1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。三相異步電動機軟啟動器摘 要遼 寧 工 業 大 學電力電子技術課程設計（論文）題目：三相異步電動機軟啟動器院（系）： 專業班級： 學 號： 學生姓名： 指導教師： （簽字）起止時間：2011-12-26至2012-1-6 1-3課程設計（論文）任務及評語院（系）：電氣工程學院 教研室： 電氣教研室學 號學生姓名專業班級課程設計（論文）題目三相異步電動機軟啟動器課程設計（論文）任務課題完成的設計任務及功能、要求、技術參數實現功能利用晶閘管構成交流調壓電路，使異步電動機的啟動電壓從零逐漸增加，從減小電動機的

2、啟動電流，對電動機和電網起到保護作用，另外，也可以對異步電動機進行小范圍的調速。設計任務與要求1、方案的經濟技術論證。2、主電路設計。3、通過計算選擇器件的具體型號。4、觸發電路設計。5、軟啟動器投切電路設計6、保護電路設計7、繪制相關電路圖。8、在實驗室進行模擬驗證或matlab仿真。9、完成4000字左右的設計說明書。技術參數1、交流電源：三相380V。2、出電壓Ud在0380V連續可調。3、輸出電流最大值20A。4、負載為7.5kW異步電動機。5、根據實際工作情況，最小控制角取20300左右。6、三相異步電動機啟動后，軟啟動器應能夠自動撤出。進度計劃第1天：集中學習；第2天：收集資料；第

3、3天：方案論證；第4天：主電路設計；第5天：選擇器件；第6天：確定變壓器變比及容量；第7天：確定平波電抗器；第8天：觸發電路設計；第9天：總結并撰寫說明書；第10天：答辯指導教師評語及成績 平時： 論文質量： 答辯： 總成績： 指導教師簽字： 年 月 日注：成績：平時20% 論文質量60% 答辯20% 以百分制計算摘 要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；電機啟動方式采用電壓斜坡軟啟動；晶閘管脈沖觸發脈沖，通過對電機啟動過程中的晶閘管觸發脈沖的控制，實現了電機的平滑起動，減少了電機對電網的沖擊，起到了節能作用。關鍵

4、詞： 軟啟動器；異步電動機；晶閘管VI目 錄 第1章 緒論11.1 電力電子技術概況11.2 本文設計內容1第2章 三相異步電動機軟啟動器電路設計22.1 三相異步電動機軟啟動器總體設計方案22.2 具體電路設計32.2.1 主電路設計32.2.2 控制設計42.2.3 保護電路設計62.3 元器件型號選擇72.4 系統調試或仿真、數據分析8第3章 課程設計總結11參考文獻12第1章 緒論1.1 電力電子技術概況 電力電子技術就是應用于電力領域的電子技術。電力電子技術的發展史是以電力電子器件的發展史為綱的。一般認為，電力電子技術的誕生是以1957年美國通用電氣公司研制出第一個晶閘管為標志的。1

5、904年出現了電子管，他能在真空中對電子流進行控制，并應用于通信和無線電，從而開啟了電子技術用于電力領域的先河。1947年，美國著名的貝爾實驗室發明了晶體管引發了電子技術的一場革命最先用于電力領域的半導體器件是硅二極管，晶閘管出現后，由于其優越的電氣性能和控制性能使之很快就取代了水銀整流器和旋轉變流機組，并其應用范圍迅速擴大。晶閘管是通過對門極的控制能夠使其導通而不能使其關斷的器件，屬于半控型器件。20世紀70年代后期，以門極可關斷晶閘管（GTO）,電力雙極型晶體管（BJT）和電力場效應管（Power-MOSFET）為代表的全控型器件迅速發展。20世紀80年代后期，以絕緣柵極雙極晶體管（IGB

6、C）為代表的復合型器件異軍突起。 目前，電力電子集成技術的發展十分迅速。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 本文設計內容設計一個三相異步電動機軟啟動器控制系統，本文介紹了以下內容：（1） 三相交流調壓電路采用晶閘管調壓，晶閘管觸發脈沖；（2） 軟啟動器的啟動方式采用斜坡軟啟動；（3） 能夠對電機啟動過程中的過壓、過流等提供多種保護；（4） 設計了晶閘管驅動電路，保證晶閘管可靠導通。第2章 三相異步電動機軟啟動器電路設計2.1 三相異步電動機軟啟動器總體設計方案眾所周知，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。特別是機床設備

7、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生，增加設備的使用壽命。三相異步電動機軟啟動控制系統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，三相反聯的晶閘管，三相異步電動機。控制部分一般由電流檢測，晶閘管觸發電路，保護電路等電路組成。電壓檢測晶閘管觸發驅動電路控 制 系 統電流檢測電機保護電路圖2.1總體設計方案結構圖2.2 具體電路

8、設計2.2.1 主電路設計主電路部分結構比較簡單，主要采用晶閘管調壓原理完成軟啟動器的各項功能。 圖2.2主電路圖M3圖2.3主電路圖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品，它實現了交流電動機的軟啟動，軟停車，輕載節能和多種保護，其功能完善，性能優越，能夠滿足工業電機控制的需要，是傳統Y|啟動和自耦變壓器啟動控制方式的理想換代產品。軟啟動器采用三相反并聯晶閘管（SCR）作為調壓器，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

9、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速時，啟動過程結束。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。軟啟動器同時還提供軟停車功能，軟停車與軟啟動過程相反，電壓逐漸降低，轉速逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉矩沖擊。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，將傳統的有級降壓起動變為無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）轉矩控制啟動 這種啟動

10、方式主要用于重載啟動，是按電動機的起動轉矩線性上升的規律來控制輸出電壓。（4）轉矩加突跳控制啟動方式 這種啟動與轉矩控制啟動相同，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，然后轉矩平滑上升，縮短啟動時間。圖2.4軟啟動器的啟動方式原理圖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的相電壓，相（線）電流是分析異步電動機的兩個重要參數。如圖所示圖2.5控制電路圖軟啟動器晶閘管觸發驅動電路設計，晶閘管驅動電路的功能是將控制器送來的控制信號轉化成為滿足晶閘管所需要的觸發信號，如圖所示晶

11、閘管對門極觸發電路產生的脈沖應能滿足一些基本要求：觸發信號可以是交流，直流或脈沖，但觸發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，故一般觸發信號常采用脈沖形式。使用脈沖信號，不僅便于控制脈沖出現時刻，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，實現信號間的絕緣隔離和同步傳輸。觸發脈沖必須有足夠的電壓和電流。晶閘管屬于電流控制器件，為保證足夠的觸發電流，考慮裕量，一般可取兩倍左右門極觸發電流。觸發脈沖寬度應要求觸發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

12、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。觸發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，觸發脈沖與主回路電源電壓必須保持某種固定相位關系。同時，觸發延遲角應能根據控制信號的要求改變，即控制角應有一定的移相范圍。圖2.6晶閘管驅動電路軟啟動器晶閘管導通角檢測電路設計，電機的功率因數是根據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。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，則對電網沖擊大；若起動電流過小，則起動時間長。如圖所示圖2.8電流

13、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環境中，由于環境溫度，負載過大，電動機老化，電網波動等因素在成電動機損壞。本系統通過控制繼電器，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。如圖所示圖2.9保護電路圖2.10過流保護電路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。晶閘管參數的選擇主要考慮其電流容量和耐壓：晶閘管電流容量的選擇： It(AV)是在環境溫度為40°和規定的冷卻條件下。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°）而穩定

14、結溫不超過額定值時所允許的最大平均電流。按照標準，取其整數作為該器件的額定電流值。同時考慮到波形系統Kf和留有一定的裕量，則晶閘管的通態平均電流It(AV)為： IT=(1.252)*K*INIdvt=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)*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

15、：KP20/1000快速熔斷器的選取：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，而不是根據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 = =4.55A 得IFU=5.466.825A 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。2.4 系統調試或仿真、數據分析MATLAB是集數值計算、符號運算及圖形處理等強大

16、功能于一身的科學計算工具，作為強大的計算平臺，它幾乎可以滿足所有的計算要求。另外，MATLAB還針對許多功能強大的模塊集或工具箱，如電力系統仿真工具箱（Sim powerSystem）等。一般來說，用戶可以直接使用工具箱學習、應用和評估不同的模型而不需要自己編寫代碼。當今社會高性能能、低成本以及生產和更新換代周期已經成為現代企業對產品設計的最基本要求，模塊化、模型化以及動態仿真是產品設計者對設計工具的最基本要求，而MATLAB中的Simulink就是可以完全滿足要求的幾個工具軟件之一。MATLAB中的Simulink仿真軟件實際上提供了一個系統級的建模與動態仿真的圖形用戶環境，憑借MATLAB

17、在科學上的強大功能，建立了從設計構思到最終要求的可視化橋梁，大大彌補了傳統設計和開發的不足。下面是單相交流調壓電路的模擬仿真。1、電阻性負載。從仿真結果上來看，隨著角的逐漸增大，負載電阻上的電壓有效值逐漸減小。2、阻感性負載。從仿真結果上可以明顯看出電感對電路的影響，移相角較小時，由于電感的儲能作用，在VT1關斷后還會維持電流繼續流過負載，當VT1的電流下降到0時，VT2的觸發脈沖已經消失無法導通；隨著移相角的增大，負載的電壓和電流變為正弦波。圖像如下圖所示。 圖1 串聯RLC支路在0°調壓角時的電壓、電流波形（電阻負載）圖2 串聯RLC支路在30°調壓角時的電壓、電流波形

18、（電阻負載）圖3 串聯RLC支路在60°調壓角時的電壓、電流波形（電阻負載）第3章 課程設計總結通過本次課程設計讓我對電力電子的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壓、交流調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電路、達到輸出交流電壓可調的目的。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度和科學作風。參考文獻1 王兆安主編.電力電子技術.第四版.北京：機械工業出版社,20032 郝萬新主編.電力電子技術.化學工業出版社, 20023 孟志強主編.電力電子技術.晶閘管中頻感應逆變電源的附