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1、毕 业 论 文（2012 届）（电子软启动器主电路设计）学生姓名 马海堂 学 号 0408080122 系 别 信息与电子系 专业班级 自动化0801 指导教师 杜群羊 完成日期 摘 要大功率感应电动机因为转动惯量很大，如果直接启动的话，其起动电流往往会很高，会对电网产生电流冲击，影响电网其它设备不能正常运行，或者启动电流超过过电流保护整定值而动作，造成电动机无法起动、无法运行等现象。软启动降压启动性能好，成本低，而且它为无触点启动，启动平滑。而实现这个功能有两种方法第一是用双向晶闸管来触发，本文选用了第二种单向晶闸管反并联的方法实行。本课题主要针对硬件设计，以电力电子技术相关知识进行工程设计
2、。实现三相异步电动机软启动。而三相异步电动机额定功率10KW、额定电压380V、额定电流20A。关键词：晶闸管；控制电路；脉冲变压器；软启动；保护电路ABSTRACTHigh-power induction motor inertia maybe big, if it starts up directly, the starting current produces high current shock for the grid, so other devices cannot run normally. Or starting current is more than the setting
3、 value of over current protection so that the power is turned off, that causes the motor can not startup or run. The soft start performance is good, low cost, and it for non-contact startup, start flowing. To implement this function have two kinds of methods, first is using the TRIAC, this paper cho
4、oses the second method that is two thrystors in reverse parallel. This subject mainly focus on hardware design using power electronics technology, realize soft start-up of three-phase asynchronous motor. And the three-phase asynchronous motor has rated power 10KW, rated voltage 380V and rated curren
5、t 20A. Keywords: Thyristor; Control circuit; Pulse transformer; Soft start-up; Protection circuit目 录摘 要2ABSTRACT3目 录41 绪论51.1 课题背景51.2 本课题研究目的及意义错误！未定义书签。2 电子软启动相关的理论与技术72.1 电子软启动器有关知识72.1.1 电子软启动的概念以及它有哪些特性和变压器的差异性72.1.1.1电子软启动器的工作原理72.1.1.272.1.2 电子软启动特点和启动方法72.1.3 电子软启动器主要功能102.1.4 电子软启动器主要用于哪些场合
6、132.1.5 最适宜软启动器作轻载运行的场合143 本课题的整体方案153.1 本课题分析和选择153.2 设计的思想166 参考数据和选择176.2 晶闸管选择176.2.1 选用kp20晶闸管要注意事项176.2.2 Rao Rbo Rco的选择错误！未定义书签。6.2.3 电源电路中电解电容的选择176.2.4 散热器的选择177 保护电路197.1 晶闸管过电流保护197.2 晶闸管过电压保护197.3 晶闸管的散热功能的保护197.2 过电流保护208 三相异步电动机软启动总结219 结论21致 谢22参考文献231 绪论1.1 课题背景电动机的应用领域十分广泛，是工业、农业和交通
7、运输重要设备。改革开放以来，随着我国经济的不断发展，许多工业企业的生产能力迅速提高和随之而来的大、重型生产设备不断涌现，其生产设备的驱动电机容量也越来越大。同步电动机以其可调的功率因数和输出转矩对电网电压波动不敏感等良好的运行性能，在大功率电气传动领域独占鳌头，是驱动大型风机、水泵、压缩机、高炉鼓风机、短路实验机组的优势机型，更是抽水蓄能电站必不可能少的关键设备。鼠笼式异步电动机以其低成本、高可靠性和易维护等优点在各行业中应用广泛。三相异步电动机的启动性能主要是启动电流和启动转矩的大小。为了提高工作效率和电动机寿命增长，选择一种更好的起动方式对功率和寿命的增长是不可缺少的。电子软起动器的诞生，
8、已经从很大程度上提供了解决这个技术难题的有效手段，而且近年来随着电力电子技术以及智能控制技术的不断发展，电子软起动器已经逐步取代了传统的起动方法，例如“Y一”降压起动、自耦变压器降压起动以及磁性调压起动等。所谓电子软起动器，就是使用晶闸管调压技术，采用单片机控制的起动器，在用户规定的起 动时间内自动地将起动电压连续平滑地上升，直到达到额定电压，从而达到有效控制起动电流的目的。1.2 本课题研究目的及意义电子软起动器是一种能实现电机软起动、软停车和多种保护功能的电机控制装置。软起动器起动电机，电压由零慢慢提升到额定电压，起动电流就由传统的过载；中击电流不可控，变成为可控。而且，可根据需要调节起动
9、电流的大小，起动全过程平滑的起动运行不存在；中击。待电机达到额定转速时，起动过程结束，软起动器中晶闸管旁路的接触器闭合，这样可以降低品闸管的热损耗，延长软起动器的使用寿命，还可以提高工作效率，使电网避免谐波污染。软起动器同时还 能够实现软停车，软停车与软启动过程相反，电压逐渐降低，转数逐渐下降到零。本课题主要意义有二大方面：第一改善电动机电流过大使电动机使用寿命降低和电网安全运行的问题。第二电动机启动时，会产生短时间的谐波电流，使电网的谐波大量增加因此电动机软启动对社会的发展起到了重要意义，也是社会文明进步不可缺少的重要部分。2 电子软启动相关的理论与技术2.1 电子软启动器有关知识2.1.1
10、 电子软启动的概念和它有哪些特性以及变压器的不同之处电子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。电子软启动器具有很多优点比如：无冲击电流、恒流起动、可自由地无极调压至最佳起动电流以及节能等。2.1.1.1 电子软启动器与传统减压起动方式的差异性 电子软起动与传统减压启动方式的不同之处是：（1）无冲击电流。软启动器在起动电机时，通过逐渐增大晶闸管导通角，使电机起动电流从零线性上升至设定值。对电机无冲击，提高了供电可靠性，平稳起动，减少对负载机械的冲击转矩，延长机器使用寿命。（2）有软停车功能，即平滑减速，逐渐停机，它可以克服瞬间断电停机的弊病，减轻对重
11、载机械的冲击，避免高程供水系统的水锤效应，减少设备损坏。（3）起动参数可调，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。2.1.1.2 电子软启动器的工作原理软起动器结合了电力电子技术、自动控制技术和单片机技术，是专为三相异步电动机设计的一种全数字智能化起动设备。其基本原理是通过对功率器件即可控硅的控制而实现对电动机的起动和停止控制，控制其内部晶闸管的导通角，使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至起动结束，之后电机全电压运行。在软起动过程中，电机起动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加。主要工作原理为：三对反并联的晶闸管串接于电动机的三相 电路上，通过单片机输出触发信
12、号，改变导通程度，调节电机的起动电压，并引入电压和 电流反馈，实现电动机的软起动，并可控制电动机起动电流的大小。 2.1.2 软启动特点和启动方法2.1.2.1 电子软启动特点启动电压可调，保证电机启动的最小启动转矩，避免电机过热和能源浪费；控制电机平滑启动，使得启动电流冲击减少；启动电流可根据负载情况调整，使得启动损耗减少，以最小的电流产生最佳的转矩；启动时间可调，在该时间范围内，电机转速逐渐上升，避免转速冲击；对传动机械的机械保护，清除转矩浪涌并降低冲击电流；自由停车和软停车可选，软停车快慢可调；恒定的加减速，不需要测速机，即使当电机负载变化时也是如此；有相序、缺相、过热、启动过程过流、运
13、行过程过流和过载的检测及保护，其过流值和过载值可调。2.1.2.2 软启动方法斜坡升压软起动；见图2这种起动方式最简单，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。斜坡恒流软起动；见图3 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，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。)脉冲
14、冲击起动；见图4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。通过调节起动电流设定值，可以达到快速起动效果。阶跃起动；见图5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，连人恒流起动。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。 2.1.3 软启动器主要功能为了使软启动器更佳完美必须借助于单片机进行控制，它通常具备以下主要功能。2.1.3.1 自检功能软启动器通电后，单片机系统内部进行自检功能，如果出现故障则立即开启警报功能.2.1.3.2 额定电流设定电动机额定电流应为软启动器额定电流的70%100%. 一旦软启动器的额定电流确定下来，那么也同时设定了电子过载保护器的跳闸等级.2.1.3.3 软启动功能软启动器接到单片机起动命令，软启动器会自动进入起动过程序在规定的是时间内（一般在0.560s可调）输出一个呈线性上升的电压给电动机。初始电压为电动机的起动电压。初始电压一般设定为10%60%的电动机额定电压；终于电压为电动机的额定电压。在起动操作前，起动电压的大小、上升时间等参数均可预先设定。对电动机的转矩可在5%90%的锁定转矩值之间调节。软启动器的起动特性曲线如图2-1所示。M转矩100%转矩100%初始转矩起动运行t
