《電機(jī)與電氣控制應(yīng)用技術(shù)》課件項目六 三相異步電動機(jī)的基本控制線路

項目六三相異步電動機(jī)的

基本控制線路課題一三相異步電動機(jī)的點動與長動控制線路課題二三相異步電動機(jī)可逆控制線路課題三三相異步電動機(jī)的順序控制、多點控制、自動往返控制線路課題四三相異步電動機(jī)的起動控制線路課題五三相異步電動機(jī)制動控制線路課題六三相交流異步電動機(jī)調(diào)速控制線路實訓(xùn)常用三相異步電動機(jī)控制線路的分析課題一三相異步電動機(jī)的點動與長動控制線路學(xué)習(xí)目標(biāo)?熟悉三相異步電動機(jī)點動與長動的控制線路構(gòu)成及工作原理;?選用合適的低壓電器元件。在電氣控制系統(tǒng)中經(jīng)常使用按鈕開關(guān)作為主令電器對控制系統(tǒng)進(jìn)行操作控制,起動按鈕按下控制系統(tǒng)開始工作,起動按鈕松開系統(tǒng)停止工作,這種控制方式稱為點動控制;起動按鈕按下控制系統(tǒng)開始工作,起動按鈕松開系統(tǒng)繼續(xù)工作,直到停止按鈕按下系統(tǒng)停止工作,這種控制方式稱為長動控制或連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)控制。一、點動控制點動控制是指按下起動按鈕三相異步電動機(jī)得電起動運(yùn)轉(zhuǎn),松開起動按鈕三相異步電動機(jī)失電直至停轉(zhuǎn)。圖6-1點動控制線路上圖中左側(cè)部分為主回路,三相電源經(jīng)刀開關(guān)QS、熔斷器FU和接觸器KM的三對主觸點,接到三相異步電動機(jī)M的定子繞組上。主電路中流過的電流是三相異步電動機(jī)的工作電流,電流值較大。右側(cè)部分為控制電路,由按鈕SB和接觸器線圈KM串聯(lián)而成,控制電路電流較小。線路動作原理:(1)合上刀開關(guān)QS后,因沒有按下點動按鈕SB,接觸器KM線圈沒有得電,KM的主觸點斷開,三相異步電動機(jī)M不得電,所以不會起動。(2)按下點動按鈕SB后,控制回路中接觸器KM線圈得電,其主回路中的動合觸點閉合,三相異步電動機(jī)得電起動運(yùn)行。(3)松開按鈕SB,按鈕在復(fù)位彈簧作用下自動復(fù)位,斷開控制電路KM線圈,主電路中KM觸點恢復(fù)原來斷開狀態(tài),三相異步電動機(jī)斷電直至停止轉(zhuǎn)動?？刂七^程也可以用符號來表示,其方法規(guī)定為:各種電器在沒有外力作用或未通電的狀態(tài)記為“-”,電器在受到外力作用或通電的狀態(tài)記為“+”,并將它們的相互關(guān)系用線段“——”表示,線段的左邊符號表示原因,線段的右邊符號表示結(jié)果,自鎖狀態(tài)用在接觸器符號右下角寫“自”表示。那么,三相異步電動機(jī)直接起動控制線路控制過程就可表示如下:其中,SB+表示按下,SB-表示松開。該控制電路中,QS為刀開關(guān),不能直接給三相異步電動機(jī)M供電,只起到電源引入的作用。主回路熔斷器FU起短路保護(hù)作用,如發(fā)生三相電路的任兩相電路短路,短路電流將使熔斷器迅速熔斷,從而切斷主電路電源,實現(xiàn)對三相異步電動機(jī)的短路保護(hù)。二、長動控制長動控制是指按下按鈕后,三相異步電動機(jī)通電起動運(yùn)轉(zhuǎn),松開按鈕后,三相異步電動機(jī)仍繼續(xù)運(yùn)行,只有按下停止按鈕,三相異步電動機(jī)才失電直至停轉(zhuǎn)。長動與點動主要區(qū)別在于松開起動按鈕后,三相異步電動機(jī)能否繼續(xù)保持得電運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)。如果所設(shè)計的控制線路能滿足松開起動按鈕后,三相異步電動機(jī)仍然保持運(yùn)轉(zhuǎn),即完成了長動控制,否則就是點動控制。長動控制線路如圖6-2所示。圖6-2

長動控制線路

三、長動與點動綜合控制線路1.利用開關(guān)控制的長動和點動控制線路圖6-3利用開關(guān)控制的長動、點動線路

利用復(fù)合按鈕控制的長動和點動控制線路SB2為長動按鈕;SB3為點動按鈕,但需注意它是一個復(fù)合按鈕,使用了一對動合觸點和一對動斷觸點。

在點動控制中,按下點動按鈕SB3,它的動斷觸點先斷開接觸器的自鎖電路;動合觸點后閉合,接通接觸器線圈。松開SB3按鈕時,它的動合觸點先恢復(fù)斷開,切斷了接觸器線圈電源,使其斷電;而SB3的動斷觸點后閉合。圖6-4利用復(fù)合按鈕控制的長動、點動線路3.利用中間繼電器控制的長動和點動控制線路圖6-5利用中間繼電器控制的長動、點動線路上述線路能夠?qū)崿F(xiàn)長動和點動控制的根本原因,在于能否保證KM線圈得電后,自鎖支路被接通。能夠接通自鎖支路就可以實現(xiàn)長動,否則只能實現(xiàn)點動。課題二三相異步電動機(jī)可逆控制線路學(xué)習(xí)目標(biāo)?熟悉三相異步電動機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制線路構(gòu)成及工作原理;?選用合適的低壓電器元件。三相異步電動機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制也稱可逆控制,它在生產(chǎn)中可實現(xiàn)生產(chǎn)部件向正、反兩個方向運(yùn)動。對于三相籠型異步電動機(jī)來說,實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)控制只需改變其電源相序,即將主回路中的三相電源線任意兩相對調(diào)即可。常有兩種控制方式:一種是利用倒順開關(guān)(或組合開關(guān))改變相序,另一種是利用接觸器的主觸點改變相序。前者主要適用于不需要頻繁正、反轉(zhuǎn)的三相異步電動機(jī),而后者則主要適用于需要頻繁正、反轉(zhuǎn)的三相異步電動機(jī)。

圖6-6無互鎖的正、反轉(zhuǎn)控制線路二、接觸器互鎖正、反轉(zhuǎn)控制線路圖6-7

接觸器互鎖正、反轉(zhuǎn)控制線路

三、按鈕互鎖正、反轉(zhuǎn)控制線路圖6-8

按鈕互鎖正、反轉(zhuǎn)控制線路

四、雙重互鎖正、反轉(zhuǎn)控制線路雙重互鎖線路綜合了電氣互鎖和按鈕互鎖的優(yōu)點,是一種比較完善的既能實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)直接起動的要求,又具有較高安全可靠性的線路。圖6-9

雙重互鎖正、反轉(zhuǎn)控制線路課題三三相異步電動機(jī)的順序控制、多點控制、自動往返控制線路學(xué)習(xí)目標(biāo)?選擇合適的低壓電器元件以滿足控制要求;?熟悉順序控制、多點控制、自動往返控制線路的構(gòu)成及工作原理。在電氣控制中,經(jīng)常用到順序控制(使負(fù)載按設(shè)定的先后次序工作)、多點控制(在不同位置控制系統(tǒng)工作)、自動往返控制(借助位置開關(guān)實現(xiàn)兩地往復(fù)運(yùn)動)等滿足系統(tǒng)控制要求。一、順序控制線路順序控制是指生產(chǎn)機(jī)械中多臺三相異步電動機(jī)按預(yù)先設(shè)計好的次序先后起動或停止的控制。1.同時起動、同時停止的控制線路圖6-10同時起動、同時停止的控制線路圖6-10(a)為一個接觸器控制兩臺(或多臺)三相異步電動機(jī)的同時起動、同時停止控制線路,其不足之處是接觸器的主觸點通過兩臺(或多臺)三相異步電動機(jī)的定子電流,因而對其容量有一定的要求。圖6-10(b)、圖6-10(c)、圖6-10(d)為兩個(或多個)接觸器分別控制兩臺(或多臺)三相異步電動機(jī)的同時起動、同時停止控制線路。其中圖6-10(b)中只用一對接觸器動合觸點作“自鎖”,圖6-10(c)用兩對(或多對)接觸器動合觸點并聯(lián)作“自鎖”,圖6-10(d)用兩對(或多對)接觸器動合觸點串聯(lián)作“自鎖”。

圖6-11

順序起動、同時停止的控制線路

圖6-12

同時起動、順序停止的控制線路4.時間繼電器控制的順序起動控制線路在許多控制系統(tǒng)中,要求系統(tǒng)控制的三相異步電動機(jī)為自動順序起動,也就是當(dāng)用戶按下起動按鈕后第一臺三相異步電動機(jī)立刻起動,第二臺三相異步電動機(jī)是在第一臺三相異步電動機(jī)起動一段時間后自行起動不需要用戶操作相應(yīng)的控制開關(guān)。圖6-13

時間繼電器控制的順序起動線路

圖6-14

多點控制線路三、自動往復(fù)循環(huán)控制線路在實際應(yīng)用中,有些工作臺需要自動往復(fù)循環(huán)運(yùn)行,通常使用限位開關(guān)來控制三相異步電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換,從而實現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動的自動往復(fù)。圖6-15

自動往復(fù)循環(huán)控制線路圖6-16機(jī)械運(yùn)動的示意圖

課題四三相異步電動機(jī)的起動控制線路學(xué)習(xí)目標(biāo)?三相異步電動機(jī)降壓起動的原因;?三相異步電動機(jī)降壓起動的方法;?三相異步電動機(jī)降壓起動的控制線路。雖然三相交流異步電動機(jī)直接起動的控制線路結(jié)構(gòu)簡單,使用維護(hù)方便,但三相交流異步電動機(jī)的起動電流很大(約為正常工作電流的4~7倍),如果電源容量不比三相交流異步電動機(jī)容量大許多倍,則起動電流可能會明顯地影響同一電網(wǎng)中其他電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。因此,對于籠型異步電動機(jī)可采用定子串電阻(電抗)降壓起動、定子串自耦變壓器降壓起動、星形三角形降壓起動、延邊三角形降壓起動等方式來限制起動電流;而對于繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī),可采用轉(zhuǎn)子串電阻起動或轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動等方式以限制起動電流。一、定子串電阻降壓起動控制線路定子串電阻(電抗)降壓起動是指起動時,在三相異步電動機(jī)定子繞組上串聯(lián)電阻(電抗),起動電流在電阻上產(chǎn)生電壓降,使實際加到三相異步電動機(jī)定子繞組中的電壓低于額定電壓,待三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速上升到一定值后,再將串聯(lián)電阻(電抗)短接,使三相異步電動機(jī)在額定電壓下運(yùn)行。1.按鈕控制線路圖6-17按鈕控制三相異步電動機(jī)定子串電阻降壓起動線路

2.時間繼電器控制線路圖6-18

時間繼電器控制三相異步電動機(jī)定子串電阻降壓起動控制線路

圖6-19

定子串電阻降壓起動線路

1.手動控制線路手動控制三相異步電動機(jī)星形三角形降壓起動控制線路如下圖所示。圖中手動控制開關(guān)SA有兩個位置,分別是三相異步電動機(jī)定子繞組星形聯(lián)結(jié)和三角形聯(lián)結(jié)。線路動作原理為:起動時,將開關(guān)SA置于“起動”位置,三相異步電動機(jī)定子繞組被聯(lián)結(jié)成星形降壓起動,當(dāng)三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速上升到一定值后,再將開關(guān)SA置于“運(yùn)行”位置,使三相異步電動機(jī)定子繞組聯(lián)結(jié)成三角形,三相異步電動機(jī)全壓運(yùn)行。圖6-20手動控制星形三角形降壓起動控制線路

圖6-21接觸器控制星形三角形降壓起動線路

圖6-22

自動控制電動機(jī)星形三角形降壓起動線路

1.手動控制線路自耦變壓器降壓起動手動控制線路如下圖所示。圖中操作手柄有三個位置:“停止”、“起動”和“運(yùn)行”。操作機(jī)構(gòu)中設(shè)有機(jī)械連鎖機(jī)構(gòu),它使得操作手柄未經(jīng)“起動”位置就不可能扳到“運(yùn)行”位置,保證了籠型異步電動機(jī)必須先經(jīng)過起動階段以后才能投入運(yùn)行。圖6-23

自耦變壓器降壓起動手動控制線路線路動作原理為:當(dāng)操作手柄置于“停止”位置時,所有的動、靜觸點都斷開,籠型異步電動機(jī)定子繞組斷電,停止轉(zhuǎn)動。當(dāng)操作手柄向上推至“起動”位置時,起動觸點和中性觸點同時閉合,電流經(jīng)起動觸點流入自耦變壓器,再由自耦變壓器的65%(或85%)抽頭處輸出到籠型異步電動機(jī)的定子繞組,使定子繞組降壓起動。隨著起動的進(jìn)行,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升高到接近額定轉(zhuǎn)速附近,此時可將操作手柄扳到“運(yùn)行”位置,此時起動工作結(jié)束,籠型異步電動機(jī)定子繞組得到電網(wǎng)額定電壓,籠型異步電動機(jī)全壓運(yùn)行。停止時須按下SB按鈕,使失壓脫扣器的線圈斷電而造成銜鐵釋放,通過機(jī)械脫扣裝置將運(yùn)行觸點斷開,切斷電源,同時也使手柄自動跳回到“停止”位置,為下一次起動作準(zhǔn)備。2.自動控制線路依靠接觸器和時間繼電器實現(xiàn)自動控制的。其中,信號指示電路由變壓器和三個指示燈等組成,它們分別根據(jù)控制線路的工作狀態(tài)顯示“起動”、“運(yùn)行”和“停機(jī)”。圖6-24自耦變壓器降壓起動自動控制線路課題五三相異步電動機(jī)制動控制線路學(xué)習(xí)目標(biāo)?熟悉三相異步電動機(jī)制動常用的方法;?熟悉常用電磁制動原理;?三相異步電動機(jī)電磁的控制線路。

在生產(chǎn)過程中,有些生產(chǎn)機(jī)械往往要求三相異步電動機(jī)快速、準(zhǔn)確地停車,而三相異步電動機(jī)在脫離電源后由于機(jī)械慣性的存在,完全停止需要一段時間,這就要求對三相異步電動機(jī)采取有效措施進(jìn)行制動。三相異步電動機(jī)制動分兩大類:機(jī)械制動和電氣制動。機(jī)械制動是在三相異步電動機(jī)斷電后利用機(jī)械裝置對其轉(zhuǎn)軸施加相反的作用力矩(制動力矩)來進(jìn)行制動的。電磁抱閘就是常用方法之一,結(jié)構(gòu)上電磁抱閘由制動電磁鐵和閘瓦制動器組成。斷電制動型電磁抱閘在電磁線圈斷電時,利用閘瓦對三相異步電動機(jī)軸進(jìn)行制動;電磁鐵線圈得電時,松開閘瓦,三相異步電動機(jī)可以自由轉(zhuǎn)動。這種制動在起重機(jī)上被廣泛采用。電氣制動是使三相異步電動機(jī)停車時產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)子原來的實際旋轉(zhuǎn)方向相反的電磁力矩(制動力矩)來進(jìn)行制動的。常用的電氣制動有反接制動和能耗制動等。一、反接制動控制線路反接制動是指在三相異步電動機(jī)的原三相電源被切斷后,立即通上與原相序相反的三相交流電源,以形成與原轉(zhuǎn)向相反的電磁力矩,利用這個制動力矩使三相異步電動機(jī)迅速停止轉(zhuǎn)動。這種制動方式必須在三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速降到接近零時切除電源,否則三相異步電動機(jī)仍有反向力矩,可能會反向旋轉(zhuǎn),造成事故。圖6-25

三相異步電動機(jī)單向運(yùn)轉(zhuǎn)反接制動控制線路

圖6-26可逆運(yùn)行反接制動控制線路反接制動的優(yōu)點是制動迅速,但制動沖擊大,能量消耗也大,故常用于不經(jīng)常起動和制動的大容量三相異步電動機(jī)。二、能耗制動控制線路能耗制動是將運(yùn)轉(zhuǎn)的三相異步電動機(jī)脫離三相交流電源的同時,給定子繞組加一直流電源,以產(chǎn)生一個靜止磁場,利用轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流與靜止磁場的作用,產(chǎn)生反向電磁力矩而制動的。能耗制動時制動力矩大小與轉(zhuǎn)速有關(guān),轉(zhuǎn)速越高,制動力矩越大,隨轉(zhuǎn)速的降低制動力矩也下降,當(dāng)轉(zhuǎn)速為零時,制動力矩消失。

圖6-27時間原則控制的能耗制動控制線路2.速度原則控制的能耗制動控制線路圖6-28

速度原則控制的能耗制動控制線路能耗制動的優(yōu)點是制動準(zhǔn)確、平穩(wěn)、能量消耗小,但需要整流設(shè)備,故常用于要求制動平穩(wěn)、準(zhǔn)確和起動頻繁的容量較大的三相異步電動機(jī)。對于負(fù)載轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定的三相異步電動機(jī),用能耗制動時宜采用時間原則,因為此時對時間繼電器的延時時間較為固定;而對于能通過傳動機(jī)構(gòu)來反映三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速時,采用速度原則控制較為合適。課題六三相交流異步電動機(jī)調(diào)速控制線路學(xué)習(xí)目標(biāo)?掌握三相交流異步電動機(jī)常用的調(diào)速方法及各自優(yōu)缺點;?熟悉三相交流異步電動機(jī)常用調(diào)速原理;?三相交流異步電動機(jī)調(diào)速的控制線路。不同的生產(chǎn)機(jī)械在工作時需要三相交流異步電動機(jī)輸出不同的轉(zhuǎn)速以滿足生產(chǎn)需要。常用的方法是機(jī)械調(diào)速即齒輪、皮帶輪調(diào)速和電氣調(diào)速。三相交流異步電動機(jī)的電氣調(diào)速方法主要有變極調(diào)速、變阻調(diào)速和變頻調(diào)速等幾種。其中,變極調(diào)速是通過改變定子繞組的磁極對數(shù)來實現(xiàn)調(diào)速的;變阻調(diào)速是通過改變轉(zhuǎn)子電阻來實現(xiàn)調(diào)速的;變頻調(diào)速目前使用專用變頻器來實現(xiàn)三相交流異步電動機(jī)的變頻調(diào)速控制。一、變極調(diào)速控制線路變極調(diào)速是通過改變定子空間磁極對數(shù)的方式改變同步轉(zhuǎn)速,從而達(dá)到調(diào)速目的的。在恒定頻率情況下,三相交流異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速與磁極對數(shù)成反比,磁極對數(shù)增加一倍,同步轉(zhuǎn)速就下降一半,從而引起三相交流異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的下降。顯然,這種調(diào)速方法只能一級一級地改變轉(zhuǎn)速,而不能平滑地調(diào)速。雙速三相交流異步電動機(jī)定子繞組的結(jié)構(gòu)及接線方式如圖6-29所示。其中,圖6-29(a)為定子繞組結(jié)構(gòu)示意圖,改變接線方法可獲得兩種接法:圖6-29(b)為三角形接法,磁極對數(shù)為2對極,同步轉(zhuǎn)速為1500r/min,是一種低速接法;圖6-29(c)為雙星形接法,磁極對數(shù)為1對極,同步轉(zhuǎn)速為3000r/min,是一種高速接法。圖6-29雙速三相交流異步電動機(jī)定子繞組的結(jié)構(gòu)及接線方式

圖6-30

雙速三相交流異步電動機(jī)的手動調(diào)速控制線路線路動作原理為:

圖6-31

雙速三相交流異步電動機(jī)自動控制變極調(diào)速線路3.三速三相交流異步電動機(jī)調(diào)速線路三速三相交流異步電動機(jī)的定子槽安裝有兩套繞組,分別是三角形繞組和星形繞組,其結(jié)構(gòu)如圖6-32(a)所示。低速運(yùn)行按圖6-32(b)所示接線,定子繞組為三角形接法。中速運(yùn)行按圖6-32(c)所示接線,定子繞組為星形接法。高速運(yùn)行按圖6-32(d)所示接線,定子繞組為雙星形接法。圖6-32三速三相交流異步電動機(jī)的定子繞組接線圖

圖6-33三速三相交流異步電動機(jī)控制線路

交-交變頻器也稱為直接變頻器,它沒有明顯的中間濾波環(huán)節(jié),電網(wǎng)交流電被直接變成可調(diào)頻調(diào)壓的交流電。圖6-34

變頻器的方框圖交直交變頻器也稱為間接變頻器,它先將電網(wǎng)交流電轉(zhuǎn)換為直流電,經(jīng)過中間濾波環(huán)節(jié)之后,再進(jìn)行逆變才能轉(zhuǎn)換為變頻變壓的交流電。最基本的逆變電路是單相橋式逆變電路,它可以很好地說明逆變電路的變頻原理,其電路工作原理圖如下圖所示。圖6-35單相橋式變頻電路工作原理

實訓(xùn)常用三相異步電動機(jī)控制線路的分析一、任務(wù)目標(biāo)(1)掌握常見電氣控制系統(tǒng)設(shè)計過程及應(yīng)提交的相關(guān)材料。(2)掌握常見電氣控制系統(tǒng)故障現(xiàn)象及處理方法。二、預(yù)習(xí)要點常見電機(jī)控制線路工作原理,如何將理論變?yōu)閷嶋H操作,學(xué)以致用。三、實訓(xùn)設(shè)備四、實訓(xùn)內(nèi)容1.三相異步電動機(jī)單方向運(yùn)行帶點動的控制電路三相異步電動機(jī)單方向運(yùn)行帶點動控制的原理如圖6-36所示,其電路接線圖如圖6-37所示。工作過程如下:1)點動運(yùn)行(1)將手動開關(guān)SA打開,置于斷開位置。(2)按下起動按鈕SB,接觸器KM線圈得電吸合,其主觸頭閉合,三相異步電動機(jī)運(yùn)行。圖6-36電路原理圖圖6-37

電路接線圖(3)雖然KM線圈得電后接觸器KM輔助常開觸點也閉合,但因為KM輔助常開觸點與手動開關(guān)SA串聯(lián),而SA已打開使自鎖環(huán)節(jié)失去作用,一旦松開按鈕SB則KM線圈立即失電,主觸頭斷開,三相異步電動機(jī)停止運(yùn)行。2)正常運(yùn)行(1)將手動開關(guān)SA置于閉合位置。(2)按下起動按鈕SB,接觸器KM線圈得電并自鎖,其主觸頭閉合,三相異步電動機(jī)運(yùn)行。(3)將手動開關(guān)SA斷開,KM線圈失電,主觸頭立即斷開,三相異步電動機(jī)停止運(yùn)行。

圖6-38

三相異步電動機(jī)可逆運(yùn)行控制電路原理圖

(3)三相異步電動機(jī)正向(或反向)起動運(yùn)轉(zhuǎn)后,不必先按停止按鈕使三相異步電動機(jī)停止,