单片机的交流电机软启动器设计(附件)【字数:13239】

摘 要摘 要随着科技的进步与发展,在许多工业生产领域,大到国防工业,小至人们的日常生活,三相交流异步电动机都起着重大的作用。简洁明了的构造、方便可靠的操作,便宜的价格都使得三相异步电动机颇受人们的青睐。但是,它也同样存在着一些不足之处。当交流电机启动时,电网电压全部被施加到电动机上,因此造成电动机的启动电流非常大,转矩却很小。过大的启动电流流过交流电机会对交流电机造成巨大危害,恶劣的情况下能够直接烧掉交流电机,而且,供电电网上流过过大的电流,大大增加了它的负荷,对于同一电网进行供电的仪器设备的正常工作造成一定扰动。因此为了减小电动机的启动电流,增大启动转矩,优化启动特性,本文设计了一种以AT89C51单片机为控制核心、以晶闸管为电路核心元件的交流电机软启动器。首先,本文简单的对交流电机的一些较为常见的启动方法作了简单介绍,并且简要叙述了软启动器的结构和工作原理;然后,设计了软启动器的主电路和单片机控制电路等硬件电路;最后开发了软启动器软件程序。本文所设计的软启动器电路简洁、功能完善,能够让交流电机顺利地平滑启动,使之能达到改善三相异步电动机启动性能的要求。关键词异步电动机;晶闸管;软启动;单片机;设计
目录
第一章 绪论 3
1.1 选题的目的和意义 3
1.2 国内外研究现状及存在的问题 3
1.3 主要研究内容 3
第二章 交流电机软启动的研究 3
2.1 交流电机的启动方法 3
2.2 软启动器的结构及其工作原理 3
第三章 交流电机软启动器主电路设计
3.1 主电路的设计 3
3.1.1 软启动器主电路 3
3.1.2 晶闸管参数选择 3
3.2 晶闸管触发电路 3
3.3 晶闸管保护电路 3
3.4 软启动器电压检测回路 3
3.4.1同步脉冲电路 3
3.4.2电压反馈回路 3
3.5 软启动器电流检测回路 3
3.5.1 电流反馈回路 3
第四章 单片机控制系统设计
4.1 主要器件的介绍 3
4.1.1 AT89C51介绍 3
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4.1.2 AT89C51管脚功能介绍 3
4.1.3 AT89C51的最小系统电路构成 3
4.2 单片机控制电路的设计 3
4.2.1 单片机外围电路 3
4.2.2 单片机串口通信电路 3
4.2.3 单片机驱动电路 3
4.2.4 单片机A/D转换电路 3
4.2.5 单片机故障报警电路 3
第五章 单片机控制软件设计和程序仿真
5.1 单片机控制软件设计 3
5.2?触发脉冲控制的软件设计 3
5.3 主程序 3
结 语
致 谢
参考文献
附录
第一章 绪论
1.1 选题的目的和意义
随着科技的进步与发展,在许多工业生产领域,大到国防工业,小至人们的日常生活,三相交流异步电动机都起着重大的作用。简洁明了的构造、方便可靠的操作,便宜的价格都使得三相异步电动机颇受人们的青睐。然而,交流电机也有着一些较为明显也比较严重的问题:不能平滑地启动交流电机而且不能实现大范围的对交流电机进行调速;启动时供电电网中滞后的励磁电流也会被交流电机吸取,电网的功率因数遭到破坏。所以交流电机固有的启动性能很差。
当交流电机进行直接启动时,供电电网所有电压全加到交流电机上,所以交流电机的启动电流变的非常大,超过交流电机额定电流的3~6倍,甚至在一些特殊情况下能达到交流电机额定电流的10倍以上。这过大的启动电流使得交流电机的启动转矩非常小,不利于启动大功率电机以及负载特别大的电机。并且,这启动电流对交流电机本身造成非常大的冲击,不仅影响交流电机本身的正常运行而且交流电机的使用寿命也会因为过大的冲击而大大缩短,交流电机机身也会因此发出剧烈的震颤,干扰其余辅助设备的正常工作。还有,供电电网上瞬间流过这过大的启动电流,使得电网承受了非常大的负荷,严重影响同一电网下其他设备的正常运行,甚至严重时能够烧毁电网,造成严重危害。因此,直接启动交流电机容易对交流电机本身、其他拖动的设备以及电源的使用寿命造成很大的影响,还有可能对电网电压造成冲击,影响同一电网其他设备的正常运行。
所以,为了能够有效缓解甚至解决这些问题就有必要采用采用以晶闸管为核心的电路元件、以单片机为控制核心的软启动装置来启动交流电机。该软启动装置大大平滑了交流电机启动时转子的加速过程,极大地减小了启动电流对进线供电电网及其他机械设备的冲击。交流电机软启动系统利用晶闸管来组成主电路,改变一个周期内晶闸管导通的时间范围来调节交流电机启动时的输入电压,这种利用电力电子技术来启动交流电机的方法克服了传统减压启动不能彻底消除启动电流尖峰的冲击以及不能调节转矩等问题,具有没有机械触点、能够通过改变晶闸管导通角以及相位角来控制启动电流及启动时间等优点,能够平滑交流电机启动时的加速过程,并且,该软启动器的维护工作量小,相应的电动机保护功能也比较齐全,同时,能够有效减少电能损耗,实现电机的节能。本文详细地介绍了基于AT89C51单片机的三相交流异步电动机软启动器的设计。
1.2 国内外研究现状及存在的问题
二十世纪八十年代,国外发明了软启动器并将之投入生产运行,而在90年代初软启动器才被引入国内。直至现在,由于国情以及工业生产的需要,国内已经有了很多交流电机软启动器的生产厂商,生产水平却也参差不齐,即使生产出了多种品牌各种各样的软启动器,但将它们较之国外的产品,无论是技术上还是可靠性上都还存在着一定的差距,这是因为国内对于这方面的技术薄弱以及国内长久以来的缺乏自主开发能力和生产能力。所以国内市场仍然依赖其他国家优良的软启动产品。现在国内工厂制造的交流电机软启动器大部分以不灵活的机器式和三相反并联晶闸管方式为主。而现在国内各生产行业大规模使用的交流电机启动方式还是不灵活的机器式,这种方式是一档一档逐步启动的,这样容易再次制造出冲击电流,启动电流依旧超出交流电机额定电流的2~3倍,并且这种软启动器所占空间很大,产生的噪音较大,所需的维护费用很高,无法适应恶劣环境。这种启动方式无法实现对电机的平稳启动而且对电能损耗相对较大,并不能节能。而晶闸管软启动产品要用到的电力电子器件在国内几乎无法自主独立制造,并且与之相应的产业在国内的发展相对落后。
再看国外,许多发达国家在生产行业中应用较多的还是固态软启动设备——晶闸管软启动和既能够启动交流电机又能调节交流电机转速的变频器。但它们的应用也要分不同的场合,在工业生产中,对于交流电机需要调速的场合应当采用变频装置,而对于交流电机不需要调节转速而且负载不大的情况就应该运用晶闸管软启动装置来启动交流电机,但是当交流电机需要拖动大功率器件时仍需要采用变频软启动装置。早在上世纪70年代,国外就大规模的研究了晶闸管的三相交流调压技术,并且很好的将它利用在工业生产领域。据相关报道,截止到现在,国外对于晶闸管的三相交流调压技术的研究已经发展到了通过模拟技术来建立更精准实用的数学模型,针对交流电机拟定出适当的启动方式以及控制方法,优化交流电机的负载性能,增强交流电机的可靠性。另外,在电力电子技术的不断开发与不断完善的趋势下,交流电机也因此能够向可靠性更高、体积更小、节能性更强、更加便于操作与运行的方向发展。

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