关于电动机的研究设计分析

赵坤

【摘 要】世界上大多数国家对于电动机消耗大约70%的电能总量感到十分苦恼。到我们开始起动电动机时如若不采取任何措施，则会在刚起动的极短的时间内，生成极大的的电流，其电流的大小将会比额定的电流大很多，这并不是一种好的情况，它会消耗很多电能。同样的这种情况下，将会影响系统的正常工作，更严重时，将会产生更严重的后果，甚至影响其它系统的工作，不采取任何措施的启动方式还会产生极大的转矩，这种极大的转矩产生的冲击力会产生极大的危害，无论是对电机，还是对电机所关联的设备都会造成很大的危害与影响。这是世界各国所不愿意看到的.

同样的不采用任何措施就将电机起动，导致很多能量的损失。因此，起动电机时使用一定的手段，会减少很多能量的浪费，同样的用这种手段也会减少起动机产生的极大的转矩，减少冲击，这样也就会对其它系统进行保护并对安全性进行一定的提高，是非常重要的步骤。所以，起动电动机使用一定的手段是必须的。

【关键词】电动机;起动

1、国内外发展现状

人们在二十世纪七十年代的时候发明了用晶闸管为基础的改善电机的起动技术，并被不断的推广和应用，已达到避免所不期望的情况发生，也减小了危害的作用。经过不断地摸索和研发，国外已经掌握了成型的技术应用，也正是因为这个原因，他们形成了其独特的技术优势，在国外也开始有了许多著名的软启动器产品生产厂商，例如美国AB公司、英国CT公司、法国TE公司、德国的 AEG公司以及欧洲的ABB公司等。为了更好地对电机进行控制以减少其可能产生的危害，国外已经开始通过先进的技术和手段来研究新的方式方法，实现更好的可靠与安全的性能。虽然国外在这一领域方面已经逐渐开始处于领先位置，并掌握着先进的技术和理论，但是还要对现实的情况进行考虑，结合可行性和资金性价比等方面的考虑，现在应用最广泛的且实用的起动技术仍然是晶闸管为基础的起动技术。由于技术和资金限制，低压产品仍然是现在的主流。现在的产品最高电压等级为，最大容量为。

上世纪90年代，软起动器由国外开始引入到了中国，但是因其价格较贵，未能得到较高的认知度而受到国内的忽视。但是随着社会的快速发展，对于电机的更高要求，使得起动时进行一定的手段进行调节变得十分具有现实的意义。对于国内来说，这一技术的发展已经初具规模，但是技术的能力仍然存在一些不足的地方，对于很多产品，还要依赖对国外的成品进行一定的模仿，所以国内的软起动领域的发展与国外所达到的高度还有一定的差距。国内也开始形成了一些逐渐具有规模的軟启动企业，如雷诺尔和奥托等企业，但是这些企业与国外品牌竞争难度较大。因为其结构的复杂性高压电机的软起动较难以实现较好的性能，虽然它的数量并不是占有较大的比例，但是对于这样电动机，软起动的需求性是并不亚于低压电动机的。所以我国软起动技术尤其是高压软起动方面还是比起国外有一定的差距，还需要进一步的发展和提高

2、电动机软启动系统电路的总体结构分析

软起动系统设计是一个较为复杂的控制系统的构建，在设计的过程中我们需要考虑很多的因素，并通过计算来设计各个部分的基本结构来实现它们所能达到的预期的效果，然后对各个部分进行组合来实现具体的功能。具体的部分设计功能如下：

（1）检测系统的电压，以判定与电源电压是否同步，并且检测过压、逆序、欠压等故障。

（2）检测电动机的电流，用来计算其功率的因数大小，并且检测过流、过载和堵转等故障。

（4）对运行的参数进行控制，并且实现运行参数的显示与参数的设置。

3、电动机软起动控制策略

3.1 斜坡电压起动的控制策略

此种控制方式是对系统中的电机在刚运行时候的电流进行连续的检测，当其电流值比最初设定的最大的电流值大时，此时调节环节开始对系统进行调节，调节时的对象是晶闸管的触发角，对其触发角进行人为的控制，进而达到使其电流减小的目的，当其大小减小到预期的数值的时候，则停止对系统的干预作用，当必要时继续进行干预控制电流的大小，在此过程中我们需要往复的进行调解，直到达到预期的目的完成整个起动过程。

3.2 转矩控制的策略

对电动机的电磁转矩进行控制调整是这种方法能够实现的核心，使其能够按预期的控制规律升高，并且我们通过PI调节的方式对系统进行干预而调节上升的性能等，PI调节环节的输入的数值，是依据初始值通过计算后，得到的转矩的数值，另外依据电动机的电压反馈与电流反馈值进行运算，其作用是为了PI环节提供依据的参数。通过各个不同功能的作用相结合，生成所需要的预期的脉冲，去驱动晶闸管的符合要求的触发，以达到转距控制起动的目的。

3.3 晶闸管参数选择

在本次设计中起到至关重要作用的是晶闸管，所以完成系统设计的关键一步是晶闸管的选择，主要分析两点问题是决定晶闸管的选择方向，第一点是在具有良好的安全性能与可靠性能的前提下确保设计能够顺利完成，尽可能多的使用我国生产的电子器件，以达到节约成本的目的，以提高其性价比。第二点是要对元器件的散热器的形状以及尺寸进行合理计算与选择。

3.4 晶闸管的电流容量的选择

在本设计中所采用的原件及结构都是根据实际情况下考虑选择的，所以考虑到实际应用的要求，在所设计的电路中反并联晶闸管要实现其导通角在内变化。所以晶闸管在导通角为时，电流平均值最大，电流的容量可由下式来确定：

         （2-9）

在式子中，为晶闸管流过各相的回路时电流的有效值;则为波形的系数;

3.5 晶闸管的耐压选择

能够影响晶闸管耐压值的因素有很多，电路中各部分的不同的结构或者是励磁的电流的影响都会对其产生极大的影响。所以在选择方面我们必须小心谨慎。因此选择需要进行全面而仔细的计算与考虑，但是根据工作经验和理论分析，一般对晶闸管额定电压的限制为：

        （2-10）

代表的是晶闸管的最大的耐压值。

结 语：通过分析、研究以及具体的应用来看，本文的方案可以通过具体模块与机构的组合，以此达到对电动机的电压电流进行限制的目的，并且也能改变电动机的运行状态，减小不采用任何方式手段起动时所产生的危害，并且此系统对电机的控制效果非常明显，不仅能達到预期的效果，还具有很多优点：安全性与可靠性高，适应性强。这一系列的分析与研究使我们看见了这一系统的实用性与可用性。

参考文献：

[1]成开友.基于单片机的电机保护与软起动控制[J].电子科技大学学报 2014，32（2）.

[2]吴茂刚，赵容祥。基于单神经元 PI 调节的电机软启动器设计[J]，中小型电机 2013，6：33-36.

（作者单位：新汶矿业集团有限责任公司翟镇煤矿调度室）