石家庄铁道大学四方学院毕业设计
(4)向小型化方向发展。
1.3 设计的内容和主要工作
(1)设计的内容
利用单片机AT89C51控制晶闸管交流调压方式进行电子软启动器设计。主电路比较简单，主要是调节电压的设备和一个接触器组成。调节电压的设备内部是一组晶闸管反并联组成。接触器的作用相当于一个开关，它并联在软启动的两端，当起动结束后，合上接触器，短路软启动，使电机直接接入电源工作。
(2)主要工作
①设计方案论证、比较及确定，分析软启动器工作原理，选定主电路设计方案。 ②设计完整的硬件电路图，包含各个部分。
③元器件选型及有关计算，晶闸管参数计算和型号选择。 ④软件仿真分析机相关的调试。
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第2章 三相异步电动机的起动控制的研究
交流三相异步电动机的传统起动方法在很长的时间内，起着重要的作用。但是都有一定的缺陷。当发明了以晶闸管控制的软启动器后，因为新型的起动方法优点众多，不仅高效，省钱而且节能，符合时代发展的规律。所以很快的取代了传统的起动方法。
2.1 三相异步电机的启动方法
目前异步电动机的起动方法有两大种，分为全压起动和减压起动。全压起动的道理相对来说，很简单，就是直接通电，没有别的设备辅助，俗称直接起动。减压起动又分为两个方面，一个是传统的减压起动，一种是现在特别流行的电子软启动。旧的减压起动的方法也包含了很多，传统的有三种，比如有定子回路串电抗器减压起动，星—三角减压起动和自耦变压器减压起动[6]。每一个起动，都有自己的特点。虽然本身的设计有一定的问题，但是不同的场合，需要不同的起动方法，并不是一个起动方法，就适合所有的场合。本设计的任务书要求用单片机控制晶闸管制成的电子软启动器。所谓的这种电子软启动器，属于软启动的一种，原理也是降低电压起动。为了更好的介绍本设计中设计的软启动器，以下选取了同样是减压起动原理的串电抗器减压起动来做对比。下面就传统和新兴的起动方法分别做详细介绍。
2.1.1 传统的起动方法介绍
为了更能清晰的，简洁的了解各个起动方法的优缺点。特此制作了一个表格。如表2-1所示。为了能够更好的和新兴的软启动作对比，体现设计的软启动的优点，选取一种方法，即详细的介绍了串电抗器减压起动。这是最简单的一种起动方法。原理也是很简单，通俗的解释就是电路中串一个电阻。当然这个电抗器也要根据电机的参数来选择型号。设备串一个类似于电阻的器件，根据基本电路原理，电抗器是分压的作用。电机两端的电压变小，起动的电流就变小，这就是串电抗的原理。当起动结束之后，再切除电抗器，这就是串电抗起动。
这种方法起动时，优点是起动电流减小，但是也有很多缺点，比如起动转矩和电压二次方关系降低，电流下降的会更多，所显示的起动特性也不是很好，所以这样方法经济适用性比较低，生产中很少使用。
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石家庄铁道大学四方学院毕业设计 表2-1 异步电动机传统启动方式
启动方式 启动电流 启动转矩 优点 启动设备简单 启动设备简单 启动设备简单，可频繁启动 启动转矩较大
缺点 启动冲击电流大，冲击力
矩大 有级调速、启动转矩小 有极、有二次
冲击
应用场合 中小功率电
动机轻载或空载启动 适用于空载或轻载启动 正常运行为△接法，空载或轻载启动
直接启动 定子串电阻启动 Y一△启动
1 1
u u
21/3 1/3
自藕变压器降压启动
1/k2 1/k2
有极、设备体
较大容量电
积大、不能频
机、较大负载
繁启动、多次
不频繁启动
冲击
2.1.2 三相异步电动机的软起动
近些年来，由于微控电子技术的快速发展，工业中也逐渐开始采用软启动技术来代替传统的起动方法。三对反并联的晶闸管是常用的软起动技术。软启动的工作原理很简单。在上一节的内容中，已经介绍了电机起动的好多方法。这些方法既然被发明出来，肯定有它的优势，但是现代要求的越来越高，传统的方法已经跟不上时代的节奏。软起动的发明可以说是应时代而生。以下简单的来分析一下其工作原理。通俗来讲，本身可以算作一种调节电压的设备。其中的晶闸管更是软启动的经典。首先，晶闸管可以整流，其次晶闸管还是可控的器件。这种器件的搭配，将是最佳合理的调节电压的设备。但是控制交流电源，输出的不是连续的。为了能够让设备更加合理的工作，在此将晶闸管反并联起来，这样无论是正负脉冲，晶闸管都可以连续的工作，输出稳定的电压。
并不是所有的调压设备都是完美的，有的连接方式不是很合理，虽然也能导通，也能控制电压。但是一些保护措施，一些滤波设计的并不是很好。就像有一些软启动器，能产生谐波，自身没有滤波的功能，这对电网和设备都有很大的影响。总体来说，软启动的整体优势还是很明显的，比如减少起动过程因为电流的冲击，对其它设备的影响；减小了起动电流，不会让电机因为长时间发热，损坏电动机，能延长电机电机的寿命。软启动器不仅可以起动，还可以停车，特别方便，效率超级高，所以它能取代传统的方法，被广泛应用。
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2.2 软起动的原理及分析
2.2.1 软启动器介绍及原理
软启动器是一种有具有多种功能的新型电机起动控制设备。因为它突出的实用特性，所以在现代绝大多数的场合，都取代了传统的起动方法。
软启动器工作原理很简单，通俗来讲，就是一种很常见的调节电压的设备，只不过构造比较特别。晶闸管因为特点突出，整流（单相整流和三相桥整流最常见）；可控的开关，平时的开关就是一个比较简单的结构，可控开关，从字面的意思理解也很简单，可以控制，而且晶闸管可以精确到每一个细节。因为它是通过脉冲触发，来控制输出电压的大小。现实中，交流是不连续的。所以产生的脉冲也是不连续的，为了能一直连续，将两个晶闸管反并联，无论正半轴，还是负半轴，都可以进行工作，这样的话，输出的电压和电流是连续的、稳定的值。本设计的任务书中，要求安装接触器。这是一种很简单的设备，通俗来讲，就相当于一个简易开关。软启动工作的时候，开关不用动作。软启动不工作了，开关动作，将软启动器短路。不要忽视了这一个简单的接触器，在软启动的设计中，这个开关占据很重要的地位，不仅可以很好的保护设备，延长其寿命，还能提高工作的效率。
2.2.2 软启动器启动方式
软启动器一般有下面几种启动方式： (1)斜坡升压软启动
这种起动方式是软启动里面最简单的，没有复杂的闭环函数，仅仅是控制晶闸管的导通，来控制输入电压的大小。很明显，它的缺点也是明显的。由于构造简单，没有保护措施，导致电流过大，来损坏晶闸管，对电网和其它设备都有一定的影响，所以平时很少使用。
(2)斜坡恒流软启动
斜坡恒流，通过字面的意思，也可以很清楚的了解这种起动的意思。斜坡肯定是比较缓慢，斜率比较小，表明电流增加的比较慢。恒流是一直保持一个数值，这里的意思是固定一个电流值，等到完全起动后，再改变。这种方式是电机起动最常用的方式。优点很多，主要是起动电流小，可以随时调整电压。但是缺点时因为电流较小，会有相应的转矩损失。总体来说，这种方法在现实中是很受欢迎的，风电机，泵机等一类的经常用到。
(3)转矩控制启动方式
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这种方法结合了模糊控制理论，采用PID调节，解决了起动转矩超调和震荡，使得这种起动方式让电机平滑的起动，由于控制各个条件不超调，所以也经常采用。但是它的缺点是起动时间过长，对于要求短时间起动的场合，不适用。 (4)调压起动
这是最常用的一种方法，其中晶闸管调压更是现在最流行的一种。原理是用某种方式触发脉冲，让晶闸管按照一定的角度导通，通过不同的电压，从而改变电机的输入电压。
本设计种采用第四种方法。
2.2.3 软启动器的四种运行状态
软启动器有4种运行状态： (1)跨越运行模式
就是当晶闸管完全导通时，将电机完全接在电源下工作，晶闸管相当于导线。比较适合短时间重复起动的电机。
(2)接触器旁路工作模式
这是一种很简单的工作方式，就是将接触器并联在器件的两端。接触器相当于一个开关，软启动结束，接触器就工作，相当于短路晶闸管。这样的方式虽然简单，但是可以很好地保护器件，节约成本。这种工作模式也可以控制多个设备的运行，就相当于一个开关控制多个设备。
(3)节能运行模式
节能的最终目的就是减少不必要的措施，相同的条件下，效率更高。我们可以根据电机的不同需求，尽可能的在保证电机运行的条件下，更合理的调节各部分。
(4)调压调速模式
这种模式是用晶闸管完成，脉冲来控制晶闸管导通，从而来改变电机的输入电压，达到调速的目的。为了能够更好的有一个调速的范围，有时候需要在电机转子线路中串接一个电阻来实现。
2.2.4 软启动器的四种停机方式
软启动器有4种停机方式可供选择 (1)自由停车
若让电机自然状态下停车，可以采用直接切断电源，依靠自身的阻力来停车。 (2)软停机车
软停车和软启动的原理相同，只是一个过程相反的体现。
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