异步电机软起动器研究
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摘要
电动机直接合闸起动时，起动瞬时的冲击电流可达电机额定电流的4～8倍，这将对电网造成很大的冲击，直接影响电网中其它用电设备的正常工作；另外起动时的冲击转矩也将近是额定转矩的两倍，这会影响电动机本身及其拖动设备的使用寿命。因此控制异步电机起动过程中过大的电流，具有较重要的经济价值。本课题正是基于此目的，对三相鼠笼式异步电动机软起动器进行了研究。
本文首先介绍了电机软起动技术在国内外的发展状况及前景，对电动机的起动过程进行了理论分析，然后在综合比较各种起动方式特点的基础上，提出了软起动方法，并详细介绍了其工作原理、主电路设计。
其次介绍了软起动器的硬件设计，包括主电路、控制电路、电源电路以及电流检测电路的分析与设计；并介绍了控制系统的软件设计，包括主程序、同步信号中断服务程序、触发驱动信号中断服务程序、相序检测子程序、软起动算法子程序以及键盘显示程序的实现，并对部分软件模块给出了程序流程图。
最后应用MATLAB中的SIMULINK和POWER SYSTEM工具箱搭建了异步电动机在两相坐标系上的仿真模型，并搭建了基于交流调压方式软起动器系统的仿真模型。应用所建的仿真模型对异步电动机直接起动与软起动的过程进行了计算机仿真，对仿真结果进行了比较和分析，仿真结果表明该软起动器系统可以有效地减小异步电动机起动时对电网的冲击。并进一步对控制系统进行了部分调试实验。
When AC motors start directly with full voltages, the current mayreach the magnitude as much as four-eight times of the rated current, whichmakes power system impactive and affect other apparatus on the same powernetwork. Moreover, the starting torque is twice as much as the rated torqueapproximately, therefore its load performance will be decreased as well.We control current in the start, have more importance of economy value.Based on these purposees, this dissertation does research on squirrel-cageAC asynchronous motor.
Firstly, this thesis introduces the development of AC motor softstarter and gives an expatiation of the start on the operation principle.Then, on thebase of analysis and compare, it brings one way to accomplishthe motor soft starting, as well as the operation principle, the maincircuit design.
Secondly, the hardware design and analysis of the soft-starter areintroduced, including the main circuit, control circuit, power circuit anddetect current circuit and discussed the software design of controlsystem.Including main program, synchronization signal interruptedsubroutine, drive signal interrupted subroutine, phase sequence detectionsubroutine, method subroutine and Key display subroutine. It also givesprogram flow charts.
At the end of this dissertation, a model of soft starter system basedon voltage regulating is established and simulated with SIMULINK and POWERSYSTEM in MATLAB. The results of the simulation show that the system canreduce the high stating current as asynchronous motors start up directly
本文首先介绍了电机软起动技术在国内外的发展状况及前景，对电动机的起动过程进行了理论分析，然后在综合比较各种起动方式特点的基础上，提出了软起动方法，并详细介绍了其工作原理、主电路设计。
其次介绍了软起动器的硬件设计，包括主电路、控制电路、电源电路以及电流检测电路的分析与设计；并介绍了控制系统的软件设计，包括主程序、同步信号中断服务程序、触发驱动信号中断服务程序、相序检测子程序、软起动算法子程序以及键盘显示程序的实现，并对部分软件模块给出了程序流程图。
最后应用MATLAB中的SIMULINK和POWER SYSTEM工具箱搭建了异步电动机在两相坐标系上的仿真模型，并搭建了基于交流调压方式软起动器系统的仿真模型。应用所建的仿真模型对异步电动机直接起动与软起动的过程进行了计算机仿真，对仿真结果进行了比较和分析，仿真结果表明该软起动器系统可以有效地减小异步电动机起动时对电网的冲击。并进一步对控制系统进行了部分调试实验。
When AC motors start directly with full voltages, the current mayreach the magnitude as much as four-eight times of the rated current, whichmakes power system impactive and affect other apparatus on the same powernetwork. Moreover, the starting torque is twice as much as the rated torqueapproximately, therefore its load performance will be decreased as well.We control current in the start, have more importance of economy value.Based on these purposees, this dissertation does research on squirrel-cageAC asynchronous motor.
Firstly, this thesis introduces the development of AC motor softstarter and gives an expatiation of the start on the operation principle.Then, on thebase of analysis and compare, it brings one way to accomplishthe motor soft starting, as well as the operation principle, the maincircuit design.
Secondly, the hardware design and analysis of the soft-starter areintroduced, including the main circuit, control circuit, power circuit anddetect current circuit and discussed the software design of controlsystem.Including main program, synchronization signal interruptedsubroutine, drive signal interrupted subroutine, phase sequence detectionsubroutine, method subroutine and Key display subroutine. It also givesprogram flow charts.
At the end of this dissertation, a model of soft starter system basedon voltage regulating is established and simulated with SIMULINK and POWERSYSTEM in MATLAB. The results of the simulation show that the system canreduce the high stating current as asynchronous motors start up directly
引文
1 刘锦波，张承慧等编著．电机与拖动．第一版．清华大学出版社．2006
2 李晓钢．异步电动机晶闸管软起动器的应用探讨．企业技术开发．2006(8)
3 徐甫荣．交流异步电动机软起动技术．国家电力公司热工研究院
4 黄俊，王兆安编．电力电子变流技术．第三版．机械工业出版社．2001
5 上海电器科学研究所．实用电子元器件手册．上海科学出版社．1998
6 徐爱卿著．Intel 16位单片机．北京航空航天出版社．2001
7 李湘林，刘建良．80C196KC单片机高速输入通道的中断特点．工业控制计算机．1999(3)
8 李旭妍，潘宏侠．CAN总线在80C196KC单片机系统中的应用．机械工程与自动化．2007(1)
9 王栋，刘利．一种基于单片机的相序检测及电机缺相保护方法．西安西普电力电子有限公司
10 蔡美琴，张为民等．MCS-51系列单片机系统及其应用．高等教育出版社．2004
11 何立民著．MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口设计．北京航空航天大学出版社．1990
12 顾生杰著．异步电动机SIMULINK建模与仿真．兰州铁道学院学报(自然科学版)．2003
13 付扬著．笼型异步电机的建模及SIMULINK仿真．抚顺石油学院学报．2000
15 罗振中，朱建林，潭平安，兰志勇著．基于SIMULINK基本元件的鼠笼式异步电机仿真研究．湘潭大学自然科学学报．2004
16 季正东，雷建军，顾德英著．基于SIMULINK的异步电机的建模与仿真．电气传动自动化．2003(3)
17 陈坚著．交流电机数学模型及调速系统．国防工业出版社．1989
18 贺益康著．交流电机的计算机仿真．科学出版社．1990
19 陈伯时著．电力拖动自动控制系统．第二版．机械工业出版社
20 赵辉，王红君著．基于INTEL8097BH十六位单片机的交流电动机软起动器设计．天津理工学院学报
21 邓勇，谢运祥，卢柱强著．用单片机控制的智能型软起动器．伺服技术
22 王贺明，哈剑波著．可控整流中晶闸管参数的选择及其应用．河北软件职业 技术学院学报．2005(7)
23 刘国林，五世红，林树兴著．交流电机软起动装置中管压降信号的应用．电气传动．1997(3)
24 张祖昌著．一种单片机控制的三相全控桥可控硅整流器的触发电路．闽江学院报．2003(5)
25 M .Popesgu D. Micu, Analysis of a Voltage Regulator for a Two Phase Induction Motor Drive, Research Institute for Electrical Machines
26 S.L. Ho W.N. Fu H.C. Wong, Direct Modeling of the Starting Process of Skewed Rotor Induction Motor Using a Multi_Slice Technique, IEEE TRANSACTIONS ON ENERGY CONVERSION, 1999 (4)
27 成开友著．基于单片机的电机保护与软起动控制．电子科技大学学报．2003(2)
28 杨秀双著．程序判别三相电压相序错误的方法．工业仪表与自动化装置．1999
29 于小亿著．异步电动机软起动控制研究．硕士学位论文．2002
30 扬定安，罗海天，雷晓平著．单片机控制系统中软件抗干扰措施．佛山科学技术学院学报(自然科学版)．2001(2)
31 张士钱著．单片机系统软件抗干扰措施的分析．龙岩学院报．2005(6)
32 张继辉著．浅谈单片机系统常用的软件抗干扰措施．通讯和计算机．2006(2)
33 俞海珍，冯浩著．电磁兼容技术及其在PCB设计中的应用．电子机械工程．2004(2)
34 林成武，刘焕生著．电力电子装置的电磁兼容性和电磁干扰．沈阳工业大学学报．1997(1)
35 章彬宏，王琳著．开关电源的电磁干扰及抑制措施．江苏电器．2003(6)
36 李建英，张志文著．基于Intel 80C196KC的异步电动机软起动器．《中小型电机》．2005(32)
37 Gurkan Zenginobuz ,Performance Optimization of Induction Motors During Voltage-Controlled Soft Starting, IEEE TRANSACTIONS ON ENERGY CONVERSION
38 苏行，胡长生，张仲超著．单片机控制的电子软起动器研究．机电工程．2004(6)
40 林国艳．异步电机软起动器的研究．大连理工大学硕士学位论文．2006
41 苏行．电子软起动器的研究．浙江大学硕士学位论文．2004
42 戴茵茵．基于单片机的软起动器的研究和设计．东南大学硕士学位论文．南京．2004
43 R.M. HAMOUDA A.I. ALOLAH, A COMPARATIVE STUDY ON THE STARTING METHODS OF THREE PHASE WOUND ROTOR INDUCTION MOTORS_PART Ⅰ, IEEE TRANSACTIONS ON ENERGY CONVERSION, 1999 (4)
44 Owen T. Tan, Sr Gerardus C. Paap Mahadev S.Kolluru, THYRISTOR_CONTROLLED VOLTAGE REGULATORS FOR CRITICAL INDUCTION MOTOR LODAS DURING VOLTAGE DISTURBANCES, IEEE TRANSACTIONS ON ENERGY CONVERSION, 1993 (1)
2 李晓钢．异步电动机晶闸管软起动器的应用探讨．企业技术开发．2006(8)
3 徐甫荣．交流异步电动机软起动技术．国家电力公司热工研究院
4 黄俊，王兆安编．电力电子变流技术．第三版．机械工业出版社．2001
5 上海电器科学研究所．实用电子元器件手册．上海科学出版社．1998
6 徐爱卿著．Intel 16位单片机．北京航空航天出版社．2001
7 李湘林，刘建良．80C196KC单片机高速输入通道的中断特点．工业控制计算机．1999(3)
8 李旭妍，潘宏侠．CAN总线在80C196KC单片机系统中的应用．机械工程与自动化．2007(1)
9 王栋，刘利．一种基于单片机的相序检测及电机缺相保护方法．西安西普电力电子有限公司
10 蔡美琴，张为民等．MCS-51系列单片机系统及其应用．高等教育出版社．2004
11 何立民著．MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口设计．北京航空航天大学出版社．1990
12 顾生杰著．异步电动机SIMULINK建模与仿真．兰州铁道学院学报(自然科学版)．2003
13 付扬著．笼型异步电机的建模及SIMULINK仿真．抚顺石油学院学报．2000
15 罗振中，朱建林，潭平安，兰志勇著．基于SIMULINK基本元件的鼠笼式异步电机仿真研究．湘潭大学自然科学学报．2004
16 季正东，雷建军，顾德英著．基于SIMULINK的异步电机的建模与仿真．电气传动自动化．2003(3)
17 陈坚著．交流电机数学模型及调速系统．国防工业出版社．1989
18 贺益康著．交流电机的计算机仿真．科学出版社．1990
19 陈伯时著．电力拖动自动控制系统．第二版．机械工业出版社
20 赵辉，王红君著．基于INTEL8097BH十六位单片机的交流电动机软起动器设计．天津理工学院学报
21 邓勇，谢运祥，卢柱强著．用单片机控制的智能型软起动器．伺服技术
22 王贺明，哈剑波著．可控整流中晶闸管参数的选择及其应用．河北软件职业 技术学院学报．2005(7)
23 刘国林，五世红，林树兴著．交流电机软起动装置中管压降信号的应用．电气传动．1997(3)
24 张祖昌著．一种单片机控制的三相全控桥可控硅整流器的触发电路．闽江学院报．2003(5)
25 M .Popesgu D. Micu, Analysis of a Voltage Regulator for a Two Phase Induction Motor Drive, Research Institute for Electrical Machines
26 S.L. Ho W.N. Fu H.C. Wong, Direct Modeling of the Starting Process of Skewed Rotor Induction Motor Using a Multi_Slice Technique, IEEE TRANSACTIONS ON ENERGY CONVERSION, 1999 (4)
27 成开友著．基于单片机的电机保护与软起动控制．电子科技大学学报．2003(2)
28 杨秀双著．程序判别三相电压相序错误的方法．工业仪表与自动化装置．1999
29 于小亿著．异步电动机软起动控制研究．硕士学位论文．2002
30 扬定安，罗海天，雷晓平著．单片机控制系统中软件抗干扰措施．佛山科学技术学院学报(自然科学版)．2001(2)
31 张士钱著．单片机系统软件抗干扰措施的分析．龙岩学院报．2005(6)
32 张继辉著．浅谈单片机系统常用的软件抗干扰措施．通讯和计算机．2006(2)
33 俞海珍，冯浩著．电磁兼容技术及其在PCB设计中的应用．电子机械工程．2004(2)
34 林成武，刘焕生著．电力电子装置的电磁兼容性和电磁干扰．沈阳工业大学学报．1997(1)
35 章彬宏，王琳著．开关电源的电磁干扰及抑制措施．江苏电器．2003(6)
36 李建英，张志文著．基于Intel 80C196KC的异步电动机软起动器．《中小型电机》．2005(32)
37 Gurkan Zenginobuz ,Performance Optimization of Induction Motors During Voltage-Controlled Soft Starting, IEEE TRANSACTIONS ON ENERGY CONVERSION
38 苏行，胡长生，张仲超著．单片机控制的电子软起动器研究．机电工程．2004(6)
40 林国艳．异步电机软起动器的研究．大连理工大学硕士学位论文．2006
41 苏行．电子软起动器的研究．浙江大学硕士学位论文．2004
42 戴茵茵．基于单片机的软起动器的研究和设计．东南大学硕士学位论文．南京．2004
43 R.M. HAMOUDA A.I. ALOLAH, A COMPARATIVE STUDY ON THE STARTING METHODS OF THREE PHASE WOUND ROTOR INDUCTION MOTORS_PART Ⅰ, IEEE TRANSACTIONS ON ENERGY CONVERSION, 1999 (4)
44 Owen T. Tan, Sr Gerardus C. Paap Mahadev S.Kolluru, THYRISTOR_CONTROLLED VOLTAGE REGULATORS FOR CRITICAL INDUCTION MOTOR LODAS DURING VOLTAGE DISTURBANCES, IEEE TRANSACTIONS ON ENERGY CONVERSION, 1993 (1)