激光設(shè)備控制技術(shù)教材——第三章第三節(jié)講解

1、1第三節(jié) 三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的減壓起動(dòng)控制電路籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)采用全電壓直接起動(dòng)時(shí)，控制電路簡(jiǎn)單。但并不是所有籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在任何情況下都可以采用全壓起動(dòng)的，由電動(dòng)機(jī)的原理可知， 三相鼠籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流大約是電動(dòng)機(jī)額定電流的4-7倍。在電源變壓器容量不足夠大的情況下，會(huì)導(dǎo)致變壓器二次側(cè)電壓大幅度下降，這樣不但會(huì)減小電動(dòng)機(jī)本身的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，甚至?xí)斐呻妱?dòng)機(jī)根本無法起動(dòng)，同時(shí)還會(huì)影響同一供電網(wǎng)路中其他設(shè)備的正常工作。通常情況下，容量超過 10KW的籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，當(dāng)為電動(dòng)機(jī)供電的變壓器容量不足 夠大時(shí)編者主張按水利電力出版社出版的設(shè)計(jì)手冊(cè)中的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行進(jìn)行判斷，即當(dāng)SnV5 Pn時(shí)

2、要進(jìn)行減壓動(dòng)，式中 Sn為變壓器的額定容量，Pn為電動(dòng)機(jī)的額定功率；編者查閱國(guó) 內(nèi)大部分教科書，都按 4 （Ist/In） <3+Sn/Pn的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行判斷，式中1st為電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)時(shí)的電流、In為電動(dòng)機(jī)的額定電流，按起動(dòng)電流大約是電動(dòng)機(jī)額定電流的4-7倍進(jìn)行計(jì)算，Sn V（ 13-25 ） Pn，顯然與Sn V 5 Pn有很大的差距，現(xiàn)在電網(wǎng)導(dǎo)線往往有較大的余量，按 Sn V 5 Pn估算即可，一般都采用減壓起動(dòng)的方式來起動(dòng)，即起動(dòng)時(shí)降低加在電動(dòng)機(jī)定子繞 組上的電壓，起動(dòng)后再將電壓恢復(fù)到額定值，使電動(dòng)機(jī)在正常電壓下運(yùn)行。因電樞電流和電壓成正比，所以在降低電壓的同時(shí)便可減小起動(dòng)電流，

3、不致在電網(wǎng)中產(chǎn)生過大的電壓降，減小了對(duì)電網(wǎng)電壓的影響。常用的減壓起動(dòng)方法有定子繞組串阻抗、自耦變壓器、Y-轉(zhuǎn)換及延邊-轉(zhuǎn)換減壓起動(dòng)起動(dòng)等。一、定子繞組串電阻（電抗）減壓起動(dòng)控制電路定子繞組串電阻（或電抗）減壓起動(dòng)是指在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，在三相定子電路中串接電阻（或電抗），通過電阻（或電抗）的分壓作用，使電動(dòng)機(jī)定子繞組上的起動(dòng)電壓降低，起動(dòng) 結(jié)束后再將電阻（或電抗）短接，使電動(dòng)機(jī)在額定電壓下正常運(yùn)行。下面分別介紹手動(dòng)切換 的、時(shí)間繼電器控制的和手動(dòng)與自動(dòng)混合控制的三種形式的串電阻減壓起動(dòng)控制電路。1. 手動(dòng)切換的定子繞組串電阻減壓起動(dòng)電路得電吸合并自鎖，電動(dòng)機(jī) M串電阻R減壓起動(dòng)，待SB2, KM2

4、得電吸合并自鎖，R被短接，電動(dòng)機(jī)圖3-11所示為手動(dòng)切換的定子繞組串電阻減壓起動(dòng)電路。其工作原理如下：先合上電 源開關(guān)QS,按下起動(dòng)按鈕 SB1 , KM1 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到一定值時(shí)，再按下按鈕M在全壓下運(yùn)行。FU2弧 UL1圖3-11所示的電路，電動(dòng)機(jī)從減壓起動(dòng)到全壓運(yùn)行需要工作人員操作兩次方能完成， 工作既不方便也不可靠。 因此，實(shí)際的控制電路常采用時(shí)間繼電器來自動(dòng)完成短接電阻的動(dòng) 作，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。串電阻減壓起動(dòng)時(shí)，電阻在分壓的同時(shí)將消耗較大的電能，因此會(huì)有較大的發(fā)熱。因此減壓電阻常選擇功率較大的繞線式電阻，并將其安裝在比較利于散熱的地方。當(dāng)把電阻換成電抗時(shí)，同樣可以達(dá)到減壓的目的，電

5、抗器在電機(jī)的起動(dòng)過程中并不消耗有功功率，故不會(huì)發(fā)熱。但一般情況下電抗器的價(jià)格比電阻高，在頻繁起動(dòng)的設(shè)備上其節(jié)能效果才可以體現(xiàn)出來。也有少數(shù)設(shè)備采用同時(shí)串電阻和電抗的方法進(jìn)行減壓起動(dòng)。2. 時(shí)間繼電器控制的定子繞組串電阻減壓起動(dòng)控制電路圖3-12為時(shí)間繼電器自動(dòng)控制電路。這個(gè)電路中采用時(shí)間繼電器KT代替了圖3-11電路中的SB2的功能，從而實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)從減壓起動(dòng)到全壓運(yùn)行的自動(dòng)控制。只要調(diào)整好時(shí) 間繼電器KT觸頭的動(dòng)作時(shí)間，電動(dòng)機(jī)由減壓起動(dòng)到全壓運(yùn)行這個(gè)過程就可準(zhǔn)確完成。其工作原理如下：合上電源開關(guān)QS,按下起動(dòng)按鈕 SB1，接觸器KM1得電吸合并自鎖，電動(dòng)機(jī)定子繞組串電阻 R減壓起動(dòng)；接觸器

6、KM1得電的同時(shí)，時(shí)間繼電器 KT得電吸合，其延 時(shí)閉合常開觸頭不能立即動(dòng)作，待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到一定值時(shí)，KT延時(shí)結(jié)束，KT延時(shí)閉合常開觸頭閉合。接觸器 KM2得電動(dòng)作，主回路中電阻被 R短接，電動(dòng)機(jī)在全壓下正常運(yùn) 行。OS UliFV2圖3-12 時(shí)間繼電器控制定子繞組串電阻減壓起動(dòng)控制電路從主回路看，只要KM2得電就能使電動(dòng)機(jī)全壓運(yùn)行，但圖3-12在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，接觸器KM1、KM2和時(shí)間繼電器 KT都處于得電狀態(tài)，從而使能耗增加，并縮短了電器的使用 壽命。圖3-13就解決了這個(gè)問題。 在KM1的線圈回路中串接了 KM2的常閉觸頭進(jìn)行聯(lián)鎖， 當(dāng)KM2得電動(dòng)作后，其常閉觸頭就會(huì)切斷KM1 （

7、及KT ）線圈電路使其失電，同時(shí)KM2自鎖。這樣在電動(dòng)機(jī)全壓運(yùn)行后，就會(huì)把接觸器 KM1和時(shí)間繼電器 KT全部從電路中切除，從而延長(zhǎng)其使用壽命，節(jié)省了電能，同時(shí)也提高了電路的可靠性。g Hl 1FIPLIL2L3圖3-13 時(shí)間繼電器控制定子繞組串電阻減壓起動(dòng)控制電路3. 手動(dòng)與自動(dòng)混合控制串電阻減壓起動(dòng)電路圖3-14所示是手動(dòng)與自動(dòng)混合控制串電阻減壓起動(dòng)電路。電路中增設(shè)了一個(gè)組合開關(guān)SA。工作時(shí)，先合上電源開關(guān)QS。當(dāng)需要手動(dòng)控制時(shí)，把組合開關(guān)SA扳到1位置，起動(dòng)電阻可以通過按鈕 SB2的手動(dòng)操作來短接，其詳細(xì)工作原理與圖3-11所示電路類同。當(dāng)需要自動(dòng)控制時(shí)，把組合開關(guān)SA扳到2位置，控制

8、電路可通過時(shí)間繼電器KT和接觸器KM2的配合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制串電阻減壓起動(dòng)。3#圖3-14 手動(dòng)自動(dòng)混合控制定子繞組串電阻減壓起動(dòng)控制電路二、自耦變壓器減壓起動(dòng)控制電路在自耦變壓器減壓起動(dòng)的控制電路中，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流的限制是依靠自耦變壓器的減壓作用來實(shí)現(xiàn)的。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的時(shí)候， 定子繞組得到的電壓是自耦變壓器的二次側(cè)電壓，待電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，再使電動(dòng)機(jī)與自耦變壓器脫離，從而在全壓下正常運(yùn)行，這種減壓起動(dòng)分為手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種。圖3-15是手動(dòng)控制自耦變壓器減壓起動(dòng)控制電路。其工作原理如下：先合上電源開關(guān)QS，按下起動(dòng)按鈕SB1，接觸器KM1、KM2相繼得電并自鎖，自耦變壓器 TM接入電動(dòng)機(jī) M的主

9、電路中，使電動(dòng)機(jī)作減壓起動(dòng)。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到接近額定轉(zhuǎn)速時(shí) （即起動(dòng)完畢）， 按下按鈕SB2，中間繼電器 KA與接觸器KM3相繼得電動(dòng)作，切除自耦變壓器 TM，電動(dòng) 機(jī)進(jìn)入全電壓正常運(yùn)行狀態(tài)。SB2，接觸器KM3該控制電路有如下優(yōu)點(diǎn)：起動(dòng)時(shí)若發(fā)生誤操作，即直接按下按鈕線圈也不會(huì)得電，電動(dòng)機(jī)M無法起動(dòng)，避免電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)； 由于接觸器KM1的常開輔 助觸頭與KM2線圈串聯(lián)，所以在減壓起動(dòng)完畢按下SB2按鈕后，只要接觸器 KM1線圈能夠斷電，接觸器 KM2線圈也必定會(huì)被斷開，所以即使接觸器KM3出現(xiàn)故障使觸頭無法閉合時(shí)，也不會(huì)使電動(dòng)機(jī)在低電壓下運(yùn)行；接觸器KM3的閉合時(shí)間領(lǐng)先于接觸器 KM2的

10、釋放時(shí)間，所在不會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中的間隙斷電，也就不會(huì)出現(xiàn)第二次起動(dòng)電流。5#圖3-15手動(dòng)控制自耦變壓器減壓起動(dòng)控制電路圖3-16為自動(dòng)控制自耦變壓器減壓起動(dòng)控制電路。它與圖3-15的主要區(qū)別在于，禾U用時(shí)間繼電器 KT的兩對(duì)延時(shí)觸頭，代替了中間繼電器KA的常閉和常開觸頭，并去掉按鈕SB2。其工作原理不再分析。L2L3VI1 帀1-X|U12KM 3、UL3FU2S-KN2KN3W13THKT'10 rKNI1ti 口 nEMI6KTK711圖3-16時(shí)間繼電器控制自耦變壓器減壓起動(dòng)控制電路自耦變壓器減壓起動(dòng)方法適用于起動(dòng)容量較大(14-300KW ),正常工作時(shí)接成星形或三角形

11、的電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可以通過改變抽頭的連接位置得到改變。但它的缺點(diǎn)是自耦變壓器價(jià)格較貴，而且不允許頻繁起動(dòng)。三、星形三角形（丫厶）轉(zhuǎn)換減壓起動(dòng)控制電路凡是在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)定子繞組作連接的三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)均可采用Y-轉(zhuǎn)換減壓 起動(dòng)方法。起動(dòng)時(shí)，把定子繞組接成Y，以降低起動(dòng)電壓，限制起動(dòng)電流，待轉(zhuǎn)速上升到一定值時(shí)，將定子繞組改接成,使電動(dòng)機(jī)在全壓下運(yùn)行。Y-轉(zhuǎn)換減壓起動(dòng)控制電路常采用兩種形式，一是按鈕控制的Y 轉(zhuǎn)換減壓起動(dòng)控制電路；二是時(shí)間繼電器控制的Y A轉(zhuǎn)換減壓起動(dòng)控制電路。圖3-17為按鈕控制的Y 轉(zhuǎn)換減壓起動(dòng)控制電路，適用于13kw以上的電動(dòng)機(jī)。電路工作原理如下：先合上電源開關(guān)QS,按下起動(dòng)按

12、鈕SB1，接觸器KM和KMy （不常用此種形式文字符號(hào)來表示不同的電器元件，但為區(qū)分不同功能的器件時(shí)也可以使用）線圈同時(shí)得電，KMy主觸頭閉合，把電動(dòng)機(jī)繞組接成Y形，KM主觸頭閉合接通電動(dòng)機(jī)電源，使電動(dòng)機(jī)M接成Y形減壓起動(dòng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到一定值時(shí)，按下起動(dòng)按鈕SB2, SB2常閉觸頭先分?jǐn)啵袛?KMy線圈回路，SB2常開觸頭后閉合，使 KM 線圈得電，電動(dòng)機(jī) M被 接成運(yùn)行，整個(gè)起動(dòng)過程完成。當(dāng)需要電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)，按下停止按鈕SB3即可。iri p Vi 圖3-17按鈕接觸器控制 Y- 轉(zhuǎn)換減壓起動(dòng)控制電路圖3-18為時(shí)間繼電器控制的Y轉(zhuǎn)換減壓起動(dòng)控制電路。其工作原理如下：先合上電源開關(guān)Q

13、S，按下起動(dòng)按鈕 SB1，接觸器KM y和時(shí)間繼電器 KT線圈同時(shí)得電，其中KMy 的主觸頭閉合，把電動(dòng)機(jī)繞組接成“Y”形；其輔助常開觸頭的閉合使接觸器KM線圈得電，KM主觸頭閉合，此時(shí)電動(dòng)機(jī)M被接成“ Y”形起動(dòng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到一定值時(shí)，KT延時(shí)也結(jié)束，KT的通電延時(shí)斷開常閉觸頭分?jǐn)?，KMy和KT相繼失電，接觸器 KM 得電，電動(dòng)機(jī)被接成“ ”運(yùn)行。三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)采用Y-轉(zhuǎn)換減壓起動(dòng)時(shí)，定子繞組Y接法時(shí)的起動(dòng)電壓為直接采用接法時(shí)起動(dòng)電壓的1/.3，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Y接法時(shí)為接法時(shí)的1/3，起動(dòng)電流Y接法也為接法的1/3。與自耦變壓器減壓起動(dòng)相比，成本低、電路簡(jiǎn)單，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小。 因此，這種

14、起動(dòng)方法，僅適用于空載或輕載狀態(tài)下起動(dòng)。z in 1FU2LI12L3圖3-18 時(shí)間繼電器控制的Y-轉(zhuǎn)換減壓起動(dòng)控制電路四、延邊三角形-三角形(-4-厶)轉(zhuǎn)換減壓起動(dòng)控制電路為解決Y -減壓起動(dòng)時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較低的問題，可采用(-)轉(zhuǎn)換減壓起動(dòng)。-轉(zhuǎn)換減壓起動(dòng)是一種既不用增加專用設(shè)備，又可得到較高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的起動(dòng)方法。這種減壓起動(dòng)方法是在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中，把定子繞組接成厶(定子繞組必須具有中間抽頭)，以便減小起動(dòng)電流，如圖 3-19 (a)所示；待電動(dòng)機(jī)起動(dòng)完畢后，再把定子繞組改接成接法全 壓運(yùn)行，如圖 3-19 (b)所示。當(dāng)電動(dòng)機(jī)定子繞組接成厶時(shí)，定子繞組可以看成一部分接成 Y圖 3-19(

15、a)中的 U1U3、V1V3、W1W3，另一部分接成厶圖 3-19( a)中的 U2U3、 V2V3、W2W3。星形接線部分的三個(gè)繞組是各相定子繞組的一部分，又兼做另一相定子繞組的減壓繞組，他的匝數(shù)越多，起動(dòng)時(shí)加在另一相定子繞組上的電壓就越低。因此，改變厶連接時(shí)定子繞組的抽頭比(即Z1與Z2之比)，就能夠改變相電壓的大小，從而改變起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小。但一般來說，電動(dòng)機(jī)的抽頭比已經(jīng)固定，所以只能在這些抽頭比的范圍內(nèi)作 有限的變動(dòng)。(a)延邊三角形接法(b)三角形接法圖3-19延邊三角形減壓起動(dòng)電動(dòng)機(jī)定子繞組的連接方式圖3-20為 轉(zhuǎn)換減壓起動(dòng)的控制電路。起動(dòng)時(shí)，按下起動(dòng)按鈕 SB2，接觸器KM1、KM3及時(shí)間繼電器 KT線圈通電，KM1、KM3主觸頭閉合，把電動(dòng)機(jī)接成 厶減壓起動(dòng), 待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到一定值時(shí)，時(shí)間繼電器KM3線圈斷電，其主觸頭復(fù)位，同時(shí)， 觸頭閉合，把電動(dòng)機(jī)接成全壓運(yùn)行。KT延時(shí)結(jié)束，其延時(shí)常閉觸頭斷開，使接觸器KT延時(shí)常開觸頭閉合，接觸器 KM2線圈得電，主口 QS VIIL2L3F