三晶變頻器在三相交流異步電機的應(yīng)用

1、三相交流異步電機三相交流異步電動機是一種將電能轉(zhuǎn)化為機械能的電力拖動裝置。它主要由定子、轉(zhuǎn)子和它們之間的氣隙構(gòu)成。對定子繞組通往三相交流電源后，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場并切割轉(zhuǎn)子，獲得轉(zhuǎn)矩。三相交流異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、價格便宜、過載能力強及使用、安裝、維護(hù)方便等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。三相交流異步電動機-基本結(jié)構(gòu)三相異步電動機主要由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成，定子是靜止不動的部分，轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)部分，在定子與轉(zhuǎn)子之間有一定的氣隙。 定子由鐵心、繞組與機座三部分組成。轉(zhuǎn)子由鐵心與繞組組成，轉(zhuǎn)子繞組有鼠籠式和線繞式。鼠籠式轉(zhuǎn)子是在轉(zhuǎn)子鐵心槽里插入銅條，再將全部銅條兩端焊在兩個銅端環(huán)上而組成；線繞式轉(zhuǎn)子繞組與

2、定子繞組一樣，由線圈組成繞組放入轉(zhuǎn)子鐵心槽里。鼠籠式與線繞式兩種電動機雖然結(jié)構(gòu)不一樣，但工作原理是一樣的。 三相交流異步電動機-工作原理1、旋轉(zhuǎn)磁場 定子三相繞組通入三相交流電即可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。當(dāng)三相電流不斷地隨時間變化時，所建立的合成磁場也不斷地在空間旋轉(zhuǎn)，如下圖所示。旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向與 三相電流的相序一致，任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線，則旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)。 定子旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)切割轉(zhuǎn)子繞組，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其方向由“右手螺旋定則”確定。由于轉(zhuǎn)子繞組自身閉合，便有電流流過，并假定電流方向與電動勢方向相同，轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電流在定子旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生電磁力，其方向由“左手螺旋定則”判斷。該力對轉(zhuǎn)軸形成

3、轉(zhuǎn)矩(稱電磁轉(zhuǎn)矩)，并可見，它的方向與定子旋轉(zhuǎn)磁場(即電流相序)一致，于是，電動機在電磁轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動下，順著旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)，且一定有轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。有轉(zhuǎn)速差是異步電動機旋轉(zhuǎn)的必要條件，異步的名稱也由此而來。 電動機長期穩(wěn)定運行時，電磁轉(zhuǎn)矩T和機械負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2相等，即T=T2。 2、 轉(zhuǎn)差率 旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率。描述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速相差的程度。在正常運行范圍內(nèi)，異步電動機的轉(zhuǎn)差率很小，僅在001-006之間。 T-S的曲線圖如下力圖左；T-n的曲線圖如下圖右，即為電動機的機械特性曲線。 在機械特性圖中，存在兩個工作區(qū)：穩(wěn)定運行區(qū)和不穩(wěn)定運行

4、區(qū)。在機械特性曲線的AB段，當(dāng)作用在電動機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時，電動機能適應(yīng)負(fù)載的變化而自動調(diào)節(jié)達(dá)到穩(wěn)定運行，故為穩(wěn)定區(qū)。機械特性曲線的BC段，因電動機工作在該區(qū)段時其電磁轉(zhuǎn)矩不能自動適應(yīng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化，故為不穩(wěn)定區(qū)。 三相交流異步電動機-機械特性T-S的曲線圖如下力圖左；T-n的曲線圖如下圖右，即為電動機的機械特性曲線。 在機械特性圖中，存在兩個工作區(qū)：穩(wěn)定運行區(qū)和不穩(wěn)定運行區(qū)。在機械特性曲線的AB段，當(dāng)作用在電動機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時，電動機能適應(yīng)負(fù)載的變化而自動調(diào)節(jié)達(dá)到穩(wěn)定運行，故為穩(wěn)定區(qū)。機械特性曲線的BC段，因電動機工作在該區(qū)段時其電磁轉(zhuǎn)矩不能自動適應(yīng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化，故為不穩(wěn)

5、定區(qū)。 三相交流異步電動機-保護(hù)電路1. 短路保護(hù)短路是由于絕緣損壞、接線錯誤等原因?qū)е码娏鲝姆钦Ｂ窂搅鬟^的現(xiàn)象。瞬時短路電流可能達(dá)到電機額定電流的幾十倍甚至上百倍，如果不能及時切斷電源，則有可能造成電機不可修復(fù)的損壞，還有可能導(dǎo)致觸電、火災(zāi)等危險。 三相交流異步電動機短路保護(hù)應(yīng)該滿足以下要求：一是必須在很短的時間內(nèi)切斷電源；二是當(dāng)電機正常啟動、制動時，保護(hù)裝置不應(yīng)誤動作。 常用的短路保護(hù)裝置有熔斷器和斷路器。 2. 過流保護(hù)過電流是指電動機的工作電流超過其額定值，如果時間久了，就會使電機過熱損壞電機，因此需要采取保護(hù)措施。 過電流時，電流仍由正常路徑流通，其值比短路電流值要小。過電流一般是

6、由于負(fù)載過大或是啟動不正確。為了避免影響電動機正常工作，過電流保護(hù)動作值應(yīng)該比正常啟動電流略大一些。 過電流保護(hù)也要求保護(hù)裝置能瞬時動作。過電流保護(hù)一般采用過電流繼電器。 3. 過載保護(hù)電動機過載是指其工作電流超過額定值使繞組過熱。引起過載的原因很多，如負(fù)載的突然增加、電源電壓降低、電動機軸承磨損等。 過載與過流類似，但也有差別。主要的不同在于動作效應(yīng)的不同。過電流是由電磁效應(yīng)來引發(fā)保護(hù)裝置動作，針對電流的瞬時大小；而過載保護(hù)則是由電流的熱效應(yīng)，即電流對時間的累積結(jié)果來引發(fā)保護(hù)裝置動作。一般情況下同一電路中，過載保護(hù)動作電流值要比過電流小，而這兩者又均比上面提到的短路保護(hù)動作電流值小。值得注意

7、的是，短路保護(hù)、過電流保護(hù)和過載保護(hù)是不能互相代替的。 過載保護(hù)應(yīng)采用熱繼電器或電動機保護(hù)器作為保護(hù)元件。 4. 失壓保護(hù)如果電動機在正常工作時突然掉電，那么在電源電壓恢復(fù)時，就可能自行啟動，造成人身事故或機械設(shè)備損壞。為防止電壓恢復(fù)時電動機的自行啟動或電器元件自行投入工作而設(shè)置的保護(hù)，稱為失壓保護(hù)。采用接觸器和按鈕控制電動機的啟動制動就具有失壓保護(hù)功能。如果正常工作中電網(wǎng)電壓消失，接觸器會自動釋放而切斷電動機電源。 5. 欠壓保護(hù)電動機或電器元件在有些應(yīng)用場合，當(dāng)電網(wǎng)電壓降到額定電壓的60%80%時，就要求能自動切除電源而停止工作，這種保護(hù)稱為欠電壓保護(hù)。電動機在電網(wǎng)電壓降低時，其轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩

8、都將降低甚至堵轉(zhuǎn)。在負(fù)載一定的情況下，一方面電動機電流增大，而其增加副度還不足以使熔斷器和熱繼電器動作，因此必須要采取欠壓保護(hù)措施。 除了利用接觸器本身的欠電壓保護(hù)作用之外，還可以采用低壓斷路器或?qū)ｉT的電磁式電壓繼電器來進(jìn)行欠電壓保護(hù)，其方法是將電壓繼電器線圈跨接在電源上，其動合觸頭串接在接觸器控制回路中。當(dāng)電網(wǎng)電壓低于指定值時，電壓繼電器動作使接觸器釋放。 6. 過壓保護(hù)當(dāng)由于某種原因使得電動機電源電壓超過其額定值時，電動機的定子電流增大，使電動機發(fā)熱增多，時間久了就會造成電動機損壞。如果電壓比額定值高很多，則電動機定子電流就會超出額定值許多而可能燒壞電機。因此，需要進(jìn)行過電壓保護(hù)。 最常見

9、的過電壓保護(hù)裝置是過電壓繼電器。電源電壓一旦過高，過電壓繼電器的常閉觸頭就立即動作，從而控制接觸器及時斷開電源。過電壓繼電器的動作電壓整定值一般可為電動機額定電壓的1.051.2倍。 7. 斷相保護(hù)異步電動機在正常運行時，如果電源任一相突然斷路，電動機就處于斷相運行。此時電動機實際上是在單相電源下運行，電動機定子電流會增大，轉(zhuǎn)速要下降甚至?xí)罗D(zhuǎn)，時間一長就會燒壞電機。實踐表明，斷相運行是使電動機損壞的主要原因之一，因此應(yīng)進(jìn)行斷相保護(hù)。 引起電動機斷相運行的原因很多，如熔斷器一相熔體燒斷，電動機繞組一相斷路、一相接觸不良或松脫，電源一相線路斷開等，其中尤以熔斷器一相燒斷的情況最為常見。斷相運行時

10、，線路電流和電動機繞組連接因斷相形式不同而不同；電動機負(fù)載越大，故障電流也越大。斷相運行時，通?？梢愿鶕?jù)電流或電壓發(fā)生的變化特征檢測出斷相信號來構(gòu)成斷相保護(hù)裝置。 斷相保護(hù)有很多方法，如下： 1） 用帶斷相保護(hù)的熱繼電器 2） 采用電壓繼電器 3） 采用欠電流繼電器 4） 斷絲電壓保護(hù) 5） 采用專門為斷相運行而設(shè)計的斷相保護(hù)繼電器 8. 相序保護(hù)一般情況下，電動機工作的接線順序是有規(guī)定的，如果由于某種原因，導(dǎo)致相序發(fā)生錯亂，電動機將無法正常工作甚至損壞。相序保護(hù)就是為了防止這類事故發(fā) 實用斷相相序保護(hù)器的工作原理圖生。 相序保護(hù)可采用相序繼電器，當(dāng)電路中相序與指定相序不符時，相序繼電器將觸發(fā)

11、動作，切斷控制電路的電源從而達(dá)到切斷電動機電源、保護(hù)電動機的目的。 工作原理： 由電阻R1R3、電容C1和氖泡NB組成三相交流電相序檢測電路。由于C1的移相作用，當(dāng)電源按圖中A、B、C相序接入時，氖泡發(fā)光，而逆相序如A、C、B接入時，氖泡則不亮。當(dāng)按下啟動按鈕QA時，交流電經(jīng)C2降壓、VD1和VD2整流、DW穩(wěn)壓及C3濾波后得到12V直流電壓，加在由繼電器K、光敏電阻CDS和開關(guān)管V組成的保護(hù)執(zhí)行電路上。如果此時相序為A、B、C順序，則氖泡發(fā)光，與氖泡封裝在一起的CDS受光照后呈現(xiàn)很低的阻抗，V便得到基極偏流而導(dǎo)通，K吸合，K1接通交流接觸器C的控制回路，C吸合，電動機啟動運轉(zhuǎn)。反之，如為逆相

12、序，則氖泡不亮，K不吸合，K1斷開，電動機便不能被啟動。由此而達(dá)到保護(hù)目的。 9. 溫度保護(hù)在電動機電流沒有超過額定值時，由于通風(fēng)不良、環(huán)境溫度過高、啟動次數(shù)過于頻繁等原因，電動機也會過熱。這種情況下用以上的過流保護(hù)或過載保護(hù)都不能解決問題，因此需要直接反映溫度變化的熱保護(hù)器。 溫度保護(hù)通常可采用溫度繼電器。溫度繼電器主要有雙金屬片和熱敏電阻式兩種，它們都被直接埋置在發(fā)熱部位。 溫度保護(hù)與過載保護(hù)都是利用溫度來觸發(fā)保護(hù)，但并不完全相同。過載保護(hù)是因為電流長時間超出額定值使得繼電器升溫觸發(fā)保護(hù)；而溫度保護(hù)是由于散熱不良，環(huán)境溫度過高等因素使得電機過熱從而觸發(fā)保護(hù)。溫度保護(hù)被觸發(fā)時，電動機中的電流

13、值有可能是正常的，因此過載保護(hù)不一定會起作用。溫度保護(hù)與過載保護(hù)也是不能互相替代的。 10. 漏電保護(hù)為了防止直接接觸電擊事故和間接接觸電擊事故，防止電氣線路或電氣設(shè)備接地故障引起電氣火災(zāi)和電氣設(shè)備損壞事故，低壓配電系統(tǒng)應(yīng)該具有漏電保護(hù)裝置。 漏電保護(hù)根據(jù)工作零線是否穿過電流感應(yīng)器，分為零序電流保護(hù)和剩余電流保護(hù)。零序電流保護(hù)與剩余電流保護(hù)的基本原理都是基于基爾霍夫電流定律：流入電路中任一節(jié)點的復(fù)電流的代數(shù)和等于零。不同之處是，零序電流保護(hù)檢測的是各相線中電流的矢量和，而剩余電流保護(hù)檢測的是各相線還有零線中的電流矢量和。 理論上來說，三相線負(fù)載平衡且電路正常工作的情況下，各相線電流矢量和應(yīng)該為

14、零。但是在實際的產(chǎn)品制造中，由于生產(chǎn)工藝、使用條件及電源品質(zhì)等因素的制約，理想的三相完全平衡的負(fù)載不大可能存在，其三相電流的矢量和不為零而且很容易達(dá)到漏電保護(hù)器的動作電流值例如30mA。因此，“負(fù)載三相平衡”這個概念只具理論意義。 三相交流異步電動機-控制電路1. 啟動控制 三相異步電動機從接通電源開始運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速逐漸上升直到穩(wěn)定運轉(zhuǎn)狀態(tài)，這一過程稱為啟動。按照啟動方式不同，它可以分為直接啟動和降壓啟動。 直接啟動的啟動電流大，對供電變壓器影響較大，容量較大的鼠籠異步電動機一般都采用降壓啟動。降壓啟動就是將電源電壓適當(dāng)降低后，再加到電動機的定子繞組上進(jìn)行啟動，待電機啟動結(jié)束或?qū)⒁Y(jié)束時，再使電動

15、機的電壓恢復(fù)到額定值。這樣做的目的主要是為了減小啟動電流，但是因為降壓，電動機的啟動轉(zhuǎn)矩也將降低。因此，降壓啟動僅適用于空載或輕載啟動。 1） 直接啟動 i. 采用開關(guān)直接啟動：采用開關(guān)直接啟動的電路僅適用于不頻繁啟動的小容量電動機，它不能實現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制和自動控制，也不能實現(xiàn)零壓、欠壓和過載保護(hù)。 ii. 采用接觸器點動控制：采用接觸器點控制電路，可控制容量稍大或者啟動頻繁的電動機，并且實現(xiàn)“一點就動，松開不動”的功能。 iii. 采用接觸器長動控制：采用接觸器長動控制的電動機，在按下啟動按鈕后，電動機開始運轉(zhuǎn)，因為具有自鎖觸點，所以如果想讓電機停轉(zhuǎn)，必須按下停止按鈕。 iv. 長動與點動混合

16、控制：如果電動機既要點動控制，又要連續(xù)運轉(zhuǎn)控制，那么可以結(jié)合一下，采用三個按鈕和自鎖觸點，實現(xiàn)點動與長動運轉(zhuǎn)控制。 2） 降壓啟動 i. 定子繞組串電阻（電抗器）降壓啟動：電動機啟動時，在三相定子電路中串入電阻，使電動機定子繞組電壓降低，限制了啟動電流，待電動機轉(zhuǎn)速上升到一定值后，將電阻切除，使電動機在額定電壓下穩(wěn)定運行。 ii. 星形三角形降壓啟動： 星形三角形降壓啟動是指電動機啟動時，把定子繞組接成星形，以降低啟動電壓，限制啟動電流；待電動機啟動后，再把定子繞組改接成三角形，使電動機從現(xiàn)在起運行。凡是在正常運行時定子繞組做成三角形連接的異步電動機，均可用這種降壓方法。電動機啟動時，接成Y形

17、，加在每相定子繞組上的啟動電壓只有三角形接法的，啟動電流為三角形接法的1/3，啟動轉(zhuǎn)矩也只有三角形接法的1/3。所以這種降壓啟動方法，只適用于輕載或空載下啟動。 iii. 自耦變壓器降壓啟動： 自耦降壓啟動是在啟動時將電源電壓加在自耦變壓器的原邊繞組上，電動機的定子繞組與自耦變壓器的副邊繞組連接，當(dāng)電動機的轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時，將自耦變壓器切除，電動機直接與電源相接，在正常電壓下運行。 在交流異步電動機的諸多調(diào)速方法中，變頻調(diào)速的性能最好，其特點是調(diào)速范圍大、穩(wěn)定性好、運行效率高。 2. 正反轉(zhuǎn)控制 根據(jù)電機學(xué)原理，只要把接到三相異步電動機的三相交流電源線中的任意兩相對調(diào)，即可以實現(xiàn)反轉(zhuǎn)。 正反轉(zhuǎn)

18、控制方法主要有以下四種： 1) 手動控制 2) 接觸器互鎖控制 3) 按鈕互鎖控制 4) 接觸器與按鈕雙重互鎖控制 3. 制動控制 三相電動機在切斷電源后，由于慣性，總要經(jīng)過一段時間才能完全停止。有時候，要求電機在斷電后能迅速停止運轉(zhuǎn)，這就需要對電動機進(jìn)行制動。 制動方法大致可分機械制動和電氣制動兩類。常用的機械制動裝置有電磁抱閘和電磁離合器兩種。電氣制方法有反接制動、能耗制動、回饋制動和電容制動等。 1) 反接制動控制線路 反接制動是將運動中的電動機電源反接（即將任意兩根線接法交換）以改變電動機定子繞組中的電源相序，從而使定子繞組的旋轉(zhuǎn)磁場反射，轉(zhuǎn)子受到與原旋轉(zhuǎn)方向相反的制動力矩而迅速停轉(zhuǎn)。

19、 在這種制動方式中，有一個問題值得注意：當(dāng)電機轉(zhuǎn)速接近零時，如不及時切斷電源，則電動機將會反向旋轉(zhuǎn)。為此必須采取相應(yīng)措施保證當(dāng)電機轉(zhuǎn)速被制動到接近零時迅速切斷電源防止其反轉(zhuǎn)。一般的反接制動控制線路中常利用速度繼電器進(jìn)行自動控制。 2) 能耗制動控制線路 能耗制動控制電路是當(dāng)電動機停車后，立即在電動機定子繞組中通入兩相直流電源，使之產(chǎn)生一個恒定的靜止磁場，由運動的轉(zhuǎn)子切割該磁場后，在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn) 變頻器接線圖生感應(yīng)電流。這個電流又受到靜止磁場的作用產(chǎn)生電磁力矩，產(chǎn)生的電磁力矩的方向正好與電動機的轉(zhuǎn)向相反，從而使電動機迅速停轉(zhuǎn)。應(yīng)用較多的有變壓器橋式整流單向運轉(zhuǎn)能耗制動。能耗制動的優(yōu)點是制動準(zhǔn)確能量消耗小，沖擊