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
R12R1R3R4R6R7R8VS1VS2VS3V1VS4R5V4V18V19V5VD1V2R2V3VS53RP1R24ub4C1R26R25ucoR27911C21213R28R10V20R19V6R13R11R14V17VD2VD5VD416R15VD6+15VVD3R208RP4us7VS6R16R18VS7V8R17V9V10V111V7VD7VS8R2014+15VVS9V12R22R21V13V15V14V16155+15VR23
图3-2 KJ004电路原理图
KJ004参数及限制
电源电压：直流+15V、-15V，允许波动±5%（±10%时功能正常）。 电源电流：正电流≤15mA，负电源≤10 mA。 同步电压：任意值。
同步输入端允许最大同步电流：6mA（有效值）。
移相范围：≥170°（同步电压30V，同步输入电阻15KΩ）。 锯齿波幅度：≥10V（幅度以锯齿波平顶为准）。 输出脉冲：
（1）宽度：400μs～2ms(通过改变脉宽阻容元件达到)。 （2）幅度：≥13V。
（3）KJ004最大输出能力：100mA（流出脉冲电流）。 （4）输出管反压：BVCEO≥18V（测试条件Ie≤100μA）。 正负半周脉冲相位不均衡≤±3°。
使用环境温度为四级：C:0～70℃ R:-55～85℃ E: -40～85℃ M:-55～125℃
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3.1.2 KJ041功能介绍
KJ041六路双脉冲形成器是三相全控桥式触发线路中常用的电路，它具有双脉冲形成和电子开关控制封锁双脉冲形成功能。使用两个有电子开关控制的KJ041电路组成逻辑控制，适用于正、反组可逆晶闸管电力电子成套装置（如正、反逻辑无环流直流调速的十二相晶闸管整流设备中）。
主要参数及限制
（1）电源电压：DC +15V±10% （2）电源电流： ≤20mA
（3）输出脉冲最大负载电流：≤20mA （4）输出脉冲幅值：≥1V
（5）输入端二极管最高承受反压：≥30V （6）控制端正向电流：≤3mA
（7） 允许使用环境温度：Ⅰ类品为-55～+125 °C；Ⅱ类品为-55～+85°C； Ⅲ类品为-40～+85°C；Ⅳ类品为-10～+70°C。
KJ0417
图3-3 KJ041的引脚排列（引脚向下）
各引脚的功能及用法： （１）输出引脚
引脚15：对应1与2的“或”输出端，使用中，接触发A相正半周晶闸管的功率放大单元输入端；
引脚14：对应3与2的“或”输出端，使用中，接触发C相负半周晶闸管的功率放大单元输入端；
引脚13：对应3与4的“或”输出端，使用中，接触发B相正半周晶闸管的功率放大单元输入端；
引脚12：对应4与5的“或”输出端，使用中，接触发A相负半周晶闸管的功率放大单元输入端；
引脚11：对应5与6的“或”出端，使用中，接触发C相正半周晶闸管的功率放大单元输入端；
引脚10：对应6与1的“或”输出端，使用中，接触发B相负半周晶闸管的
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功率放大单元输入端；
（2）输入引脚：
引脚1和引脚4：对应于电网A相正、负半周的触发脉冲输入端； 引脚2和引脚5：对应于电网C相负、正半周的触发脉冲输入端； 引脚3和引脚6：对应于电网Ｂ相正、负半周的触发脉冲输入端；
（3）引脚16：工作电源输入端。KJ041的工作电源范围为3～18V，使用中一般接+15V电源。
（4）引脚8（GND）：工作参考地端。使用中接用户系统供电电源的地端。 （5）引脚9（NC）：空脚。使用中，悬空。
（6）引脚7（L）：输出脉冲封锁端，该端高电平封锁输出。KJ041的输出引脚在L端为高电平时均变为低电平；而在L端为低电平时，KJ041的输出引脚按输入引脚的状态和KJ041的工作机理正常输出脉冲。使用中该端接保护电路的输出。
3.2 主电路的选择
在晶闸管交流调压系统中，晶闸管可以借负载电流波形过零而自行关断，不需另加换流电路，所以其主要优点是线路简单、调压装置体积小，价格低廉、使用及维修方便。本系统采用晶闸管相控调压的技术，采用图3-1所示的主电路，用六个两两反向并联的晶闸管串连在电机主供电回路中。
图3-4 交流调压主电路
晶闸管调压单相等效电路如图3-5所示，其中ZL为电机一相等效阻抗，Ui为电网相电压，UL为晶闸管输出电压。设Ui?2Usinwt。
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图 3-5晶闸管单相调压电路 图3.6 晶闸管输出电压波形
图3-6为一路晶闸管输出波形示意图。晶闸管控制角?和功率因数角?决定了
晶闸管的输出电压值。晶闸管正负半周的触发是对称的，晶闸管的输出电压有效
值u。可由式（3-1)计算：
1??UL???0???U?2Usinwt?2d?wt??????2Usinwt?2d?wt????1?1???????sin2??sin2??f?U,?,??????????2?可见，UL是晶闸管控制角?、功率因数角?及供电电压U的函数。当供电电
公式(3-1)
压不变时，通过改变晶闸管的控制角，可以改变晶闸管的输出电压。
3.3 主回路设计
3.3.1 主回路电路
软起动器主回路设计电路如图3-7所示。
URVSM3~TW
图3-7主回路电路
采用三组反并联晶闸管组成调压电路。在三组晶闸管和三相供电电源之间接入接触器，软起动时，接触器断开，软起动完成后接触器闭合。软停车开始时，
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接触器再次打到双向晶闸管端，软起动器投入到停车运行，如此重复来完成软起动和软停车。在三相电源侧通过隔离电路得到软起动器同步信号；在晶闸管输出侧即R、S、T通过电阻分压而得到较低幅值的三相电压，再经过整流电路送入单片机做故障检测。而TAl，TA2年TA3表示为霍尔传感器电流输出，该电流信号通过整流电路后转变成电压信号输入到控制回路。
3.3.2 晶闸管参数选择
晶闸管的选择参数很多，但用于应用于软起动时，主要是额定电压、额定电流的计算与选择。晶闸管由于过电流过电压能力低，又常常工作在不同的电流波形情况下，给额定电流的选择带来一定的困难，如若额定值选择不当，会造成不必要的损失或浪费。根据实际工作条件，在满足需要的前提下，应尽量降低晶闸管的定额，以减少设备投资。需满足两个条件。
首先，晶闸管的正、反向峰值电压UDRM和URRM应为晶闸管实际承受最大峰值电压UM的2～3倍，即UDRM/RRM=(2～3)UM。在本文设计中电机为220V的三步电动机，根据公式计算可得晶闸管耐压在622V~933V范围内。
其次，晶闸管的额定通态电流ITAV指的是工频正弦半波平均值，其对应的有效值应满足IRMS=1.57ITAV。为使晶闸管在工作过程中不因实际有效值应在乘以安全系数1.5～2后才能等于1.57 ITAV。本文中使用的异步电机功率4KW，额定电流0.55A。由于异步电机在直接起动时的电流为6～7倍的额定电流。因此晶闸管的ITAV范围在3.3A～3.85A。
3.3.3 晶闸管触发电路
本设计触发电路原理是首先用同步变压器对电网电压进行采样并降压，之后输入KJ004用来产生单脉冲，通过调节分压电阻可以实现对单脉冲占空比的调节，通过模拟开关4066来实现对KJ004宽窄脉冲模式的变换，使KJ004输出宽脉冲或者窄脉冲，KJ042则产生高频调制波对KJ004输出的宽脉冲或窄脉冲进行高频调制，使其输出宽窄脉冲列，当KJ004处于宽脉冲方式时，KJ004输出直接加到驱动电路，而KJ004处于窄脉冲方式时单脉冲(3片KJ004产生6路)输入到KJ041合成双脉冲，每组双脉冲相位相差60°，用于触发整流桥电路。
如图3-8为同步信号为锯齿波的触发电路，其输出可为双窄脉冲（适用于有两个晶闸管同时导通的电路），也可为单窄脉冲。电路结包括三个基本环节：脉冲的形成与放大、锯齿波的形成和脉冲移相、同步环节[6]。此外，还有强触发和双窄脉冲形成环节。
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