教学材料《工业电气控制》-1.4

电动机通电后转速从零逐渐加速至正常转速的过程叫启动。根据启动时带负载情况可分为空载启动、轻载启动和满载启动。生产过程对电动机启动性能的要求是：①启动转矩要大以使生产机械启动迅速。②启动电流尽可能小。③启动设备简单，控制方便。④启动过程能量损耗小。上述要求中，①②是衡量启动性能主要技术指标。（1）按下启动按钮SB，电机M正转，台车前进，碰到限位开关SQ1后，电机M反转，台车后退。（2）后退碰到限位开关SQ2后，台车电机M停转，5s钟后第二次前进，碰到限位开关SQ3后，再次后退。（3）当后退再次碰到限位开关SQ2，台车停止。将上述控制工艺演示成用工作步序表示，如图3-2。将图3-2中“工步”更换为“状态”，“准备”更换为“初始状态”，即得到台车往返运行控制状态转移图。如图3-3。

1.4.1三相交流异步电动机的启动性能

但三相笼形异步电动机启动时存在问题恰好是：启动电流大而启动转矩小。一般电动机的启动电流是额定电流的4-7倍。如果启动时间较短，（几秒—十几秒）异步电动机本身可以承受一定的过流。但电动机容量较大时大启动电流会造成对电网冲击，使电网电压降低。，不仅使启动电机本身启动转矩减小，难以启动；还影响其它用电设备的正常运行。甚至可能引起变电所欠压保护动作，造成停电事故。频繁启动的电动机，会造成电动机过热，影响使用寿命，甚至烧毁电动机。造成电机损坏。（1）按下启动按钮SB，电机M正转，台车前进，碰到限位开关SQ1后，电机M反转，台车后退。（2）后退碰到限位开关SQ2后，台车电机M停转，5s钟后第二次前进，碰到限位开关SQ3后，再次后退。（3）当后退再次碰到限位开关SQ2，台车停止。将上述控制工艺演示成用工作步序表示，如图3-2。将图3-2中“工步”更换为“状态”，“准备”更换为“初始状态”，即得到台车往返运行控制状态转移图。如图3-3。

1.4.1三相交流异步电动机的启动性能

三相交流异步电动机的启动方式分为直接启动、降压启动和软启动3种。一般中、小容量电机使用直接启动，较大容量电机使用降压启动，而控制要求较高和节能场合使用软启动。1.4.2直接启动控制直接启动就是将电动机通过开关或接触器直接接入电源，是电动机在额定电压下启动，又称为全压启动。由于启动时电流倍数大，故只适用小容量电动机，一般小于7.5kw的电动机，可以直接启动。直接启动电路见书图1-20和图-1-24。（1）按下启动按钮SB，电机M正转，台车前进，碰到限位开关SQ1后，电机M反转，台车后退。（2）后退碰到限位开关SQ2后，台车电机M停转，5s钟后第二次前进，碰到限位开关SQ3后，再次后退。（3）当后退再次碰到限位开关SQ2，台车停止。将上述控制工艺演示成用工作步序表示，如图3-2。将图3-2中“工步”更换为“状态”，“准备”更换为“初始状态”，即得到台车往返运行控制状态转移图。如图3-3。

1.4.2直接启动控制

1.4.3降压启动控制所谓降压启动是指启动时降低加在电动机定子绕组上的电压，启动结束后再加入额定电压运行的启动方式。降压的目的是为了降低启动电流，以避免对电网和其他设备的影响。由于电压降低后转矩大大下降，因而这种启动方法只适用于空载或轻载的启动。常用的启动方法有星—三角降压启动，定子串电阻（电抗）降压启动和自耦变压器降压启动。（1）按下启动按钮SB，电机M正转，台车前进，碰到限位开关SQ1后，电机M反转，台车后退。（2）后退碰到限位开关SQ2后，台车电机M停转，5s钟后第二次前进，碰到限位开关SQ3后，再次后退。（3）当后退再次碰到限位开关SQ2，台车停止。将上述控制工艺演示成用工作步序表示，如图3-2。将图3-2中“工步”更换为“状态”，“准备”更换为“初始状态”，即得到台车往返运行控制状态转移图。如图3-3。

1.4.3降压启动控制

1．定子串电阻（电抗）降压启动如图1—34，启动时通过KM1主触点在电动机定子绕组中串接电阻R进行分压以减低定子电压。启动结束后，要切除电阻R，电动机全压运行。此方案优点是启动平稳，工作可靠，启动设备线路简单，功路因数高。缺点是使用电阻能耗大，温升高，不宜用于频繁启动场合。为节能，一般用电抗代替电阻。（1）按下启动按钮SB，电机M正转，台车前进，碰到限位开关SQ1后，电机M反转，台车后退。（2）后退碰到限位开关SQ2后，台车电机M停转，5s钟后第二次前进，碰到限位开关SQ3后，再次后退。（3）当后退再次碰到限位开关SQ2，台车停止。将上述控制工艺演示成用工作步序表示，如图3-2。将图3-2中“工步”更换为“状态”，“准备”更换为“初始状态”，即得到台车往返运行控制状态转移图。如图3-3。

1.4.3降压启动控制

（1）按下启动按钮SB，电机M正转，台车前进，碰到限位开关SQ1后，电机M反转，台车后退。（2）后退碰到限位开关SQ2后，台车电机M停转，5s钟后第二次前进，碰到限位开关SQ3后，再次后退。（3）当后退再次碰到限位开关SQ2，台车停止。将上述控制工艺演示成用工作步序表示，如图3-2。将图3-2中“工步”更换为“状态”，“准备”更换为“初始状态”，即得到台车往返运行控制状态转移图。如图3-3。

1.4.3降压启动控制

2．自耦变压器降压启动方法思路利用自耦变压器降低加在定子绕组上电压。启动时按启动按钮SB2,则KT、KM1（自锁）、KM3得电，自耦变压器降压启动，启动完毕，KT到达延时值，接通中间继电器KA，KA自锁并切断KM1、KM3，切除自耦变压器，同时KM2得电，电动机全压运行。此法对限制启动电流很有效。但只能启动轻载或空载设备。本方案的优点是可按照容许的启动电流和启动转矩来选择不同抽头实现降压，且不论定子绕组Y/△接法均可使用。缺点是设备体积大，笨重，须一定投资。（1）按下启动按钮SB，电机M正转，台车前进，碰到限位开关SQ1后，电机M反转，台车后退。（2）后退碰到限位开关SQ2后，台车电机M停转，5s钟后第二次前进，碰到限位开关SQ3后，再次后退。（3）当后退再次碰到限位开关SQ2，台车停止。将上述控制工艺演示成用工作步序表示，如图3-2。将图3-2中“工步”更换为“状态”，“准备”更换为“初始状态”，即得到台车往返运行控制状态转移图。如图3-3。

1.4.3降压启动控制

（1）按下启动按钮SB，电机M正转，台车前进，碰到限位开关SQ1后，电机M反转，台车后退。（2）后退碰到限位开关SQ2后，台车电机M停转，5s钟后第二次前进，碰到限位开关SQ3后，再次后退。（3）当后退再次碰到限位开关SQ2，台车停止。将上述控制工艺演示成用工作步序表示，如图3-2。将图3-2中“工步”更换为“状态”，“准备”更换为“初始状态”，即得到台车往返运行控制状态转移图。如图3-3。

1.4.3降压启动控制

3．星-三角（Y-Δ）降压启动方法思路是：电动机星形连接时，U相=220V。若正常运行为三角形连接则U相=U线=380V。通过改变接法可实现降压启动。与Δ接法直接启动比较，所需启动电流仅为直接启动的1/3，如图1-36，通过三个接触器KM1、KM2、KM3主触点的通断实现Y-Δ接法自动切换。其中Y接法时，主触点KM1、KM3通，KM2断；Δ接法时主触点KM1、KM2通，KM3断。为防止KM2KM3同时导通造成电源短路，设置二者辅助常闭接点互锁。启动时间由时间继电器KT延时数秒完成自动切换。切换后，KT线圈因KM2互锁失电。（1）按下启动按钮SB，电机M正转，台车前进，碰到限位开关SQ1后，电机M反转，台车后退。（2）后退碰到限位开关SQ2后，台车电机M停转，5s钟后第二次前进，碰到限位开关SQ3后，再次后退。（3）当后退再次碰到限位开关SQ2，台车停止。将上述控制工艺演示成用工作步序表示，如图3-2。将图3-2中“工步”更换为“状态”，“准备”更换为“初始状态”，即得到台车往返运行控制状态转移图。如图3-3。

1.4.3降压启动控制

（1）按下启动按钮SB，电机M正转，台车前进，碰到限位开关SQ1后，电机M反转，台车后退。（2）后退碰到限位开关SQ2后，台车电机M停转，5s钟后第二次前进，碰到限位开关SQ3后，再次后退。（3）当后退再次碰到限位开关SQ2，台车停止。将上述控制工艺演示成用工作步序表示，如图3-2。将图3-2中“工步”更换为“状态”，“准备”更换为“初始状态”，即得到台车往返运行控制状态转移图。如图3-3。

1.4.3降压启动控制

本法优点是所需设备少，价格低。缺点是启动转矩较小为直接启动的1/3。我国JO2系列，Y系列，Y2系列4KW以上电动机由于正常运行均采用三角形接法，故用此法启动应用较广泛。表1-2是几种降压启动与直接启动的性能比较。（1）按下启动按钮SB，电机M正转，台车前进，碰到限位开关SQ1后，电机M反转，台车后退。（2）后退碰到限位开关SQ2后，台车电机M停转，5s钟后第二次前进，碰到限位开关SQ3后，再次后退。（3）当后退再次碰到限位开关SQ2，台车停止。将上述控制工艺演示成用工作步序表示，如图3-2。将图3-2中“工步”更换为“状态”，“准备”更换为“初始状态”，即得到台车往返运行控制状态转移图。如图3-3。

1.4.3降压启动控制

1.4.4软启动控制降压启动方式启动时电流冲击大，启动转矩较小且固定不可调节。开、停机时通过控制接触器主触点突然接通或切断主电源自由停车易造成电网波动和机械冲击力。故只用于启动性能要求不高的场合。对于启动性能要求较高时，必须采用软启动方式。软启动器的主要特点是：具有软启动和软停车功能；启动电流和启动转矩可根据需要连续调节；还具有电动机过载保护等多功能。（1）按下启动按钮SB，电机M正转，台车前进，碰到限位开关SQ1后，电机M反转，台车后退。（2）后退碰到限位开关SQ2后，台车电机M停转，5s钟后第二次前进，碰到限位开关SQ3后，再次后退。（3）当后退再次碰到限位开关SQ2，台车停止。将上述控制工艺演示成用工作步序表示，如图3-2。将图3-2中“工步”更换为“状态”，“准备”更换为“初始状态”，即得到台车往返运行控制状态转移图。如图3-3。

1.4.4软启动控制

1软启动器的工作原理如图1-37为软启动器原理框图，电路主要由三相交流调压电路和控制电路二部分构成。基本原理是利用（1）按下启动按钮SB，电机M正转，台车前进，碰到限位开关SQ1后，电机M反转，台车后退。（2）后退碰到限位开关SQ2后，台车电机M停转，5s钟后第二次前进，碰到限位开关SQ3后，再次后退。（3）当后退再次碰到限位开关SQ2，台车停止。将上述控制工艺演示成用工作步序表示，如图3-2。将图3-2中“工步”更换为“状态”，“准备”更换为“初始状态”，即得到台车往返运行控制状态转移图。如图3-3。

1.4.3软启动控制

晶闸管移相控制原理，通过控制晶闸管的导通角，来改变输出给定子绕组的三相电压，以通过电压调节手段来控制启动电流和启动转矩。控制电路可设定各不同的启动方式曲线，并通过检测主电路的反馈电流来和预定曲线进行比较，通过调节加在电动机定子绕组上的输出电压，来实现不同的启动特性。最终软启动器输出全电压使电动机正常运行。装置还设置对电动机及软启动器本身的热保护，转矩限制保护，电流冲击限制保护，断相缺相及三相不平衡保护。并可实时检测并显示电压，电流功率因素等参数。（1）按下启动按钮SB，电机M正转，台车前进，碰到限位开关SQ1后，电机M反转，台车后退。（2）后退碰到限位开关SQ2后，台车电机M停转，5s钟后第二次前进，碰到限位开关SQ3后，再次后退。（3）当后退再次碰到限位开关SQ2，台车停止。将上述控制工艺演示成用工作步序表示，如图3-2。将图3-2中“工步”更换为“状态”，“准备”更换为“初始状态”，即得到台车往返运行控制状态转移图。如图3-3。

1.4.3软启动控制

2，软启动器的启动特性1）斜坡升压启动方式

如图,启动思路是使输出电压U1由初始电压Uq0线性上升，在规定启动时间t1内到达额定电压Un。适用于一台软启动器带多台电动机或电机功率低于软启动器。2）控制转矩及限制启动电流启动方式如图1-39,这种方式引入了电流负反馈，属于闭环控制方式。但控制目标不是电流而是转距。即通过转矩控制以获得最佳（1）按下启动按钮SB，电机M正转，台车前进，碰到限位开关SQ1后，电机M反转，台车后退。（2）后退碰到限位开关SQ2后，台车电机M停转，5s钟后第二次前进，碰到限位开关SQ3后，再次后退。（3）当后退再次碰到限位开关SQ2，台车停止。将上述控制工艺演示成用工作步序表示，如图3-2。将图3-2中“工步”更换为“状态”，“准备”更换为“初始状态”，即得到台车往返运行控制状态转移图。如图3-3。

1.4.3软启动控制

2）控制转矩及限制启动电流启动方式

如图1-39,这种方式引入了电流负反馈，属于闭环控制方式。但控制目标不是电流而是转距。即通过转矩控制以获得最佳启动加速度，用最快时间完成平稳启动。其效果是转速曲线为恒加速度上升曲线。启动过程一般可设定启动初始转矩Mqo，限幅转矩ML1，转矩斜坡上升时间t1和启动限幅电流IL1。转矩上升的速率可根据负载情况调整设定。斜坡陡，转矩上升速率大，则启动时间t1短。由于本方法可使电动机在最短时间内完成平稳的启动，因而是应用最多的启动方式。（1）按下启动按钮SB，电机M正转，台车前进，碰到限位开关SQ1后，电机M反转，台车后退。（2）后退碰到限位开关SQ2后，台车电机M停转，5s钟后第二次前进，碰到限位开关SQ3后，再次后退。（3）当后退再次碰到限位开关SQ2，台车停止。将上述控制工艺演示成用工作步序表示，如图3-2。将图3-2中“工步”更换为“状态”，“准备”更换为“初始状态”，即得到台车往返运行控制状态转移图。如图3-3。

1.4.3软启动控制

3）电压提升脉冲启动方式如图1-40，适用于重载及需克服较大静摩擦场合，在启动初始阶段，使晶闸管调压器在极短时间内按设定升压幅值启动以获得较大启动转矩。此阶段结束后，转入转矩控制及限制电流方式。（1）按下启动按钮SB，电机M正转，台车前进，碰到限位开关SQ1后，电机M反转，台车后退。（2）后退碰到限位开关SQ2后，台车电机M停转，5s钟后第二次前进，碰到限位开关SQ3后，再次后退。（3）当后退再次碰到限位开关SQ2，台车停止。将上述控制工艺演示成用工作步序表示，如图3-2。将图3-2中“工步”更换为“状态”，“准备”更换为“初始状态”，即得到台车往返运行控制状态转移图。如图3-3。

1.4.3软启动控制

3，选用软启动器应重点考虑以下技术数据：①电动机电压，频率以及接入的相数。②电动机的类型，工作周期及负荷情况。③电动机的转速，启动转矩，加速转矩及周期内不同阶段运行转矩。④电动机拖动负载的最大输出功率。⑤供电系统容量，功率因素等条件。电动机及软启动器的安装使用环境如温、湿度等。（1）按下启动按钮SB，电机M正转，台车前进，碰到限位开关SQ1后，电机M反转，台车后退。（2）后退碰到限位开关SQ2后，台车电机M停转，5s钟后第二次前进，碰到限位开关SQ3后，再次后退。（3）当后退再次碰到限位开关SQ2，台车停止。将上述控制工艺演示成用工作步序表示，如图3-2。将图3-2中“工步”更换为“状态”，“准备”更换为“初始状态”，即得到台车往返运行控制状态转移图。如图3-3。

1.4.3软启动控制

4软启动器的连接和使用软启动器的基本连接如图1-41，虽然软启动器内部有过流检测与限制，为防止过载造成损坏，仍须断路器，熔断器和过载继电器等保护电器作后备保护。为防止软启动器启动完毕后晶闸管仍然通电发热，一般设置旁路接触器KM2进行正常生产运行供电，而将软启动器切除，既可节电，减少谐波污染，又可提供晶闸管冷却时间有利于再次投运。（1）按下启动按钮SB，电机M正转，台车前进，碰到限位开关SQ1后，电机M反转，台车后退。（2）后退碰到限位开关SQ2后，台车电机M停转，5s钟后第二次前进，碰到限位开关SQ3后，再次后退。（3）当后退再次碰到限位开关SQ2，台车停止。将上述控制工艺演示成用工作步序表示，如图3-2。将图3-2中“工步”更换为“状态”，“准备”更换为“初始状态”，即得到台车往返运行控制状态转移图。如图3-3。

1.4.3软启动控制

（1）按下启动按钮SB，电机M正转，台车前进，碰到限位开关SQ1后，电机M反转，台车后退。（2）后退碰到限位开关SQ2后，台车电机M停转，5s钟后第二次前进，碰到限位开关SQ3后，再次后退。（3）当后退再次碰到限