《机电控制技术》-单元十

项目１三相异步电动机的正转控制线路任务１刀开关控制线路刀开关控制线路是一种手动控制线路，是最简单的控制线路。电气控制线路如图１０－１所示。１.电器组成刀开关（ＨＫ系列和ＨＨ系列）和熔断器。２.电气控制原理分析闭合刀开关→连通电源→电动机启动；断开刀开关→电动机停止。３.线路的保护环节线路中只有一组熔断器用于短路保护。下一页返回项目１三相异步电动机的正转控制线路４.线路的特点及适用范围该线路结构简单，使用方便。由于该控制线路为手动操作，动作缓慢，故不能用于频繁操作的场合。在启动与停车的过程中产生的电弧量大，且不易熄灭，具有一定的危险性。而且不能实现远程的自动化控制，所以只应用于一般要求不高的简单控制场合。任务２点动控制线路生产设备有时要求电动机短时能断续工作，如机床的试车和吊车的控制等。这类设备要求需要工作时按下按钮，电动机启动，停止工作时松开按钮，电动机停止。具有这种工作特点的控制叫点动控制。其电气原理如图１０－２所示。上一页下一页返回项目１三相异步电动机的正转控制线路１.线路及电器组成点动控制线路由主电路及辅助电路组成。主电路由隔离开关ＱＳ、熔断器ＦＵ、交流接触器、电动机和导线组成；辅助电路由交流接触器、线圈、按钮ＳＢ和导线组成。２.电气原理分析合上ＱＳ，按下按钮ＳＢ，交流接触器线圈ＫＭ得电，接触器的主触头闭合，电动机得电运转；松开按钮ＳＢ，交流接触器ＫＭ线圈失电，接触器主触头复位，电动机失电停止；最后，分断隔离开关ＱＳ。３.线路的保护环节上一页下一页返回项目１三相异步电动机的正转控制线路由于该线路是点动控制，电动机的工作时间短，所以电动机出现过载的概率较小，因此点动控制线路只设置了短路保护环节，而没有设置过载保护环节。由于辅助电路与主电路是两相相连的，若两相中的任一相短路，或电压降至额定电压的７５％以下，此时即使按钮连通，接触器的主触头仍处于释放状态。因而减小了电动机断相或欠压运行的机会，从而部分地达到失压或欠压保护的目的。任务３单向运转控制回路点动控制线路解决了刀开关控制线路动作速度慢，电弧量大，安全性能差，不能远程控制等缺点。但是该线路的不足之处也是明显的：电动机持续运转不便，仅仅用于短时工作制的场合。上一页下一页返回项目１三相异步电动机的正转控制线路同时，该线路没有设置过载保护装置。为了解决以上问题，我们设计出单向运转控制线路。１.线路及电器组成线路如图１０－３所示，它由主电路和辅助电路组成。主电路由隔离开关ＱＳ、熔断器ＦＵ、交流接触器主触头和热继电器ＦＲ组成；辅助电路由启动按钮ＳＢ２、停车按钮ＳＢ１、交流接触器ＫＭ线圈、常开辅助触头和热继电器的常闭触头组成。２.电器原理分析合上隔离开关ＱＳ：上一页下一页返回项目１三相异步电动机的正转控制线路３.保护环节该控制线路中，设有短路保护（熔断器）、过载保护（热继电器）、失压和欠压保护（接触器）等保护环节，极好地解决了电动机常见故障的保护。上一页下一页返回项目１三相异步电动机的正转控制线路４.自锁环节自锁也叫自持或者自保。这个环节是电气自动控制系统中最基本最重要的一个环节，其他各种控制电路可以很简单也可以很复杂，可以说都是从这个电路的基础上派生出来的。自锁电路定义为：通过自身的常开触点实现自身持续得电状态的电路。如图１０－３所示，控制回路中由ＫＭ触头、线圈、ＳＢ１和ＳＢ２组成的电路即为自锁电路，常开触头ＫＭ即是自锁触头，它在这个环节起到举足轻重的作用，但实际应用的电路中，这四方面缺一不可。其工作原理类似于电子电路中的正反馈，ＫＭ触头与ＫＭ线圈形成一对互为依存的关系。由于ＫＭ触头控制着线圈的得电通路，从得电的角度来说：上一页下一页返回项目１三相异步电动机的正转控制线路二者互为因果，这样就形成了一对互为依存的关系。其实对于这样的电路，得电与失电的概率是相等的，所以得电需要自锁，失电也是需要自锁的。这也形成一对互为依存的关系。在电子电路中，有一种双稳态电路，也就是ＲＳ触发器，它有两个输入端：复位端Ｒ与置位端Ｓ，同时有两个输出端：一个同相端和一个反相端。上一页下一页返回项目１三相异步电动机的正转控制线路如果在置位端加触发信号（一个脉冲），则输出（以同相端为准）１；如果在复位端加信号，则输出０，并且这１状态与０状态在没有外界干扰和另一个信号控制的情况下，一直是稳定的，故称之为双稳态电路。那么这里所讲的自锁电路是不是这样的呢？显然它们是完全一样的：ＳＢ１对应复位端，ＳＢ２对应置位端，接触器的常开触点对应同相输出端。接触器的常闭触点对应反相输出端，所以自锁环节也就是用接触器、继电器实现的双稳态电路。如图１０－４所示的控制电路。５.主电路与控制电路上一页下一页返回项目１三相异步电动机的正转控制线路主电路也称为一次回路，如图１０－５（ａ）所示的电路。控制回路也称二次回路或者辅助回路，如图１０－５（ｂ）所示的电路。主电路通过控制回路对它的控制最终为执行机构提供能量，是执行机构的必经通路。其电源的性质，如电压高低、交流直流、电源频率和电源的容量大小都取决于最终的执行机构。控制电路的电源从原理上来说与主电路的电源没有必然的联系，可以独立设置电源也可以和主电路共用电源。出于设计中少用电源的原则，在能满足控制回路电器需要的情况下尽量共用主电路电源。如果不能满足，例如，控制回路要用安全电压，则可以另设电源，无论如何必须满足控制回路中电器的需要。上一页下一页返回项目１三相异步电动机的正转控制线路主电路原理图在绘制时用粗实线绘制，控制回路用细实线绘制。主回路可以是左右走向置于图纸的上方，也可以是上下走向置于图纸的左侧；控制回路对应的应当是左右走向置于下方，或上下走向置于右侧。电路中的图形符号一般应遵从“左开右闭下开上闭”的绘制原则。位置上最左或最上方为停止按钮，其次是自锁触头与启动部分，再次是互锁联锁部分，然后是继电器、接触器线圈，最右侧是接热继电器的常闭触头，这不仅仅是出于整齐划一且方便读图的目的，更重要的是这样布置并这样施工，电路不易出现意外（寄生电路）。上一页下一页返回项目１三相异步电动机的正转控制线路任务４带点动控制的单向运转线路图１０－３所示的控制线路，弥补了图１０－２所示点动控制线路的缺陷。但是，机床设备在正常工作时，电动机一般处于长时间的连续运转状态，机床往往又需要试验各部件的运作情况以及进行工件和刀具之间的调整工作，这就要求控制线路能实现这种控制特点，即控制线路不仅能连续控制电动机，而且能实现点动控制线路。图１０－５所示的控制线路就是连续控制与点动控制线路。图１０－５（ａ）所示的控制电路的连接方法，是在图１０－３所示连续单向运转控制线路的基础上，在自锁常开触头的线路中串联上点动／连续运转控制开关ＫＡ实现的。上一页下一页返回项目１三相异步电动机的正转控制线路电路连续运转时，开关ＫＡ闭合：点动控制时，开关ＫＡ断开：上一页下一页返回项目１三相异步电动机的正转控制线路点动／连续控制开关ＫＡ在控制电路中的作用是：ＫＡ闭合时，使自锁线电路正常工作，线路实现自锁连续控制；ＫＡ断开时，自锁触头不能实现自锁功能，线路只能实现点动控制。由此可见，要实现点动控制只需要破坏线路中的自锁功能。在点动／连续控制的电路中，ＳＢ１为连续工作启动按钮，ＳＢ２为停止按钮，ＳＢ３为点动控制按钮。上一页返回项目２三相异步电动机正反转控制线路所谓电动机的正反转控制线路，是指该线路可同时控制电动机的正反转，也称之为可逆控制。在生产过程中，生产的机械产品常常要求具有上下、左右、前后和往返等具有运动方向的控制。为了简化传动系统，通常要求电动机能够实现可逆运转。如电梯的上下运行、起重机吊钩的上行与下降、机床工作台的前进与后退以及主轴的正转与反转等运动的控制等，都是通过可逆控制来实现的。要想实现三相异步电动机的反向运行，只需要改变电动机旋转磁场的旋转方向。而为了实现这一点，只要改变电动机任意两根引线的连接顺序，即可使电动机反转。其原理如图１０－６所示。下一页返回项目２三相异步电动机正反转控制线路常见的三相异步电动机正反转控制线路有倒顺开关正反转控制线路、接触器正反转控制线路、接触器联锁的正反转控制线路、复合按钮联锁的正反转控制线路、按钮和接触器双重联锁的正反转控制线路等。任务１倒顺开关正反转控制线路如图１０－７所示的倒顺开关，它是通过改变动触片的位置从而改变电源相序来控制电动机正、反转的。常用于控制额定电流１０Ａ，功率在３ｋＷ以下的电动机。倒顺开关也叫可逆转换开关，它是由六个静触点①、②、③、④、⑤、⑥和手柄控制的鼓轮（包括轴线）组成，鼓轮上带有两组（六个）形状各异的动触片Ⅰ１、Ⅰ２、Ⅰ３和Ⅱ１、Ⅱ２、Ⅱ３。上一页下一页返回项目２三相异步电动机正反转控制线路它的工作原理是：当控制线路处于“停止”控制时，倒顺开关如图１０－７（ｂ）中所示的位置，所有动触头都与静触头不连接，电路不通，电动机停转。转动手柄，倒顺开关就可以处于“顺转”（正转）控制状态，此时第一组动触头Ⅰ１、Ⅰ2、Ⅰ3与静触头接触，即Ⅰ１使①、②相连；Ⅰ2使③、④相连；Ⅰ3使⑤、⑥相连，电路接通，电动机电源相序为Ｕ－Ｖ－Ｗ，因此电动机正向运转。当需要电动机反转时，转动手柄，倒顺开关就处于“倒转”（反转）控制状态，此时手柄带动转轴转动使第二组动触头Ⅱ１、Ⅱ２、Ⅱ３与静触头接触。上一页下一页返回项目２三相异步电动机正反转控制线路即Ⅱ１使①、②相连；Ⅱ２使③、⑤相连；Ⅱ３使④、⑥相连，电路接通，这时电动机的电源相序为Ｕ－Ｗ－Ｖ，电动机反向运转。使用倒顺开关对电动机进行正反转控制时必须注意：电动机处于正转状态时，欲使它反转，必须先把手柄转到“停止”位置，使电动机先停转，然后再把手柄转到“倒转”的控制位置，使电动机反转。若手柄直接从“顺转”扳到“倒转”位置，因电源突然反接，会产生很大的反接电流，易使电动机定子绕组损坏。由倒顺开关组成的电动机正反转控制线路的优点是：所用控制电器较少。上一页下一页返回项目２三相异步电动机正反转控制线路其缺点是：操作烦琐，特别是在频繁操作转向控制时，操作人员劳动强度大，还不能进行远程的自动控制，不具有掉电保护功能，且被控制的电动机的容量较小。因此生产过程中经常采用由两台接触器组成的电动机正反转控制线路。任务２接触器正反转控制线路为了克服用倒顺开关控制电动机正反转的缺点，人们设计出由接触器来改变电动机电源相序的控制线路。如图１０－８所示。１.线路及电器组成线路由主电路和辅助电路组成。上一页下一页返回项目２三相异步电动机正反转控制线路主电路由隔离开关、熔断器、控制电动机正转的主触头ＫＭ１、控制电动机反转的主触头ＫＭ２、热继电器ＦＲ、电动机和导线组成。辅助电路由停车按钮ＳＢ３、正转启动按钮ＳＢ１、反转启动按钮ＳＢ２、正转控制交流接触器ＫＭ１线圈及自锁触头和反转交流接触器ＫＭ２线圈及自锁触头、热继电器的常闭触头组成。２.电气原理分析合上隔离开关ＱＳ：１）正转控制上一页下一页返回项目２三相异步电动机正反转控制线路停车２）反转控制任务３接触器联锁的正反转控制线路接触器正反转控制线路操作简便，但也存在着不少问题。例如，当ＫＭ１在工作时，不小心按下ＳＢ２，此时ＫＭ２线圈得电，其主触头会立即闭合，此时主电路的电源会通过两个交流接触器的主触头形成短路，烧毁主触头并危及电路。上一页下一页返回项目２三相异步电动机正反转控制线路为了防止这类事故的发生，要保证两接触器线圈不能同时得电，人们设计出接触器联锁的正反转控制线路。如图１０－９所示。１.线路及电器组成该线路与接触器正反转控制线路基本相同，只是在正转控制支路及反转控制支路中增加了一对联锁触头。２.电气原理分析１）正转控制上一页下一页返回项目２三相异步电动机正反转控制线路２）反转控制任务４复合按钮联锁的正反转控制线路图１０－９所示的控制线路是否可以说比较完善了呢？我们知道，在这个线路中，需要电动机从一种旋转方向改变为另一种旋转方向的时候，必须首先按停止按钮ＳＢ３，否则就会因联锁作用无法达到目的。上一页下一页返回项目２三相异步电动机正反转控制线路这就是说，电动机在改变旋转方向时，前后需要按动两个按钮。这一点对于那些要求电动机频繁改变运转方向的生产机械来说，往往是不相适应的。为了节省时间，提高生产效率，用户希望在电动机正转的时候直接按动反转启动按钮ＳＢ２，电动机就可立即反转，而在电动机反转时，也同样可以通过直接按动正转启动按钮ＳＢ１，就可使电动机立即正转。如何实现这一功能呢？下面介绍一种采用复合按钮联锁的正反转控制线路。如图１０－１０所示。图１０－１０所示的电路与图１０－９所示的电路基本相同，不同点在于联锁环节，即用复合按钮联锁代替接触器联锁。上一页下一页返回项目２三相异步电动机正反转控制线路其工作原理是：在电动机正转过程中，ＫＭ１线圈通电，要使电动机反转，只需按下反转复合按钮ＳＢ２，这时复合按钮ＳＢ２的常闭触头首先断开，使ＫＭ１线圈断电，触头全部恢复到正常位置，电动机断电。紧接着ＳＢ２的常开触头闭合，使反转接触器ＫＭ２线圈得电，ＫＭ２主触头闭合，电动机得电反转。这样既保证ＫＭ１、ＫＭ２线圈不能同时得电，方便操作，同时克服了电动机换向按两次按钮的缺点。操作时，应将启动按钮按到底，否则，只能停车不能启动。上一页下一页返回项目２三相异步电动机正反转控制线路任务５按钮、接触器双重联锁的正反转控制线路按钮联锁控制线路操作简便，但当主触头发生熔焊时，易发生短路。接触器联锁的控制线路虽然不易出现短路事故，但操作不便。所以人们结合两者的优点，设计出按钮、接触器双重联锁的正反转控制线路，该线路既操作简便，又安全可靠。如图１０－１１所示。１.线路的特点该控制线路的主电路与前面所述的正反转控制线路相同，控制线路是图１０－９和图１０－１０的控制线路的组合体。上一页下一页返回项目２三相异步电动机正反转控制线路２.电气原理分析图１０－１０和图１０－１１的电路相比图１０－９的电路来说，不同之处在于：图１０－１０和图１０－１１的电路，电动机处于正转或反转取决于最后按下的按钮（ＳＢ１或ＳＢ２），而图１０－９的电路则取决于先按下的按钮，故图１０－９的电路又称为先选择优先电路，图１０－１０和图１０－１１的电路又称为后选择优先的电路。这个电路在操作上虽然方便了许多，但也不是在所有场合都适用的。因为电动机转子有一定的惯性，再加之拖动的负载，惯性更大。上一页下一页返回项目２三相异步电动机正反转控制线路如用图１０－１０和图１０－１１所示的电路直接正反向切换的话，造成的电冲击和机械冲击太大，不能应用于大功率重负载场合中去，当遇到这种情况时，还是采用图１０－９所示的电路较为合适。任务６设备的互锁控制在许多场合，一些设备之间是不允许同时开启的。总之，互锁的几个设备之间具有相同的优先级，在启动具有互锁关系的数个设备时，其中的任何一个设备都有可能启动（当然从工艺上只选择性的启动某一个），但是一旦某一个启动了，别的都将被锁定为失电状态，在任一时刻只有一个可以得电运行，其他的若要启动需要等下次选择启动。上一页返回项目３三相异步电动机的降压启动前面介绍的三相异步电动机的启动方法均为全电压直接启动。启动时电动机定子绕组所加的电压为电动机的额定电压。这种启动方式的特点是：电路元件较少，控制电路简单，故障少，维修工作量小。但是我们知道电动机在全压启动过程中，启动电流为额定电流的４～７倍。过大的启动冲击电流对电动机本身和电网以及其他电气设备的正常运行都会造成不利影响。过大的启动电流使电动机发热，使电动机绝缘老化，影响电动机寿命。下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动过大的启动电流还会造成电网电压大幅度的降落，这样一方面使电动机自身启动转矩减小（普通异步电动机全压启动转矩本身就不大），延长了启动时间，增大了启动过程的能耗，严重时甚至导致电动机无法启动；另一方面，由于电网电压降低而影响其他用电器的正常工作，如电灯变暗，日光灯闪烁以至熄灭，电动机运转不稳定，甚至停转。因此有些电动机特别是较大容量的电动机需要采用降压启动。一台电动机是否需要采用降压启动，可以用下面的经验公式判断：上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动所谓降压启动就是电动机在启动时，加在定子上的电压小于额定电压。当电动机启动后，再将电源电压升至额定电压，这样大大降低了启动电流，减小了电网上的电压降落。其实降压启动的目的是限制启动电流，降压启动只是一个习惯的说法，直接降低启动时的电压并不是降压启动的全部，因而降压启动确切地说应称之为限电流启动。常见的降压启动方法有：Ｙ—△启动、自耦变压器降压启动、延边三角形启动、三相绕线转子异步电动机的启动和固态降压启动等。上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动任务１降压启动的切换原则降压启动只是电动机进入正常运转时的一个过渡过程，无论启动时间有多长（实际上不会太长），总要切换为正常运行状态，切换为正常运转时所依据的信号是各不相同的，我们称之为降压启动的切换原则。１.转速原则当降压启动的电动机主轴转速升高到额定转速的８０％时，切换为全压运行状态。这个方案采用转速作为切换的信号，所以要用到速度继电器。从精度的角度来说，最为精准。上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动但要用到速度继电器，并要与电动机主轴或拖动的机械进行机械的连接，所以应用不便，代价稍高，故应用不多。２.电流原则由电动机启动时的特性可知，随着电动机启动时转速的升高，电动机主回路的电流在减小，这时可以以启动电流为原则进行切换，电流降到接近额定值时，转为全压运行。这个方案要用到能精确动作的电流继电器，由于电流继电器要接到主回路，应用也不够方便，并且由于电动机负载不一样时它的启动电流也不尽相同，所以切换的精度不够高。３.时间原则上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动由于电动机降压启动时总要经历一定的时间，所以可以以时间为原则进行全电压的切换。只要在电动机开始启动时开始计时，到一定时间进行全电压切换即可。因为时间继电器是运行在控制电路中的，不但容易连接，而且时间也很容易调节，另外时间继电器的造价也很低。但是由于负载不一样时启动时间也不一样，所以对于负载经常变动的场合不太合适。但对于恒定负载的场合，通过调节还是非常实用和准确的，在实际应用中时间原则采用的较多。任务２星三角转换降压启动线路Ｙ—△降压启动线路常用于轻载或空载、额定功率为１２５ｋＷ及以下的三相笼型电动机的启动。上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动常见的控制线路有按钮转换的Ｙ—△降压启动线路和时间继电器转换的Ｙ—△降压启动线路。１.按钮转换的Ｙ—△降压启动控制线路（如图１０－１２所示）１）线路的电器组成主电路：隔离开关ＱＳ、熔断器ＦＵ１、主接触器的ＫＭ１主触头、Ｙ接触器ＫＭ２的主触头、运转的接触器ＫＭ３的主触头。辅助电路：熔断器ＦＵ２、停车按钮ＳＢ１、Ｙ接启动按钮ＳＢ２、△形运转按钮ＳＢ３、自锁触头ＫＭ１、ＫＭ３以及联锁触头ＫＭ２、ＫＭ３（常闭）和热继电器的常闭触头。２）线路的电气原理分析上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动停车：按ＳＢ１→辅助电路断电→各接触器释放→电动机断电停车上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动２.时间继电器控制的Ｙ—△降压启动线路（如图１０－１３所示）１）线路的电器组成及特点该线路的电器组成与按钮转换的Ｙ—△降压启动线路基本相同，仅增加一台时间继电器进行星接启动时间的控制。即线路由Ｙ接到△接采用自动转换，以免误动作。该线路在接触器动作顺序上采取了措施，由Ｙ接触器ＫＭ２的常开辅助触点接通电源接触器Ｋ１的线圈通路，保证ＫＭ２主触点的星形接线先短接后，再使ＫＭ１接通三相电源，因而ＫＭ２主触点不操作启动电流，其容量可以适当降低。上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动在ＫＭ２与ＫＭ３之间设有辅助触点联锁，防止它们同时动作造成短路。此外，线路转入三角接运行后，ＫＭ３的常闭触点分断，切除时间继电器ＫＴ，避免ＫＴ线圈长时间运行而空耗电能，并延长其寿命。２）电气原理分析合上刀开关ＱＳ：启动：上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动停车：按ＳＢ１→辅助电路断电→各接触器释放→电动机断电停车任务３自耦变压器降压启动控制线路自耦变压器降压启动是先通过自耦变压器降压，再启动电动机的降压启动的一种方法。自耦变压降压启动有两种方式：手动控制和自动控制。１.手动控制手动控制所采用的补偿器有ＱＪ３和ＱＪ５型。ＱＪ３型补偿器主要由自耦变压器、触头系统、保护装置和操作机构等部分组成。上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动在控制器的选择上，自耦变压器的抽头有两种电压可供选择，分别是电源电压的６５％和８０％（出厂时接在６５％的抽头上）。可根据电动机的负载大小进行适当地选择。保护装置有过载保护和欠压保护两种。欠压保护由欠压继电器ＳＡ完成，其线圈跨接在两相电源间，当电源电压降低到一定值时，衔铁跌落，通过机械机构使补偿器跳闸，保护电动机不因电压太高而烧坏。当电源突然断电时，同样也会使补偿器跳闸，这样可防止电源恢复供电时，电动机自行全压启动。过载保护采用的是双金属片热继电器。在室温３５℃环境下，当电源增加到额定值的１.２倍时，热继电器动作，其常闭触头断开，使ＫＡ线圈断电，同样使补偿器跳闸，保护电动机以免因过载而损坏。上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动触头系统包括两排静触头和一排动触头，均装在补偿器的下部，浸没在绝缘油内。绝缘油的作用是熄灭触头断开时产生的电弧。上面一排触头叫启动静触头，它共有５个触头，其中３个在启动时与动触头接触，另外２个在启动时将自耦变压器的三相绕组接成星形；下面一排触头叫运行静触头，只有３个；中间一排是动触头，共有５个，其中有３个触点用软金属带连接板上的三相电源，另外２个触头是自行接通的。ＱＪ３补偿器的工作原理如下：启动时将手柄扳到“启动”位置，电动机定子绕组接自耦变压器的低压绕组一侧，电动机降压启动。上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动当转速上升到一定值时，将手柄扳到“运行”位置，电动机定子绕组直接同三相电源相接，自耦变压器被切除，电动机全压运行。如要停转，只要将手柄扳到“停止”位置，电动机不通电，自行停转。２.接触器控制的自耦变压器补偿器降压启动控制线路图１０－１４所示为接触器控制的补偿器降压启动控制线路，主电路采用了三组接触器触头ＫＭ１、ＫＭ２和ＫＭ３。当ＫＭ１和ＫＭ２闭合，而ＫＭ３断电时，电动机定子绕组接自耦变压器的低压侧进行降压启动；当ＫＭ２和ＫＭ１断开，而ＫＭ３闭合时，电动机全压运行。上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动辅助线路采用了３个交流接触器ＫＭ１、ＫＭ２、ＫＭ３、１个中间继电器ＫＡ、启动按钮ＳＢ１和升压按钮ＳＢ２等。需要停转时，只需按动停止按钮ＳＢ３即可。实现降压启动的控制过程如下：当转速达到一定值时：上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动此控制线路具有以下几个特点：（１）如果发生误操作，在没有按动ＳＢ１按钮的情况下，直接按动了ＳＢ２升压按钮，电控制线路可看出，ＫＭ３线圈不会通电，电动机Ｍ无法全压启动。上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动（２）如果接触器ＫＭ３出现线圈断线或机械卡住无法闭合时，电动机也不会出现低压长期运行。原因是，一旦按动了ＳＢ２按钮，中间继电器ＫＡ通电工作，使ＫＭ１线圈断电，ＫＭ１线圈断电必定ＫＭ２线圈也断电，低压启动结束。（３）电动机进入全压运行时，ＫＭ３的主触头先闭合，ＫＭ２主触头后断开，尽管这个时间间隔很短，但是不会出现电动机间歇断电，也不会出现第二次启动电流。（４）电路的缺点是：每次启动需按动两次按钮，并且两次按动按钮的时间间隔不容易掌握，即启动时间的长短不准确。如果采用时间继电器来代替人工操作，来控制启动时间的长短，上述缺点就不存在了。上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动３.时间继电器的补偿器降压启动控制线路这种控制线路也叫自动控制的补偿器降压启动。生产现场常用的自动控制方法是采用ＸＪ０１系列的自动操作的自耦降压启动器。因为自耦降压启动器的启动方式比串电阻降压启动的效果好，且在启动转矩相等的情况下，自耦变压器启动时从电网吸取的电流小。但是这种启动方式设备费用大，价格较高。而且其线圈是按短时通电设计的，因此只允许连续启动两次。由于上述原因，这种启动方式通常用来启动大型和特殊用途的电动机，机床上应用的比较少。图１０－１５所示的控制线路为ＸＪ０１型自动启动补偿器的控制线路。控制线路分为三部分：主电路、控制电路和指示电路。上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动主电路：由自耦变压器ＴＭ、接触器ＫＭ１的三个主触头、接触器ＫＭ２的三个主触头和两个辅助常闭触头、热继电器ＦＲ的热元件和电动机Ｍ组成。当接触器ＫＭ１通电工作，而ＫＭ２接触器不工作时，电动机进入全压运行。自耦变压器具有多个抽头，可获得不同的变比，供使用过程中选择。指示电路：包括指示灯电源变压器Ｔ、接触器ＫＭ１的常开触头和常闭触头、接触器ＫＭ２的常开触头和中央继电器ＫＡ的常闭触头。指示灯Ⅰ亮，表示控制线路已接电源，处在准备工作的状态；指示灯Ⅱ亮，表示控制线路已进入降压启动状态；指示灯Ⅲ亮，表示控制线路进入全压运行状态。上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动控制线路：由两台接触器ＫＭ１和ＫＭ２、时间继电器ＫＴ、中间继电器ＫＡ、启动按钮ＳＢ１、ＳＢ４和停止按钮ＳＢ２、ＳＢ３组成。两个启动按钮并联，两个停止按钮串联，构成了两地控制功能。ＳＢ１和ＳＢ３组成了甲地控制的启动、停止按钮。ＳＢ４和ＳＢ２组成了乙地控制的启动、停止按钮。ＸＪ０１型自动启动补偿器工作原理如下：当合上开关ＱＳ后，变压器Ｔ有电，指示灯Ⅰ亮，表示电源接通（电路处于启动准备状态），但是电动机不转。ＸＴ０１型自动启动补偿器的控制线路电气分析：上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动停止时只需按动停止按钮ＳＢ２或ＳＢ３。降压启动过程中，接触器ＫＭ１和时间继电器ＫＴ工作，而接触器ＫＭ２和中间继电器ＫＡ不工作。电路进入全压运行后，情况正好相反，接触器ＫＭ２和中间继电器ＫＡ工作，而接触器ＫＭ１和时间继电器ＫＴ不工作。自耦变压器具有多个抽头，可以获得不同的变化，比Ｙ—△降压启动方法的启动电流和启动转矩选择要灵活一些。采用自耦变压器减压启动比采用定子串联减压启动效果好。上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动在启动转矩相等的情况下，自耦变压器启动从电网吸收的电流小，但是自耦变压器价格较高，而且其线圈是按短时通电设计的，因此只允许连续启动两次。任务４延边三角形降压启动控制线路１.延边三角形降压启动控制线路原理延边三角形降压启动控制线路，适用于定子绕组为特殊设计的ＹＴＤ系列三相异步电动机。一般电动机定子绕组为９个出线头（接线头）：Ｖ１、Ｗ１、Ｗ２、Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｖ２、Ｖ３和Ｗ３，即电动机绕组多了一组中心抽头Ｖ３、Ｕ３和Ｗ３。上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动启动时，三相绕组的一部分接成三角形，另一部分接成星形，使绕组接成延边三角形。如图１０－１６（ｂ）所示，Ｕ３－Ｗ２、Ｗ３－Ｖ２、Ｖ３－Ｕ２相连，而Ｕ１、Ｖ１和Ｗ１分别接成三相电源Ｌ１、Ｌ２和Ｌ３。整个绕组接成了一个延长边的三角形，所以叫延边三角形。由于三相绕组结成了延边三角形，所以每相绕组所承受的电压，比三角形接法时的相电压要低，比星形接法时的相电压要高，介于２２０～３８０Ｖ之间，且启动转矩也大于星形启动时的转矩。这种启动方法取决于启动电压，电流转矩的大小取决于每相绕组的两部分阻抗的比值即定子绕组的抽头比。所谓定子绕组的抽头比就是三条延长边中任何一条边的匝数（Ｎ１）与三角形任何一条边的匝数（Ｎ２）之比。上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动当Ｎ１∶Ｎ２＝１∶１，电源线电压３８０Ｖ，则相电压为２６４Ｖ；当Ｎ１∶Ｎ２＝１∶２，线电压为３８０Ｖ，则相电压为２９０Ｖ。从上述数据可以看出，改变三角形连接时定子绕组的抽头比，能够改变相电压的大小，从而达到改变或者调节启动转矩的目的。但是出厂的电动机其抽头比已经固定，所以使用时只能利用这个抽头比做有限的变动。２.运行过程启动过程结束，电动机的转速达到一定值时，再将三相绕组接成三角形，如图１０－１６（ｃ）所示。上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动３.延边三角形降压启动线路图１０－１７所示为延边三角形降压启动控制线路。（１）主电路由三组主触头ＫＭ１、ＫＭ２和ＫＭ３组成。当ＫＭ１、ＫＭ３闭合，ＫＭ２断开时，由于ＫＭ３的闭合使Ｕ２－Ｖ３相连，Ｖ２－Ｗ３相连，Ｗ２－Ｕ３相连，而Ｕ１、Ｖ１和Ｗ１接线头分别接电源Ｌ１、Ｌ２和Ｌ３，所以电动机定子绕组结成了延边三角形的形状，电动机降压启动。当ＫＭ１、ＫＭ２两组触头闭合，ＫＭ３断开时，Ｕ１－Ｗ２、Ｖ１－Ｕ２和Ｗ１－Ｖ２分别相连后接电源Ｌ１、Ｌ２和Ｌ３，电动机定子绕组接成三角形全压运行。上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动（２）辅助电路由ＫＭ１、ＫＭ２、ＫＭ３三台接触器、ＫＴ时间继电器、热继电器ＦＲ、启动按钮ＳＢ１和停止按钮ＳＢ２组成。（３）控制线路的工作过程如下：启动时：电路工作在降压启动时，接触器ＫＭ１、ＫＭ３和时间继电器ＫＴ工作，接触器ＫＭ２不工作。电路进入全压运行后，接触器ＫＭ１和ＫＭ２工作，而ＫＭ３和时间继电器ＫＴ均不工作。上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动任务５三相绕线转子式异步电动机的启动控制三相绕线异步电动机的优点之一是，转子回路可以通过滑环的外串电阻来达到减小启动电流，提高转子电路功率因数和启动转矩的目的。在一般启动负荷较高的场合，如起重机械、卷扬机等，绕线转子异步电动机得到广泛的应用。三相绕线转子异步电动机的启动控制线路可分为：转子回路串接电阻启动控制线路和转子回路串频敏变阻器启动控制线路。阶段１转子回路串接电阻启动控制线路上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动在三相绕线转子异步电动机的三相转子回路中分别串接启动电阻，再加之电源及自动控制电路，就构成了三相绕线转子异步电动机启动控制线路。该控制线路有两种方案：方案一是采用时间继电器短接启动电阻；方案二是采用欠电流继电器短接启动电阻。图中有三只时间继电器ＫＴ１、ＫＴ２和ＫＴ３，三只交流接触器ＫＭ１、ＫＭ２和ＫＭ３，通过这几只电器的相互配合，完成电动机启动电阻的短接。线路的电气原理分析：方案一：电气控制线路如图１０－１８所示。上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动实现串电阻启动的控制过程如下：上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动方案二：电流继电器控制的绕线式异步电动机的串电阻启动控制线路如图１０－１９所示。该控制线路是利用电动机转子电流大小的变化来控制启动电阻的短接的。刚启动时，由于转子电流较大，三只电流继电器全部吸合，三只交流接触器ＫＭ１、ＫＭ２和ＫＭ３均处于分断状态，电阻全部接入启动电路中。当电动机启动一段时间后，电动机的转速逐渐升高，转子回路电流减小时，ＫＡ１首先释放，使ＫＭ１的线圈得电，常开辅助触头ＫＭ１闭合，电阻Ｒ１被短接。上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动电动机进入新的串电阻（Ｒ２＋Ｒ３）运行，这时转子回路电流重新增加，随着转速的提高，ＫＡ２释放，使ＫＭ２线圈得电，其常开辅助触头ＫＭ２闭合，电阻Ｒ２被短接，如此继续到全部电阻被切除，电动机进入额定运转状态。中间继电器ＫＡ的作用是保证启动时，启动电阻被全部接入。阶段２转子回路串频敏变阻器启动控制回路由图１０－１８和图１０－１９所示的控制线路可见，在绕组转子异步电动机启动过程中逐渐减小电阻时，电流及转矩是呈跃变状态变化的，电流及转矩会突然增大产生一定的机械冲击。上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动同时，当分段级数较多时，控制线路较复杂，工作可靠性降低，而且电阻本身比较笨重，控制箱体积和能耗很大。因此我国在２０世纪６０年代研制出频敏变阻器来代替启动电阻。频敏变阻器实质上是一个铁芯损耗非常大的三相电抗器，由铁芯和线圈两个部分制成开启式，并采用星形结线。将其串接在绕线转子异步电动机的转子回路中，相当于使其转子绕组接入一个铁损较大的电抗器，这时的转子等效电路如图１０－２０所示。频敏变阻器的阻抗能够随着转子电流频率的下降而自动减小，所以它是绕线转子异步电动机较为理想的一种启动设备。常用于较大容量的绕线式异步电动机的启动控制中。上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动在电动机启动过程中，电动机转子的频率是变化的。由以上分析可知，在启动过程中，转子等效阻抗及转子回路感应电动势都是由大到小的，从而实现了近似恒转矩的启动特性。这种启动方式在空气压缩机等设备中获得了广泛应用。图１０－２１所示是一种采用频敏变阻器的启动控制线路，该线路可以实现自动和手动控制。自动控制时将开关ＳＡ扳向“自动”，当按下启动按钮ＳＢ２时，利用时间继电器ＫＴ来控制中间继电器ＫＭ和接触器Ｋ２的动作，在适当的时间将频敏变阻器短接。开关ＳＡ扳到“手动”位置时，时间继电器ＫＴ不起作用，利用按钮ＳＢ３手动控制中间继电器ＫＭ和接触器Ｋ２的动作。上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动启动过程中，ＫＭ的常闭触头将热继电器的热元件ＦＲ短接，以免由于启动时间过长而使热继电器误动作。在使用频敏变阻器的过程中如遇到下列情况，可以调整匝数或气隙：启动电流过大或过小时，可设法增加或减小匝数；启动转矩过大，机械有冲击，而启动完毕时的稳定转速又偏低时，可增加上下铁芯间的气隙，以使启动电流稍微增加，启动转矩略微减小；但如果启动完毕时转矩增大，稳定转速就可以得到提高。任务６固态降压启动器上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动前述的传统异步电动机的启动方式的共同特点是控制电路简单，但启动转矩固定不可调，启动过程中存在较大的冲击电流，使被拖动负载受到较大的机械冲击，且易受电网电压波动的影响，一旦出现电网电压波动，就会造成启动困难甚至使电动机堵转。停机时这几种启动方法都是瞬间停电，也会造成剧烈的电网电压波动和机械冲击。为了克服上述缺点，人们研制了固态降压启动器。固态降压启动器是一种集电动机软启动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖的电动机控制装置，国外称为ＳｏｆｔＳｔａｒｔｅｒ。阶段１固态降压启动器的工作原理上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动固态降压启动器由电动机的起停控制装置和软启动控制器组成，其核心部件是软启动控制器，它是由功率半导体器件和其他电子元器件组成的。目前市场上的产品分为固态降压启动器和软启动控制器两种。软启动控制器是利用电力电子技术与自动控制技术（包括计算机技术），将强电和弱电结合起来的控制技术，其主要结构是一组串接于电源和被控制电动机之间的三相反并联晶闸管及其电子控制电路。利用晶闸管移相控制原理，来控制三相反并联晶闸管的导通角，使被控制电动机的输入电压按不同的要求而变化，从而实现不同的启动功能。上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动启动时，使晶闸管的导通角从零开始，逐渐前移，电动机的端电压从零开始，按预设的函数关系逐渐增大，直至达到要求的启动转矩而使电动机顺利启动，再使电动机全压运行，这就是软启动控制器的工作原理。软启动控制器的外观示意图如图１０－２２（ａ）所示，其中图ｂ是主电路的原理图。阶段２软启动控制器的工作特性异步电动机在软启动过程中，软启动控制器是通过控制加到电动机上的平均电压来控制电动机的启动电流和转矩的。启动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加。一般软启动控制器可以通过设定，得到不同的启动特性，以满足不同负载特性的要求。上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动１.斜坡恒流升压斜坡恒流升压启动曲线如图１０－２３所示。这种启动方式是在晶闸管的移相电路中引入电动机电流反馈使电动机在启动过程中保持恒流，平稳启动。在电动机启动的初始阶段启动电流逐渐增加，当电流达到预先设定的限流值后保持恒定，直至启动完毕。启动过程中，电流上升变化的速率是可以根据电动机负载的不同进行调整的。斜坡陡，电流上升速率大，启动转矩也大，启动时间也相应变短。当负载较轻或空载启动时，所需启动转矩较低，应使斜坡缓和一些。当电流达到预先设定的限流值后，再迅速增加转矩，完成启动。上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动由于是以启动电流为设定值的，所以当电网电压波动时，通过控制电路自动增大或减小晶闸管导通角，可以维持原设定值不变，保持启动电流恒定，不受电网电压波动的影响。这种软启动方式是应用最多的启动方法之一，尤其适用于风机和泵类负载的启动。２.脉冲阶跃启动脉冲阶跃启动特性曲线如图１０－２４所示。在启动开始阶段，晶闸管在很短时间内以较大电流导通。经历一段时间后回落，再按原设定值线性上升，进入恒流启动状态。该启动方法适用于重载并需克服较大静摩擦力的启动场合。上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动３.减速软停控制减速软停控制是当电动机需要停机时，不是立即切断电动机的电源，而是通过调节晶闸管的导通角，从全导通状态逐渐地减小导通角，从而使电动机的端电压逐渐降低而切断电源的，这一过程由软件来控制，故称为软停控制。停车的时间根据实际需要可在０～１２０ｓ范围内调整。减速软停控制曲线如图１０－２４所示。传统的控制方式都是通过瞬间停电完成的。但有许多应用场合，不允许电动机瞬间关机。４.节能特性上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动软启动控制器可以根据电动机功率因数的高低不同，自动判断电动机的负载率。当电动机处于空载或负载很低时，通过相位控制使晶闸管的导通角发生变化，从而改变输入电动机的功率，以达到节能的目的。５.制动特性当电动机需要快速停机时，软启动控制器具有能耗制动的功能。能耗制动功能即当接到制动命令后，软启动控制器改变晶闸管的触发方式，使交流电转变为直流电，然后在关闭主电路后，立即将直流电压加到电动机定子绕组上，利用转子感应电流与静止磁场的作用达到制动的目的。上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动阶段３固态降压启动器的应用在工业自动化程度要求比较高的场合，为了便于控制和应用，往往将软启动控制器、断路器和控制电路组成一个较完整的电动机控制中心（ＭＣＣ）以实现电动机的软启动、软停车、故障保护、报警和自动控制等功能。同时具有运行和故障状态监视，接触器操作次数、电动机运行时间和触头弹跳监视和试验等辅助功能。另外还可以附加通信单元、图形显示操作单元和编程器单元等，可直接与通信总线联网。一般的用途可以采用以下一步ｎ种具体的方案。１.软启动控制器与旁路接触器上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动对于泵类和风机类负载往往要求软启动和软停车。如图１０－２２所示，在软启动控制器两端并连接触器Ｋ，当电动机软启动结束后，Ｋ合上，运行电流将通过Ｋ送至电动机。若要求电动机软停车，一旦发出停车信号，先将Ｋ分断，然后再由软启动器对电动机进行软停车。该电路有如下优点：①在电动机运行时可以避免软启动器产生的谐波；②软启动器仅在启动、停车时工作，可以避免长期运行使晶闸管发热，延长了寿命；③一旦软启动器发生故障，可由旁路接触器作为应急备用。２.单台软启动控制器启动多台电动机上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动一些工厂有多台电动机需要启动，当然最好都单独安装软启动控制器，这样既使控制方便，又能充分发挥启动控制器的故障检测等功能。但在一些情况下，可利用一台软启动控制器对多台电动机进行软启动，以节约资金投入。图１０－２５所示是用一台软控制器来控制两台电动机的启动和停机的电路，但它不能同时启动或停机，只能分别启动和停机。阶段４软启动器的发展现状近年来，国内外软启动技术发展得很快。软启动器从最初的只具有单一的软启动功能，发展至同时具有软停车、故障保护和轻载节能等功能，因此受到了普遍的关注。上一页下一页返回项目３三相异步电动机的降压启动我国软启动器的技术开发是比较早的，从１９