【正文】 ~F U 2F U 3F U 1F RQU V WK M 2 圖 24 星 三角形起動法的原理圖 (3)自耦變壓器起動 自耦變壓器起動法就是電動機(jī)起動時，電源通過自耦變壓器降壓后接到電動機(jī)上，待轉(zhuǎn)速上升至接近額定轉(zhuǎn)速時，將自耦變壓器從電源 切除，而使電動機(jī)直接接到電網(wǎng)上轉(zhuǎn)化為正常運行的一種起動方法。 XX 大學(xué) XX 學(xué)院畢 業(yè)設(shè)計（論文） 10 圖 25 異步電動機(jī)的自耦變壓器起動法 自耦變壓器起動適用于容量較大的低壓電動機(jī)作減壓起動用，應(yīng)用 非常 廣泛，有手動及自動控制線路。目前在低壓 (380V)內(nèi)，晶閘管軟起動產(chǎn)品價格已經(jīng)下降到液阻軟起動的大約 2 倍 ，甚至更低 。故在異步電動機(jī)的調(diào)壓控制中，晶閘管調(diào)壓一般采用相位控制。本系統(tǒng)軟起動器采用了如圖 26 所示的主電路。通過按照一定時序調(diào)整六個晶閘管的觸發(fā)角 就可以實現(xiàn)該目標(biāo)。此時，只要改變晶閘管觸發(fā)角 ? 就可以改變晶閘管的輸出電壓。主要用于輕載起動的降壓起動，其輸出電壓從零開始迅速增長，直到其輸 出電流達(dá)到預(yù)先設(shè)定的電流限值 Im，然后保持輸出電流 不大于該值 的條件下逐漸升高電壓，直到額定電壓 。直 至達(dá)到額定電壓，初始電壓和電壓上升率可根據(jù)負(fù)載特性調(diào)整。所不同的是在起動的瞬間用突跳轉(zhuǎn)矩，克服拖動系統(tǒng)的靜轉(zhuǎn)矩，然后轉(zhuǎn)矩平滑 上升，可縮短起動時間。觸發(fā)電路為正極性型，即移 相電壓增加，導(dǎo)通角增大。 同步電壓：任意值。 （ 4）輸出管反壓： BVCEO≥18V（測試條件 Ie≤100μA）。C； Ⅲ 類品為 40～ +85176。使用中，懸空。C； Ⅱ 類品為 55～ +85176。否則一方面會引起電動機(jī)轉(zhuǎn)速的波動，而另一方面每次接通電流相當(dāng)于一次異步電動機(jī)重合閘過程。 XX 大學(xué) XX 學(xué)院畢 業(yè)設(shè)計（論文） 21 圖 34 交流調(diào)壓主電路 晶閘管相控調(diào)壓原理 晶閘管調(diào)壓單相等效電路如圖 35 所示，其中 ZL為電機(jī)一相等效阻抗， Ui為電網(wǎng)相電壓， UL為晶閘管輸出電壓。 M3~UVWRTS 圖 37 主回路電路 采用三組反并聯(lián)晶閘管組成調(diào)壓電路。需滿足兩個條件。 晶閘管觸發(fā)電路 本設(shè)計觸發(fā)電路原理是首先用同步變壓器對電網(wǎng)電壓進(jìn)行采樣并降壓，之后輸入KJ004 用來產(chǎn)生單 脈沖，通過調(diào)節(jié)分壓電阻可以實現(xiàn)對單脈沖占空比的調(diào)節(jié)，通過模擬開關(guān) 4066來實現(xiàn)對 KJ004寬窄脈沖模式的 變 換，使 KJ004輸出寬脈沖或者窄脈沖， KJ042則產(chǎn)生高頻調(diào)制波對 KJ004 輸出的寬脈沖或窄脈沖進(jìn)行高頻調(diào)制，使其輸出寬窄脈沖列，當(dāng) KJ004 處于寬脈沖方式時， KJ004 輸出直接加到驅(qū)動電路，而 KJ004 處于窄脈沖方式時單脈沖 (3 片 KJ004 產(chǎn)生 6 路 )輸入到 KJ041 合成雙脈沖，每組雙脈沖相位相差60176。 1 5 VC1R2 2R2 4R2 5R2 3C4RWR移 相 電 壓（ + ）偏 移 電 壓 （ ） 圖 38 脈沖發(fā)生電路 圖 脈沖形成環(huán)節(jié) V V5 —— 脈沖形成 V V8 —— 脈沖放大 控制電壓 uco加在 V4基極上。脈沖前沿由 V4 導(dǎo)通時刻確定，脈沖寬度與反向充電回路時間常數(shù) R11C3有關(guān)。射極跟隨器 V3的作用是減小控制回路電流對鋸齒波電壓 ub3的影響。（由于考慮 amin 和 βmin，實際一般為 120176。晶閘管電路處于整流工作狀態(tài)。當(dāng) V V6都導(dǎo)通時， V V8都截止，沒有脈沖輸出，只要 V V6有一個截止，都會使 V V8導(dǎo)通，有脈沖輸出。 (1)過電流保護(hù) 晶閘管設(shè)備發(fā)生過電流有可能 是 晶閘管損毀、觸發(fā)電路或控制系統(tǒng)有故障等。因為電路總是存在電感的，所以與電容 C 串聯(lián)電阻 R 可起阻尼作用，它可以防止 R、 L、 C 電路在過渡過程中，因振蕩在電容器兩端出現(xiàn)的過電壓損壞晶閘管。從圖中可以看出，這個電路的功能就是將由電源側(cè)來的線電壓正弦信號轉(zhuǎn)為低壓方波信號 來 供單片機(jī)進(jìn)行處理分析。這個電路的優(yōu)點在于：一方面，在起動未開始或是開始瞬間，這個電路就可以檢測到器件電壓零點；另外，由于輸入的交流信號是直接從電源側(cè)獲取的，因此這就不需要像其他電路那樣需要先利用變壓器取得交流信號再進(jìn)。只有準(zhǔn)確的測量出電壓的過零點，才能精確的控制晶閘管的導(dǎo)通角，從而實現(xiàn)對電機(jī)兩端電壓的無極加載，完成軟起動的功能。 為了限制電路電壓上升率過大，確保晶閘管安全運行，本 設(shè)計 在晶閘管兩端并聯(lián)RC 阻容吸收網(wǎng)絡(luò)，利用電容兩端電壓不能突變的特性來限制電壓上升率。 直流電源 同步電源輸入 KJ004 產(chǎn)生單脈沖 KJ042 產(chǎn)生脈沖調(diào) 4066 模擬開關(guān)實現(xiàn)寬窄切換 脈沖放大驅(qū)動 寬脈沖列 XX 大學(xué) XX 學(xué)院畢 業(yè)設(shè)計（論文） 26 圖 39 觸發(fā)電路 框 圖 晶 閘管保護(hù)電路 晶閘管由于擊穿電壓接近工作電壓，熱容量又較小，所以承受過電壓、過電流能力較差，短時間內(nèi)的過電壓、過電流都可能造成元件損壞。 V2截止?fàn)顟B(tài)持續(xù)的時間就是鋸齒波的寬度，其大小取決于充電時間常數(shù) R1C1。的位置。 在三相全控橋電路中，接感性負(fù)載電流連續(xù)時，脈沖初始相位應(yīng)定在 a=90176。 V2導(dǎo)通時，因 R4很小故 C2迅速放電， ub3電位迅速降到零伏附近。電容 C3放電和反向充電，使 V5基極電位上升，直到 ub5E1(15V)， V5又重新導(dǎo)通。 171。由于異步電機(jī)在直接起動時的電流為 6～ 7 倍的額定電流。晶閘管由于過電流過電壓能力低，又常常工作在不同的電流波形情況下，給額定電流的選擇帶來一定的困難，如若額定值選擇不當(dāng)，會造成不必要的損失或浪費。當(dāng)供電電壓不變時，通過改變晶閘管的控制角，可以改變晶閘管的輸出電壓。 在晶閘管交流調(diào)壓系統(tǒng)中，晶閘管可以借負(fù)載電流波形過零而自行關(guān)斷，不需另加換流電路，所以其主要優(yōu)點是線路簡單、調(diào)壓裝置體積小，價格低廉、使用及維修方便。斬波調(diào)壓就是用雙向晶閘管作為靜止接觸器，交替的接通與切斷幾個周波的電源電壓，用改變接通時間與切斷時間之比來控制輸出電壓的有效值。 引腳的排列、名稱、功能和用法 主要參數(shù)限制 （ 1）電源電壓： DC +15V177。使用中接用戶系統(tǒng)供電電源的地端。10% （ 2）電源電流： ≤20mA （ 3）輸出脈沖最大負(fù)載電流： ≤20mA （ 4）輸出脈沖幅值： ≥1V （ 5）輸入端二極管最高承受反壓： ≥30V （ 6）控制端正向電流： ≤3mA （ 7） 允許使用環(huán)境溫度： Ⅰ 類品為 55～ +125 176。 （ 2）幅度： ≥13V。10%時功能正常）。對不同的移項控制 V1，只有改變 R R2 的比例，調(diào)節(jié)相應(yīng)的偏移 VP。其缺點就是起動時間較長。改進(jìn)的方法是采用雙斜坡起動，如圖 29 所示。三相異步電動機(jī)軟起動器擁有多種起動模式，可以滿足不同的起動要求。由式 (215)可以得知，導(dǎo)通角 ? 與觸發(fā)角 ? 、功率因數(shù)角 ? 都有關(guān)。的 雙窄脈沖的觸發(fā)電路。為了保證晶閘管的安全，在使用相控晶閘管電路時采用寬脈沖觸發(fā)，移相范圍限制在 ? ≤? 180176。但周波控制用在異步電機(jī)定子上時，通斷交替的頻率不能太低，一方面會引起電動機(jī)轉(zhuǎn)速的波動，另一方面每次接通電流就相當(dāng)于一次異步電動機(jī)的重起動過程。 晶閘管軟起動產(chǎn)品 問 世不過 30 年左右的時間 ， 它是當(dāng)今電力電子器件長足進(jìn)步的結(jié)果。 若自耦變壓器的變比為 k，與直接起動相比，采用自耦變壓器起動時，其一次側(cè)起動線電流和起動轉(zhuǎn)矩都降低到直接起動的 l／ k2。 定子繞組接成星形連接后，每相繞組的相電壓為三角形連接 (全壓 )時的 l/ 3 ，故星三角形起動時起動電流及起動轉(zhuǎn)矩均下降為直接起動的 1／ 3。當(dāng)電機(jī)起動完成時 KM 吸合，短接電阻或電抗 R。減壓起動雖然可以減小起動電流，但是 同時 起動轉(zhuǎn)矩也會 減小。 直接起動的起動線路是最簡單的，如圖 22 所示。因為在供電變壓器的容量 比 較小 的情況下 ，過大的起動電流將造成較大的線路壓降，從而影響接在同一電網(wǎng)上的其它電氣設(shè)備的正常 運行 。emrUpmTf rr x xs?? ????? ? ????????? (211) 剛 起 動時，轉(zhuǎn)子 n=0，轉(zhuǎn)差率 s=1， 此 時啟動轉(zhuǎn)矩為： ? ? ? ?21 1 2221 1 2 1 239。由式 (27)和式 (28)可得： 2 2120139。( ) 1 ( 39。 rm代表與定子鐵心損耗所對應(yīng)的勵磁電阻， xm代表與主磁通相對應(yīng)的鐵心磁路的勵磁電抗。 (4)用 PROTEL 繪制系統(tǒng)的原理圖。 本課題研究內(nèi)容 軟啟動器本質(zhì)上是一種直流調(diào)壓裝置，用來實現(xiàn)軟啟動、軟停車、實時監(jiān)測以及各種 保護(hù)功能。 XX 大學(xué) XX 學(xué)院畢 業(yè)設(shè)計（論文） 3 目前在國外 ，發(fā)達(dá)國家的電動機(jī)軟起動產(chǎn)品主要是固態(tài)軟起動裝置 ——晶閘管軟起動和兼作軟起動的 變頻器。 目前市場上生產(chǎn)的軟啟動器主要以機(jī)械式和三相反并聯(lián)晶閘管方 式為主。晶閘管軟啟動器是一種集軟啟動 、 軟停車 、 輕載節(jié)能和多功能保護(hù)于一體的新穎電機(jī)控制裝備。所以，這種 “ 硬起動 ” 不僅會縮短傳動單元和做功機(jī)械設(shè)備的使用壽命，而且過高的起動電流還會引起供電電網(wǎng)的電壓驟然跌落，致使那些對電壓敏感的用電設(shè)備產(chǎn)生負(fù)面影響。 但是 ， 由于其固有的啟動性能較差 ，直接起動又容 易造成對周圍電網(wǎng)的影響。 本文首先闡述了軟起動 器晶閘管調(diào)壓電路 (即主電路 )的工作原理，主要是 基于晶閘管的三相異步電動機(jī)軟啟動器主電路設(shè) 計和 觸發(fā)電路設(shè)計。 I 畢業(yè)設(shè)計（論文） 三相異步電動機(jī)軟啟動器的設(shè)計 II 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。為了減小異步電動機(jī)起動過程中對電網(wǎng)的沖擊、消除傳統(tǒng)降壓起動設(shè)備的有級觸點控制對異步電動機(jī)的沖擊、改善異步電動機(jī)的起動特性，本文對基于單片機(jī)控制的晶閘管調(diào)壓軟起動器進(jìn)行 討論 。 Soft StarterXX 大學(xué) XX 學(xué)院畢 業(yè)設(shè)計（論文） 1 1 緒 論 研究 的目的、意義 三相 異步電動機(jī)，由于其結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、價格低廉、堅固耐用、運行可靠、很少需要維護(hù)及可用于惡劣環(huán)境等優(yōu)點，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸、國防軍事和日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用，當(dāng)前大部分工業(yè)拖動都是以交流異步電動機(jī)作為動力，包括風(fēng)機(jī)、水泵、油泵、壓縮機(jī)等。 還有 ，由于起動應(yīng)力較大，出現(xiàn)的巨大轉(zhuǎn)矩又會使電動機(jī)發(fā)生 劇 烈的沖振，并且也給用作動力傳輸輔助設(shè)備和做功機(jī)械設(shè)備帶來不可避免的機(jī)械沖擊。采用電力半導(dǎo)體器件對電動機(jī)進(jìn)行啟動控制的電力電子軟啟動器解決了傳統(tǒng)降壓啟動方法存在的二次電流沖擊問題 ， 具有無觸點 、 啟動電流及啟動時間可控 、 啟動過程平滑等優(yōu)點 ， 并且維護(hù)工作量小 ， 具備完善的電動機(jī)保護(hù)功能。所以在整個軟起動器市場上，占據(jù)統(tǒng)治地位的還是國外產(chǎn)品，國內(nèi)產(chǎn)品所占的份額 還是 很低。如美國 AB 公司、英國 CT 公司、法國 TE 公司、德國 AEG 公司、瑞士 ABB 公司等均推出了軟起動器系列產(chǎn)品，如 GE 公司生產(chǎn)的最大功率達(dá)到 850kW，額定電壓 500V，額定電流 1180A，最大起動電流 5900A； ABB 公司生產(chǎn)的最大功率達(dá)到 1200kW，額定電壓 690V，額定電流 1000A；意大利 SIEI 工公司生產(chǎn)的額定電壓 690V，額定電流 1600A；美國 BS 公司還生產(chǎn)中壓 6~，最大功率達(dá)到 10000kW[2]。 另一方面，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展， 異步電動機(jī) 向更加可靠、方便性 好 、小型化方向發(fā)展。 (3)實現(xiàn)三相異步電動機(jī)軟啟動器模式的設(shè)計 和 軟件的有關(guān)設(shè)計。 三相 異步電動機(jī)的 T 形穩(wěn)態(tài)等效電路如圖 21 所示： X 2 r 2x 1r 1x mr mi 1 i 2i mu 11 ssr 2 圖 21 異步電動機(jī)的等效電路 其中， r1為定子繞組的電阻， x1為定子繞組的漏電抗， r2為歸算到定 子 方面的轉(zhuǎn)子繞組的電阻， x2為歸算到定子方面的轉(zhuǎn)子繞組的漏抗。mmmmr jxsr j xIUr j x rr j x j xr j x s???? ?????? ? ? ?????? (25) 在異步電動機(jī)里，因為 r1x1， rmxm，故可以省去 r1， rm，則式 (25)可以表示為： 1121 1 239。 /emP m E I m I r s? ? ? (27) 電磁轉(zhuǎn)矩為： ? ? 0(1 )1m e c m e c e mem P s P PT s?? ? ?? ? ? ? (28) 其中， 110 2 260nfp?? ? ? ?為同步角速度； 260n??? 為轉(zhuǎn)