重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 2 三相异步电动机的起动控制的研究
2.3.1 晶闸管调压原理
晶闸管的控制方式有两种：一是相位控制，即通过控制晶闸管的导通角来调压；二是周波控制，即把晶闸管作为静止接触器，交替的接通与切断几个周波的电源电压，用改变接通时间与切断时间之比来控制输出电压的有效值，从而达到调压的目的。但周波控制用在异步电机定子上时，通断交替的频率不能太低，一方面会引起电动机转速的波动，另一方面每次接通电流就相当于一次异步电动机的重起动过程。当电源切断时，电动机气隙中的磁场将由转子中的瞬态电流来维持，并随着转子而旋转，气隙磁场在定子绕组中感应的电动势频率将有所变化，当断流时问隔较长时，这个旋转磁场在定子中感应的电势和重新接通时的电源电压在相位上可能会有很大的差别，这样就会出现较大的电流冲击，可能危及晶闸管的安全。故在异步电动机的调压控制中，晶闸管调压一般采用相位控制。采用相位控制时，输出电压波形已不是正弦波，经分析可知，输出电压不含偶次谐波，奇次谐波中以三次谐波为主要成分。谐波在异步电机中会引起附加损耗，产生转矩脉动等不良影响。此外，由于异步电机是感性负载，从电力电子学中可以知道，当晶闸管交流调压回路带有感性负载时，只有当移相角大于负载的功率因数角时，才能起到调压的作用。当?
本系统软起动器采用晶闸管调压原理，通过调节电动机定子输入端电压的大小和相位实现软起动的各种功能。本系统软起动器采用了如图2-6所示的主电路。用三组反并联晶闸管分别串联在星形接法的电机三相定子线圈上，这种连接方式谐波比较少，调压性能最为优越，控制系统简单、可靠。
图2-6软起动主回路原理图
为了方便分析，做以下假定：
(1)电源为三相对称的正弦电压源，内阻抗为零；
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(2)各晶闸管的特性一致，对称触发，关断状态时，其阻抗为无穷大；导通状时压降为零；
(3)电机为理想电机，其定、转子绕组在空间产生正弦分布的磁通势； (4)稳态运行时，电机的转速为常数。
由于主电路中没有中线，因此在工作时若要负载电流流通，至少要有两相构成通路。其中一相是正向晶闸管导通，另一相则是反向晶闸管导通。为了保证在电路起始工作时有两个晶闸管同时导通，以及在感性负载与控制角较小时仍能保证不同相的两个晶闸管同时导通，本系统采用了能够产生大于60°的双窄脉冲的触发电路。
要实现异步电动机的平稳起动，需要控制电机的输入电压，使其按照某种曲线由小到大逐渐上升。通过按照一定时序调整六个晶闸管的触发角就可以实现该目标。该电路的调压实质是对电源电压进行斩波。电机获得的电压是非正弦的，但是每相电压的正负半周是对称的。晶闸管任意一相的电压波形如图2-7所示，其中电网电压的波形是完整的正弦波，?是晶闸管的触发角，?是负载的功率因数角(也叫晶闸管的续流角)，?是晶闸管的导通角。
由图2-7可以很容易地推导出触发角?，功率因数角?以及导通角?之间的关系： ??????? 公式(2-15)
图2-7 任意相晶闸管的工作波形
其中晶闸管的输出电压是介于导通角?之间的波形。通过改变导通角?的大小，就可以改变晶闸管的输出电压，从而改变了电机的输入电压。由式(2-15)可以得知，导通角?与触发角?、功率因数角?都有关。对于恒定的负载而言，功率因数角?是常量，导通角?仅仅与触发角?有关。此时，只要改变晶闸管触发角
?就可以改变晶闸管的输出电压。但是对于异步电动机而言，功率因数角?是个变
量，并且是电机转速的函数。在电机起动过程中，随着转速逐渐变大，功率因数角?也在不断变化。因此，改变晶闸管触发角?的同时也要兼顾功率因数角?的变化情况。只有这样，才能实现异步电动机的输入电压按照预定规律变化的要求。
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2.3.2 软起动的起动方式
软起动器的功能主要是实现软起动和软停车，而软停车相当于是软起动的逆过程。三相异步电动机软起动器拥有多种起动模式，可以满足不同的起动要求。下面详细介绍：
(1)限流起动
限流起动就是在电动机的起动过程中限制其起动电流不超过某一设定值Im的软起动方式，起动波形如图2-8所示。主要用于轻载起动的降压起动，其输出电压从零开始迅速增长，直到其输出电流达到预先设定的电流限值Im，然后保持输出电流不大于该值的条件下逐渐升高电压，直到额定电压。这种起动方式的优点是起动电流小，且可按需要调整起动电流的限定值Im。其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，损失起动转矩，起动时间相对较长。该方法应用较多，适用于风机，泵类负载。
图2-8 限流启动波形
(2)电压斜坡起动
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级，主要用在重载起动。它的缺点是起动转矩小，且转矩特性呈抛物线型上升对起动不利，起动时间长，对电动机不利。改进的方法是采用双斜坡起动，如图2-9所示。输出电压先迅速升至U(U，为电动机起动所需的最小转矩所对应的电压值)，然后按设定的斜率逐渐升高电压。直至达到额定电压，初始电压和电压上升率可根据负载特性调整。在加速斜坡时同期闻，电动机电压逐渐增加，加速斜坡时间在一定时间范围内可调整，加速斜坡时间一般在2～60秒之间。这种起动方式的特点是起动电流相对较大，但起动时间相对较短，适用于重载起动的电动机。
图2-9 电压斜坡启动波形
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(3)转矩控制起动
主要用于重载起动，如图2-10所示。它是按照电动机的起动转矩线性上升的规律控制输出电压。其优点是起动平滑、柔性好、对拖动系统有利，同时减少对电网的冲击，使最优的重载起动方式。其缺点就是起动时间较长。
图2-10 转矩控制启动波形
(4)转矩加突跳控制起动
转矩加突跳控制起动与转矩控制起动一样，也是用在重载起动的场合。所不同的是在起动的瞬间用突跳转矩，克服拖动系统的静转矩，然后转矩平滑上升，可缩短起动时间。但是，突跳会给电网发送尖脉冲，干扰其他负荷。转矩加突跳控制起动如图2-11所示。
图2-11 转矩加突跳控制起动波形
(5)电压控制起动
电压控制起动是在保证起动压降一定的前提下使电动机获得最大的起动转矩，尽可能地缩短起动时间，是最优的轻载软起动方式，如图2-12所示。
图2-12 电压控制起动波形
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重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 3 软启动器的硬件电路设计
3 软启动器的硬件电路设计
3.1 主要器件的介绍
3.1.1 KJ004功能介绍
该电路由同步检测电路、锯齿波形成电路、偏移电压、移电压综合比较放大电路和功相率放大电路四部分组成。元件引脚功能见表3-1：锯齿波的斜率决定于外接R6、RW1流出的充电电流和积分C1的数值。对不同的移项控制V1，只有改变R1、R2的比例，调节相应的偏移VP。同时调整锯齿波斜率电位器RW1，可以使不同的移相控制电压获得整个范围。触发电路为正极性型，即移相电压增加，导通角增大。R7和C2形成微分电路，改变R7和C2的值，可获得不同的脉宽输出。KJ004的同步电压为任意值
表3-1 KJ004的引脚功能表
功 能 输出 空 锯齿波形成 -Vee(1kΩ) 空 地 同步输入 综合比较 空 微分阻容 封锁调制 输出 引线脚1 2 号 +Vcc 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 电路采用双列直插C—16白瓷和黑瓷两种外壳封装，外型尺寸按电子工业部部颁标准。《半导体集成电路外型尺寸》SJ1100—76
图３-1 KJ004引脚图
与分立元件的锯齿波移相触发电路相似,分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几个环节。
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