【正文】 roputer control thyristor surge soft starter are discussed. This article elaborates the soft starter thyristor regulating circuit, which is based on thyristor threephase asynchronous motor soft starter main circuit design and implement trigger circuit design. Then the motor soft starter, but the pattern design of main or soft starter hardware circuit design. This article designs the soft starter operation convenience simple, can make the motor starts achieve improved threephase asynchronous motor starting performance requirements. In asynchronous motor starting torque requirements and reduce starting current, under the premise of the motor can be stable and reliable. Keywords： Asynchronous Motor。 Soft StarterXX 大學 XX 學院畢 業(yè)設計（論文） 1 1 緒 論 研究 的目的、意義 三相 異步電動機，由于其結構簡單、制造方便、價格低廉、堅固耐用、運行可靠、很少需要維護及可用于惡劣環(huán)境等優(yōu)點，在工業(yè)、農業(yè)、交通運輸、國防軍事和日常生活中得到了廣泛的應用，當前大部分工業(yè)拖動都是以交流異步電動機作為動力，包括風機、水泵、油泵、壓縮機等。 通常要求采用專門的啟動設備完成正常的啟動工作 ， 尤其頻繁啟動時更是如此。電動機的反電勢隨著轉子轉速的增加而逐漸增大，電動機在起動開始時反電勢為零，所以起動電流很大。啟動電流過大時 ， 將使電動機本身受到過大電磁力的沖擊 ， 如果經(jīng)常啟動 ， 還有 使 繞組過熱的危險。 還有 ，由于起動應力較大，出現(xiàn)的巨大轉矩又會使電動機發(fā)生 劇 烈的沖振，并且也給用作動力傳輸輔助設備和做功機械設備帶來不可避免的機械沖擊。因此，對三相感應電動機 軟 起動 情況 進行研究是非常有 現(xiàn)實 意義的。比較傳統(tǒng)和應用較普遍的有變壓器降壓起動，串電抗器起動和 Y/△ 轉換等等。 近幾年來 隨著電力電子技術和微機控制技術的發(fā)展 ， 國內外相繼開發(fā)出以晶閘管為核心的電路元件、以單片機為控制核 心的異步電動機軟啟動設備 。采用電力半導體器件對電動機進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 ， 并且維護工作量小 ， 具備完善的電動機保護功能。它不僅實現(xiàn)在整個啟動過程中 實現(xiàn) 無沖擊而平滑地啟動電機，而且可根據(jù)電動機負載的特性來調節(jié)啟動過程中的參數(shù)，如限流值、啟動時間 等。 本文詳細介紹三相異步電動機軟啟動器的設計。但由于國內自 主 開發(fā)和生產的能力相對較弱，對國外產品的依賴還 是 很嚴重。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品，國內產品所占的份額 還是 很低。機械式啟動器是目前使用比較廣泛的啟動方式，但它是有級起動，會產生二次沖擊電流，啟動電流仍然為標稱電流的 3~4 倍，且 有 體積大、噪音大、維護費用高、無法適應 惡劣 環(huán)境等諸多弊端 。電力半導體開關器件具有無磨損、壽命長、功耗小 等 特點，結合現(xiàn)代控制理論及微機控制技術，為實現(xiàn)電機的軟起動提供了全新的思路。 隨著 這些 技術的不斷進步，電力電子軟起動裝置也取得了長足的進步，采用這 些 方法可以使 三相異步 電動機獲得很好的起動性能。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品，如 GE 公司生產的最大功率達到 850kW，額定電壓 500V，額定電流 1180A，最大起動電流 5900A； ABB 公司生產的最大功率達到 1200kW，額定電壓 690V，額定電流 1000A；意大利 SIEI 工公司生產的額定電壓 690V，額定電流 1600A；美國 BS 公司還生產中壓 6~，最大功率達到 10000kW[2]。在生產工藝兼有調速要求時，采用變頻裝置。在重載或負載功率特別大的時候， 才 使用變頻軟起動。 例 如 GE 公司生產的ASTAT 智能電機軟起動器； ABB 公司生產的 PST、 PSTB 系列電 機軟起動器；施耐德公司的 ATS46 軟起動器；德國 SIEMENS 公司的 3RW22 SIKOSTART 軟起動器等等。 另一方面，隨著電力電子技術的發(fā)展， 異步電動機 向更加可靠、方便性 好 、小型化方向發(fā)展。為了保證系統(tǒng)安全可靠地運行， 可以 充分發(fā)揮單片機的強大控制功能，由主控制電路對系統(tǒng)的關鍵器件和關鍵參數(shù)，例如過壓、欠壓、過流、過載、等進行實時監(jiān)控 。 在三相交流異步電動機不宜采用直接啟動的時候，可以考慮采用定子串電阻或串電抗器啟動、 Y△ 啟動、自耦變壓器降壓啟動、轉子串電阻啟動、晶閘管電子軟啟動、分級變頻軟啟動、兩相變頻調壓軟啟動等方法。 (2)對三相晶閘管軟起動系統(tǒng)進行硬件設計。 (3)實現(xiàn)三相異步電動機軟啟動器模式的設計 和 軟件的有關設計。 本課題的目標是 實現(xiàn)三相 異步電機 的軟啟動 ， 甚至 使軟啟動器 能夠根據(jù)電機負載的實際情況改變 。但隨著晶閘管技術的發(fā)展，三相交流調壓軟啟動器因為具有性能良好、產品多樣、電壓可連續(xù)調節(jié)以及轉矩或電流可閉環(huán)控制等優(yōu)點，使得電子軟啟動器得到了深入而廣泛的發(fā)展，成為軟啟動市場中的主流產品。對于電 動 機的軟起動而言，多采用基于集中參數(shù)等效電路的數(shù)學模型。 三相 異步電動機的 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 方面的轉子繞組的電阻， x2為歸算到定子方面的轉子繞組的漏抗。 U1 為定子電壓向量， E1 為定子感應電動勢向量， i1為定子電流向量 ， im為磁 電流向量。 mmm m mE I Z I r j x? ? ? ?? ? ? ? ? ? (24) 由以上四式可得： 2211 1 21 1 239。139。mmmmr jxsr j xIUr j x rr j x j xr j x s???? ?????? ? ? ?????? (25) 在異步電動機里，因為 r1x1， rmxm，故可以省去 r1， rm，則式 (25)可以表示為： 1121 1 239。 )mmUIIxrr jx jxxs??????? ? ? ????? (26) 由 等效電路可見，異步電動機輸入的電功率 P1 一部分消耗在釘子繞組的電阻而稱為定子銅耗 Pcu1，一部分消耗在定子鐵心上而變成鐵耗 PFe，剩余的通過氣隙傳遞到轉子的功率成為電磁功耗 Pem。 39。 39。 /emP m E I m I r s? ? ? (27) 電磁轉矩為： ? ? 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??? 為轉子機械角速度； Pem 為機械 功率。39。 39。)UIrr x xs?? ? ? (210) 將式 (210)代入 (29)得： XX 大學 XX 學院畢 業(yè)設計（論文） 6 ? ?2 211221 21 1 239。 39。239。stp m U rT fr r x x?? ??? ? ??? (212) 同時，由于激磁電流相對較小即 0mI? ? ，11mxx???????近似為 1，由式 (26)的啟動電流為： ? ? ? ?1222 1 239。st UI r r x x? ? ? ? (213) 由式 (212)和式 (213)可知，起動轉矩正比于定子端電壓的平方，起動電流正比于定子電壓。 而異步電動機的起動特性主要表現(xiàn)在起動電流和起動轉矩兩個方面：希望電動機起動時能產生足夠的起動 轉矩，以便帶動負載快速地達到正常轉速；同時，也希望起動電流不要太大。 下面針對異步電動機的起動特性，分析 起動方式的原理和應用。 下面就分別做 詳細 介紹。起動時通過一些直接起動設備，將全部電源電壓 (即全壓 )直接加到異步電動機的定子 繞組，使電動機在額定電壓下進行起動。根據(jù)對國產電動機實際測量，某些籠型異步電動機起動電流甚至可以達到 8～ 12 倍。然而這種起動方法有 諸 多不足。這是因為 Ts及 Tm均與電網(wǎng)電壓的平方成正比，電網(wǎng)電壓的顯著下降，可使 Ts 及 Tm 均下降到低于 Tz。如果功率大于7． 5kW，而電源總容量較大，能符合下式要求的話，電動機也可允許直接起動。 M3~FU1 FU2FU3KM 圖 22 直接啟動原理圖 傳統(tǒng) 減壓起動 減壓起動是在起動時先降低定子繞組上的電壓， 待 起動后，再把電壓恢復到額定值。因此，減壓起動方法一般只適用于輕載或空載情況 。由三相異步電動機的等效電路可知：起動電流正比于定子繞組的電壓，因而定子繞組串電阻或電抗可以達到減小起動電流的目的。因此，這種起動方法僅僅適用于空載或輕載起動場合。 如圖 23 所示：當起動電機時，合上開關 Q，交流接觸器 KM 斷開，使電源經(jīng)電阻或電抗 R 流進電機。 K MM3~F U 2F U 3F U 1RF RQU V W 圖 23 定子串電阻或電抗起動原理圖 (2)星 三角形 (丫 △ )起動 星 三角形起動法是電動機起動時，定子繞組為星形 (丫 )接法，當轉速上升至接近額定轉速時，將繞組切換為三角形 (△ )接法，使電動機轉為正常運行的一種起動 方式 。 圖 24 為星 三角形起動法的原理圖。 KM2 閉合時，定子繞組為星形 (丫 )接法，使電動機起動。由控制電路中的時間 繼電器 KT 確定星 三角切換的時間。由于起動轉矩小，該方法只適合于輕載起動的場合。 圖 25 所示為自耦變壓器起動的自動控制主回路。按啟動按鈕后 KM1 線圈通電吸合并自鎖，其主觸頭閉合，將自耦變壓器線圈接成星形，與此同時由于 KM1 輔助常開觸點閉合，使得接觸器 KM2 線圈通電吸合， KM2 的主觸頭閉合由自耦變壓器的低壓抽頭 (例如 65％ )將三相電壓的 65％接入電動。自耦變壓器一般有 65％和 80％額定電壓的兩組抽頭。 自耦變壓器起動法不受電動機繞組接線方式 (丫接法或△接法 )的限制，允許的起動電流和所需起動轉矩可通過改變抽頭進行選擇，但設備費用較高。其優(yōu)點是電壓抽頭可供不同負載起動時 選擇 ； 缺點是 質量大、 體積大、價格高、維護檢修 費用高 。在電動機定子回路 中 ，通過串入限流作用的電力器件實現(xiàn)軟起動，叫做降壓或者限流軟起動。按限流器件不同可分為：以電解液限流的液阻軟起動；以磁飽和電抗器為限流器件的磁控軟起動；以晶閘管為限流器件的晶閘管軟起動。 10 年前，電氣工程界就有人 預言 ，晶閘管軟起動將引發(fā)軟起動行業(yè) 的一場革命。而其主要性能卻優(yōu)于液阻軟起動。 但是晶閘管軟起動產品也有缺點。 XX 大學 XX 學院畢 業(yè)設計（論文） 11 軟起動的原理及分析 晶閘管調壓原理 晶閘管的控制方式有兩種：一是相位控制，即通過控制晶閘管的導通角來調壓；二是周波 控制，即把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，從而達到調壓的目的。當電源切斷時，電動機氣隙中的磁場將由轉子中的瞬態(tài)電流來維持，并隨著轉子而旋轉，氣隙磁場在定子繞組中感應的電動勢頻率將有所變化，當斷流時問隔較長時，這個旋轉磁場在定子中感應的電勢和重新接通時的電源電壓在相位上可能會有很大的差別，這樣 就會出現(xiàn)較大的電流沖擊，可能危及晶閘管的安全。采用相位控制時，輸出電壓波形已不是正弦波，經(jīng)分析可知，輸出電壓不含偶次諧波，奇次諧波中以三次諧波為主要成分。此外，由于異步電機是感性負載，從電力電子學中可以知道，當晶閘管交流調壓回路帶有感性負載時，只有當移相角大于負載的功率因數(shù)角時，才能起到調壓的作用。其情況與 ? =0 時一樣，相控不起任何調壓作用，甚至在晶閘管觸發(fā)脈沖不夠寬的情況下，出現(xiàn)只有一個方向上的晶閘管工作，負載上出現(xiàn)直流分量，對晶閘管造成危害。 本系統(tǒng)軟起動器采用晶閘管調壓原理，通過調節(jié)電動機定子輸