交流異步電動機(jī)軟起動器的硬件設(shè)計(jì)

交流異步電動機(jī)軟起動器的硬件設(shè)計(jì)TheHardwareDesignofACAsynchronousMotorSoftStarter題目交流異步電動機(jī)軟起動器的硬件設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)(論文)內(nèi)容利用單片機(jī)AT89C51控制晶閘管交流調(diào)壓方式進(jìn)行電子軟啟動器設(shè)計(jì)。主回路主要由三組反并聯(lián)晶閘管和接觸器組成，通過控制反并聯(lián)晶閘管組的導(dǎo)通改變加載在電機(jī)兩端的電壓；而接觸器的主要作用是在軟啟動過程完成以后，把反并聯(lián)晶閘管組從三相電源中旁路。在需要軟停車時，再把軟啟動器裝置接入到電機(jī)回路中，完成軟停車的功能。二、基本要求1.分析軟啟動器工作原理，選定主電路設(shè)計(jì)方案2.系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)，晶閘管參數(shù)和型號選擇3.軟啟動器控制回路、過壓保護(hù)、過流保護(hù)、電流檢測電路設(shè)計(jì)，選擇設(shè)計(jì)參數(shù)和器件型號三、主要技術(shù)指標(biāo)異步電動機(jī)參數(shù)：額定功率：；額定電壓：；額定電流：；額定轉(zhuǎn)速：；效率：；功率因數(shù)：；過載系數(shù)：；電壓波動：±10%；極對數(shù)：P=2。四、應(yīng)收集的資料及參考文獻(xiàn)[1]彭鴻才.電機(jī)原理及拖動[M].第二版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.[2]陳伯時.自動控制系統(tǒng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1981.[3]周德澤.電氣傳動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1985.五、進(jìn)度計(jì)劃第1-2周開題報(bào)告第3周設(shè)定方案第4-6周系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)第7周中期答辯第9-12周控制電路設(shè)計(jì)第11-13周撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第14-15周答辯教研室主任簽字時間年月日畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告題目交流異步電動機(jī)軟啟動器的硬件設(shè)計(jì)一、研究背景由于交流異步電動機(jī)，特別是三相鼠籠式異步電動機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、性價比高、堅(jiān)固耐用、工作性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、廠礦企業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、國防工業(yè)以及人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€領(lǐng)域。但是在啟動過程中又存在著不少問題。電動機(jī)的啟動過程是指當(dāng)交流異步電動機(jī)投入電網(wǎng)時，從靜止?fàn)顟B(tài)一直加速到穩(wěn)定狀態(tài)的過程。啟動電源和啟動轉(zhuǎn)矩是衡量電動機(jī)啟動性能好壞的兩個指標(biāo)。在研究啟動的過程時，要求起動轉(zhuǎn)矩要足夠大，以保證電動機(jī)能夠正常地起動，同時在保證一定大小起動轉(zhuǎn)矩的前提下要求起動電流越小越好。目前異步電動機(jī)普遍采用的起動方式是全壓直接起動，但是這種方法優(yōu)缺點(diǎn)各存在。優(yōu)點(diǎn)是起動設(shè)備和操作簡單，而且起動的轉(zhuǎn)矩要比降壓起動的方法大。缺點(diǎn)是起動時產(chǎn)生的沖擊電流是其額定電流的2到7倍，這會造成好多影響，例如產(chǎn)生的機(jī)械沖擊力會加速機(jī)械傳動部件的磨損；電網(wǎng)電壓值瞬間的改變，會影響電氣設(shè)備及其他裝置的運(yùn)行；沖擊電流會造成電動機(jī)局部溫度上升，降低電動機(jī)的壽命等等。如今，隨著電力電子技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)的蓬勃發(fā)展，現(xiàn)代控制理論與電力電子技術(shù)的緊密結(jié)合，出現(xiàn)了以微處理器為控制核心的電動機(jī)軟啟動器。它是一種集電動機(jī)軟啟動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的電動機(jī)控制裝置。相對于傳統(tǒng)的降壓起動方式，軟啟動的優(yōu)點(diǎn)主要有：1.實(shí)現(xiàn)了電動機(jī)起動電壓的無極調(diào)節(jié)，沖擊轉(zhuǎn)矩和沖擊電流；2.通過電流閉環(huán)控制可以實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的恒流起動，不但限制了起動電流，還確保了電動機(jī)的平穩(wěn)起動；3.采用微機(jī)處理器控制，人機(jī)界面友好，控制簡便，可以實(shí)現(xiàn)多種軟啟動模式和保護(hù)功能，可靠性高；4.可以實(shí)現(xiàn)直接計(jì)算機(jī)通訊控制，為自動化控制打下良好的基礎(chǔ)。綜上所述，軟啟動器擁有良好的控制性能，具有很好的研究價值和應(yīng)用前景。二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.國外研究現(xiàn)狀電力電子軟起動的出現(xiàn)是隨著晶閘管的出現(xiàn)而發(fā)展起來的。最早采用晶閘管三相交流調(diào)壓電路對電動機(jī)軟起動的應(yīng)用出現(xiàn)在1970年，采用這種方法可以獲得很好的起動性能，所以一開始就引起人們廣泛的注意。三十多年來，國外對晶閘管三相交流調(diào)壓電路進(jìn)行了廣泛的研究，在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。在某些領(lǐng)域應(yīng)用顯示出獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢。如美國AB公司、英國CT公司、法國TE公司、德國AEG公司、瑞士ABB公司等均推出了軟起動器系列產(chǎn)品。目前在國外，晶閘管三相交流調(diào)壓起動技術(shù)的研究已從對通過控制電機(jī)電流的開環(huán)，閉環(huán)方式，發(fā)展到通過建立比較準(zhǔn)確實(shí)用的數(shù)學(xué)模型，找到適于三相交流調(diào)壓電路電機(jī)負(fù)載的控制方法，從而便三相交流調(diào)壓電路電機(jī)負(fù)載性能更好。如降壓變頻調(diào)速中的矢量控制和磁場定向控制的引入，創(chuàng)立軟起動技術(shù)的轉(zhuǎn)矩控制等等。在國外，發(fā)達(dá)國家的三相異步電動機(jī)軟起動產(chǎn)品主要是晶閘管軟起動和兼作軟起動的變頻器起動。在生產(chǎn)工藝兼有調(diào)速要求時，采用變頻裝置。在沒有調(diào)速要求使用的場合下，起動負(fù)載較輕時一般采用晶閘管軟起動。在重載或負(fù)載功率特別大的時候，使用變頻軟起動。發(fā)達(dá)國家軟起動的主流產(chǎn)品是晶閘管軟起動裝置，各知名電氣公司都有自己的晶閘管軟起動品牌，在其功能上又各具特色。例如GE公司生產(chǎn)的ASTAT智能電機(jī)軟起動器；ABB公司生產(chǎn)的PST、PSTB系列電機(jī)軟起動器；施耐德公司的ATS46軟起動器；德國SIEMENS公司的3RW22SIKOSTART軟起動器等等2.國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國的軟起動技術(shù)起步于80年代初期，現(xiàn)己推出JKB型軟起動器和JQ，JQZ型固態(tài)節(jié)能起動器等產(chǎn)品。JQ型用于輕負(fù)載起動，JQZ型用于重載起動，最大的控制功率可以達(dá)到800KW。雖然取得了一些成績，但由于國內(nèi)自行開發(fā)和生產(chǎn)的能力相對較弱，對國外產(chǎn)品的依賴還很嚴(yán)重。從總體上著，我國軟起動技術(shù)與國際先進(jìn)尚有差距。主要表現(xiàn)在以下幾個方面:①軟起動器的整機(jī)技術(shù)落后，國內(nèi)雖有很多單位投入了一定人力，物力，但由于分散，并沒有形成一定的技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模。②軟起動器產(chǎn)品所用的半導(dǎo)體功率器件的制造業(yè)規(guī)模較小。③相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)及行業(yè)落后。④產(chǎn)銷量少，可靠性及工藝水平不高。作為強(qiáng)弱電結(jié)合的軟起動是機(jī)電一體的綜合性技術(shù)，既要處理巨大的電能轉(zhuǎn)換，又要處理信息的搜集、變換和傳輸。因此其技術(shù)研究也會在兩個方向進(jìn)行。可以預(yù)見，未來的軟起動器將沿著以下方向發(fā)展:①提高起動轉(zhuǎn)矩。采用分級變頻起動，使電機(jī)低速起動時，起動電流小，起動轉(zhuǎn)矩大，可以在滿負(fù)荷的情況下實(shí)現(xiàn)軟起動。②實(shí)現(xiàn)高水平的控制，向智能化的方向發(fā)展。③起動器將向中壓電機(jī)軟起動方向發(fā)展。④向小型化方向發(fā)展。三、主要工作1.設(shè)計(jì)方案論證、比較及確定，分析軟啟動器工作原理，選定主電路設(shè)計(jì)方案。2.設(shè)計(jì)完善的硬件電路，包含各個部分。3.元器件選型及有關(guān)計(jì)算，晶閘管參數(shù)和型號選擇。4.軟件仿真分析和相關(guān)調(diào)試。四、所采用的方法與手段本設(shè)計(jì)在查閱大量的相關(guān)知識的基礎(chǔ)上，研究了國內(nèi)外軟啟動器的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向，對軟啟動器的工作原理和控制策略進(jìn)行了詳細(xì)的學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)以利用單片機(jī)AT89C51控制晶閘管交流調(diào)壓方式進(jìn)行電子軟啟動器設(shè)計(jì)。主回路主要由三組反并聯(lián)晶閘管和接觸器組成，通過控制反并聯(lián)晶閘管組的導(dǎo)通改變加載在電機(jī)兩端的電壓；而接觸器的主要作用是在軟啟動過程完成以后，把反并聯(lián)晶閘管組從三相電源中旁路。在需要軟停車時，再把軟啟動器裝置接入到電機(jī)回路中，完成軟停車的功能。五、預(yù)期達(dá)到的結(jié)果通過晶閘管和接觸器的組合，形成三組反并聯(lián)晶閘管和接觸器組成主回路，并通過控制反并聯(lián)晶閘管組的導(dǎo)通改變加載在電機(jī)兩端的電壓，來達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)的起動問題，變得更加的穩(wěn)定和高效。指導(dǎo)教師簽字時間年月日摘要異步電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)眾多，比如低成本，簡單結(jié)構(gòu)，耐用等，所以很受歡迎，被廣泛的應(yīng)用。但是從發(fā)明電動機(jī)至今，電機(jī)的起動一直是無法很好解決的問題。電動機(jī)在起動時，轉(zhuǎn)矩小，會導(dǎo)致電流很大。這樣的結(jié)果就是對電網(wǎng)和電機(jī)本身都有很大的損害和影響。傳統(tǒng)的起動方法都有一定的缺陷。本設(shè)計(jì)是用晶閘管設(shè)計(jì)一種軟啟動器，來解決電機(jī)的起動問題，提高電動機(jī)起動的穩(wěn)定性和效率。本設(shè)計(jì)主要是先分析了軟啟動器的工作原理，選定主電路的接線方案，利用晶閘管反并聯(lián)，構(gòu)成一種調(diào)壓器。之后利用單片機(jī)AT89C51設(shè)計(jì)了一個完整的硬件電路，包含電壓保護(hù)設(shè)計(jì)，電流保護(hù)設(shè)計(jì)等部分。根據(jù)硬件電路的電壓和電流，詳細(xì)的計(jì)算了每個模塊的參數(shù)，并進(jìn)行了器件選型。主電路的設(shè)計(jì)就是晶閘管構(gòu)成的一種調(diào)壓器，利用基于MATLAB的SIMULINK仿真平臺進(jìn)行仿真。仿真的目的，主要是調(diào)試出電動機(jī)轉(zhuǎn)速和定子電流的波形，設(shè)計(jì)直接起動的波形和軟啟動進(jìn)行對比，更好的體現(xiàn)出軟啟動的優(yōu)點(diǎn)。通過設(shè)計(jì)觸發(fā)的方式，使調(diào)壓器對電動機(jī)進(jìn)行調(diào)壓，最終達(dá)到控制電機(jī)起動的目的。通過調(diào)試和仿真，可以很好的看到，本設(shè)計(jì)中的軟啟動器能夠很好的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和起動電流，使電機(jī)的起動更加平穩(wěn)和高效。關(guān)鍵詞：軟啟動晶閘管異步電動機(jī)SIMULINKAbstractTheadvantagesofasynchronousmotorisnumerous,suchaslowcost,simplestructure,durable,etc.,soitwasverypopularandwidelyapplication.Butsincetheinventionofthemotor,themotorstarterhasbeentheproblemcannotbesolved.Motorstartingtorquelarge,willleadtoasmallelectriccurrent．Theresultisthatofpowergridandthemotoritself,thereisalotofdamageandimpact.Thetraditionalstartmethodhavesomedefects.Thisdesignisusedtodesignathyristorsoftstarter,startermotorproblemstosolve,improvethestabilityandefficiencyofthemotorstarting.Thisdesignmainlyisfirstanalyzedtheworkingprincipleofsoftstarter,maincircuitwiringschemes,selectedwiththeparallelthyristor,constituteavoltageregulator.AfterusingSCMAT89C51designedacompletehardwarecircuitcomprisingvoltageprotection,currentprotectiondesignsection.Accordingtothehardwarecircuitofthevoltageandcurrent,calculatedtheparametersofeachmoduleindetail,andadeviceselection,wascarriedout.Thedesignofmaincircuitiscomposedofthyristorvoltageregulator,usingSIMULINKplatform.Simulation,debuggingthemainmotorspeedandstatorcurrentwaveform.Triggeredbythedesignwayofthevoltageregulatorforregulatingmotor,ultimatelyachievethegoalofcontrolmotorstarting.Bydebuggingandsimulation,canbeverygoodtosee,thedesignsoftstartercanwellcontrolthemotorspeedandthestartingcurrentofthemotorstarterismorestableandefficient.Keywords：AsynchronousmotorThyristorSoftstartingSimulink目錄TOC\o"1-3"\h\u18848第1章緒論 ②當(dāng)角度在這個范圍內(nèi)時，軟啟動是處在不工作狀態(tài)的，因?yàn)闊o論觸發(fā)角怎么改變，輸出電壓是不會變得，因?yàn)樗鼪]有達(dá)到觸發(fā)的條件。經(jīng)過無數(shù)次的調(diào)試可知，如果調(diào)整不好觸發(fā)的角度，會出現(xiàn)好多情況，比如反并聯(lián)晶閘管中有一個晶閘管導(dǎo)通，而另一個是處于關(guān)閉狀態(tài)，這樣不能很好的完成調(diào)節(jié)作用，這根本就沒有起到設(shè)計(jì)的要求。要想讓晶閘管正常的工作，能夠起到應(yīng)該有的作用，必須采用后沿固定在的寬脈沖觸發(fā)方式，采用這種方式，才可以來保證晶閘管能正常觸發(fā)。觸發(fā)器模塊如圖5-7所示，本設(shè)計(jì)參考了眾多的觸發(fā)模塊方式，并綜合眾多的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)出了同步模塊，相位控制模塊，波形產(chǎn)生模塊等。圖5-7是整個仿真模塊的一個小的子系統(tǒng)模塊，它的基本工作原理簡介：從In1輸入電壓，進(jìn)行同步電壓檢測，之后是Relay環(huán)節(jié)產(chǎn)生與同步電壓正半周等寬的方波，(relay是滯環(huán)比較器，它的意義是讓信號有一個足夠的范圍寬度，而不至于每個周期都進(jìn)行調(diào)節(jié))。RateLimiter能限制變化率。此模塊的最終目的就是讓產(chǎn)生的波和電壓很好的結(jié)合在一起，再經(jīng)過延時等處理，形成固定的脈沖，然后再送到晶閘管，完成以后的一系列的工作。圖5-7觸發(fā)器模塊觸發(fā)模塊中的參數(shù)設(shè)置如表5-1所示。表5-1觸發(fā)器模塊參數(shù)設(shè)置模塊Relay、Relay2RateLimiter、RateLimiter1Relay1、Relay3參數(shù)設(shè)置SwitchOnpointepsRisingslewrate1000SwitchOnpointepsSwitchOffpointepsFallingslewrate-1e8SwitchOffpointepsOutputwhenon10Outputwhenon1Outputwhenoff0Outputwhenoff0(3)異步電動機(jī)模塊異步電動機(jī)中的參數(shù)按照任務(wù)書里的設(shè)置，只需要把額定電壓和額定頻率改為380V和50Hz即可，別的參數(shù)不用修改。(4)控制部分本設(shè)計(jì)中的模型控制部分有三塊。有階躍部分，主要功能是階躍起動信號，相當(dāng)于開關(guān)；設(shè)定曲線曲線部分；還有控制部分和觸發(fā)部分連接的函數(shù)。它的主要的構(gòu)成如圖5-8所演示的。其中Gain是增益模塊，它有放大的作用，這里的作用是放大信號，減小誤差。此處用Saturaction限幅器，就是設(shè)定積分時間常數(shù)。合理的角度，才能控制的更加合理。并不是說觸發(fā)角越小越好，也不是觸發(fā)角越大越好，在此處的調(diào)試過程中，要根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，來讓角度在最合理的范圍之內(nèi)。經(jīng)過仔細(xì)的分析和研究，在調(diào)試的過程中，發(fā)現(xiàn)，如果給出的觸發(fā)角大，電流就會小。角度相反，電流的值也會相反。所以控制好觸發(fā)角，是整個軟啟動的關(guān)鍵。系統(tǒng)中設(shè)置了函數(shù)匹配環(huán)節(jié)（Fun）來設(shè)置初始觸發(fā)角的大小。，其中為能使電動機(jī)啟動的最小控制電壓；給定積分環(huán)節(jié)的輸出。圖5-8GI環(huán)節(jié)5.3交流電機(jī)軟啟動系統(tǒng)仿真分析經(jīng)過一系列的準(zhǔn)備，研究了仿真所需要的每部分之后，利用仿真的平臺，將設(shè)計(jì)的各個部分組合在一起，進(jìn)行調(diào)試和仿真。最終搭建出了三相交流異步電動機(jī)的模型。里面所有的數(shù)值，都是按照任務(wù)書里所給定的條件設(shè)計(jì)的。為了突出軟啟動的優(yōu)勢，此處用直接起動做了一個對比。在本設(shè)計(jì)中，主要是研究了電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和定子電流。以下的章節(jié)將詳細(xì)的介紹仿真出來的波形。5.3.1電機(jī)轉(zhuǎn)速以下的兩個波形圖就是電動機(jī)的轉(zhuǎn)速圖。圖5-9是電機(jī)全壓起動的轉(zhuǎn)速波形。圖5-10是本設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)的軟啟動的轉(zhuǎn)速的波形。因?yàn)橹苯悠饎颖容^快，所以設(shè)定的仿真時間1秒。軟啟動的調(diào)壓比較慢，所以設(shè)定的運(yùn)行時間是8秒。任務(wù)書中給出的電機(jī)轉(zhuǎn)速為。從兩個圖中可以很清楚的看到，無論是直接起動，還是軟啟動，電機(jī)都能到達(dá)額定的轉(zhuǎn)速。但是過程完全不同。直接起動達(dá)到的時間特別快，斜率特別陡。而且在一段時間內(nèi)，轉(zhuǎn)速會超過額定的，這樣不僅會對電機(jī)本身造成損壞，還對整個的電網(wǎng)都有一定的影響。但是軟啟動就很好的解決了以上出現(xiàn)的問題。可以明顯的看出，斜率比較緩，時間合理，在起動的過程中，沒有波動，也沒有超過額定的轉(zhuǎn)速，電機(jī)起動的很平穩(wěn)，達(dá)到了本設(shè)計(jì)最終的設(shè)計(jì)要求。圖5-9直接啟動轉(zhuǎn)速圖5-10軟啟動轉(zhuǎn)速電機(jī)定子電流圖5-11直接起動定子電流圖5-12軟啟動定子電流以上的兩個波形圖就是電動機(jī)的定子電流圖。圖5-11是電機(jī)全壓起動的定子電流波形。圖5-12是本設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)的軟啟動的定子電流波形。這里設(shè)定的時間和轉(zhuǎn)速設(shè)定的時間一樣。直接起動的仿真時間1秒。軟啟動的時間是8秒。通過兩個圖可以明顯的看到兩種起動方法的不同。任務(wù)書中給出的電動機(jī)的額定電路為8.2A，圖中出現(xiàn)負(fù)的電流，因?yàn)楫惒诫妱訖C(jī)是一種感性負(fù)載，可以看出直接起動的電流波動非常大，最大的時刻有可能達(dá)到額定電流的10倍，這種范圍內(nèi)的沖擊，對電機(jī)和電網(wǎng)都是一種很大的損壞。但是軟啟動的電流就比較小，它的最大值才是額定的2倍左右。通過圖形對比，還可以得到，直接起動穩(wěn)定的時間特別短，幾乎瞬間就起動完成了。而軟啟動是一個循序漸進(jìn)的緩慢過程，這樣有一個緩沖，對設(shè)備是一種很好的保護(hù)。經(jīng)過分析，軟啟動基本達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。第6章結(jié)論本次設(shè)計(jì)是交流異步電動機(jī)的軟啟動器的硬件設(shè)計(jì)，根據(jù)任務(wù)書的要求，要求利用單片機(jī)AT89C51來控制晶閘管交流調(diào)壓的一種電子軟啟動器。在研究了設(shè)計(jì)方案之后，設(shè)計(jì)了主電路和控制電路。其中控制電路是利用單片機(jī)為核心控制，并設(shè)計(jì)出觸發(fā)電路，接觸器控制電路，電壓電流保護(hù)電路等，并依據(jù)相關(guān)的電流和電壓，確定器件的選型，還進(jìn)行了詳細(xì)的參數(shù)計(jì)算。主電路的仿真是利用Simulink仿真平臺，為了使仿真的結(jié)果更具有說服性，本設(shè)計(jì)將軟啟動和直接起動做了一個對比。在設(shè)計(jì)的仿真中，可以明顯的看到仿真的結(jié)果。通過軟啟動的電動機(jī)，它的轉(zhuǎn)速曲線的斜率比較小，很平穩(wěn)，沒有很大的波動，也沒有超過額定的范圍，一直處于一個合理的范圍。另外還可以根據(jù)圖形看出，經(jīng)過軟啟動之后，定子電流的波動更加的平穩(wěn)，由10倍左右的電流變?yōu)?倍左右，大大的降低了起動電流。通過分析可知，設(shè)計(jì)的軟啟動完全的達(dá)到了任務(wù)書里的要求，很好的解決了電機(jī)的起動問題，讓電機(jī)起動變得更加平穩(wěn)，安全，而且還更高效。參考文獻(xiàn)[1]高峰.單片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)[M].第三版.北京:科學(xué)出版社,2013.[2]孫克軍.電力拖動基礎(chǔ).北京[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2011.[3]李朝生.電機(jī)與電力電子試驗(yàn)及仿真指導(dǎo)書[M].北京:中國電力出版社,2012.[4]劉鳳春.電力與拖動MATLAB仿真與學(xué)習(xí)指導(dǎo).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.[5]ShirleyPA.Anintroductiontoultrasonicsensing[J].Sensors,1989(2):253~290.[6]王中鮮.MATLAB建模與仿真應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.[7]胡育文.異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2012.[8]趙莉華.電機(jī)學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.[9]夏繼強(qiáng).單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2001.[10]StephanZwahlen.ConstantinnovationsdemandedbyPCBtools:IndustialDiamondReview[J],2004(16):34~35.[11]余孟嘗.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程.北京:高等教育出版社,2008.[12]周明德.微機(jī)原理與接口技術(shù)[M].人民郵電出版社,2006.致謝一轉(zhuǎn)眼，畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近了尾聲，這就意味著我的四年大學(xué)生活也快要結(jié)束了，回首過去的歲月，心中不禁感慨良多。首先，我要特別感謝我的指導(dǎo)老師。李立平老師自始至終都關(guān)心并督促著我的畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)程和進(jìn)度，每當(dāng)我遇到瓶頸的時候，李老師總是很耐心的指導(dǎo)，幫助我解決畢業(yè)設(shè)計(jì)中遇到的許多難題，使我在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的路上少走了很多的彎路。其次，我要衷心地感謝我的室友和同學(xué)，感謝他們這四年來對我學(xué)習(xí)及生活上的關(guān)心和幫助！是他們陪伴我走過了大學(xué)四年最難忘的時光。雖然偶爾也有小摩擦，但是都擋不住我們之間濃濃的情誼。最后，我最需要感謝的是我的父母，他們生我，養(yǎng)我，培養(yǎng)了我做事認(rèn)真專注的態(tài)度，讓我在漫長的人生路中獲益良多。附錄附錄A外文資料InductionMotorAn

inductionorasynchronous

ACelectricmotor

inwhichthe

electriccurrent

inthe

rotor

neededproduceTorqueisobtainedbyelectromagneticinductionfromthemagneticfieldofstator

winding.Aninductionmotorthereforedoesnotrequire

mechanicalcommutation,separate-excitationorself-excitationforallorpartoftheenergytransferredfromstatortorotor,asinuniversal,DCandlargemotors.Aninductionmotor'srotorcanbeeither

woundtypeorsquirrelcagetype.Three-phase

squirrel-cage

inductionmotorsarewidelyusedinindustrialdrivesbecausetheyarerugged,reliableandeconomical.Single-phaseinductionmotorsareusedextensivelyforsmalleloads,suchashouseholdapplianceslikefans.Althoughtraditionallyusedinfixedservice,inductionmotorsareincreasinglybeingusedwith

variable-frequencyofdrives

(VFDs)invariable-speedservice.offerespeciallyimportantenergysavingsopportunitiesforanprospectiveinductionmotorsinvariable-torque

centrifugal

fan,pumpandcompressorloadapplications.Squirrelcageinductionmotorsareverywidelyusedinbothfixed-speedandVFDapplications.HistoryIn1824,theFrenchphysicist

Fran?oisArago

formulatedtheexistenceof

rotatingmagneticfields,termed

Arago'srotations,which,bymanuallyturningswitchesonandoff,WalterBailydemonstratedin1879asineffectthefirstprimitiveinductionmotor.

Practicalalternatingcurrentinductionmotorsseemtohavebeenindependentlyinventedby

GalileoFerrarisand

NikolaTesla,aworkingmotormodelhavingbeendemonstratedbytheformerin1885andbythelatterin1887.Teslaappliedfor

U.S.patents

inOctoberandNovember1887andwasgrantedsomeofthesepatentsinMay1888.InApril1888,theRoyalAcademyofScienceofTurin

publishedFerraris'sresearchonhisACpolyphasemotordetailingthefoundationsofmotoroperation.

InMay1888Teslapresentedthetechnicalpaper

ANewSystemforAlternatingCurrentMotorsandthe

AmericanInstituteofElectricalEngineers

(AIEE)describingthreeemotortypes:onewithafour-polerotorforminganon-self-starting

reluctancemotor,anotherwithawoundrotorformingaself-startinginductionmotor,andthethirdatrue

synchronousmotor

withseparatelyexcitedDCsupplytorotorwinding.

GeorgeWestinghouse,whowasdevelopinganalternatingcurrentpowersystematthattime,licensedTesla’spatentsin1888andpurchasedaUSpatentoptiononFerraris'inductionmotorconcept.

Teslawasalsoemployedforoneyearasaconsultant.Westinghouseemployee

C.F.Scott

wasassignedtoassistTeslaandlatertookoverdevelopmentoftheinductionmotorat.

Steadfastinhispromotionofthree-phasedevelopment,

MikhailDolivo-Dobrovolsky'sinventedthecage-rotorinductionmotorin1889andthethree-limbtransformerin1890.

However,heclaimedthatTesla'smotorwasnotpracticalbecauseoftwo-phasepulsations,whichpromptedhimtopersistinhisthree-phasework.

AlthoughWestinghouseachieveditsfirstpracticalinductionmotorin1892anddevelopedalineof60

hertz

inductionmotorsin1893,theseearlyWestinghousemotorswere

two-phasemotors

withwoundrotorsuntil

B.G.Lamme

developedarotatingbarwindingrotor.The

GeneralElectricCompany

(GE)begandevelopingthree-phaseinductionmotorsin1891.By1896,GeneralElectricandWestinghousesignedaagreementforthebar-winding-rotordesign,latercalledthesquirrel-cagerotor.ArthurE.Kennelly

wasthefirsttobringoutfullsignificanceoftheletter"i"(thesquarerootofminusone)todesignatethe90-degree

rotationin

complexnumber

analysisofACproblems.GE's

CharlesProteusSteinmetz

greatlydevelopedapplicationofACcomplexquantitiesincludingintermsnowcommonlyknownastheinductionmotor's

Steinmetzequivalentcircuit.Inductionmotorimprovementsflowingfromtheseinventionsandinnovationsweresuchthata100

horsepower

inductionmotorcurrentlyhasthesamemountingdimensionsasa7.5horsepowermotorin1897.PrinciplesofoperationInbothinductionand

synchronousmotors,theACpowersuppliedtothemotor's

statorcreatesa

magneticfield

thatrotatesintimewiththeACoscillations.Whereasasynchronousmotor'srotorturnsatthesamerateasthestatorfield,aninductionmotor'srotorrotatesataslowerspeedthanthestatorfield.Theinductionmotorstator'smagneticfieldisthereforechangingorrotatingrelativetotherotor.Thisinducesanopposingcurrentintheinductionmotor'srotor,ineffectthemotor'ssecondarywinding,whenthelatterisshort-circuitedorclosedthroughanexternalimpedance.

Therotating

magneticflux

inducescurrentsinthewindingsoftherotor;

inamannersimilartocurrentsinducedina

transformer'ssecondarywinding(s).Thecurrentsintherotorwindingsinturncreatemagneticfieldsintherotorthatreactagainstthestatorfield.Dueto

Lenz'sLaw,thedirectionofthemagneticfieldcreatedwillbesuchastoopposethechangeincurrentthroughtherotorwindings.Thecauseofinducedcurrentintherotorwindingsistherotatingstatormagneticfield,sotoopposethechangeinrotor-windingcurrentstherotorwillstarttorotateinthedirectionoftherotatingstatormagneticfield.Therotoracceleratesuntilthemagnitudeofinducedrotorcurrentandtorquebalancestheappliedload.Sincerotationatsynchronousspeedwouldresultinnoinducedrotorcurrent,aninductionmotoralwaysoperatesslowerthansynchronousspeed.Thedifference,or"slip,"betweenactualandsynchronousspeedvariesfromabout0.5to5.0%forstandardDesignBtorquecurveinductionmotors.

Theinductionmachine'sessentialcharacteristhatitiscreatedsolelybyinductioninsteadofbeingseparatelyexcitedasinsynchronousorDCmachinesorbeingself-magnetizedasinpermanentmagnetmotors.Forrotorcurrentstobeinduced,thespeedofthephysicalrotormustbelowerthanthatofthestator'srotatingmagneticfield();otherwisethemagneticfieldwouldnotbemovingrelativetotherotorconductorsandnocurrentswouldbeinduced.Asthespeedoftherotordropsbelowsynchronousspeed,therotationrateofthemagneticfieldintherotorincreases,inducingmorecurrentinthewindingsandcreatingmoretorque.Theratiobetweentherotationrateofthemagneticfieldinducedintherotorandtherotationrateofthestator'srotatingfieldiscalledslip.Underload,thespeeddropsandtheslipincreasesenoughtocreatesufficienttorquetoturntheload.Forthisreason,inductionmotorsaresometimesreferredtoasasynchronousmotors.

Aninductionmotorcanbeusedasan

inductiongenerator,oritcanbeunrolledtoforma

linearinductionmotor

whichcandirectlygeneratelinearmotion.SynchronousspeedAnACmotor'ssynchronousspeed,

,istherotationrateofthestator'smagneticfield,whichisexpressedinrevolutionsperminuteas（RPM）,where

isthemotorsupply'sfrequencyinhertzand

isthenumberofmagneticpoles.Thatis,forasix-poletmotorwiththreepole-pairsset120°apart,

equals6and

equals1,000RPMand1,200RPMrespectivelyfor50

Hzand60

Hzsupplysystems.SlipSlip,

,isdefinedasthedifferencebetweensynchronousspeedandoperatingspeed,atthesamefrequency,expressedinrpmorinpercentorratioofsynchronousspeed.ThusWhereisstatorelectricalspeed,

isrotormechanicalspeed.Slip,whichvariesfromzeroatsynchronousspeedand1whentherotorisatrest,determinesthemotor'storque.Sincetheshort-circuitedrotorwindingshavesmallresistance,asmallslipinducesalargecurrentintherotorandproduceslargetorque.Atfullratedload,slipvariesfrommorethan5%forsmallorspecialpurposemotorstolessthan1%forlargemotors.Thesespeedvariationscancauseload-sharingproblemswhendifferentlysizedmotorsaremechanicallyconnected.Variousmethodsareavailabletoreduceslip,VFDsoftenofferingthebestsolution.StartingTherearethreebasictypesofcompetingsmallinductionmotors:single-phasesplit-phaseandshaded-poletypes,andsmallpolyphaseinductionmotors.Asingle-phaseinductionmotorrequiresseparatestartingcircuitrytoprovidearotatingfieldtothemotor.Thenormalrunningwindingswithinsuchasingle-phasemotorcancausetherotortoturnineitherdirection,sothestartingcircuitdeterminestheoperatingdirection.Incertainsmallersingle-phasemotors,startingisdonebymeansofashadedpolewithacopperwireturnaroundpartofthepole.Thecurrentinducedinthisturnlagsbehindthesupplycurrent,creatingadelayedmagneticfieldaroundtheshadedpartofthepoleface.Thisimpartssufficientrotationalfieldenergytostartthemotor.Thesemotorsaretypicallyusedinapplicationssuchasdeskfansandrecordplayers,astherequiredstartingtorqueislow,andthelowefficiencyistolerablerelativetothereducedcostofthemotorandstartingmethodcomparedtootherACmotordesigns.Self-startingpolyphaseinductionmotorsproducetorqueevenatstandstill.Availablecageinductionmotorstartingmethodsincludedirect-on-linestarting,reduced-voltagereactororauto-transformerstarting,star-deltastartingor,increasingly,newsolid-statesoftassembliesand,ofcourse,VFDs.SpeedcontrolBeforethedevelopmentofsemiconductor

powerelectronics,itwasdifficulttovarythefrequency,andcageinductionmotorsweremainlyusedinfixedspeedapplications.ApplicationssuchaselectricoverheadcranesusedDCdrivesorwoundrotormotors(WRIM)with

sliprings

forrotorcircuitconnectiontovariableexternalresistanceallowingconsiderablerangeofspeedcontrol.However,resistorlossesassociatedwithlowspeedoperationofWRIMsisamajorcostdisadvantage,especiallyforconstantloads.

Largeslipringmotordrives,termedslipenergyrecoverysystems,somestillinuse,recoverenergyfromtherotorcircuit,rectifyit,andreturnittothepowersystemusingaVFD.Inmanyindustrialvariable-speedapplications,DCandWRIMdrivesarebeingdisplacedbyVFD-fedcageinductionmotors.ThemostcommonefficientwaytocontrolasynchronousmotorspeedofmanyloadsiswithVFDs.BarrierstoadoptionofVFDsduetocostandreliabilityconsiderationshavebeenreducedconsiderablyoverthepastthreedecadessuchthatitisestimatedthatdrivetechnologyisadoptedinasmanyas30-40%ofallnewlyinstalledmotors.ConstructionThestatorofaninductionmotorconsistsofpolescarryingsupplycurrenttoinduceamagneticfieldthatpenetratestherotor.Tooptimizethedistributionofthemagneticfield,thewindingsaredistributedinslotsaroundthestator,withthemagneticfieldhavingthesamenumberofnorthandsouthpoles.Inductionmotorsaremostcommonlyrunonsingle-phaseorthree-phasepower,buttwo-phasemotorsexist;intheory,inductionmotorscanhaveanynumberofphases.Manysingle-phasemotorshavingtwowindingscanbeviewedastwo-phasemotors,sinceacapacitorisusedtogenerateasecondpowerphase90°fromthesingle-phasesupplyandfeedsittothesecondmotorwinding.Single-phasemotorsrequiresomemechanismtoproducearotatingfieldonstartup.Cageinductionmotorrotor'sconductorbarsaretypicallyskewedtoreducenoise.RotationreversalThemethodofchangingthedirectionofrotationofaninductionmotordependsonwhetheritisathree-phaseorsingle-phasemachine.Inthecaseofthreephase,reversaliscarriedoutbyswappingconnectionofanytwophaseconductors.Inthecaseofasingle-phasemotoritisusuallyachievedbychangingtheconnectionofastartingcapacitorfromonesectionofamotorwindingtotheother.Inthislattercasebothmotorwindingsaresimilar(e.g.inwashingmachines).PowerfactorThe

powerfactor

ofinductionmotorsvarieswithload,typicallyfromaround0.85or0.90atfullloadtoaslowas0.35atno-load,

duetostatorandrotorleakageandmagnetizingreactances.Powerfactorcanbeimprovedbyconnectingcapacitorseitheronanindividualmotorbasisor,bypreference,onacommonbuscoveringseveralmotors.Foreconomicandotherconsiderationspowersystemsarerarelypowerfactorcorrectedtounitypowerfactor.Powercapacitorapplicationwithharmoniccurrentsrequirespowersystemanalysistoavoidharmonicresonancebetweencapacitorsandtransformerandcircuitreactances.Commonbuspowerfactorcorrectionisrecommendedtominimizeresonantriskandtosimplifypowersystemanalysis.EfficiencyFullloadmotorefficiencyvariesfromabout85

%to97

%,relatedmotorlossesbeingbrokendownroughlyasfollows:Frictionand

windage,5

%–15

%Ironor

corelosses,15

%–25

%Statorlosses,25

%–40

%Rotorlosses,15

%–25

%Strayloadlosses,10

%–20

%.Variousregulatoryauthoritiesinmanycountrieshaveintroducedandimplementedlegislationtoencouragethemanufactureanduseofhigherefficiencyelectricmotors.Thereisexistingandforthcominglegislationregardingthefuturemandatoryuseofpremium-efficiencyinduction-typemotorsindefinedequipment.

From:Wikipedia,thefreeencyclopediathatanyonecanedit.異步電動機(jī)感應(yīng)或異步電動機(jī)是一種需要電流產(chǎn)生扭矩，轉(zhuǎn)子通過電磁感應(yīng)從而獲得定子的磁場繞組的交流電動機(jī)。感應(yīng)電動機(jī)，因而不需要機(jī)械換向，單獨(dú)激磁或自激對于所有從定子傳遞至轉(zhuǎn)子的能量的全部或部分，通用的，有DC和大型同步電動機(jī)。一種感應(yīng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子可以是卷繞型或鼠籠型。三相鼠籠式異步電動機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)驅(qū)動器，因?yàn)樗麄儓?jiān)固，可靠和經(jīng)濟(jì)。單相感應(yīng)電動機(jī)被廣泛地用于較小的負(fù)載，如家用的電器風(fēng)扇。雖然使用在傳統(tǒng)的定速的服務(wù)上，但是感應(yīng)電動機(jī)正在越來越多地使用可變頻率驅(qū)動器（VFD）的可變速度的功能。變頻驅(qū)動器對于現(xiàn)有和未來感應(yīng)電機(jī)的可變扭矩離心風(fēng)機(jī)，泵和壓縮機(jī)的負(fù)荷應(yīng)用，提供了一種尤其重要的節(jié)約能源的機(jī)會。鼠籠異步電機(jī)非常廣泛的應(yīng)用在兩個固定的速度和VFD應(yīng)用。歷史1824年,法國物理學(xué)家弗朗索瓦?阿拉戈證明了旋轉(zhuǎn)磁場的存在,稱為阿拉戈的旋轉(zhuǎn),通過手動開關(guān)打開和關(guān)閉；沃爾特·貝利在1879年制成第一個原始感應(yīng)電動機(jī)。實(shí)用的交流感應(yīng)電機(jī)似乎已經(jīng)獨(dú)立；伽利略尼古拉·特斯拉，工作電機(jī)模型于1885年，由后者在1887年發(fā)明并且已證明了前者。特斯拉申請了美國專利，在1887年的十月和十一月，被授予了其中的一些專利。1888年的五月和1888年4月，皇家科學(xué)研究院法拉利發(fā)表研究，對他的多相交流電動機(jī)，詳細(xì)介紹了電機(jī)運(yùn)行的基礎(chǔ)操作。1888年5月,特斯拉技術(shù)論文提出一個新的系統(tǒng),交流馬達(dá)和變壓器。美國電氣工程師學(xué)會(AIEE)描述三四定子極電動機(jī)類型：與四極轉(zhuǎn)子形成非自啟動開關(guān)磁阻電動機(jī)，另一個具有一個纏繞轉(zhuǎn)子形成一個自啟動感應(yīng)電動機(jī)，第三真實(shí)同步電機(jī)勵直流供給至轉(zhuǎn)子繞組。喬治·威斯汀豪斯，在電力系統(tǒng)中發(fā)展交流電，獲得特斯拉的專利許可，1888年購買了法拉利的感應(yīng)電動機(jī)的概念的美國專利選項(xiàng)。特斯拉也曾擔(dān)任一年顧問。西屋電氣的員工斯科特被分配到協(xié)助特斯拉，后來接管了西屋的感應(yīng)電動機(jī)的發(fā)展。在他堅(jiān)定不移地的推動三相發(fā)展中，米哈伊爾在1889年發(fā)明籠式異步電動機(jī)和1890年的三肢變壓器。然而，他聲稱，特斯拉的兩相脈動運(yùn)動并不實(shí)用，所以，這促使他堅(jiān)持他的三相工作。雖然西屋公司在1892年實(shí)現(xiàn)了第一個實(shí)用的感應(yīng)電動機(jī)，并在1893年發(fā)明發(fā)達(dá)的多相60赫茲感應(yīng)電機(jī)，但這些早期的西屋電機(jī)是兩相電機(jī)繞線轉(zhuǎn)子，直到BGLamme開發(fā)了旋轉(zhuǎn)桿轉(zhuǎn)子繞組。通用電氣