三相异步电动机软启动器的毕业设计(6)

XX大学XX学院毕业设计（论文） 3.3.1 主回路电路

软起动器主回路设计电路如图3-7所示。

URVSM3~TW

图3-7主回路电路

采用三组反并联晶闸管组成调压电路。在三组晶闸管和三相供电电源之间接入接触器，软起动时，接触器断开，软起动完成后接触器闭合。软停车开始时，接触器再次打到双向晶闸管端，软起动器投入到停车运行，如此重复来完成软起动和软停车。在三相电源侧通过隔离电路得到软起动器同步信号；在晶闸管输出侧即R、S、T通过电阻分压而得到较低幅值的三相电压，再经过整流电路送入单片机做故障检测。而TAl，TA2年TA3表示为霍尔传感器电流输出，该电流信号通过整流电路后转变成电压信号输入到控制回路[5]。 3.3.2 晶闸管参数选择

晶闸管的选择参数很多，但用于应用于软起动时，主要是额定电压、额定电流的计算与选择。晶闸管由于过电流过电压能力低，又常常工作在不同的电流波形情况下，给额定电流的选择带来一定的困难，如若额定值选择不当，会造成不必要的损失或浪费。根据实际工作条件，在满足需要的前提下，应尽量降低晶闸管的定额，以减少设备投资。需满足两个条件。

首先，晶闸管的正、反向峰值电压UDRM和URRM应为晶闸管实际承受最大峰值电压UM的2～3倍，即UDRM/RRM=(2～3)UM。在本文设计中电机为220V的三步电动机，根据公式计算可得晶闸管耐压在622V~933V范围内。

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XX大学XX学院毕业设计（论文） 其次，晶闸管的额定通态电流ITAV指的是工频正弦半波平均值，其对应的有效值应满足IRMS=1．57ITAV。为使晶闸管在工作过程中不因实际有效值应在乘以安全系数1．5～2后才能等于1.57 ITAV。本文中使用的异步电机功率4KW，额定电流0．55A。由于异步电机在直接起动时的电流为6～7倍的额定电流。因此晶闸管的ITAV范围在3．3A～3．85A。

3.3.3 晶闸管触发电路

本设计触发电路原理是首先用同步变压器对电网电压进行采样并降压，之后输入KJ004用来产生单脉冲，通过调节分压电阻可以实现对单脉冲占空比的调节，通过模拟开关4066来实现对KJ004宽窄脉冲模式的变换，使KJ004输出宽脉冲或者窄脉冲，KJ042则产生高频调制波对KJ004输出的宽脉冲或窄脉冲进行高频调制，使其输出宽窄脉冲列，当KJ004处于宽脉冲方式时，KJ004输出直接加到驱动电路，而KJ004处于窄脉冲方式时单脉冲(3片KJ004产生6路)输入到KJ041合成双脉冲，每组双脉冲相位相差60°，用于触发整流桥电路。

如图3-8为同步信号为锯齿波的触发电路，其输出可为双窄脉冲（适用于有两个晶闸管同时导通的电路），也可为单窄脉冲。电路结包括三个基本环节：脉冲的形成与放大、锯齿波的形成和脉冲移相、同步环节[6]。此外，还有强触发和双窄脉冲形成环节。

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XX大学XX学院毕业设计（论文） R2611C212￡?15 V16R1ABVD2R2VD1R3R6V5R7R8VD6VD8R4V4VD3VD4V7R9VD7VDW3VDW2V10R10V9V8R12R11V13R13V111V6uVR87C35RV2V3V1V14V1515VDW1R5VD5VD9VDW4VDW5V12￡-15 VRWR223C14R24C49R25R231314偏移电压（-）移相电压（+）

图3-8 脉冲发生电路图

1、脉冲形成环节

V4、V5 —— 脉冲形成 V7、V8 —— 脉冲放大

控制电压uco加在V4基极上。uco=0时，V4截止。V5饱和导通。V7、V8处于截止状态，无脉冲输出。电容C3充电，充满后电容两端电压接近2E1(30V)时，V4导通，A点电位由+E1(+15V) 下降到1.0V左右，V5基极电位下降约-2E1(-30V)， V5立即截止。V5集电极电压由-E1(-15V) 上升为+2.1V，V7、V8导通，输出触发脉冲。电容C3放电和反向充电，使V5基极电位上升，直到ub5>-E1(-15V)，V5又重新导通。使V7、V8截止，输出脉冲终止。脉冲前沿由V4导通时刻确定，脉冲宽度与反向充电回路时间常数R11C3有关。电路的触发脉冲由脉冲变压器TP二次侧输出，其一次绕组接在V8集电极电路中。

2、锯齿波的形成和脉冲移相环节

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XX大学XX学院毕业设计（论文） 锯齿波电压形成的方案较多，如采用自举式电路、恒流源电路等。锯齿波电路由V1、V2、V3和C2等元件组成，V1、VS、RP2和R3为一恒流源电路。锯齿波是由开关V2管来控制的。

V2截止时，恒流源电流I1c对电容C2充电， 调节RP2，即改变C2的恒定充电电流I1c，可见RP2是用来调节锯齿波斜率的。V2导通时，因R4很小故C2迅速放电，ub3电位迅速降到零伏附近。V2周期性地通断，ub3便形成一锯齿波，同样ue3也是一个锯齿波。射极跟随器V3的作用是减小控制回路电流对锯齿波电压ub3的影响。

V4基极电位由锯齿波电压、控制电压uco、直流偏移电压up三者作用的叠加所定。如果uco=0，up为负值时，b4点的波形由uh+up确定。当uco为正值时，b4点的波形由uh+up + uco确定。

M点是V4由截止到导通的转折点，也就是脉冲的前沿。加up的目的是为了确定控制电压uco=0时脉冲的初始相位。

在三相全控桥电路中，接感性负载电流连续时，脉冲初始相位应定在a=90°；如果是可逆系统，需要在整流和逆变状态下工作，要求脉冲的移相范围理论上为180°（由于考虑amin和βmin，实际一般为120°），由于锯齿波波形两端的非线性，因而要求锯齿波的宽度大于180°，例如240°，此时，令uco=0，调节up的大小使产生脉冲的M点移至锯齿波240°的中央（120°处），相应于a=90°的位置。

如uco为正值，M点就向前移，控制角a<90°，晶闸管电路处于整流工作状态。 如uco为负值，M点就向后移，控制角a>90°，晶闸管电路处于逆变状态。 3、同步环节

同步指要求触发脉冲的频率与主电路电源的频率相同且相位关系确定。

V2开关的频率就是锯齿波的频率，由同步变压器所接的交流电压决定。V2由导通变截止期间产生锯齿波，锯齿波起点基本就是同步电压由正变负的过零点。V2截止状态持续的时间就是锯齿波的宽度，其大小取决于充电时间常数R1C1。

4、双窄脉冲形成环节

内双脉冲电路由V5、V6构成“或”门。当V5、V6都导通时，V7、V8都截止，没有脉冲输出，只要V5、V6有一个截止，都会使V7、V8导通，有脉冲输出。第一个脉冲由本相触发单元的uco对应的控制角a 产生。隔60°的第二个脉冲是由滞后60°相位的后一相触发单元产生（通过V6）。晶闸管触发电路总图如图3-9所示。

同 步 电源输入 直流电源 4066 模拟开关实现宽窄25 切换 KJ004产生单脉冲 宽脉冲列 脉冲放大驱动

KJ042产生脉冲调XX大学XX学院毕业设计（论文）

图3-9 触发电路框图

3.3.4 晶闸管保护电路

晶闸管由于击穿电压接近工作电压，热容量又较小，所以承受过电压、过电流能力较差，短时间内的过电压、过电流都可能造成元件损坏。为了使晶闸管能正常工作，除了合理的选择元件外，还必须对过电流，过电压的发生采取保护措施。 (1)过电流保护

晶闸管设备发生过电流有可能是晶闸管损毁、触发电路或控制系统有故障等。针对这些情况，除了用软件来实现保护外，还可以在硬件电路中加入快速熔断器来保护晶闸管的过电流。 (2)过电压保护

我们知道晶闸管有一个重要的特性参数，即断态电压临界上升率du/dt。它表明晶闸管在额定结温和门极断路条件下，使晶闸管从断态转入通态的最低电压上升率。若电压上升率过大，超过了晶闸管的电压上升率的值，则会在无门极信号的情况下开通。即使此时加于晶闸管的正向电压低于其阳极峰值电压，也可能出现这种情况[7]。

为了限制电路电压上升率过大，确保晶闸管安全运行，本设计在晶闸管两端并联RC阻容吸收网络，利用电容两端电压不能突变的特性来限制电压上升率。如图3-7中所示。因为电路总是存在电感的，所以与电容C串联电阻R可起阻尼作用，它可以防止R、L、C电路在过渡过程中，因振荡在电容器两端出现的过电压损坏晶闸管。同时，避免电容器通过晶闸管放电电流过大，造成过电流而损坏晶闸管。

3.4 电压检测回路

在电压检测回路中，尽量实现以下三个功能。其一是同步信号的检测功能，采样三相电压的自然换相点，它作为晶闸管脉冲触发信号的同步信号；其二是通过检测晶闸管输出端可以得到晶闸管导通时刻的检测，以便做电压反馈和缺相故障检测；其三是将三

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