交流电机软启动器设计三相异步电机软启动器课件

1、论文题目：交流电机软起动器设计答辩人：XXX指导老师：XXX2012年6月交流电机软起动器设计设计要求：1了解交流异步电动机软起动器的现状与发展；2. 掌握交流异步电动机软起动的特点、基本工作原理和典型构成；3. 构建一套以PLC、DSP或单片机为控制核心的软起动控制系统；毕业设计（论文）主要内容：交流异步电动机软起动器的技术现状与研究方向；交流异步电动机起动特性及软起动器原理；软起动系统硬件的设计；软起动控制系统软件设计思想和关键程序的说明；课题研究的背景： 电动机是重要的动力装置，已被广泛用于工业、农业、交通运输国防军事设施以及日常生活中。交流电机作为重要的动力装置，因为结构简单、体积小、

2、重量轻、价格便宜、维护方便的特点，在日常生产中更是有着广泛的应用。 交流异步电动机和直流电动机相比存在许多优点，但异步电动机在起动过程中又有许多弊病。如果在不采用任何起动装置的情况下，直接加额定电压到定子绕组起动电动机时，电机的起动电流可达额定电流的48倍，其转速也会在很短时间内由零上升到额定转速。同时三相感应电动机起动时的转矩冲击较大，一般可达额定转矩的两倍以上。起动时过高的电流不但会造成严重的电网冲击，给电网造成过大的电压降落，降低电网电能质量，而且会影响其他设备的正常运行；过大的转矩冲击又将造成机械应力冲击，影响电动机本身及其拖动设备的使用寿命。课题研究的目的及意义 电动机是许多工业企业

3、的主要用电设备，据统计，我国电机所耗电能占整个工业用电的60%68%，电机采用软起动器起动，能够降低电力损耗，达到节约能源，降低生产成本，提高企业的经济效益。 异步电机是感性负载，在运行中，定子线圈绕组中的电流滞后于电压。软起动器能实现通过降低电机端电压，提高功率因数，减少电机的铜耗、铁耗，达到节能的目的。 软起动器还能在电机起动过程中，通过对电机运行参数的检测，判断电机是否工作在超载、缺相、过热状态，并做出相应的保护措施，保障电机的安全运行。软起动器不但能解决电机运行中实际问题，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。几种传统的起动方法传统的起动方法直接

4、起动降压起动简便，电流大，只允许在小容量电动机中使用。定子串电抗起动星三角转换起动自耦变压器起动简单，二次电流冲击、故障率高转矩减小，用于轻载多种负载，笨重、价格贵电流减小，转矩也减小软起动器特点(1) 电力半导体开关是无电弧开关和电流连续的调节，所以软起动器是无级调节的，能够连续稳定调节电机的起动，而传统起动方式的调节是分档的，即属于有级调节范围。(2) 冲击转矩和冲击电流小。软起动器在起动电机时，是通过逐渐增大晶闸管的导通角，使电机起动电流限制在设定值以内，因而冲击电流小，也可控制转矩平滑上升，保护传动机械、设备和人员的安全。(3) 软起动器可以引入电流闭环控制，使电机在起动过程中保持恒流

5、，确保电机平稳起动。(4) 根据负载情况及电网继电保护特性选择，可自由地无级调整至最佳的起动电流，节省电能。(5) 由于采用微机控制，可在起动前对主回路进行故障诊断，且数字化的控制具有较稳定的静态特性，不易受温度、电源电压及时间变化等因素的影响，因此提高了系统的可靠性，有助于系统维护。同时，软起动器还能实现直接计算机通讯控制，为自动化控制打下良好的基础。软起动器的原理晶闸管三相交流调压原理 三相交流调压电路采用三对反并联的晶闸管(或双向晶闸管)实现对交流电正负半周的对称控制，从而达到调节输出交流电压的目的。晶闸管三相交流调压电路的控制方式有通断控制和相位控制两种，虽然相位控制的输出电压波形不是

6、正弦波，并且含有丰富的奇次谐波，在异步电动机中会引起附加的谐波损耗，产生转矩脉动等缺点，但是相位控制由于方法简单并且能够连续地调节输出电压而被广泛应用。根据三相联结形式的不同，三相交流调压电路的结构具有多种形式，例如星形联结、线路控制三角形联结、支路控制三角形联结和中点控制三角形联结等。软起动器的工作原理软起动器采用晶闸管三相交流调压电路的星形联结方式，即采用三组反并联的晶闸管串接于三相电源与电动机的定子回路上，利用晶闸管移相控制原理，同过微控制器的控制来改变晶闸管的导通程度，从而使电动机的输入电压按照预定的规律变化。软起动器主电路如图所示软起动器的起动方式（1）斜坡升压软起动。这种起动方式最

7、简单，不具备电流闭环控制，仅调整晶闸管导通角，使之与时间成一定函数关系增加。其缺点是，由于不限流，在电机起动过程中，有时要产生较大的冲击电流使晶闸管损坏，对电网影响较大，实际很少应用。（2）斜坡恒流软起动。这种起动方式是在电动机起动的初始阶段起动电流逐渐增加，当电流达到预先所设定的值后保持恒定（t 1 至t 2 阶段），直至起动完毕。起动过程中，电流上升变化的速率是可以根据电动机负载调整设定。电流上升速率大，则起动转矩大，起动时间短。该起动方式是应用最多的起动方式，尤其适用于风机、泵类负载的起动。 软起动器的起动方式 （3）阶跃起动。开机，即以最短时间，使起动电流迅速达到设定值，即为阶跃起动。

8、通过调节起动电流设定值，可以达到快速起动效果。 （4）脉冲冲击起动。在起动开始阶段，让晶闸管在极短时间内，以较大电流导通一段时间后回落，再按原设定值线性上升，连入恒流起动。该起动方法，在一般负载中较少应用，适用于重载并需克服较大静摩擦的起动场合。软起动器介绍软起动：电动机软起动是通过采用降压、补偿或变频等技术手段，实现电动机及机械负载的平滑起动，减少起动电流对电网的影响程度，使电网和机械系统得以保护。可实现保护功能： (1)过载保护功能：软起动器引进了电流控制环，因而随时跟踪检测电机电流的变化状况。通过增加过载电流的设定和反时限控制模式，实现了过载保护功能，使电机过载时 ，关断晶闸管并发出报警

9、信号。 (2)缺相保护功能：工作时，软起动器随时检测三相线电流的变化，一旦发生断流，即可作出缺相保护反应。 (3)过热保护功能：通过软起动器内部热继电器检测晶闸管散热器的温度，一旦散热器温度超过允许值后自动关断晶闸管，并发出报警信号。 软起动器设计软起动器硬件电路设计 系统硬件电路可分为主电路和控制电路，控制电路以高性能的AVR单片机作为核心，集成有检测电路、同步电路、脉冲触发电路、电源电路、键盘和LCD人机交互等外围电路。该设计以最少的器件实现软起动器的实用功能，可内置旁路接触器，系统实现低成本高性能1主回路电路设计根据软起动器的工作原理，本文设计的系统主回路如图所示，这种设计方案由于各相波

10、形对称，输出的电压不含偶次谐波，谐波比较少，故功率可以做的较大，调速性能也比较优越。晶闸管参数选择 系统硬件设计中，过电压保护采用RC阻容吸收回路。在每一个晶闸管的两端都并联上RC阻容吸收回路，利用电容两端电压不能突变的特性，可以有效地抑制过电压；串联电阻能消耗部分过电压能量，同时能抑制L-C回路的振荡。 由于晶闸管工作时可能会遭受到一些意想不到的瞬时过电压，为了确保管子安全运行，在选用晶闸管时应使其额定电压为正常工作电压峰值的2到3倍。双向晶闸管的额定电压UR为： 额定电流为：起动电流可以高达额定电流的4到7倍 ：系统最后选择了上海椿树整流器有限公司的MTC160A/1600V型号的晶闸管，

11、其额定电压为1600V，额定电流为160A，能满足系统的要求。 芯片的选择 控制芯片是一个系统的核心，主要负责实时信号的采集、数学运算、逻辑判断及输出控制信号等功能，并控制系统中的各个部分协调工作。综合考虑I/O点数、内部资源、运算速度及价格等因素，本设计选用ATMEL公司研发的AVR ATmega128单片机。 AVR ATmega128单片机是一款增强型、低功耗、内置Flash的精简指令集RISC的8位微控制器，其内部结构框图如图3-2所示。其I/O结构的设计使外部电子元件数量可以达到最小化，丰富的内部资源使电路设计变得很简单。它采用了具有独立数据总线和哈佛结构，拥有只需2个时钟周期的硬件

12、乘法器，采用流水操作，从而提高了指令执行效率。AVRATmegal28单片机具有如下的特点：(1)具有先进的RISC结构:共有133条指令且大部分指令可以在一个时钟周期内完成，因此具有高达IMIPS/MHz的数据吞吐率，即工作于16MHz时的速度为16MIPS。(2)具有非易失性的程序存储器和数据存储器：128K字节的系统内可编程Flash存储器；4K字节的EEPROM；4K字节的SRAM；多达64K字节优化的外部存储器空间。(3)JTAG界面：支持在线仿真调试；支持对Flash、EEPROM、芯片熔丝位和保密锁定位的编程。(4)内置于单片机的外设有2个8位定时器/计数器、2个16位定时器/计

13、数器、2路8位PWM、8路10位ADC、2个可编程的USART串口、SPI串行界面、具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器、片内模拟比较器和输出比较调节器等。(5)特殊的处理器特点：上电复位以及可编程的掉电检测；片内经过标定的RC振荡器；片内/片外中断源：6种睡眠模式；可以通过软件进行选择的时钟频率；具有全局上拉禁止功能等。总结构框图同步检测电压检测电流检测晶闸管触发接触器控制上位机控制AVR单片机软起动器软件设计系统主程序设计同步中断子程序流程图正相序时晶闸管脉冲触发子程序流程图A/D转换程序流程图增量式PID算法子程序基于神经网络的模糊PID算法子程序流程图斜坡电压加限流起动模式流程图电压突跳起动模式电压突跳起动模式特性曲线电压突跳起动模式程序流程图软起动器仿真总模型仿真结果图1软起动时的A相电压2软起动时的A相电流3软起动时的