摘要三相异步电动机以其低成本、高可靠性和易维护等特点，广泛应用于各工业领域，但是三相异步电动机在额定电压全压启动时，启动电流很大，约为额定电流的5～7倍，会对电网造成冲击，影响其它设备运行。

启动转矩约为额定转矩的两倍。

加剧机械结构磨损，基至损坏设备。

特别是大功率的三相异步电机影响尤其明显。

为了解决电机启动时产生的大冲击电流，需要对电动机进行软启动来降低启动电流。

三相异步电机直接起动存在较大的冲击电流，消耗了大量电能。

直接起动方式虽然启动简单，但是电机在直接起动时会产生很大的瞬间电流冲击，造成许多危害，如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;过大的启动电流将使感应电动机的启动转矩冲击很大;过大的启动电流还造成对电网的冲击，造成能源浪费，传统降压启动方法无法从根本上解决这些问题。

因此研究三相异步电动机的软启动，以此来克服上述电动机启动时的缺点，是很有现实意义和经济效益的。

关键词：三相异步电动机；晶闸管；直接起动；冲击电流；软启动目录1. 绪论 (1)1.1三相异步电动机软启动器设计背景 (1)1.2软启动器介绍 (1)2三相异步电动机启动控制的研究 (3)2.1三相异步电动机的启动过程 (3)2.2三相异步电机的启动方法 (3)2.3软起动的原理及分析 (7)2.3.1 晶闸管调压原理 (7)2.3.2 软起动的起动方式 (9)3 软启动器的硬件电路设计 (12)3.1主要器件的介绍 (12)3.1.1 KJ004功能介绍 (12)3.1.2 KJ041功能介绍 (13)3.2主电路的选择 (15)3.2.2 晶闸管相控调压原理 (15)3.3主回路设计 (16)3.3.1 主回路电路 (16)3.3.2 晶闸管参数选择 (16)3.3.3 晶闸管触发电路 (17)3.3.4 晶闸管保护电路 (19)3.4电压检测回路 (20)3.4.1 同步信号检测 (20)3.4.2 电压反馈回路 (21)3.5电流检测回路 (22)3.5.1 电流反馈回路 (22)3.5.2 过电流保护电路 (22)致谢 ....................................................................................................... 错误!未定义书签。

参考文献 . (23)1.绪论1.1 三相异步电动机软启动器设计背景三相异步电动机广泛应用于拖动风机、皮带机、水泵、真空泵、潜水泵及压缩机等，故电机的起动、控制、运行及安全可靠性显得十分重要，尤其是大功率电机的起动及系统的保护。

针对电机启动的优良性、控制的可靠性、保护功能的全面性，设计一种软启动控制系统，从而改善电机启动效果，提高系统保护与控制功能的完善性与可靠性。

当电机功率较大时，须采用降压起动，故本文所设计的控制系统是针对广泛使用的大功率三相电机降压启动进行设计。

我国软启动技术起步于上世纪80年代早期，目前生产电机启动器的厂家很多，先后也推出了多种品牌的软启动器。

但由于国内自主开发和生产的能力相对较弱，对国外产品的依赖还是很严重。

在技术上和可靠性上与国外同类产品尚有一定的差距。

所以在整个软启动器市场上，占据统治地位的还是国外产品，国内产品所占的份额还是很低。

目前市场上生产的软启动器主要以机械式和三相反并联晶闸管方式为主。

机械式启动器是目前使用比较广泛的启动方式，但它是有级启动，会产生二次冲击电流，启动电流仍然为标称电流的3～4倍，且有体积大、噪音大、维护费用高、无法适应恶劣环境等诸多弊端。

近三十年来，随着电力电子技术的发展，使无电弧开关和连续调节电流成为可能。

电力半导体开关器件具有无磨损、寿命长、功耗小等特点，结合现代控制理论及微机控制技术，为实现电机的软启动提供了全新的思路。

要突破传统的启动方式，是离不开电力电子技术和微机控制技术的发展的。

目前在国外，发达国家的电动机软启动产品主要是固态软启动装置——晶闸管软启动和兼作软启动的变频器。

在生产工艺兼有调速要求时，采用变频装置。

在没有调速要求使用的场合下，启动负载较轻时一般采用晶闸管软启动。

在重载或负载功率特别大的时候，才使用变频软启动。

晶闸管软启动装置是发达国家软启动的主流产品，各知名电气公司均有自己晶闸管软启动的品牌，在其功能上又各具特色。

例如GE公司生产的ASTAT智能电机软启动器；ABB公司生产的PST、PSTB系列电机软启动器；施耐德公司的ATS46软启动器；德国SIEMENS公司的3RW22 SIKOSTART软启动器等等。

目前，国外对晶闸管三相交流调压电路的研究己经从对控制电压、控制电机电流的开环、闭环方式，发展到通过建立比较准确实用的数学模型，找到适用于三相交流调压电路电机负载的控制方法，从而使三相交流调压电路电机负载性能更优。

另一方面，随着电力电子技术的发展，异步电动机向更加可靠、方便性好、小型化方向发展。

1.2 软启动器介绍软启动器本质上是一种直流调压装置，用来实现软启动、软停车、实时监测以及各种保护功能。

为了保证系统安全可靠地运行，可以充分发挥单片机的强大控制功能，由主控制电路对系统的关键器件和关键参数，例如过压、欠压、过流、过载、等进行实时监控。

随着数字直流PWM调压技术的应用，以及采用高性能的单片机作为系统的控制核心，可以使软启动器具有控制快速准确、响应快、运行稳定、可靠等优点。

在三相异步电动机不宜采用直接启动的时候，可以考虑采用定子串电阻或串电抗器启动、Y-△启动、自耦变压器降压启动、转子串电阻启动、晶闸管电子软启动、分级变频软启动、两相变频调压软启动等方法。

软启动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为Soft Starter。

它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路。

运用不同的方法，控制三相反并联闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。

软启动器以体积小,转矩可以调节、启动平稳冲击小并具有软停机功能等优点得到了越来越多的应用,大有取代传统的自耦减压、星-角等启动器的趋势.由于软启动器是近年来新发展起来的启动设备,在设计、安装、调试和使用方面还缺少指导性的规范与规程.我们在软启动器的安装、调试工作中也遇到了一些实际技术问题。

例如:不同启动负载软启动器的选型、软启动冲击电流与过流保护定值的配合、软启动设备容量与变压器容量的关系等问题。

（1）能使电机起动电压以恒定的斜率平稳上升，起动电流小，对电网无冲击电流，减小负载的机械冲击。

（2）起动电压上升斜率可调，保证了起动过程的平滑性，起动电压可依据不同的负载在30%～70%Ue(Ue为额定电压)范围内连续可调。

（3）可以根据不同的负载设定起动时间。

（4）起动器还具有可控硅短路保护、缺相保护、过热保护、欠压保护。

2三相异步电动机启动控制的研究交流三相异步电动机的传统启动技术，如定子串电阻/电抗器启动、自耦变压器降压启动、星形-三角形降压启动、转子串电阻或频敏变阻器启动等，在交流电动机启动技术发展过程中都有过重要应用。

但随着晶闸管技术的发展，三相交流调压软启动器因为具有性能良好、产品多样、电压可连续调节以及转矩或电流可闭环控制等优点，使得电子软启动器得到了深入而广泛的发展，成为软启动市场中的主流产品。

2.1 三相异步电动机的启动过程为了研究三相异步电动机的启动时的电压、电流、转矩等变量的关系，进而分析异步电机启动时的电流、启动转矩和所外加电压的关系，就要研究电机的数学模型。

对于电动机的软启动而言，多采用基于集中参数等效电路的数学模型。

在不改变异步电动机定子绕组中的物理量和异步电机的电磁性能的前提下，经频率和绕组的计算，把异步电动机转子绕组的频率、相数、每相有效串联匝数都归算成和定子绕组一样，即可用归算过的基本方程式推导出异步电动机的等效电路。

三相异步电动机的T 形稳态等效电路如图2-1所示：12图2-1 异步电动机的等效电路其中，r 1为定子绕组的电阻，x 1为定子绕组的漏电抗，r 2为归算到定子方面的转子绕组的电阻，x 2为归算到定子方面的转子绕组的漏抗。

r m 代表与定子铁心损耗所对应的励磁电阻，x m 代表与主磁通相对应的铁心磁路的励磁电抗。

U 1为定子电压向量，E 1为定子感应电动势向量，i 1为定子电流向量，i m 为磁电流向量。

2.2 三相异步电机的启动方法三相异步电动机的启动方法主要有直接启动、传统减压启动和软启动三种启动方法。

下面就分别做详细介绍。

直接启动直接启动，也叫全压启动。

启动时通过一些直接启动设备，将全部电源电压(即全压)直接加到异步电动机的定子绕组，使电动机在额定电压下进行启动。

一般情况下，直接启动时启动电流为额定电流的3～8倍，启动转矩为额定转矩的1～2倍。

根据对国产电动机实际测量，某些笼型异步电动机启动电流甚至可以达到8～12倍。

直接启动的启动线路是最简单的，如图2-2所示。

然而这种启动方法有诸多不足。

对于需要频繁启动的电动机，过大的启动电流会造成电动机的发热，缩短电动机的使用寿命；同时电动机绕组在电动力的作用下，会发生变形，可能引起短路进而烧毁电动机；另外过大的启动电流，会使线路电压降增大，造成电网电压的显著下降，从而影响同一电网的其他设备的正常工作，有时甚至使它们停下来或无法带负载启动。

这是因为Ts 及Tm 均与电网电压的平方成正比，电网电压的显著下降，可使Ts 及Tm 均下降到低于Tz 。

一般情况下，异步电动机的功率小于7．5kW 时允许直接启动。

如果功率大于7．5kW ，而电源总容量较大，能符合下式要求的话，电动机也可允许直接启动。

()()111134st N kv A I K I kw ⎡⎤⋅=≤+⎢⎥⎣⎦电源总容量起动电动总功率如果不能满足上式的要求，则必须采用减压启动的方法，通过减压，把启动电流Ist 限制到允许的数值。

FU图2-2 直接启动原理图传统减压启动减压启动是在启动时先降低定子绕组上的电压，待启动后，再把电压恢复到额定值。

减压启动虽然可以减小启动电流，但是同时启动转矩也会减小。

因此，减压启动方法一般只适用于轻载或空载情况。

传统减压启动的具体方法很多，这里介绍以下三种减压启动的方法：(1)定子串接电阻或电抗启动定子绕组串电阻或电抗相当于降低定子绕组的外加电压。

由三相异步电动机的等效电路可知：启动电流正比于定子绕组的电压，因而定子绕组串电阻或电抗可以达到减小启动电流的目的。

但考虑到启动转矩与定子绕组电压的平方成正比，启动转矩会降低的更多。

因此，这种启动方法仅仅适用于空载或轻载启动场合。

对于容量较小的异步电动机，一般采用定子绕组串电阻降压；但对于容量较大的异步电动机，考虑到串接电阻会造成铜耗较大，故采用定子绕组串电抗降压启动。