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 主电路和保护电路设计 一、选题的背景、意义 概念 :又称感应电动机 ,是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩从而实现机电能量转换为机械能量的一种交流电机。异步电动机按照转子结构分为两种形式 :有鼠笼式、绕线式异步电动机。作电动机运行的异步电机。因其转子绕组电流是感应产生的，又称感应电动机。异步电动机是各类电动机中应用最广、需要量最大的一种。在中国，异步电动机的用电量约占总负荷的 60多 。 基本特点 :转子绕组不需与其他电源相连， 其定子电流直接取自交流电力系统；与其他电机相比，异步电动机的结构简单，制造、使
2、用、维护方便，运行可靠性高，重量轻，成本低。以三相异步电动机为例，与同功率、同转速的直流电动机相比，前者重量只及后者的二分之一，成本仅为三分之一。异步电动机还容易按不同环境条件的要求，派生出各种系列产品。它还具有接近恒速的负载特性，能满足大多数工农业生产机械拖动的要求。其局限性是 ， 它的转速与其旋转磁场的同步转速有固定的转差率（见异步电机），因而调速性能较差，在要求有较宽广的平滑调速范围的使用场合（如传动轧机、卷扬机、大型机床等）， 不如直流电动机经济、方便。此外 ,异步电动机运行时 ,从电力系统吸取无功功率以励磁，这会导致电力系统的功率因数变 低 。因此，在大功率、低转速场合（如拖动球磨机
3、、压缩机等）不如用同步电动机合理 。 应用 :由于异步电动机生产量大 ,， 使用面广 ,要求其必须有繁多的品种、规格与各种机械配套。因此，异步电动机的设计、生产特别要注意标准化、系列化、通用化。在各类系列产品中，以产量最大、使用最广的三相异步电动机系列为基本系列；此外还有若干派生系列（在基本系列基础上作部分改变导出的系列） 、 专用系列（为特殊需要设计的具有特殊结构的系列 ）。 异步电动机的种类繁多，有防爆型三相异步电动机、 ys 系列三相异步电动机、 y、y2 系列三相异步电动机、 YVP 系列变频调速电动机等等 。 新中国第一台异步电动机于 50 年代初在合肥工业大学诞生 。 2 直接起动
4、，也就是全压起动，是一种最简单的起动方法。起动时，通过一些直接起动设备，把全部电源电压直接加到电动机的钉子绕组上，显然，这时起动电流较大，可达到额定电流的 47 倍，根据对国产电动机实际测量，某些笼型异步电动机甚至可达到 812 倍。 对于经常起动的电动机，过大的起动电流将造成电动机发热，影响电动机寿命；同时电动机 绕组（特别是端部）在电动力的作用下，会发生变形，可能造成短路而烧坏电动机；过大的起动电流，会使线路压降增大，造成电网电压显著下降而影响接在同一电网的其他异步电动机的工作，有时甚至使它们停下来或无法带负载起动。 二、相关研究的最新成果及动态 随着电力技术 (尤其是集成电路、微处理器以
5、及新一代电力电子器件 )的不断展，异步电动机起动过程中的起动电流过高，起动转矩过小等问题得到了很好的解决。从20 世纪 70 年代开始推广利用晶闸管交流调压技术制作的软起动器，以及采用微控制器代替模拟控制电路，发展成为现代的电子软起 动器。 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、研究难点及预期达到的目标 1、异步电动机传统的降压起动方式 以下介绍四种传统的降压起动的方法： 1、电阻降压或电抗降压起动 电动机启动过程中，在定子电路串联电阻或电抗，起动电流在电阻或电抗上将产生降压，降低了电动机定子绕组上的电压，起动电流也从而达到减小。 2、自耦减压起动 自耦减压起动是利用自耦变压器降低
6、加到电动机钉子绕组的电压，以减小起动电流。 3、星形 -三角形（ Y 一 ） 起动 星形 -三角形起动也是一种降压启动方法。使用这种起动的异步电动机，在运 行时是连结成三角形的，而且没想绕组引出两个出线端，三相共引出 6 个出线端。在起动时，先将三相定子绕组连结程星形，待转速接近稳定是再改连结程三角形。这样，3 起动时联结成星形的定子绕组电压与电流都只有三角形联结时的 1/ 3 ,而星形联结时两者则是相等的。因此，联结成星形起动时的线路电流只是联结成三角形直接起动时线路电流的 1/3。 星形 -三角形起动只能用于正常运转时定子套组为三角形联结的电动机，即耳钉典雅为 380V/660V 的电动机
7、。 4、延边三角形起动 延边三角形起动方法 是利用电动机引出的 9 个出线端的一种联结法，能达到减压起动的目的 1。 从以上可以看出，降压起动解决了许多异步电动机直接起动无法解决的问题，而且有许多可选的方法，不仅真真正正的实现了降压，同时也达到了节能、高效的有效效果。 2、软启动技术在异步电动机起动等当中的应用 随着电力技术 (尤其是集成电路、微处理器以及新一代电力电子器件 )的不断展，异步电动机起动过程中的起动电流过高，起动转矩过小等问题得到了很好的解决。从20 世纪 70 年代开始推广利用晶闸管交流调压技术制作的软起动器，以及采用微控制器代替模拟控制电路 ，发展成为现代的电子软起动器。 软
8、启动的特点 电子软起动器相对于传统的起动方式，其突出的优点体现在 : 1、 电力半导体开关是无电弧开关和电流连续的调节，所以电子软起动器是无级调节的，能够连续稳定调节电机的起动，而传统起动的调节是分档的，即属于有级调节范围。 2、 冲击转矩和冲击电流小。软起动器在起动电机时，是通过逐渐增大晶闸管的导通角，使电机起动电流限制在设定值以内，因而冲击电流小，也可控制转矩平滑上升，保护传动机械、设备和人员。 3、 软起动器可以引入电流闭环控制，使电机在起动过程中保持恒流，确保电机平稳 起动。 4、 根据负载情况及电网继电保护特性选择，可自由地无级调整至最佳的起动电流，节省电能。 5、 由于采用微机控制
9、，可在起动前对主回路进行故障诊断，且数字化的控制具有较稳定的静态特性，不易受温度、电源电压及时间变化等因素的影响，因此提高了4 系统的可靠性，有助于系统维护。同时，软起动器还能实现直接计算机通讯控制，为自动化控制打下良好的基础。 下面着重介绍一种软启动的方法： 固态降压启动器由电动机的起停装置和软启动控制器组成 , 其核心部件是软启动控制器 , 它由功率半导体器件和其它电子元器件组成。软启动控制器 ( 图 1 ) 是利用电力电子技术与自动控制技术将强弱电结合 , 其晶闸管移相控制三相反并联晶闸管的导通角 , 使被控电机的输入电压按不同的要求而变化 , 从而实现不同的启动功能。 固态降压启动器的
10、启动方法有两种 :一种是电流渐增启动方式 , 即在启动时 , 电流线性增加 , 直达全速为止。起动电流和转矩是可调的 , 启动电流和电压是按照用户设定的频率平滑连续无级增大。对于无调速要求的拖动系统 , 固态降压启动器则完全可以取代常用的降压启动控制器。它具有良好的软启动特性 , 可靠性高 , 寿命长 , 无须维修 , 可净化环境 , 节约电能 , 适用于各种机电一体化设备。另一种是限流启动方式 ,即在起动时电动机电流保持恒定 , 通常可在额定电流的 1.5 到 4.5 倍之间进行调节 , 电动机的电压按斜坡函数稳定升高 , 直到设定的电流限值。起动电流大小能改变电动机达到额定转速所需要的时间
11、 , 这种起动方式适合于惯性大的场合。 由于固态降压启动器采用电子式电路 ,可以相对比较容易地通过安全和事故指示灯增强其基本功能 , 改善电动机的保护 , 简化故障查找 , 如失相、过电流和超高温保护 , 以及正常运行、电动机满电压和某些故障指示 , 象斜坡电压和初始电压等所有设定值都可以 很容易地在启动器面板上设定。 另外 ,固态降压启动器除了完全能够满足电动机平稳启动这一基本要求外 ,还具有很多优点 ,比如可靠性高、维护量小、电动机保护良好以及参数设置简单等等优点。然而固态降压启动器仍有一个缺陷 ,那就是不能长时间用于启动扭矩要求很高的电动机驱动装置上。这种局限性主要因为 , 软启动器实际
12、上是靠将自身电压斜坡式抬升至最大值 ( 而在停机过程中又逐渐下降至设定的关机水平 ) 来完成工作。由于扭矩与电压平方成正比 , 连接电动机不能从一开始就达到最大扭矩 , 因此 , 这种启动器更适合于水泵、风扇、传送带、电梯等 轻型易启动的设备 4 5。 5 图 1.软启动器主电路原理图 3、软启动的发展方向 1、短期展望 :软起动将仍然以各种形式的降压（限流）软起动为它的主要形式。从理论上说，性能价格比高的产品将占有更大的市场份额 .但是，在各种应用场合，人们对于各种性能的侧重面不同，使各类起动产品 (包括传统的星三角起动 )都可能会赢得自己的市场。 2、长期展望 :变频软起动将成为软起动的主
13、流。各种形式的降压软起动将与星三角起动等技术一起归并为传统的起动技术。随着变频器价格的逐渐下降，可靠性的进一步提高，未来成为主流产品的软起动装置 将是带有软切换功能的廉价的变频器 6-9。 4、 主要任务与目标 交流电动机直接起动方法的缺点是电机起动时冲击转矩大，加大相关硬设备的机械磨损，影响使用寿命。 同时，由于起动电流大，会造成瞬间电网电压降低，影响并联在同一电网上的其它交流电机的正常工作。为克服上述缺点，对于非满载启动的电动机需采用降压方式，就是在交流电动机定子电路中接入交流调压装置，在起动过程中通过控制电力电子器件的通断占空比，使加在电动机定子上的电压由某一初始值逐渐增大至全电压。在起
14、动电流较小的前提下，使电动机转速由零上升到额定转速 。 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。 6 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 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 顾绳谷电机及拖动基础 M北京：机械工业出版社， 2009 2 申晓杰，崔博浅谈异步电动机的保护装置及协调配合 J科技信息 2010 3 张勇慧异步电动机软启动分析实用科技 4 史国生电气控制与可编程控制器技术 M 5 黄建龙软起动器及其应用 J 企业技术开发 2006 25(5):8 19 6 刘锦波，张承慧，等电机与拖动第一版 M清华大学出版社 2006 7 李晓钢异步电动机晶闸管软起动器的应用探讨 M企业技术开发 2006（ 8） 8 徐甫荣交流异步电动机软起动 技术 M国家电力公司热工研究院 9 黄俊，王兆安电力电子变流技术第三版 M机械工业出版社 2001 10 严新英三相异步电动机的几种降压启动方式探讨科技资讯
