交流电动机软启动器的研究与设计毕业设计开题报告

湖南工程学院应用技术学院湖南工程学院应用技术学院 毕业设计(论文)开题报告 学生姓名： 欧阳齐学 号： 201113010108 专业：电器工程及其自动化 设计(论文)题目：交流电动机软启动器的研究与设计 指导教师：彭磊（职称）讲师 年月日 开题报告填写要求 1开题报告（含“文献综述” ）作为毕业设计（论文）答辩委 员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指 导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签 署意见及所在专业审查后生效。 2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标 准格式打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导 教师签署意见。 3 “文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印） 在本开题报告第一栏目内， 学生写文献综述的参考文献应不少于 15 篇（不包括辞典、手册） ，其中至少应包括 1 篇外文资料；对于重 要的参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告的最后。 4统一用 A4 纸，并装订单独成册，随毕业设计说明书等 资料装入文件袋中。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 1文献综述：结合毕业设计（论文） 课题情况，根据所查阅的文献资料， 每人撰写 3000 字左右的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。 文文 献献 综综 述述 一、引言 我国目前全部电力消耗中，电动机的电能消耗占 60%-70%，在电动机中，交流异步 电动机有结构简单、重量轻、价格便宜、体积小、维护方便等特点。成为现在传动工 程中最常用的动力来源，但是，如果这些电动机连接电源直接启动的话，会产生较大 的启动电流，通常会达到电动机额定电流 5-8 倍，甚至更高。在许多环境中启动电流 过大时，会对整个传动系统产生不良影响。所以为了满足电动机自身启动条件，负载 传动机械工艺要求，保护用电设备正常工作需要，应当在电动机启动过程中降低启动 电流冲击与转矩冲击。 所以为降低启动电流，要使用启动辅助装置，一般的启动辅助装置有定子串电阻 启动装置、定子串电抗器启动装置、转子串电阻启动装置、自耦变压器启动器、磁挖 式启动器、星三角启动器等，但一般启动辅助装置体积笨重和启动电流与机戒冲击仍 然过大，随着电力电子技术与现代控制技术发展，出现了新型的启动装置，晶闸管电 动机软启动器和变频调速器。 由于变频器其电气特性、复杂性和价格因素决定了其主要适用于电动机调速领域， 不单纯用于电动机启动控制。 晶闸管电动机软启动器被称为固态电子式软启动器和可控硅电动机软启动器，它 是一种集电动机软启动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电动机控制 装置，它有效解决了电动机启动过程中电流冲击过大和转矩冲击过大的问题，还可以 根据应用条件不同来设置其工作状态，具有较强的适用性和灵活性，从而引起了人们 广泛重视，伴随着经济快速增长和科技的进步，智能控制系统变得越来越重要，所以 也提出了更高的要求，因此电动机的软起动器正在得到越来越广泛的应用。 二、总体设计 电动机智能软启动控制系统由单片机构成主控核心部分，进行主要的信息处理， 接收外部操作指令形成各种控制信号，并完成对于各种信息的记录和处理；接口电路 提供单片机与外部电路接口。主电路中包括电压检测电路、三相晶闸管部分、电流检 测电路、功率因数角检测电路、电源变压器等。 主电路部分结构比较简单，主要采用晶闸管调压原理完成软启动器的各项功能。 三相异步电动机的晶闸管调压系统主回路的接法有多种，最常用的控制方案是将六个 反并联的晶闸管分别串接在电动机的三相线圈上，这种连接方法由于各相波形对称， 输出电压不含偶次谐波，谐波比较少，因此功率可以做的较大，调速性能也比较优越， 本系统采用这种典型的调压电路，控制系统主回路电路图中所有晶闸管两端并联的开 关 K 是同时断开或者闭合， 开关工作情况如下:电动机软启动开始时 K 都处于断开状态， 当启动完毕时所有的开关 K 闭合，软启动器旁路，即启动完毕后软启动器退出运行状 态，软停机开始时开关 K 又断开，软启动器又进入停机运行状态，如此循环重复，实 际系统中用微机控制的一个三相旁路继电器来实现开关的功能。 1 1、电压检测电路 电压检测电路主要实现2 个功能: (1) 同步信号检测功能,在三相交流电压的过零 时刻开始采样,该采样值作为晶闸管脉冲触发信号的同步信号;(2) 三相交流电压信号 经过变压器降压后,通过整流电路转换成直流信号,再经A/ D 转换送入到单片机,作为 电压负反馈调节、故障诊断、过电压和欠电压保护的实时电压测量值。由于软启动控 制器必须在1 个电压周期内控制可控硅的导通角,即通过确定电压波形的过零点,延时 一段时间后输出触发信号控制其导通角。电压波形的过零点通过同步信号电路检测获 得。 2 2、三相晶闸管部分 其中，每相电路都由两只晶闸管反并联构成，并且有阻容吸收电路。单片机给出的 控制信号, 经脉冲变压器送出一定脉宽的脉冲信号驱动晶闸管的导通,并通过导通角 改变加在电动机的电压大小。其中,脉冲的同步由上述同步信号电路产生,而脉冲的移 相、形成和输出则由单片机完成。晶闸管触发电路采用绝缘强度高、隔离效果好的脉 冲变压器( PTR) ,共有6 路,1 个周期内输出6 路相角差为60的6 个驱动信号。 3 3、功率因数角检测电路 由于晶闸管截止时意味着没有电流通过，即电流为零 ，因此晶闸管截止时刻与电 源电压即同步信号过零时刻间的相位差代表着电动机的续流角度，即可测得功率因数 角. 4 4、电流检测部分 通过电流互感器检测电动机的三相电流， 将电流信息送入单片机中， 作为过流保护、 电流显示等的依据。另一方面同样检测电流的相位信号 5 5、电源变压器 通过变压器变压，为控制电路板提供低电源。 参考文献 1刘利、王栋.电动机软启动器实用技术中国电力出版社，2010年1月 2 许大中、贺益康.电机控制.浙江大学出版社,2002 3 胡虞生、胡敏强.电机学.中国电路出版社，2005. 4 王兆安、黄俊.电力电子技术.机械工业出版社，1986. 5 余洪明.“软起动”的由来与应用.电工技术.2001年第6期 6 陈伯时.电力拖动自动控制系统.北京:机械工业出版社1999 7 张文生，刘耀年，张玉吸.异步电动机智能软起动器及其应用.电工技术. 2000年第11期 8 刘美俊.异步电动机智能软起动技术及其应用.电工技术2001年第5期。 9 许宏纲，徐方逸.软起动器及其应用.电世界。1999年第5期 10 曾毅.现代运动控制系统工思北京:机械工业出版社2006 11 胡崇岳.交流调速技术.北京:机械工业出版社2004 12 崔永和，杨成德.软启动器性能对比与探讨.电气开关2001年第6期 13 林钢等.常用电子元器件.北京:机械工业出版社2004 14 张浩，韦忠朝.8OC196KC单片机控制的电子软启动器硬件设计.电机电器技术 15 G urkanZ enginobuz,Is ikC adirci,M uammerE mus,So ftS tartingo fL argeIn ductionM otors 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 开题报告开题报告：一一、课题的目的与意义课题的目的与意义；二二、课题发展现状和前景展望课题发展现状和前景展望；三三、 课题主要内容和要求；四、课题主要内容和要求；四、研究方法、步骤和措施研究方法、步骤和措施 开开 题题 报报 告告 一. 课题的目的与意义 随着当今社会的飞速发展，现代科技的日新月异，智能控制系统得到了越来越广泛 的应用，如:生产过程的自动化，各种遥控系统等。这也给我们提出了更多更高的要求， 如对电网的波动性、执行机构的智能配套等要求越来越严格。作为重要驱动执行机构的 电动机，其调速和控制技术也越来越受到人们的重视，尤其是三相笼型异步电动机因具 有结构简单、运行可靠、维修方便、价格便宜以及惯性小等优点而被广泛应用于工业、 农业和交通运输等领域.随着各领域生产机械的不断更新和发展， 对电动机的启动性能要 求越来越高。 软启动器因为启动电流小、节约能源以及减少了对机械的启动冲击，而广泛应用于 三相笼型异步电动机的启动中。传统的降压启动方法基本上是靠单纯的降低电压来启动 电动机的，启动转矩很小，不适用于恒转矩启动。基于分级变频理论的高转矩软启动器， 从根本上解决了电动机控制中存在的一些难题，特别是解决了大容量电动机恒转矩启动 的问题，与传统的软启动方式相比提高了其转矩特性，与变频器软启动方式相比又降低 了成本。 二.课题发展现状和前景展望 1）国内软启动现状 我国对晶闸管软启动器的研究始于 90 年代，一些研究机构对此技术有一定研究成 果。 国内全数字晶闸管软启动产品的生产厂家， 其产品均是对国外产品一定程度的仿制， 而且多为低压产品，自己研制生产的高压软启动装置基本上处于起步阶段。技术状况如 下: (1)软启动器的整机技术落后; (2)软启动产品所用半导体功率器件制造业几乎是空白， 尤其是高电压、大电流的电 力电子器件诸如门级可关断(GTO)晶闸管、绝缘栅双级晶体管(IGBT)、门极换流晶闸管 (GCT)等尚未研制成功。 (3)相关配套产业及行业落后。 (4)可靠性及工业水平低。 我国电动机软启动装置方面需要电动机启动调速，而资金、技术不十分雄厚的企业，采 用国外变频启动调速价格十分昂贵，而且进口晶闸管元器件使用一段时间后特性参数会 发生变化导致整串元器件损坏。 2）国外软启动技术现状 国外的一些学者及大公司都在致力于开发适合普通三相异步电机的专用软启动控制 器，很多学者在这方面做了大量工作。国外软启动的产品主要是固态软启动装置，即晶 闸管软启动和兼做软启动的变频器。在生产工艺有调速需求时，采用变频装置，无调速 要求的场合，轻载启动采用晶闸管软启动，负载功率比较大或重载启动的场合采用变频 软启动，晶闸管软启动装置是发达国家的主流产品。自 1970 年以来，国外对晶闸管三相 交流调压技术进行了广泛研究，在工业领 域得到了广泛应用，在某些领域应用显示出独特的技术优势。如，美国 AB 公司生产的 315-2000KW 的交流调压式电力电子软启动器。英国的 CT 公司，法国的 TE 公司，德国的 AEG 公司以及欧洲的 ABB 公司等均推出了软启动器系列产品。 控制理论和微电子技术的发展。矢量控制、磁通控制、转矩控制、模糊控制等新的 控制理论为高性能的变频器和软启动器提供了理论基础，16 位、32 位高速微处理器，信 号处理器 DSP，专用集成电路 ASIC 的快速发展为实现软启动器高精度多功能化提供了途 径。 从短期来看， 软起动将仍然以各种形式的降压软起动为它的主要形式。从理论上说， 性能价格比高的产品将占有更大的市场份额。但是，在各种应用场合，人们对于各种性 能的侧重面部同，使各类起动产品在市场上都可能会赢的自己的一席之地。 从长远来看变频软起动将成为软起动的主流。各种形式的降压软起动将与星三角起 动技术一起归为传统的起动技术。另外，随着变频器的价格下降，可靠性的进一步提高， 也随着技术人员水平的提高，仅仅为软起动而选用变频器将不再会被认为是一种奢侈。 三.课题的主要内容及要求 针对交流电动机软起动的技术要求，拟设计一种集电动机软起动、软停车、轻载节 能和多种保护功能于一体的新颖交流电动机控制装置。设计主要内容包括： 1、 查阅相关资料了解交流电动机软起动器的工作原理； 2、 设计方案论证、比较及确定； 3、 设计硬件电路及仿真； 4、 元器件选型及有关计算 ； 5、 完成说明书及图纸。 四. 研究方法、步骤和措施 通过查阅利用各种文献资