异步电动机降压起动控制系统——控制电路设计【开题报告】.doc

1、1 毕业设计开题报告 电气工程及其自动化 异步电动机降压起动控制系统 控制电路设计 1选题的背景、意义 三相异步电动机具有结构简单 ,制造方便、运行可靠、价格低廉等优点 ,在各行各业应用极为广泛 ,而这种电动机能否安全起动是使用中可靠运行的关键。电动机起动一般情况下 ,当异步电动机功率低于 7.5千瓦时允许直接起动 (即把全部电源电压直接加到电动机定子绕组 );或者功率在大于 7.5 千瓦 ,而电源总容量较大 ,满足下式要求 ,电动机也可直接起动 ,否则应使用降压方式起动电动机。 1 3 4I s tIn 电 源 总 容 量起 动 电 动 机 容 量IST 电动机起动电流 ;IN 电动机额定电

2、流 在发达的工业国家，大功率三相电动机消耗了大约 70%的电能。电动机起动是个非常重要的问题，目前很多场合的电机还在使用直接合闸的起动方式，即直接起动。直接起动方式虽然起动简单，但是电机在直接起动时会产生很大的瞬间电流冲击，其起动电流有效值可高达额定电流的 4-7 倍，甚至更大。 电机直接起动产生的较大的电流冲击，有很多的危害。首先，过大的热应力极易导致绕组损坏，造成绕组绝缘提前老化，从而降低电动机的使用寿命；其次，过大的起动电流将使感应电动机的起动转矩冲击很大；此 外，过大的起动电流还造成对电网的冲击，造成能源浪费等后果。 因此，需要对电动机的起动加以控制，限制其起动电流。而限制起动电流的常

3、用降低电机定子输入电压的方式来实现，即降压起动。 在传统的异步电动机的降压起动方式有星型 -三角型降压起动、自耦降压起动、串电抗器或电阻降压起动、延边三角形降压起动等。其共同特点是：控制电路简单，但起动转矩基本固定不可调 ,起动中都存在二次冲击电流，对负载机械有冲击转矩，且受电网电压波动的影响，一旦出现电网电压下降，会造成电机堵转、启动困难。且2 上述几种起动方法，停机时都是瞬间停电，遇到 负载较重时会造成剧烈的机械冲击。在要求严格的场合，必须增加机械缓冲装置。 传统的降压起动方法的设备体积庞大，起动过程中电机电压难以自动地连续调节，负载适应能力差，即使电动机负载很轻时，它的起动电流较之负载较

4、重时也没有明显的减少，而且切换触点多，故障多，维修工作量大。因此，传统的降压起动方法已很难满足实际的需要。而且随着电力电子技术的快速发展，各种电力电子器件出现促使我们设计更加优秀的降压起动控制电路。而软起动技术以其起动电流小，对电网及机械设备无冲击、高效、节能等诸多优点，应用日益广泛，已成为传统降压起动设备的更新换代产品。 软起动有磁控降压软起动器和电子软起动器。其中，磁控降压软起动采用控磁限幅调压方式减压调控电动机起动时的电压，实质就是电抗器降压起动。电子软起动器有晶闸管调压软起动和变频器调速软起动。晶闸管调压软起动器的主回路采用 6 只晶闸管两两反向并联组成的调压电路，并焊接于电动机的三相

5、供电线路。当起动器的微机控制系统接收到起动指令后进行有关计算。输出晶闸管的触发信号，通过控制晶闸管的导通角起动器按所设定的模式调节输出电压，从而控制电动机的起动。当电动机起动完成后，起动器吸合旁路线接触器，使晶闸管短路，电 动机直接投入电网运行，避免不必要的电能损耗。 用电子式软起动器起动电动机时，不仅实现了在整个起动过程中无冲击而且平滑地起动电动机，还可根据电动机负载特性调节起动过程中的参数，如限电流、起动时间等。电子软起动与其他传统起动方式相比，具有良好的软起动能力，它既能保证电动机在负载要求内起动特性下平滑起动，又能降低对电网的冲击；而与磁控式软起动相比较，从起动电流特性曲线及其他特性可

6、以看出电子软起动装置优于磁控式软起动装置。 二、相关研究的最新成果及动态 软启动器于 20 世纪 70 年代末和 80 年代初投入市场，填补了星 -三角启动器和变频器在功能实用性和价格之间的鸿沟。采用软启动器，可以控制电动机电压，使其在启动过程中逐渐升高，很自然 地控制启动电流，这就意味着电动机可以平稳启动，机械和电应力降至最小。因此软启动器在市场上得到广泛应用，并且软启动器所附带3 的软停车功能有效地避免水泵停止时所产生的 “ 水锤效应 ” 。 异步电动机以其优良的性能及无需维护的特点，在各行各业中得到广泛的应用。然而由于其起 动时要产生较大冲击电流，同时由于起动应力较大，使负载设备的使用寿

7、命降低。国家有关部门对电机起动早有明确规定，即电机起动时的电网电压将不能超过 15%。解决办法有两个：增大配电容量，采用限制电机起动电流的起动设备，如果仅仅为起动电机而增大配电容，从 经济 角度上来说，显然不可取。为此，人们往往需要配备限制电机起动电流的起动设备，过去人们采用 的 Y/ 转换，自藕降压，磁控降压等方法虽然可以 起到一定的限流作用，但没有从根本上解决问题，而软启动器可以从根本上结局这个问题。 伴随传动控制对自动化要求的不断提高，采用可控 硅 为主要器件、单片机为控制核心的智能型电动机起动设备 软起动器，已在各行各业得到越来越多的应用，由于软起动器性能优良、体积小、重量轻，并且具有

8、智能控制及多种保护功能，而且各项起动参数可根据不同负载进行调整，其负载适应性很强。因此电子式软起动器将逐步取代落 后的 Y/ 、自耦减压和磁控式等减压起动设备成为必然。 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、难点及预期达到的目标 1、拟采取的技术路线 （ 1）传统软起动工作原理：电动机软起动原理图如图所示，以电动机的负载电流为取样源，取样得到的电流信号用来控制电动机的起动过程，同时也作为电动机过载、缺相等保护的控制信号。在起动及运行过程中，检测电流相位及电压相位，并将比较得到的电流与电压相位差作为控制信号，根据相位差的变化来控制晶闸管导通角，从而改变电动机的工作电压。这样，整个装置

9、就能自动根据电动机的负载变化而改变电动机的工作电压，自动调节功率因数，使电动机始终在高效率下运行。特别是在电动机空载、轻载时，软起动还可使电动机铁损和铜损大幅度下降，节能效果更加明显。软起动通过对晶闸管导通、关断的控制来实现对电路的通断控制，最终达到对设备起停的控制。由于晶闸管的导通、关断是通过触发信号对可控硅触发极的控制实现的，而导通与关断完全是由可控硅内部电子流向所决定，因此避免了普通开关由于4 触头的分、合而导致燃弧烧损开关，同时也降低了开关的振动和噪声，延长了开关的使用寿命。 由于软起动具有较好的起动特性和限制起动电流的功能，因而能 够整定电动机起动时的最高电流限定值，减小对设备的冲击

10、，降低母线电压下降程度，从而提高系统运行稳定性。特别是对一些较小系统中需要采用降压起动的设备，意义更大、效果更明显。由于软起动具有起停时间可调的特点，对一般的设备能够实现平稳起停，因而对提高设备的稳定性、减轻对电动机本身及被拖动设备的冲击，都有一定的作用。 （ 2）软起动控制：随着电力电子技术和微机控制技术的发展 ,国内外相继开发出一系列电子式起动控制设备 ,用于异步电动机的起动控制 ,以取代传统的降压起动设备。新型的电子式软起动器的主回路一般都采用晶闸管调压 电路 ,调压电路由 6 只晶闸管两两反向并联组成 ,串接于电动机的三相供电线路上。当起动器的微机控制系统接到起动指令后 ,便进行有关的

11、计算 ,输出晶闸管的触发信号 ,通过控制晶闸管的导通角 ,使起动器按所设计的模式调节输出电压 ,以控制电动机的起动过程。当起动过程完成后 ,一般起动器将旁路接触器吸合 ,短路掉所有的晶闸管 ,使电动机直接投入电网运行 ,以避免不必要的电能损耗。原理如下图。 5 （ 3）控制电路的重要性：控制电路顾名思义是一种控制的电路，强调你对元器件控制能力要强，控制动作要多，可靠性要高。采用单片机来控制软起动的降压 起动可以避免以上几个方面的问题 ,因为单片机具有可靠性高，便于编程 ,改变程序灵活 ,适合于不同控制对象对控制功能和控制规模的不同要求。 （ 4） 用单片机实现对软起动的控制 ： 如图所示 ，

12、以单片机控制异步电动机的软起动，它不仅能平滑异步电动机的加速过程，大大减缓对电网冲击，减轻对机械设备的振动；而且，它可根据电动机负载特性调节起动过程的各种参数，增加对不同负载的适应，具有节能和对电动机的多种保护功能。由此拟采取以单片机技术来作控制电路的设计 。 2、难点 6 （ 1）用单片机实现对软起动的控制的具体操作 （ 2）控制线路的 设计以及对各种不同情况下的控制调节。 3、预期目标 本设计题目在于进行电气控制装置设计方面的训练， 增强 强电、弱电结合的电气设备的设计能力。 基本的参数为：额定电压： 380V；额定功率： 11kW；起动电压可阶梯分级，也可连续爬升；起动完成后可调压装置可

13、旁路或在线工作。 同时系统还具有过流、缺相、过热、短路、过压等保护功能。 设计内容有：控制电路设计。 交付的设计文件 ： 交流异步电动机降压起动控制系统设计的说明书 ； 有关的设计图纸 ； 软件清单 ； 部分实物 ； 学校要求的其它文件 。 四、论文详细工作进度和安排 2010年 12月查阅相关文献，认真阅读完成文献综述初稿。 2011年 1月完成外文翻译。 假期：考虑设计的初步方案。 新学期第 1周：完成开题报告。 第 2-3周：指导教师与学生讨论确定题目的基本方案。学生进行综合课程设计。 第 4-6周：学生进行毕业实习，完成后提交实习报告，备查。 第 7-8周：总体方案设计。 第 9-12

14、周：分单元设计。 第 13周：完成毕业设计（论文）。 第 14周：完成毕业设计（论文）评阅、答辩。 五、主要参考文献 1张明，刘季平，许红 .三相笼型异步电动机的起动 .锦州师范学院学报 2史达 三相感应电动机软起动及智能制动研究工程硕士论文 3徐甫荣，崔力交流异步电机软起动及优化节能控制技术研究电气传动自7 动化 2003第 1期 4凌皓电动机降压起动器的选择与分析铁道标准设计 2000第 12期 5武军交流异步电动机的软起动电子设计工程 2009第 2期 6 武军交流异步电动机的软起动电子设计工程 2009第 2期 7韩茂祥，宋奎忠 .一种新型的起动方式 软起动 .一重技术【 M】 8何宏彬，周妍交流异步电动机起动技术及应用黑龙江水利科技 2005第 1期 9何宏彬，周妍 交流异步电动机起动技术及应用黑龙江水利科技 2005第 1期 10冒海峰，朱桂平 .异步电动机软起动技术探究 .硫磷设计与粉体工程 2004年第3期 11凌皓电动机降压起动器的选择与分析铁道标准设计 2000第 12期 12赵一军，刘大伟，陆更伟，徐大喆 .电动机降压软起动器及其节能 .高压电器2003年第 3期