毕业设计（论文）-交流异步电机的节能技术研究.doc

中国地质大学长城学院 2012 届毕业论文 1 分类号 密级 中中国国地地质质大大学学长长城城学学院院 本本 科科 毕毕 业业 论论 文文 题题 目目 交流异步电机的 节能技术研究 英文英文题题目目 Ac Induction Motor Energy Saving Technology Research 系系 别别 工 程 技 术 系 学学生生姓姓名名 专专 业业 机械设计制造及其自动化 学学 号号 指指导导教教师师 职职 称称 副教授 年年 月月 日日 中国地质大学长城学院 2012 届毕业论文 2 交流异步电机的节能技术研究 靳亚丰 （中国地质大学长城学院，保定 河北省） 摘 要：面对日益增长的能源需求和能源危机，人们曾经提出用可再生能源来 发电或通过改善发电、输电和用电系统中所用设备的效率来节能。异步电机应用范围很 广泛，而且使用数量极大。任何显著改善感应电机运行效率的措施都可以帮助我们节约 能源，因此，本文对电机进行了全面的分析和研究，在电机的启动和控制上加以改进。 关 键 词:能源危机，节约能源，电机启动和控制。 Abstract:In the face of growing energy needs and the energy crisis, it was proposed with renewable energy to power generation or through the improvement of power generation, transmission and power system in the efficiency of equipment used to energy conservation. Asynchronous motor application range is very wide, and use a number. Any significant improvement induction motor efficiency measures can help us to save energy, therefore, in this paper, the motor for a comprehensive analysis and study, in the start of the motor control and improved. Key words: TheThe energyenergy crisis,crisis, SavingSaving energy,energy, MotorMotor start-upstart-up andand Control.Control. 中国地质大学长城学院 2012 届毕业论文 3 目目 录录 引言引言.3 3 1 1、了解电机节能概念：、了解电机节能概念：.4 4 2 2、节能设备改造需要的理由、节能设备改造需要的理由.4 4 2.1、生产工艺普遍落后；.4 2.2、供配电系统运行效率低；.4 2.3、电力品质低、电能质量差；.5 2.4、能源管理方式粗放；.5 3 3、异步电机软启动与节能运行技术的重要意义、异步电机软启动与节能运行技术的重要意义.5 5 3.1、异步电机软启动技术概述.6 3.2、直接起动的危害.6 33、老式降压起动方式的适用场合及性能比较.7 3.4、软启动器的工作方式及适用场合.7 3.4.1、软启动的工作方式.8 3.4.2、软起动器的适用场合.10 3.5、软起动器与传统降压起动器的比较.11 3.6、传统启动与软启动.12 3.7、节能运行技术发展现状.13 3.7.1、节能运行的基本原理.13 3.7.2、 节能运行在软启动器上的实现.13 4 4、软启动器的基本原理、软启动器的基本原理.1515 4.1、电机软启动器控制原理图.15 4.2、控制原理及软件实现.17 4.2.1、 软起动器的上电与起动控制.17 4.2.2、 软起动器的参数设置.18 5.5. 结论结论.1919 6,6,、参考文献、参考文献.2020 谢谢 辞辞.2121 中国地质大学长城学院 2012 届毕业论文 4 引言引言 人们日益增长的能源需求和能源供应紧缺之间的矛盾使得节能成为了人们目前日 益关注的焦点。人们曾多次试图通过利用可再生能源来发电或通过改善发电、输电和用 电系统中所用设备的效率来节能，来解决这对矛盾。由于我国电机产品种类繁多，但效 率不高。与发达国家比，平均效率低 3-5 个百分点，运行效率低 10-20 个百分点。目前 我国约有 1 亿台工业电机，2500 万台压缩机，3000 万台风机和泵。但具备设计、生产、 测试高效电机能力的企业只有 30-50 家。一些工业电机系统用户对电机系统节能所带来 的经济效益缺乏认识，或对进行电机系统节能改造的技术问题存在障碍，并且缺乏有效 的信息平台分享电机系统节能改造方面的成功经验。 再说异步电机是工业领域中主要的耗能设备，大约 80%以上电能由异步电机所消耗。 市场调查表明，高效电机和普通电机的销售价格分别为 70 元/kw-90 元/kw 和约 40 元 /kw。此外，电机系统效率低下，长期低效率运行。电机系统匹配不合理，大马拉小车现 象严重 ，其运行效率并不那么令人满意，所以，节能型异步电机的研究成为了目前电机 行业的发展趋势。在过去异步电机设计过程中，主要考虑的是实现异步电机的优良性能 和降低其生产成本。它的精度性不高，仅仅靠的是一些专业经验。计算机的出现，使一 些不可能电机节能设计和技术的新研究有了可能。然而现在化得社会中异步电机的节能 在逐渐的提高，并且节能技术的研究有了新的突破。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业论文 5 1 1、了解电机节能概念：、了解电机节能概念： 主要包括更新淘汰低效电机及高耗电设备；节能电机概念和技术，合理匹配电机系 统，提高电机效率；以先进的电力电子技术传动方式改造传统的机械方式，实现被拖动 装置控制和设备制造；推广软启动装置、无功补偿装置、计算机自动控制系统技术、优 化电机系统的运行和控制。 2 2、节能设备改造需要的理由、节能设备改造需要的理由 企业是否需要节能可从以下方面可以做初步判断，也就是能源浪费情况诊断： 2.12.1、生产工艺普遍落后；、生产工艺普遍落后； 在我国的工业企业中，很多技术还停留在上世纪七八十年代水平，甚至还有部分企 业采用苏联时期的生产技术或工艺，特别是高耗电行业，钢铁、化工、建材、机械、有 色金属、纺织、石油、煤炭等行业，生产工艺普遍落后，产品产量和质量也相对很低， 单位产品能耗和电耗大。 2.22.2、供配电系统运行效率低；、供配电系统运行效率低； 变压器及配电线路配置不合理工厂供配电系统中能耗最多的是电力变压器及配电线 路。由于市场需求的变动和工厂生产工艺的改变，往往出现按设计配置的电力变压器容 量与实际如何不相匹配的情况，例如变压器容量过大、负载率低，变压器损耗大；配电 线路粗细和长短不合理、不规范，也导致线路损耗大幅度增加。 设备配置不合理， “大马拉小车”情况严重国内工业企业用电设备多为满负荷设计， 额定功率普遍偏大，实际运行效率低，占我国工业用电总量 60%-70%的电机，通常的使用 效率不到 75%， “大马拉小车”与低负荷运行的情况相当普遍。在此状态下，电机消耗的 电能中有相当部分是以发热、铁损、铜损、噪音与振动等形式被浪费掉。 用电设备陈旧老化目前我国工矿企业中也有不少的变压器、电机、风机、泵类、压 缩机、电焊机等通用设备是属于六七十年代的产品，有的设备及供电线路非常陈旧，这 些设备及供电线路在运行时效率低、耗电多、浪费非常大，存在着很大的节电潜力。 流体设备运行工艺不合理风机、泵、压缩机等通用机械拖动设备为我国最主要终端 耗电设备，根据统计，风机和泵类设备装机容量大 1.6 亿千瓦，占全国用电量的 20%。而 此类设备大部分设计为固定功率运行，但实际运行时所需的压力或流量并不固定，且大 多数低于电机额定功率供给的压力或流量，电能浪费严重，节电潜力大。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业论文 6 2.32.3、电力品质低、电能质量差；、电力品质低、电能质量差； 瞬变电压和浪涌电流的影响工业企业用电设备数量多、启动频繁、负荷变化大，容 易对电网产生冲击，引起瞬变电压和浪涌电流情况严重，严重威胁和影响其它设备的正 常运行，导致电机的温升和电表转速加快而浪费电能，系统用电效率下降 谐波的影响工业自动化使用整流器、变频器、可控硅等非线性设备，会产生大量的 谐波，使系统电压和电流的波形畸变，恶化电力品质，不但增加电耗，也影响了用电安 全和设备使用寿命，谐波的危害已成为电网最主要的公害。 供电电压不稳定工业输变电网系统负荷大、分布广，用电高峰期和低谷期分布时段 非常明显，因此在用电高峰和低谷时段电压波动很大，都会在很大程度上浪费电能，同 时会恶化用电品质，不但会增加了电耗，也影响到用电设备的使用寿命和用电安全。 2.42.4、能源管理方式粗放；、能源管理方式粗放； 能效使用与供电系统及各种设备的运行状态管理、维护、检修密不可分，而大部分 企业只从保障设备能正常运行角度对电能进行管理，没有从使用效率、生产成本和设备 使用寿命等角度，对电能进行精益管理，比如能源计量、检测管理制度不健全，能源管 理岗位不到位，职责不明确等。由于缺乏科学有效的电能利用及电能质量管理手段，企 业一般都不知道电能主要消耗在什么地方，电能质量有没有被污染以及污染程度有多大？ 不清楚什么时间消耗了多少，不明白电能浪费的漏洞在哪里，更不清楚改善的机会有哪 些，怎么样改善。 3 3、异步电机软启动与节能运行技术的重要意义、异步电机软启动与节能运行技术的重要意义 电机是工业生产中最重要的拖动设备之一，交流异步电机由于结构简单、维修容易 等优点，被广泛应用于工农业及其他生产当中。但电机直接启动时的电流过大，启动瞬 间转矩造成的机械冲击也会影响其本身及拖动设备的使用寿命，过大的启动电流还加速 了电机绝缘老化。电机启动时会引起较大的电网压降，影响电网供电和其他设备运行。 频繁启动电机的场合，还会因电机的短路、缺相、过流、欠压、堵转等故障影响设备运 行。因此，宜采用软启动控制技术，改善电机的不良启动性能，延长电机寿命，减少电 网冲击。 据不完全统计，电机的用电量已占到我国发电总量的 50%，研究电机节能运行技术具 有很强的现实意义。由电机学理论可知，异步电机运行在额定负载时效率最高，通常可 达 80%左右；其负载越小，效率和功率因数就越低。多数电机，其大部分运行时间内的负 荷率都在 50%-60%，实际运行效率较低；而电机选型时又是按照需要的最大负载和最坏情 中国地质大学长城学院 2012 届毕业论文 7 况下所需要的功率而定的，因此在大部分时间内，电机都运行在效率较低的轻载情况下。 在轻载情况下降低电机电压，既提高了其运行效率，也可以显著节省电能。 3.1、异步电机软启动技术概述、异步电机软启动技术概述 由于工业生产机械的不断更新和发展，对电机的起动性能提出了越来越高的要求， 归纳起来有以下几个方面： （1）要求电机有足够大的，并且能平稳提升的起动转矩和符合要求的机械特性曲线； （2）尽可能小的起动电流； （3）起动设备尽可能简单、经济、可靠，起动操作方便； （4）起动过程中的功率损耗应尽可能的少。 根据以上相互矛盾的要求和电网的实际情况，通常采用的起动方式有两种：一种是 在额定电压下的直接起动方式，另一种是降压起动方式。 3.2、直接起动的危害、直接起动的危害 直接起动是最简单的起动方式，起动时通过闸刀或接触器将电机直接接到电网上。 直接起动的优点是起动设备简单，起动速度快，但是直接起动的危害很大： （1）电网冲击：过大的起动电流（空载起动电流可达额定电流的 47 倍，带载起 动时可达 810 倍或更大） ，会造成电网电压下降，影响其他用电设备的正常运行，还可 能使欠压保护动作，造成设备的有害跳闸。同时过大的起动电流会使电机绕组发热，从 而加速绝缘老化，影响电机寿命； （2）机械冲击：过大的冲击转矩往往造成电机转子笼条、端环断裂和定子端部绕组 绝缘磨损，导致击穿烧机，转轴扭曲，联轴节、传动齿轮损伤和皮带撕裂等； （3）对生产机械造成冲击：起动过程中的压力突变往往造成泵系统管道、阀门的损 伤，缩短使用寿命；影响传动精度，甚至影响正常的过程控制。 所有这些都给设备的安全可靠运行带来威胁，同时也造成过大的起动能量损耗，尤 其当频繁起停时更是如此。因此对电机直接起动有以下限制条件：（1）生产机械是否允 许拖动电机直接起动，这是先决条件； （2）电机的容量应不大于供电变压器容量的 1015； （3）起动过程中的电压降U 应不大于额定电压的 15。对于中、大功率的电机一 般都不允许直接起动，而要求采用一定的起动设备，方可完成正常的起动工作。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业论文 8 33、老式降压起动方式的适用场合及性能比较、老式降压起动方式的适用场合及性能比较 降压起动的目的是减小起动电流，但它同时也使起动转矩下降了。对于重载起动， 带有大的峰值负载的生产机械，就不能用这种方式起动。传统的降压起动有以下几种方 法： （1）星形/三角形转换器：这种方法适用于正常运行时定子绕组采用接法的电机。 定子有六个接头引出，接到转换开关上，起动时采用星形接法，起动完毕后再切换成 接法。起动电压为 220V，运行电压为 380V。这种起动设备的优点是起动设备简单，起动 过程中消耗能量少。缺点是有二次电流冲击，设备故障率高，需要经常维护，所以不宜 使用在频繁起动的设备上。在转换过程中，由于瞬变电势和电机剩磁产生的电势往往与 电源电压有相位差，严重时会产生电压相加，引起过大的冲击电流和电磁转矩，因此大 大地限制了它的使用。由于起动电压为运行电压的 1/，故其起动转矩为额定转矩的 1/3，只能用在空载或轻载（负载率小于 1/3）起动的设备。在电机轻载或空载运行时， 也可利用该起动设备作降压运行，以提高电机的功率因数和效率。 （2）自耦变压器降压起动：三相自耦变压器（也称补偿器）高压边接电网，低压边 接电机，一般有几个分接头，可选择不同的电压比，相对于不同起动转矩的负载。在电 机起动后再将其切除。其优点是起动电压可以选择，如 0.65、0.8 或 0.9UN，以适应不同 负载的要求。缺点是体积大，重量重，且要消耗较多有色金属，故障率高，维修费用高。 (3)磁控软起动器：磁控软起动器是利用控磁限幅调压的原理，在电机起动过程中电 压可由一个较低的值平滑地上升到全压，使电机轴上的转矩匀速增加，起动特性变软， 并可实现软停车。但其起控电压在 200V 左右，用户不可调整，会有较大的电流冲击，且 体积较大。 (4)串联电抗器或水电阻：对于高压电机，可在定子线路中串联电抗器或水电阻实现 降压起动，待起动完成后再将其切除。但电抗器成本高，水电阻损耗又大。 (5)串接频敏变阻器或水电阻：对于绕线式异步电机，可在转子绕组串接频敏变阻器 或水电阻实现起动，待起动完成后再将其切除。但频敏变阻器成本高，而水电阻损耗又 大。其他还有延边三角形起动，定子串电阻起动等方法。 值得指出的是：尽管各种老式降压起动方法各有其优缺点，但它们有一个共同的优 点：就是没有谐波污染。 3.4、软启动器的工作方式及适用场合、软启动器的工作方式及适用场合 随着电力电子技术和微机控制技术的发展，国内外相继开发出一系列电子式起动控 制设备，用于异步电机的起动控制，以取代传统的降压起动设备。新型的电子式软起动 中国地质大学长城学院 2012 届毕业论文 9 器的主电路一般都采用晶闸管调压电路，调压电路由六只晶闸管两两反向并联组成，串 接于电机的三相供电线路上。当起动器的微机控制系统接到起动指令后，便进行有关的 计算，输出晶闸管的触发信号，通过控制晶闸管的导通角 ,使起动器按所设计的模式调 节输出电压,以控制电机的起动过程。当起动过程完成后，一般起动器将旁路接触器吸合， 短路掉所有的晶闸管主电路，使电机直接投入电网运行，以避免不必要的电能损耗，软 起动器的控制框图如图 1 所示。 3.4.13.4.1、软启动的工作方式、软启动的工作方式 所谓“软起动” ，实际上就是按照预先设定的控制模式进行的降压起动过程。目前 的软起动器一般有以下几种起动方式： (1)限流软启动 主要用于轻载启动。在启动过程中限制启动电流不超过某一设定 值(Im)，其输出电压从零开始迅速增长，直到其输出电流达到预先设定的电流限值 Im， 然后在保持输出电流 IIm 的条件下逐渐升高电压直到额定值，使电机转速逐渐升高，直 到额定转速。限流软启动的优点是启动电流小、对电网电压影响小，且可按需要进行调 整(启动电流的限值 Im 必须根据电机的启动转矩来设定，Im 设置过小将会使启动失败或 烧毁电机)，缺点是在启动时难以知道启动压降，不能充分利用压降空间，损失启动转矩， 启动时间相对较长。 图图 1 1 软起动器的控制框图软起动器的控制框图 中国地质大学长城学院 2012 届毕业论文 10 (a)限流起动(b)电压斜坡起动(c)转矩控制起动(d)转矩加突跳控制起动 (2)电压斜坡启动 用于重载启动。输出电压由小到大斜坡线性上升，将传统的降压 启动变有级为无级。电压斜坡启动缺点是启动转矩小，转矩特性呈抛物线型上升，对启 动不利，且启动时间长，对电机也不利。改进的方法是采用双斜坡启动：输出电压先迅 速升至 U1（电机启动所需最小转矩所对应的电压值） ，然后按设定的速率逐渐升压，直至 额定电压。初始电压及电压上升率可根据负载特性调整。这种启动方式的特点是启动电 流相对较大，但启动时间相对较短。 (3)转矩控制启动 主要用于重载启动，它是按电机的启动转矩线性上升的规律控制 输出电压，它的优点是启动平滑、柔性好，对拖动系统有利，同时减少了对电网的冲击， 是最优的重载启动方式，其缺点是启动时间较长。 (4)转矩加突跳控制启动 与转矩控制启动同样用于重载启动。不同的是，突跳控制 在启动瞬间用突跳转矩克服拖动系统的静转矩，然后转矩平滑上升，可缩短启动时间。 但是，突跳会给电网发送尖脉冲，干扰其它负荷。 (5)电压控制启动 用于轻载启动，在保证启动压降的前提下使电机获得最大的启动 转矩，尽可能地缩短启动时间，是最优的轻载软启动方式。 停车方式有三种：一是自由停车，二是软停车，三是制动停车。软起动器带来的最 大好处是软停车和制动停车，软停车消除了拖动系统的反惯性冲击，对于水泵就是“水 锤”效应；制动停车则在一定场合代替了反接制动停车功能。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业论文 11 3.4.23.4.2、软起动器的适用场合、软起动器的适用场合 (1)生产设备精密，不允许起动冲击，否则会造成生产设备和产品不良后果的场合； (2)电机功率较大，若直接起动，要求主变压器容量加大的场合； (3)对电网电压波动要求严格，对压降要求10UN 的供电系统； (4)对起动转矩要求不高，可进行空载或轻载起动的设备。 严格地讲，起动转矩应当小于额定转矩 50的拖动系统，才适合使用软起动器解决 起动冲击问题。对于需重载或满载起动的设备，若采用软起动器起动，不但达不到减小 起动电流的目的，反而会要求增加软起动器晶闸管的容量，增加成本；若操作不当，还 有可能烧毁晶闸管。此时只能采用变频软起动。因为软起动器调压不调频，转差功率始 终存在，难免产生过大的起动电流；而变频器采用调频调压方式，可实现无过流软起动， 且可提供 1.22 倍额定转矩的起动转矩，特别适用于重载起动。 (5)软启动器的缺点是不能长时间应用于启动转矩要求很高的电机驱动装置上。这是 因为电机软启动器实际上是将自身电压斜坡式抬升至最大值，停机过程中又逐渐下降至 设定的关机水平来完成工作的。由于转矩与电压平方成正比，连接电机无法一开始就达 到最大转矩，因此软启动器更适合于风扇、电梯、水泵、传送带等轻型易启动设备。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业论文 12 3.5、软起动器与传统降压起动器的比较、软起动器与传统降压起动器的比较 软起动器与传统降压起动器的性能比较见表软起动器与传统降压起动器的性能比较见表 2 2。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业论文 13 3.6、传统启动与软启动、传统启动与软启动 异步电机的传统启动方式有全压启动、星三角降压启动和自耦降压启动等。前者启 动电流大，5-7 倍的启动电流造成能量的巨大消耗，对电网和变压器也有很大冲击，影响 电机本身及控制期间的寿命；后两者启动电流较小，但同样存在冲击电流，设备故障率 较高，同时启动转矩降低，启动时间延长。 所谓“软启动” ，就是按预先设定的控制模式进行的电机降压启动过程。交流电机启 动时的电流一般是额定电流的 1.5 倍，软启动的主要目的是降低异步电机的启动电流， 提高系统运行稳定性，延长电机及相关设备的使用寿命。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业论文 14 3.7、节能运行技术发展现状、节能运行技术发展现状 3.7.13.7.1、节能运行的基本原理、节能运行的基本原理 电机效率是电机输出功率与输入功率比值的百分数。因为电机的输入功率并不仅用 来驱动电机、在轴上输出功率，还有一部分成为电机的固有损耗，所以电机效率总是小 于 1。 电机的主要损耗为铁耗和铜耗，其中铜耗是电流经过电机绕组产生，与电流平方成 正比：铁耗是电机定子和转子铁心中的励磁电流而产生，与供电电压成正比。其他损耗 很小可忽略。若电压不变而电机负载变化，则与电压成正比的励磁电流基本不变，电机 从电网吸取的无功功率 Q 也不变，但电机吸收的有功功率是随负载增加而增大的。因此， 电机在空载和轻载时功率因数很低，同时由于与负载电流成正比的可变损耗降低使电机 的效率也大大下降。如能在负载减轻的同时，相应降低电机端电压，则励磁电流随之减 小，Q 下降，从而提高了功率因数；同时，定子铁损耗下降，可较大地提高效率，达到节 电的目的。 3.7.23.7.2、 节能运行在软启动器上的实现节能运行在软启动器上的实现 为获得最佳的节能效果，人们提出很多电机端电压优化调节原则，如恒功率因数控 制、最小定子电流控制、最小功率因数角控制和最小定子输入功率控制等，但最为重要 的因素应是功率因数角定义的工程实用性。 异步电机通常总在全压下运行，电机从空载到满载，磁场几乎不变。因此磁化电流 在所有负载下基本相同。当电机工作在空载或轻载时功率因数很低，造成电机效率低。 如在轻载时适当降低端电压，则定子电流中的无功分量将减小，从而使功率因数上升。 由此可见，功率因数既能反映电机负载的变化，又能反映供电电压波动，是一个理想的 控制参数。因此，恒功率因数控制成为目前在异步电机节能运行技术中采用最多的控制 策略。其原理方框图如图 7 所示。 图 7 中国地质大学长城学院 2012 届毕业论文 15 利用软启动器实现节能运行，就是单片机通过不断检测电机运行时的功率因数角 （cos） ，并与设定的功率因数角比较，根据比较结果自动地调节软启动器可控硅的导通 角 ，cos数值低表明是轻载，要降低电机的端电压；cos数值高表明是重载，则需 升高电机的电压。如此一来，实现了可控硅输出电压的自动调节，使电机始终工作在设 定的功率因数下，减少了电机轻载运行时的损耗，提高了电机运行效率，从而达到节能 的目的。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业论文 16 4 4、软启动器的基本原理、软启动器的基本原理 4.1、电机软启动器控制原理图、电机软启动器控制原理图 图 3 软启动器控制原理图 软启动器的晶闸管调压电路由 6 个晶闸管两两反向并联组成，串接于交流异步电机 的三相供电线路之上。(图 4)加入启动信号后，系统软件首先施加若干毫秒的固定延时用 于系统自检，然后进行有关计算，输出晶闸管触发信号，通过控制晶闸管导通角 ，使 启动器按所设计的模式调节输出电压、控制电机的启动过程。启动过程完成后，单片机 再发出控制信号，启动器将用于短接可控硅的旁路接触器吸合，短路掉所有的晶闸管， 使单片机控制系统停止工作，电机直接投入电网运行，避免不必要的电能损耗。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业论文 17 （图（图 4 4） 软起动器是电力电子技术与自动控制技术相结合的产物，其电路原理如图 4 所示。 将三组反并联晶闸管串接于供电电源与被控电机之间。起动时，由电子电路控制晶闸管 的导通角，使电机的端电压逐渐增大，直至全电压，使电机实现无冲击软起动;停机时， 则控制晶闸管的关断速度，使电机的端电压由全电压逐渐下降至零，实现软停车，可见， 软起动器实际上是一个晶闸管交流调压器。改变晶闸管的触发角，就可调节晶闸管调压 电路的输出电压。在整个起动过程中，软起动器的输出是一个平滑的升压过程（且可具 有限流功能） ，直到晶闸管全导通，电机在额定电压下工作。 图 5 是 ABB PSD 系列软启动器产品的原理图，图中的元件如下：E1：电路板; F6：温度监视器;J1J3：连接端子;K4：继电器，在运行状态时动作;K5：继电器，在全 压状态时（Ue=100%）动作;K6：继电器，故障信号;T2：电流互感器;T5：控制变压器; V1V6：晶闸管;X1X3：端子板。另外，根据功率范围，还有两组或三组风扇作为标准 配置。根据不同的应用要求，还可选择过载保护器。在图 1 中，V2、V4、V6 三只晶闸管 依次对应于 U、V、W 三相电源的正半周，开通角 相同，故三相的触发脉冲应依次相差 120;每相的正、负半周依次分别由反并联的两只晶闸管触发控制，所以同一相的两个反 并联晶闸管触发脉冲应相差 180，触发顺序是 V2、V5、V4、V1、V6、V3，依次相差 60。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业论文 18 图图 5 5 软启动器原理框图软启动器原理框图 4.2、控制原理及软件实现、控制原理及软件实现 4.2.14.2.1、 软起动器的上电与起动控制软起动器的上电与起动控制 软起动器控制回路如图 6 所示。操作员首先手动合上开关 Q50，如果没有过载等故障 并且熔丝 F40 正常，K51 将吸合，给 PLC 发出“上电准备好”信号，此时操作员可以在 HMI 画面上给出上电命令，K51 将吸合，从而 K10 吸合，给 PLC 发出“上电完成”信号， 完成上电操作。 起动时，操作员从操作台上按下起动按钮，电机按设定的起动时间从低速起动至设 定值，给 PLC 发出“运行”信号。抱闸风机也与主电机同时起动。为了保护电机和机械 设备，除了必须收到“上电完成”信号，还必须满足以下条件：无急停连锁;润滑油泵运 行;润滑压力达到规定值;干油泵运行;空气压力达到规定值。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业论文 19 图图 6 6 控制回路原理图控制回路原理图 4.2.24.2.2、 软起动器的参数设置软起动器的参数设置 软起动器上电后，需对其有关参数进行设定。对于 PSD 型软起动器来说，主要参数 及其设定范围如下： （1） 起动时升压时间：0.560s。 （2） 起动时初始电压：1060%电源电压。 （3） 限流功能：25 倍电机额定电流。 （4） 停止时降压时间：030s。软起动器在得到停止信号后，按照设定的降压时 间，输出端由设定的级落电压（100%30%的电源电压）降至初始电压，然后即刻降到零 电压。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业论文 20 5.5.结论结论 能源是国民经济发展的基础资源，是制约生产力发展的重要因素。电能是一种广泛 利用的优质能源，电力是工业动力之源，电机是将电能转换成机械能的枢纽，当今世界 上一切电力拖动基本上都是通过这一形式来实现的。电机的广泛应用，近百年来使整个 世界的生产力获得了迅猛发展，同时它的耗电（世界各国）一直占驻国家总电量的一半 以上，现代社会随着生产力的发展，运行电机的总量还在与日俱增，更加速了电力的生 产，加速了一次能源（煤、石油）的开采，据有关文献的估计，还有一个世纪，这些有 限的一次能源诸将开采殆尽。因此，提高现有能源的利用效益应成为当今人类关注的大 事