電氣工程及其自動化專業綜合實踐論文題目:數字存儲式交流電機軟起動裝置的組裝與調試摘要：本次專業實驗實習是數字存儲式交流電機軟起動裝置的組裝與調試，通過驅動電路，控制電路與晶閘管觸發電路等一系列的調控。其中，驅動電路接入三項脈沖波通過電路的濾波整流后輸出晶閘管的觸發脈沖，這里的脈沖用于直接控制輸出電壓的大小。控制電路在其中起到指示、調節、錯相序保護的功能。由此幾部分協調調節三項輸出電壓以達到對三項異步電機啟動電壓的調節，最終達到使三相異步電機軟起動的目的。關鍵詞：滯環過零比較；鎖相環倍頻；單穩延時；輸出封鎖；超低頻率；錯相序封鎖；單穩移相；模式選擇控制電路；晶閘管驅動；交流電源；三項異步電機；燈箱；引言數字存儲式交流電機軟起動裝置應用在廣泛的交流電動機大多數以反電勢為主的負載，啟動電流非常大，嚴重影響電動機的使用壽命并危害電網的安全運行。隨著電子技術、半導體技術、計算機技術的發展，一種新型起動裝置—異步電動機軟起動器誕生了。它既能改變電動機的起動特性，保護拖動系統，更能保證電動機可靠起動，還能降低起動電流，通過計算機通訊接口實現智能控制。軟起動器主要由串接于定子回路的具有限流作用的電力器件--實現限流起動。通過改變晶閘管的導通角，改變加到定子繞組的三相電壓，實現軟起動。起動時晶閘管的導通角從00開始上升，逐漸增大，直到起動結束。目前軟起動器的起動有以下幾種起動方式：限流起動、電壓控制起動、轉矩控制起動、轉矩加突跳控制起動、斜坡電壓起動本次實踐中即使采用電壓控制啟動。

限流起動主要用在主要用在輕載起動的負載，降低起動壓降。電壓控制起動主要用在輕載起動的場合，在保證起動壓降下發揮電動機的最大起動轉矩縮短起動時間，是較優的輕載軟起動方式。轉矩控制起動用在重載起動，將電動機的起動轉矩由小到大線性上升，起動平滑，柔性好，缺點是起動時間長，是較優的重載起動方式。轉矩加突跳控制起動也是用在重載起動，不同的是在起動的瞬間用突跳轉矩克服電動機的靜轉矩，然后轉矩平滑上升，縮短起動時間，但是，突跳會給電網發送尖脈沖，影響電網安全運行，要特別引起注意。斜坡電壓起動是電壓由小到大斜坡線性上升，將傳統的降壓起動從有級變成了無級，主要用在重載起動。

綜上所述，目前較適用的和比較先進的軟起動方式應是電壓控制起動、轉矩控制起動、轉矩加突跳控制起動。

軟起動器作為新一代的工業控制裝置，以其優越的起動性能而廣泛應用于冶金、化工、電力、煤炭、水利、輕工等各個行業。系統組成及其控制原理1.1交流電機降壓啟動原理降壓起動的目的：降低起動電流Ist。圖1感應電機機械特性降壓后的機械特性:。交流電機輕載時降壓運行，可以提高電機效率，避免大馬拉小車現象，節約了電能。。圖2電機效率曲線1.2雙向晶閘管的相控調壓普通晶閘管：兩個普通晶閘管反并聯，輸入兩路脈沖。雙向晶閘管(KS)：兩個主電極T1、T2，一個圖4單雙向晶閘管示意圖門極G。通常在G-T2之間加入觸發脈沖，使其導通。觸發脈沖的時序波形及相控電壓波性：觸發脈沖經過高頻調制，以減小脈沖變壓器的體積。相控調壓的缺點：功率因數低，電流非正弦對電網有諧波污染。軟起動：電機剛起動時較大。逐漸減小，轉速接近穩態時=0。的調壓可控范圍：~180。圖5相控調壓觸發角示意圖1.3控制系統硬件電路分析 由于交流電機轉速與其端電壓成正比，而端電壓大小取決于導通腳大小，因此，通過控制導通角的大小就可以控制電機轉速。1、EEPROM存儲模式及觸發脈沖的產生AT28C64管腳圖AT28C64原理圖1.4EEPROM存儲模式及觸發脈沖的產生電可擦出的可編程 ROM，簡稱EEPROM。有四種工作方式，即讀，寫，字節擦出，整體擦除。實驗中用EEPROM2864.圖6EEPROM存儲脈沖示意圖圖7EEPROM外部連接圖圖816種啟動方式模式選擇：=150o，……20o，10o，0o，共16種，每個模式占有256B，共占4kB存儲空間。0#0#模式1#模式15#模式1.5鎖相同步倍頻器集成電路：CD4046、74LS393組成：鑒相器（PD）、低通濾波器（LPF）、壓控振蕩器（VCO）、8位計數器作用：完成工頻50Hz的同步和256倍頻。圖9CD4046圖10鑒相器輸出特性1.6滯環比較器LM393(B)、74LS04作用：將輸出波形變為標準TTL方波。1.7單穩移向電路圖14單穩移向電路圖15控制角波形圖1.8模式選擇控制電路采用可預置同步計數器74161實現。控制功能:當計數到第15個時鐘脈沖，Q3~Q0=1111，TC由0變1，形成一個正脈沖，將PE端置零，置入P0~P3數據，輸出保持全1，即保持最后一個模式不變。多諧振蕩器555提供74161的計數脈沖，通過改變電位器阻值，改變計數脈沖周期。tH=0.693(R25+VR6)C15tL=0.693VR6*C15T=0.693(R25+2VR6)C15圖圖16555外部連接圖1.9錯相序封鎖控制作用：當三相相序接錯的時候能夠自動封鎖74LS244的輸出，禁止系統運行，避免事故的發生。原理：實驗中利用uab與uac之間的相位差，分別延時后相“與”，從而判斷是否錯相序，實現相序控制。Uac相位檢測電路：光耦隔離同步檢測電路圖17錯相序封鎖控制原理圖1.10晶閘管驅動電路作用：(1)產生符合要求的門極觸發脈沖，保證晶閘管在需要的時刻由阻斷轉為導通；(2)隔離控制電路與主電路。要求：門極的脈沖電流必須有足夠大的幅值和持續時間，以及盡可能短的電流上升時間。驅動電路：A相：光耦MOC3052及外圍電路B相：運放LM393和脈沖變壓器及外圍電路C相：三極管9013和脈沖變壓器及外圍電路A相驅動電路：光耦MOC3052（光電雙向可控硅驅動器）B、C相驅動電路：9013、脈沖變壓器、外圍電路2.實驗結果及分析2.1驅動板波形：1、B1脈沖輸出2、B2脈沖輸出3、C相脈沖輸出由以上波形，B1輸出波形近似為規則的方波，B2與B1基本一致，C相拖尾時間有些長，我們嘗試將板子上的濾波電容由104更換為103，拖尾時間有了比較明顯的減小。由以上脈沖輸出波形可以看出，高電平觸發時間超過20，且高電平幅值超過1V,可以滿足要求。控制板波形：滯環電壓比較器波形1、與電壓比較器輸出波形：經過運放后初步產生的波形并非標準的方波，在高電平帶有弧狀，這是由于輸入與輸出相疊加產生的效果。另外，由此波形可以看出，=0，=-3V2、與整形后的輸出波形：此時波形已經被整為標準的TTL方波。單穩移相電路波形：與（）波形由圖可以看出，通過調節阻值，可以使較滯后30°鎖相同步倍頻波形：1、鑒相器PD輸入波形（AIN、BIN）由波形可以看出，AIN和BIN波形上升沿對齊，周期相等，故可以完成鎖相的功能，即實現頻率自動跟蹤和相位鎖定。2、CD4046輸入與輸出波形將時間尺度變小后可得通過示波器可以讀出輸出波形的頻率為12.82KHz，與理論值12.8KHz十分接近，從而實現了256倍頻。十六種不同工作模式對應的波形：按照角從大到小，對應的和波形分別為:1、00002、00013、00104、00115、01006、01017、01108、01119、100010、100111、101012、101113、110014、110115、111016、1111有以上16個波形可知，在起動過程中，可以通過調節NE555的定時時間，555每來一個上升沿，74161進行一次計數，在實驗中，通過改變555定時器的定時時間，讓其周期為10S，從而每隔10S，運行模式發生一次改變，角由大變小，最終為0°，起動過程結束。在次過程中，可以通過控制板上發光二極管的亮滅來識別當前的運行模式。錯相序封鎖控制波形：1、與相位相差60°2、與（為經5ms延時后的信號）3、與（為經1ms延時后的信號）4、和5、和（和相與之后的信號）由圖可知，和相與的結果是將保留了下來。6、和（為經25ms延時之后的信號）由波形可知，在可重復觸發單穩74122的延時作用下恒為高電平。相序不對時，為低電平,74244被封鎖。7、和LM393（2）B的7腳波形相序正常時，7腳電壓恒為低，從而74244的1腳和19腳使能端有效，芯片正常工作。負載接燈箱并聯電機起動過程中的燈箱相電壓波形由波形可知，隨著時間的推移，通過萬用表測量相電壓的值逐漸增大，對應于相電壓波形的形狀“向左推移”，變得越來越完整，越來越接近正弦。在達到最后一個模式時，電壓波形為完整的平滑正弦波。思考題1、分析計算滯環比較器的、的調節范圍。若使=0，電位器應調至多大？輸出高電平應為多少伏，與何參數有關？答：由+=,有：，由于式中=-0.7V適當地選擇，即可得到不同的和值。當令=0，帶入以上公式可以解得=151，=-1.49V，輸出高電平與供電電源的電壓有關，還有后面的整形調理電路中的相關分壓電阻阻值有關。2、移相30°，單穩為什么不從Q端輸出？計算移相時間。該單穩對輸入脈沖寬度有何要求？若前級的滯環比較器調得不是0V而是+0.5V，可否通過對單穩移相時間的調整予以補償，這樣做會存在何缺點？答：Q輸出的為下降沿，而實驗中要求得到的是與同步的上升沿。要求輸入脈沖的寬度不能太小，應該比30°對應的時間寬度要大。可以通過單穩移相來調整。此時會使觸發角變小，輸出電壓變小。3、對錯相序封鎖部分的電路，設為380V，光耦輸入側發光二極管的額定電流取9mA，試選擇確定的阻值和瓦數。分析二極管的作用。答：因為光耦側發光二極管的額定電流為9mA，所以的阻值為380/9=42.2K，取=40K，故其功率為380*380/（2*40*1000）=1.8W二極管的作用是使的正半周光耦導通，負半周不導通。在原理圖上找出~的對應位置并標出。、、對應的單穩與移相的單穩，兩者工作原理和所起的作用有何區別？為何從Q端輸出？若、的脈寬對調，會帶來什么問題（結合波形）？答：兩者的工作原理相同，只是所起的功能不同。、、對應的單穩的輸出是為了判斷相序是否正確，移相的單穩是為了得與同步的信號。從Q端輸出的是和的單穩延時信號，上升沿一致，若從輸出，得到是經過反相后的信號。若、的脈寬對調，此時，將一直是低電平，導致74244封鎖，電路無法正常工作。分析運放LM393（2）：B的上電延時封鎖控制原理，確定其上電后的延時時間。答：剛上電時，74LS122（4）的8號引腳給電容C5充電，直到C5兩端的電壓達到2.5V左右，74244的1和19管腳為低電平，芯片開始工作。剛上電時，由于C5兩端電壓沒有達到2.5V，為邏輯低電平，74244處于封鎖的狀態。其上電后延時的時間取決于此RC充電回路中電阻和電容C5的大小。6、在控制板上找出封鎖延時部分與模式選擇計數器（74161）的MR端的連線，分析其作用及原理。答：由原理圖可知，MR管腳為74LS161的復位端，當其為低電平時，161一直處于復位狀態，不計數，當其為高電平時，開始計數。當相序正確時，上電后，74122（4）的8腳輸出為一高電平，對電容C5充電，達到一定值時，161開始計數，模式開始進行變化，實現電壓的逐漸升高，實現軟起動功能。7、74LS161的計數保持作用與原理分析答：74LS161計數滿后，會在其TC端輸出一個高電平，經過反相后，將PE端置零，置入~數據，輸出保持全1，即保持最后一個模式不變。若要求啟動時間為160s,試確定有關555的外圍參數。答、要求啟動時間為160S，共16種模式，故每種模式持續時間是10S，即555的輸出的矩形波的周期為10S。根據，將,=43C15=47uf,代入上述公式，可得9、結合圖12分析：LM393-A輸出波形的高電平帶有弧狀的原因；答：當比較器的輸入端為正弦波的正半周期時，相當于一個0V的直流電壓源和一個正弦波的疊加，又因為輸入經過電阻和輸出相連，因此輸出端會有弧狀。當輸入端輸入正弦波的負半周期時，由于二極管的嵌位，導致負半周的正弦波不會疊加在輸出端。10、試分析A相主電路的光耦隔離驅動原理，該驅動電路相比較脈沖變壓器隔離驅動方式有何優點？其門極驅動的能量來源在哪里？答：當MOC3052的1端輸入正脈沖時，發光二極管導通發光，使其內部的光敏雙向晶閘管導通，從而給主電路提供觸發脈沖。使用光耦MOC3052實現脈沖觸發電路和強電的隔離，和B、C相使用脈沖變壓器實現強弱電隔離相比，該電路簡單可靠，工作穩定。門集驅動的能量來自MOC3052內部的發光二極管。11、主電路負載接，若用雙蹤示波器同時觀察C相的負載電壓和門極觸發波形，應如何連接兩探頭？答:首先應使用強弱電隔離探頭，同時測高壓要使用探頭衰減，兩通道的黑夾子不能夾在一起。結語在經過了兩個多月的學習和工作，我終于完成了數字存儲式交流電機軟起動裝置的組裝與調試的論文。從開始接到論文題目到系統的實現，再到論文文章的完成，每走一步對我來說都是新的嘗試與挑戰，這也是我在大學期間獨立完成的最大的項目。在這段時間里，我學到了很多知識也有很多感受，我開始了合作的學習和試驗，查看相關的資料和書籍，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己非常稚嫩作品一步步完善起來，每一次改進都是我學習的收獲，每一次試驗的成功都會讓我興奮好一段時間。雖然在試驗中我們不斷地碰到問題但是在咨詢同學老師，相互討論仔細的檢查電路板后就將問題逐一的排除干凈。比如我們在測到觸發脈沖發出模式測試的時候我們發現在板上的指示燈在剛啟動時從0001的模式開始啟動，剛開始我們認為可能是由于C5電容沒有放完電從而使得74LS161無清零產生。后來通過在電容兩端并接電阻的方法使得電容放電后在接通電源測試，但是我們發現問題還是沒有解決于是我們開始討論，結果就是問題只能出在74LS161沒有清零的問題上最后我們在檢查板子后發現在161的1號管腳處接有一條連接高電平的線。在正常的狀態下一號管腳應該是由122的輸出提供于是我們推測次線多余可能是上屆學長在測試時加上沒有去掉的結果，終于等我們去掉線后電路果然恢復正常。在最后我們將所有的電路連接好后我們又發現在輸出的脈沖波形跳的比較的厲害而且在0000的模式中有一定的輸出于是我們繼續向回查找電路發現是由于在調節初始觸發角的時候沒有嚴格的將其調節至30度所以在其0000的模式時使得150度的觸發角也可以達到觸發水平。再回到驅動電路的部分在這里我們也發現許多的問題首先的就是我們在焊好電路插好變壓器后發現沒有輸出波形于是我們在多番檢查下發現是由于兩根地線沒有接地引起。故此我們體會到在設計制作精密電路時需要有縝密的思路以及清晰的思維，只有不斷的找出錯誤更正錯誤才能使自己得到質的收獲。從中我也充分認識到了電路制作以及調試給我們帶來的樂趣，這次做課程設計的經歷也會使我終身受益，我感受到做論文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己學習的過程和研究的過程，沒有學習就不可能有研究的能力，沒有自己的研究，就不會有所突破，那也就不叫論文了。希望這次的經歷能讓我在以后學習中激勵我繼續進步基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統的設計與研究基于單片機的嵌入式Web服務器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現的供暖系統最佳啟停自校正（STR）調節器單片機控制的二級倒立擺系統的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協議棧的實現基于單片機的蓄電池自動監測系統基于32位嵌入式單片機系統的圖像采集與處理技術的研究基于單片機的作物營養診斷專家系統的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統研究與開發基于單片機的泵管內壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統開發基于單片機的液壓動力系統狀態監測儀開發模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數控系統的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環走絲方式研究基于單片機的機電產品控制系統開發基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內核設計及其應用研究基于單片機的遠程抄表系統的設計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統單片機系統軟件構件開發的技術研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設計和應用基于單片機的光纖光柵解調儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統的研制基于單片機的數字磁通門傳感器基于單片機的旋轉變壓器-數字轉換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調系統的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統設計Pico專用單片機核的可測性設計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現基于單片機的電液伺服控制系統用于單片機系統的MMC卡文件系統研制基于單片機的時控和計數系統性能優化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學生單片機應用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數據采集系統基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設備的數控改造基于單片機的溫度智能控制系統的設計與實現基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協議轉換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監測技術研究基于單片機的膛壁溫度報警系統設計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設計基于單片機船舶電力推進電機監測系統基于單片機網絡的振動信號的采集系統基于單片機的大容量數據存儲技術的應用研究基于單片機的疊圖機研究與教學方法實踐基于單片機嵌入式Web服務器技術的研究及實現基于AT89S52單片機的通用數據采集系統基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統基于單片機的控制系統在PLC虛擬教學實驗中的應用研究基于單片機系統的網絡通信研究與應用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統設計與研究基于單片機的模糊控制器在工業電阻爐上的應用研究基于雙單片機沖床數控系統的研究與開發基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統研究基于TCP/IP協議的單片機與Internet互聯的研究與實現變頻調速液壓電梯單片機控制器的研究基于單片機γ-免疫計數器自動換樣功能的研究與實現基于單片機的倒立擺控制系統設計與實現單片機嵌入式以太網防盜報警系統基于51單片機的嵌入式Internet系統的設計與實現單片機監測系統在擠壓機上的應用MSP430單片機在智能水表系統上的研究與應用基于單片機的嵌入式系統中TCP/IP協議棧的實現與應用單片機在高樓恒壓供水系統中的應用基于ATmega16單片機的流量控制器的開發基于MSP430單片機的遠程抄表系統及智能網絡水表的設計基于MSP430單片機具有數據存儲與回放功能的嵌入式電子血壓計的設計基于單片機的氨分解率檢測系統的研究與開發HYPER