新型三相异步电动机软启动柜软启动器的设计pdf下载

(a)基于PID控制的转速响应曲线(b)基于蚁群优化的模糊神经网络控制器的转速响应曲线(a)基于PID控制的转速响应曲线(b)基于蚁群优化的模糊神经网络控制器的转速响应曲线收稿日期:*基金项目:河南省科技普通攻关项目()作者简介:葛广军(),男,河南叶县人,硕士,讲师,年毕业于江苏大学,现主要从事电气与自动控制技术方面的研究工作。Email:ggjxhmcom图突加灯泡负载时电动机的转速响应曲线图突减灯泡负载时电动机的转速响应曲线下,与传统PID控制进行对比仿真实验。实验结果表明,基于蚁群优化的模糊神经网络控制器具有很强的鲁棒性和动态性能,能够满足煤矿电机车的负载变化及强转矩的要求,对今后煤矿电机车控制的发展具有一定的借鉴作用。参考文献:马宪民,宋改改煤矿电机车交流调速系统的方案选择与考虑J工矿自动化,():~CHANCCThePastPresentandFutureofElectricVehicleDevelopmentJIEEEPowerElectronicsandDriveSystems,,():~祈春清,宋正强基于粒子群优化模糊控制器永磁同步电动机控制J中国电动机工程学报,,():~赵俊,陈建军混沌粒子群优化的模糊神经PID控制器设计J西安电子科技大学学报:自然科学版,,():~李腊梅,吴汉松模糊神经网络控制在调速系统中的应用研究J船舰电子工程,():~程启明,王勇浩基于蚁群优化算法的模糊神经网络控制器及仿真研究J上海电力学院学报,,():~李绍滋,丁科,梁文林神经模糊算法及其在变频调速中的应用研究J仪器仪表学报,,():~王晓远,王硕,程剑飞基于模糊神经网络的无刷双馈电机的仿真研究J系统仿真学报,()毛六平,王耀南,孙炜,等一种递归模糊神经网络自适应控制方法J电子学报,()第期年月工矿自动化IndustryandMineAutomationNoMar文章编号:X()新型三相异步电动机软启动器的设计*葛广军,王曦,马旭克(平顶山工学院电气与电子工程系,河南平顶山平煤集团八矿,河南平顶山)摘要:针对三相异步电动机采用降压启动方法存在的二次电流冲击问题,文章提出了一种新型三相异步电动机软启动器的设计方案,详细介绍了该软启动器的硬件及软件设计。该软启动器采用CKC单片机和电力电子技术自动调节电动机输入电压,结构简单、参数容易调整且电动机启动过程平稳。实验结果表明,该软启动器可根据要求设置不同的起始电压和启动时间完成电动机的软启动任务。关键词:异步电动机软启动器单片机CKC中图分类号:TM文献标识码:ADesignofaNewTypeofSoftStarterofThreephaseAsynchronousMotorGEGuangjun,WANGXi,MAXuke(DeptofElectricandElectronicEngineeringofPingdingshanInstituteofTechnology,Pingdingshan,ChinaTheEighthCoalMineofPingdingshanCoalMining(Group)Co,Ltd,Pingdingshan,China)Abstract:Aimingattheexistedproblemofcurrentimpactwhenthreephaseasynchronousmotoradoptedmethodofstepdownstarting,thepaperproposedadesignschemeofnewtypeofsoftstarterofthreephaseasynchronousmotor,introduceddesignofhardwareandsoftwareofthesoftstarterindetailsThesoftstarterusedCKCsinglechipmicrocomputerandpowerandelectronictechnologytoadjustinputvoltageofmotorautomaticallyandhadadvantagesofsimplestructure,easytoadjustparameters,aswellassmoothtostartmotorTheexperimentresultshowedthatthesoftstartercouldcompletesoftstartingofmotorbysettingdifferentstartingvoltageandstartingtimeaccordingtodemandsKeywords:asynchronousmotor,softstarter,singlechipmicrocomputer,CKC引言三相交流异步电动机作为重要的动力装置,已被广泛地应用到各行各业中。但是,由于其固有的启动性能较差,通常要求采用专门的启动设备完成正常的启动工作,尤其频繁启动时更是如此。当电动机直接合闸启动时,启动电流很大,一般鼠笼式三相异步电动机直接启动电流是额定工作电流的~倍,特殊情况下,可能达到倍以上。特别是当电动机容量较大时,冲击电流会对电网及其负载造成干扰,严重时,甚至危害电网的安全运行。启动电流过大时,将使电动机本身受到过大电磁力的冲击,如果经常启动,还有绕组过热的危险。同时,由于启动应力较大,使得负载设备的使用寿命降低。随着电力电子技术和微机控制技术的发展,国内外相继开发出以晶闸管为核心的电路元件、以单片机为控制核心的异步电动机软启动设备,该软启动设备平滑了异步电动机加速过程,大大减缓了对电网及机械设备的冲击。采用电力半导体器件对电动机进行启动控制的电力电子软启动器解决了传统降压启动方法存在的二次电流冲击问题,具有无触点、启动电流及启动时间可控、启动过程平滑等优点,并且维护工作量小,具备完善的电动机保护功能。本文详细介绍该新型三相异步电动机软启动器的设计。硬件设计该软启动器包括主回路、控制回路和驱动保护电路等。主回路采用晶闸管反并联三相交流调压电路,如图所示。三相交流调压电路利用晶闸管进行调压,其输出电压大小由晶闸管的导通角决定。图中,个反并联晶闸管模块VTVT、VTVT、VTVT构成三相交流调压电路,其输出与电动机三相定子绕组相连接。在电动机启动时,每隔电角度依次触发晶闸管VT~VT,通过控制晶闸管的触发角的大小,可调整启动电流的大小,使电动机处于最佳启动过程,同时减小启动功率损耗。在电动机节能运行时,电流检测系统自动检测负载电流,并根据电动机额定参数自动调节电动机定子电压,使电动机功率因数和运行效率均保持在最佳状态。当电动机启动完成并达到额定电压时,闭合三相旁路接触器KM,短接晶闸管,使电动机直接投入电网运行,以避免晶闸管元件的持续损耗。其中,主回路的晶闸管和接触器随电动机容量的不同可以选用不同的器件。图主回路原理图控制回路和驱动保护电路包括电压检测电路、电流检测电路、同步信号电路、主控单片机CKC、晶闸管触发电路、键盘显示和辅助保护电路等。单片机控制系统原理框图如图所示。工矿自动化年月图单片机控制系统原理框图电压检测电路电压检测电路主要实现个功能:()同步信号检测功能,在三相交流电压的过零时刻开始采样,该采样值作为晶闸管脉冲触发信号的同步信号()三相交流电压信号经过变压器降压后,通过整流电路转换成直流信号,再经AD转换送入到单片机,作为电压负反馈调节、故障诊断、过电压和欠电压保护的实时电压测量值。由于软启动控制器必须在个电压周期内控制可控硅的导通角,即通过确定电压波形的过零点,延时一段时间后输出触发信号控制其导通角。电压波形的过零点通过同步信号电路检测获得。所谓同步,就是通过供给各触发单元不同相位的交流电压,使得各触发器分别在各晶闸管需要触发脉冲的时刻输出触发脉冲,从而保证各晶闸管可以按顺序获得触发。根据同步基准的不同触发方式分绝对触发方式和相对触发方式。绝对触发方式是指每一个触发脉冲的形成时刻均由同步基准决定,这在三相桥式电路中就需要有个同步基准交流电压,需要个专门的同步变压器而相对触发方式仅需个同步基准,当第一个脉冲由同步基准产生后,再以第一个触发脉冲作为下一个触发脉冲的基准,以此类推。该三相异步电动机软启动器采用的是相对触发方式。图为一种简单的单相同步信号电路图,线电压Uab作为交流同步电压,通过变压器降压后,经过零比较器形成方波信号,方波信号送入单片机的HSI引脚,正跳变产生外部中断。R、R、C起滤波和限制流过二极管电流的作用D、D的作用是限幅比较器的差模输入信号以保护比较器R为上拉电阻,C为去耦电容。图单相同步信号电路图相序检测电路同步信号通常只有路,其它脉冲信号都以该信号为基准,因此,只有确定了相序,才能正确地发出脉冲控制晶闸管的导通顺序,起到相序自适应的作用。该三相异步电动机软启动器将采集到的路反并联晶闸管的管压降信号输入单片机,通过编写软件可实现相序检测功能。图为其中的路相序检测电路。管压降取自反并联的只晶闸管的阴极K和K,K和K也正好是控制部分触发脉冲线的阴极线,可直接检测。A相反并联的晶闸管管压降经过R限流和U整流桥的整流,再经过N的光电隔离,最后经滤波输出送入到单片机的HSI引脚。同理,B、C相分别送入单片机的HSI和HSI引脚。图相序检测电路图电流检测电路电流检测的方法多种多样,用电流互感器测得的交流电流值,含有脉动成分,可采用硬件或软件的方法减小脉动的影响。图为电流检测电路图,将电流互感器二次侧交流电流转换成与之成正比的直流电压,输入单片机的P引脚,通过AD转换器,将转换得到的数值送给CPU,由软件比较检测电流与给定电流的差值,按照PID调节器算法完成限流调节和过流保护功能。图电流检测电路图晶闸管触发电路单片机给出的控制信号,经脉冲变压器送出一定脉宽的脉冲信号驱动晶闸管的导通,并通过导通角改变加在电动机的电压大小。其中,脉冲的同步由上述同步信号电路产生,而脉冲的移相、形成和输出则由单片机完成。晶闸管触发电路采用绝缘强度高、隔离效果好的脉冲变压器(PTR),共有路,个周期内输出路相角差为的个驱动信号。图为路晶闸管触发电路图。图晶闸管触发电路图年第期葛广军等:新型三相异步电动机软启动器的设计软件设计该软启动器的软件主要分为主程序、启动程序以及中断服务程序几个部分。主程序完成各种参数的输入、设定以及电压、电流的检测、采样和计算,而启动程序则和中断服务程序一起完成按照外部所设定的参数和要求实现软启动功能。启动程序流程如图所示。图启动程序流程图实验结果笔者将设计完成的软启动器带上台kW的YBF系列极风机用隔爆型三相异步电动机进行实验,测得的实验数据如下。()通过软启动器降低电动机定子电压对功率因数影响的空载实验数据如表所示。表空载降压对功率因数影响的实验数据表UVIAcos从表可看出,通过软启动器降低电动机定子电压可以提高电动机的有功功率,达到节能的目的。()电动机在不同负载率运行时的实验数据如表所示。从表可看出,电动机在额定负载附近运行时,其效率和功率因数变化不大。随着负载率的降低,电动机的运行效率逐渐提高,功率因数增加更为显著。当电动机负载率大于时,节能效果不明显当电动机负载率在~之间时,电动机的效率变化不大,但功率因数明显提高,有一定的节能效果当电动机负载率小于时,节能效果显著,电动机的效率和功率因数均有较大提高。实验结果表明:电动机负载率小于时安装软启动器的节能效果显著。当忽略负载变化引起的表电动机在不同负载率运行时的实验数据表负载率无软启动器运行情况PWcos有软启动器运行情况PWcos电动机参数变化时,随着定子电压的降低,异步电动机的转矩会减小,所以采取降压措施节能时,降压运行还受到电动机能否带动负载正常运行的制约。通常异步电动机的过载倍数一般为~,降低电压的最小值范围大致为~。结语本文通过研究三相交流异步电动机启动和运行特性,采用一种新型软启动器对电动机的输入电压进行控制,并通过设定启动和停止时间,对电动机实现软启动和停车。实验结果表明,该软启动器安装简单、操作方便、运行可靠,可根据要求设置不同的起始电压和启动时间完成电动机的软启动任务。参考文献:刘承香,张波单相异步电机动态节能控制装置的研制J电力电子技术,():~袁小平,何玉伟,孙先绪,等电动机智能节能控制器的研究与应用J工矿自动化,():~邓勇用单片机控制的智能型软启动器J微电机,():~GEHongjuan,MUXinhua,ZHOUBo,etalImplementationofDSPbasedMatrixConverterPrmanentMagneticSynchronousMotorClosedloopControlSystemCInternationalConferenceonElectricalMachinesandSystems,,Nanjing:~LIUPengStudyontheVoltageStabilityofInductionMotorLoadCIEEEPowerSystemsConferenceandExposition,,NewYork:~刘复华XCKX单片机及其应用系统设计M北京:清华大学出版社,林辉,王辉电力电子技术M武汉:武汉理工大学出版社,工矿自动化年月