(徐爱荣)交流电动机减压软启动系统的设计定稿

封面

作者:PanHongliang

仅供个人学习

浙江大学远程教育学院

本科生毕业论文（设计）题目交流电动机减压软启动系统的设汁

专业05秋电气工程与自动化（专本）

学习中心洛阳

姓名徐爱荣学号D20505320011

指导教师屈稳太

2007 年12 月4 日

2/2

摘要

从交流电机发展至今，三相交流异步电动机得到了广泛的应用，其性能和功率在不断的提高，电压从低压发展到高压•随着三相交流异步电动机功率的提高，其启动过程也出现诸多弊端，如三相交流异步电动机直接启动时，启动电流一般可达5-8倍的额定电流，较大的启动电流流过电机绕组，产生大量热量，加速绝缘老化，影响电机寿命.

在三相交流异步电动机不宜采用直接启动的时候，可考虑采用电动机降压启动或其它启动方式.三相晶闸管调压软启动是近年来发展的新技术，采用反并联接线的晶闸管接在电动机的三相绕组上，在电动机启动过程中通过控制晶闸管导通角的大小，使电动机的启动电流可根据工作要求设定的规律变化.本文详细分析了调压软启动的原理并且建立了相应的仿真模型并对其进行了验证.

关键字：直接启动启动电流软启动仿真

目录

交流电动机传统启动技术1

（-）三相交流异步电动机的直接启动及其存在的问题1

1.三相交流异步电动机的简化数学模型1

2.直接启动所存在的问题2

（二）三相交流异步电动机的传统启动技术及其存在的问题2

二. 交流电动机降压软启动技术3

（-）降压软启动器调节原理3

（二）降压软启动器的主电路结构4

（三）晶闸管调压原理4

（四）降压软启动的启动方式及其控制策略5

1.限流软启动5

2.电压斜坡启动5

3.转矩控制启动5

4.转矩加突跳控制启动5

5.停车方式6

三. 系统仿真及结果6

（一）Matlab/Simulink X具简介 6

（二）异步电动机直接启动仿真6

（三）异步电动机降压软启动仿真7

1.功能模块设计8

2.仿真实验9

四. 毕业设计小结10

五. 致谢10

参考文献11

2/2

2/2

一.交流电动机传统启动技术

从交流电机发展至今，三相交流异步电动机得到了广泛的应用，其性能和功率也不断的提高，电压也从低压发展到高压.随着三相交流异步电动机功率的提高，其启动过程也出现诸多弊端•在本章中我们将对电机的启动问题进行简要分析和论述.

(-)三相交流异步电动机的直接启动及其存在的问题

1.三相交流异步电动机的简化数学模型

为了研究异步电动机的启动和制动时的电压、电流、转矩等变量的关系，要先从三相异步电动机的运行状态和生产机械的负载特性岀发.异步电动机的简化T型等效电路如图1所示.其中、分别为定子的电阻和漏抗，、分别为折算后转子的电阻和漏抗，、分别为励磁电阻和励磁电抗，s为转差率.

图1异步电动机简化T型等值电路

山异步电动机简化等值电路可以求出三相异步电动机的转子电流：因为电机启动时，

转子转速n=0,转差s=l,此时的启动电流为：由上式可知，电机启动电流和电压成正比. 山异步电动机的功率平衡及转矩平衡关系可知，异步电动机的电磁转矩为：式中：为

旋转磁场的同步角速度

将代入T中可得：

山上式可知，当频率不变时，同步角速度及电机参数为常数，电磁转矩T是定子电压

和转差率s的函数.在电动机启动瞬间，s=l,则启动转矩为：曲此可知，在电机参数一定的情况下，启动转矩只和有关，两者为平方的关系.

综上所述，当电源的频率和电动机参数都不变的情况下，启动转矩和成平方关系，启动电流和成正比，即在降低启动电圧的情况下，启动电流和启动转矩都相应降低•因此，可以通过控制定子电压对启动转矩和启动电流进行控制，这即是大部分启动方式所采用的理论依据.

2.直接启动所存在的问题

如果全电压直接启动，由1中所分析的结论可知，启动转矩较大，而冲击电流也很大.

我们首先来看一下较大的启动电流对电动机本身的影响•对于频繁启动的异步电动机，频繁出现短时大电流会使电动机内部过热，会对电动机产生不良影响.

再来看启动电流对供电变压器的影响•配电变圧器的容量是按照其供电的负载总容量来设计的，正常运行条件下山于电流不超过额定电流，其输出的电压比较稳定.三相异步电动机启动时，如变压器相对容量不是很大，电动机短时较大的启动电流会使变压器输出的电压短时下降幅度很大，超出正常允许的范围，这时就会产生如下影响：①启动电动机本身由于电压太低，使启动转矩下降很大，当负载较重时，有可能启动不了；Q会对同一变圧器供电的其他负载产生不良影响，如电灯变暗，重载电动机停转等.

2/2

由以上分析可知，异步电动机直接启动有其突出的缺陷，所以对容量较大的电动机都采用一些特殊的技术来进行启动.

(二)三相交流异步电动机的传统启动技术及其存在的问题

在三相交流异步电动机不宜采用直接启动的时候，可考虑采用电动机降压启动•传统的电动机降压启动方式有定子串电阻电抗器降压启动、转子串电阻降压启动、丫一△降压启动、自偶变压器降压启动等.表1对这儿种启动方式进行了比较.

由表1可以看出，这些启动方式虽然在一定程度上解决了启动电流过大的问题，但是都是采取的有级调速方式；多数存在二次甚至多次冲击；同时启动设备带载切换容易拉弧损坏，设备维护量大等问题•随着电力电子技术的发展，一种新的启动技术一一软启动以其优良的启动、保护性能得到了广泛的关注.

表1异步电动机传统启动方式

二.交流电动机降压软启动技术

降压软启动是近年来发展的新技术，采用反并联接线的晶闸管接在电动机的三相绕组上，在电动机启动过程中通过控制晶闸管导通角的大小，使电动机的启动电流可根据工作要求设定的规律变化•这样，电动机的启动电流大小、启动方式均可以任意调节和选择，可使电动机根据继电器保护特性而处于最佳的启动过程.

(-)降压软启动器调节原理

利用交流电机的电压特性曲线来控制交流电机的启动，是电子软启动器的主要

控图2电子软启动系统框图

制思想.釆用三对反并联的晶闸管串联于电动机的三相供电电路上，利用晶闸管的电子开关特性，通过控制其触发脉冲、触发角的大小来改变晶闸管的开通时间, 从而改变电动机定子输入电圧，以控制电动机的软启动过程.当电动机启动完成后，即端电压升至额定电压时，三相旁路接触器K吸合，使电动机直接并网运行. 启动时，晶闸管的导通角从0°开始上升，逐渐增大，电动机的端电压也从零开始上升，直至达到