三相异步电动机软启动器

1、三相异步电动机软启动器 院（系）名称 专 学 学 指生导姓教业班级 号 名 师 电子与信息工程学院 电子122 120404055 金泰兆 孙福明 起 止 时 间： 2014.12.152014.12.26 课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电子与信息工程学院 教研室：电子信息工程 本科生课程设计（论文） 摘 要 电动机是重要的动力装置，已被广泛的应用于工业，农业，交通运输国防设施以及日常生活中。交流电动机结构简单，体积小，重量轻，价格便宜，维护方便的特点，在日常生活中有广泛的应用。 软启动器在电机的启动过程中通过对电机运行参数的检测，判断点击是否工作在超载，缺相，过热状态，并作出相应的保

2、护措施，保障在电机的安全运行。软起动器不但能解决电机运行中的实际问题，而且还可以降低能耗，提高设备利用率，减少设备投资和维修费用延长设备使用寿命。 本文设计了交流异步电动机软启动器。软启动器包括主电路和控制电路两部分。控制电路利用晶闸管的导通角计算电机的功率因数；电机启动方式采用电压斜坡软启动；晶闸管脉冲触发脉冲，通过对电机启动过程中的晶闸管触发脉冲的控制，实现了电机的平滑起动，减少了电机对电网的冲击，起到了节能作用。 软启动器是一种集电机软启动，软停车，轻载节能和多种保护功能于一体的电机控制装置。它的主要构成是串接于电源和被控电机之间的三相反并联晶闸管及其电子控制电路。运用不同的方法，控制三

3、相反并联晶闸管的倒通角，是被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可以实现不同的功能。 关键词： 软启动器；异步电动机；晶闸管 I 本科生课程设计（论文） 目 录 第1章 绪论 . 1 1.1 电力电子技术概况 . 1 1.2 本文设计内容 . 1 2.2具体电路设计 . 2 2.2.1 2.2.2 2.2.3主电路设计 . 2 控制设计 . 6 保护电路设计 . 8 2.3 元器件型号选择 . 9 第3章 课程设计总结 . 10 参考文献 . 11 II 本科生课程设计（论文） 第1章 绪论 我国软启动技术起步于上世纪80年代早期，目前生产电机启动器的厂家很多，先后推出各种品牌的软启动器，但

4、由于国内自主研发和生产的能力相对较弱，对国外的产品依赖性很重。在技术上和可靠上与同类的国外产品相差很远。所以在整个软启动器市场上，占统治地外的还是国外产品，国内产品所占的份额很低。 目前市场上生产的软启动器主要以机械式和三相反并联晶闸管方式为主。近三十年来，随着电力电子技术的发展，使无弧开关和连续调节电流成为可能。电力半导体器件具有无磨损，寿命长，功耗小的特点，结合现代控制理论和微机控制技术，为实现电机的软启动器提供了全新的思路。要突破传统的启动方式，是离不开电力电子技术和微机控制技术的发展的。 目前在国外，发达国家的电动机软启动产品主要是固态软启动装置，晶闸管软启动装置是发达国家的主流产品，

5、各知名电气公司都有自己的晶闸管软启动品牌。在功能上各具特色。目前，国外对晶闸管三相调压电路的研究已从对控制电压，控制电机电流的开环，闭环形式，发展到通过建立比较准确的数学模型，找到适合于三相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更优。另一方面随着电力电子技术的发展，异步电动机向更可靠，方便性好，小型化方向发展。 目前，电力电子集成技术的发展十分迅速。随着全控型电力电子器件的不断进步，电力电子电路的工作频率也不断提高。 1.2 本文设计内容 1. 2. 3. 4. 1 三相交流调压电路采用晶闸管调压，晶闸管触发脉冲； 软启动器的启动方式采用斜坡软启动； 能够对电机启动过程中

6、的过压、过流等提供多种保护； 设计了晶闸管驱动电路，保证晶闸管可靠导通。 本科生课程设计（论文） 众所周知，三相异步电动机以其低成本、高可靠性和易维护等特点，被广泛应用在各个行业。特别是机床设备中，它作为一种主要的动力设备，常常用来拖动主轴、工作台、冷却泵、油泵等装置。 但是它在直接启动时，由于启动电流高达额定电流的57倍，所以会对电网及负载造成很大的冲击，影响了周边电器的工作，增加了机械传动部件的磨损，降低了设备的寿命。所以就需要软启动器来启动，使用软启动器可以避免以上情况的发生，增加设备的使用寿命。 三相异步电动机软启动控制系统在硬件方面分为两个部分，即主电路和控制电路。主电路包括三相电源

7、，三相反联的晶闸管，三相异步电动机。控制部分一般由电流检测，晶闸管触发电路，保护电路等电路组成。如图2.1所示。 图2.1总体设计方案结构图 2.2具体电路设计 2.2.1 主电路设计 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。主 2 本科生课程设计（论文） 电路及其过压保护如图2.2、2.3所示。 D5 2N1599 图2.2主电路 图2.3主电路过压保护 软启动器的工作原理；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

8、式的理想换代产 3 本科生课程设计（论文） 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。软启动器起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，延长软启动器的寿命及提高工作效率。 软启动器的启动方式： 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

9、极降压起动主要用于重在起动。 2. 斜坡恒流软启动 这种启动方式是电动机启动的前阶段电流逐渐增加，当电流达到预先所设定的值后保持恒定直到启动完毕。 3. 转矩控制启动 这种启动方式主要用于重载启动，是按电动机的起动转矩线性上升的规律来控制输出电压。 4. 转矩加突跳控制启动方式 这种启动与转矩控制启动相同，也使用在重载启动的场合，比如皮带传输机，挤压机，搅拌机等，由于其静阻力矩较大，必须施加一个短时的大启动力矩，克服大的静磨檫力，然后转矩平滑上升，缩短启动时间。软启动的启动方式原理如图2.4所示。 图1斜坡升压软启动 4 本科生课程设计（论文） 图2斜坡恒流软启动 图3转矩控制启动 图4转矩加

10、突跳控制启动方式 图2.4软启动器的启动方式原理图 5 本科生课程设计（论文） 2.2.2 控制设计 软启动器电机线电压检测电路的设计，三相异步电动机的定子侧的相电压，相（线）电流是分析异步电动机的两个重要参数。控制电路如图2.5所示。 图2.5 控制电路图 软启动器晶闸管触发驱动电路设计，晶闸管驱动电路的功能是将控制器送来的控制信号转化成为满足晶闸管所需要的触发信号。 晶闸管对门极触发电路产生的脉冲应能满足一些基本要求： 触发信号可以是交流，直流或脉冲，但触发信号只能在它使控制极为正、阴极为负时起作用。由于晶闸管导通后控制极就失去控制作用，为了减少控制极损耗，故一般触发信号常采用脉冲形式。使

11、用脉冲信号，不仅便于控制脉冲出现时刻，降低晶闸管门极功耗；还可以通过变压器的双绕组或多绕组输出，实现信号间的绝缘隔离和同步传输。 触发脉冲必须有足够的电压和电流。晶闸管属于电流控制器件，为保证足够的触发电流，考虑裕量，一般可取两倍左右门极触发电流。 触发脉冲宽度应要求触发脉冲消失前阳极电流已大于电流，以保证晶闸管的导通。对于单相电阻负载，由于一般晶闸管开通时间为6s,应要求脉宽大于10s，最好有2050s，电感性负载脉宽不应小于100s，与负载功率因数。 触发脉冲与回路电源电压必须同步并有一定的移相范围。为了使晶闸管在每一周波都能重复在相同的相位上触发，触发脉冲与主回路电源电压必须保持某种固定

12、相位关系。同时，触发延迟角应能根据控制信号的要求改变，即控制角应有一定的移相范围。晶闸管驱动电路如图2.6所示。 6 本科生课程设计（论文） 图2.6晶闸管驱动电路 软启动器晶闸管导通角检测电路设计，电机的功率因数是根据线电压和线电流进行计算的，另一种方法就是利用硬件电路测出晶闸管的导通角。如图2.7所示。 1 图2.7晶闸管导通角检测电路 软启动器电流检测电路设计，异步电动机起动时，若起动电流太大，则对电网冲击大；若起动电流过小，则起动时间长。电流检测电路如图2.8所示。 7 本科生课程设计（论文） 图2.8电流检测电路 2.2.3保护电路设计 三相异步电动机普遍运行在恶劣的工业环境中，由于

13、环境温度，负载过大，电动机老化，电网波动等因素在成电动机损坏。本系统通过控制继电器，进而控制接触器动作来对电动机提供过压，欠压，过流，缺相，掉相等电气保护，防止电动机因为过热而烧毁。保护电路如图2.9所示。 图2.9保护电路 8 本科生课程设计（论文） 2.3 元器件型号选择 1、交流电源：三相380V。 2、输出电流最大值I=20A。 晶闸管参数的选择主要考虑其电流容量和耐压： （1）晶闸管电流容量的选择： It(AV)是在环境温度为40°和规定的冷却条件下。带电阻负载的单相工频正弦半波电路中，管子全导通（导通角不小于170°）而稳定结温不超过额定值时所允许的最大平均电流

14、。按照标准，取其整数作为该器件的额定电流值。同时考虑到波形系统Kf和留有一定的裕量，则晶闸管的通态平均电流 IT=(1.252)*K*IN Idvt=I/2=20/2=10 （2）晶闸管的耐压选择： 精确设计晶闸管的耐压值比较困难，这是因为它不仅和回路的接法有关，同时还与电动机的容量、激磁电流等数值有关，为了安全起见，额定电压必须使用时的正常工作电压峰值有23倍的裕量，在考虑有过电压吸收回路的情况下，所选的晶闸管额定电压为 UN=(23)*2*220=622.3933.6V 因为晶闸管的输出最大电流为20A晶闸管的额定电压1000，所以应选晶闸管的型号为：KP20/1000 （3）快速熔断器的

15、选取： 快熔的额定电流IFU应按它所保护的元件实际流过的平均电流(IdVT)来选择，而不It(AV)为： 是根据元件型号上标出的额定电流IT(AV)来选择，一般IFU=(1.21.5) IdVT， 由 IdVT = I0=4.55A 得IFU=5.466.825A 2目前常用的快熔有：小容量RLS(螺旋式)系列、大容量RTK（插入式）系列、RS0 （汇流排式）系列、RS3系列、RSF系列等。 通过上述计算，我们选择熔断器型号为RS-308，管号Y4，额定电压为250V，额定电流10A的圆管型螺栓连接快速熔断器。 9 本科生课程设计（论文） 第3章 课程设计总结 通过本次课程设计让我对电力电子的

16、理论知识得到了深化和理解，不但提高了自己的查找资料能力，同时也提高了独立思考、独立收集资料、独立设计的能力。通过课程设计使我能够较全面地巩固和应用本课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握了单项交流调压、交流调功电路设计以及相关的知识。本课程设计主要利用晶闸管触发电路、达到输出交流电压可调的目的。 电动机软启动器将来的发展方向是更加智能化和多功能化。目前看来，软启动器仍然以电压斜坡软启动和限流软启动为主要方式，以后转矩控制的启动方式将为电机软启动的一种重要启动方式。 通过本次课程设计，加深了我对电力电子的理论知识的理解，设计过程中，电路图是关键，电路图的设计需要潜心的琢磨，所有的这一切需要严紧的态度和科