三相异步电动机的启动方式的设计(DOC)

包头钢铁职业技术学院毕业实践任务书题目：三相异步电动机的启动方式的设计班级： 06五年制机电D姓名：刘伟指导老师：徐桂岩完成日期： 2011.3.20包头钢铁职业技术学院制2011年3月包头钢铁职业技术学院毕业实践任务书成绩及评语表摘要三相异步电动机的起动电流高达额定电流的5～8倍，对电网造成较大干扰，尤其在工业领域中的重载起动，有时可能对设备安全构成严重威胁。

传统的降压起动方式，如星三角起动、自耦变压器起动等，要么起动电流和机械冲击过大，要么体积庞大笨重、损耗大，要么起动力矩小、维修率高等等，都不尽人意。

软启动技术不仅实现在整个起动过程中无冲击而平滑地起动电动机，而且可根据电动机负载的特性来调节起动过程中的参数如限流值、起停时间等，以达到最佳的起停状态。

关键词异步电动机；软启动；设计目录`1前言 (1)1.1 软启动的定义 (1)1.2 软启动器的简单介绍 (1)1.2.1 软启动器的保护功能 (1)1.2.2 它与变频器有的区别 (1)1.2.3 软启动的作用 (2)1.3 电动机起动方式的选择 (2)1.4 与传统启动的比较 (2)1.4.1 软启动器的应用范围 (2)1.4.2 软启动与传统减压起动方式的不同之处 (2)2 软启动的基本原理 (4)2.1 软启动器的优点 (4)2.2 软启动器的控制接线 (5)3 软启动电路 (6)3.1 软启动器的控制原理图 (6)3.2 硬件设计 (6)3.3 电压同步信号检测电路 (7)3.4 触发脉冲形成电路 (8)4 总结 (10)致谢 (11)参考文献 (12)1前言三相异步电机由于结构简单、控制维护方便、性能稳定、效率高等优点而被广泛地应用于生产和各种动力设备的拖动中。

因其直接起动时产生的冲击电流对电网及其负载造成冲击，同时由于起动应力较大，使负载设备的使用寿命降低，因此常采用降压起动方式来减少影响。

但是，传统的降压起动方式，如星三角起动、自耦变压器起动等，要么起动电流和机械冲击过大，要么体积庞大笨重、损耗大，要么起动力矩小、维修率高等等，都不尽人意。

随着电子技术的发展，使用软启动器可以无冲击而平滑地起动电动机，而且可根据电动机负载的特性来调节起动过程中的参数达到最佳的起停状态，从而延长机械设备的使用寿命，减少设备的维修量，提高经济效益。

1.1 软启动的定义软启动顾名思义，就是不直接启动，而是慢慢的、一点一点的启动。

比如在电机的输入端一点一点地把电压从0升高到额定电压，频率由0渐渐的变化到额定频率，这样电机在启动过程中的启动电流，就由过去不可控的过载冲击电流变成为可控的、可根据需要调解大小的启动电流。

电机启动的全过程都不存在冲击转矩，而是平滑的启动运行。

这就是所谓的电动机的软启动。

1.2 软启动器的简单介绍起动器是一种用来控制鼠笼型异步电动机的新设备，集电机软启动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为SoftStarter。

它的要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路。

运用不同的方法，控制三相反并联晶闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。

1.2.1 软启动器的保护功能(1)过载保护功能：软启动器引进了电流控制环，因而随时跟踪检测电机电流的变化状况。

通过增加过载电流的设定和反时限控制模式，实现了过载保护功能，使电机过载时，关断晶闸管并发出报警信号。

(2)缺相保护功能：工作时，软启动器随时检测三相线电流的变化，一旦发生断流，即可作出缺相保护反应。

(3)过热保护功能：通过软启动器内部热继电器检测晶闸管散热器的温度，一旦散热器温度超过允许值后自动关断晶闸管，并发出报警信号。

(4)其它功能：通过电子电路的组合，还可在系统中实现其它种种联锁保护。

1.2.2 它与变频器有的区别软启动器和变频器是两种完全不同用途的产品。

变频器是用于需要调速的地方，其输出不但改变电压而且同时改变频率；软启动器实际上是个调压器，用于电机起动时，输出只改变电压并没有改变频率。

变频器具备所有软启动器功能，但它的价格比软启动器贵得多，结构也复杂得多。

大多数软启动器在晶闸管两侧有旁路接触器触头，其优点是：（1）在电机运行时可以避免软启动器产生的谐波（2）软启动的晶闸管仅在起动停车时工作，可以避免长期运行使晶闸管发热，延长了使用寿命。

（3）一旦软启动器发生故障，可由旁路接触器作为应急备用1.2.3 软启动的作用软启动器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。

使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。

待电机达到额定转数时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率，又使电网避免了谐波污染。

软启动器同时还提供软停车功能，软停车与软启动过程相反，电压逐渐降低，转数逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。

1.3 电动机起动方式的选择作为应用最广泛的鼠笼型异步电动机，它采用降压起动的条件：一是电动机起动时，机械不能承受全压起动的冲击转矩；二是电动机起动时，其端电压不能满足规范要求；三是电动机起动时，影响其他负荷的正常运行。

对于降压起动目前有两种方式，一种是降压起动，一种是软启动。

他经过了三个发展阶段，一是“Y-Δ”起动器和自藕降压起动器，二是磁控式软启动器，三是目前最先进最流行的电子软启动器。

电子软启动器一般都是采用16位单片机进行智能化控制，他既能保证电动机在负载要求的起动特性下平滑起动，又能降低对电网的冲击，同时，还能实现直接计算机通讯控制，为自动化智能控制打下良好的基础。

它们的造价比较是：“Y-Δ”起动器须六根出线而且故障率太高，维修费也高已不常采用，自藕方式每个千瓦80元左右，磁控的每千瓦150元左右，自藕和磁控的体积较大且故障率较高，维修费较高，电子软启动器每个千瓦在100元到200元之间，一般情况下，一台开关柜能放多台电子软启动器，节省工程造价，且故障率较低，维修费也低。

所以，电子软启动器应是我们首选的目标。

1.4 与传统启动的比较1.4.1 软启动器的应用范围原则上，鼠笼型异步电动机凡不需要调速的各种应用场合都可适用。

目前的应用范围是交流330（也可660V），电机功率从几千瓦到800kW。

软启动器特别适用于各种泵类负载或风机类负载，需要软启动与软停车的场合。

1.4.2 软启动与传统减压起动方式的不同之处笼型电机传统的减压起动方式有Y-△起动、自耦减压起动、电抗器起动等。

这些起动方式都属于有级减压起动，存在明显缺点，即起动过程中出现二次冲击电流。

由于传统的减压起动方式技术落后，国家已明令淘汰。

软启动与传统减压起动方式的不同之处是：（1）无冲击电流。

软启动器在起动电机时，通过逐渐增大晶闸管导通角，使电机起动电流从零线性上升至设定值。

对电机无冲击，提高了供电可靠性，平稳起动，减少对负载机械的冲击转矩，延长机器使用寿命。

（2）有软停车功能，即平滑减速，逐渐停机，它可以克服瞬间断电停机的弊病，减轻对重载机械的冲击。

（3）起动参数可调，根据负载情况及电网继电保护特性选择，可自由地无级调整至最佳的起动电流。

2 软启动的基本原理软启动是指运用串接于电源与被控电机之间的软启动器，控制其内部晶闸管的导通角，使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至起动结束，赋予电机全电压的起动方法。

软启动器是一种集电机软启动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联晶闸管及其电子控制电路，通过运用不同的方法，控制三相反向并联晶闸管的导通角，使被控电动机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。

如图2-1所示。

图2-1 基本原理图目前使用的软启动器，基本上是以单片机作为中央控制器控制核心来完成测量及各种控制算法，用程序软件自动控制整个起动过程。

它通过单片机及相应的数字电路控制晶闸管触发脉冲的迟早来改变触发角的大小，从而改变晶闸管的导通时间，最终改变加到电动机三相绕组的电压大小。

由于电动机转矩近似与定子电压的平方成正比，电流又和定子电压成正比。

这样，电动机的起动转矩和起动电流的限制可以通过定子电压的控制来实现，而定子电压又是通过可控硅的导通相角来控制的，所以不同的初始相角可实现不同的端电压，电动机的起动转矩和起动电流的最大值可根据负载而设定,以满足不同的负载起动要求。

电动机起动过程中，晶闸管的导通角逐渐增大，晶闸管的输出电压也逐渐增加，电动机从零开始加速，直到晶闸管全导通，从而实现电动机的无级平滑起动，并使电动机工作在额定电压的机械特性上。

2.1 软启动器的优点对于大功率异步电动机而言，软启动比硬起动（即直接起动）和传统降压起动具有以下主要优点：1）减少起动过程引起的电网电压降使之不影响同一供电网其它电气设备的正常运行；2）对电动机提供平滑的起动过程，降低电机起动过程中线路的冲击电流，减少电动机（传动机械）的冲击电流及对电网和配电系统的冲击，延长电动机（传动机械）使用寿命；3）减少电磁干扰：硬起动产生的冲击电流会以电磁波的形式干扰电气仪表的正常运行；4）有多台电动机控制功能，用一台起动器控制多台电动机的起动，起动电流、起动时间可分别设置；多种起动模式：电压斜坡起动、限流起动、脉冲突跳起动，具有软停车功能；5）具有完善的保护功能：过载保护、断相保护、过压和欠压保护等。

2.2 软启动器的控制接线（以英杰电气有限公司的KRQS系列为例）KRQS110/P型软启动器基本接线示意图：图2-6基本接线示意图全数字电子软启动器不仅能有效控制鼠笼式三相异步电动机起动电流，减缓电流对电动机和电网的冲击，还能在起动和运行过程检测电流、电压参数，对异常情况进行处理、显示及报警，实现对电动机的综合保护。

三相鼠笼式异步电动机以其结构简单、性价比高和工作特性好等诸多优点，在当今工业应用的各个领域都有广泛的应用，但它有一明显缺点，就是起动电流过大(一般起动电流为额定电流的5～7倍甚至更大)，这样不论是对电动机本身，还是对电网以及其他电气设备，都会产生不利的影响。

电子软启动器的诞生，已经从很大程度上提供了解决这个技术难题的有效手段，而且近年来随着电力电子技术以及智能控制技术的不断发展，电子软启动器已经逐步取代了传统的起动方法，例如“Y－△”降压起动、自耦变压器降压起动以及磁性调压起动等。

所谓电子软启动器，就是使用晶闸管调压技术，采用单片机控制的起动器，在用户规定的起动时间内自动地将起动电压连续平滑地上升，直到达到额定电压，从而达到有效控制起动电流的目的。