异步电机软起动器硬件设计

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1、南华大学电气工程学院毕业设计引言三相异步电动机因其结构简单，性能稳定及无需维护等特点，因而在各行业中得到了广泛的应用。但它是以反电势为主的负载，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，所以起动电流很大。这样大得起动电流不仅加重了进线供电电网以及接在电动机前面的开关电器的负荷，而且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；同时，由于起动应力较大，出现的巨大转矩又会使电动机发生猛烈的冲振，并且也给用作动力传输辅助设备(如三角皮带、变速机构)和做功机械设备带来不可避免的机械冲击。所以，这种“硬起

2、动”不仅会缩短传动单元和做功机械设备的使用寿命，而且过高的起动电流还会引起供电电网的电压骤然跌落，致使那些对电压敏感的用电设备产生负面影响。因此，采用电机软起动技术势在必行。第44页共45页南华大学电气工程学院毕业设计1课题背景与研究意义1.1异步电机节能控制的意义在世界范围内，21世纪潜伏着严重的能源危机，资源的消费速率远远超过了资源的再生能力，有限的储量和无限的需求使发生全球性能源危机的可能性一直存在。石油、天然气、煤炭等可燃矿物燃料占世界能源消费的90%以上，这些亿万年生成的地下资源储量有限，与消费速率相比是不可再生的，资源耗尽是不可避免的。能源短缺的后

3、果极其严重，它不但可能导致能源危机和引发经济危机，甚至酿成国际军事冲突。20世纪50-60年代以发达国家为主体的西方世界实行的能源“流体化革命”，为它们的经济发展带来了空前的繁荣。20世纪70年代以来，以发达国家为主体的西方世界，组建了多种国际能源和环保机构，彼此磋商，相互协调，不断调整能源战略，非常引人注目的把节约能源置于突出地位并制定了一系列法规、标准和政策，推动能源开发和能源节约，鼓励节能研究和开发高新节能产品，强化民众的节能意识和环保意识，大力培育节能市场，特别是积极研究更适应可持续发展要求的资源配置方法和管理方式。随着我国工农业生产的迅速发展，电能的

4、需求量越来越大，开发和节约能源已成当务之急。交流异步电动机，由于其结构简单、制造方便、价格低廉、坚固耐用、运行可靠、很少需要维护及可用于恶劣环境等优点，在工业、农业、交通运输、国防军事和日常生活中得到了广泛的应用，当前的大部分的工业拖动都是以交流异步电动机作为动力，包括风机、水泵、油泵、压缩机等，其耗电巨大，特别是石油化工行业，风机泵类的耗电量占其总耗电量的50%以上。这些异步电动机一般都是按照设计的负载进行选择的，但在实际使用中，大都经常处在轻载，甚至在空载下运行。因此，“大马拉小车”的现象几乎是很普通的，如煤矿常用的胶带输送机、刮板机、绞车、压风机、机床等

5、设备在大部分运行时间中，电动机的负荷变动都较大，其平均输出功率与最高输出功率之比一般为0.3-0.4，有的还更低。电动机的负载率低，效率不高，电能的浪费现象十分严重。1996年国家统计局统计数字表明，我国全国年发电量的60%为各种电机设备所消耗，其中90kw以内的中小功率异步电动机耗能占总电机耗能的70%，即消耗了4200亿度电。按我国今年国家规定0.5元/kwh的电价计算，其折合人民币210亿元如果这些步电动机能够节电10%，就可节约21亿元人民币。2002年国家电力部统计数字表明，火力发电每kwh需投资约1元;三峡水电每kwh需投资约1.13元，建设周期1

6、3-17年;核电每第44页共45页南华大学电气工程学院毕业设计kwh需投资2-3元:其他能源(人阳能、风能海洋能等)每kwh需投资3-5元。若仅按中小功率异步电动机节电10%计算，其年节电量相当于三峡电站的半年发电量，可节约国家投入电站建设资金50亿元左右，为国家节约大量能源和费用。因此在目前我国工业生产不断发展，能源日趋紧张，环保要求日趋高涨的情况下，提高电机运行效率可以极大缓解能源紧张状况，提高国民经济效益，具有十分重要的现实意义。1.2异步电机节能技术发展现状为了提高电机的工作效率，多年来世界各国从电机的设计制造、电机的选择使用、电网供电管理等几个方面入

7、手，作了大量研究工作，取得了较好的成果。其中从电机的设计制造方面人手，开发出了高效节能电动机，使效率显著提高，可大量节能。但这种电机造价较高，而且经济效果较大地取决于负载的情况，即对于长期工作于额定负载、连续运行的应用场合，其节能效果能达到最佳。但对大多数电机用户来说，怎样使现有设备上的电机工作于效率较高的状态显得更为现实。国外从六、七十年代就开始了中小型异步电动机的节能研究，1975年美国宇航局工程师FrankNola为减少航天飞机上泵和风扇能耗而研制的功率因数控制器，通过后面第二章的分析可以得出：即在定子电压一定的情况下，只要负载率小于额定负载率，交流异步

8、电动机的功率因数基本是和它的负载率成一