电气工程及其自动化专业综合实践论文Word格式.docx

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灯箱；

引言

数字存储式交流电机软起动装置应用在广泛的交流电动机大多数以反电势为主的负载，启动电流非常大，严重影响电动机的使用寿命并危害电网的安全运行。

随着电子技术、半导体技术、计算机技术的发展，一种新型起动装置—异步电动机软起动器诞生了。

它既能改变电动机的起动特性，保护拖动系统，更能保证电动机可靠起动，还能降低起动电流，通过计算机通讯接口实现智能控制。

软起动器主要由串接于定子回路的具有限流作用的电力器件--实现限流起动。

通过改变晶闸管的导通角，改变加到定子绕组的三相电压，实现软起动。

起动时晶闸管的导通角从00开始上升，逐渐增大，直到起动结束。

目前软起动器的起动有以下几种起动方式：

限流起动、电压控制起动、转矩控制起动、转矩加突跳控制起动、斜坡电压起动本次实践中即使采用电压控制启动。

限流起动主要用在主要用在轻载起动的负载，降低起动压降。

电压控制起动主要用在轻载起动的场合，在保证起动压降下发挥电动机的最大起动转矩缩短起动时间，是较优的轻载软起动方式。

转矩控制起动用在重载起动，将电动机的起动转矩由小到大线性上升，起动平滑，柔性好，缺点是起动时间长，是较优的重载起动方式。

转矩加突跳控制起动也是用在重载起动，不同的是在起动的瞬间用突跳转矩克服电动机的静转矩，然后转矩平滑上升，缩短起动时间，但是，突跳会给电网发送尖脉冲，影响电网安全运行，要特别引起注意。

斜坡电压起动是电压由小到大斜坡线性上升，将传统的降压起动从有级变成了无级，主要用在重载起动。

综上所述，目前较适用的与比较先进的软起动方式应是电压控制起动、转矩控制起动、转矩加突跳控制起动。

软起动器作为新一代的工业控制装置，以其优越的起动性能而广泛应用于冶金、化工、电力、煤炭、水利、轻工等各个行业。

1、系统组成及其控制原理

1.1交流电机降压启动原理

降压起动的目的：

降低起动电流Ist。

图1感应电机机械特性

降压后的机械特性:

。

交流电机轻载时降压运行，可以提高电机效率，避免大马拉小车现象，节约了电能。

。

图2电机效率曲线

1.2双向晶闸管的相控调压

普通晶闸管：

两个普通晶闸管反并联，输入两路脉冲。

双向晶闸管（KS）：

两个主电极T1、T2，一个图4单双向晶闸管示意图

门极G。

通常在G-T2之间加入触发脉冲，使其导通。

触发脉冲的时序波形及相控电压波性：

触发脉冲经过高频调制，以减小脉冲变压器的体积。

相控调压的缺点：

功率因数低，电流非正弦对电网有谐波污染。

软起动：

电机刚起动时α较大。

α逐渐减小，转速接近稳态时α=0︒。

α的调压可控范围：

ϕ~180︒。

图5相控调压触发角示意图

1.3控制系统硬件电路分析

由于交流电机转速与其端电压成正比，而端电压大小取决于导通脚大小，因此，通过控制导通角的大小就可以控制电机转速。

1、EEPROM存储模式及触发脉冲的产生

AT28C64管脚图AT28C64原理图

1.4EEPROM存储模式及触发脉冲的产生

电可擦出的可编程ROM，简称EEPROM。

有四种工作方式，即读，写，字节擦出，整体擦除。

实验中用EEPROM2864.

图6EEPROM存储脉冲示意图

图7EEPROM外部连接图

图816种启动方式

模式选择：

α=150o，……20o，10o，0o，共16种，每个模式占有256B，共占4kB存储空间。

1.5锁相同步倍频器

集成电路：

CD4046、74LS393

组成：

鉴相器（PD）、低通滤波器（LPF）、压控振荡器（VCO）、8位计数器

作用：

完成工频50Hz的同步与256倍频。

图9CD4046

图10鉴相器输出特性

1.6滞环比较器

LM393（B）、74LS04作用：

将输出波形变为标准TTL方波。

1.7单稳移向电路

图14单稳移向电路

图15控制角波形图

1.8模式选择控制电路

采用可预置同步计数器74161实现。

控制功能:

当计数到第15个时钟脉冲，Q3~Q0=1111，TC由0变1，形成一个正脉冲，将PE端置零，置入P0~P3数据，输出保持全1，即保持最后一个模式不变。

多谐振荡器555提供74161的计数脉冲，通过改变电位器阻值，改变计数脉冲周期。

tH=0.693（R25+VR6）C15

tL=0.693VR6*C15

T=0.693（R25+2VR6）C15

1.9错相序封锁控制

当三相相序接错的时候能够自动封锁74LS244的输出，禁止系统运行，避免事故的发生。

原理：

实验中利用uab与uac之间的相位差，分别延时后相“与”，从而判断是否错相序，实现相序控制。

Uac相位检测电路：

光耦隔离同步检测电路

图17错相序封锁控制原理图

1.10晶闸管驱动电路

（1）产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在需要的时刻由阻断转为导通；

（2）隔离控制电路与主电路。

要求：

门极的脉冲电流必须有足够大的幅值与持续时间，以及尽可能短的电流上升时间。

驱动电路：

A相：

光耦MOC3052及外围电路

B相：

运放LM393与脉冲变压器及外围电路

C相：

三极管9013与脉冲变压器及外围电路

A相驱动电路：

光耦MOC3052（光电双向可控硅驱动器）

B、C相驱动电路：

9013、脉冲变压器、外围电路

2.实验结果及分析

2.1驱动板波形：

1、B1脉冲输出

2、B2脉冲输出

3、C相脉冲输出

由以上波形，B1输出波形近似为规则的方波，B2与B1基本一致，C相拖尾时间有些长，我们尝试将板子上的滤波电容由104更换为103，拖尾时间有了比较明显的减小。

由以上脉冲输出波形可以看出，高电平触发时间超过20，且高电平幅值超过1V,可以满足要求。

控制板波形：

滞环电压比较器波形

1、与电压比较器输出波形：

经过运放后初步产生的波形并非标准的方波，在高电平带有弧状，这是由于输入与输出相叠加产生的效果。

另外，由此波形可以看出，=0，=-3V

2、与整形后的输出波形

：

此时波形已经被整为标准的TTL方波。

单稳移相电路波形：

与（）波形

由图可以看出，通过调节阻值，可以使较滞后30°

锁相同步倍频波形：

1、鉴相器PD输入波形（AIN、BIN）

由波形可以看出，AIN与BIN波形上升沿对齐，周期相等，故可以完成锁相的功能，即实现频率自动跟踪与相位锁定。

2、CD4046输入与输出波形

将时间尺度变小后可得

通过示波器可以读出输出波形的频率为12.82KHz，与理论值12.8KHz十分接近，从而实现了256倍频。

十六种不同工作模式对应的波形：

按照角从大到小，对应的与波形分别为:

1、0000

2、0001

3、0010

4、0011

5、0100

6、0101

7、0110

8、0111

9、1000

10、1001

11、1010

12、1011

13、1100

14、1101

15、1110

16、1111

有以上16个波形可知，在起动过程中，可以通过调节NE555的定时时间，555每来一个上升沿，74161进行一次计数，在实验中，通过改变555定时器的定时时间，让其周期为10S，从而每隔10S，运行模式发生一次改变，角由大变小，最终为0°

，起动过程结束。

在次过程中，可以通过控制板上发光二极管的亮灭来识别当前的运行模式。

错相序封锁控制波形：

1、与

相位相差60°

2、与（为经5ms延时后的信号）

3、与（为经1ms延时后的信号）

4、与

5、与（与相与之后的信号）

由图可知，与相与的结果是将保留了下来。

6、与（为经25ms延时之后的信号）

由波形可知，在可重复触发单稳74122的延时作用下恒为高电平。

相序不对时，为低电平,74244被封锁。

7、与LM393

（2）B的7脚波形

相序正常时，7脚电压恒为低，从而74244的1脚与19脚使能端有效，芯片正常工作。

负载接灯箱并联电机起动过程中的灯箱相电压波形

由波形可知，随着时间的推移，通过万用表测量相电压的值逐渐增大，对应于相电压波形的形状“向左推移”，变得越来越完整，越来越接近正弦。

在达到最后一个模式时，电压波形为完整的平滑正弦波。

思考题

1、分析计算滞环比较器的、的调节范围。

若使=0，电位器应调至多大？

输出高电平应为多少伏，与何参数有关？

答：

由+=,有：

，由于式中=-0.7V

适当地选择，即可得到不同的与值。

当令=0，带入以上公式可以解得=151，=-1.49V，输出高电平与供电电源的电压有关，还有后面的整形调理电路中的相关分压电阻阻值有关。

2、移相30°

，单稳为什么不从Q端输出？

计算移相时间。

该单稳对输入脉冲宽度有何要求？

若前级的滞环比较器调得不是0V而是+0.5V，可否通过对单稳移相时间的调整予以补偿，这样做会存在何缺点？

Q输出的为下降沿，而实验中要求得到的是与同步的上升沿。

要求输入脉冲的宽度不能太小，应该比30°

对应的时间宽度要大。

可以通过单稳移相来调整。

此时会使触发角变小，输出电压变小。

3、对错相序封锁部分的电路，设为380V，光耦输入侧发光二极管的额定电流取9mA，试选择确定的阻值与瓦数。

分析二极管的作用。

因为光耦侧发光二极管的额定电流为9mA，所以的阻值为380/9=42.2K，取

=40K，故其功率为380*380/（2*40*1000）=1.8W

二极管的作用是使的正半周光耦导通，负半周不导通。

在原理图上找出~的对应位置并标出。

、、对应的单稳与移相的单稳，两者工作原理与所起的作用有何区别？

为何从Q端输出？

若、的脉宽对调，会带来什么问题（结合波形）？

两者的工作原理相同，只是所起的功能不同。

、、对应的单稳的输出是为了判断相序是否正确，移相的单稳是为了得与同步的信号。

从Q端输出的是与的单稳延时信号，上升沿一致，若从输出，得到是经过反相后的信号。

若、的脉宽对调，此时，将一直是低电平，导致74244封锁，电路无法正常工作。

分析运放LM393

（2）：

B的上电延时封锁控制原理，确定其上电后的延时时间。

刚上电时，74LS122（4）的8号引脚给电容C5充电，直到C5两端的电压达到2.5V左右，74244的1与19管脚为低电平，芯片开始工作。

刚上电时，由于C5两端电压没有达到2.5V，为逻辑低电平，74244处于封锁的状态。

其上电后延时的时间取决于此RC充电回路中电阻与电容C5的大小。

6、在控制板上找出封锁延时部分与模式选择计数器（74161）的MR端的连线，分析其作用及原理。

由原理图可知，MR管脚为74LS161的复位端，当其为低电平时，161一直处于复