【文章內(nèi)容簡介】 便就地改造，如：附加限流功能和內(nèi)接 /外接轉(zhuǎn)換選擇。該軟起動(dòng)器可不帶旁路持續(xù)在線運(yùn)行。軟起動(dòng)器為旁路和故障單獨(dú)設(shè)置了控制繼電器。該軟起動(dòng)器所有參數(shù)均通過面板上的三只旋鈕電位計(jì)和一只拔碼開關(guān)設(shè)定，直觀準(zhǔn)確。它甚至可以工作在有振動(dòng)和環(huán)境溫度較高的應(yīng)用場合。當(dāng)該軟起動(dòng)器用于內(nèi)接時(shí)因可控硅模塊上承受的是三角形接法時(shí)的相電流，所以相同電流的軟起動(dòng)器在內(nèi)接時(shí)可以負(fù)載比外接時(shí)大 倍的電機(jī)。如一臺(tái) 58A的 S型軟起動(dòng)器內(nèi) 接應(yīng)用時(shí)可以負(fù)載 100A 的電機(jī)。 原則上，籠型異步電動(dòng)機(jī)凡不需要調(diào)速的各種應(yīng)用場合都可適用。應(yīng)用范圍是交流電 380V天津理工中環(huán)信息學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 （也可 660V），電機(jī)功率從幾千瓦到 800 千瓦。軟起動(dòng)器特別適用于各種泵類負(fù)載或風(fēng)機(jī)類負(fù)載，需要軟起動(dòng)與軟停車的場合。同樣對于變負(fù)載工況、電動(dòng)機(jī)長期處于輕載運(yùn)行，可廣泛用于紡織，冶金、石油化工、水處理、船舶、運(yùn)輸、醫(yī)藥、食品加工，采礦和機(jī)械設(shè)備等行業(yè)。 軟啟動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn) 對于大功率異步電動(dòng)機(jī)而言，軟啟動(dòng)比硬起動(dòng)（即直接起動(dòng)）和傳統(tǒng)降壓起動(dòng)具有以下主要優(yōu)點(diǎn)： 電網(wǎng)電壓降使之不影響同一供電網(wǎng)其它電氣設(shè)備的正常運(yùn)行； ，降低電機(jī)起動(dòng)過程中線路的沖擊電流，減少電動(dòng)機(jī)（傳動(dòng)機(jī)械）的沖擊電流及對電網(wǎng)和配電系統(tǒng)的沖擊，延長電動(dòng)機(jī)（傳動(dòng)機(jī)械）使用壽命； ：硬起動(dòng)產(chǎn)生的沖擊電流會(huì)以電磁波的形式干擾電氣儀表的正常運(yùn)行； ，用一臺(tái)起動(dòng)器控制多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，起動(dòng)電流、起動(dòng)時(shí)間可分別設(shè)置；多種起動(dòng)模式：電壓斜坡起動(dòng)、限流起動(dòng)、脈沖突跳起動(dòng)，具有軟停車功能； ：過載保護(hù)、斷相保護(hù)、過壓和欠 壓保護(hù)等。 國內(nèi)外軟啟動(dòng)現(xiàn)狀 隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的日新月異，智能控制系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。如：智能大廈、無人值守泵站、無人值守供熱站、各種遙控調(diào)度系統(tǒng)、生產(chǎn)作業(yè)自動(dòng)化等等。 這正是國家實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，也是每一個(gè)技術(shù)人員肩負(fù)的重要責(zé)任。智能控制技術(shù)的應(yīng)用，給我們提出了很多要求。如電網(wǎng)的波動(dòng)性，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的智能配套等，都要求越來越嚴(yán)格。作為重要驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)來說，它的控制方式受到廣大技術(shù)人員的高度重視。既要為智能控制打下良好基礎(chǔ)，又要降低電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)對電網(wǎng)的沖擊。所 以，不得不在電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)設(shè)備上做工作。鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)電子軟啟動(dòng)器的誕生給技術(shù)人員解決了這個(gè)問題。它既能改變電動(dòng)機(jī)的 起動(dòng)特性保護(hù)拖動(dòng)系統(tǒng)，更能保證電動(dòng)機(jī)可靠起動(dòng)，又能降低起動(dòng)沖擊 。 我國軟起動(dòng)行業(yè)現(xiàn)狀與國外有所不同，國產(chǎn)液態(tài)軟起動(dòng)裝置占據(jù)了很大的市場份額。國產(chǎn)液態(tài)軟起動(dòng)裝置比國外產(chǎn)品簡單，成本更低，電解液配置不采用蒸餾水，液箱也做成不密封的。國產(chǎn)裝置得以流行的原因是它比較適合現(xiàn)時(shí)我國的國情。它能夠滿足起碼的軟起動(dòng)要求，售價(jià)低，維護(hù)雖然麻煩，但難度不大。 在國家政策、經(jīng)濟(jì)環(huán)境的影響下，用戶對電氣設(shè)備節(jié)能要求不斷 提高，加上近年來電力行業(yè)的快速發(fā)展，帶動(dòng)了國內(nèi)用戶對軟起動(dòng)器產(chǎn)品認(rèn)識(shí)的提高。國內(nèi)廠商開始在軟起動(dòng)器市場的研發(fā)、生產(chǎn)和制造加大投入，推出各類型 6～ 10kV 的國產(chǎn)固態(tài)軟起動(dòng)系統(tǒng)，促進(jìn)了整個(gè)軟啟動(dòng)市場的開發(fā)和增長。單純起動(dòng)功能的軟起動(dòng)器產(chǎn)品已經(jīng)不能滿足用戶的需求，評(píng)選 “設(shè)計(jì)師最喜愛的軟起動(dòng)器品牌 ”活動(dòng)正是希望從一線設(shè)計(jì)師的工作中總結(jié)軟起動(dòng)器未來發(fā)展的方向。 天津理工中環(huán)信息學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 從國外軟啟動(dòng)器的發(fā)展?fàn)顩r看，發(fā)達(dá)國家的電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)產(chǎn)品主要是固態(tài)軟起動(dòng)裝置和兼作軟起動(dòng)的變頻器。在生產(chǎn)工藝兼有調(diào)速要求時(shí)，則采用變頻裝置；在沒有調(diào)速要求的使用 場合下，起動(dòng)負(fù)載較輕時(shí)（例如風(fēng)機(jī)、水泵）采用固態(tài)軟起動(dòng)；在重載或負(fù)載功率特別大的時(shí)候，才用變頻軟起動(dòng)。固態(tài)軟起動(dòng)裝置是發(fā)達(dá)國家軟起動(dòng)的主流產(chǎn)品，各知名廠家均有自己固態(tài)軟起動(dòng)的品牌，在其功能上又各具特色 。 而液態(tài)軟起動(dòng)產(chǎn)品，由于其種種缺點(diǎn)，在降壓軟起動(dòng)領(lǐng)域的發(fā)展空間有限。發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)的液態(tài)軟起動(dòng)產(chǎn)品，一般用在中壓繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)中。進(jìn)口的液態(tài)軟起動(dòng)產(chǎn)品，主要是 60 年代到 90 年代的產(chǎn)品，在發(fā)達(dá)國家有被淘汰的趨勢。 本課題的意義及主要工作 電機(jī)直接起動(dòng)存在較大的沖擊，消耗了大量電能。 看似 直接起動(dòng)方 式起動(dòng)簡單， 其實(shí) 電機(jī)在直接起動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的瞬間電流沖擊，造成許多危害 ： A． 過大的熱應(yīng)力極易導(dǎo)致繞組損壞，造成繞組絕緣提前老化，從而降低電動(dòng)機(jī)的使用壽命 B． 過大的起動(dòng)電流將使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩沖擊很大 C． 過大的起動(dòng)電流還造成對電網(wǎng)的沖擊，造成能源浪費(fèi)，傳統(tǒng)降壓起動(dòng)方法無法從根本上解決這些問題。 因此研究 交流 電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)器 控制系統(tǒng) ，以此來克服上述電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的缺點(diǎn)，是很有現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)效益的。 課題主要工作： （ a） 實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)軟起動(dòng)數(shù)字控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 （ b）采用 51 單片機(jī)，設(shè)計(jì)單片機(jī)及其接口電路、 晶閘管主電路和驅(qū)動(dòng)板。 （ c）應(yīng)用 Keil 編程軟件，設(shè)計(jì)交流電機(jī)軟起動(dòng)器控制軟件，對程序進(jìn)行調(diào)試。 天津理工中環(huán)信息學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 第二章 軟啟動(dòng)的基本原理和特點(diǎn) 軟啟動(dòng)原理 軟啟動(dòng)是指運(yùn)用串接于電源與被控電機(jī)之間的軟啟動(dòng)器，控制其內(nèi)部晶閘管的導(dǎo)通角，使電機(jī)輸入電壓從零以預(yù)設(shè)函數(shù)關(guān)系逐漸上升，直至起動(dòng)結(jié)束，賦予電機(jī)全電壓的起動(dòng)方法。軟啟動(dòng)器是一種集電機(jī)軟啟動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置，它的主要構(gòu)成是串接于電源與被控電機(jī)之間的三相反并聯(lián)晶閘管及其電子控制電路，通過運(yùn)用不同的方法 ，控制三相反向并聯(lián)晶閘管的導(dǎo)通角，使被控電動(dòng)機(jī)的輸入電壓按不同的要求而變化，就可實(shí)現(xiàn)不同的功能。如圖 所示。 圖 Figure basic principle diagram 目前使用的軟啟動(dòng)器，基本上是以單片機(jī)作為中央控制器控制核心來完成測量及各種控制算法，用程序軟件自動(dòng)控制整個(gè)起動(dòng)過程。它通過單片機(jī)及相應(yīng)的數(shù)字電路控制晶閘管觸發(fā)脈沖的遲早來改變觸發(fā)角的大小，從而改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，最終改變加到電動(dòng)機(jī)三相繞組的電壓大小。由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩近似與定子電壓的平方成正比，電流又 和定子電壓成正比。這樣，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流的限制可以通過定子電壓的控制來實(shí)現(xiàn)，而定子電壓又是通過可控硅的導(dǎo)通相角來控制的，所以不同的初始相角可實(shí)現(xiàn)不同的端電壓，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流的最大值可根據(jù)負(fù)載而設(shè)定 ,以滿足不同的負(fù)載起動(dòng)要求。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中，晶閘管的導(dǎo)通角逐漸增大，晶閘管的輸出電壓也逐漸增加，電動(dòng)機(jī)從零開始加速，直到晶閘管全導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無級(jí)平滑起動(dòng)，并使電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上。 天津理工中環(huán)信息學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 軟啟動(dòng)常用的幾種啟動(dòng)方式 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，軟啟動(dòng)器輸出電壓 從零迅速增加，直到輸出電流上升到設(shè)定的限流值 Iq，在輸出電流不大于 Iq 下，電壓逐漸上升，電機(jī)加速，直到起動(dòng)完成。如圖 所示， Iq 可調(diào)， Ie 為電機(jī)額定電流。此方式的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)電流小，且可按需要調(diào)整，對電網(wǎng)影響小。缺點(diǎn)是在起動(dòng)時(shí)難以知道起動(dòng)壓降，不能充分利用壓降空間；損失起動(dòng)力矩，起動(dòng)時(shí)間相對較長，對電動(dòng)機(jī)不利。 圖 限流起動(dòng)示意圖 Figure current limiting start schemes 指輸出電壓按預(yù)先設(shè)定的斜坡線性上升，即電壓由小到大斜坡線 性上升，它是將傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)從有級(jí)變成了無級(jí)。主要用在重載起動(dòng)，它的缺點(diǎn)是初始轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)矩特性拋物線型上升對拖動(dòng)系統(tǒng)不利，且起動(dòng)時(shí)間長對電動(dòng)機(jī)不利。如圖 所示。 圖 電壓斜坡起動(dòng)示意圖 Figure voltage ramp start schemes 也是用在重載起動(dòng)，不同的是在起動(dòng)的瞬間用突跳轉(zhuǎn)矩克服電機(jī)靜天津理工中環(huán)信息學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 轉(zhuǎn)矩，然后轉(zhuǎn)矩平滑上升，縮短起動(dòng)時(shí)間。但是，突跳會(huì)給電網(wǎng)發(fā)送尖脈沖，干擾其它負(fù)荷，應(yīng)用時(shí)要特別注意。如圖 。 圖 突跳控制起動(dòng)示意圖 Figure turkestan jump control diagram starting 用在輕載起動(dòng)的場合，在保證起動(dòng)壓降下發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，盡可能的縮短了起動(dòng)時(shí)間，是最優(yōu)的輕載軟啟動(dòng)方式。 軟啟動(dòng)常用的幾種停機(jī)方式 傳統(tǒng)的控制方式都是通過瞬間停電完成的，即慣性停車（斷電自停）。 如圖 ，在停車信號(hào)發(fā)出后，軟啟動(dòng)器輸出電壓從額定電壓 Ue 迅速降到跌落電壓 Usd，再按所設(shè)定的時(shí)間降到起始電壓 Ui，軟啟動(dòng)器停止輸出。 這種停車方式可以消除由于自由停車帶來的拖動(dòng)系統(tǒng)反慣性沖擊，如皮帶運(yùn)輸機(jī)、升降機(jī)等許多負(fù)荷并不宜突然停機(jī)，高層建筑的水泵系統(tǒng)也因自由停車，而產(chǎn)生巨大的“水錘”效應(yīng)，使管道、水泵損壞。軟停車功能正好能滿足此要求。晶閘管在收到軟停機(jī)信號(hào)后，導(dǎo)通角漸減，經(jīng)一定時(shí)間才過渡到全關(guān)， 即電動(dòng)機(jī)端電壓漸減至零，停車時(shí)間可按實(shí)際需要設(shè)定。 圖 軟停車示意圖 天津理工中環(huán)信息學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 Figure soft parking schemes 向電機(jī)輸入直流電流，從而加快制動(dòng)，制動(dòng)時(shí)間可調(diào)，主要用于慣性力矩大的負(fù)載或需 快速停機(jī)的場合，在一定的場合代替了反接制動(dòng)停車。 接觸器旁路工作 軟啟動(dòng)器有在線型和旁路型。在線型是指起動(dòng)完畢，不需要觸器旁路，一直帶電工作的工作方式，晶閘管長期在線運(yùn)行功耗太大造成能源浪費(fèi)、給電網(wǎng)帶來高次諧波污染等。旁路型是為了延長使用壽命，使電網(wǎng)避免諧波污染，減少軟啟動(dòng)器中的晶閘管發(fā)熱損耗，在電動(dòng)機(jī)達(dá)到滿速運(yùn)行時(shí)用旁路接觸器取代已完成起動(dòng)任務(wù)的軟啟動(dòng)器。旁路型電路復(fù)雜化，系統(tǒng)可靠性降低。 軟啟動(dòng)的基本 接線 KRQS110/P 型軟啟動(dòng)器基本接線示意圖 如圖 所示 ： 圖 基本接線示意圖 Figure basic wiring diagram 全 數(shù)字電子軟啟動(dòng)器不僅能有效控制鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流，減緩電流對電動(dòng)機(jī)和電網(wǎng)的沖擊，還能在起動(dòng)和運(yùn)行過程檢測電流、電壓參數(shù)，對異常情況進(jìn)行處理、顯示及報(bào)警，實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)的綜合保護(hù)。 三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡單、性價(jià)比高和工作特性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)今工業(yè)應(yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，但它有一明顯缺點(diǎn)，就是起動(dòng)電流過大 (一般起動(dòng)電流為額定電流的 5～ 7倍甚至更大 )，這樣不論是對電動(dòng)機(jī)本身，還是對電網(wǎng)以及 其他電氣設(shè)備，都會(huì)產(chǎn)生不利的影響。 電子軟啟動(dòng)器的誕生，已經(jīng)從很大程度上提供了解決這個(gè)技術(shù)難題的有效手段，而且近年來隨著電力電子技術(shù)以及智能控制技術(shù)的不斷發(fā)展，電子軟啟動(dòng)器已經(jīng)逐步取代了傳統(tǒng)的天津理工中環(huán)信息學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 起動(dòng)方法，例如 “Y－ △ ”降壓起動(dòng)、自耦變壓器降壓起動(dòng)以及磁性調(diào)壓起動(dòng)等。所謂電子軟啟動(dòng)器，就是使用晶閘管調(diào)壓技術(shù)，采用單片機(jī)控制的起動(dòng)器，在用戶規(guī)定的起動(dòng)時(shí)間內(nèi)自動(dòng)地將起動(dòng)電壓連續(xù)平滑地上升，直到達(dá)到額定電壓，從而達(dá)到有效控制起動(dòng)電流的目的 。 電機(jī)軟啟動(dòng)方式的選擇 作為應(yīng)用最廣泛的鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)，它采用 降壓起動(dòng)的條件：一是電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，機(jī)械不能承受全壓起動(dòng)的沖擊轉(zhuǎn)矩；二是電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，其端電壓不能滿足規(guī)范要求；三是電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，影響其他負(fù)荷的正常運(yùn)行。 對于降壓起動(dòng)目前有兩種方式，一種是降壓起動(dòng)，一種是軟啟動(dòng)。他經(jīng)過了三個(gè)發(fā)展階段，一是“ YΔ” 起動(dòng)器和自藕降壓起動(dòng)器，二是磁控式軟啟動(dòng)器，三是目前最先進(jìn)最流行的電子軟啟動(dòng)器。電子軟啟動(dòng)器一般都是采用 16 位單片機(jī)進(jìn)行智能化控制，他既能保證電動(dòng)機(jī)在負(fù)載要求的起動(dòng)特性下平滑起動(dòng)，又能降低對電網(wǎng)的沖擊，同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)直接計(jì)算機(jī)通訊控制，為自動(dòng)化智能控制打下良好 的基礎(chǔ)。 它們的造價(jià)比較是：“ YΔ”起動(dòng)器須六根出線而且故障率太高，維修費(fèi)也高已不常采用，自藕方式每個(gè)千瓦 80 元左右，磁控的每千瓦 150 元左右，自藕和磁控的體積較大且故障率較高，維修費(fèi)較高，電子軟啟動(dòng)器每個(gè)千瓦在 100 元到 200 元之間，一般情況下，一臺(tái)開關(guān)柜能放多臺(tái)電子軟啟動(dòng)器，節(jié)省工程造價(jià)，且故障率較低，維修費(fèi)也低。所以，電子軟啟動(dòng)器應(yīng)是我們首選的目標(biāo)。 與傳統(tǒng)啟動(dòng)的比較 籠型電機(jī)傳統(tǒng)的減壓起動(dòng)方式有 Y△ 起動(dòng)、自耦減壓起動(dòng)、電抗器起動(dòng)等。這些起動(dòng)方式都屬于有級(jí)減壓起動(dòng)，存在明顯缺點(diǎn)， 即起動(dòng)過程中出現(xiàn)二次沖擊電流。由于傳統(tǒng)的減壓起動(dòng)方式技術(shù)落后，國家已明令淘汰。 軟啟動(dòng)與傳統(tǒng)減壓起動(dòng)方式的不同之處是： （ 1）無沖擊電流。軟啟動(dòng)器在起動(dòng)電機(jī)時(shí)，通過逐漸增大晶閘管導(dǎo)通角，使電機(jī)起動(dòng)電流從零線性上升至設(shè)定值。對電機(jī)無沖擊，提高了供電可靠性，平穩(wěn)起動(dòng)，減少對負(fù)載機(jī)械的沖擊轉(zhuǎn)矩，延長機(jī)器使用壽命。 （ 2）有軟停車功能，即平滑減速，逐漸停機(jī)，它可以克服瞬間斷電停機(jī)的弊病，減輕對重載機(jī)械的沖擊。 （ 3）起動(dòng)參數(shù)可調(diào)，根據(jù)負(fù)載情況及電網(wǎng)繼電保護(hù)特性選擇，可自由地?zé)o級(jí)調(diào)整至最佳的起動(dòng)電流 。 天津理工中環(huán)信息學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書