電機控制與調速技術課件 項目一 交流電動機的控制與調速

電機控制與調速項目一

交流電動機的控制與調速【項目描述】

機械對電動機的運行要求不同，常用的有啟動、正反轉、調速、制動和互鎖等。為了實現(xiàn)這些要求，需要用各種電氣元件組成電力拖動控制系統(tǒng)。本項目主要讓學生熟悉交流電動機的調速技術，能根據工程需要，正確選用調速方法，通過訓練學會安裝并實現(xiàn)交流電動機的控制與調速?！鞠嚓P知識和技能】1.旋轉磁場旋轉速度：在交流電動機中，旋轉磁場相對定子的旋轉速度被稱為同步轉速，用n0表示。2.極對數（p）：3.轉差率S：轉速差(n0-n)與同步轉速n0的比值稱為異步電動機的轉差率，用表示S，即4.三相異步電動機轉速公式為：從三相異步電動機調速的本質來看，一種是改變交流電動機的同步轉速n0進行調速；另一種是改變轉差率s進行調速。目錄CONTENTS任務一、三相交流異步電動機的調速方法任務二、交流電動機常用調速電路任務三、交流電動機變頻調速技術任務一三相交流異步電動機的調速方法目錄CONTENTS【知識準備】

一、三相異步電動機結構和工作原理1.三相異步電動機結構。1.知道三相異步電動機工作原理。2.掌握三相異步電動機的調速方法分類。3.掌握每種調速方法工作原理、特點、使用場所、實現(xiàn)方法?！救蝿漳繕恕?.三相異步電動機工作原理（1）旋轉磁場三相異步電動機定子繞阻中的三相電流相序三相異步電動機定子產生的旋轉磁場（2）三相異步電動機工作過程二、三相異步電動機調速方法1.變極對數調速方法一對極二對極三相異步電動機的同步轉速旋轉磁場n0的旋轉速度與電流的頻率成正比而與磁級對數成反比2.變頻調速方法變頻調速是改變電動機定子電源的頻率，從而改變其同步轉速的調速方法。變頻調速系統(tǒng)主要設備是提供變頻電源的變頻器。變極對數調速特點：（1）具有較硬的機械特性，穩(wěn)定性良好；

（2）無轉差損耗，效率高；（3）接線簡單、控制方便、價格低；（4）有級調速，級差較大，不能獲得平滑調速；（5）可以與調壓調速、電磁轉差離合器配合使用，獲得較高效率的平滑調速特性。3.繞線式電動機轉子串電阻調速方法繞線式異步電動機轉子串入附加電阻，使電動機的轉差率加大，電動機在較低的轉速下運行。串入的電阻越大，電動機的轉速越低。變頻調速的特點：（1）效率高，調速過程中沒有附加損耗；（2）應用范圍廣，可用于籠型異步電動機；（3）調速范圍大，特性硬，精度高；（4）技術復雜，造價高，維護檢修困難。繞線式電動機轉子串電阻調速的特點：設備簡單，控制方便，但轉差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上，屬有級調速，機械特性較軟。4.串級調速方法串級調速的特點：

（1）轉子吸收的功率，可以回饋一部分給電網，效率高于串電阻調速；（2）設備費用較高，線路較復雜；（3）適合于高電壓、大容量繞線式異步電動機負載，如不可逆軋鋼機、礦井提升機等。串級調速是指在繞線式電動機轉子回路中串入可調節(jié)的附加電勢來改變電動機的轉差。5.定子調壓調速方法改變電動機的定子電壓時，可以得到一組不同的機械特性曲線，從而獲得不同轉速。調壓調速的主要裝置是一個能提供電壓變化的電源。帶閉環(huán)調節(jié)電壓系統(tǒng)框圖定子調壓調速的特點：（1）調壓調速線路簡單，易實現(xiàn)自動控制；（2）調壓過程中轉差功率以發(fā)熱形式消耗在轉子電阻中，低速時功率損耗較大，電動機發(fā)熱嚴重，效率較低。6.電磁調速電動機調速方法電磁調速電動機由籠型電動機、電磁轉差離合器和直流勵磁電源(控制器)三部分組成。電樞與電動機轉子同軸聯(lián)接；磁極用聯(lián)軸節(jié)與負載軸對接。電磁調速電動機的調速特點：（1）裝置結構及控制線路簡單、運行可靠、維修方便；（2）調速平滑、無級調速；（3）對電網無諧波影響；（4）適用于中、小功率，要求平滑動、短時低速運行的生產機械?！救蝿諏嵤?.工具。測電筆、螺絲刀、尖嘴鉗、斜口鉗、剝線鉗、電工刀等。一、工具、儀表及電氣元件2.儀表。ZC7（500V）型兆歐表、DT-9700型鉗形電流表、MF500型萬用表（或數字萬用表DT980）。代號名稱型號規(guī)格數量M三相異步電動機Y112M-44kW、380V、△聯(lián)結、8.8A、1440r/min13.電器元件1.觀察三相異步電動機，說出其組成。2.交流電動機工作原理分析。3.列出交流電動機轉速公式，分析與轉速相關的因素。4.說出交流電動機的常用調速方法及特點，分析其應用場合。二、訓練步驟及工藝要求三、注意事項電動機必須安放平穩(wěn)，電動機及按鈕金屬外殼必須可靠接地。

三相異步電動機的啟動過程是指三相異步電動機從接入電網開始轉動時起，到達額定轉速為止這一段過程。【任務總結】

三相異步電動機在啟動時啟動轉矩并不大，但轉子繞組中的電流I很大，通?？蛇_額定電流的4～7倍，從而使得定子繞組中的電流相應增大為額定電流的4～7倍。這么大的啟動電流將帶來下述不良后果：1.啟動電流過大使電壓損失過大，啟動轉矩不夠使電動機根本無法啟動。2.使電動機繞組發(fā)熱，絕緣老化，從而縮短了電動機的使用壽命。3.造成過流保護裝置誤動作、跳閘。4.使電網電壓產生波動，進而形成影響連接在電網上的其他設備的正常運行。

電動機啟動時，在保證一定大小的啟動轉矩的前提下，還要求限制啟動電流在允許的范圍內。任務二交流電動機常用調速電路目錄CONTENTS【知識準備】一、低壓用電器的相關知識（一）自動空氣開關【任務目標】1.了解電動機的啟動、制動、調速原理。2.掌握交流電動機調速控制線路的安裝與調試。自動空氣開關又稱低壓斷路器，是一種既有手動開關作用，又能自動進行失壓、欠壓過載和短路保護的電器?？捎脕矸峙潆娔?，不頻繁地啟動異步電機，對電源線路及電動機等實行保護，當它們發(fā)生嚴重的過載或短路及欠電壓等故障時能自動切斷電路。1.基本結構及動作原理當電路發(fā)生短路或嚴重過載時，過電流脫扣器的銜鐵被吸合，使自動脫扣器機構動作；當電路過載時，過載脫扣器的熱元件產生的熱量增加，使雙金屬片向上彎曲，推動自動脫扣器機構動作；當電路失壓時，失壓脫扣器的銜鐵釋放，也使自動脫扣器機構動作。2.符號

QF（二）漏電保護器漏電保護器是一種電氣安全裝置。將漏電保護器安裝在低壓電路中，當發(fā)生漏電和觸電時，且達到保護器所限定的動作電流值時，就立即在限定的時間內動作自動斷開電源進行保護。1.基本結構及動作原理(1)檢測元件。由零序互感器組成，檢測漏電電流，并發(fā)出信號。(2)放大環(huán)節(jié)。將微弱的漏電信號放大，按裝置不同（放大部件可采用機械裝置或電子裝置），構成電磁式保護器或電子式保護器。(3)執(zhí)行機構。收到信號后，主開關由閉合位置轉換到斷開位置，從而切斷電源，是被保護電路脫離電網的跳閘部件。QS2.符號（三）熔斷器1.基本結構及動作原理熔斷器是低壓電路及電動機控制線路中一種最簡單的過載和短路保護電器。主要由熔體和安裝熔體的熔器所組成。2.符號封閉管式熔斷器螺旋式熔斷器圖FU（四）按鈕開關按鈕又稱控制按鈕或按鈕開關。它只能短時接通或分斷5A以下的小電流電路，向其它電器發(fā)出指令性的電信號，控制其它電器動作。由于按鈕載流量小，不能直接用于控制主電路的通斷。按鈕開關1.基本結構按鈕開關結構示意圖2.符號SB（a）常開按鈕SB（b）常閉按鈕SB（c）復合按鈕（五）交流接觸器接觸器是一種用來頻繁接通和斷開交、直流主電路及大容量控制電路的自動切換電器。它具有低壓釋放保護功能，可進行頻繁操作，實現(xiàn)遠距離控制，是電力拖動自動控制線路中使用最廣泛的電器元件。1.基本結構2.工作原理交流接觸器有兩種工作狀態(tài)，即得電狀態(tài)和失電狀態(tài)。當線圈得電后，線圈產生磁場，使靜鐵心產生電磁吸力，將銜鐵吸合。銜鐵帶動動觸頭動作，使常閉觸頭斷開，常開觸頭閉合，分斷或接通相關電路。當線圈失電時，電磁吸力消失，銜鐵在反作用彈簧的作用下釋放，各觸頭隨之復位。3．符號（a）線圈圈

KM（b）主觸點

KM(c)常開輔助觸點

KM

(d)常閉輔助觸點KM二、三相異步電動機常用啟動、調速、制動等電氣控制方法1.三相異步電動機Y-△降壓啟動控制線路Y-△降壓啟動是指電動機啟動時，把定子繞組接成Y形，以降低啟動電壓，限制啟動電流。待電機啟動后，再把定子繞組該接成△形，使電動機全壓運行。

1）:根據電路原理圖分析工作原理2）:講述降壓啟動工作原理（1）合上開關QS（2）按下SB2啟動（3）按下SB1停止按下SB1啟動過程2.三相異步電動機的制動控制線路當電動機切斷交流電源后，立即在任意兩組定子繞組中通入直流電，迫使電動機迅速停轉的方法稱為能耗制動。能耗制動特點：（1）制動作用的強弱與直流電流的大小和電動機轉速有關，在同樣的轉速下電流越大制動作用越強。一般取直流電流為電動機空載電流的3～4倍，過大會使定子過熱。（2）電動機能耗制動時，制動轉矩隨電動機的慣性轉速下降而減小，故制動平穩(wěn)且能量消耗小。（3）一般在重型機床中常與電磁抱閘配合使用，先能耗制動，待轉速降至一定值時，再令抱閘動作，可有效實現(xiàn)準確、快速停車。（4）能耗制動一般用于制動要求平穩(wěn)準確、電動機容量大和起制動頻繁的場合。1）根據電路原理圖分析工作原理2）講述能耗制動工作原理合上電源開關QS，按下SB1，KM1線圈得電，KM1自鎖觸頭閉合，KM1主觸頭閉合，KM1聯(lián)鎖觸頭分斷；按下SB2，KM1線圈失電，KM1自鎖觸頭分斷，KM1主觸頭分斷，KM1聯(lián)鎖觸頭閉合，KM2線圈得電，KT線圈得電，KM2自鎖觸頭閉合，KM2主觸頭分斷閉合，電動機半波能耗制動，KM2聯(lián)鎖觸頭分斷，KT瞬時閉合觸頭閉合，松開SB2，KT延時斷開觸頭延時分斷，KM2線圈失電，KT線圈失電，各觸頭復位。3.籠型雙速三相異步電動機的控制電路雙速電機的變速采用改變繞組的連接方式，也就是說用改變電機旋轉磁場的磁極對數P來改變它的轉速。一般情況下，雙速電機低速是接成三角形。高速時接成雙星形。1）根據電路原理圖分析工作原理籠型雙速三相異步電動機的控制電路2)講述降壓啟動工作原理（1）工作原理：合上開關QS。（2）啟動：按SB2→KM1線圈得電吸合→KM主觸點閉合→M低速啟動運轉。（3）4s后：KT延時觸頭斷開→KM1失電→KM3得電→KM2得電→高速運動。（4）停止：按下SB1→控制回路干路斷開→所有線圈失電→M停止。4.繞線式電動機轉子回路串接電阻器調速控制線路繞線式三相異步電動機轉子繞組與定子繞組相似，也是一個對稱的三相繞組，一般接成星形，三個出線頭接到轉軸的三個集電環(huán)（滑環(huán)）上，再通過電刷與外電路聯(lián)接。繞線式異步電動機的轉子接線圖繞線式三相異步電動機可以在轉子回路中串入電阻進行啟動，這樣就減小了啟動電流。一般采用啟動變阻器啟動，啟動時全部電阻串入轉子電路中，隨著電動機轉速逐漸加快，利用控制器逐級切除啟動電阻，最后將全部啟動電阻從轉子電路中切除。適用于中小功率低壓電動機。【任務實施】一、工具、儀表及電氣元件1.工具。測電筆、螺絲刀、尖嘴鉗、斜口鉗、剝線鉗、電工刀等。2.儀表。ZC7（500V）型兆歐表、DT-9700型鉗形電流表、MF500型萬用表（或數字萬用表DT980）代號名稱型號規(guī)格數量M三相異步電動機YR2-112M380V，15.6A1QS組合開關HZ10-25/3三極、25A1FUl熔斷器RL1-60/25500V、60A、配熔體25A3FU2熔斷器R-15/2500V、15A、配熔體2A2KM1~KM4交流接觸器CJTI-1020A、線圈電壓380V4FR熱繼電器JR16-20/3三極、20A、整定電流15.6A1R1-B9電阻

9R三相可調電阻

1SB1-SB5按鈕LA10-3H保護式、380V、5A、按鈕數32XT端子板JX2-101380V、10A、15節(jié)13.器材（表1-4）。表1-4元器件明細表二、訓練步驟及工藝要求（一）電氣原理圖識讀與分析（二）電器元件安裝固定

1.清點、檢查器材元件;2.設計繞線式電動機轉子回路串電阻器調速控制線路電器布置圖;3.根據電氣安裝工藝規(guī)范安裝固定元器件。（三）電氣控制電路連接1.設計繞線式電動機轉子回路串電阻器調速控制線路電氣接線圖;2.按電氣安裝工藝規(guī)范實施電路布線連接。（四）電氣控制電路通電試驗、調試排故1.安裝完畢的控制線路板，必須按要求進行認真檢查，確保接線無誤后才允許通電試車。

2.經指導教師復查認可，且在場監(jiān)護的情況下進行通電校驗。3.若在校驗過程中出現(xiàn)故障，學生應獨立進行調試、排故。4.斷開電源，等電機停轉后，先拆除三相電源線，再拆除電動機接線，然后整理訓練場地，恢復原狀。任務3交流電動機變頻調速技術【任務目標】1.掌握變頻器的面板功能的設置方法；2.了解變頻器的使用方法，學會變頻器的接線方法。【任務分析】通過熟悉變頻器面板控制進一步學習參數設置，著重于變頻器的接線。通過典型任務掌握用PLC實現(xiàn)變頻器的多段速運行控制?！局R準備】三菱FR-A740變頻器簡介1.FR-A740變頻器的安裝和接線FR-A700系列變頻器是一種高性能變頻器。FR-EA40-0.75K-CHT型變頻器，該變頻器額定電壓等級為三相400V，適用電機容量0.75kW及以下的電動機。FR-A740系列變頻器控制電路的接線如圖所示?？刂齐娐份斎攵俗拥墓δ苷f明種類端子編號端子名稱端子功能說明接點輸入STF正轉啟動STF信號ON時為正轉、OFF時為停STF、STR信號同時ON時變成停止指令。STR反轉啟動STR信號ON時為反轉、OFF時為停止指令。RHRMRL多段速度選擇用RH、RM和RL信號的組合可以選擇多段速度MRS輸出停止MRS信號ON（20ms或以上）時，變頻器輸出停止。用電磁制動器停止電機時用于斷開變頻器的輸出。RES復位用于解除保護電路動作時的報警輸出。請使RES信號處于ON狀態(tài)0.1秒或以上，然后斷開。初始設定為始終可進行復位。但進行了Pr.75的設定后，僅在變頻器報警發(fā)生時可進行復位。復位時間約為1秒。SD接點輸入公共端（漏型）（初始設定）接點輸入端子（漏型邏輯）的公共端子。外部晶體管公共端（源型）源型邏輯時當連接晶體管輸出（即集電極開路輸出）、例如可編程控制器（PLC）時，將晶體管輸出用的外部電源公共端接到該端子時，可以防止因漏電引起的誤動作。DC24V電源公共端DC24V0.1A電源（端子PC）的公共輸出端子。與端子5及端子SE絕緣。PC外部晶體管公共端（漏型）（初始設定）漏型邏輯時當連接晶體管輸出（即集電極開路輸出）、例如可編程控制器（PLC）時，將晶體管輸出用的外部電源公共端接到該端子時，可以防止因漏電引起的誤動作。接點輸入公共端（源型）接點輸入端子（源型邏輯）的公共端子。DC24V電源可作為DC24V、0.1A的電源使用。頻率設定10頻率設定用電源作為外接頻率設定（速度設定）用電位器時的電源使用。（按照Pr.73模擬量輸入選擇）2頻率設定（電壓）如果輸入DC0～5V（或0～10V），在5V（10V）時為最大輸出頻率，輸入輸出成正比。通過Pr.73進行DC0～5V（初始設定）和DC0～10V輸入的切換操作。4頻率設定（電流）若輸入DC4～20mA（或0～5V，0～10V），在20mA時為最大輸出頻率，輸入輸出成正比。只有AU信號為ON時端子4的輸入信號才會有效（端子2的輸入將無效）。通過Pr.267進行4～20mA（初始設定）和DC0～5V、DC0～10V輸入的切換操作。電壓輸入（0～5V/0～10V）時，請將電壓／電流輸入切換開關切換至“V”。5頻率設定公共端頻率設定信號（端子2或4）及端子AM的公共端子。請勿接大地。控制電路接點輸出端子的功能說明種類端子記號端子名稱端子功能說明繼電器A、B、C繼電器輸出（異常輸出）指示變頻器因保護功能動作時輸出停止的1c接點輸出。異常時：B-C間不導通（A-C間導通），正常時：B-C間導通（A-C間不導通）。集電極開路RUN變頻器正在運行變頻器輸出頻率大于或等于啟動頻率（初始值0.5Hz）時為低電平，已停止或正在直流制動時為高電平。FU頻率檢測輸出頻率大于或等于任意設定的檢測頻率時為低電平，未達到時為高電平。SE集電極開路輸出公共端端子RUN、FU的公共端子。模擬AM模擬電壓輸出可以從多種監(jiān)示項目中選一種作為輸出。變頻器復位中不被輸出。輸出信號與監(jiān)示項目的大小成比例。輸出項目：輸出頻率（初始設定）控制電路網絡接口的功能說明種類端子記號端子名稱端子功能說明RS-485——PU接口通過PU接口，可進行RS-485通迅。?標準規(guī)格：EIA-485（RS-485）?傳輸方式：多站點通訊?通訊速率：4800～38400bps?總長距離：500mUSB——USB接口與個人電腦通過USB連接后，可以實現(xiàn)FRConfigurator的操作。?接口：USB1.1標準?傳輸速度：12Mbps?連接器：USB迷你-B連接器（插座：迷你-B型）【任務實施】

一、工具、儀表及電氣元件1.工具:測試筆、螺釘旋具、斜口鉗、尖嘴鉗、剝線鉗、電工刀等。2.儀表:MF47型萬用表、5050型兆歐表。3.器材:變頻器(FR-A700)，三相異步電動機(200W)一臺二、訓練步驟（一）卸下螺釘，拆下變頻器的外殼。（二）在教師的指導下，仔細觀察變頻器的結構，了解各組成部分的名稱及作用。（三）根據下面的例子來設定、調試變頻器。1.變頻器的操作面板的操作訓練（1）熟悉FR-A700系列的操作面板（2）變頻器的運行模式FR-E700系列變頻器通過參數Pr.79的值來指定變頻器的運行模式，設定值范圍為0，1，2，3，4，6，7；這7種運行模式的內容以及相關LED指示燈的狀態(tài)如表所示。變頻器出廠時，參數Pr.79設定值為0。當停止運行時用戶可以根據實際需要修改其設定值。修改Pr.79設定值的一種方法是：按MODE鍵使變頻器進入參數設定模式；旋動M旋鈕，選擇參數Pr.79，用SET鍵確定之；然后再旋動M旋鈕選擇合適的設定值，用SET鍵確定之；兩次按MODE鍵后，變頻器的運行模式將變更為設定的模式。2.常用參數設置訓練

（1）輸出頻率的限制（Pr.1、Pr.2、Pr.18）為了限制電機的速度，應對變頻器的輸出頻率加以限制。用Pr.1“上限頻率”和Pr.2“下限頻率”來設定，可將輸出頻率的上、下限位。當在120Hz以上運行時，用參數Pr.18“高速上限頻率”設定高速輸出頻率的上限。（2）加減速時間（Pr.7、Pr.8、Pr.20、Pr.21）參數號參數意義出廠設定設定范圍備

注Pr.7加速時間5s0～3600/360s根據Pr.21加減速時間單位的設定值進行設定。初始值的設定范圍為“0～3600秒”、設定單位為“0.1秒”Pr.8減速時間5s0～3600/360sPr.20加/減速基準頻率50Hz1～400Hz

Pr.21加/減速時間單位00/10:0～3600s；單位：0.1s1:0～360s；

單位：0.01s設定說明：①用Pr.20為加/減速的基準頻率，在我國就選為50Hz。②Pr.7加速時間用于設定從停止到Pr.20加減速基準頻率的加速時間。③Pr.8減速時間用于設定從Pr.20加減速基準頻率到停止的減速時間。（3）多段速運行模式的操作變頻器在外部操作模式或組合操作模式2下，變頻器可以通過外接的開關器件的組合通斷改變輸入端子的狀態(tài)來實現(xiàn)。FR-A740變頻器的速度控制端子是RH、RM和RL。通過這些開關的組合可以實現(xiàn)3段、7段的控制。轉速的切換：由于轉速的檔次是按二進制的順序排列的，故三個輸入端可以組合成3檔至7檔（0狀態(tài)不計）轉速。其中，3段速由RH、RM、RL單個通斷來實現(xiàn)。7段速由RH、RM、RL通斷的組合來實現(xiàn)7段速的各自運行頻率則由參數Pr.4-Pr.6（設置前3段速的頻率）、Pr.22-Pr.27（設置第4段速至第7段速的頻率）三、注意事項1.根據實際情況使學生了解變頻器的基本結構及預置的基本方法。2.觀察變頻器的結構時，切勿用手觸摸電路板，以免損壞芯片。3.預置完成后，可通電進行試驗，但必須在教師的監(jiān)護下進行，以免損壞變頻器，確保用電安全?！救蝿湛偨Y】變頻器參數設置和外圍接線是學習變頻器使用的基礎，通過多段速控制電機典型任務的實施，使學員進一步熟練掌握面板設置參數的流程和方法，在此基礎上學有余力的學生可以根據自身情況熟悉其他參數的設置。任務4PLC實現(xiàn)變頻器調速應用實例【任務目標】

【任務分析】本項目對電動機進行速度控制，要求實電動機三速運行。電動機三種轉速按順序執(zhí)行，運行時按停止按鈕隨時停機，屬順序控制。電動機轉速可用PLC控制變頻器來實現(xiàn)。三種轉速可用變頻器多段速度參數Pr.4、Pr.5、Pr.6來預置，由PLC分別給RH、RM、RL端子開關信號來選擇速度?！局R準備】1.變頻器的七段調速變頻器7段速度與速度參數及RH、RM、RL組合的關系如表所示：速度參數速度端子狀態(tài)RHRMRL速度1Pr.4100速度2Pr.5010速度3Pr.6001速度4Pr.24011速度5Pr.25101速度6Pr.26110速度7Pr.27111備注“1”表示外接開關接通，“0”表示外接開關斷開2.用PLC控制變頻器實現(xiàn)調速的方法用變頻器進行調速，可將變頻器的調速參數預先內部設定，再用變頻器的調速輸入端子進行選擇切換，用PLC進行控制時，PLC的輸出端子控制變頻器的調速輸入端子，通過運行PLC程序實現(xiàn)控制。用PLC來控制時，只需用PLC的輸出端子控制變頻器的RH、RM、RL調速輸入端子，通過運行PLC程序即可實現(xiàn)控制。