三相异步电动机软启动装置设计
软启动方式
软起动的起动方式软起动器的功能主要是实现软起动和软停车，而软停车相当于是软起动的逆过程。
三相异步电动机软起动器拥有多种起动模式，可以满足不同的起动要求。
下面详细介绍：(1)限流起动限流起动就是在电动机的起动过程中限制其起动电流不超过某一设定值Im 的软起动方式，起动波形如图2-8所示。
主要用于轻载起动的降压起动，其输出电压从零开始迅速增长，直到其输出电流达到预先设定的电流限值Im，然后保持输出电流不大于该值的条件下逐渐升高电压，直到额定电压。
这种起动方式的优点是起动电流小，且可按需要调整起动电流的限定值Im。
其缺点是在起动时难以知道起动压降，不能充分利用压降空间，损失起动转矩，起动时间相对较长。
该方法应用较多，适用于风机，泵类负载。
图2-8 限流启动波形(2)电压斜坡起动输出电压由小到大斜坡线性上升，将传统的有级降压起动变为无级，主要用在重载起动。
它的缺点是起动转矩小，且转矩特性呈抛物线型上升对起动不利，起动时间长，对电动机不利。
改进的方法是采用双斜坡起动，如图2-9所示。
输出电压先迅速升至U(U，为电动机起动所需的最小转矩所对应的电压值)，然后按设定的斜率逐渐升高电压。
直至达到额定电压，初始电压和电压上升率可根据负载特性调整。
在加速斜坡时同期闻，电动机电压逐渐增加，加速斜坡时间在一定时间范围内可调整，加速斜坡时间一般在2～60秒之间。
这种起动方式的特点是起动电流相对较大，但起动时间相对较短，适用于重载起动的电动机。
图2-9 电压斜坡启动波形(3)转矩控制起动主要用于重载起动，如图2-10所示。
它是按照电动机的起动转矩线性上升的规律控制输出电压。
其优点是起动平滑、柔性好、对拖动系统有利，同时减少对电网的冲击，使最优的重载起动方式。
其缺点就是起动时间较长。
图2-10 转矩控制启动波形(4)转矩加突跳控制起动转矩加突跳控制起动与转矩控制起动一样，也是用在重载起动的场合。
所不同的是在起动的瞬间用突跳转矩，克服拖动系统的静转矩，然后转矩平滑上升，可缩短起动时间。
NTCQ系列补偿式可控变软启动装置
NTCQ系列补偿式可控变压器软起动装置一、概述：高压三相交流异步电动机或异步起动的同步电动机，采用降压软起动方式，起动电流一般控制在3.5Ie左右，而对于大容量的电动机而言，由于本身的额定电流较大，其起动电流仍然很大，达到了上千安培甚至几千安培，在电网容量有限的情况下，起动时网压降将会很大，对电网产生较大的冲击。
本公司推出的NTCQ系列补偿式可控变压器软起动装置，在传统的降压软起动的基础上，通过补偿绕组的电流补偿作用，在保证电机起动时的定子电流的同时，使流入电网的起动（网侧）电流进一步大大降低，一般低于2.0Ie。
二、工作原理：将可控变压器原边设计为可控的控制绕组和不可控的补偿绕组两部分，把补偿绕组作为变压器的副边为电动机供电，通过改变可控硅的导通角，调节控制绕组的阻抗值，使补偿绕组电压（即电动机端电压）逐步上升，实现电动机软起动。
由于起动时电动机的定子电流为变压器的副边电流，根据电动机的参数，设计不同的补偿系数，可大幅降低变压器原边（即网侧）电流。
补偿式可控变压器软起动等效电路图如右图：额定电压Ue加在变压器两端，控制绕组上的分压为Uk，补偿绕组上的分压为Ud.。
则：Ue=Uk+Ud补偿系数K=Ud/(Uk+Ud)=Ud/Ue网侧电流Iq=K*Id由以上分析可知，本装置经变压器降压后降低电机起动时的定子电流，并通过变压器一次电流的补偿功能，进一步降低流入电网的电流，使网侧电流控制在2.0Ie以下。
三、 性能特点：1、电网侧起动电流小，一般不大于2.0Ie；2、高低压隔离技术，低电压、小电流控制高电压、大电流，控制电路简单、可靠；3、干式变压器，F级绝缘，环氧浇注、真空浸渍工艺，安全性高；4、结构紧凑，占地面积小；5、基于进口PLC、DSP、FPGA控制技术，控制电路简单，抗干扰能力强，可靠性高；6、人机对话功能，起动参数设置、调整方便，可查阅100条起动历史曲线；7、中文菜单操作，操作工容易掌握，屏保功能，限制无关人员访问；8、起动时电机均匀加速，无机械冲击，无浪涌电流冲击；9、保护功能齐全，安全可靠；10、无噪音及谐波污染；11、设备通用性好，一台设备可控制多台电压等级相同，容量不同的电动机，从而减少设备投资及占地面积；12、重复使用性好，起动性能不受温度影响；13、免维护，使用寿命长。
异步电动机软启动及节能运行控制研究设计
1 引言目前在工礦企業中使用著大量的交流非同步電動機(包括380V／660V低壓電動機和3KV／6KV中壓電動機)，有相當多的三相非同步電動機及其拖動系統還處於非經濟運行的狀態，白白地浪費了大量的電能。
究其原因，大致是由以下幾種情況造成的：①由於大部分電機採用直接起動方式，除了可能對電網及拖動系統造成衝擊和引發事故之外，超出正常8～10倍的起動電流會造成巨大的能量損耗；②在進行電動機容量選配時，往往片面追求大的安全餘量，且層層加碼，結果使電動機容量過大，造成“大馬拉小車”的現象，導致電動機偏離最佳工況點，運行效率和功率因數降低；③從電動機所拖動的生產機械自身的運行經濟性考慮，往往要求電力拖動系統具有變壓、變速調節能力，若用定速定壓拖動，勢必造成大量的額外電能損失。
電動機的非經濟運行情況，早已引起國家有關部門的重視，並分別於1990年和1995年制定和修定了強制性的國家標準：《三相非同步電動機經濟運行》(GB12497-1995)。
國家希望依此來規範三相非同步電動機的經濟運行，國標的發佈對低壓電動機的經濟運行起了很大的促進作用，但對中壓電動機則收效甚微。
其原因是：(1)中壓電動機一般容量較大，一旦發生故障，其影響也大，因此對節電措施可靠性的要求就更高；(2)中壓電動機節電措施受電力電子功率器件耐壓水準的限制，節電產品的開發在技術上難度更大一些。
到目前為止，國內尚無成型的中壓電動機軟起動和節電運行的產品面市。
我國“十五”期間節能計畫中關於“電動機系統節能計畫”指出：電動機是量大面廣的高耗能設備，我國電動機的總裝機容量已達4億kW，年耗電量達6000億kWh，約占工業耗電量的80%。
我國各類在役電機中，80%以上為0.55～200kW以下的中小型非同步電動機，其中相當於世界近代技術水準的JO2系列的電動機約占70%，相當於70年代末水準的Y系列電動機不足30%，具有80年代水準的YX系列高效電動機所占的比例則更是微乎其微。
模糊控制异步电动机软启动设计
摘要本设计主要是通过软件来控制异步电动机的启动过程，以8051单片机为控制核心，经整流后通过控制IGBT—PWM逆变器，利用模糊控制技术控制电机转速，实现电机的软启动过程。
设计中详细介绍电动机的启动过程和调速原理，以及模糊控制系统的原理，利用模糊原理中良好的鲁棒性能以及单片机和各个芯片的功能特点，并借鉴其他人的经验，建立模糊控制表，通过对硬件的选择、软件程序的设计，改善系统的调速性能，完成异步电动机软启动的运行过程。
关键词：模糊控制、异步电动机、8051单片机、变频调速、鲁棒性。
AbstractThis design mainly control asynchronous motor’s starting process by software. The 8051 single chip microprocessor is control core. It goes through commutator and control IGBT-PWM inverter. Using fuzzy control motor speed, realize motor’ starting. In design, introduce motor starting process control speed theorist and fuzzy control system, using fuzzy robustness and single chip microprocess’s character, and others experience, we create fuzzy control calendar. Through choosing hardware and designing program, we improve system’s control speed. Then we can finish asynchronous motor software start process.Key words: Fuzzy-control、Asynchronous motor、8051 Single chip microprocessor、Variable Frequence Control Speed、Robustness一、引言随着微电子技术、电力电子技术、微处理器技术的不断发展和普及应用，电动机的调速，从直流发电机—电动机组调速，静止晶闸管整流器直流调速逐步过渡到笼型异步电动机变频调速。
三相异步电动机启动控制原理及接线图
三相异步电动机启动控制原理图1.三相异步电动机的点动控制点动正转控制线路是用按钮、接触器来控制电动机运转的最简单的正转控制线路;所谓点动控制是指：按下按钮,电动机就得电运转；松开按钮,电动机就失电停转;典型的三相异步电动机的点动控制电气原理图如图3-1a所示;点动正转控制线路是由转换开关QS、熔断器FU、启动按钮SB、接触器KM及电动机M组成;其中以转换开关QS作电源隔离开关,熔断器FU作短路保护,按钮SB控制接触器KM的线圈得电、失电,接触器KM的主触头控制电动机M的启动与停止;点动控制原理：当电动机需要点动时,先合上转换开关QS,此时电动机M尚未接通电源;按下启动按钮SB,接触器KM的线圈得电,带动接触器KM的三对主触头闭合,电动机M便接通电源启动运转;当电动机需要停转时,只要松开启动按钮SB,使接触器KM的线圈失电,带动接触器KM的三对主触头恢复断开,电动机M失电停转;在生产实际应用中,电动机的点动控制电路使用非常广泛,把启动按钮SB换成压力接点、限位节点、水位接点等,就可以实现各种各样的自动控制电路,控制小型电动机的自动运行;2.三相异步电动机的自锁控制三相异步电动机的自锁控制线路如图3-2所示,和点动控制的主电路大致相同,但在控制电路中又串接了一个停止按钮SB1,在启动按钮SB2的两端并接了接触器KM的一对常开辅助触头;接触器自锁正转控制线路不但能使电动机连续运转,而且还有一个重要的特点,就是具有欠压和失压保护作用;它主要由按钮开关SB起停电动机使用、交流接触器KM用做接通和切断电动机的电源以及失压和欠压保护等、热继电器用做电动机的过载保护等组成;欠压保护：“欠压”是指线路电压低于电动机应加的额定电压;“欠压保护”是指当线路电压下降到某一数值时,电动机能自动脱离电源电压停转,避免电动机在欠压下运行的一种保护;因为当线路电压下降时,电动机的转矩随之减小,电动机的转速也随之降低,从而使电动机的工作电流增大,影响电动机的正常运行,电压下降严重时还会引起“堵转”即电动机接通电源但不转动的现象,以致损坏电动机;采用接触器自锁正转控制线路就可避免电动机欠压运行,这是因为当线路电压下降到一定值一般指低于额定电压85%以下时,接触器线圈两端的电压也同样下降到一定值,从而使接触器线圈磁通减弱,产生的电磁吸力减小;当电磁吸力减小到小于反作用弹簧的拉力时,动铁心被迫释放,带动主触头、自锁触头同时断开,自动切断主电路和控制电路,电动机失电停转,达到欠压保护的目的;失压保护：失压保护是指电动机在正常运行中,由于外界某中原因引起突然断电时,能自动切断电动机电源;当重新供电时,保证电动机不能自行启动,避免造成设备和人身伤亡事故;采用接触器自锁控制线路,由于接触器自锁触头和主触头在电源断电时已经断开,使控制电路和主电路都不能接通;所以在电源恢复供电时,电动机就不能自行启动运转,保证了人身和设备的安全;控制原理：当按下启动按钮SB2后,电源U1相通过热继电器FR动断接点、停止按钮SB1的动断接点、启动按钮SB2动合接点及交流接触器KM的线圈接通电源V1相,使交流接触器线圈带电而动作,其主触头闭合使电动机转动;同时,交流接触器KM的常开辅助触头短接了启动按钮SB2的动合接点,保持交流接触器线圈始终处于带电状态,这就是所谓的自锁自保;与启动按钮SB2并联起自锁作用的常开辅助触头称为自锁触头或自保触头;3.三相异步电动机的正反转控制三相异步电动机接触器联锁的正反转控制的电气原理图如图3-4所示;线路中采用了两个接触器,即正转用的接触器KM1和反转用的接触器KM2,它们分别由正转按钮SB2和反转按钮SB3控制;这两个接触器的主触头所接通的电源相序不同,KM1按L1—L2—L3相序接线,KM2则对调了两相的相序;控制电路有两条,一条由按钮SB2和KM1线圈等组成的正转控制电路；另一条由按钮SB3和KM2线圈等组成的反转控制电路;控制原理：当按下正转启动按钮SB2后,电源相通过热继电器FR的动断接点、停止按钮SB1的动断接点、正转启动按钮SB2的动合接点、反转交流接触器KM2的常闭辅助触头、正转交流接触器线圈KM1,使正转接触器KM1带电而动作,其主触头闭合使电动机正向转动运行,并通过接触器KM1的常开辅助触头自保持运行;反转启动过程与上面相似,只是接触器KM2动作后,调换了两根电源线U、W相即改变电源相序,从而达到反转目的;互锁原理：接触器KM1和KM2的主触头决不允许同时闭合,否则造成两相电源短路事故;为了保证一个接触器得电动作时,另一个接触器不能得电动作,以避免电源的相间短路,就在正转控制电路中串接了反转接触器KM2的常闭辅助触头,而在反转控制电路中串接了正转接触器KM1的常闭辅助触头;当接触器KM1得电动作时,串在反转控制电路中的KM1的常闭触头分断,切断了反转控制电路,保证了KM1主触头闭合时,KM2的主触头不能闭合;同样,当接触器KM2得电动作时, KM2的常闭触头分断,切断了正转控制电路,可靠地避免了两相电源短路事故的发生;这种在一个接触器得电动作时,通过其常闭辅助触头使另一个接触器不能得电动作的作用叫联锁或互锁;实现联锁作用的常闭触头称为联锁触头或互锁触头;4、三相异步电动机的Y—Δ起动控制1Y—Δ起动自动控制图3-5 三相异步电动机Y—Δ降压启动控制线路图三相异步电动机的Y—Δ起动自动控制如图3-5所示;主要元器件介绍：a.起动按钮SB2;手动按钮开关,可控制电动机的起动运行;b.停止按钮SB1;手动按钮开关,可控制电动机的停止运行;c.主交流接触器KM1;电动机主运行回路用接触器,起动时通过电动机起动电流,运行时通过正常运行的线电流;形连接的交流接触器KM3;用于电动机起动时作Y形连接的交流接触器,起动时通过Y形连接降压起动的线电流,起动结束后停止工作;e.Δ形连接的交流接触器KM2;用于电动机起动结束后恢复Δ形连接作正常运行的接触器,通过绕组正常运行的相电流;f.时间继电器KT;控制Y—Δ变换起动的起动过程时间电机起动时间,即电动机从起动开始到额定转速及运行正常后所需的时间;g.热继电器或电机保护器FR;热继电器主要设置有三相电动机的过负荷保护；电机保护器主要设置有三相电动机的过负荷保护、断相保护、短路保护和平横保护等;控制原理：三相异步电动机Y—Δ转换启动的控制原理大致如下：a.按下启动按钮SB2后,电源通过热继电器FR的动断接点、停止按钮SB1的动断接点、Δ形连接交流接触器KM2常闭辅助触头,接通时间继电器KT的线圈使其动作并延时开始;此时时间继电器KT虽已动作,接点应断开,但其延时接点是瞬间闭合延时断开的延时结束后断开,同时通过此KT延时接点去接通Y形连接的交流接触器KM3的线圈回路,则交流接触器KM3带电动作,其主触头去接通三相绕组,使电动机处于Y形连接的运行状态；KM3辅助常开触头闭合去接通主交流接触器KM1的线圈;b.主交流接触器KM1带电启动后,其辅助触头进行自保持功能自锁功能；而KM1的主触头闭合去接通三相交流电源,此时电动机启动过程开始;c.当时间继电器KT延时断开接点动断接点KT的时间达到或延时到电动机启动过程结束时间后,时间继电器KT接点随即断开;d.时间继电器KT接点断开后,则交流接触器KM3失电;KM3主触头切断电动机绕组的Y形连接回路；同时接触器KM3的常闭辅助触头闭合,去接通Δ形连接交流接触器KM2的线圈电源;e.当交流接触器KM2动作后,其主触头闭合,使电动机正常运行于Δ形连接状态；而KM2的常闭辅助触头断开使时间继电器KT线圈失电,并对交流接触器KM3联锁;电动机处于正常运行状态;f.启动过程结束后,电动机按Δ形连接正常运行;2Y—Δ起动手动控制图3-6 三相异步电动机Y—Δ降压启动接线图Y—Δ起动手动控制接线如图3-6所示;图中手动控制开关SA有两个位置,分别是电动机定子绕组星形和三角形连接;线路动作原理为：起动时,将开关SA置于“起动”位置,电动机定子绕组被接成星形降压起动,当电动机转速上升到一定值后,再将开关SA置于“运行”位置,使电动机定子绕组接成三角形,电动机全压运行;5. 三相异步电动机的自偶降压起动1电动机自耦降压启动自动控制接线图图3-7 电动机自耦降压起动接线图图3-7 是交流电动机自耦降压启动自动切换控制接线图,自动切换靠时间继电器完成,用时间继电器切换能可靠地完成由启动到运行的转换过程,不会造成启动时间的长短不一的情况,也不会因启动时间长造成烧毁自耦变压器事故控制过程如下：a、合上空气开关QF接通三相电源;b、按启动按钮SB2交流接触器KM1线圈通电吸合并自锁,其主触头闭合,将自耦变压器线圈接成星形,与此同时由于KM1辅助常开触点闭合,使得接触器KM2线圈通电吸合,KM2的主触头闭合由自耦变压器的低压低压抽头例如65％将三相电压的65％接入电动;c、KM1辅助常开触点闭合,使时间继电器KT线圈通电,并按已整定好的时间开始计时,当时间到达后,KT的延时常开触点闭合,使中间继电器KA线圈通电吸合并自锁;d、由于KA线圈通电,其常闭触点断开使KM1线圈断电,KM1常开触点全部释放,主触头断开,使自耦变压器线圈封星端打开；同时 KM2线圈断电,其主触头断开,切断自耦变压器电源;KA的常闭触点闭合,通过KM1已经复位的常闭触点,使KM3线圈得电吸合,KM3主触头接通电动机在全压下运行;e、KM1的常开触点断开也使时间继电器KT线圈断电,其延时闭合触点释放,也保证了在电动机启动任务完成后,使时间继电器KT可处于断电状态;f、欲停车时,可按SB1则控制回路全部断电,电动机切除电源而停转;g、电动机的过载保护由热继电器FR完成;2电动机自耦降压启动手动控制接线图3-8 电动机自耦降压起动接线图自耦变压器降压起动手动控制接线如图3—8所示,图中操作手柄有三个位置：“停止”、“起动”和“运行”;操作机构中设有机械连锁机构,它使得操作手柄未经“起动”位置就不可能扳到“运行”位置,保证了电动机必须先经过起动阶段以后才能投入运行;动作原理为：当操作手柄置于“停止”位置时,所有的动、静触点都断开,电动机定子绕组断电,停止转动;当操作手柄向上推至“起动”位置时,起动触点和中性触点同时闭合,电流经起动触点流入自耦变压器,再由自耦变压器的65%或85%抽头处输出到电动机的定子绕组,使定子绕组降压起动;随着起动的进行,当转子转速升高到接近额定转速附近时,可将操作手柄扳到“运行”位置,此时起动工作结束,电动机定子绕组得到电网额定电压,电动机全压运行;停止时须按下SB按钮,使失压脱扣器的线圈断电而造成衔铁释放,通过机械脱扣装置将运行触点断开,切断电源;同时也使手柄自动跳回到“停止”位置,为下一次起动作准备;自耦变压器备有65%和85%两挡电压抽头,出厂时接在65%抽头上,可根据电动机的负载情况选择不同的起动电压;自耦变压器只在起动过程中短时工作,在起动完毕后应从电源中切除;6. 三相绕线式异步电动机转子串电阻起动三相绕线式电动机转子串电阻启动接线如图3—9所示;3—9 三相绕线式电动机转子串电阻启动接线图主要元器件介绍一次部分从上到下依次a、电源;b、Q,隔离开关,一般按电机额定电流的—2倍选择;c、FU1,主保险,般按电机额定电流的倍选择,当Q采用空气开关等有过载、短路保护的开关时,不用;d、KM1,主接触器,一般按电机额定电流的2倍选择;e、热继电器,当Q采用空气开关等有过载、短路保护的开关时,不用;f、M、电动机,一般是大容量的电动机才采用转子串电阻启动7、等,启动电阻,组成限流电阻箱;g、KM2、KM3、KM4等,启动接触器常开触点.二次部分：从上到下依次a、FU2,二次保险5—10A；b、SB1,停止按钮；c、SB3,启动按扭；d、等,接触器线圈、常开或常闭触点；e、等,时间继电器的线圈、触点;f、接线端子排;7、三相异步电动机的软启动器图3—10软启动器外形图图3—11 软启动器主接线图软启动器的外型如图3—10所示,主接线如图3—11所示;软启动器的工作原理：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,即为软起动,在软起动过程中,电机起动转矩逐渐增加,转速也逐渐增加;软起动结束,旁路接触器闭合,使软起动器退出运行,直至停车时,再次投入,这样即延长了软起动器的寿命,又使电网避免了谐波污染,还可减少软起动器中的晶闸管发热损耗;软启动器内部结构虽然复杂,但使用却十分方便,用户只需接入电源,接出输出,操作按钮即可;用软启动器运行时不工作的特点,还可以实现一台软启动器启动多台电动机;图3—12 软启动器的一拖二示意图工作原理1 启动过程：首先选择一台电动机在软启动器拖动下按所选定的启动方式逐渐提升输出电压,达到工频电压后,旁路接触器接通;然后,软启动器从该回路中切除,去启动下一台电机;2 停止过程：先启动软启动器与旁路接触器并联运行,然后切除旁路,最后软启动器按所选定的停车方式逐渐降低输出电压直到停止; 三台以上以此类推……8、变频器变频器具有调压、调频、稳压、调速等基本功能,应用了现代的科学技术,价格昂贵但性能良好,内部结构复杂但使用简单,所以不只是用于启动电动机,而是广泛的应用到各个领域,各种各样的功率、各种各样的外形、各种各样的体积、各种各样的用途等都有;随着技术的发展,成本的降低,变频器一定还会得到更广泛的应用;。
三相异步电机软启动设计
电压全压启动时 ， 启 动电流很大 ， 约为额定 电流 的 ５ ～７ 倍， 会对 电网造成 冲击 ， 影 响其 它设备 运行 。启 动转 矩约为 额 定转矩 的两倍 ＿ 】 ］ 。加剧机 械结 构磨损 ， 甚 至损 坏设备 。特 别是大功率 的三相异步 电机影 响尤其 明显 。为 了解决 电机 启动时产生 的大 电流 ， 需要 对 电机进行 软启 动来 降低启 动
１ 引言
三相异步 电动机 以其低成 本 、 高可 靠性 和易维 护等 特
点， 被 广 泛应 用 于 各 工 业 领 域 ， 但 是 三 相 异 步 电 动 机 在 额 定
电压 电路 的触 发 脉 冲 角 ， 因此 改 变 触 发 角 的变 化 规 律 ， 可 以
改 变电动机 的启 动方式 ， 使 电动机具有 不 同启动 特性 以适 应不 同的工 况要 求。
电机 。
２ 软ห้องสมุดไป่ตู้动原理
软启动器实际上是个调压器 ， 启动电机时 ， 改变输出的电 压 。目前， 市场上常见 的软启动器主要是 电子式、 磁控式 和 自 动液体电阻式等类型， 其中电子式以晶闸管调压式居多ｌ ＿ ２ ］ 。
晶 闸管 式 软 启 动 器 主 回 路 由 三 对 反 并 联 晶 闸 管 组 成 ，
２ ）限流启 动 ： 电机在启动过程 中限制其启 动 电流不 超
过设定值的软启动 方式 。在 方式 １ ） 的基 础上 增加 电流 限
制环节 ， 当电流要超过 限定值时 ， 软启动器限制 电压使其 不 再爬 升 ， 直至 电机转速上升 ， 启 动电流下降时再继续提 升电 压 。这 种启 动方 式的优点是启 动电流小 ， 且可 按需要调整 ， 对 电网影响小 。缺点是在启动时难 以知道启动压 降。损 失 启 动力 矩 ， 对 电机不利＿ ４ ］ 。 ３ ）转矩控制启动 ： 用 在重 载启 动 ， 它是将 电动机 的启 动转矩由小到大线性上 升 ， 它 的优 点是 启动平 滑 ， 柔性好 。 对拖动系统有更 好的保护 ， 它 的 目的是保护拖 动系统 ， 延 长 拖动系统的使 用 寿命 。同时 降低 电机 启动 时对 电网 的冲
三相异步电动机软启动器的设计
硬件 设计 是 系统 的基础 ，但 很大 一部 分硬 件功 能 由软 件来 实 现 ，因此软 件设 计是 系统 的一 个重 点 。电 机软启 动 系统 的主 程序 流程 图见 图 ３ 。
系统总线
图 ２ Ｐ Ｃ结 构 框 图 Ｌ
开始
进 行 系统 的初始 自检 是很 重要 的 。系统初 始 自检包括 上 电前 自检 与上 电后 自检 ，前者是 检查 电动机是 否存 在 漏 电故 障 ，后 者是对 电机 的工作 电压 、电流 、温度 等 参量 进行 ＡＤ检 测并处 理 。 （ ）系统 运行 部分 程序设 计 。运行 部分 程序 的设 ３ 计 内容按 系统 启 动的大 体流程 包括 ：① 判断 是否要 求 启动（ 检测 启 动开 关 是 否有效 ） ②判 断 启 动是 否 完 毕 ； （ 过 触 摸屏 提示 ） ⑧ 判 断 系统 稳定 启 动 运行 时是 否 通 ； 要求 停机 （ 检测 停 车开关 是否有 效 ） 。 本文 将模糊 控制技 术 和 Ｐ Ｉ Ｃ相结合 ， 对一 些无 法 建立 精 确数 学模 型 的系统 能 够达 到 较好 的控 制效 果 。 首先将 电流偏差 与 电流偏 差变 化率 △ 模糊 化 处理 ， 根 据 模 糊 语 言 变 量 赋值 表 和模 糊 控 制 规则 表 ，利 用 ＭＡＴＩ Ｂ 预先 编制 程 序 进 行 模糊 推 理 与模 糊 判 断 ， Ａ 得到对 应 的量化 因子 Ｋ Ｋ 然 后采用 Ａ／ 、 ， Ｄ转化 模 块 将其按 一定 规律 存放在 Ｐ Ｉ Ｃ数据 寄存器 中。 制执行 控 时 ，Ｐ Ｃ只须对 采样 得 到的精 确量 、３ 进行 等级 量 Ｌ ｅ 化 ，得 到其 相应 的模糊 化 论域元 素 ，再通 过查 表获 得 输 出控 制量 的量 化值 ，最后 将此 量化 值乘 以 比例因子 即得到实 际输 出量 ， 用输 出量 对 电动机 软启动 进行
异步电动机软启动及节能运行控制研究设计
1 引言目前在工矿企业中使用着大量的交流异步电动机(包括380V／660V低压电动机和3KV／6KV中压电动机)，有相当多的三相异步电动机及其拖动系统还处于非经济运行的状态，白白地浪费了大量的电能。
究其原因，大致是由以下几种情况造成的：①由于大部分电机采用直接起动方式，除了可能对电网及拖动系统造成冲击和引发事故之外，超出正常8～10倍的起动电流会造成巨大的能量损耗；②在进行电动机容量选配时，往往片面追求大的安全余量，且层层加码，结果使电动机容量过大，造成“大马拉小车”的现象，导致电动机偏离最佳工况点，运行效率和功率因数降低；③从电动机所拖动的生产机械自身的运行经济性考虑，往往要求电力拖动系统具有变压、变速调节能力，若用定速定压拖动，势必造成大量的额外电能损失。
电动机的非经济运行情况，早已引起国家有关部门的重视，并分别于1990年和1995年制定和修定了强制性的国家标准：《三相异步电动机经济运行》(GB12497-1995)。
国家希望依此来规范三相异步电动机的经济运行，国标的发布对低压电动机的经济运行起了很大的促进作用，但对中压电动机则收效甚微。
其原因是：(1)中压电动机一般容量较大，一旦发生故障，其影响也大，因此对节电措施可靠性的要求就更高；(2)中压电动机节电措施受电力电子功率器件耐压水平的限制，节电产品的开发在技术上难度更大一些。
到目前为止，国内尚无成型的中压电动机软起动和节电运行的产品面市。
我国“十五”期间节能计划中关于“电动机系统节能计划”指出：电动机是量大面广的高耗能设备，我国电动机的总装机容量已达4亿kW，年耗电量达6000亿kWh，约占工业耗电量的80%。
我国各类在役电机中，80%以上为0.55～200kW以下的中小型异步电动机，其中相当于世界近代技术水平的JO2系列的电动机约占70%，相当于70年代末水平的Y系列电动机不足30%，具有80年代水平的YX系列高效电动机所占的比例则更是微乎其微。
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三相异步电动机软启动装置设计考生姓名：XXXXXXX 准考证号：XXXXXXXXXX 专业层次：XXXXXXX 院（系）：XXXXXXXXXXXX 指导教师：XXXXXXX 职称：XXXXXXX二O一二年七月二十日三相异步电动机软启动装置设计考生姓名：XXXXXXXX准考证号：XXXXXXXXXXXXXX专业层次：XXXXXXXXXXX指导教师：XXXXXXXX院（系）：XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 二O一二年七月二十日摘要三相异步电动机因具有结构简单、制造方便、运行可靠、价格低廉等优点，而广泛应用在工业、农业、交通运输业、国防工业以及其他各行各业中。
但它也有明显的缺点，那就是起动转矩小，起动电流过大。
这种情况对电机本身及周围电网都有非常不利的影响。
为了减小异步电动机起动过程中对电网的冲击、消除传统降压起动设备的有级触点控制对异步电动机的冲击、改善异步电动机的起动特性，本文对基于单片机控制的晶闸管调压软起动器进行讨论。
本文首先阐述了软起动器晶闸管调压电路(即主电路)的工作原理，主要是基于晶闸管的三相异步电动机软启动器主电路设计和触发电路设计。
然后是对电动机软启动器模式的设计，但主要还是软起动器的硬件电路设计。
本文设计的软起动器操作方便简单，能够使电机顺利起动。
使之能达到了改善三相异步电动机起动性能的要求。
在满足异步电动机起动转矩要求及降低起动电流的前提下，使电机能够平稳可靠起动。
关键词：异步电动机，晶闸管，软启动Three phase asynchronous motor soft start devicedesignABSTRACTThe three-phase asynchronous motor because of its simple structure, convenient manufacture, reliable operation, low price and the like, and is widely applied in industry, agriculture, transportation, defense industry and other industries. But it also has obvious shortcomings, the starting torque is small, large starting current. This situation on the motor itself and the surrounding network has very adverse effect. In order to reduce the asynchronous motor starting process of the impact of power grid, the elimination of the traditional step-down start equipment with level control for asynchronous motor to improve impact, induction motor, this paper based on single-chip microcomputer controlled thyristor voltage soft starter were discussed.This article first elaborated the soft starter thyristor voltage regulating circuit (i.e., working principle, main circuit) is mainly based on thyristor three-phase asynchronous motor soft starter the design of main circuit and trigger circuit design. The electric motor soft starter in model design, but mainly the hardware circuit design of soft starter.In this paper, the design of the soft starter of convenient and simpleoperation, can make the motor start smoothly. To achieve the improvement of three-phase asynchronous motor starting performance requirements. In order to meet the requirements of starting torque of asynchronous motor starting current is reduced under the premise, so that the motor can stably start.Keywords：Asynchronous motor; Thyristor; Soft starting目录中文摘要 (I)英文摘要 ........................................................................................................ I I 1 绪论.. (1)1.1 三相异步电动机国内外研究现状 (1)1.2 本课题研究内容 (1)2 三相异步电动机的起动控制的研究 (3)2.1 三相异步电动机的起动过程的分析 (3)2.2 三相异步电机的启动方法 (5)2.2.1 直接起动 (5)2.2.2 传统减压起动 (6)2.2.3 软启动 (9)2.3 软起动的原理及分析 (9)2.3.1 晶闸管调压原理 (10)2.3.2 软起动的起动方式 (12)3 软启动器的硬件电路设计 (15)3.1 主要器件的介绍 (15)3.1.1 KJ004功能介绍 (15)3.1.2 KJ041功能介绍 (17)3.2 主电路的选择 (18)3.3 主回路设计 (20)3.3.1 主回路电路 (20)3.3.2 晶闸管参数选择 (20)3.3.3 晶闸管触发电路 (21)3.3.4 晶闸管保护电路 (23)3.4 电压检测回路 (24)3.4.1 同步信号检测 (24)3.4.2 电压反馈回路 (26)3.5 电流检测回路 (26)3.5.1 电流反馈回路 (26)3.5.2 过电流保护电路 (27)4 基于单片机的软起动器的设计 (28)5 结论 (30)致谢 (31)参考文献 (32)附录 (33)论文原创性声明1 绪论1.1 三相异步电动机国内外研究现状我国软起动技术起步于上世纪80年代早期，目前生产电机启动器的厂家很多，先后也推出了多种品牌的软起动器。
但由于国内自主开发和生产的能力相对较弱，对国外产品的依赖还是很严重。
在技术上和可靠性上与国外同类产品尚有一定的差距。
所以在整个软起动器市场上，占据统治地位的还是国外产品，国内产品所占的份额还是很低。
目前市场上生产的软启动器主要以机械式和三相反并联晶闸管方式为主。
机械式启动器是目前使用比较广泛的启动方式，但它是有级起动，会产生二次冲击电流，启动电流仍然为标称电流的3~4倍，且有体积大、噪音大、维护费用高、无法适应恶劣环境等诸多弊端。
近三十年来，随着电力电子技术的发展，使无电弧开关和连续调节电流成为可能。
电力半导体开关器件具有无磨损、寿命长、功耗小等特点，结合现代控制理论及微机控制技术，为实现电机的软起动提供了全新的思路。
要突破传统的启动方式，是离不开电力电子技术和微机控制技术的发展的。
目前在国外，发达国家的电动机软起动产品主要是固态软起动装置——晶闸管软起动和兼作软起动的变频器。
在生产工艺兼有调速要求时，采用变频装置。
在没有调速要求使用的场合下，起动负载较轻时一般采用晶闸管软起动。
在重载或负载功率特别大的时候，才使用变频软起动。
晶闸管软起动装置是发达国家软起动的主流产品，各知名电气公司均有自己晶闸管软起动的品牌，在其功能上又各具特色。
例如GE公司生产的ASTAT智能电机软起动器；ABB公司生产的PST、PSTB系列电机软起动器；施耐德公司的ATS46软起动器；德国SIEMENS公司的3RW22 SIKOSTART软起动器等等。
目前，国外对晶闸管三相交流调压电路的研究己经从对控制电压、控制电机电流的开环、闭环方式，发展到通过建立比较准确实用的数学模型，找到适用于三相交流调压电路电机负载的控制方法，从而使三相交流调压电路电机负载性能更优。
另一方面，随着电力电子技术的发展，异步电动机向更加可靠、方便性好、小型化方向发展。
1.2 本课题研究内容软启动器本质上是一种直流调压装置，用来实现软启动、软停车、实时监测以及各种保护功能。
为了保证系统安全可靠地运行，可以充分发挥单片机的强大控制功能，由主控制电路对系统的关键器件和关键参数，例如过压、欠压、过流、过载、等进行实时监控。
随着数字直流PWM调压技术的应用，以及采用高性能的单片机作为系统的控制核心，可以使软启动器具有控制快速准确、响应快、运行稳定、可靠等优点。
在三相交流异步电动机不宜采用直接启动的时候，可以考虑采用定子串电阻或串电抗器启动、Y-△启动、自耦变压器降压启动、转子串电阻启动、晶闸管电子软启动、分级变频软启动、两相变频调压软启动等方法。
结合各方面的因素及实际情况，本课题研究的内容主要有：(1)研究三相调压软起动的基本原理，对三相异步电动机的起动电流和起动转矩进行分析，对软起动控制策略进行研究。
(2)对三相晶闸管软起动系统进行硬件设计。
包括主电路，触发电路，检测电路，控制电路，驱动电路等。
(3)实现三相异步电动机软启动器模式的设计和软件的有关设计。
(4)用PROTEL绘制系统的原理图。
本课题的目标是实现三相异步电机的软启动，甚至使软启动器能够根据电机负载的实际情况改变。
2 三相异步电动机的起动控制的研究交流三相异步电动机的传统启动技术，如定子串电阻/电抗器启动、自耦变压器降压启动、星形-三角形降压启动、转子串电阻或频敏变阻器启动等，在交流电动机启动技术发展过程中都有过重要应用。
但随着晶闸管技术的发展，三相交流调压软启动器因为具有性能良好、产品多样、电压可连续调节以及转矩或电流可闭环控制等优点，使得电子软启动器得到了深入而广泛的发展，成为软启动市场中的主流产品。