zhuǎn)速。限流軟起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)電流小、對(duì)電網(wǎng)電壓影響小，且可按需要進(jìn)行調(diào)整(起動(dòng)電流的限值Im必須根據(jù)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩來設(shè)定，Im設(shè)置過小將會(huì)使起動(dòng)失敗或燒毀電機(jī))，缺點(diǎn)是在起動(dòng)時(shí)難以知道起動(dòng)壓降，不能充分利用壓降空間，損失起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，起

22、動(dòng)時(shí)間相對(duì)較長。</p><p>　　(2)電壓斜坡軟起動(dòng)</p><p>　　用于重載起動(dòng)。輸出電壓由小到大斜坡線性上升，將傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)變有級(jí)為無級(jí)。輸出電壓先迅速升至U1（電動(dòng)機(jī)起動(dòng)所需最小轉(zhuǎn)矩所對(duì)應(yīng)的電壓值），然后按設(shè)定的速率逐漸升壓，直至額定電壓。初始電壓及電壓上升率可根據(jù)負(fù)載特性調(diào)整。這種起動(dòng)方式的特點(diǎn)是起動(dòng)電流相對(duì)較大，但起動(dòng)時(shí)間相對(duì)較短。</p><p&

23、gt;<b>　　2． 停車方式</b></p><p><b>　　(1)軟停車</b></p><p>　　軟停車的過程與軟起動(dòng)的過程相反，通過緩慢降低電動(dòng)機(jī)兩端電壓，從而在停車過程中提供一個(gè)平滑遞減的輸出轉(zhuǎn)矩。</p><p><b>　　(2)自由停車</b></p><p

24、>　　直接切斷三相電網(wǎng)對(duì)電動(dòng)機(jī)的供電電壓，使電動(dòng)機(jī)在負(fù)載與摩擦作用下實(shí)現(xiàn)較快停車。</p><p>　　第2.5節(jié) 軟起動(dòng)器的適用場合</p><p>　　1.生產(chǎn)設(shè)備精密，不允許起動(dòng)沖擊，否則會(huì)造成生產(chǎn)設(shè)備和產(chǎn)品不良后果的場合。</p><p>　　2.電動(dòng)機(jī)功率較大，若直接起動(dòng)，要求主變壓器容量加大的場合。</p><p>　　3

25、.對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)要求嚴(yán)格，對(duì)壓降要求≤10％UＮ的供電系統(tǒng)。</p><p>　　4.對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求不高，可進(jìn)行空載或輕載起動(dòng)的設(shè)備。嚴(yán)格地講，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小于額定轉(zhuǎn)矩50%的拖動(dòng)系統(tǒng)才適合用軟起動(dòng)器解決起動(dòng)沖擊問題。重載或滿載只能采取變頻軟起動(dòng)，實(shí)現(xiàn)無過流軟起動(dòng)，提供1.2-2倍額定轉(zhuǎn)矩的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　5.軟起動(dòng)器的缺點(diǎn)是不能長時(shí)間應(yīng)用于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求很高的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置上。這

26、是因?yàn)殡姍C(jī)軟起動(dòng)器實(shí)際上是將自身電壓斜坡式抬升至最大值，停機(jī)過程中又逐漸下降至設(shè)定的關(guān)機(jī)水平來完成工作的。由于轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，連接電機(jī)無法一開始就達(dá)到最大轉(zhuǎn)矩，因此軟起動(dòng)器更適合于風(fēng)扇、電梯、水泵、傳送帶等輕型易起動(dòng)設(shè)備。</p><p>　　第3章 異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器控制策略</p><p>　　第3.1節(jié) 恒功率因數(shù)的控制原理</p><p>　　異步

27、電動(dòng)機(jī)通常總在全壓下運(yùn)行，電機(jī)從空載到滿載，磁場幾乎不變。因此磁化電流在所有負(fù)載上基本相同。當(dāng)電機(jī)工作在空載或輕載時(shí)功率因數(shù)很低，造成電機(jī)效率低。實(shí)際上，輕載時(shí)電動(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩并不要求電動(dòng)機(jī)工作在滿磁通的狀態(tài)，減小電動(dòng)機(jī)的主磁通，電動(dòng)機(jī)鐵芯損耗及磁化電流將減小。由于總定子電流的減小而有功損耗減小，從而電動(dòng)機(jī)效率、功率因數(shù)均得到提高。</p><p>　　由此可見，功率因數(shù)既能反映電動(dòng)機(jī)負(fù)載的變化，又能反映供電電壓波

28、動(dòng)，是一個(gè)理想的控制參數(shù)。因此，恒功率因數(shù)控制成為目前在異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能運(yùn)行技術(shù)中采用最多的控制策略。</p><p>　　恒功率因數(shù)的控制原理圖3-1</p><p>　　利用軟起動(dòng)器實(shí)現(xiàn)恒功率因數(shù)控制，就是單片機(jī)通過不斷檢測電機(jī)運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)角（cos），并與設(shè)定的功率因數(shù)角比較，根據(jù)比較結(jié)果自動(dòng)地調(diào)節(jié)軟起動(dòng)器晶閘管的導(dǎo)通角α，cos數(shù)值低表明是輕載，要降低電動(dòng)機(jī)的端電壓；cos數(shù)值高

29、表明是重載，則需升高電機(jī)的電壓。實(shí)現(xiàn)了晶閘管輸出電壓的自動(dòng)調(diào)節(jié)，使電動(dòng)機(jī)始終工作在設(shè)定的功率因數(shù)下，減少了電機(jī)輕載運(yùn)行時(shí)的損耗，提高了電機(jī)運(yùn)行效率，這是一種間接節(jié)電法。</p><p>　　第3.2節(jié) 功率因數(shù)的檢測</p><p>　　電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)與功率因數(shù)角呈簡單的余弦關(guān)系，而功率因數(shù)角可以通過測量電壓電流之間的相位差獲得。三相異步電動(dòng)機(jī)是個(gè)感性負(fù)載，在運(yùn)行中，軸上電流滯后于電壓

30、一個(gè)角度j，單片機(jī)通過計(jì)算它們過零點(diǎn)的時(shí)間差，得到相</p><p>　　差的延遲角，COSj即為功率因數(shù)。</p><p>　　電路使用同步變壓器，將電機(jī)端電壓降為同頻的低電壓信號(hào)U1；使用電流互感器將流過晶閘管的電流取出，并通過電阻轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的同頻同相位電壓信號(hào)U2。為使軟硬件得以簡化，在功率因數(shù)角的測量中對(duì)兩路信號(hào)采用過零檢測，通過雙電壓比較器LM393，將信號(hào)與微電平相比較，從而獲

31、得同頻同相位的矩形波U1’和U2’。以電壓的上升沿作為觸發(fā)脈沖的同基準(zhǔn)信號(hào)。將比較器</p><p>　　輸出的兩路矩形波信號(hào)U1’和U2’ 經(jīng)與門74LS08相與，輸出波形再同U1’ 一起送異或門74LS86,其輸出波形顯示的相位差角大小如圖3-2所示。鑒相后，輸出一組互補(bǔ)的相位信號(hào)，且輸出脈沖信號(hào)不受輸入信號(hào)幅度的影響。</p><p><b>　　圖3-2</b>

32、;</p><p>　　第3.3節(jié) 基于單片機(jī)功率因數(shù)的計(jì)算</p><p>　　將矩形波信號(hào)輸入89C51單片機(jī)的INT0口。</p><p>　　INT0 為單片機(jī)的外部中斷源，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0為單片機(jī)的內(nèi)部中斷源。先通過軟件對(duì)中斷允許寄存器IE賦值，使INT0口關(guān)中斷。因?yàn)?，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0檢測89C51的INT0口，其工作方式由寄存器TMOD來控制，其工作

33、狀態(tài)由寄存器TCON來控制。由于程序需要當(dāng)INT0腳由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0開始計(jì)時(shí)，為了消除外部干擾，須先將INT0口關(guān)中斷。</p><p>　　定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0選擇工作方式一（16位定時(shí)器），將定時(shí)器工作方式寄存器TMOD中GATE位置位，C/T位清零；將定時(shí)器控制寄存器TCON中TR0位置位；并將中斷允許寄存器IE中EX0位清零。初始化狀態(tài)確定后，通過檢測INT0 口狀態(tài)來保證定時(shí)器與相位

34、信號(hào)同步工作。當(dāng)電壓首先過零變正而電流未過零時(shí)，INT0口就會(huì)由低電平跳變?yōu)楦唠娖?，定時(shí)器0同時(shí)開始計(jì)時(shí)；當(dāng)滯后的電流也過零變正時(shí)，INT0口又由高電平跳變?yōu)榈碗娖剑〞r(shí)器0停止計(jì)時(shí)。然后，程序?qū)⒂?jì)時(shí)值送至指定單元。為提高檢測精度，又不使計(jì)時(shí)器溢出，程序連續(xù)紀(jì)錄4個(gè)周期矩形波的時(shí)間，算得平均值作為檢測值t。由于異步電機(jī)是在工頻（50Hz）下工作，單片機(jī)的晶振頻率也可知，那么就可以求出電壓或電流一個(gè)變化周期所對(duì)應(yīng)的定時(shí)器的計(jì)時(shí)值T。由 可

35、知，t由單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)時(shí)獲得。而cos可通過事先在單片機(jī)內(nèi)輸入與cos相對(duì)應(yīng)的數(shù)表，從而查詢?nèi)〉谩?lt;/p><p>　　第3.4節(jié) 基于單片機(jī)的PID調(diào)節(jié)</p><p>　　單片機(jī)算出cos的值后送LED數(shù)碼管顯示，同時(shí)與系統(tǒng)給定的功率因數(shù)值相比較，其差值進(jìn)行閉環(huán)PID調(diào)節(jié)，從而保證系統(tǒng)在恒功率因數(shù)下運(yùn)行。</p><p>　　檢測到的功率因數(shù)經(jīng)與設(shè)定

36、值進(jìn)行比較后得到偏差量；由PID算式算出晶閘管的控制角，再換算成相應(yīng)的控制電壓，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器和運(yùn)算放大器后送到智能電機(jī)控制模塊。根據(jù)控制電壓0-10V的大小，智能電機(jī)控制模塊可以相應(yīng)地使晶閘管導(dǎo)通角α在0-180º之間調(diào)整，通過調(diào)節(jié)電機(jī)電壓，達(dá)到根據(jù)負(fù)載調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。</p><p>　　在模擬系統(tǒng)中，PID算法的表達(dá)式為：</p><p>　　其中，P(t)為調(diào)節(jié)器的輸

37、出信號(hào)，e(t)為調(diào)節(jié)器的偏差信號(hào)，KP、TI、TD分別為調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間。</p><p>　　由于計(jì)算機(jī)控制是一種采樣控制，只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值來計(jì)算控制量，因此在機(jī)算機(jī)控制系統(tǒng)中，必須進(jìn)行離散化處理，用數(shù)字形式的差分方程代替連續(xù)系統(tǒng)的微分方程，將積分項(xiàng)和微分項(xiàng)用求和及增量式表示。</p><p>　　鑒于電機(jī)運(yùn)行控制電路以晶閘管作為執(zhí)行部件，因此應(yīng)當(dāng)采取位置型

38、PID算法，寫出第k次采樣時(shí)PID的輸出表達(dá)式：</p><p>　　其中，，為積分系數(shù)；，為微分系數(shù)；T為系統(tǒng)采樣周期。</p><p>　　第4章 硬件電路的系統(tǒng)夠成</p><p>　　第4.1 節(jié) 硬件的選擇</p><p>　　第4.2節(jié) 功率因數(shù)檢測電路</p><p>　　系統(tǒng)主要使用了8位的In

39、tel 89C51單片機(jī)、雙電壓比較器LM393來進(jìn)行功率因數(shù)的檢測]。電機(jī)端電壓和線電流通過同步變壓器和電流互感器轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)后，通過雙電壓比較器LM393獲得兩路矩形波。經(jīng)與門、異或門后，與功率因數(shù)角對(duì)應(yīng)的矩形波即送89C51單片機(jī)的INT0口，由單片機(jī)通過定時(shí)器0記錄矩形波的時(shí)間，計(jì)算功率因數(shù)角，從而得到功率因數(shù)的值。（圖4-1）</p><p>　　第4.3節(jié) 電機(jī)運(yùn)行控制電路</p>

40、<p>　　根據(jù)檢測到的功率因數(shù)與設(shè)定值的偏差量， 89C51單片機(jī)通過PID算式給出一控制電壓，經(jīng)過8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832和運(yùn)算放大器送至智能電機(jī)控制模塊，DAC0832采取單極性輸出。智能電機(jī)控制模塊的控制電壓大小為0-10V，對(duì)應(yīng)晶閘管導(dǎo)通角α的0-180º，各輸出端接異步電機(jī)的三相。（圖4-1）</p><p>　　第4.4節(jié) 按鍵輸入與顯示電路</p><

41、p>　　系統(tǒng)的人機(jī)對(duì)話界面配有4位LED共陰極數(shù)碼管顯示器和的矩陣式鍵盤，上電或復(fù)位時(shí)起動(dòng)并自檢。鍵盤上8個(gè)按鍵的功能與名稱分別為電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)（RUN）、停車(STOP)、設(shè)置(SET)、復(fù)位(RESET)、上調(diào)(▲)、下調(diào)(▼)、節(jié)能運(yùn)行(SAVE)以及確定(OK)，電機(jī)運(yùn)行各參數(shù)的設(shè)定與顯示均通過這個(gè)界面完成。為兼顧鍵盤和顯示，系統(tǒng)使用可編程并行擴(kuò)展I/O接口芯片8155與單片機(jī)進(jìn)行連接。8155的PA口提供字符的段選碼，PB

42、口提供字符的位選碼及輸出鍵盤的列掃描線，PC0和PC1則提供鍵盤的行輸入。（圖4-2）</p><p><b>　　圖4-1</b></p><p><b>　　圖4-2</b></p><p><b>　　程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　第5.1節(jié) 初始化參數(shù)設(shè)置&l

43、t;/p><p>　　鍵盤和顯示是系統(tǒng)的核心部分。作為人機(jī)對(duì)話的界面，系統(tǒng)用了8個(gè)按鍵和4個(gè)LED顯示器完成各種起動(dòng)方式及運(yùn)行參數(shù)的設(shè)定與修改，單片機(jī)軟件采用C51語言編程，編程效率高、代碼易維護(hù)。</p><p>　　本系統(tǒng)共設(shè)計(jì)了3種起動(dòng)方式及2種停車方式，可由智能電機(jī)控制模塊完成。分別為全壓起動(dòng)、電壓斜坡起動(dòng)、限流起動(dòng)；軟停車和自由停車。其在數(shù)碼管上的顯示代碼分別為1、2、3；4（將軟停

44、車的停車時(shí)間設(shè)為0，即為自由停車）。</p><p>　　運(yùn)行參數(shù)包括給定電壓US 可供用戶選擇的電壓為80-300V；起動(dòng)時(shí)間、停車時(shí)間TS 可供用戶設(shè)定的時(shí)間為1-90S；電流限值Im由用戶根據(jù)實(shí)際負(fù)載大小自己設(shè)定；額定功率因數(shù)cos等。</p><p><b>　　主程序流程圖</b></p><p>　　初始化程序指對(duì)有關(guān)單元賦初值，處

45、理軟起動(dòng)時(shí)間的設(shè)定，確定標(biāo)準(zhǔn)功率因數(shù)角的數(shù)值。該過程皆在智能電機(jī)模塊中設(shè)定。</p><p><b>　　主程序流程圖5-1</b></p><p><b>　　數(shù)據(jù)處理程序流程圖</b></p><p>　　數(shù)據(jù)處理程序采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，與設(shè)定值比較并進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，控制晶閘管的導(dǎo)通角，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)壓，對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控

46、制，使其運(yùn)行于高效率狀態(tài)。為了避免系統(tǒng)的頻繁調(diào)節(jié)，在程序中設(shè)定只要誤差小于一定的常數(shù)值就不再調(diào)節(jié)。</p><p><b>　　鍵盤掃描程序流程圖</b></p><p>　　矩陣式鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上。行、列線分別接到按鍵開關(guān)的兩端，行線通過上拉電阻接到+5V電源上。無鍵按下時(shí)行線處于高電平狀態(tài)，而當(dāng)有鍵按下時(shí)，行、列線將導(dǎo)通，行線電平狀態(tài)

47、將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。</p><p>　　單片機(jī)對(duì)鍵盤的控制為程序控制掃描方式。通過程序，控制單片機(jī)在空閑時(shí)調(diào)用鍵盤掃描子程序，并反復(fù)掃描鍵盤，直到用戶從鍵盤上輸入命令或數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　操作流程</b></p><p>　?。?）單片機(jī)上電或復(fù)位后，鍵盤和數(shù)碼管顯示起動(dòng)。</p><p>

48、　?。?）按設(shè)置(SET)鍵數(shù)次，選擇需要設(shè)定的起動(dòng)、停車方式和運(yùn)行參數(shù)。</p><p>　?。?）各運(yùn)行參數(shù)在數(shù)碼管上顯示時(shí)即被選中，再按上調(diào)(▲)或下調(diào)(▼)鍵則調(diào)整參數(shù)數(shù)值，數(shù)碼管同步顯示。</p><p>　?。?）參數(shù)調(diào)整完畢后，按確認(rèn)(OK)鍵，存儲(chǔ)運(yùn)行參數(shù)。此后如不作修改，則始終按當(dāng)前參數(shù)運(yùn)行，關(guān)機(jī)與掉電情況下也不會(huì)丟失。需要重新設(shè)定時(shí)，須按復(fù)位(RESET)鍵將各參數(shù)清零

49、，再重復(fù)上述操作。</p><p>　　（5）運(yùn)行參數(shù)儲(chǔ)存后，按起動(dòng)（RUN）鍵，電機(jī)則根據(jù)設(shè)定的方式與參數(shù)開始軟起動(dòng)；</p><p>　　（6）電機(jī)完成軟起動(dòng)過程，進(jìn)入平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)后，按下節(jié)能運(yùn)行(SAVE)鍵，即進(jìn)入節(jié)能運(yùn)行狀態(tài)。數(shù)碼管此時(shí)能動(dòng)態(tài)顯示電機(jī)的實(shí)際功率因數(shù)，單片機(jī)則進(jìn)入恒功率因數(shù)控制；</p><p>　?。?）電機(jī)進(jìn)入平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)后，按停車(STOP)鍵

50、，則根據(jù)設(shè)定的方式與參數(shù)停車。軟停車的停車時(shí)間設(shè)為0時(shí)，電機(jī)即為自由停車。</p><p><b>　　第7章 結(jié)論</b></p><p>　　本文在交流異步電機(jī)軟起動(dòng)器的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了恒功率因數(shù)控制，從而提高了電機(jī)效率，使節(jié)能運(yùn)行成為可能。系統(tǒng)還添加了用于各參數(shù)設(shè)定與修改的人機(jī)界面，這是一般以單片機(jī)為控制核心的軟起動(dòng)器所不能比擬的。整個(gè)電路簡單緊湊，安裝、維護(hù)和使

51、用都十分方便，控制精確、性能穩(wěn)定，成本也較低廉。</p><p>　　當(dāng)電機(jī)為空載或輕載時(shí)節(jié)能效果顯著，特別適用于短時(shí)滿載或長時(shí)間空載的負(fù)載。但其最大的缺點(diǎn)是由于采取晶閘管移相控制，對(duì)電機(jī)和電網(wǎng)都存在諧波干擾。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ) 許建國主編 高等教育出版社 2

52、004-8</p><p>　　[2]單片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)教程 祁偉主編 北京航空航天大學(xué)出版社 2007-3 </p><p>　　[3]電力電子技術(shù) 西安交通大學(xué) 王兆安 黃俊主編 2007-6</p><p>　　[4]單片機(jī)在交流電機(jī)軟起動(dòng)器中的應(yīng)用 戴廣成 韓兵 2002-7-24</p><p>　　

53、[5]基于DSP的三相異步電機(jī)軟起動(dòng)控制器 王毅 徐殿國 《中小型電機(jī)》2001-6-28</p><p>　　[6]電動(dòng)機(jī)節(jié)能控制的研究 趙金憲，付家才 2002-10</p><p>　　[7]交流異步電機(jī)軟起動(dòng)及優(yōu)化節(jié)能控制技術(shù)研究 徐甫榮 崔力《電氣傳動(dòng)自動(dòng)化》