软启动器

电气综合应用课程设计

题目 交流异步电动机软启动器的

研究和设计

二级学院 电子信息与自动化学院

专 业 电气工程及其自动化

班 级 109070404

学生姓名 孟祥宇 学号 10907990916

学生姓名 黄兴 学号 10907990908 学生姓名 彭辉 学号 10907990917 学生姓名 钱伟 学号

指导教师 贺晓蓉

时间：2012年12月10--2012年12月28日

考核项目 得分 总分 设计60分 考核等级 平时成绩20分 教师签名 答辩20分 摘要：三相异步电动机直接启动时，启动电流过大，转矩较小。软启动器一般以大功率双

向晶闸管构成交流调压电路，通过控制晶闸管的触发角来调节输出电压。利用MATLAB/SIMULINK对软启动闭环控制系统建立模型并进行仿真实验，实验结果表明，采用软启动闭环控制有效地限制异步电动机的启动电流，证明了系统的有效性和理论的正确性。

关键词： 异步电机； 软启动器； 闭环

1、电机启动控制理论

根据电机学原理，启动时S=1，因此启动电流和启动转矩分别为：

3U12Rr2 Tst= (1) /22f1[(R1R2)(X1X2)2] Ist=

U1U1= (2)

/2/2ZK(R1R2)(X1X2)由式（1）、式（2）可知，在转速或转差率一定时，启动转矩与定子两端电压平方成正比，启动电流与定子两端电压成正比。同时在电动机启动时，由于定子、转子电流比额定电流大很多，使得漏磁路中的铁磁部分发生饱和，X1和X2变小，启动转矩Tst与启动电流Ist变大。因此电机启动时，如果将电压直接加到定子两端，将产生极大的冲击转矩和冲击电流，对设备和电网很不利，所以采用降低定子两端电压的方法，此时启动电流按比例减小，启动转矩按平方减小。软启动器就是根据这个原理设计的，采用的是晶闸管交流调压电路，降低了加在定子两端的电压，从而减小启动电流。然后逐渐升高电压值，是异步电动机平稳启动。

2、软启动器的工作原理

软启动器采用了图1所示的主电路 。在电源和异步电动机之间接入反并联的晶闸管调压电路。通过改变晶闸管的触发角来改变电动机定子两端电压, 进而变电机的转速和定子电流等物理量。晶闸管控制方式为相位控制,即通过控制晶闸管的导通角来达到调压的目的。

图（1） 2.1几种常用的软启动方式：

（1）限流起动：电动机起动时，软启动器输出电压从零迅速增加，直到输出电流上升到设定的限流值Iq，在输出电流不大于Iq下，电压逐渐上升，电机加速，直到起动完成。如图（2）所示，Iq可调，Ie为电机额定电流。此方式的优点是起动电流小，且可按需要调整，对电网影响小。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；损失起动力矩，起动时间相对较长，对电动机不利。

图（2） 图（3）

（2）电压斜坡起动： 输出电压按预先设定的斜坡线性上升，即电压由小到大斜坡线性上升，它是将传统的降压起动从有级变成了无级。主要用在重载起动，它的缺点是初始转矩小，转矩特性抛物线型上升对拖动系统不利，且起动时间长对电动机不利。如图（3）所示。 （3）突跳控制起动： 也是用在重载起动，不同的是在起动的瞬间用突跳转矩克服电机静转矩，然后转矩平滑上升，缩短起动时间。但是，突跳会给电网发送尖脉冲，干扰其它负荷，应用时要特别注意。如图（4）所示。

图（4）

3、软启动器仿真建立与波形分析

图（5）

图（5）是电机软启动电路仿真图，由电源模块、电机模块、六脉冲触发模块、三相桥式电路模块、交流电机测量单元、有效测量模块、回馈控制部分组成。 模块参数设定: 1)电机模块: 5HP;

2)电源模块: Peak amplitude设置为265 3)常量输入模块: 设置为11. 87(电机转矩)

4)六脉冲触发模块: Pulse width( degrees) 设置为10; Frequency of synchronization voltages设置为60; 5)其它模块采用默认设置。

设置仿真开始时间为0s, 结束时间为0. 5s, 采用Ode23tb算法。

SIMULINK仿真结果如图5 a、b、c所示

(a)定子电流

（b）转速

（c）电磁转矩 图（5）

波形分析：

通过仿真波形和实时数字显示模块的读数可知，直接启动瞬间 ，产生较大的冲击量，过程变化突然 。而软启动瞬间 ，产生的冲击明显减弱，变化趋于平缓 ，有利于系统稳定和设备保护。但是软启动所需要的启动时间较长。启动电流和启动转矩是体现异步电动机启动性能最重要的两个因素。因此在电机的启动过程中,如何降低起动电流 ,减小冲击成为电机启动控制的关键。电动机软启动器以大功率双向晶闸管构成交流调压电路 ,通过控制晶闸管的触发角来调节晶闸管调压电路的输出电压 ,很方便的实现了电动机的无触点降压软启动。

4、心得体会

软启动器主电路设计是三对反并联的晶闸管接在定子的线路上，通过定子电压电流的反馈通过处理器给触发电路，使触发电路按照设定的程序触发6只晶闸管，从而实现软启动的过程。

由于自己的学识和实际的实践经验有限，对三项异步电动机软启动的设计，只进行了理论上的分析。通过参考资料分析软启动器的几种启动方式，同时在建立模型以及仿真时也遇到一些问题，通过老师的讲解和同学的一起探讨后才得以解决，但该设计仍有一些不足之处，还需要进一步实验改进。

参 考 文 献：

【1】 汤蕴缪等，电机学，西安，西安交通大学出版社1993年；

【2】 陈桂明，张明照。应用MATLAB建模与仿真［M］。北京：科学出版社， 2001 【3】 高景德，王祥珩，李发海。交流电机及其系统的分析［M］。北京：清华大 学出版社，1993

【4】 薛定宇，陈阳泉。基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用［M］。北 京： 清华大学出版社，2002：32-38

【5】 陈丕章等，电动机节能技术，北京，科学出版社，1989年；

【6】 何建平等，异步电动机轻载调压技能技术的研究，电工技术杂志，2001（8）； 【7】洪乃刚等，电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真，机械出版社，2006年；