交流电动机减压软起动

摘要

三相交流异步电动机因其结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉等优点而广泛应用于商业、工农业生产、国防和日常电气设备中。随着现代工业技术和生产工艺的发展，人们对电机的起动控制要求越来越高。传统的降压起动方式因不能真正消除电流冲击，已经无法满足工业生产的需要。软启动器的问世则解决了上述难题，他平滑了电机的起动过程，消除了电流冲击，真正实现了电机的无级起动控制。

本文利用MATLAB软件进行了系统仿真。掌握了电机在不同起动方式下电流、电压和转矩参数的变化规律。仿真结果验证了设计思路的正确性，为以后的软硬件设计打下了理论基础。

关键字：异步电机软启动MATLAB

目录

1.设计任务及要求 (3)

2.设计原理 (3)

2.1传统软起动方式及适用场合 (3)

2. 2晶闸管软起动器的性能 (4)

2. 3软起动器的运行方式及选型 (4)

2. 4电动机软起动器的几种起动方式 (6)

3.设计方案 (8)

4.设计方案的输出波形 (9)

5.心得体会 (15)

参考文献 (16)

交流电动机减压软起动系统仿真

1.设计任务及要求

电机参数为：额定电压U=380V、频率50

f Hz

=、定子电阻s R=0.435Ω、额定功率P=2.2KW、定子自感s L=0.002mH、转子电阻r R=0.816Ω、额定转速n=1420rpm、转子自感l r L＝0.002mH、级对数p n＝2、互感m L＝0.069mH、转动惯量J=0.19kg·m2。

要求完成的主要任务:

（1）设计软起动器原理图；

（2）建立软起动器仿真模型；

（3）仿真得出软起动与全压起动输入电压有效值、电动机电流瞬时值、转速变化曲线。

2.设计原理

2.1传统软起动方式及适用场合

降压启动的目的是减小启动电流,但它同时也使启动转矩下降.对于重载启动，带有大的峰值负载的生产机械,就不能用这种方式启动。传统的降压启动有以下几种方法：

(1) 星形/三角形转换器：这种方法适用于正常运行时定子绕组采用△接法的电动机。定子有6个接头引出，接到转换开关上，启动时采用星形接法，启动完毕后再切换成△接法。启动电压较运行电压降低了3倍。这种启动设备的优点是启动设备简单，启动过程中消耗能量少。

(2) 自耦变压器降压启动：自耦变压器高压边接电网，低压边接电动机，一般有几个分接头，可选择不同的电压比，相对于不同启动转矩的负载，在电动机启动后再将其切除。其优点是启动电压可以选择，如0.65，0.8或0.9U N，以适应不同负载的要求。缺点是体积大，重量重，且要消耗较多有色金属，故障率高，维修费用高。

(3) 磁控软启动器：磁控软启动器是利用控磁限幅调压的原理，在电动机启动过程中电压可由一个较低的值平滑地上升到全压，使电动机轴上的转矩匀速增加，启动特性变软，并可实现软停车。但其起控电压在200V左右，用户不可调整，会有较大的电流冲击，且体积较大。

(4) 串联电抗器：对于高压电机，可在定子线路中串联电抗器或水电阻实现降压启动，待启动完成后再将其切除。但电抗器成本高。

(5) 串接频敏变阻器：对于绕线式异步电动机，可在转子绕组串接频敏变阻器启动，待启动完成后再将其切除，但频敏变阻器成本高。

（6）电解液液阻限流的软启动：液阻是一种由电解液形成的电阻，它导电的本质是离子导电。其阻值正比于二块电极板的距离，反比于电解液的电导率，极板距离和电导率都便于控制，且液阻的热容量大。液阻的这两大特点(阻值可以无级控制和热容量大)，恰恰是软启动所需要的，加上另一个十分重要的优势即低成本，使液阻软启动得到了广泛的应用。

但基于液阻限流，液阻箱容积大，且一次软启动后电解液通常会有10℃～30℃的温升，使软启动的重复性差；移动极板需要有一套伺服机构，移动速度较慢，难以实现启动方式的多样化；液阻软启动装置液箱中的水，需要定期补充。电极板长期浸泡于电解液中，表面会有一定的锈蚀，需要作表面处理(一般2～3次/年)；液阻软启动装置不适合放置在易结冰或颠簸的环境中。

2.2晶闸管软启动器的性能

(1)晶闸管软启动装置采用电力电子集成电路，由PLC或单片机数字控制的调压(电流)节能的电机软启动设备。它主要是串接在电机电源回路中，实时控制电动机的启动电压或电流，由此起到调整电机的启动力矩，实现电机的软启动。电子软启动可以满足电动机软启动、软停机及运行过程中功率因数自动调节。

一般的电子软启动器都适用于三相220V ～660V电压等级，具有比较完善的故障检测功能，能在运行过程中检测任何异常状态，并通过不同的指示灯显示各类故障，配套相应的晶闸管主回路及RC吸收单元可组成一高性能的电动机软启动控制器，并能适用于任何负载场合的电动机的控制。它是接在三相交流电源与三相交流电动机之间的电力电子装置。

(2) 晶闸管软启动的技术性能主要包括：一是根据电机的硬性特性的要求，可分别独立设定电机的软启动、软停机时间；二是实现运行过程中的功率因数自动追踪调节功能，使0

Φ

Φ；三是适用主回路电压：三相220V～690V AC 50

∝

COS∝

1,

SIN

/60HZ自动选择相序自动检测；四是一次系统的电压和电流及功率因数的控制是采用数字脉冲，二次控制系统为集成数字控制设备，耗电低。

(3) 晶闸管软启动的启动方式：根据电机不同负载的要求晶闸管启动器一般都具备以下三种启动方式：电压控制启动方式、限流启动方式、转矩加脉冲突跳启动方式。

(4) 晶闸管软启动系统的运行方式分为：节能运行方式、全压运行方式、接触器

旁路运行方式。

2.3软启动器的运行方式及选型

(1)在线运行软启动。软启动器产品刚上市时，主要是国外的品牌，如施奈德，西门子等，但他们都是在线运行方式。在应用过程中，人们发现在线运行有7个方面的优缺点：①晶闸管长期在线运行功耗太大造成能源浪费：②晶闸管的散热量太大需要机械冷风，给成套带来很大的困难：③晶闸管长期在线运行给电网带来高次谐波污染：④晶闸管作为开关元件长期工作其可靠性远低于机械开关：⑤造价昂贵用户难以接受：⑥由于晶闸管造型和考虑散热，因此体积大。软启动的优点：电动机的启动与保护及控制集于一体，强大的智能控制器全部发挥作用，由于采用机械冷风能够适用频繁启动场合，电路简单便于维护和检修。

(2)旁路运行软启动器。旁路型软启动器克服了在线运行的缺点和技术难度，即电动机启动完成后旁路到接触器上运行。回避了晶闸管在线运行的缺点，尤其不需要机械风冷。但是，同时也带来四个方面的缺点：①电路复杂，系统可靠性降低：②强大的智能控制器不能充分利用，有的不能对电动机保护：③增加成套装置的体积和成本：④增加维护与检修的难度。

应用中大多数采用了旁路运行方形，即便选用了在线运行方式的软起器，有许多还是加载一套旁路运行接触器，回避了晶闸管在线运行的缺点。

图1 在线运行软启动器电路图

(3)内置晶闸管旁路型在线运行软启动器。内置晶闸管旁路型在线运行软启动器（简称内置旁路型软启动器），是在线运行软启动器内部设计了一套机械触头与晶闸管并联，在电机软启动和软停车过程中由晶闸管运行，机械触头断开，当电机正常运行时晶闸管断开，机械触头闭合。这套动作过程是通过内部控制自动完成的，对外部接线来讲是一个装置，以称为在线运行。

它的优点是具备上述两种类型的所有优点同时回避它们各自的缺点。优点：电