三相異步電動機軟啟動器

1、三相異步電動機軟啟動器 院（系）名稱 專 學 學 指生導姓教業(yè)班級 號 名 師 電子與信息工程學院 電子122 120404055 金泰兆 孫福明 起 止 時 間： 2014.12.152014.12.26 課程設計（論文）任務及評語 院（系）：電子與信息工程學院 教研室：電子信息工程 本科生課程設計（論文） 摘 要 電動機是重要的動力裝置，已被廣泛的應用于工業(yè)，農(nóng)業(yè)，交通運輸國防設施以及日常生活中。交流電動機結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，價格便宜，維護方便的特點，在日常生活中有廣泛的應用。 軟啟動器在電機的啟動過程中通過對電機運行參數(shù)的檢測，判斷點擊是否工作在超載，缺相，過熱狀態(tài)，并作出相應的保

2、護措施，保障在電機的安全運行。軟起動器不但能解決電機運行中的實際問題，而且還可以降低能耗，提高設備利用率，減少設備投資和維修費用延長設備使用壽命。 本文設計了交流異步電動機軟啟動器。軟啟動器包括主電路和控制電路兩部分。控制電路利用晶閘管的導通角計算電機的功率因數(shù)；電機啟動方式采用電壓斜坡軟啟動；晶閘管脈沖觸發(fā)脈沖，通過對電機啟動過程中的晶閘管觸發(fā)脈沖的控制，實現(xiàn)了電機的平滑起動，減少了電機對電網(wǎng)的沖擊，起到了節(jié)能作用。 軟啟動器是一種集電機軟啟動，軟停車，輕載節(jié)能和多種保護功能于一體的電機控制裝置。它的主要構(gòu)成是串接于電源和被控電機之間的三相反并聯(lián)晶閘管及其電子控制電路。運用不同的方法，控制三

3、相反并聯(lián)晶閘管的倒通角，是被控電機的輸入電壓按不同的要求而變化，就可以實現(xiàn)不同的功能。 關鍵詞： 軟啟動器；異步電動機；晶閘管 I 本科生課程設計（論文） 目 錄 第1章 緒論 . 1 1.1 電力電子技術概況 . 1 1.2 本文設計內(nèi)容 . 1 2.2具體電路設計 . 2 2.2.1 2.2.2 2.2.3主電路設計 . 2 控制設計 . 6 保護電路設計 . 8 2.3 元器件型號選擇 . 9 第3章 課程設計總結(jié) . 10 參考文獻 . 11 II 本科生課程設計（論文） 第1章 緒論 我國軟啟動技術起步于上世紀80年代早期，目前生產(chǎn)電機啟動器的廠家很多，先后推出各種品牌的軟啟動器，但

4、由于國內(nèi)自主研發(fā)和生產(chǎn)的能力相對較弱，對國外的產(chǎn)品依賴性很重。在技術上和可靠上與同類的國外產(chǎn)品相差很遠。所以在整個軟啟動器市場上，占統(tǒng)治地外的還是國外產(chǎn)品，國內(nèi)產(chǎn)品所占的份額很低。 目前市場上生產(chǎn)的軟啟動器主要以機械式和三相反并聯(lián)晶閘管方式為主。近三十年來，隨著電力電子技術的發(fā)展，使無弧開關和連續(xù)調(diào)節(jié)電流成為可能。電力半導體器件具有無磨損，壽命長，功耗小的特點，結(jié)合現(xiàn)代控制理論和微機控制技術，為實現(xiàn)電機的軟啟動器提供了全新的思路。要突破傳統(tǒng)的啟動方式，是離不開電力電子技術和微機控制技術的發(fā)展的。 目前在國外，發(fā)達國家的電動機軟啟動產(chǎn)品主要是固態(tài)軟啟動裝置，晶閘管軟啟動裝置是發(fā)達國家的主流產(chǎn)品，

5、各知名電氣公司都有自己的晶閘管軟啟動品牌。在功能上各具特色。目前，國外對晶閘管三相調(diào)壓電路的研究已從對控制電壓，控制電機電流的開環(huán)，閉環(huán)形式，發(fā)展到通過建立比較準確的數(shù)學模型，找到適合于三相調(diào)壓電路電機負載的控制方法，從而使三相交流調(diào)壓電路電機負載性更優(yōu)。另一方面隨著電力電子技術的發(fā)展，異步電動機向更可靠，方便性好，小型化方向發(fā)展。 目前，電力電子集成技術的發(fā)展十分迅速。隨著全控型電力電子器件的不斷進步，電力電子電路的工作頻率也不斷提高。 1.2 本文設計內(nèi)容 1. 2. 3. 4. 1 三相交流調(diào)壓電路采用晶閘管調(diào)壓，晶閘管觸發(fā)脈沖； 軟啟動器的啟動方式采用斜坡軟啟動； 能夠?qū)﹄姍C啟動過程中

6、的過壓、過流等提供多種保護； 設計了晶閘管驅(qū)動電路，保證晶閘管可靠導通。 本科生課程設計（論文） 眾所周知，三相異步電動機以其低成本、高可靠性和易維護等特點，被廣泛應用在各個行業(yè)。特別是機床設備中，它作為一種主要的動力設備，常常用來拖動主軸、工作臺、冷卻泵、油泵等裝置。 但是它在直接啟動時，由于啟動電流高達額定電流的57倍，所以會對電網(wǎng)及負載造成很大的沖擊，影響了周邊電器的工作，增加了機械傳動部件的磨損，降低了設備的壽命。所以就需要軟啟動器來啟動，使用軟啟動器可以避免以上情況的發(fā)生，增加設備的使用壽命。 三相異步電動機軟啟動控制系統(tǒng)在硬件方面分為兩個部分，即主電路和控制電路。主電路包括三相電源

7、，三相反聯(lián)的晶閘管，三相異步電動機?？刂撇糠忠话阌呻娏鳈z測，晶閘管觸發(fā)電路，保護電路等電路組成。如圖2.1所示。 圖2.1總體設計方案結(jié)構(gòu)圖 2.2具體電路設計 2.2.1 主電路設計 主電路部分結(jié)構(gòu)比較簡單，主要采用晶閘管調(diào)壓原理完成軟啟動器的各項功能。主 2 本科生課程設計（論文） 電路及其過壓保護如圖2.2、2.3所示。 D5 2N1599 圖2.2主電路 圖2.3主電路過壓保護 軟啟動器的工作原理；軟啟動器是一種用來控制三相交流電動機的專用產(chǎn)品，它實現(xiàn)了交流電動機的軟啟動，軟停車，輕載節(jié)能和多種保護，其功能完善，性能優(yōu)越，能夠滿足工業(yè)電機控制的需要，是傳統(tǒng)Y|啟動和自耦變壓器啟動控制方

8、式的理想換代產(chǎn) 3 本科生課程設計（論文） 品。 軟啟動器采用三相反并聯(lián)晶閘管（SCR）作為調(diào)壓器，將其接入電源和電機定子之間，這種電路如三相全控整流電路。軟啟動器起動電機時晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動機的轉(zhuǎn)速逐漸加速，直到晶閘管全部導通，電動機工作在額定電壓的機械特性上，實現(xiàn)平滑啟動，降低啟動電流，避免了啟動時過流跳閘，待電動機達到額定轉(zhuǎn)速時，啟動過程結(jié)束。 軟啟動器自動用旁路接觸取代已完成任務的晶閘管，為電動機正常運轉(zhuǎn)提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長軟啟動器的壽命及提高工作效率。 軟啟動器的啟動方式： 1. 斜坡升壓軟啟動 輸出電壓由小到大斜坡線性上升，將傳統(tǒng)的有級降壓起動變?yōu)闊o

9、極降壓起動主要用于重在起動。 2. 斜坡恒流軟啟動 這種啟動方式是電動機啟動的前階段電流逐漸增加，當電流達到預先所設定的值后保持恒定直到啟動完畢。 3. 轉(zhuǎn)矩控制啟動 這種啟動方式主要用于重載啟動，是按電動機的起動轉(zhuǎn)矩線性上升的規(guī)律來控制輸出電壓。 4. 轉(zhuǎn)矩加突跳控制啟動方式 這種啟動與轉(zhuǎn)矩控制啟動相同，也使用在重載啟動的場合，比如皮帶傳輸機，擠壓機，攪拌機等，由于其靜阻力矩較大，必須施加一個短時的大啟動力矩，克服大的靜磨檫力，然后轉(zhuǎn)矩平滑上升，縮短啟動時間。軟啟動的啟動方式原理如圖2.4所示。 圖1斜坡升壓軟啟動 4 本科生課程設計（論文） 圖2斜坡恒流軟啟動 圖3轉(zhuǎn)矩控制啟動 圖4轉(zhuǎn)矩加

10、突跳控制啟動方式 圖2.4軟啟動器的啟動方式原理圖 5 本科生課程設計（論文） 2.2.2 控制設計 軟啟動器電機線電壓檢測電路的設計，三相異步電動機的定子側(cè)的相電壓，相（線）電流是分析異步電動機的兩個重要參數(shù)?？刂齐娐啡鐖D2.5所示。 圖2.5 控制電路圖 軟啟動器晶閘管觸發(fā)驅(qū)動電路設計，晶閘管驅(qū)動電路的功能是將控制器送來的控制信號轉(zhuǎn)化成為滿足晶閘管所需要的觸發(fā)信號。 晶閘管對門極觸發(fā)電路產(chǎn)生的脈沖應能滿足一些基本要求： 觸發(fā)信號可以是交流，直流或脈沖，但觸發(fā)信號只能在它使控制極為正、陰極為負時起作用。由于晶閘管導通后控制極就失去控制作用，為了減少控制極損耗，故一般觸發(fā)信號常采用脈沖形式。使

11、用脈沖信號，不僅便于控制脈沖出現(xiàn)時刻，降低晶閘管門極功耗；還可以通過變壓器的雙繞組或多繞組輸出，實現(xiàn)信號間的絕緣隔離和同步傳輸。 觸發(fā)脈沖必須有足夠的電壓和電流。晶閘管屬于電流控制器件，為保證足夠的觸發(fā)電流，考慮裕量，一般可取兩倍左右門極觸發(fā)電流。 觸發(fā)脈沖寬度應要求觸發(fā)脈沖消失前陽極電流已大于電流，以保證晶閘管的導通。對于單相電阻負載，由于一般晶閘管開通時間為6s,應要求脈寬大于10s，最好有2050s，電感性負載脈寬不應小于100s，與負載功率因數(shù)。 觸發(fā)脈沖與回路電源電壓必須同步并有一定的移相范圍。為了使晶閘管在每一周波都能重復在相同的相位上觸發(fā)，觸發(fā)脈沖與主回路電源電壓必須保持某種固定

12、相位關系。同時，觸發(fā)延遲角應能根據(jù)控制信號的要求改變，即控制角應有一定的移相范圍。晶閘管驅(qū)動電路如圖2.6所示。 6 本科生課程設計（論文） 圖2.6晶閘管驅(qū)動電路 軟啟動器晶閘管導通角檢測電路設計，電機的功率因數(shù)是根據(jù)線電壓和線電流進行計算的，另一種方法就是利用硬件電路測出晶閘管的導通角。如圖2.7所示。 1 圖2.7晶閘管導通角檢測電路 軟啟動器電流檢測電路設計，異步電動機起動時，若起動電流太大，則對電網(wǎng)沖擊大；若起動電流過小，則起動時間長。電流檢測電路如圖2.8所示。 7 本科生課程設計（論文） 圖2.8電流檢測電路 2.2.3保護電路設計 三相異步電動機普遍運行在惡劣的工業(yè)環(huán)境中，由于

13、環(huán)境溫度，負載過大，電動機老化，電網(wǎng)波動等因素在成電動機損壞。本系統(tǒng)通過控制繼電器，進而控制接觸器動作來對電動機提供過壓，欠壓，過流，缺相，掉相等電氣保護，防止電動機因為過熱而燒毀。保護電路如圖2.9所示。 圖2.9保護電路 8 本科生課程設計（論文） 2.3 元器件型號選擇 1、交流電源：三相380V。 2、輸出電流最大值I=20A。 晶閘管參數(shù)的選擇主要考慮其電流容量和耐壓： （1）晶閘管電流容量的選擇： It(AV)是在環(huán)境溫度為40°和規(guī)定的冷卻條件下。帶電阻負載的單相工頻正弦半波電路中，管子全導通（導通角不小于170°）而穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定值時所允許的最大平均電流

14、。按照標準，取其整數(shù)作為該器件的額定電流值。同時考慮到波形系統(tǒng)Kf和留有一定的裕量，則晶閘管的通態(tài)平均電流 IT=(1.252)*K*IN Idvt=I/2=20/2=10 （2）晶閘管的耐壓選擇： 精確設計晶閘管的耐壓值比較困難，這是因為它不僅和回路的接法有關，同時還與電動機的容量、激磁電流等數(shù)值有關，為了安全起見，額定電壓必須使用時的正常工作電壓峰值有23倍的裕量，在考慮有過電壓吸收回路的情況下，所選的晶閘管額定電壓為 UN=(23)*2*220=622.3933.6V 因為晶閘管的輸出最大電流為20A晶閘管的額定電壓1000，所以應選晶閘管的型號為：KP20/1000 （3）快速熔斷器的

15、選?。?快熔的額定電流IFU應按它所保護的元件實際流過的平均電流(IdVT)來選擇，而不It(AV)為： 是根據(jù)元件型號上標出的額定電流IT(AV)來選擇，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 （匯流排式）系列、RS3系列、RSF系列等。 通過上述計算，我們選擇熔斷器型號為RS-308，管號Y4，額定電壓為250V，額定電流10A的圓管型螺栓連接快速熔斷器。 9 本科生課程設計（論文） 第3章 課程設計總結(jié) 通過本次課程設計讓我對電力電子的

16、理論知識得到了深化和理解，不但提高了自己的查找資料能力，同時也提高了獨立思考、獨立收集資料、獨立設計的能力。通過課程設計使我能夠較全面地鞏固和應用本課程中所學的基本理論和基本方法，并初步掌握了單項交流調(diào)壓、交流調(diào)功電路設計以及相關的知識。本課程設計主要利用晶閘管觸發(fā)電路、達到輸出交流電壓可調(diào)的目的。 電動機軟啟動器將來的發(fā)展方向是更加智能化和多功能化。目前看來，軟啟動器仍然以電壓斜坡軟啟動和限流軟啟動為主要方式，以后轉(zhuǎn)矩控制的啟動方式將為電機軟啟動的一種重要啟動方式。 通過本次課程設計，加深了我對電力電子的理論知識的理解，設計過程中，電路圖是關鍵，電路圖的設計需要潛心的琢磨，所有的這一切需要嚴緊的態(tài)度和科