矿用电动机启动器设计

田野 单思亮 王继红

新疆维吾尔自治区产品质量监督检验研究院 新疆乌鲁木齐 830000

三相异步电动机的工作原理是在定子上装有三相对称绕组，转子绕组是闭合的短路绕组。当定子绕组接到三相对称电源时，便有对称的三相电流流过，它们在电机的气隙内建立以同步转速n旋转的旋转磁场。设磁场逆时针旋转，用旋转磁极N、S表示，它的磁力线切割转子导体，产生感应转子电势，电势的方向用右手定则判定。在转子电势的作用下，转子导体中便有电流流过，其有功分量与电势同相位。根据电磁力定律，转子导体电流的有功分量与旋转磁场相互作用时，转子导体受到电磁力f的作用，方向用左手定则判定。在电磁力的作用下，电动机转动，转速n，与旋转磁场方向相同。如果转轴上带有机械负载，电动机就可拖动负载旋转，从绕组中输入的电能转换成轴上输出的机械能

1 软启动器的出现及发展

伴随着传动控制对自动化要求的不断提高，采用可控硅为主要器件和单片机为主要控制核心的智能型电动机起动装置—软启动器，已在各行各业得到广泛的应用。由于软启动器性能优良、体积小、重量轻，并且具有智能控制及多种保护功能，另外，各项启动参数还可根据不同负载进行调整，古其负载适应性很强。因此电子式软起动器将逐步取代落后的Y/Δ、自耦减压和磁控式等传统的减压起动设备必将成为必然。

电力电子技术的快速发展，软起动器得到广泛应用。软起动器是一种集软起动、软停车、轻载节能和多功能保护于一体的新颖电机控制装置。它具有多种对电机保护功能，例如有短路、过载、电压断相、电流断相、漏电闭锁等保护功能，这就从根本上解决了传统的降压起动设备的诸多弊端。这也就是意味着三相异步电动机可以实现平稳启动，而且机械和电应力将会降至最小，因此软启动器在市场上得到广泛应用。

2 设计理论与控制方案

为了研究异步电动机的起动时的电压、电流、转矩等变量的关系，进而分析异步电机起动时的电流、起动转矩和所外加电压的关系。就要研究电机的数学模型采用集中参数等效电路的数学模型时首先需作一些假定，根据电机学知识，可得：

（1)忽略空间和时间谐波；

（2)忽略磁饱和；

（3)忽略铁损。

电动机软起动是一种连续无级渐渐升压限流起动方式，主要思想是通过软件控制，使电动机在起动时，定子电压由某一个初始值逐渐上升至全电压，并在电压上升过程中，限制起动电流的增加，以实现小电流起动，大电流工作。即软起动是以软件控制代替常规继电器线路控制来满足电动机平稳升压起动。软起动器常采用的是三相交流调压电路，在电源和异步电动机之间接入反并联晶闸管调压电路。晶闸管的控制方式一般采用相位控制，即使晶闸管在电源电压每一周期中，在选定的时刻将负载与电源接通，改变选定的时刻可达到调压。设计系统时把三对反并联晶闸管分别串接在电动机的三相定子线圈上，晶闸管的编号为：VTI、VT4构成一对接到电源A相，VT2、VT5构成一对接到电源B相，VT3、VT6构成另一对接到电源C相。通过触发电路的输出改变晶闸管控制角的大小，从而来控制晶闸管的导通，使电动机的端电压缓慢平稳上升。六只晶闸管门极触发的相序是VTI、VT3、VT5触发相位依次滞后 120度；vT4、vT6、VT2之间触发相位也依次滞后120度，并且又分别滞后于VTI、VT3、VT5各180度。在任何时刻都必须有两个晶闸管导通，才能形成导电回路，其中一个晶闸管是正向的，另一个晶闸管是反向的。为了保证两组各有一晶闸管导电，必须对两组中应导通的一对晶闸管同时给触发脉冲。所以在触发某一号晶闸管的同时给前一号晶闸管补发一个脉冲。例如当要求VTI导通时，除了给VTI发触发脉冲外，还要同时给VT6发一触发脉冲。欲触发VT2时，必须给VTI同时发一触发脉冲等。

3 晶闸管工作原理分析

在工业生产和科学试验中，很多电动设备和其他用电设备需要电压可控的直流电源。晶闸管可控整流电路用于把交流电能转换为电压可控的直流电能，是一种效率高、成本低、便于控制、维修方便的新型直流电源，已得到广泛应用[1]。为了便于对整流电路原理及工作过程进行分析，通常假定电源系统、变压器和开关元件都是理想特性。在理想条件下所得结论，大都适用于实际电路。对于因与假定理想条件不符而产生的影响，可据电路理论分别予以考虑，进行必要的修正，有的影响还将专门进行补充讨论。本设计也是在假定所用的元器件都是理想特性。

4 系统软件设计

选用单片机C语言完成整个控制软件的设计。系统软件的设计采用模块化设计思想，模块之间相对独立，便于程序的编写和调试。系统的主程序主要包括：系统初始化、相序处理、按键扫描和按键处理。软启动器工作时，不停的对键值进行扫描，检测到有键按下就转入具体的键处理程序，进行键处理时关闭中断，处理完毕后开中断，循环进行键扫描

5 结语

电动机作为重要的动力装置，已被广泛用于工业、农业、交通、国防军事设施以及日常生活中。直流电动机在过去曾一直占统治地位，但由于本身结构原因，以及启动、调速和停机等方面的不足，渐渐显露出了它无法满足日益增长的生产压力缺点。伴随着交流电动机的出现，尤其是三相鼠笼式异步电动机，由于其结构简单、制造方便、价格低廉，而且坚固耐用、惯量小、运行可靠等优势，在工业生产中得到了立刻得到了极广泛的应用，也正在扮演着无法取代的地位。