三相籠形異步電動機的能耗制動控制線路安裝.課件

1、項目單元13 三相籠形異步電動機的能耗制動控制線路安裝13.1訓(xùn)練目標(biāo) 1熟悉時間繼電器的結(jié)構(gòu)、原理及使用方法。 2掌握能耗制動控制線路原理。 3學(xué)會三相籠形異步電動機的能耗制動控制線路安裝13.2實訓(xùn)設(shè)備和器件 任務(wù)所需的實訓(xùn)設(shè)備和元件見表13-1。表13-1三相異步電動機能耗制動控制的實訓(xùn)設(shè)備和元件明細表代號名稱型號規(guī)格數(shù)量M三相異步電動機Y-112S-44kW、380V、接法、15.4A、1440r/min1QS組合開關(guān)HZ10-25/3三極、35A1FU1熔斷器RL1-60/25500V、60A、配熔體25A3FU2熔斷器RL1-15/4500V、15A、配熔體4A2KM交流接觸器CJ

2、10-2020A、線圈電壓380V2KT時間繼電器JS7-2A線圈電壓380V(代用)1FR熱繼電器JR16-20/3三極、20A、整定電流8.8A1SB按鈕LA4-3H保護式、500V、5A、按鈕數(shù)33V整流二極管2CZ3030A、600V1R制動電阻0.5、50W1XT端子板JD0-1020500V、10A、20節(jié)1主電路導(dǎo)線BVR-1.51.5mm2(70. 52mm)若干控制電路導(dǎo)線BVR-1.01 mm2 (70.43mm)若干13.3 相關(guān)知識項目學(xué)習(xí)情境1 能耗制動控制電路 所謂能耗制動，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，以產(chǎn)生靜止磁場，

3、利用轉(zhuǎn)子的機械能產(chǎn)生的感應(yīng)電流與靜止磁場的作用以達到制動的目的。根據(jù)能耗制動的時間原則，可用時間繼電器進行控制，也可根據(jù)能耗制動的速度原則，用速度繼電器進行控制。下面分別進行介紹。1按時間原則控制的單向運行的能耗制動控制線路 圖13-1為時間原則進行能耗制動控制電路。圖中KM1為單向運行接觸器，KM2為能耗制動接觸器，KT為時間繼電器，T為整流變壓器，VC為橋式整流電路。 電路工作情況：合上電源開關(guān)QS，按下正轉(zhuǎn)起動按鈕SB2，KM1通電并自鎖，電動機正常運行。若要停機，按下停止按鈕SB1，KM1斷電，電動機定子脫離三相電源，同時KM2通電并自鎖，將二相定子接入直流電源進行能耗制動，在KM2通

4、電同時KT也通電。電動機在能耗制動作用下轉(zhuǎn)速迅速下降，當(dāng)接近零時，KT延時時間到，其延時觸點動作，使KM2、KT相繼斷電，制動過程結(jié)束。 該電路中，將KT瞬動觸點與KM2自鎖觸點串接，是考慮時間繼電器斷線、松脫或機械卡住致使觸點不動作，不至于使KM2長期通電，造成電動機定子長期通入直流電源。圖13-1 時間原則能耗制動控制電路圖13-2 速度原則可逆運行能耗制動控制線路圖 13-3 單管能耗制動控制線路項目學(xué)習(xí)情境2 直流電動機的制動控制線路 與交流電動機相似，直流電動機的電氣控動方法有能耗制動、反接制動和再生發(fā)電制動等幾種方法。1能耗制動控制線路 能耗制動，在電動機具有較高轉(zhuǎn)速時，切斷其電樞

5、電源而保持其勵磁為額定狀態(tài)不變，這時電動機因慣性而繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，成為直流發(fā)電機。如果用一個電阻R使電樞回路成為閉路，則在此回路中產(chǎn)生電流和制動力矩，使拖動系統(tǒng)的動能轉(zhuǎn)化為電能并在轉(zhuǎn)子回路的電阻中以發(fā)熱型式消耗掉，故此種制動方式稱為能耗制動。由于能耗制動較為平穩(wěn)，故在機床的直流拖動中應(yīng)用較為廣泛。 圖13-4為直流電動機單向運行串兩級電阻起動，停車采用能耗制動的控制電路。圖中KM1為電源接觸器，KM2、KM3為起動接觸器，KM4為制動接觸器，KA1為過電流繼電器，KA2為欠電流繼電器，KA3為電壓繼電器，KT1、KT2為時間繼電器。 電路工作情況：電動機起動工作情況與圖8-3相同，停車時，按下停止按

6、鈕SB1，KM1斷電，切斷電樞直流電源。此時電動機因慣性，仍以較高的速度運轉(zhuǎn)，電樞兩端仍有一定電壓，并聯(lián)在電樞兩端的KA3經(jīng)自鎖觸點仍保持通電，使KM4通電，將電阻R4并接在電樞兩端，電動機實現(xiàn)能耗制動，轉(zhuǎn)速急劇下降，電樞電動勢也隨著下降，當(dāng)降至一定值時，KA3釋放，KM4斷電，電動機能耗制動結(jié)束。 2反接制動控制線路 反接制動是在保持勵為額定狀態(tài)不變，而將反極性的電源接到電樞繞組上，從而產(chǎn)生制動力矩，迫使電動機迅速停止的一種制動方法。與異步電動機相同，在反接制動時，要注意以下兩點：其一是要限制過大的制動電流，其二是要防止電動機反向再起動，其方法也與異步電動機相類似，采用限流電阻及采用速度繼電

7、器檢測速度信號。 圖13-5所示為他勵直流電動機反接制動控制原理圖。反接制動時，突然斷開正轉(zhuǎn)接觸器KM1主觸頭，并閉合反轉(zhuǎn)接觸器KM2主觸頭，于是直流電源便反接電樞兩端，于此同時，在電樞電路中接入外加制動電阻RZ，這是為了防止反接電流過大。圖中虛線箭頭表示電動機處于電動狀態(tài)時的電樞電流I和電磁轉(zhuǎn)矩M的方向，實線箭頭表示反接制動時的電樞電流I和制動轉(zhuǎn)矩MZ的方向。 反接制動時，電樞電流的方向發(fā)生了變化，轉(zhuǎn)矩M也因之反向，然而電動機因慣性原因，轉(zhuǎn)速方向未變，于是M與n反向，成為制動力矩，使電動機處于制動狀態(tài)。制動時的電樞電流值由電樞電壓與反電動勢之和建立的，因此數(shù)值較大，為使制動時的電樞電流在允許

8、值以內(nèi)，反接制動串入的制動電阻RZ要比能耗制動串入的制動電阻值幾乎大一倍。 反接制動的優(yōu)點是制動力矩大，制動快。缺點是制動準(zhǔn)確性差（準(zhǔn)確性由速度繼電器確定）、制動過程沖擊強烈，易損壞傳動零件。此外，反接制動時，電動機既吸取機械能又吸取電源電能，并將這兩部分能量消耗于電樞繞組的電阻RM和外加制動電阻RZ上，因此，能量消耗較大、不經(jīng)濟，所以，反接制動一般適用于不經(jīng)常起動與制動的場合。圖13-5 他勵直流電動機反接制動控制原理圖項目學(xué)習(xí)情境3 三相籠形異步電動機的轉(zhuǎn)速控制線路1雙速電動機定子繞組的聯(lián)接 圖13-6為4/2極的雙速異步電動機定子繞組接線示意圖，圖（a）將電動機定子繞組的U1、V1、W1

9、三個接線端接三相交流電源，而將電動機定子繞組U2、V2、W2三個接線端懸空，三相定子繞組接成三角形，這樣每相繞組中的、線圈串聯(lián)，電流方向如圖（a）中虛線箭頭所示，電動機以四極運行為低速。若將電動機定子繞組的U2、V2、W2三個接線端接三相交流電源，而將另外三個接線端U1、V1、W1連在一起，則原來三相定子繞組中的三角形接線立即變?yōu)殡p星形接線，此時每相繞組中的、線圈相互并聯(lián)，電動機便以兩極起動高速運行。2雙速感應(yīng)電動機按鈕控制的調(diào)速電路 圖13-7為雙速電動機按鈕控制電路。圖中KM1為聯(lián)接接觸器，KM2、KM3為雙Y聯(lián)接接觸器，SB2為低速按鈕，SB3為高速按鈕，HL1、HL2分別為低、高速指示

10、燈。 電路工作情況:合上電源形狀，按下起動按鈕SB2，KM1通電并自鎖，電動機作聯(lián)接，實現(xiàn)低速運行，HL1亮，需要高速運行時，按下SB3，KM2、KM3通電并自鎖，電動機接成雙Y聯(lián)接實現(xiàn)高速運行，HL2亮。 由于電路采用了SB2、SB3的機械互鎖和接觸器的電氣互鎖,能夠?qū)崿F(xiàn)低速運行直接轉(zhuǎn)換為高速，或由高速直接轉(zhuǎn)換為低速，無需再操作停止按鈕。圖13-7 雙速電動機按鈕控制電路圖13-6 雙速異步電動機定子繞組接線示意圖 3雙速感應(yīng)電動機手動變速和自動變速的控制電路 圖13-8為雙速電動機手動調(diào)速和自動加速控制電路。與圖13-7相比，引入了一個自動加速與手動變速選擇開關(guān)SA，時間繼電器KT、電源指

11、示燈HL1、低速指示燈HL2、高速指示燈HL3。 當(dāng)選擇手動變速時，將開關(guān)SA扳在M位置。時間繼電器KT電路切除，電路工作情況與圖10-3相同。當(dāng)需要自動加速工作時，將SA扳在A位位置。按下SB2，KM1通電并自鎖，同時KT相繼通電并自鎖，電動機按聯(lián)接低速起動運行，當(dāng)KT延時常閉觸點打開、延時常開觸點閉合時，KM1斷電，而KM2、KM3 電并自鎖，電動機便由低速自動轉(zhuǎn)換為高速運行，實現(xiàn)了自動控制。 當(dāng)SA置于M位置，僅按下低速起動按鈕SB2則可使電動機只作三角形接法的低速運行。 時間繼電器KT自鎖觸頭作用是在KM1線圈斷電后，KT仍保持通電，直至已進入高速運行即KM2、KM3線圈通電后，KT才

12、斷電，一方面使控制電路可靠工作；另一方面使KT只在換接過程中短時通電，減少KT線圈的能耗。圖13-8 雙速電動機手動調(diào)速和自動加速控制電路 矢量控制方式將供給異步電動機的定子電流從理論上分為兩部分：產(chǎn)生磁場的電流分量（磁場電流）和與磁場相垂直、產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量（轉(zhuǎn)矩電流）。該磁場電流、轉(zhuǎn)矩電流與直流電動機的磁場電流、電樞電流相當(dāng)。在直流電機中，利用整流子和電刷機械換向，使兩者保持垂直，并且可分別供電。對異步電動機來說，其定子電流在電動機內(nèi)部，利用電磁感應(yīng)作用，可在電氣上分解為磁場電流和垂直的轉(zhuǎn)矩電流。 矢量控制就是根據(jù)上述原理，將定子電流分解成磁場電流和轉(zhuǎn)矩電流，任意進行控制。兩者合成后，決

13、定定子電流大小，然后供給異步電動機。 矢量控制方式使交流異步電動機具有與直流電動機相同的控制性能。目前采用這種控制方式的變頻器已廣泛用于生產(chǎn)實際中。（3）各種控制方式的變頻器特性比較。 V/F控制變頻器的特點。它是最簡單的一種控制方式，不用選擇電動機，通用性優(yōu)良。與其他控制方式相比，在低速區(qū)內(nèi)電壓調(diào)整困難，故調(diào)速范圍窄，通常在10左右的調(diào)速范圍內(nèi)使用。急加速、減速或負載過大時，仰制過電流能力有限。不能精密控制電動機實際速度，不適合于同步運轉(zhuǎn)場合。 矢量控制變頻器的特點需要使用電動機參數(shù)，一般用做專用變頻器。調(diào)速范圍在1100以上。速度響應(yīng)性極高。適合于急加速、減速運轉(zhuǎn)和連續(xù)4象限運轉(zhuǎn)，能使用任

14、何場合。（4）變頻器的操作和顯示。一臺變頻器應(yīng)有可供用戶方便操作的操作器和顯示變頻器運行狀況及參數(shù)設(shè)定的顯示器。用戶通過操作器對變頻器進行設(shè)定及運行方式的控制。通用變頻器的操作方式一般有三種，即數(shù)字操作器、元城操作器和端子操作方式。變頻器的操作指令可以由此三處發(fā)出。 數(shù)字操作器和數(shù)字顯示器。新型變頻器幾乎均采用數(shù)字控制，使數(shù)字操作器可以對變頻器進行設(shè)定操作。如設(shè)定電動機的運行頻率、運轉(zhuǎn)方式、V/F類型、加減速時間等。數(shù)字操作器有若干個操作鍵，不同廠商生產(chǎn)的變頻器的操作器有很大的區(qū)別，但4個按鍵是不可少的，即運行鍵、停止鍵、上升鍵、和下降鍵。運行鍵控制電動機的啟動，停止鍵控制電動機的停止，上升鍵

15、或下降鍵可以檢索設(shè)定功能及改變功能的設(shè)定值。數(shù)字操作器作為人機對話接口，使得變頻器參數(shù)設(shè)定于顯示直觀清晰，操作簡單方便。 在數(shù)字操作器上，通常配有6位或4位數(shù)字顯示器，它可以顯示變頻器的功能代碼及各功能代碼的設(shè)定值。在變頻器運行前顯示變頻的設(shè)定值，在運行過程中顯示電動機的某一參數(shù)的運行狀態(tài)，如電流、頻率、轉(zhuǎn)速等。 遠程操作器。遠程操作器是一個獨立的操作單元，它利用計算機的串行通信功能，不僅可以完成數(shù)字操作器所具有的操作功能，而且可以實現(xiàn)數(shù)字操作器不能實現(xiàn)的一些功能，特別是在系統(tǒng)調(diào)試時，利用遠程操作器可以對各種參數(shù)進行監(jiān)視和調(diào)整，比數(shù)字操作器功能強，而且更方便。 變頻器的日益普及，使用場地相對分

16、散，遠距離集中控制是變頻器應(yīng)用的趨勢，現(xiàn)在的變頻器一般都具有標(biāo)準(zhǔn)的通信接口，用戶可以利用通信接口在遠處如中央控制室對變頻器進行集中控制，如參數(shù)設(shè)定、啟動/停止控制、速度設(shè)定和狀態(tài)讀取等。 端子操作。變頻器的端子包括電源接線端子和控制端子兩大類。電源接線端子包括三相電源輸入端子，三相電源輸出端子：直流側(cè)外接制動電阻用端子以及接地端子?？刂贫俗影l率指令模擬設(shè)定端子，運行控制操作輸入端子、報警端子、監(jiān)視端子。不同類型的變頻器端子的設(shè)置與排列有差別，但共同點很多，在后面變頻器應(yīng)用中再詳細介紹。 保護特性。過電壓及欠電壓保護、變頻器過熱保護、接地故障保護、短路保護、電動機過載保護和用PTC為傳感器的

17、電動機過熱保護等。 變頻器功能的方框圖。如圖13-7所示為變頻器內(nèi)部功能方框圖，此變頻器共有20多各控制端子，分為4類：輸入信號端子、頻率模擬設(shè)定輸入端子、監(jiān)視信號端子和通信端子。 DIN 1DIN6 為數(shù)字輸入端子，一般用于變頻器外部控制，其具體功能由相應(yīng)設(shè)置決定。例如出廠時設(shè)置DIN1為正向運行，DIN2為反向運行等，根據(jù)需要通過修改參數(shù)可改變功能。使用輸入信號端子可以完成對電動機的正反轉(zhuǎn)控制、復(fù)位、多級速度設(shè)定、自由停車、點動等控制操作。PTC端子用于電動機內(nèi)置PTC測溫保護，為PTC傳感器輸入端。 AIN1、AIN2為模擬信號輸入端子，分別作為頻率給定信號和閉環(huán)時反饋信號輸入。變頻器提

18、高了3種頻率模擬設(shè)定方式：外接電位器設(shè)定、010V 電壓設(shè)定和420mA 電流設(shè)定。當(dāng)用電壓或電流設(shè)定時，最大的電壓或電流對應(yīng)變頻器輸出頻率設(shè)定的最大值。變頻器有兩路頻率設(shè)定通道，開環(huán)控制時只用AIN1 通道，閉環(huán)控制時使用AIN2 通道作為反饋輸入，兩路模擬設(shè)定進行疊加。輸出信號的作用是對變頻器運行狀態(tài)的指示或向上位機提供這些信息， KA1、 KA2、 KA3 為繼電器輸出，其功能也是可編程的，如故障報警、狀態(tài)提示等。 AOUT1、 AOUT2 端子為模擬量輸出020mA信號，其功能也是可編程的，用于輸出指示運行頻率、電流等。 P+、N-為通信接口端子，是一個標(biāo)準(zhǔn)的RS-485接口，通過此通

19、信接口，可以實現(xiàn)對變頻器的遠程控制，包括運行/停止及頻率設(shè)定控制，也可以與端子控制進行組合完成對變頻器的控制。 變頻器可使用數(shù)字操作面板控制，也可使用端子控制，還可使用RS-485通信接口對其進行遠程控制。 應(yīng)用舉例。圖13-9為使用變頻器舉例。此線路實現(xiàn)電動機的正反向運行、調(diào)速和點動功能。圖13-9 變頻器內(nèi)部功能方框圖 根據(jù)功能要求，首先要對變頻器編程并修改參數(shù)。根據(jù)控制要求選擇合適的運行方式，如線性V/F控制，無傳感矢量控制等；頻率設(shè)定值信號源選擇模擬輸入。選擇控制端子的功能，將變頻器DIN1、DIN2、DIN 3和DIN 4端子分別設(shè)置為正轉(zhuǎn)運行、反轉(zhuǎn)運行、正向點動和反向點動功能。除此

20、之外還要設(shè)置如斜坡上升時間、斜坡下降時間等參數(shù)，更詳細的參數(shù)設(shè)定方法可查看變頻器使用手冊。 在圖13-10中，SB3、SB4為正、反向運行控制按鈕，運行頻率由電位器RP給定。SB5、SB6為正反向點動運行控制按鈕，點動運行頻率由變頻器內(nèi)部設(shè)置。按鈕SB1為總挺直控制 。圖13-10 使用變頻器的異步電動機可逆調(diào)速系統(tǒng)控制電路13.4訓(xùn)練內(nèi)容和步驟1訓(xùn)練內(nèi)容和控制要求 圖13-3是三相籠形異步電動機的能耗制動控制線路的電氣訓(xùn)練原理圖。在運轉(zhuǎn)中的三相異步電動機脫離電源后，立即給定子繞組通入直流電產(chǎn)生恒定磁場，則正在慣性運轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子繞組中的感生電流將產(chǎn)生制動力矩，使電動機迅速停轉(zhuǎn)，這就是能耗制動。主電路由QS、FU1、KM1和FR組成單向啟動控制環(huán)節(jié)；整流器V將C相電源整流，得到脈動直流電，由KM2控制通入電動機繞組，顯然KM1、KM2不得同時得電動作，否則將造成電源短路事故。輔助電路中由時間繼電器延時觸點來控制KM2的動作，而時間繼電器KT的線圈由KM2的常開輔助觸點控制。線路由SB1控制電動機慣性停機（輕按SB1）或制動（將SB1按到底）。制動電源通入電動機的時間長短由