洗煤厂电气设备及自动控制2.doc

洗煤厂电气设备及自动控制 内部培训教材表5-1 PGL1型低压配电屏一次接线方案开关柜主框架采用8MF型钢，采用拼装和部分焊接两种类型，主框架上均有安装模数孔。其母线采用背后平宣式，使电缆室上、下均有出线通道。专用的CMJ型组合式母线夹和绝缘支撑件提高了主电路的动稳定性，各功能室严格分开，功能作用相互独立，馈线柜和电动机控制柜设有专用的电缆室即提高了可靠性又方便了用户对电缆的安装和维修。开关柜线路按三相三线制和三相四线制设计，用户可以方便地选用PE+N或PEN方式运行。常用的抽屉式低压开关柜还有GCK1型、MNS裂、DOMINO型和CUBIC型等系列产品。不连沟洗煤厂采用的是MNS型抽屉柜式低压配电屏如附图。第三节 电路图的基本知识电气控制系统是由许多电气元件按一定要求而连接成的。为了表达电气控制系统的结构、原理等设计意图，便于电气控制系统的安装、调试、使用和维修需要，而将电气控制系统中各电气元件及其连接用规定的图形表达出来，这种图就是电气控制系统图。电气控制系统图一般可分为：电气原理图、电气元件布置图、电气安装接线图。在图上用不同的图形符号表示各种电气元件，用不同的文字符号表示设备及线路的功能、状态和特征，各种图有其不同的用途和画法。一 电气图形符号和文字符号绘制电路图用的图形符号和标注各种电气元件用的文字符号都应采用由国家统一规定的标准，即应符合国家标准局颁布的GB 4728-1984电气图用图形符号及GB6988-1987电气制图和GB7159-1987电气技术中的文字符号制订通则的规定。表5-2所示为常用电气图形符号和文字符号。表5-2 常用电气图形符号和文字符号二 电气原理图电气原理图是采用电气元件展开的形式绘制而成。它包括所有电气元件的导电部件和接线端点，而不按电气元件的实际布置位置绘制，也不反应电气元件的大小。电气原理图结构简单、层次分明，便于研究、分析电路的工作原理，在设计部门及生产现场都得到了广泛的应用。绘制电气原理图时应遵循以下原则:(1) 所有电气元件均采用国家标准规定的图形符号和文字符号。(2) 主电路(从电源到电动机的大电流电路)用租实线表示。辅助电路(包括控制电路、照明电路等小电流电路)用细实线表示。(3) 同-元件的不同部位，可以根据需要画在有关的线路中。同一元件，用同一文字符号表示。(4) 原理图中，各个电气元件均按没有通电或不受外力作用时的正常状态画出。(5)、原理图中，无论是主电路还是辅助电路，各个电气元件应按动作顺序，从上到下，从左到右依次排列。(6) 原理图中，对有直接电联系的交叉导线连接点，要用黑圆点表示。图5-15为异步电动机用接触器直接启动的线路原理图。(7) 为了维修、安装方便，原理图中，所有接线端子都标有数字号码。主电路的接线端子用一个字母，下标一位或两位数字表示。辅助线路的接线端子，仅用数字编号。通常是以电路中压降最大的元件(一般为电器线圈)为界，左边用奇数标注，右边用偶数标注。三 电气布置图电气布置图主要用来表明电气设备所有电机电器的实际位置，为生产机械电气设备的制造、安装、维修提供必要的资料。四 电气安装接线图用规定的图形符号，将各电气元件相对位置绘制的实际接线图叫安装接线图。它在具体的电气施工和检修中将起重要作用。在生产现场得到了广泛应用，它与原理图是相辅相成的两个方面。绘制安装接线图应遵循以下原则:(l) 向一个元器件的各个部分画在-起。(2) 同一个控制板上的各元器件，用线条表示它们之间的连接关系。凡是走向一致的线条，仅用一根线表示。(3) 控制板内与板外元器件的连接，应经过接线端子板。(4) 安装接线图中的符号、标注应与原理图一致。(5) 图中应表明所用连接线、走线管的型号、规格和尺寸。图5-16是三相鼠笼式异步电动机用接触器直接启动线路的安装接线图。图5-16用接触器直接启动线路的安装接线图第四节 三相鼠笼式异步电动机直接启动的控制三相鼠笼式异步电动机一般使用在不需要调速的设备上，选煤厂中大多使用这种电动机，对鼠笼式电动机的控制包括对启动、正反转及停车的控制。鼠笼式电动机的启动有两种方法:一种是直接启动，又叫全压启动;另一种是降压启动。本节仅介绍鼠笼式电动机直接启动的控制，降压启动的控制将在本章第六节中讲述。直接启动仅限于小容量电动机，这是因为交流异步电动机在启动瞬间，定子绕组中流过的电流可达额定电流的47倍。容量较大的电动机若直接启动，很大的启动电流使线路产生过大的电压降，不仅影响同一线路上的其他负荷的正常工作，而且电动机本身绕组过热，使绝缘老化，使用寿命减少，甚至会烧毁电动机。所以，对较大容量的电机(通常在4075kW及以上要采用降压启动。下面介绍小容量鼠笼式电动机直接启动的控制。一 点动控制线路如图5-17为鼠笼式异步电动机点动控制线路。380V交流电源经低压断路器QF、接触器KM的主触点，接至电动机M，组成主电路；按钮SB和接触器线圈串联组成控制电路。该线路的工作原理如下:启动时，合上低压开关QF，此时接触器KM尚未动作，其主接触器未闭合，电动机不转。按下启动按钮SB，控制电路接通，接触器KM线圈中有电流流过，衔铁吸合，带动主触点动作，接通主电路，电动机开始启动。停车时，松开按钮SB，控制电路断开，接触器KM线圈断电，衔铁在释放弹簧作用下释放，KM的主触点断开，电动机停转。这种点动控制电路用于频繁启动和停止的生产机械，如吊装设备用的行车、电动葫芦等。二 具有过载保护的正转控制线路图5-18所示为具有过载保护功能的正转控制线路。该线路在主回路中串联接入了热继电器FR的热元件，在控制电路中，在启动按钮(常开按钮)SB，两端并联接触器KM的一对常开辅助触点，控制电路中同时又串联了一个停止按钮(常闭按钮)SB，和热继电器FR的常闭触点。该电路的工作原理如下:图5-17 鼠笼式电动机点动控制线路 图5-18 具有过载保护的正转控制线路启动时，合上电源开关QF，按下启动按钮SB2，控制电路接通，接触器KM线圈得电；其触点动作，主触点闭合，接通主电路，电动机启动；同时，常开辅助触点KM也闭合，将启动按钮SB2两端短接，这时，即使松开SB2，控制电路仍然能通过KM的常开辅助触点形成回路，接触器继续保持吸合状态，电动机仍可连续运行下去。这种通过并联在启动按钮两端的接触器常开辅助触点来保持电动机连续运行的功能称为自锁，这对常开辅助触点称为接触器的自锁触点。停车时，按下停止按钮SB1，控制电路断开，接触器KM的线圈失电。KM主触点断开，电动机M停转，KM常开辅助触点断开，解除自锁，为下次启动作准备。这种线路不仅具有自锁功能，而且具有过载保护功能。若电动机长时过载，过载电流使FR的双金属片弯曲并带动常闭触点动作，切断控制电路，使接触器KM线圈失电、主触点断开，切断主电路，电动机停转，从而起到过载保护的作用。三 正反转控制许多生产机械要求具有上下、左右、前后等相反方向的运动，这就要求电动机能够正反转。对于三相交流异步电动机，改变其定子绕组三相交流电的相序，定子绕组所产生的旋转磁场的方向也随之变化，因而可以通过改变供给定子绕组三相交流电的相序来使电动机反转。常用的正反转控制的方法有倒顺开关控制和接触器控制等。下面介绍用接触器控制电动机的正反转的控制线路。图5-19为接触器联锁的正反转控制线路。图中采用了两个接触器，即正转用的接触器KM1和反转用的接触器KM2，它们分别由正转按钮SB1，和反转按钮SB2控制。由于正反转接触器KM1和KM2的主触头不能同时闭合，否则会导致主电路相间短路。因此，要求正反转接触器KM1和KM2线圈不能同时得电，正反转工作时必须有联锁关系。图5-19接触器联锁的正反转控制线路“联锁”也称为“互锁”，是指利用控制电器的常闭触点，使得控制线路相互制约，使一个电路工作，而另一个电路绝对不能工作的相互制约的作用。实现联锁作用的触头称为联锁触头。与联锁触头相联系的这一部分线路又称联锁控制线路或联锁控制环节。图5-19所示线路是利用两只接触器的常闭辅助触头KM1和KM2串联接到对方接触器线圈所在的支路里，即KM1的常闭触头串于KM2线圈所在支路；KM2常闭触头串于KM1线圈所在支路。这样，当正转接触器线圈KM1通电时，串联在反转接触器线圈KM2支路中的KM1常闭触头断开，从而切断了KM2支路，这时即使按下反转启动按钮SB2，反转接触器KM2线圈也不会通电。同理，在反转接触器KM2通电时，即使按下正转启动按钮SB1，线圈KM1也不会通电，这样就能保证不致发生电源线间短路的事故。图5-19所示线路的动作原理如下：先合上电源开关QF，然后按下列程序进行。这种接触器联锁正反转控制线路也存在一个缺点。如需要电动机从一个旋转方向改变为另-个旋转方向时，必须首先按下停止按钮SB3，然后再按下另一方向的启动按钮。假如不先按下停止按钮，因联锁作用就不能改变旋转方向。这就是说，要使电动机改变旋转方向，需要按动两个按钮，就这一点，对于频繁改变运转方向的电动机来说是很不方便的。图5-20双重联锁的正反转控制线路图5-20所示的双重联锁的正反转控制线路克服了图5-19中的缺点，它除利用接触器KM1和KM2的常闭触点联锁外，还用正反转按钮进行联锁。图中正反转启动按钮均为复合按钮，在操作时，常开触点和常闭触点并不同时动作，而是常闭触点先断开，常开触点才闭合，其动作原理基本与图5-19线路相似。首先合上电源开关QF，然后按下列程序进行。若电动机处在反向转动期间，可直接按下SB1 ，这时接触器KM2线圈失电，KM1线圈得电，电动机又恢复正转，过程基本与上述相同。反转控制过程与原理和正转控制过程完全相同，这里不再累述。停车时，只需按下SB3按钮，接触器线圈KM1或KM2失电，电动机停止运行，所有开关触头恢复失电状态，为下次启动做准备。图5-19、图5-20所示的正反转控制线路在选煤厂也是很常见的。如小绞车及原煤带式输送机等设备的控制。交流异步电动机单向运行及正反转运行也可采用磁力起动器来控制。磁力起动器是一种低压配套自动化电气设备，由接触器、热继电器和按钮等组成。磁力起动器有不可逆式和可逆式两类。不可逆式磁力起动器由一个接触器、一个热继电器和控制按钮组成。其内部接线和图5-18所示电路相同；可控制电动机的单向运行。可逆式磁力起动器由两个接触器、一个热继电器和控制按钮等组成。其内部接线和图5-19所示电路相同，用来控制电动机的正反转运行。磁力起动器有3个进线端和3个出线端，使用时，只需将3个进线端与三相交流电源相连，3个出线端接至电动机，即可直接控制电动机的运行。这种低压配套电器的优点是使用方便，不需要再进行内部接线。磁力起动器有QC8、QC9、QC10、QC12等多种系列。使用时，根据被控电动机的容量和使用条件，选用相应系列等级的磁力起动器即可。第五节 电动机控制的几个常用环节各种生产机械由于工作要求的不同，对电力拖动系统的要求也不同，电动机控制电路也不同。但有许多控制环节是各种电路都必须具备的，如短路保护、过载保护等，也有些环节是控制电路中经常出现的。下面我们对几种常用的控制环节来进行分析。一 多地控制有些生产要求不仅能够就地操作，而且能够远距离操作，或者能在多处对其进行操作，这时就要用多地控制环节。实现多地控制很简单，只要将若干个安装在不同地点的停止按钮串联、启动按钮并联，按动任何一个停止按钮都可以控制停车，按动任何一个启动按钮都可以启动电动机，这样就达到了多地控制的目的。图5-21所示电路为对某台电动机(设备)进行两地控制的线路，SB1和SB2为就地控制按钮，SB3和SB4为远程控制按钮，其中停止按钮SB1和SB3串联，启动按钮SB2和SB4并联。图5-21两地控制线路二 顺序控制许多生产企业要求其生产机械按一定的先后顺序来动作，如选煤厂要求全厂设备逆煤流方向启动，顺煤流方向停车，这就要求对拖动这些生产设备的电动机进行顺序控制。顺序控制原则可以归纳为:若要求甲接触器动作后乙接触器才能动作，则需要把甲接触器的常开辅助触点串接在乙接触器线圈电路中，图5一22所示为两台电动机顺序启动控制电路，要求电动机M1，启动后电动机M2，才能启动。图中把接触器KM1的常开辅助触点串接在接触器KM2的线圈电路中，这样在电动机M1未启动(KM1未动作)时，即使按下SB4，由于串接在KM2线圈回路中的KM1的常开辅助触点是断开的，KM2线圈也不会得电，电动机M2不会启动。只有当KM1得电、电动机M1，启动后，再按下SB4、KM2线圈才能得电，M2才能启动.这样就可以保证电动机M1、M2始终能够按先后顺序启动。图5-22a所示控制线路，停车时，可以先停M1(按下SB1)，也可以先停M2(按下SB3)，M1和M2的停车是无顺序的。图5-22b所示控制线路，由于把接触器KM2的常开触点与SB1并联；因此，只有在接触器KM2失电，常开触点断开后，SB1的操作才有效，才能将M1停车， 即必须M2停车在先，M1才能停车，启动控制与停车控制均按一定顺序进行。图5-22 两台电动机的顺序控制线路三 联锁控制前面已经讲述了联锁控制，在图5-19控制线路中用到了接触器联锁。图5-20中除了接触器联锁以外，还有按钮联锁。联锁控制在以后的电路中还将大量出现，是一种很常见的控制环节.联锁控制多数情况下是利用接触器联锁。接触器联锁的控制原则可以归纳为：若要求甲接触器动作时乙接触器不能动作，则需将甲接触器的常闭辅助触点串接在乙接触器线圈电路；反之亦然。四 时间控制许多生产机械除了要求按某种顺序完成动作外，有时还要求各种动作之间要有一定的时间间隔，这就要用到时间控制。时间控制是利用时间继电器来实现的，时间继电器在接到控制信号以后，其触点并不立即动作，而延时一段时间后动作，接通或断开相应的控制电路。根据生产机械的要求不同，可以选择不同延时的时间继电器来控制。下面以图5-23所示电路为例来分析时间控制。图5-23 3台电动机顺序延时控制线路该电路为3台电动机按一定时间间隔顺序启动的控制电路，要求电动机M1，启动后延时n1秒后电动机M2才启动，M2启动后延时n2秒，电动机M3启动。接触器KM1、KM2 、KM3，分别控制电动机M1、M2、M3。时间继电器KT1和KT2。用于M1和M2、M2和M3之间的延时控制。电路工作原理如下:五 位置控制(又称行程控制)生产中常需要控制某些机械运动的行程或终端位置，实现自动停止，或实现整个加工过程的自动往返等，这种控制生产机械运动行程和位置的方法称为位置控制。这种控制方法就是利用位置开关与生产机械运动部件上的挡铁碰撞而使位置开关触头动作，达到接通或断开电路。图5-24所示为某工作台自动往返控制线路。为了使电动机的正反控制与工作台的左、右运动相配合，在控制线路中设置了4个位置开关SQ1 、SQ2、SQ3、SQ4，并把它安装在工作台需限制的位置上。当工作台运动到所限位置时，位置开关动作，自动换接电动机正反转控制电路，通过机械传动机构使工作台自动往返运动。控制线路动作原理如下:按下启动按钮SB1，接触器KM1，线圈获电动作，电动机正转启动，通过机械传动装置拖动工作台向左运动。当工作台运动到一定位置时，挡铁1碰撞位置开关SQ1，便常闭触头SQ1-1断开，接触器KM1线圈断电释放，电动机断电停转。此时，位置开关SQ1的常开触头 SQ1-2闭合，使接触器KM2获电动作，进而电动机反转，拖动工作台向右运动。同时位置开关SQ1复原，为下次正转作准备。由于这时接触器KM2的常开辅助触头已经闭合自锁，故电动机继续拖动工作台向右运动。当工作台向右运动到一定位置时，挡铁2碰撞位置开关SQ2.使常闭触头SQ2-1断开，接触器KM2线圈断电释放，电动机断电停转，与此同时，位置开关SQ2的常开触头SQ2-2闭合，使接触器KM1线圈再次获电动作，电动机又开始正转。如此循环往复，使工作台在预定的行程内自动往返。图中位置开关SQ3和SQ4安装在工作台往返运动的极限位置上，起终端保护作用，以防位置开关SQ1和SQ2一旦失灵，致使工作台继续运动不止而造成事故。需要停车时，按下SB3即可。除了上述5种常用控制环节外，选煤厂中还经常用到液位控制等环节，这在以后的章节中再做分析。图5-24 自动往返限控制线路第六节 鼠笼式电动机的降压启动对于较大容量的鼠笼式电动机，为了降低其启动电流，必须采用降压启动。电动机降压启动就是在电动机启动时将定子端电压降低，待启动过程结束后再将定子端电压恢复为额定电压。降压启动的方法有.定子串电阻降压启动、定子串自耦变压器启动和星三角(Y-)启动等多种。一 定子串电阻降压启动图5-25所示为定子串电阻降压启动的控制电路。启动时，在定子回路中串入电阻器，在电阻器上产生一定的电压降，从而降低定子的端电压，减小启动电流。当电动机转速上升到一定数值以后，再将启动电阻器短接，使电动机在额定电压下正常运行。图5-25 定子串电阻降压启动控制线路这种定子串电阻降压启动的优点是结构简单、造价低、动作可靠，缺点是电阻上功率损耗大。通常用于控制中小容量且不常开停的电动机。二有冻死骨 定子串自耦变压器降压启动定子串自耦变压器降压启动的控制线路如图5-26所示。这种启动电路和定子串电阻降压启动原理相同，所不同的是电动机启动时定子绕组端电压为自藕变压器的二次电压，启动结束后甩掉自精变压器，电动机在额定电压下正常运转。图5-26 定子串自耦变压器启动控制线路另外，接通电源，指示灯HL1亮；降压启动时，指示灯HL2亮；全压运行时，指示灯HL3亮。三 星-三角(Y-)启动星-三角启动适用于正常运行时定子绕组为三角形接线的电动机。在启动时，将定子绕组接成星形，以降低每相绕组的电压；启动结束后，再将定子绕组恢复为三角形接线，定子绕组接成星形方式启动，每相绕组电压只有三角形接线时的倍。这种启动方式可以有效地限制启动电流，但其启动转矩较小，只有三角形接线直接启动时的1/3，因而只适于空载或轻载启动的场合。星三角降压启动控制线路如图5-27所示。接触器KM和KMY用来控制三相定子绕组的接线方式，接触器KM和KMY得电时，电动机定子绕组接成星形方式启动，启动结束后接触器KMY释放，KM吸合，电动机定子绕组接成三角形方式接入正常运行。其控制过程如下:先合上电源开关QF，然后按下列程序进行:对于功率在125kW以下的鼠笼式异步电动机，可直接选用配套的星-三角起动器来进行降压启动控制。常用的星-三角起动器有QX3等系列，可根据电动机的容量来选择。图5-27 星-三角启动控制线路第七节 绕线式异步电动机的启动控制鼠笼式异步电动机采用降低定子绕组端电压的方法启动，可以减小启动电流，但也同时降低了启动转矩。对需要重载启动的生产机械，采用这种电动机就不能满足生产要求，这时可采用绕线式异步电动机。绕线式异步电动机的转子结构不同于鼠笼式异步电动机，其转子由三相转子绕组和转子铁心组成。三相转子绕组接在固定转轴上的3个相互绝缘的滑环上，通过滑环上的电刷可以把三相转子绕组线头引出。绕组式异步电动机的启动是在转子绕组回路串接适当电阻或电抗器来降低启动电流.绕组式异步电动机的启动电流：，其中U1为定子端电压.XL为转子每相绕组电阻.Xl0为转子每相绕组的感抗.当转子绕组串人电阻或电抗器时XL或Xl0增加，启动电流下降.这种方法的定子端电压保持不变，可以保证电动机有较大的启动转矩。- 转子串电阻启动控制转子串电阻器启动，是在电动机启动时通过电刷和滑环在三相转子绕组中串人对称三相电阻，启动过程中随电动机转速的升高逐步切除电阻，启动结束后，将转子绕组短接。图5-28所示为绕线式异步电动机自动启动控制线路，这个控制线路是依靠KT1、KT2、KT3三只时间继电器和KM1、KM2、KM3三只接触器的相互配合来实现转子回路三段启动电阻的短接，动作原理如下:合上电源开关QF按启动按钮SB1.接触器KM线圈获电，电动机定子接通电源、转子串接全部电阻启动。图5-28 绕线式异步电动机自动启动控制线路当接触器KM线圈获电动作时，时间断电器KT1同时获电，经过整定的延时时间后，KT1的常开触头闭合，接触器KM1线圈获电动作，便转子回路中两副KM1常开触头闭合，切除(短接第一级启动电阻R1，同时使时间继电器KT2的线圈获电;经过整定的延时时间后，KT2的常开触头闭合，接触器KM2线圈获电动作，使KM2两副在转子回路中的常开触头闭合，切除第二级启动电阻R2，同时另一个KM2，常开触头闭合，使时间继电器KT3线图获电；经过整定的延时时间后，KT3的常开触头延时闭合，使接触器KM3线圈获电动作，其两副在转子回路中的常开触头闭合，切除第三组启动电阻R3，同时一副常开触头闭合自锁，一副常闭触头断开，使KTI线圈失电，进而KT1的常开触头瞬时断开，使KM1、KT2、KM2、KT3依次断电释放，恢复原位。只有接触器KM3保持工作状态，电动机的启动过程全部结束，进行正常运转。接触器KM1、KM2和KM3的常闭触头与SB1启动按钮串接，其作用是保证电动机在转子回路全部接入外加电阻的条件下才能启动.如果接触器KM1，KM2及KM3中任何-组触头因焊接或机械故障而没有释放时，启动电阻就没有全部接入转子回路里，启动电流就超过规定的值。因此，接触器KM1，KM2及KM3的常闭触头只要有一个没恢复闭合时，电动机就不可能接通电源、直接启动。在线路中，只有接触器KM和KM3长期通电，而KM1、KM2、KT1、KT2、KT3只是在启动阶段短时通电. 这种控制线路中的启动电阻还可用来调速.当电动机需要降低转速时，在转子绕组中串人相应的电阻即可。因此，这种启动控制电路多用于需要调速的设备。采用转子串电阻启动，具有启动电流小、启动转矩大、允许在重负荷下启动等优点，但采用这种方式启动所用电气元件多、结构复杂造价高、维修量大且电阻上电能耗损大。二 转子串频敏变阻器启动转子串电阻启动方法在启动过程中由于逐段切除电阻，电流和转矩都会有突变，且控制线路复杂，使用电器较多;因此，近年来在工矿企业中广泛采用转子串频敏变阻器启动代替转子串电阻启动。图5-29 频敏变阻器的结构和等效电路频敏变阻器是一种阻抗值随频率变化的特殊电抗器.它由铁心和绕组两部分组成，其铁心是用几十毫米厚的铸铁板或钢板叠成的，铁心中的涡流损耗很大，涡流损耗可用一个等效电阻Rm来反映，由于涡流损耗与频率的平方成正比.所以等效电阻Rm也随频率而变化，故称为频敏变阻器。频敏变阻器的三相绕组可接成星形或三角形。如图5-29所示为频敏变阻器的结构示意图和等效电路.频敏电阻器采用图5-29b来等效。Rb为绕组本身电阻，Rm为涡流损耗等效电阻，Xm为绕组电抗，Rm和Xm都随频率的变化而变化.把频敏变阻器串入转子绕组，当电动机启动开始时，转子绕组中电流频率f，等于定子电流频率fl，此时频率f2最大，电抗Xm和等效电阻Rm也最大，因而限制了启动电流。随着电动机转子转速的升高，转子电流频率f2逐渐下降，电抗Xm和等效电阻Rm也随之自动减小，当转子转速趋于额定值时，电抗Xm和等效电阻Rm趋于零.在整个启动过程中，频敏变阻器的阻抗自动减小。这样不仅启动设备少，而且启动速度平稳，可以达到无级、平滑启动。图5-30所示为绕线式异步电动机转子串频敏变阻器启动的控制线路。该线路可以利用转换开关SA来进行自动控制和手动控制完成启动过程的选择。图5-30转子串频敏变阻器启动控制线路采用自动控制时，将转换开关SA拨到自动位置(即Z位置)。时间继电器KT将起作用，然后按下启动按钮SB1，接触器KM1线圈获电动作，其三副主触头闭合使电动机接通电源启动.(转子回路中的频敏变阻器产生作用一副常开辅助触头闭合自锁。与此同时，时间继电器KT线圈获电动作，经过整定的延时时间后，KT的常开触头闭合，中间继电器KA线圈获电，KA常开触头闭合，使接触器KM2线圈获电动作，KM2主触头闭合，将频敏变阻器短接，启动完毕。启动过程中，中间继电器KA不带电，故KA的两副常闭触头将热继电器FR的发热元件短接，以免因启动过程较长而使热继电器过热产生误动作。启动结束后，中间继电器KA的线圈获电动作，其两副常闭触头断开，热继电器FR的发热元件又接人主电路工作。图中TA为电流互感器，它的作用是将主电路中的很大实际电流变换成较小电流，串于热继电器热元件反映过载程度。频敏变阻器具有结构简单、材料和加工要求低、启动性能好、使用寿命长、维护方便等优点，从而得到广泛应用。第八节 三相异步电动机的制动控制制动有两个方面的含义：一是为了使电动机迅速停车，二是限制电动机的转速.制动的方法分为两类，即机械制动和电气制动。机械制动包括:电磁抱闸制动，电磁离合器制动;电气制动是使电动机在转动过程中，产生一个与电动机旋转方向相反的电磁力矩进行制动，电气制动主要采用能耗制动和反接制动。一、能耗制动(又称动力制动)能耗制动就是将电动机定子与交流电网断开，并在定子绕组中通人直流电源，产生不旋转的固定磁场，转子在外力的作用下运动，与磁场相切割产生电势，在转子回路中产生电流，此电流与气隙磁通相作用产生制动力矩，迫使转子迅速停止运动.图5-31所示为有变压器全波整流的能耗制动控制线路，该线路的工作过程如下:图5-31能耗制动控制线路能耗制动，利用的是转子惯性旋转的功能。在制动过程中，先将惯性转动的动能转化为电能，再将电能以热的形式消耗掉，故称为能耗制动，或称为动能制动.能耗制动的优点是，制动准确、平稳、能量消耗较小.缺点是，制动力矩较弱，且需要附加直流电源装置.能耗制动多用于制动要求平稳准确的场合.二 反接制动异步电动机进入反接制动状态运行所必须的条件是转子旋转的方向与旋转磁场的转向相反，反接制动的名称就是由此得来的.对于不同性质的负载，电动机实现反接制动的过程与方法也不相同。异步电动机拖动系统的反接制动有两种：转速反向的反接制动和电源反接的反接制动。反接制动时，由于制动电流较大，故一般应在主回路中接人限流电阻。反接制动产生的制动力矩较强，适用于要求制动迅速、系统惯性较大而制动不太频繁的场合.第九节 交流调这技术随着电子技术的不断发展和高性能电子器件的出现，交流调速技术自20世纪80年代以来得到了迅速发展，其调速性能完全可以和直流拖动系统相媲美，且在很多方面优于直流拖动系统;近年来交流调速领域出现了以微型计算机、微处理器为核心的新一代控制系统及单元，并从部分采用微处理器的模拟数字混合控制向着全面采用微处理器的全数字化控制方向发展，且除具有控制功能外，还具有监视、显示、保护、故障自诊断及自复原等多种功能。一 变频调速变频调速是一种最有发展前途的交流调速方式，它是靠变频器实现的。变频器种类很多，以有无直流中间环节来区分，有交交变频器和交-直-交变频器;变频器作为负载的电源、可分为电流(源)型和电压(源)型。1.交-交变频器 目前常以晶闸管作为开关器件，常用于变频器的输出频率为1/2工频以下的大功率电气传动方面。由于采用较多的电力电子器件及输出频率较低等原因，交交变频器的使用不够广泛。图5-32 变频调度器结构原理示意图2 交-直-交电流型变频器通常由晶闸管的三相可控整流桥、直流环节大电容滤波器和晶闸管三相逆变桥所组成。它不需要任何附加主电路，就能把负载电机送来的能量返还电网。由于大电感滤波器的存在，限制了瞬时故障电流的上升率，比较容易实现过电流保护。在负载功率较大的情况下，容易以多重化实现变频器的功率扩大，同时改善对负载供电的电流波形。3 交-直-交电压型变频器 通常由二极管的三相不可控整流桥、直流环节大电容滤波器、各种开关器件的三相逆变桥、控制器和故障检测等部分所组成，如图5一32a所示。这种变频器主电路的优点是只有逆变桥是受控的。直流环节恒定的电压经过PWM逆变器的控制、可实现输出电压和输出频率同时可调。由于主电路较简单，输出的电流波形接近正弦，因而被广泛应用。但是，这种电路不能实现负载反馈能量的再生和消耗，在负载仅有少量能量反馈时，通常在主电路的直流环节接入能量释放环节(由开关器件和能耗电阻所组成)。在负载有大量的能量反馈时，通常用两组反并联的三相可控桥代替前述二极管的三相不可控整流桥，这时能够实现负载的能量返送电网。逆变桥的器件在大功率时常用晶闸管，因而也必须配以换流电路;在中、小功率时常采用GTO或GTR等自关断器件。控制器是整个系统的核心，它产生脉宽调调制(PWM)波形，驱动主回路中的功率开关管，输出正弦三相交流电，使电动机以规定转速运行。在PWM方式中，正弦波脉宽调制(SPWM)是最基本的脉宽调制方式之一，其原理如图5-32b所示，控制器输出脉冲的宽度 是按正统波规律变化的，即各个矩形脉冲波下的面积接近于正弦波下的面积，这时逆变器的输出电压就接近于正弦波。药厂 目前在我国很多选煤厂的过滤机液位自动控制系统中，就是利用该类型变频器进行过滤机圆盘转速的调节。二 串级调速串级调速是利用绕线异步电动机的转差功率，相当于转子附加电势的一种比较经济的高效调速方法。串级调速的特征就是将转差功率取出来加以利用。这部分功率的去向有二:一是直接变成机械功率输出给机械轴；一是转变成与电源同频率的电功率反馈到电网中去。前者称为机械串级系统，后者称为电气串级系统。目前晶闹管串级调速技术已经比较成熟，有系列化产品可供选择. 第十节 常用的洗煤厂高低压控制原理图一 洗煤厂常见的低压控制原理图 1 图5-33为电机单转控制原理图图5-33电机单转控制原理图2 图5-34为电机正反转控制原理图图5-34正反转控制原理图3 图5-35、图5-36洗煤厂高压控制柜控制原理接线图图5-35高压控制原理图图5-36高压柜控制原理接线图4、图5-37、图5-38洗煤厂压风机接线图图5-37压风机主回路图5-38压风机控制原理接线图5 图5-39洗煤厂软启动柜控制原理图图5-39洗煤厂软启动柜控制原理图第六章 交流电动机第一节 交流异步电动机的类型、参数用途及保护与起动方式一 交流异步电动机的分类和主要用途交流异步电动机按电源相数分，有单相和三相两类；按电动机尺寸分，有大型、中型和小型三种；按防护形式分，有开启式、防护式、封闭式三种；按通风冷却方式分，有自冷式、自扇冷式、他扇冷式、管道通风式四种;按安装结构形式分，有卧式、立式、带底脚、带凸缘四种；按绝缘等级分，有E级、B级、F级、H级;按工作定额分，有连续、断续、短时三种。交流异步电动机品种、规格繁多，按转子绕组形式分，有笼型转子和绕线转子两类。笼型转子绕组本身自成闭合回路，整个转子被绕铸成一坚实整体，结构简单牢固，应用最为广泛，一般小型异步电动机大多为笼型转子。绕线转子由铁心和绕组组成，在其转子绕组回路中通过集电环和电刷接人外加电阻，可以降低起动电流和改善起动特性，必要时可以调节转速。交流异步电动机定子绕组直接联接交流电网，转子绕组不需与其他电源相联接，其结构简单、制造、使用和维护方便，运行可靠，重量轻，成本较低，广泛应用于工农业生产和其他国民经济各部门，可用来拖动机床、水泵、鼓风机、起重卷扬设备、轻工业和农副业加工设备及用作其他一般机械动力，是各种电动机中应用最广、需要量最大的一种电动机。二 交流异步电动机的参数1 额定功率 在额定工作状态下运行时，电动机轴上输出的机械功率为额定功率，单位为W或kW。2 额定电压 电动机在额定运行情况下，输入定子绕组的线电压为额定电压。如果铭牌土标有两个电压数值，则表示定子绕组两种不同联结方式的线电压，如220/380V等。3 额定电流 电动机在额定运行时，定子绕组的线电流值为额定电流。如果铭牌上标有两个电流值，则表示定子绕组两种不同联结形式的线电流值。4 额定转速 表示电动机运行在额定负载时的转速为额定转速，单位r/min。5 温升 指电动机高出环境的温度。电动机的绝缘等级，表示电动机绕组的绝缘材料和导线所能耐受温度极限的等级。电动机允许温升与绝缘等级的关系见表6-1。有的铭牌只标允许温升，不标绝缘等级，环境温度一般不超过400C。电动机在正常运行时，如果超过允许温升值，绝缘材料将加速老化，电动机寿命将大大缩短。由于电动机各部分温度不同，最热点温度一般比实际可测到的绕组平均温度高5100C。为保证电动机各部分绝缘不过热，用电阻法测得的温度是绕组的平均温度，但应留有5100C的裕度。如用温度计测量，误差更大，应留有150C裕度。表6-1 电动机允许温升与绝缘等级表6 工作定额 表示电动机在不同运转状态下的工作定额，分为连续运行(Sl)，短时运行(S2)和断续运行(S3S8)等不同使用方式。“连续运行”是指电动机允许在额定负载下作连续长期的运行。”短时运行”是指电动机在额定负载下只能在限定的短时间内运行，其短时持续时间分为10min、30min、60min、90min四种类型。”断续运行”是指电动机在额定负载下作周期性的断续运行，用暂载率来表示(即在10min的一个周期内，电动机持续负载运行的时间与周期之比的百分数)。不同断续运行的电动机分为15%、25%、40%、60%四种类型。如暂载率为25%的电动机，在一个周期内是2.5min工作，7.5min停车。如铭牌上元其他说明，则均为25%的暂载率。三 交流异步电动机的起动方式和条件交流异步电动机的起动方式，一般分为直接起动和减压起动两种。减压起动有电阻减压起动、星三角形减压起动、延边三角形-减压起动、电抗器减压起动和自耦变压器减压起动等几种方式。电动机的各种起动方式的特点见表6-2。1 交流异步电动机起动时应满足的条件(1) 起动时的电压降。经常起动的电动机不大于10%；偶而起动的电动机不大于15%；在保证传动机械所要求的起动力矩又不影响其他用电设备的正常运行时，电动机的电压降可容许20%或更大；由单独变压器供电的电动机，其电压降允许值由传动机械的起动力矩决定。(2) 电动机的起动力矩应大于传动机械的静阻力矩。传动机械的静阻力矩一般由工艺专业提供。(3) 起动容量应不超过供电设备的过负荷能力。对变压器而言，其起动容量如以每昼夜起动6次、起动时间为15s来考虑，当变压器的负荷率小于90%时，最大起动电流可为变压器额定电流的4倍。(4) 应保证电动机和起动设备的动稳定和热稳定。电动机起动时的动稳定和热稳定应符合制造厂的规定，例如电动机的允许起动条件(直接或降压)和连续起动次数。2 交流笼型异步电动机的起动方式(1) 直接全压起动 这种方法是在笼型异步电动机上加额定电压起动。笼型异步电动机应优先采用直接全压起动，当不允许直接全压起动时，才考虑减压起动。表6-2电动机各种方式比较笼型异步电动机允许直接起动的条件是:1) 电动机自身允许直接全压起动。2) 生产机械能承受全电压起动时的冲击转矩。 3) 起动时电动机端电压波动符合要求。笼型异步电动机能否直接全压起动，从电气角度考虑，主要取决于电网容量的大小、起动次数和线路上允许的干扰程度。确定笼型异步电动机能否直接起动的参考数据见表6-3和表6-4。表6-3 按电源容量确定笼型异步电动机直接起动时的功率表6-4 6(10)/O.4kV变压器允许直接起动笼型异步电动机的最大功率大功率电动机的起动方式，应根据制造厂提供的电动机的起动条件进行选择和计算。以上原则要根据具体条件和情况，在保证安全的前提下，通过试验加以确定。随着电网容量的增大，电机制造技术的发展，允许直接全压起动的电动机容量将会有所提高。(2) 减压起动 当笼型异步电动机功率较大，而电源容量又相对较小，电动机为轻载起动时，采用降低电动机定子绕组电压的方法，来减少异步电动机的起动电流，这种起动方法叫做减压起动。1) 星形一三角形起动法，适用于低压笼型异步电动机定子绕组有六个出线端子，额定运行时定子绕组为三角形联结。常用于交流380V容量在125kW以下的电动机。操作方法有手动和自动两种。起动时电动机定子绕组先作丫形联结，待电动机转速升高到额定转速且正常运行时，将定于绕组改换为形联结。起动时均每相定子绕组所承受的电压降低到电源电压的，起动的线电流为A形联结直接起动时线电流的1/3，可以有效限制起动电流。但起动转矩也减小到形联结直接起动时的1/3。所以，这种起动方法，只适用在空载或轻载起动的生产机械。在换接定子绕组的瞬间，转子要受到一定的冲击力。为防止丫转换过程中，接触器主触头电弧燃弧时间较长，引起相间短路，采用加一只时间继电器，使丫形起动换接为形运转，有一时间延迟，保证可靠转换。2) 电抗(电阻)减压起动法，适用于高压、低压中等容量的笼型异步电动机的起动。通常为手动操作。起动时电动机定子回路中串入电抗(电阻)器，降低其端电压。当电动机转速接近额定转速时，将电抗(电阻)器短路。由于电动机没有断电，因此，可避免因开关的换接而产生电流的突然冲击。这种起动方法中，电动机的起动电流按其端电压的比例降低，起动转矩也按其端电压平方的比例降低。如果串入电阻后，起动电流为直接起动时的60%(K=0.6)，则起动转矩降低为直接起动时的36%。由于串联电阻在起动过程中有能量损耗，故这种起动方法只适用于中等容量的低压电动机的起动。串联电抗器的起动情况相同，但起动过程中，电感无能量损耗，适用于高压电动机的起动。这种起动器具有过载、失电压保护和机械联锁。由于这种起动器在使用中技术经济效果较差，巳较少使用。3) 自藕减压起动法，适用于大、中型通常容量在320kW以下的笼型异步电动机作不频繁减压起动。由于一般自耦变压器为短时工作制，故不适合在频繁操作条件下使用。操作方式有手动和自动两种，容量较大则采用自动方式。工作时，三相自耦变压器的一次侧接交流电源，二次侧接电动机的定子绕组，在电动机开始起动时，利用自耦变压器降低定子绕组的端电压，当电动机接近额定转速时，将自耦变压器切除，把电动机定子绕组直接接到交流电源上。自耦变压器有额定电压的80%和65%两组抽头，成套装置出厂时，抽头放在65%上，这时其起动转矩为直接起动时的38.5%，起动电流为直接起动时的32.5%。如果需要较大起动转矩时，可以改接在80%的抽头上，这时其起动转矩可提高为直接起动时的64%，起动电流也提高为直接起动时的40%。这种起动器具有过载和失电压保护功能，其优点是可以减小电动机起动电流对电网的影响，起动转矩较大；其缺点是结构复杂，体积大，检修不方便，价格较贵。自动操作起动器选择见表6-5。4) 延边三角形起动法，适用于定子绕组有9个出线端子的笼型异步电动机。操作方式为自动操作。工作起动时，电动机定子绕组一部分接成三角形，另一部分联结在三角形的延长边上，称为延边三角形，用符号表示。起动结束后，定子绕组改接成三角形，这时每相绕组处在电源的全电压下，它是利用变更电动机定子绕组的接法，而改变每相绕组承受的电压，来达到减压起动的目的。表6-5 自藕减压起动器选择表这种起动方法，是利用电动机定子的三角形部分绕组匝数与延边部分绕组匝数的不同，获得不同的抽头比例，来达到降低加在电动机定子绕组上的电压。如果抽头比例为1:1时，若电源电压为U1，则加到电动机每相绕组的电压为0.7U1，起动电流为直接起动时起动电流的0.45，起动转矩为直接起动时起动转矩的0.45，如果抽头比例为1:2时，则加到电动机每相绕组的电压为0.78U1，起动电流为直接起动时起动电流的60%，起动转矩为直接起动时起动转矩的60%。这种起动方法的优点，是极为经济，适用于频繁起动，有调速功能，可获得与其他起动方法相近的起动电流和起动转矩；缺点是定子绕组的抽头较多，结构较复杂。3 绕线转子异步电动机的起动方式 绕线转子异步电动机在转子中串联电阻起动，不仅可以限制起动电流，还可增大起动转矩，使电动机的起动性能得到改善。所以，对要求起动次数频繁、起动时间很短和起动转矩较大的生产机械，常采用绕线转子异步电动机。其常用的起动方法，有起动变阻器起动和频敏变阻器起动两种。（1) 起动变阻器起动法 对功率较小的绕线转子异步电动机，一般采用三相起动变阻器或油浸式起动变阻器；对功率较大的电动机，可采用金属电阻器或水电阻器。操作方法有手动和自动两种，一般功率较小的为手动。工作起动时，电动机定于绕组接通电源，在转子回路中接入变阻器。随着电动机转速上升，逐渐减小变阻器的电阻值，最后把变阻器全部切除，把转子回路短接。在电动机转子电路串联电阻后，使转子电流减小，定子绕组的起动电流也减小；另一方面提高了转子电路的功率因数，增加了转子电流的有功分量，增大了起动转矩。这种起动方法，操作简单，获得广泛使用。(2) 频敏变阻器起动法 频敏变阻器是一种无触头的电磁元件，相当于一个铁心损耗很大的三相电抗器。工作起动时，电动机定子绕组接通电源，在转子回路中接入频敏变阻器，其电抗值和对应于铁心涡流损耗的等效电阻值，随着转子电流频率的减小而自动下降，可以自动变阻，不需经过分段切换电阻，就可以把电动机平稳地起动起来，从而减小了起动电流并得到近似恒定的起动转矩。起动结束后，可以自动或由人工操作把频敏变阻器切除。对机械特性要求较软的设备，也可以将频敏变阻器常接在转子回路中。如龙门起重机的大车和小车、轧钢机的辊道等。这种起动方法的优点，是节省起动控制设备，不需要改变外接阻抗，线路简单，维护简便。缺点是功率因数低，起动转矩小，对要求在低速下运转和起动转矩较大的场合不宜采用。第二节 交流异步电动机的运行维护和安装检修一 交流异步电动机的正常运行维护1 交流异步电动机的起动前检查(1) 新安装或长期停用的电动机，在使用前应检查电动机的定、转子绕组各相之间和绕组对地的绝缘电阻。绝缘电阻应大于下式所求得的数值对低压电动机用500V绝缘电阻表测量，其绝缘电阻不应低于0.5M，否则应对定子绕组进行干燥处理。干燥时的温度不允许超过12