三相异步电动机软启动器的设计

《三相异步电动机软启动器的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三相异步电动机软启动器的设计（55页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、三相异步电动机软启动器的设 计毕业论文（设计）任务书课 题 交流电机软启动器控制系统设计2011年10月18日至2012年1月7日共8周专业年级电气化0942学号姓名0903290216万盼盼指导教师2011年 10月 18日课 题 来 源发达的工业化国家，三相感应电动机消耗了大约70%的电能。电 机直接起动存在较大的冲击，消耗了大量电能。直接起动方式虽然起动 简单，但是电机在直接起动时会产生很大的瞬间电流冲击，造成许多危 害，如过大的热应力极易导致绕组损坏，造成绕组绝缘提前老化，从而 降低电动机的使用寿命;过大的起动电流将使感应电动机的起动转矩冲 击很大;过大的起动电流还造成对电网的冲击，造

2、成能源浪费，传统降 压起动方法无法从根本上解决这些问题。因此研究三相感应电动机的软 起动器，以此来克服上述电动机起动时的缺点，是很有现实意义和经济 效益的。本文设计了三相交流电动机软起动器，主电路由三组反并联的晶闸 管构成。通过控制晶闸管的触发角，可降低三相感应电动机定子电压， 从而达到抑制起动电流冲击的目的。本设计采取开环控制系统利用移相 电路控制晶闸管导通角，控制电路由积分电路、加法电路、反向电路及 限幅电路形成触发模块的控制电压，触发模快由KC04、KC41及功 放电路组成。软启动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能 于一体的新颖电机控制装置，国外称为Soft Start

3、er。它的主要构成 是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路。运 用不同的方法，控制三相反并联闸管的导通角，使被控电机的输入电压 按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。软启动器以体积小，转矩可以调节、启动平稳冲击小并具有软 停机功能等优点得到了越来越多的应用，大有取代传统的自耦减 压、星-角等启动器的趋势由于软启动器是近年来新发展起来的 启动设备,在设计、安装、调试和使用方面还缺少指导性的规范 与规程我们在软启动器的安装、调试工作中也遇到了一些实际 技术问题例如:不同启动负载软启动器的选型、软启动冲击电流 与过流保护定值的配合、软启动设备容量与变压器容量的关系等 问题.1)

4、能使电机起动电压以恒定的斜率平稳上升，起动电流小, 对电网无冲击电流，减小负载的机械冲击。(2) 起动电压上升斜率可调，保证了起动过程的平滑性，起动电 压可依据不同的负载在30%70%Ue(Ue为额定电压)范围内连续 可调。(3) 可以根据不同的负载设定起动时间。(4) 起动器还具有可控硅短路保护、缺相保护、过热保护、欠压 保护。要 求(1) 软启动器发展(2) 电机软启动的发展；(3) 进行方案选择，确定控制方案；熟悉(4) 建立交流异步电机软起动控制的控制模型；(5) 设计主电路、驱动电路和接口电路，画出电路原理图和总框图；(6) 熟悉KeilC仿真调试环境；(7) 画出软件流程图、软件编

5、程及调试；(8) 撰写毕业论文说(9) 毕业设计答辩。课题主要内容及进度带机、水泵、真空泵:潜水泵及压缩靠性显得十分重要，尤其是大功率电机的起动 及系统的保护。针对电机起动的优良性、 控制的可靠性、保护功能的全面性，设计 一种软起动控制系统，从而改善电机起动U、效果，提高系统保护与控制功能的完善性 与可靠性。系统设计原理图通常，当电机 功率大于7. skw时，须采用降压起动，故 本文所设计的控制系统是针对广泛使用的 大功率三相电机降压起动进行设计。2009年9月25日2011- 10-1 2011- 10-152011- 11- 10 2011- 11-252011- 12-10 2009-1

6、2-252009- 12 -26 2009- 1-52010- 1 -6论文说明会查阅文献，撰写开题报告初稿提交定稿提交终稿提交准备答辩工作目录摘要11三相异步电动机软启动器的设计211国内外研究现状212本课题研究内容32三相异步电动机的起动控制的研究421三相异步电动机的起动过程的分析42.2三相异步电机的启动方 27ZT直接起动7 72.22传统减压起动82.23软启动2.3软起动的原理及分析2.3.晶闸管调压原理232软起动的起动方式3软启动器的硬件电路设计31主要器件的介绍1kj004功能介绍3.1.2 KJ041功能介绍电路的选择22晶闸管相控调压原理1112 12 141717

7、17 1921 2133主回路设计3.3.1主回路电路 3.3.2晶闸管参数选择3.3.3晶闸管触发电路3.3.4晶闸管保护电路34电压检测回路.1同步信号检测34.2电压反馈回路34.3电压过/欠保护电路22 22 2324 2627 27 29 3035电流检测回路303.5.1电流反馈回路30352过电流保护电路314基于单片机的软起动器的设计3241触发脉冲控制的软件设计32结束语40参考文献41摘要三相异步电动机因具有结构简单、制造方便、运行可靠、价格低廉等优点，而广泛 应用在工业、农业、交通运输业、国防工业以及其他各行各业中。但它也有明显的缺点， 那就是起动转矩小，起动电流过大。这

8、种情况对电机本身及周围电网都有非常不利的影 响。为了减小异步电动机起动过程中对电网的冲击、消除传统降压起动设备的有级触点 控制对异步电动机的冲击、改善异步电动机的起动特性，本文对基于单片机控制的晶闸 管调压软起动器进行讨论。本文首先阐述了软起动器晶闸管调压电路（即主电路）的工作原理，主要是基于晶闸 管的三相异步电动机软启动器主电路设计和触发电路设计。然后是对电动机软启动器模 式的设计，但主要还是软起动器的硬件电路设计。本文设计的软起动器操作方便简单，能够使电机顺利起动。使之能达到了改善三相 异步电动机起动性能的要求。在满足异步电动机起动转矩要求及降低起动电流的前提 下，使电机能够平稳可靠起动。

9、关键词：异步电动机；晶闸管；软起动1三相异步电动机软启动器的设计1.1 国内外研究现状我国软起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 后也推出了多种品牌的软起动器。但由于国内自主开发和生产的能力相对较弱，对国外 产品的依赖还是很严重。在技术上和可靠性上与国外同类产品尚有一定的差距。所以在 整个软起动器市场上，占据统治地位的还是国外产品，国内产品所占的份额还是很低。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。机械式启 动器是目前使用比较广泛的启动方式，但它是有级起动，会产生二次冲击电流，启动电 流仍然为标称电流的 34倍，且有体积大、噪音大、维护

10、费用高、无法适应恶劣环境等 诸多弊端。近三十年来，随着电力电子技术的发展，使无电弧开关和连续调节电流成为可能。 电力半导体开关器件具有无磨损、寿命长、功耗小等特点，结合现代控制理论及微机控 制技术，为实现电机的软起动提供了全新的思路。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起动产品主要是固态软起动装置晶闸管软起 动和兼作软起动的变频器。在生产工艺兼有调速要求时，采用变频装置。在没有调速要 求使用的场合下，起动负载较轻时一般采用晶闸管软起动。在重载或负载功率特别大的时候，才使用变频软起动。晶闸管软起动装置是发达国家软起动的主流产品，各知名

11、电 气公司均有自己晶闸管软起动的品牌，在其功能上又各具特色。例如 GE 公司生产的 ASTAT智能电机软起动器；ABB公司生产的PST、PSTB系列电机软起动器；施耐德公司 的ATS46软起动器；德国SIEMENS公司的3RW22 SIKOSTART软起动器等等。目前，国外 对晶闸管三相交流调压电路的研究己经从对控制电压、控制电机电流的开环、闭环方式， 发展到通过建立比较准确实用的数学模型，找到适用于三相交流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能更优3。 另一方面，随着电力电子技术 的发展，异步电动机向更加可靠、方便性好、小型化方向发展。1.2 本课题研究内容软启动器

12、本质上是一种直流调压装置，用来实现软启动、软停车、实时监测以及各 种保护功能。为了保证系统安全可靠地运行，可以充分发挥单片机的强大控制功能，由 主控制电路对系统的关键器件和关键参数，例如过压、欠压、过流、过载、等进行实时 监控。随着数字直流PWM调压技术的应用，以及釆用高性能的单片机作为系统的控制核 心，可以使软启动器具有控制快速准确、响应快、运行稳定、可靠等优点。在三相交流异步电动机不宜釆用直接启动的时候，可以考虑釆用定子串电阻或串电 抗器启动、Y-启动、自耦变压器降压启动、转子串电阻启动、晶闸管电子软启动、分 级变频软启动、两相变频调压软启动等方法。结合各方面的因素及实际情况，本课题研究的

13、内容主要有：(1) 研究三相调压软起动的基本原理，对三相异步电动机的起动电流和起动转矩进 行分析，对软起动控制策略进行研究。(2) 对三相晶闸管软起动系统进行硬件设计。包括主电路，触发电路，检测电路， 控制电路，驱动电路等。(3) 实现三相异步电动机软启动器模式的设计和软件的有关设计。(4) 用 PROTEL 绘制系统的原理图。 本课题的目标是实现三相异步电机的软启动，甚至使软启动器能够根据电机负载的实际情况改变。2 三相异步电动机的起动控制的研究交流三相异步电动机的传统启动技术，如定子串电阻/电抗器启动、自耦变压器降 压启动、星形-三角形降压启动、转子串电阻或频敏变阻器启动等，在交流电动机启

14、动 技术发展过程中都有过重要应用。但随着晶闸管技术的发展，三相交流调压软启动器因 为具有性能良好、产品多样、电压可连续调节以及转矩或电流可闭环控制等优点，使得 电子软启动器得到了深入而广泛的发展，成为软启动市场中的主流产品。2.1 三相异步电动机的起动过程的分析为了研究三相异步电动机的起动时的电压、电流、转矩等变量的关系，进而分析异 步电机起动时的电流、起动转矩和所外加电压的关系，就要研究电机的数学模型。对于 电动机的软起动而言，多采用基于集中参数等效电路的数学模型。在不改变异步电动机 定子绕组中的物理量和异步电机的电磁性能的前提下，经频率和绕组的计算，把异步电 动机转子绕组的频率、相数、每相有效串联匝数都归算成和定子绕组一样，即可用归算 过的基本方程式推导出异步电动机的等效电路。三相异步电动机的 T 形稳态等效电路 如图 2-1所示：7x1A A,f V Vi1uiX2V V VT:x:immr1-s r2图 2-1 异步电动机的等效电路其中，r1为定子绕组的电阻，x为定子绕组的漏电抗，r2为归算到定子方面的转子 绕组的电阻，x为归算到定子方面的转子绕组的漏抗。rm代表与定子铁心损耗所对应 的励磁电阻，xm代表与主磁通相对应的铁心磁路的励磁电抗。U1为定子电压向量，E1 为定子感应电动势向量，并为定子电流向量，