单片机软起动控制器的设计(附外文翻译)

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1、0 前言前言 1 异步电机的起动问题异步电机的起动问题 电动机是工业、农业和交通运输的重要设备，而且，随着社会生产的日益发展，电动 机的应用将会越来越广，与电机配套的控制设备的性能也必将成为用户关注的焦点。电动 机的控制主要包括电机的起动、调速和制动。三相交流鼠笼式异步电动机因其结构简单， 运行可靠和价格便宜而被广泛采用。 异步电动机的起动是指电机从静止状态加速到工作转速的整个过程。评定电动机的起 动性能主要有两个指标：起动电流倍数和起动转矩倍数。希望在起动时有较大的起动转矩 以带动负载快速达到正常转速，但不希望有较大的起动电流。一台普通的鼠笼式的异步电 动机，如不采取任何施在额定电压下直接起

2、动，它的起动电流较大而起动转矩并不相应增 大。因为三相异步电动机是一种反电势负载，即以反电势来平衡外加电压。电动机的反电 势随着转子转速的增加而逐渐增 大，电动机在起动开始时反电势为零，所以起动时的冲击电流很大。当电动机容量较大时， 冲击电流会对电网及其负载造成干扰， 严重时甚至危害电网的安全运行； 起动电流过大时， 将使电动机本身受到过大电磁力的冲击，如果经常起动，还有绕组过热的危险。同时，由 于起动应力较大，使得负载设备使用寿命降低 1。 传统的直接起动是用闸刀开关或接触器把电动机的定子绕组直接接到额定电压的电 网上。直接起动的优点是操作和起动设备最简单，缺点是起动电流很大。一般鼠笼式异步

3、 电动机直接起动电流倍数74 N ST I I ，严重情况下，可能达到十倍以上，起动转矩倍数 21 N ST T T 。按国家标准 GB755-65 规定，三相感应电动机的最大转矩至少不低于 1.6 倍额 定转矩，当电网电压降低 15时，仍有，不会导致接在同一电网上的其它感应电动机的停 转。因此，直接起动通常只限于起动时，在电网中引起的电压降落不超过 1015（对于 经常起动的电机取 10，对于不经常起动的电动机取 15）的场合。同时，直接起动方 法的应用还受到电网容量的限制。若电网容量不够大，则电动机的起动电流可能使电网电 压显著下降，影响接在同一电网上的其它电动机和电气设备的正常工作. 2

4、 为了解决这个问题（直接起动问题） ，人们采用了各种降压起动技术，比较传统和应 用较普遍的有自耦变压器降压起动、串电抗起动和 Y转换、延边三角形起动、电阻调 节等等。其中自耦降压起动设备复杂，Y转换起动附加设备少，操作简单，但起动电 流仍较大，只适合小型电机起动，延边三角形起动电流亦较大 2。采用这些起动方式起动 时降低了加在定子绕组的电压，起到了一定的限流作用，但仍存着以下问题。 （1）它们通常是靠接触器来切换电压达到降压目的，所以无法从根本上解决起动瞬 时电流尖峰的冲击； （2）起动转矩不可调，起动中存在二次冲击电流，对负载产生冲击转矩，当电网电 压下降太低时，可能造成电动机堵转； （3）

5、起动过程中，由于接触器是带载切换，因而容易造成接触器触点拉弧损坏。 为了使电动机能够转动起来，并很快达到额定转速正常工作，要求电动机具有足够大 的起动转矩且起动电流不能太大。因此，总是希望在起动电流比较小的情况下，能获得较 大的起动转矩。随着电力电子技术的发展，电力半导体开关使无电弧开关和连续调节电流 成为可能，以上所提及的直接起动的缺点都可以得到解决。本文即研究这种基于电力电子 器件和电力电子技术的起动方法，通常称之为软起动。 2 电力电子软起动方法电力电子软起动方法 传统的降压起动方法能在一定程度上解决鼠笼式异步电动机的起动电流较大的问题， 但是由于传统的起动设备都是有切换触点的，控制不连

6、续，这样就难免在起动过程中给电 动机造成冲击，且传统的方法起动电流仍较大。所以传统的起动方法仅适用于中小型电机 的起动控制，而对大功率的电动机来说，并不是理想的方案。 近三十多年来，随着电力电子技术的发展，电力半导体开关使无电弧开关和电流连续 的调节成为可能。电力半导体器件的开关具有无磨损、寿命长、功耗小的特点。加之微机 控制技术与电力电子技术的紧密结合，为电动机的起动节能提供了全新的思路，这样，就 出现了采用电力半导体器件用于电动机起动控制的新型起动方式。 目前有两种电动机起动新方式：变频器和软起动器。变频器是目前应用较为广泛的节 能型电气传动设备，通过改变电机电源的频率和电压，可实现多种功能。具有电动机软起 动功能和电机调速功能，在电机起动上是理想的设备。如在西方、日本等国家，就广泛采 用变频器于起动控制。 这种变频起动方式的优点是性能可靠， 可同时用于电动机调速控制， 不足之处是目前变频器的造价仍较高、维护保养较困难，而且在不需要调速控制的场合， 不能充分发挥其变频调速功能，因此不适合在我国大量推广应用。八十年代初一些欧美国 家则成功研制了以微处