02_继电接触器与电动机的电气控制

第2章 继电接触器与电动机的电气控制,返回总目录,在电力拖动自动控制系统中，各种生产机械均由电动机来拖动。不同的生产机械，对电动机的控制要求也是不同的。电器控制线路能实现对电动机的启动、停止、点动、正反转、制动等运行方式的控制，以及必要的保护，满足生产工艺要求，实现生产过程自动化。随着我国经济的发展，对电力拖动系统的要求不断提高。在现代化的控制中采用了许多新的控制装置和电器元件，如MP、MC、PC、晶闸管等用以实现复杂的生产过程的自动控制。但 目前在我国，电器控制仍是应用最基本、最广泛的。 任何简单的、复杂的电器控制线路，都是按照一定的控制原则，由基本的控制环节组成的。掌握这些基本的控制线路环节是学习电器控制的基础，特别是对生产机械整个电气控制线路工作原理的分析与设计有很大的帮助。本章着重阐明组成电器控制线路的基本原则和基本环节以及三相异步电机的启、制动电气控制线路的设计方法。,本章内容, 2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则 2.2 电气控制的基本环节及规律 2.3 三相异步电动机的启动控制 2.4 三相异步电动机的制动控制 思考题与习题,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,由按钮、开关、接触器、继电器等有触点的低压控制电器所组成的控制线路叫做电气控制线路。由于其具有线路简单、维修方便、便于掌握、价格低廉等优点，一直获得广泛应用。 电器控制线路的表示方法有电气原理图、安装接线图和电器布置图3种。,2.1.1 电器控制线路常用的图形、文字符号 电器控制线路图是工程技术的通用语言，为了便于交流与沟通，在电器控制线路中，各种电器元件的图形、文字符号必须符合国家的标准。为了便于掌握引进技术和先进设备，便于国际交流和满足国际市场的需要，国家标准局参照国际电工委员会(IEC)公布的有关文件，制定了我国电气设备有关国家标准，采用新的图形和文字符号及回路标号，颁布了GB/T4728-2000电气图用图形符号、GB6988-87电气制图和GB7159-87电气技术中的文字符号制定通则。表2-1列出了常用电气图形、文字符号表，以供参考。 主电路标号由文字符号和数字组成。文字符号用以标明主电路的元件或线路的主要特征；数字标号用以区别电路不同线段。三相交流电源引入线采用L1、L2、L3标号，电源开关之后的三相交流电源主电路分别标U、V、W。 控制电路由3位以上的数字组成，交流控制电路的标号一般以主要压降元件(如电器元件线圈)为分界，左侧用奇数标号，右侧是偶数标号。直流控制电路中正极按奇数标号，负极按偶数标号。,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,表2-1 常用电气图形、文字符号表,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,KT,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,继电器,KU,相应线圈 符号,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,文字符号,ZD,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,2.1.2 电气原理图 电气原理图是根据工作原理而绘制的，具有结构简单、层次分明、便于研究和分析电路的工作原理等优点。在各种生产机械的电器控制中，无论在设计部门或生产现场均得到广泛的应用。 绘制电气原理图应遵循以下原则。 (1) 电器控制线路根据电路通过的电流大小可分为主电路和控制电路。主电路包括从电源到电动机的电路，是强电流通过的部分，一般画在原理图的左边。控制电路是通过弱电流的电路，一般由按钮、电器元件的线圈、接触器的辅助触头、继电器的触点等组成，一般画在原理图的右边。 (2) 表示导线、信号通路、连接线等的图线都应是交叉或折弯最少的直线。可以水平布置，也可以垂直布置。 (3) 电气原理图中，所有电器元件的图形、文字符号必须采用国家统一标准。 (4) 为了突出和区分某些电路，导线和连接线等可采用粗细不同的连接线来表示。 (5) 采用电器元件展开图的画法。同一电器元件的各部可以不画在一起，但需用同一文字符号标出。若有多个同一种类的电器元件。可在文字符号后加上数字序号的下标，如SB1、SB2、KA1、KA2等。,(6) 所有按钮、触头均按没有外力作用和没有通电时的原始状态画出。 (7) 控制电路的分支线路原则上按照动作先后顺序排列，两线交叉连接时的电气连接点须用黑点标出。 图2.1为笼型电动机连续运转控制线路的电气原理图。,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,图2.1 笼型电动机连续运转控制线路的电气原理图,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,电气原理图坐标图示法是在上述电气原理图基础上发展而来的，分为轴坐标标注和横坐标标注两种方法。 1) 轴坐标标注法 首先根据线路的繁简程度以及线路中各部分线路的性质、作用和特点，将线路分为交、直流主电路，交、直流控制电路及辅助电路等。图2.2为造纸机辅助传动两个张紧器轴坐标图示法电气原理图，图中根据线路性质、作用和特点分为交流主电路、交流控制电路、交流辅助电路和直流控制电路四部分。为便于标注坐标，将线路各电器元件均按纵向画法排列。每一条纵向线路为一线路单元，而每一个线路单元给定一个轴坐标，并用数字表示。这样每一线路单元中的各电器元件具有同一轴坐标。在对线路单元进行坐标标号时，为标明各线路性质、作用和特点，往往对同一系统的线路单元用一定的数字来标注轴坐标。在图2.2中，交流主电路轴坐标标号为100108，交流控制电路轴坐标为200211，直流控制电路轴坐标标号为300309，交流辅助电路轴坐标标号为400406。在轴坐标202标号的线路单元中有SB1，KM1电器元件。在选定坐标系统与给定坐标后，下一步就是标注图示坐标。为了阅读，查找方便，可在线路图下方标注“正序图示坐标”和“逆序图示坐标”。,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,图2.2 造纸机辅助传动两个张紧器轴坐标图示法电气原理图,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,正序图示坐标一般标注在含有接触器或继电器线圈的线路单元的下方。在图2.2中标注了KM1-KM4的正序图示坐标，在该线路单元的下方标注该继电器或接触器各触头分布位置。 如接触器KM1在线路中用了4对常开触头、1对常闭触头，它们分别位于102、102、102、402、204号线路单元中。这样，各对触头的位置和作用就一目了然了。 逆序图示坐标一般标在各线路单元的下方，用来标注该线路单元中的触头和受控制线圈所在的轴坐标号。如在图2.2中的202线路单元中含有触头SB1，KM1，其中元件KM1在202和204线路单元中，(对于按钮SB1、SB2因不受其他单元元件的控制，故无需标注)。 由上可知，正序图示坐标是以线圈为据找触头，而逆序图示坐标则是以触头为据找线圈。图示坐标的标注采用与否，可根据线路图的繁简程度决定。线路简单、一目了然的，正、逆图示坐标均可不标注；线路不算很复杂的，一般只标注正序图示坐标即可；比较复杂的线路，可根据需要标注正、逆序图示坐标。线路越复杂，越能体现标注坐标的优越性。,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,2) 横坐标标注法 造纸机传动辅助多电机状态控制横坐标图法电气原理如图 2.3(a)、(b)所示。采用横坐标标注法，线路上的各电器元件均按横向画法排列。各电器元件线圈的右侧，由上到下标明各支路的序号1，2 ，并在该电器元件线圈旁标明其常开触头(标在横线上方)、常闭触头(标在横线下方)在电路中所在支路的标号，以便阅读和分析电路时查找。例如接触器KM1常开触头在主电路有3对，控制回路2支路中有一对；而KM2、KM3所实现的是点动控制功能。常开触头在主电路各有3对，常闭触头KM2在控制电路4支路中有1对，常闭触头KM3在控制电路3支路中有1对。KM4的用法与KM1同，这里不再详述。,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,图2.3 多电机状态控制横坐标图法电气原理图,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,(b) 图2.3(续),2.1.3 电气安装接线图 电气安装接线图是按照电器元件的实际位置和实际接线绘制的，根据电器元件布置最合理、连接导线最经济等原则来安排。它为安装电气设备、电器元件之间进行配线及检修电气故障等提供了必要的依据。图2.4为图2.3(a)中笼型电动机正反转控制的安装接线图。,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,图2.4 笼型电动机正反转控制的安装接线图,在绘制安装接线图时一般应遵循以下原则。 (1) 各电器元件用规定的图形、文字符号绘制，同一电器元件各部件必须画在一起。各电器元件的位置应与实际安装位置一致。 (2) 不在同一控制柜或操作台上的电器元件的电气连接必须通过端子排进行。各电器元件的文字符号及端子编号应与原理图一致，并按原理图的接线进行连接。 (3) 走向相同的多根导线可用单线表示，但线径不同的导线例外。 (4) 画连接导线时，应标明导线的规格、型号、根数等规格要求，以便施工人员顺利施工。,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,2.2 电气控制的基本环节及规律,任何简单或复杂的电气控制回路均由一系列基本环节所组成，包括点动控制、连续控制、自锁控制、互锁控制、多地点控制、顺序控制和自动循环控制等诸多环节，下面就上述环节的结构及规律作详细介绍。,2.2.1 点动控制环节 所谓点动，即手动按下按钮时，电动机运转工作；手动松开按钮时，电动机停止工作。某些生产过程中，如张紧器、电动葫芦等机械电机常要求此类实时控制，它能实现电动机短时转动，整个运行过程完全由操作人员决定。如图2.5所示。 主电路由空气开关QF、交流接触器KM的主触头和笼型电动机M组成；控制电路由启动按钮SB和交流接触器线圈KM组成。 线路的启动过程如下：先合上空气开关QF按下启动按钮SB接触器KM线圈通电KM主触头闭合电动机M通电直接启动。 停机过程如下：松开SBKM线圈断电KM主触头断开M断电停转。,图2.5 电动机点动控制线路图,2.2 电气控制的基本环节及规律,点动运行的另一典型电路一般为控制电动机正反转的电路，如图2.6所示。以张紧类机构为例，其工作过程一般为：若毛布较松弛，希望张紧时按下SB1，电动机正转进行张紧，根据张紧程度，适时松开按钮停止张紧；若希望停机检修或更换毛布时，需要松弛毛布，按下SB2，电动机反转，毛布松弛。此类电路应用灵活，可根据实际需要随时调整装置状态。,图2.6 电动机点动正反转控制线路图,2.2 电气控制的基本环节及规律,2.2.2 连续运转控制环节 连续运转即要求电动机长时间连续运行，从电机控制角度说即为长动控制。如图 2.7所示，主电路由空气开关QF、接触器KM的主触头、热继电器FR的发热元件和电动机M组成；控制电路由停止按钮SB1、启动按钮SB2、接触器KM的常开辅助触头和线圈、热继电器FR常闭触头组成。,图2.7 电动机连续运转控制线路图,2.2 电气控制的基本环节及规律,工作过程如下。 启动：合上空气开关QF按下启动按钮SB2接触器KM线圈通电KM主触头闭合(KM常开辅助触头闭合)电动机M接通电源运转(松开SB2)。 停机：按下停止按钮SB1KM线圈断电KM主触头和辅助常开触头断开电动机M断电停转。,2.2 电气控制的基本环节及规律,2.2.3 启动、保护和停止控制环节 启动环节主要完成电动机由静止状态到转动状态的控制实现，在点动控制中，例如图2.5中，按钮SB就是启动环节。在连续运转控制中，例如图2.7中，SB2和KM为启动环节。 保护环节分为两个方面：一是控制回路的保护，即每个运转状态的控制回路中的熔断器FU；二是主回路的保护，包括空气开关、热继电器等对电路的限流保护。 停止环节完成电动机由运转到停止的转换，主要由停止按钮来实现。若点动控制回路，启动按钮也同时起停止作用。当保护环节起保护作用时，它也可认为是一个停止环节，只不过是非正常停止环节。,2.2 电气控制的基本环节及规律,2.2.4 电气控制常用的保护环节 电气控制的保护环节非常多，在电气控制线路中，最为常用的是熔断器及断路器，应用方法是串联在回路中，其分断作用和当线路电流超过其允许最大电流时熔断或跳保护。第二类较常用的保护环节是电动机保护，即热保护继电器，当电动机过流时跳保护。电气控制线路常设有以下保护环节。 1) 短路保护 当电路发生短路时，短路电流会引起电器设备绝缘损坏和产生强大的电动力，使电机和电路中的各种电器设备产生机械性损坏，因此当电路出现短路电流时，必须迅速而可靠的断开电源。图2.8(a)为采用熔断器作短路保护的电路。当主电机容量较小，其控制电路不需另设熔断器，主电路中熔断器也作为控制电路的短路保护。当主电机容量较大，则控制电路一定要单独设置短路保护熔断器。图2.8(b)为采用自动开关作短路保护的电路。既作为短路保护，又作为过载保护，其过流线圈用做短路保护。线路出故障时，自动开关动作，事故处理完重新合上开关，线路则重新运行工作。,2.2 电气控制的基本环节及规律,图2.8 短路保护,2.2 电气控制的基本环节及规律,2) 过电流保护及欠压保护 不正确的启动和过大负载，也常常引起电动机产生很大的过电流。由此引起的过电流一般比短路电流要小。过大的冲击负载，使电动机流过过大的冲击电流，以致损坏电动机的换向器；同时，过大的电动机转矩也会使机械的转动部件受到损伤。因此要瞬时切断电源。在电动机运行过程中产生这种过电流比发生短路的可能性要大，特别是对频繁启动和正反转重复短时工作的电动机更是如此。 图2.9的控制线路中设有过流保护及欠压保护环节。为避免电机启动时过流保护误动作，线路中接入时间继电器KT，并使KT延时时间稍长于电机M的启动时间。这样，电机启动结束后，过流继电器KI才接入电流检测回路起保护作用。当线路电压过低时，KV失电，KV的常开点断开主电机M的控制电路。,2.2 电气控制的基本环节及规律,图2.9 控制电路中的保护环节,2.2 电气控制的基本环节及规律,3) 过载保护 电动机长期超载运行，其绕组的温升将超过允许值而损坏，所以应设过载保护环节。过载保护一般采用热继电器作为保护元件。热继电器具有反时限特性，由于热惯性的关系，热继电器不会受短路电流的冲击而瞬时动作；当有810倍额定电流通过热继电器时，需经1s3s动作，这样，在热继电器动作前，热继电器的发热元件可能已烧坏。所以，在使用热继电器做过载保护时，还必须装有熔断器或过流继电器配合使用。图2.10(a)所示为两相保护，适用于保护电动机任一相断线或三相均衡过载时。但当三相电源发生严重不平衡或电动机内部短路、绝缘不良等，有可能使某一相电流比其他两相高，则上述两电路就不能可靠进行保护。图2.10(b)为三相保护，可以可靠的保护电动机的各种过载情况。 4) 失压保护 在电动机正常工作时，如果因为电源的关闭而使电动机停转，那么，在电源电压恢复时，电动机就会自行启动。电动机的自启动可能造成人身事故或设备事故。防止电压恢复时电动机自启动的保护称失压保护。它是通过并联在启动按钮上的接触器的常开触头，或通过并联在主令控制器的0位闭合触头上零位继电器的常开触头来实现失压保护的，即自锁控制，如图2.11所示。,2.2 电气控制的基本环节及规律,(a)两相保护 (b)三相保护 图2.10 过载保护电路,2.2 电气控制的基本环节及规律,图2.11 失压保护,2.2 电气控制的基本环节及规律,5) 弱磁保护 直流并励电动机、复励电动机在磁场减弱或磁场消失时，会引起电动机“飞车”。因此，要加强弱磁保护环节。弱磁继电器的吸合值，一般整定为额定励磁电流的0.8倍。对于调磁调速的电机，弱磁继电器的释放值为最小励磁电流的0.8倍。 6) 极限保护 某些直线运动的生产机械常设极限保护，该保护是由行程开关的常闭触头来实现的。如龙门刨床的刨台，设有前后极限保护；矿井提升机，设上、下极限保护。温度、压力、液位等在生产过程中可根据生产机械和控制系统的不同要求，设置相应的极限保护环节。 对电动机的基本保护，例如过载保护、断相保护、短路保护等，最好能在一个保护装置内同时实现。,2.2 电气控制的基本环节及规律,2.2.5 自锁控制与互锁控制 自锁即要求电动机控制回路启动按钮按下松开后，电动机仍能保持运转工作状态，与点动相对应，下面以几幅图来对比说明，如图2.12(a)、(b)、(c)所示。 互锁控制即在实际控制过程中，常常有这样的要求，两台电机不准同时接通，如图2.13所示。当按下SB1，KM1得电工作时，即使误按下SB2，也不准KM2得电，否则会使两个接触器的主触点同时吸合，引起主控回路短路，发生危险。,2.2 电气控制的基本环节及规律,(a) (b) (c) (a) 图为典型具有自锁功能的控制线路，当按钮SB1按下后，接触器KM线圈得电，同时其常开辅助触点吸合，当按钮被松开后仍能保持接触器KM线圈得电，自锁功能得以实现。 (b) 图为两路自锁电路，SB2起停止作用，按下SB1，KM1线圈自锁运行，按下SB3，KM2自锁运行。 (c) 图为点动与自锁同时实现的控制电路，图中用复合按钮实现点动控制，当SB3按下时，实现电动机点动运行，SB3松开后，电动机停转；SB1实现自锁连续运行。 图2.12 自锁控制线路图,2.2 电气控制的基本环节及规律,图2.13 互锁控制线路图,2.2 电气控制的基本环节及规律,2.2.6 多地联锁控制 有些电气设备，如大型机床、起重运输机等，为了操作方便，常要求能在多个地点对同一台电动机实现控制(如要求即可在现场控制运转状态，又可在控制室或其他远程场合控制运转状态)。这种控制方法叫做多地控制。 图2.14所示为3地联锁控制线路。把一个启动按钮和一个停止按钮组成一组，并把3组启动、停止按钮分别放置3地，即能实现3地点控制。图2.14中SB11、SB12，SB21、SB22，SB31、SB32构成3组，分别放在控制室，操作间及现场。(a)图实现3地点动控制，(b)图实现3地连续运转控制。,2.2 电气控制的基本环节及规律,图2.14 多地联锁控制线路图 多地联锁控制的接线原则是启动按钮应并联连接，停止按钮应串联连接。,2.2 电气控制的基本环节及规律,2.2.7 多台电动机先后顺序工作的控制 在生产实践中，有时要求一个拖动系统中多台电动机实现先后顺序工作，例如机床中要求润滑电动机启动后，主轴电动机才能启动。图2.15为两台电动机顺序启动控制线路图。在图2.15中，接触器KM1控制电动机M1的启动，接触器KM2控制电动机M2的启动停止。现要求电启机M2启动后，电动机M1才能启动。工作过程如下：合上空气开关QF按下启动按钮SB2接触器KM2通电电动机M2启动常开辅助触头闭合按下启动按钮SB1接触器KM1通电电动机M1启动。,2.2 电气控制的基本环节及规律,图2.15 多台电动机先后顺序工作的控制,按下停止按钮SB，两台电动机同时停止。 电动机顺序控制的接线规律如下。 (1) 要求接触器KM2动作后接触器KM1才能动作，故将接触器KM2的常开触头串接于接触器KM1的线路中。 (2) 要求电机M1及M2中有任何故障发生，控制回路均不能动作。,2.2 电气控制的基本环节及规律,2.2.8 自动循环控制 在某些电气设备中，有些是通过设备自动往复循环工作的，例如造纸自动喷水管左右摆动喷水就是通过电动机的正、反转实现自动往复循环的。自动循环控制线路如图2.16所示。,图2.16 自动循环控制线路,2.2 电气控制的基本环节及规律,控制线路按照行程控制原则，利用生产机械运动的行程位置实现控制，通常采用限位开关。工作过程如下：合上电源开关QF按下启动按钮SB1接触器KM1通电电动机M正转，喷水管左移喷水管左移到一定位置，螺杆撞动限位开关SQ2SQ2常闭触头断开KM1停止吸合，此时SQ2常开触头接通接触器KM2通电电动机M反转喷水管右移喷水管右移到一定位置，螺杆撞动限位开关SQ1SQ1常闭触头断开KM2停，KM1再次得电，依次往复运行。,2.2 电气控制的基本环节及规律,2.3 三相异步电动机的启动控制,不同型号、不同功率和不同负载的电动机，往往有不同的启动方法，因而控制线路也不同。三相异步电动机一般有直接启动或减压启动两种方法。,2.3.1 三相笼型电动机直接启动控制 在供电变压器容量足够大时，小容量笼型电动机可直接启动。直接启动的优点是电气设备少，线路简单。实际的直接启动电路一般采用空气开关直接启动控制，如图2.17所示。对于容量大的电动机来说，由于启动电流大，会引起较大的电网压降，所以必须采用减压启动的方法，以限制启动电流。 减压启动虽然可以减小启动电流，但也降低转矩，因此仅适用于空载或轻载启动。三相笼型电动机的减压启动方法有定子绕组串电阻(或电抗器)启动、自耦变压器减压启动、星-三角形减压启动、延边三角启动等。,图2.17 采用空气开关直接启动控制线路,2.3 三相异步电动机的启动控制,2.3.2 星-三角形减压启动控制 控制线路按时间原则实现控制。启动时将电动机定子绕组联结成星形，加在电动机每相绕组上的电压为额定电压的，从而减小了启动电流。待启动后按预先整定的时间把电动机换成三角联结，使电动机在额定电压下运行。控制线路如图2.18所示。,图2.18 星-三角形减压启动控制电路图,2.3 三相异步电动机的启动控制,启动过程如下：合上空气开关QF，按下启动按钮SB1，有3个线圈同时工作：接触器KM通电，KM主触头闭合，电动机M接通电源；同时KM2得电，KM2主触头闭合，定子绕组被连接成星形，实现电动机的降压启动；在前两个接触器工作的同时，时间继电器开始计时(计时时间的长短根据现场负载大小及电动机功率等实际情况确定)。当时间继电器计时时间到，触点动作，常开触点吸合，常闭触点断开，则KM2线圈断电(即断开星形连接)，KM1线圈得电，主触头闭合，定子绕组被连接成三角形，实现电动机的全压运行，转入电动机正常运行工作状态，启动过程结束。 该线路结构简单，缺点是启动转矩也相应下降为三角形联结的，转矩特性差。因而本线路适用于电网电压380V、额定电压660/380V、星-三角联结的电动机轻载启动的场合。,2.3 三相异步电动机的启动控制,2.3.3 延边三角形减压启动控制 上面介绍的星-三角形启动控制有很多优点，但不足之处是启动转矩太小，如要求兼取星形联结启动电流小，三角形联结启动转矩大的优点，则可采用延边三角形减压启动控制方式。延边三角形减压启动控制线路如图2.19所示。此种启动方式适用于定子绕组特别设计的电动机，这种电动机共有9个出线头。,2.3 三相异步电动机的启动控制,图2.19 延边三角形减压启动控制线路,2.3 三相异步电动机的启动控制,启动过程如下：按下空气开关QF，按下启动按钮SB1，接触器KM线圈通电，KM主触头闭合，定子绕组1、2、3得电；同时KM1得电，KM1主触头闭合，绕组节点4-8、5-9、6-7将电动机连成延边三角形启动电路进行启动，在前两个接触器工作的同时，时间继电器开始计时(计时时间的长短根据现场负载大小及电动机功率等实际情况确定)。当时间继电器计时时间到，触点动作，常开触点吸合，常闭触点断开，则KM1线圈断电(即断开延边三角形连接)，KM2线圈得电，主触头闭合，定子绕组被连接成三角形，实现电动机的全压运行，转入电动机正常运行工作状态，启动过程结束。,2.3 三相异步电动机的启动控制,2.3.4 定子绕组串电阻减压启动控制 控制线路按时间原则实现控制，依靠时间继电器延时动作来控制各电器元件的先后顺序动作。控制线路如图2.20所示。 启动时，在三相定子绕组中串入电阻R，通过电阻上的分压作用减小了定子绕组上的电压，待电机启动后，再将电阻R排除，使电动机在额定电压下正常运行。,图2.20 定子绕组串电阻减压启动控制电路,2.3 三相异步电动机的启动控制,启动过程如下：合上空气开关QF，按下启动按钮SB1，接触器KM1线圈通电，KM1主触头闭合，定子绕组串电阻减压启动，同时时间继电器开始计时(计时时间的长短根据现场负载大小及电动机功率等实际情况确定)。当时间继电器计时时间到，触点动作，常开触点吸合，接触器KM2线圈得电，KM2主触头闭合，同时KM2辅助常闭触头断开KM1线圈回路，电动机工作在全压运行状态，串电阻减压启动过程结束。,2.3 三相异步电动机的启动控制,2.3.5 自耦变压器减压启动的控制 启动时电动机定子串入自耦变压器，定子绕组得到的电压为自耦变压器的二次电压，启动完毕后自耦变压器被排除，额定电压加于绕组，电动机以全电压投入运行。控制线路如图2.21所示。读者可自己分析其过程。,图2.21 自耦变压器减压启动控制电路,2.3 三相异步电动机的启动控制,该控制线路对电网的电流冲击小，损耗功率也小，但是自耦变压器价格较贵，主要用于启动较大容量的电动机。 综合以上介绍的几种启动控制线路，均按时间原则采用时间继电器实现减压启动，这种控制方式线路工作可靠，受外界因素如负载、飞轮惯性以及电网波动的影响较小，结构比较简单，因而被广泛采用。,2.3 三相异步电动机的启动控制,2.3.6 绕线转子绕组电动机的电路 除鼠笼型电动机外，在要求启动转矩较大的场合，绕线转子绕组电动机得到广泛的应用。绕线转子电动机可以在转子绕组中通过滑环串接外加电阻启动，达到减小启动电流、提高转子电动机电路的功率因数和增大启动转矩的目的。 串接在转子绕组中的外加电阻，常用的有铸铁电阻片和用镍铬电阻丝绕制成的板形电阻，且一般都联成Y结。在启动前，外加电阻全部接入转子绕组。随着启动过程的结束，外接电阻被逐段短接。 1) 按时间原则控制 控制过程中选择时间作为变化参量进行控制的方式称为时间原则。图2.22中采用时间继电器控制绕线转子异步电动机的启动。这个控制电路使用3个时间继电器依次将转子电路中的三级电阻自动排除。,2.3 三相异步电动机的启动控制,图2.22 采用时间继电器控制绕线转子异步电动机的启动电路,2.3 三相异步电动机的启动控制,启动时合上空气开关QF，按下启动按钮SB2，接触器KM1线圈获电吸合且自锁，KM1主触点闭合，电动机M串三级电阻启动；时间继电器KT1线圈得电吸合开始计时，当到达计时时间后KT1常开触点延时闭合，接触器KM2线圈得电吸合，KM2主触点闭合，切除一级启动电阻R1；同时时间继电器KT2线圈得电吸合开始计时，当到达计时时间后KT2常开触点延时闭合，使接触器KM3线圈得电吸合，KM3主触点闭合，又切除第二级启动电阻R2；时间继电器KT3线圈又得电吸合开始计时，当到达计时时间后KT3常开触点延时闭合，使接触器KM4线圈获电吸合，KM4主触点闭合，切除最后一级启动电阻R3，同时KM4的动断触点依次将KT1、KT2、KT3和KM2、KM3的电源切除，使KT1、KT2、KT3和KM2、KM3的线圈断电释放，电动机启动结束。 2) 按电流原则控制 控制过程中选择电流作为变化参量进行控制的方式称为电流原则。图2.23中采用电流继电器控制绕线转子异步电动机的启动。这个控制电流是根据电动机转子电流的变化，利用电流继电器来自动切除转子绕组中串入的外加电阻。,2.3 三相异步电动机的启动控制,图2.23 采用电流继电器控制绕线转子异步电动机的启动电路,2.3 三相异步电动机的启动控制,图中KI1和KI2是电流继电器，其线圈串接在转子电路中，这两个电流继电器的吸合电流的大小相同，但释放电流不一样，KI1的释放电流大，KI2的释放电流小。刚启动时，转子绕组中启动电流很大，电流继电器KI1和KI2都吸合，它们接在控制电路中的动断触点都断开，转子绕组的外接电阻全部接入；待电动机的转速升高后，转子电流减小，电流继电器KI1先释放，KI1的动断触点恢复闭合，使接触器KM2线圈获电吸合，转子电路KM2的动合触点闭合，切除电阻R1；当R1电阻被切除后，转子电流重新增大，但当转速继续上升时，转子电流又会减小，使电流继电器KI2释放，它的动断触点KI2又恢复闭合，接触器KM3线圈又获电吸合，转子电路中KM3的动合触点闭合，把第二级电阻R2又短接切除，电动机启动完毕，正常运转。 中间继电器KA作用是保证启动时全部电阻接入，只有在中间继电器KA线圈获电，KA的动合触点闭合后，接触器KM2和KM3线圈方能获电，然后才能逐级切除电阻，这样就保证了电动机在串入全部电阻下启动。,2.3 三相异步电动机的启动控制,2.4 三相异步电动机的制动控制,三相异步电动机的制动方法有机械制动和电气制动两种。机械制动是利用机械装置使电动机迅速停转。常用的机械装置是电磁抱闸，抱闸装置由制动电磁和闸瓦制动器组成，可分为断电制动和通电制动。制动时，将制动电磁铁的线圈切断或接通电源，通过机械抱闸制动电动机。三相异步电动机从切除电源到完全停止旋转，由于惯性的关系，总要经过一段时间，这往往不能适应某些机械工艺的要求。许多由电动机驱动的机械设备无论是从提高生产效率，还是从安全及准确停位等方面考虑，都要求能迅速停车，因此要对电动机进行制动控制。制动停车的方式有两大类：机械制动和电气制动。机械制动是采用机械抱闸的方式，由手动或电磁铁驱动机械抱闸机构来实现制动；电气制动是在电动机上产生一个与原转动方向相反的制动转矩，迫使电动机迅速停车。常用的电气制动方式是能耗制动和反接制动。,2.4.1 电磁机械制动控制线路 电磁机械制动控制线路一般采取电磁抱闸制动控制，其设计原理是利用外加的机械作用力，使电动机迅速停止转动。由于这个外加的机械作用力是靠电磁制动闸紧紧抱住与电动机同轴的制动轮来产生的，所以叫做电磁抱闸制动。电磁抱闸制动又分为两种制动方式，即断电电磁抱闸制动和通电电磁抱闸制动。 1) 断电电磁抱闸制动 图2.24是断电电磁抱闸制动的控制线路原理图。图中1是电磁铁，2是制动闸，3是制动轮，4是弹簧。制动轮通过联轴器直接或间接与电动机主轴相连，电动机转动时，制动轮也跟着同轴转动。,2.4 三相异步电动机的制动控制,图2.24 断电制动电路图,2.4 三相异步电动机的制动控制,线路工作原理如下。 合上电源开关QF，按下启动按钮SB2，接触器KM1得电吸合，电磁铁绕组接入电源，电磁铁心向上移动，抬起制动闸，松开制动轮。 KM1得电后，KM2顺序得电，吸合，电动机接入电源，启动运转。 按下停止按钮SB1，接触器及KM1、KM2失电释放，电动机和电磁铁绕组均断电，制动闸在弹簧作用下紧压在制动轮上，依靠摩擦力使电动机快速停车。 由于在电路设计时是使接触器KM1和KM2顺序得电，使得电磁铁绕组先通电，待制动闸松开后，电动机才接通电源。这就避免了电动机在启动前瞬时出现的“电动机定子绕组通电而转子被掣住不转的短路运行状态”。这种断电抱闸制动的结构形式，在电磁铁线圈一旦断电或未接通时电动机都处于制动状态，故称为断电制动方式。 2) 通电电磁抱闸制动 图2.25是通电电磁抱闸制动控制线路。制动闸平时总是处于松开状态。其工作原理如下。,2.4 三相异步电动机的制动控制,图2.25 通电电磁抱闸制动控制线路电路图,2.4 三相异步电动机的制动控制,按下启动按钮SB2，接触器KM1线圈得电吸合，电动机启动运行，按停止按钮SB1，接触器KM1失电复位，电动机脱离电源。接触器KM2线圈得电吸合，电磁铁线圈通电，铁心向下移动，使制动闸紧紧抱住制动轮，同时时间继电器KT得电。当电动机惯性转速下降至0时，时间继电器KT的常闭触点经延时断开，使KM2和KT线圈先后失电，从而使电磁铁绕组断电，制动闸又恢复了“松开”状态。 电磁抱闸制动的优点是制动力矩大，制动迅速，安全可靠，停车准确。其缺点是制动越快，冲击振动就越大，对机械设备不利。由于这种制动方法较简单，操作方便，所以在生产现场得到