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第5章,電動機基本開環(huán)控制環(huán)節(jié),在工業(yè)、農業(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、調速為主要內容。這種系統(tǒng)具有結構簡單、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備廣泛采用的基本電氣控制形式,也是學習更先進電氣控制系統(tǒng)的基礎。,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:它結構簡單,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斷電路用,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斷故障電路。,U,V,W,用來頻繁接通或斷開電動機或其他設備的主電路,每小時可開閉好幾百次。,QS,KM,主電路:傳輸能量的線路,流過電氣設備負載電流的電路,其導線用加粗的實線表示,一般畫在圖面的左側。,當接觸器的常開觸點(KM)閉合電機接通電源開始轉動;當接觸器的常開觸點(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,其導線用細實線表示,一般畫在圖面的右側。,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)以及超負荷狀態(tài)下運行,應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線路自起動而產(chǎn)生的安全隱患。,當電源電壓由于某種原因嚴重欠壓(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:轉換開關SA(旋轉操作)與自鎖觸點KM串聯(lián)。,解自鎖,SA,方案2:,使用一個復合按鈕SB2,操作SB2實現(xiàn)點動控制。,SB1,KM,SB0,FU2,FU2,FR,復合按鈕的動作順序: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、反轉控制,電動機的轉向與定子電流的相序有關。,主電路,U,V,W,QS,FU1,FR,L1,L2,L3,KM1控制電動機正轉。,KM2控制電動機反轉。,相序L1L2L3正轉UVW反轉WVU,控制電路,KM1,SB0,FU2,FU2,FR,1,2,如何保證在同一時間內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:正轉停反轉,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。應用聯(lián)鎖后,可以保證在同一時間內只有一個接觸器動作,確保電源不會短路。,電氣互鎖,正轉直接到反轉的連續(xù)控制,機械互鎖:采用復式按鈕,實現(xiàn)正轉直接到反轉的控制,自動往返行程控制線路,使用位置開關(如行程開關、接近開關)發(fā)出正、反轉控制指令即可實現(xiàn)。,限位開關,SQ2,SQ1,限位開關,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矩減?。妱訖C全壓起動轉矩本身就不大);另一方面,由于導致電網(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。,待轉速達到額定值后,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,當電動機的轉速接近額定轉速時,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,提高轉子電路的功率因數(shù)和起動轉矩。,一般在要求最初起動轉矩較高的場合,繞線式異步電動機的應用非常廣泛。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,電動機重復短時工作時,常采用頻敏變阻器與轉子繞組直接串接的方式,不必用接觸器等短接設備。若是偶然起動電動機時,一般用一只接觸器,起動結束時;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、對負載設備的損傷和對其它負荷的不利影響,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、自動化控制技術和微處理器技術而研制生產(chǎn)的新型控制設備。,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。,當電機起動時,由電子電路控制晶閘管GTO的導通角使電機的端電壓以設定的速度逐漸升高,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,由于慣性的關系總要經(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,都要求能準確定位和迅速停車,因此在實際生產(chǎn)中,為了保證工作設備的可靠性和人身安全,為了實現(xiàn)快速、準確停車,縮短輔助時間,提高生產(chǎn)機械效率,對要求停轉的電動機采取措施,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。電氣制動實質上是在電動機停車時,產(chǎn)生一個與原來旋轉方向相反的制動轉矩,迫使電動機轉速迅速下降,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,轉子與旋轉磁場的相對轉速接近轉子轉速的兩倍,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,又限制了制動轉矩。另外,當反接制動使轉子轉速接近于零時,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),利用轉子感應電流與靜止磁場的作用,在轉速為零時切除直流電源,以達到
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