三相异步电动机软启动器

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辽宁工业大学

电力电子技术课程设计（论文）题目：三相异步电动机软启动器

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课程设计（论文）任务及评语

院（系）：电气工程学院教研室：电

气

注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算

摘要

现在传动工程中最常用的就是三相异步电动机。在许多场合，由于其启动特性，这些电机不可以直接连接电源系统。如果直接启动，会产生较高的峰值转矩，这种冲击不但对驱动电机有冲击，而且也会使机械装置受载。而软启动器通过平滑的升高端子电压，可以实现无冲击启动，最佳保护电源系统及电动机。

本文设计的三相异步电动机软启动器主要包括主电路和控制电路两部分。采用电压斜坡软启动，晶闸管脉冲触发，通过对电机启动过程中晶闸管的控制来实现软启动器平滑启动的功能。

关键词：异步电动机；软启动器；晶闸管

目录

第1章绪论 (1)

1.1电力电子技术概况 (1)

1.2本文设计容 (1)

第2章三相异步电动机软启动器电路设计 (2)

2.1三相异步电动机软启动器总体设计方案 (2)

2.2具体电路设计 (3)

2.2.1 主电路设计 (3)

2.2.2 控制电路设计 (4)

2.2.3 触发电路设计 (5)

2.2.4 同步电路设计 (5)

2.2.5 检测电路设计 (6)

2.2.6 保护电路设计 (7)

2.3元器件型号选择 (8)

2.4系统仿真 (9)

2.4.1 MATLAB仿真软件简介 (9)

2.4.2 三相异步电动机软启动器仿真模型建立 (10)

2.4.3 三相异步电动机软启动器仿真波形及数据分析 (10)

第3章课程设计总结 (13)

参考文献 (14)

第1章绪论

1.1电力电子技术概况

电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，是使用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT等）对电能进行变换和控制的技术，主要用于电力变换。电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制出的第一个晶闸管为标志的，电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管和晶闸管变流技术的发展而确立的。

从20世纪50年代中到70年代末，以大功率硅二极管、双极型功率晶体管和晶闸管应用为基础的电力电子技术发展比较成熟。70年代末以来，开发出更多的新一代电力电子器件。80年代中后期其工业产品最高电压达1400伏。同时场控电力电子器件也得到发展。而后电力电子技术广泛应用于电气工程中，成为电气工程学科中最为活跃的一个分支。电力电子技术的不断进步大推动了电气工程实现现代化的进程。

1.2本文设计容

根据设计任务书所包含的要求，本文设计了一个三相异步电动机软启动器控制系统，并主要设计了以下容：

本文设计了晶闸管驱动电路，并为三相异步电机启动过程中提供了过电压及过电流等多重保护。脉冲触发方式为晶闸管触发脉冲并利用晶闸管调压为三相交流调压电路调压。软启动器的启动方式选择斜坡软启动，控制其部晶闸管的导通角，使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至启动结束。

第2章三相异步电动机软启动器电路设计

2.1三相异步电动机软启动器总体设计方案

根据软启动器本质上是一种调压装置，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，可以充分发挥晶闸管及其组成电路的控制功能，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,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。

本文为实现三相异步电动机的软启动，对三相晶闸管软起动系统进行硬件设计包括主电路及触发电路、控制电路、检测电路、保护电路等。如图2.1所示。

图2.1总体设计方案结构图

2.2具体电路设计

2.2.1主电路设计

主电路结构采用晶闸管调压原理，控制其部晶闸管的导通角，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。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。主电路图及电压电流曲线图如图2.2、2.3所示。

图2.2 主电路

电流

转速电压

时间

图2.3 电压电流曲线

2.2.2 控制电路设计

1、线电压检测电路设计

为测定及分析电动机定子侧的线电压及线电流，设计的线电压检测电路的控制部分如图2.4所示。

图2.4 线电压检测电路图

2、晶闸管导通角控制电路设计

为方便测出电机的功率因数，且软启动器的启动原理是控制部晶闸管的导通角，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，设计了晶闸管导通角检测电路来测量晶闸管的导通角。如图2.5所示。

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图2.5 晶闸管导通角控制电路

2.2.3触发电路设计

软启动器晶闸管触发驱动电路设计，晶闸管驱动电路的功能是将控制器送来的控制信号转化成为满足晶闸管所需要的触发信号。晶闸管对门极触发电路产生的脉冲应能满足一些基本要求：

触发信号可以是交流，直流或脉冲，但触发信号只能在它使控制极为正、阴极为负时起作用。由于晶闸管导通后控制极就失去控制作用，为了减少控制极损耗，故一般触发信号常采用脉冲形式。使用脉冲信号，不仅便于控制脉冲出现时刻，降低晶闸管门极功耗；还可以通过变压器的双绕组或多绕组输出，实现信号间的绝缘隔离和同步传输。

触发脉冲必须有足够的电压和电流。晶闸管属于电流控制器件，为保证足够的触发电流，考虑裕量，一般可取两倍左右门极触发电流。

触发脉冲宽度应要求触发脉冲消失前阳极电流已大于触发电流，以保证晶闸管的导通。对于单相电阻负载，由于一般晶闸管开通时间为6μs,应要求脉宽大于10μs，最好有20~50μs，电感性负载脉宽不应小于100μs。

触发脉冲与回路电源电压必须同步并有一定的移相围。为了使晶闸管在每一周波都能重复在相同的相位上触发，触发脉冲与主回路电源电压必须保持某种固定相位关系。同时，触发延迟角应能根据控制信号的要求改变，即控制角α应有一定的移相围。晶闸管驱动电路如图2.6所示。

图2.6 晶闸管触发驱动电路