附件2理工学院本科毕业设计（论文）三相异步电动机软启动器的设计Design of sotf-starter in three-phase asynchronous motor学院（系）：电子系专业：电气工程及其自动化学生姓名：王增强学号： 097408064指导教师（职称）：张凤蕊（教授）评阅教师：完成日期：理工学院Nanyang Institute of Technology三相异步电动机软启动器的设计电气工程及其自动化王增强［摘要］该系统是基于C8051单片机的交流异步电动机的软启动器控制系统，电机启动方式采用电压斜坡软启动，由单片机控制晶闸管触发脉冲。
其次介绍了软启动器硬件电路的设计，包括主电路、控制电路、电流检测电路、相序检测电路、晶闸管触发及其驱动电路等，同时介绍了控制系统软件设计，包括主程序、电压斜坡启动程序、相序检测程序等，为了保护电机系统还设计了过压、欠压、过流等多种保护。
［关键词］软启动器；异步电动机；单片机;晶闸管Design of sotf-starter in three-phase asynchronous motorElectrical engineering and automation Major WANG zeng－qiang Abstract: sotf-starter has a wide range of application in motor control system because its advangtage of start brake and energy-saving in motor system.Fistly this paper introduced the structure and the operation principle of a motor sotf-starter. This paper designed a sotf-starter control system in three-phase AC asynchronous motor,which is based on 8051 single chip,the crystal thyratron trigger pluse is controled by single chip.the solpe voltage starting of starting mode is used to start the motor.secondly,the hardware design and analysis of the introduced,including the main circuit,control circuit,detect current circuit,the electric current examination circuit, phase sequence detection circuit,the spring and driving of crystal thyratron. And diseussed the software design of control system,including main program, the solpe voltage program, sequence detection program.To protcet the system,it provide over-voltage,over-current,under-voltage protection measures.Key words: sotf-starter; asynchronous motor; single chip ;crystal thyratron目录1 前言1.1 三相异步电动机软启动器的国内外研究现状电力电子软起动的出现是随着晶闸管的出现而发展起来的，最早采用晶闸管三相交流调压电路对电动机的软起动应用是在1970 年由英国人发明的，由于采用这种方法可以获得很好的起动性能，所以曾引起人们广泛的注意。
近二十多年来，国外对晶闸管三相交流调压电路进行了广泛的研究，在工业应用领域得到应用，在某些领域应用显示出独特的技术优势。
90 年代以后，国外一些著名厂商推出了软起动系列产品，技术已趋于成熟。
如美国的AB 公司生产的315～2000KW的交流调压式电力电子软起动器，英国的CT 公司，法国的TE 公司，德国AEG 公司及欧洲ABB公司等均推出了软起动产品；德国的西门子公司推出一系列产品：SIRIUS 3RW30/31 适用于55KW以下电机，SIKOSTART 3RW22 适用于710KW 以下电机，SIKOSTART 2RW34 适用于1050KW以下电机。
从软起动出现在世界（1970 年），就伴随着研究软起动器能否实现节约能源的问题。
英国人曾在八十年代初就对不同控制原理的软起动产品做过对比试验，并得出在40％～50％的额定负载下，软起动器有明显的节能效果的结论，从而使得这种控制器在轻载情况下大大被采用。
目前，国外对晶闸管三相交流调压电路的研究已从对控制电压控制电机电流的开环、闭环方式，发展到通过建立比较准确实用的数学模型，找到适于三相交流调压电路电机负载的控制方法，从而使三相交流调压电路电机负载性能更优。
如将原变频调速中的矢量控制和磁场定向控制引入，创立软起动技术的转矩控制。
国内在软起动器方面也有研究。
我国软起动技术起步于80 年代初期，以后也推出了各种品牌的软起动器，但在技术上和可靠性上与国外同类产品尚有一定的差距。
已推出JKR、NJR1、STR、JKB型软起动器和JQ、JQZ型固态节能软起动器等产品。
JQ型用于轻负载起动，JQZ型用于重负载起动，最大控制功率达800kW，并已在上海、广东、新疆、湖南等省市一些工程中应用10 年。
我国一些高等院校对于软起动器技术也有一定研究，如浙江大学对此技术的节能控制策略的研究已进入实用化阶段。
（1）基于单片机的变频调速软启动器软启动器采用了单片机技术做到平稳逐步升高电压，同时考虑到由于电动机启动电压的下降而使电动机转矩减小（电动机的转矩与外接电压的平方成反比）。
根据只国U/F 不变则转告力矩不变的原理，该系统除了设定工频（50HZ ）软启动外，还采用了变频技术进行启动，即在降低电压的同时降低频率，以保证电机启动时有一个较大的力矩，这种软启动器主要采用了16位单片机作为核心部件，外部扩展EEPROM ，用来在存放关键数据、工作信息及命令等。
并行I/O 接口8255A 的PA 口及PB 口的PB2-PB0用于键盘扫描，以便实现人机对话、对数设定及口令输入。
PB 口除了读出键盘扫描值外，主要用于显示（6位LED 数码管）各种参数及信息。
PC 口扩展LED 信息灯，用于工作状态及故障指示。
调整输入接口用于控制及启动交频，高速接入接口用于对电机的电流进行检测。
扩展的GAL 主要进行译码以便系统进行分时操作。
（2）基于MSP430F149单片机的软启动器该系统的工作原理图如图1所示，该系统以MSP430F149单片机为核心部件，三相电压经分压后，分别送入比较器的3个输入端，分压网络的中点接入比较器的3个参考端。
比较器输出脉冲的升降沿与输入三相电压的过零点同步，这个脉冲经光电隔离整形后，送到单片机中断输入端；同时，三相电流经电流互感器耦合到整流、放大电路，并送到单片机的A/D 输入端。
单片机首先检测三相电压的相序是否正确，如果不正确将报警，且不启动电机；若正确，将按设定的方式（如斜坡电压启动、恒流启动或点动）触发晶闸管，同时检测三相电流，如发现异常，将停止启动并报警。
过零检测旁路接触器光电隔离MSP430F149显示键盘触发电路光电隔离U V W图1 基于MSP430F149软启动器的工作原理图1.2 设计内容和要求本课题要求以8051单片机为控制核心，设计一个三相异步电动机软启动器控制系统，其设计的具体内容和技术要求如下：（1）三相交流调压电路采用晶闸管调压，由单片机控制晶闸管的触发脉冲；（2）软启动器的启动方式采用斜坡软启动；（3）设计同步电路以保证每个晶闸管的触发脉冲与其阳极电压保持严格的相位关系；（4）利用键盘实现各类启动参数的设定、电动机的启动和停止等命令的输入；（5）显示电路要能够显示电路中的线电压、线电流、电机转速等运行参数；（6）电机启动过程中能对电机进行过压、欠压、过流、缺相、掉相等多种保护；（7）设计晶闸管驱动电路,以保证晶闸管可靠导通。
1.3 系统设计可行性分析就目前电子软启动器的研究技术而言，国内外软起动器产品的控制原理技术及主要回路设计已经日趋成熟了，差距也在不断拉近，查阅国内外有相关资料为自己设计异步电动机软启动器提供宝贵的资料。
软启动器主要包括两个方面：主回路和控制回路。
主回路是晶闸管电路，控制电路主要是以微处理器为核心器件的控制系统，其中包括事件电路部分和软件部分，硬件部分主要包括晶闸管触发及驱动电路、电源相序检测、电源电压检测电路、电机电流检测电路、电机转速检测电路、键盘电路、显示电路及电机的保护电路；软件部分有主程序和与上述电路所对应的子程序。
PROTUES软件可提供本设计仿真所需的C8051核心原件及其他原件的仿真模型，通过KEIL在线编程及PROTUES 及KEIL的完美结合能够使设计的电路得以仿真。
2 软启动器原理2.1 软启动器及其工作原理软启动器是一种用来控制三相交流电动机的专用产品，它实现了交流电动机的软启动、软停车、轻载节能和多种保护，其功能完善，性能优越，能够满足工业电机控制的需要，是传统Y/△启动和自耦变压器启动控制方式的理想换代产品。
软启动器采用三相反并联晶闸管（SCR）作为调压器，将其接入电源和电机定子之间，这种电路如三相全控整流电路。
软启动器启动电机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机的转速逐渐加速，直到晶闸管全部导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免了启动时过流跳闸，待电动机达到额定转速时，启动过程结束。
软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命及提高其工作效率。
软启动器同时还提供软停车功能，软停车与软启动过程相反，电压逐渐降低，转速逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。
2.2 软启动器启动方式软启动器一般有下面几种启动方式：（1）斜坡升压软启动输出电压由小到大斜坡线性上升，将传统的有级降压起动变为无级降压起动，主要用于重载起动。
它的缺点是起动转矩小，转矩特性呈抛物线形上升，对起动不利;起动时间长，对电机不利。