三相异步电动机软启动器

本科生课程设计（论文）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院（系）：电气工程学院专业班级：电气学号：学生姓名：指导教师：起止时间：2015-12-24至2016-1-3本科生课程设计（论文）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%以百分制计算学号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目三相异步电动机软启动器课程设计（论文）任务课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数实现功能利用晶闸管构成交流调压电路，使异步电动机的启动电压从零逐渐增加，从减小电动机的启动电流，对电动机和电网起到保护作用，另外，也可以对异步电动机进行小范围的调速。设计任务1、方案的经济技术论证。2、主电路设计。3、通过计算选择器件的具体型号。4、触发电路设计。5、绘制相关电路图。6、进行matlab仿真。7、完成设计说明书。要求1、1、文字在4000字左右。2、2、文中的理论分析与计算要正确。3、3、文中的图表工整、规范。4、元器件的选择符合要求。技术参数1、交流电源：三相380V。2、出电压Ud在0～380V连续可调。3、输出电流最大值20A。4、负载为7.5kW异步电动机。5、根据实际工作情况，最小控制角取20～300左右。6、三相异步电动机启动后，软启动器应能够自动撤出。进度计划第1天：集中学习；第2天：收集资料；第3天：方案论证；第4天：主电路设计；第5天：选择器件；第6天：确定变压器变比及容量；第7天：确定平波电抗器；第8天：触发电路设计；第9天：总结并撰写说明书；第10天：答辩指导教师评语及成绩平时：论文质量：答辩：总成绩：指导教师签字：年月日本科生课程设计（论文）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，对晶闸管调压软起动器进行讨论。本文设计了交流异步电动机软启动器。软启动器包括主电路和控制电路两部分。控制电路利用晶闸管的导通角计算电机的功率因数，电机启动方式采用电压斜坡软启动，晶闸管脉冲触发脉冲，通过对电机启动过程中的晶闸管触发脉冲的控制，实现了电机的平滑起动，减少了电机对电网的冲击，起到了节能作用。关键词；软启动器；异步电动机；晶闸管本科生课程设计（论文）1目录第1章绪论..........................................................................................................21.1电力电子技术概况................................................................................21.2本文设计内容........................................................................................2第2章三相异步电动机软启动器电路设计......................................................32.1三相异步电动机软启动器总体设计方案............................................32.2具体电路设计........................................................................................42.2.1主电路设计................................................................................42.2.2控制电路设计............................................................................62.2.3保护电路设计............................................................................92.3元器件型号选择..................................................................................102.4系统仿真..............................................................................................112.4.1Matlab仿真软件简介..............................................................112.4.2Matlab仿真模型建立................................错误!未定义书签。2.4.3Matlab的仿真波形及数据分析..............................................12第3章课程设计总结........................................................................................15参考文献..............................................................................................................16本科生课程设计（论文）2第1章绪论1.1电力电子技术概况电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术。电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的。一般认为，电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制出第一个晶闸管为标志的。1904年出现了电子管，他能在真空中对电子流进行控制，并应用于通信和无线电，从而开启了电子技术用于电力领域的先河。1947年，美国著名的贝尔实验室发明了晶体管引发了电子技术的一场革命最先用于电力领域的半导体器件是硅二极管，晶闸管出现后，由于其优越的电气性能和控制性能使之很快就取代了水银整流器和旋转变流机组，并其应用范围迅速扩大。晶闸管是通过对门极的控制能够使其导通而不能使其关断的器件，属于半控型器件。20世纪70年代后期，以门极可关断晶闸管，GTO，,电力双极型晶体管，BJT，和电力场效应管，Power-MOSFET，为代表的全控型器件迅速发展。20世纪80年代后期，以绝缘栅极双极晶体管，IGBC，为代表的复合型器件异军突起。目前，电力电子集成技术的发展十分迅速。随着全控型电力电子器件的不断进步，电力电子电路的工作频率也不断提高。1.2本文设计内容设计一个三相异步电动机软启动器控制系统，本文介绍了以下内容1，三相交流调压电路采用晶闸管调压，晶闸管触发脉冲2，软启动器的启动方式采用斜坡软启动3，能够对电机启动过程中的过压、过流等提供多种保护4，设计了晶闸管驱动电路，保证晶闸管可靠导通。本科生课程设计（论文）3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众所周知，三相异步电动机以其低成本、高可靠性和易维护等特点，被广泛应用在各个行业。特别是机床设备中，它作为一种主要的动力设备，常常用来拖动主轴、工作台、冷却泵、油泵等装置。但是它在直接启动时，由于启动电流高达额定电流的5，7倍，所以会对电网及负载造成很大的冲击，影响了周边电器的工作，增加了机械传动部件的磨损，降低了设备的寿命。所以就需要软启动器来启动，使用软启动器可以避免以上情况的发生，增加设备的使用寿命。三相异步电动机软启动控制系统在硬件方面分为两个部分，即主电路和控制电路。主电路包括三相电源，三相反联的晶闸管，三相异步电动机。控制部分一般由电流检测，晶闸管触发电路，保护电路等电路组成。图2.1总体设计方案结构图本科生课程设计（论文）42.2具体电路设计2.2.2主电路设计主电路部分结构比较简单，主要采用晶闸管调压原理完成软启动器的各项功能。图2.2主电路图图2.3主电路图过压保护软启动器的工作原理，软启动器是一种用来控制三相交流电动机的专用产品，它实现了交流电动机的软启动，软停车，轻载节能和多种保护，其功能完善，性能优越，能够满足工业电机控制的需要，是传统Y|△启动和自耦变压器启动控制方式的理想换代产品。软启动器采用三相反并联晶闸管，SCR，作为调压器，将其接入电源和电机定子之间，这种电路如三相全控整流电路。软启动器起动电机时晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机的转速逐渐加速，直到晶闸管全部导通，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，避免了启动时过流跳闸，待电动机达到额定转速时，启动过程结束。软启动器自动用旁路接触取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供本科生课程设计（论文）5额定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的寿命及提高工作效率。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，转速逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。软启动器的启动方式，1，斜坡升压软启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极降压起动主要用于重在起动。2，斜坡恒流软启动这种启动方式是电动机启动的前阶段电流逐渐增加，当电流达到预先所设定的值后保持恒定直到启动完毕。3，转矩加突跳控制启动方式这种启动与转矩控制启动相同，也使用在重载启动的场合，比如皮带传输机，挤压机，搅拌机等，由于其静阻力矩较大，必须施加一个短时的大启动力矩，克服大的静磨檫力，然后转矩平滑上升，缩短启动时间。图2.4斜坡升压软启动图2.5斜坡恒流软启动图2.6转矩加突跳控制启动本科生课程设计（论文）62.2.2控制电路设计软启动器电机线电压检测电路的设计，三相异步电动机的定子侧的相电压，相，线，电流是分析异步电动机的两个重要参数。如图2.7所示图2.7控制电路图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，如图所示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，与负载功率因数。触发脉冲与回路电源电压必须同步并有一定的移相范围。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应有一定的移相范围。本科生课程设计（论文）7图2.8晶闸管驱动电路软启动器晶闸管导通角检测电路设计，电机的功率因数是根据线电压和线电流进行计算的，另一种方法就是利用硬件电路测出晶闸管的导通角。图2.9晶闸管导通角检测电路软启动器电流检测电路设计，异步电动机起动时，若起动电流太大，则对电网冲击大，若起动电流过小，