三相交流电动机软启动的设计与仿真 摘要——交流电动机作为电动机软启动器的辅助设备，可以在交流电动机无负载或低负载时，自动调节电动机的输入电压，并且不影响电动机的转矩。市场上的软启动器，在工业产品业中很受欢迎，虽然目前在价格、外观和别的方面还存在一定的问题，但是随着半导体设备制造技术的发展，预计在不远的将来，软启动器一定会成为一种促进交流电动机逐步发展应用的设备。本文将三相交流感应电动机软启动器作研究对象、软启动分析原理，设计软启动器的主要电路和电路的其他系统模型，以及MATLAB的仿真应用，仿真的结果将显示软启动在电动机启动方面的优点。 关键词——交流电动机、软启动器、仿真 简介 笼型异步电动机是工业中应用最广泛的电气设备。对于大容量的电动机，如果直接启动，启动电流的响应将会导致功率和其他负载相互影响甚至给安全运作的电网带来伤害。因此，笼型异步电动机不可以使用直接启动方式。在使用降压启动方式前，减少启动电流，较早的启动方法是：串联电路阻抗或电阻、星三转换、串联自耦变压器等。 随着电力电子技术和微电子技术的加快速度进行发展，国内的交流电动机软启动器的应用已经很广泛了。由于直接启动的电流会影响转矩和突然跳转很容易使电动机、电气和工程设备受到更大的伤害，但传统的降压启动方式极度影响启动电流，所以通常大容量的电动机，在经济情况允许的条件下尽可能使用软启动器，而且正常的情况下应该使用一个软启动器拖动电动机控制计划，例如 软启动器不仅是软件启动设备，也可以被当成是一个全面使用的完美的电动机保护器。在负载需要经常被使用的场合，也能够正常的使用一个软启动器周期去驱动几种方式的电动机负载，当做是启动异步电动机的设备——软启动器，使用晶闸管 调节电压规律的技术，从19世纪70年代开始应用，同时通过微控制器控制系统软件电路。 启动器还可以启动软件、制动软件负载、能量转换技术和缺相、过载、短路、漏电流保护的方法一起有广阔的应用前景。 晶闸管交流调压电路 单相交流电压调节电路的SCR有多种形式，以一个使用最广泛的的并联电路作为例子分析，晶闸管控制使用相位控制模型。 A.电阻性负载情况 并联电路的单相交流电路如图1所示。当电源提供的电压Us在正半周期时，控制角度是有问题的，发晶VT1导通。能量通过VT1流向负载R，Us过零时，VT1截止。Us在负半周期时在同样的控制角度α时触发VT2导通，通过VT2向负载提供电压。重复上述过程在负载电阻R上有正负对称的交流电压，如图2所示。明显的，改变控制角度α能改变负载R的电压和电流的大小。 B.电阻——感性负载情况 当调压电路是像交流电动机的感性负载，晶闸管工作和电阻负载不是不同的，而且晶闸管不仅触发工作和控制角度α而且要负荷电路中角度φ参数的阻抗。在单相交流调压电路中，当阻抗角度φ表征感性负载电阻参数时，得到下面的结论：阻力电感性负载，晶闸管调压电路应该用一个宽脉冲或脉冲束方式触发，晶闸管控制角度。 软启动的主电路 图3中的晶闸管是由软启动器的主要电路组成的。在图3中，VT1-VT4，VT3-VT6，VT2-VT5是在三相电路中电动机的三个并联的普通晶闸管模块组合，M是电动机。 图4中在电动机启动过程中经过控制触发角度控制模型电路（宽脉冲或两个窄脉冲）去控制晶闸管启动角度θ的大小，使电动机的启动电压根据制定的规则变化。所以，电动机启动电流的大小、启动方式和启动时间都能调整和选择，使电动机在最好的启动状态。 将斜坡电压启动方式作为例子设计启动一个控制流如图5所示，使用开环控制电动机的瞬间，晶闸管系统触发一个脉冲，使输出电压迅速上升去控制内部的电压。然后根据某个触发模式继续发送脉冲，使线性的电动机电压依据斜坡上升。在连续启动时需要设定时间或不需要设定时间去完成电动机的启动，软启动器绕行。 串联电抗电压启动电路和软启动电路仿真 这个部分选择电机定子绕组电路电抗降压启动电路和软件启动电路并使用MATLAB和Simulink建立模型仿真分析。 A.电机定子绕组串联电抗电压启动电路 图6是定子绕组电路电抗的降压启动电路仿真图表，由电源模块、电动机模块、恒定输入模块、有效的测量模块、电压/电流测量模块、示波器、RL组成。 模块参数设定： 电动机模块：5HP； 电源模块：峰值设定为220*√2； 恒定输入模块：11.87（电动机转矩）； 其他模块使用默认设定； 设定仿线tb算法。 定子绕组串电抗电压启动电流、转矩仿线所示。 B.软启动电路仿线是电动机软启动电路仿真图表，由电源模块、电动机模块、六脉触发模块、恒定输入模块、有效的测量模块、电压/电流测量模块、示波器、晶闸管、反馈控制部分（通过方式选择、扩音器、单步模块、增益模块、单求和模块）组成。 模块参数设定： 电动机模块：5HP； 电源模块：峰值设定为220*√2； 恒定输入模块：11.87（电动机转矩）； 六脉触发模块：脉冲宽度设为10 同步电压频率设为50； 其他模块使用默认设定； 设定仿线tb算法。 Simulink仿线所示。 通过仿真波形和实时数字显示模块显示反应器降压启动时刻有很大的影响量（当电流五次后稳定、转矩七次后稳定），过程突然改变，包括转矩改变两次。软启动瞬间，影响明显减弱（电流三次稳定、转矩四次稳定），平地改变，转矩没再次出现两次改变，对系统的稳定和设备保护是有帮助的。 启动电流和启动转矩是影响异步电动机性能最重要的两个因素。所以在电动机启动过程中，如何减小启动电流、减小影响变成启动电动机控制的关键。软启动电动机和大功率双向晶闸管构成调压电路，经过控制晶闸管触发角度去调节晶闸管调压电路的输出电压，十分便捷的实现电动机的非接触降压软启动。 小结 本文用晶闸管特性，设计使用理想的软启动器，软启动器主电路的设计是三个并联的晶闸管相遇在定子线上，通过定子电压电流通过处理器触发电路的反馈，根据程序设定只有六个触发晶闸管的触发电路，以此来实现软启动过程。通过改变晶闸管的开启角度去控制电动机的启动电流。晶闸管启动器明显的节省能量、提高启动性能、减少启动电流、运行顺利。软启动器控制盒很小、安装方便。同时软启动器本身有电子热继电器、电流、过载保护盒电压保护功能。软启动器本质上是方便的启动设备有固有的缺点，传统的启动方式不能适应优点。本文由河北教育丁青年基金和河北师范大学青年基金支持。

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