電動機基本開環(huán)控制環(huán)節(jié)介紹.ppt

第5章,電動機基本開環(huán)控制環(huán)節(jié),在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸?shù)炔块T中，廣泛使用著各種生產(chǎn)機械，它們大都以電動機作為動力來進行拖動。電動機是通過某種自動控制方式來進行控制的，最常見的是繼電接觸器自動控制系統(tǒng)，又稱電氣控制。,主要由繼電器、接觸器、按鈕、行程開關(guān)等傳統(tǒng)的低壓電器元件組成，以傳統(tǒng)的測試方式為手段，以控制電動機的起動、制動、換向、調(diào)速為主要內(nèi)容。這種系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、維護容易、抗干擾能力強等優(yōu)點，至今仍是機床和其他許多機械設(shè)備廣泛采用的基本電氣控制形式，也是學(xué)習(xí)更先進電氣控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。,缺點：是采用固定接線方式、功能簡單、體積龐大、靈活性差、工作頻率低、觸點易損壞、可靠性差。,繼電接觸器自動控制系統(tǒng),5.1異步電動機基本控制電路,電動機的基本控制環(huán)節(jié)：,優(yōu)點：它結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，價格低廉，而且堅固耐用，慣量小，運行可靠，很少需要維護，可用于惡劣環(huán)境等優(yōu)點，在實際生產(chǎn)生活中得到廣泛的應(yīng)用。,5.1.1鼠籠式電動機直接起動控制,三相鼠籠異步電機,三相鼠籠異步電機全壓起動控制電路,優(yōu)點：起動簡單。缺點：起動電流較大，將使用電線路電壓下降，影響臨近負(fù)載正常工作。,適用電動機容量在10kW以下，并且電動機容量小于供電變壓器容量的20的場合。,三相鼠籠異步電動機的工作原理,三相鼠籠異步電機全壓起動的工作原理,直接將三相對稱交流電接入電動機的三相定子繞組相應(yīng)的出線端上。,U,V,W,控制？,在低壓電路中作為不頻繁接通和分?jǐn)嚯娐酚?，主要用來將電路與電源隔離。,U,V,W,QS,電路圖中電器元件的觸點均按吸引線圈為斷電、手柄置于零位、元件沒有受外力作用時的情況畫出。,主要用于低壓配電電路不頻繁通斷控制，在電路發(fā)生短路、過載、欠壓和漏電等故障時能分?jǐn)喙收想娐贰?U,V,W,用來頻繁接通或斷開電動機或其他設(shè)備的主電路，每小時可開閉好幾百次。,QS,KM,主電路：傳輸能量的線路，流過電氣設(shè)備負(fù)載電流的電路，其導(dǎo)線用加粗的實線表示，一般畫在圖面的左側(cè)。,當(dāng)接觸器的常開觸點（KM）閉合電機接通電源開始轉(zhuǎn)動；當(dāng)接觸器的常開觸點（KM）斷開，電機停止運行。,控制電路,接觸器的工作原理？,只要控制交流接觸器線圈電路的通斷就能控制電機的起停。,控制電路：傳送控制信號的線路，其導(dǎo)線用細(xì)實線表示，一般畫在圖面的右側(cè)。,鼠籠式電動機的點動控制,SB,點動控制：通常用在電動機檢修后試車或生產(chǎn)機械的位置調(diào)整。,連續(xù)運行控制,這種依靠接觸器輔助觸點使其線圈保持通電的作用稱為自鎖。起自鎖作用的輔助觸點稱為自鎖觸點。,SB0,停止按鈕,自鎖觸點,起動按鈕,保護環(huán)節(jié),為了防止電機在故障狀態(tài)以及超負(fù)荷狀態(tài)下運行，應(yīng)在控制電路和主電路中加保護電器。,QS,KM,發(fā)生短路事故短路保護,FU1,FU2,FU2,當(dāng)電動機在運行過程中長期過載，或發(fā)生斷相故障使電動機電流超過額定值時。過載保護：熱繼電器FR。,QS,KM,熱繼電器如何實現(xiàn)過載保護?,FU1,FR,FR,還能消除由于電壓恢復(fù)線路自起動而產(chǎn)生的安全隱患。,當(dāng)電源電壓由于某種原因嚴(yán)重欠壓（或失壓）時。,欠壓保護：是依靠接觸器KM本身的電磁機構(gòu)來實現(xiàn)的（主電路和控制電路為同一電源）。,1,2,1,2,點動和連續(xù)運行控制電路,既能實現(xiàn)連續(xù)運行又能實現(xiàn)點動的控制電路。,方案1：轉(zhuǎn)換開關(guān)SA（旋轉(zhuǎn)操作）與自鎖觸點KM串聯(lián)。,解自鎖,SA,方案2：,使用一個復(fù)合按鈕SB2，操作SB2實現(xiàn)點動控制。,SB1,KM,SB0,FU2,FU2,FR,復(fù)合按鈕的動作順序：按下SB2，先斷常閉觸頭，解除控制電路的自鎖功能；后合常開觸頭，接通KM的線圈。,方案3：,點動：使用中間繼電器KA和控制按鈕SB2。,SB1,KM,SB0,FU2,FU2,FR,KA,KA,SB2,鼠籠式電動機兩地控制,SB2,KM,SB1,FU2,FU2,FR,鼠籠式電動機正、反轉(zhuǎn)控制,電動機的轉(zhuǎn)向與定子電流的相序有關(guān)。,主電路,U,V,W,QS,FU1,FR,L1,L2,L3,KM1控制電動機正轉(zhuǎn)。,KM2控制電動機反轉(zhuǎn)。,相序L1L2L3正轉(zhuǎn)UVW反轉(zhuǎn)WVU,控制電路,KM1,SB0,FU2,FU2,FR,1,2,如何保證在同一時間內(nèi)只有一個接觸器動作，以確保電源不會短路？,實現(xiàn)的控制功能：正轉(zhuǎn)停反轉(zhuǎn),電氣互鎖：兩個接觸器的常閉輔助觸點起相互控制作用，這兩對起聯(lián)鎖作用的觸點稱為聯(lián)鎖觸點。利用兩個接觸器的常閉輔助觸點起相互控制作用，即當(dāng)一個接觸器線圈通電時，用其常閉輔助觸點的斷開來鎖住另一個電路，使另一個接觸器不能通電。應(yīng)用聯(lián)鎖后，可以保證在同一時間內(nèi)只有一個接觸器動作，確保電源不會短路。,電氣互鎖,正轉(zhuǎn)直接到反轉(zhuǎn)的連續(xù)控制,機械互鎖：采用復(fù)式按鈕，實現(xiàn)正轉(zhuǎn)直接到反轉(zhuǎn)的控制,自動往返行程控制線路,使用位置開關(guān)（如行程開關(guān)、接近開關(guān)）發(fā)出正、反轉(zhuǎn)控制指令即可實現(xiàn)。,限位開關(guān),SQ2,SQ1,限位開關(guān),KM1,SB1,KM1,SB0,FU2,FU2,FR,1,2,SB2,KM2,KM2,5.1.2鼠籠式電動機的降壓起動控制,電動機在直接起動（即全壓起動）過程中，最初起動電流為額定電流的57倍。起動時過大的沖擊電流對電動機本身和電網(wǎng)以及其他電氣設(shè)備的正常運行都會造成不利影響。一方面使電動機自身起動轉(zhuǎn)矩減?。妱訖C全壓起動轉(zhuǎn)矩本身就不大）；另一方面，由于導(dǎo)致電網(wǎng)電壓降低而影響其他用電器的正常工作。特別是較大容量的電動機需要采用降壓起動。,鼠籠式電動機Y-D降壓起動控制,起動時，定子繞組首先接成Y形；,這種控制方式僅適用于電動機正常運行時定子繞組為D形接法。,待轉(zhuǎn)速達(dá)到額定值后，再將定子繞組換接成D形，電動機便進人全壓正常運行。,W2,W1,V2,V1,U1,U2,定子繞組聯(lián)接的換接控制,起動時先閉合KM2定子繞組接成Y，每相定子上的電壓僅為額定電壓的、而電網(wǎng)的電流僅為全壓直接起動時的；,經(jīng)過一段時間的延時，當(dāng)電動機的轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時，斷開KM2然后閉合KM3，電動機的定子繞組接成正常運行時的D形。,星形三角形換接減壓起動控制線路,缺點：KM2和KM3是帶電切換。,鼠籠式電動機自耦降壓起動控制,采用自耦變壓器降壓起動的控制電路中，電動機起動電流的限制，是依靠自耦變壓器的降壓作用來實現(xiàn)的。,電動機起動時，定子繞組得到的電壓是自耦變壓器的二次電壓。一旦起動結(jié)束，自耦變壓器便被切除，額定電壓或者說自耦變壓器的一次電壓直接加在定子繞組，這時電動機進入全電壓正常運行。通常習(xí)慣稱自耦變壓器為起動補償器。,自耦變壓器減壓起動控制線路,5.1.3繞線式異步電動機的起動控制,三相繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子繞組可通過滑環(huán)串接合適的起動電阻減小起動電流，提高轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)和起動轉(zhuǎn)矩。,一般在要求最初起動轉(zhuǎn)矩較高的場合，繞線式異步電動機的應(yīng)用非常廣泛。例如橋式起重機、卷揚機的起動控制線路，就采用了繞線式異步電動機。,控制的電路,KI1、KI2為欠電流繼電器。它們的吸合（銜鐵）電流相同，均為電動機的最初起動電流；而釋放（銜鐵）電流調(diào)節(jié)成不同的大小，且KI1的釋放電流大于KI2的釋放電流最小。,注意,注意,電動機重復(fù)短時工作時，常采用頻敏變阻器與轉(zhuǎn)子繞組直接串接的方式，不必用接觸器等短接設(shè)備。若是偶然起動電動機時，一般用一只接觸器，起動結(jié)束時；將頻敏變阻器短接。,5.1.4鼠籠式異步電動機的軟起動器控制,直接起動方式由于其對電網(wǎng)的巨大沖擊、對負(fù)載設(shè)備的損傷和對其它負(fù)荷的不利影響，在10kW以上電機已很少采用。Y-D起動由于對電機六出線的要求和低可靠性，一般只用于4100kW的小功率電機。自耦降壓起動由于其實用性得到了廣泛的應(yīng)用，但它對有色金屬的大量耗費和落后的控制方式，如今在歐美已遭淘汰，在國內(nèi)市場也日益萎縮。,替代以上幾種起動方式的正是日益流行的電子式軟起動器。,電子式軟起動器是采用電力電子技術(shù)、自動化控制技術(shù)和微處理器技術(shù)而研制生產(chǎn)的新型控制設(shè)備。,電子式軟起動器,電子式軟起動器的基本原理,電子式軟起動器的基本原理：是通過對功率器件即晶閘管的控制而實現(xiàn)對電機的起動控制，控制輸出給電動機的電壓從可整定的初始值經(jīng)過可整定的斜率時間上升到供電電網(wǎng)全壓。從而降低對電機電源的容量要求，并減少對供電電網(wǎng)的影響和機械傳動的沖擊。,當(dāng)電機起動時，由電子電路控制晶閘管GTO的導(dǎo)通角使電機的端電壓以設(shè)定的速度逐漸升高，一至升到全電壓。,軟起動過程完成后，三相旁路接觸器KM閉合，電動機直接接入電網(wǎng)全壓運行。,說明,與傳統(tǒng)起動設(shè)備相比，性能更可靠，使起動更平滑，對電網(wǎng)沖擊更小，此外還具有限流調(diào)節(jié)、軟停車、節(jié)能、智能通訊、智能保護等傳統(tǒng)起動方式所沒有的功能。,如果是輕載，則在正常運行時，也可保持所需的較低端電壓，使電機的功率因數(shù)升高，效率增大。在電機停機時，也通過控制晶閘管的導(dǎo)通角，使電機端電壓慢慢降低至0，從而實現(xiàn)軟停機。,5.2異步電動機的制動控制電路,三相異步電動機從切斷電源到安全停止旋轉(zhuǎn)，由于慣性的關(guān)系總要經(jīng)過一段時間，這樣就使得非生產(chǎn)時間拖長，影響了勞動生產(chǎn)率，不能適應(yīng)某些生產(chǎn)機械的工藝要求。如萬能銑床、臥式鏜床、組合機床等，都要求能準(zhǔn)確定位和迅速停車，因此在實際生產(chǎn)中，為了保證工作設(shè)備的可靠性和人身安全，為了實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確停車，縮短輔助時間，提高生產(chǎn)機械效率，對要求停轉(zhuǎn)的電動機采取措施，強迫其迅速停車，這就叫“制動”。,三相異步電動機的制動方法分為兩類：電磁機械制動和電氣制動。,電磁機械制動是用電磁鐵操縱機械裝置來強迫電動機迅速停車，如電磁抱閘、電磁離合器。電氣制動實質(zhì)上是在電動機停車時，產(chǎn)生一個與原來旋轉(zhuǎn)方向相反的制動轉(zhuǎn)矩，迫使電動機轉(zhuǎn)速迅速下降，如反接制動、能耗制動、反饋制動等。實現(xiàn)制動的控制線路是多種多樣的。,本節(jié)僅介紹反接制動和能耗制動控制線路。,5.2.1反接制動控制,由于反接制動是利用改變異步電動機定子繞組上三相電源的相序，使定子產(chǎn)生反向旋轉(zhuǎn)的磁場，從而產(chǎn)生制動力矩的一種制動方法。顯然，反接制動時，轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場的相對轉(zhuǎn)速接近轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的兩倍，因此，制動電流大，制動力矩大，制動迅速。但是這種方法對設(shè)備沖擊也大，通常僅用于10kW以下的小容量電動機。,為減小制動電流，通常要求在電動機定子電路中串接一定的電阻（稱為反接制動電阻）。串入的制動電阻既限制了制動電流，又限制了制動轉(zhuǎn)矩。另外，當(dāng)反接制動使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近于零時，必須及時切除電源，以防止反向再起動。,5.2.2能耗制動控制,能耗制動就是在電動機脫離三相交流電源之后，定子繞組上加一個直流電壓（即通入直流電流），利用轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流與靜止磁場的作用，在轉(zhuǎn)速為零時切除直流電源，以達(dá)到