电动机基本开环控制环节课件

第第5章章电动机基本开环控制环节电动机基本开环控制环节在在工工业业、农农业业、交交通通运运输输等等部部门门中中，广广泛泛使使用用着着各各种种生生产产机机械械，它它们们大大都都以以电电动动机机作作为为动动力力来进行拖动。来进行拖动。电电动动机机是是通通过过某某种种自自动动控控制制方方式式来来进进行行控控制制的的，最最常常见见的的是是继继电电接接触触器器自自动动控控制制系系统统，又又称称电电气控制。气控制。主主要要由由继继电电器器、接接触触器器、按按钮钮、行行程程开开关关等等传传统统的的低低压压电电器器元元件件组组成成，以以传传统统的的测测试试方方式式为为手手段段，以以控制电动机的起动、制动、换向、调速为主要内容。控制电动机的起动、制动、换向、调速为主要内容。这这种种系系统统具具有有结结构构简简单单、价价格格低低廉廉、维维护护容容易易、抗抗干干扰扰能能力力强强等等优优点点，至至今今仍仍是是机机床床和和其其他他许许多多机机械械设设备备广广泛泛采采用用的的基基本本电电气气控控制制形形式式，也也是是学学习习更更先先进电气控制系统的基础。进电气控制系统的基础。缺缺点点：是是采采用用固固定定接接线线方方式式、功功能能简简单单、体体积积庞庞大大、灵活性差、工作频率低、触点易损坏、可靠性差。灵活性差、工作频率低、触点易损坏、可靠性差。继电接触器自动控制系统继电接触器自动控制系统5.1 异步电动机基本控制电路异步电动机基本控制电路电动机的基本控制环节：电动机的基本控制环节：1.电动机的起动电动机的起动直接起动直接起动降压起动降压起动软起动软起动2.电动机的运行电动机的运行点动点动连续运行连续运行往返运行往返运行两地控制两地控制3.电动机的调速电动机的调速有级调速有级调速无级调速无级调速4.电动机的制动电动机的制动反接制动反接制动能耗制动能耗制动优优点点：它它结结构构简简单单，制制造造方方便便，价价格格低低廉廉，而而且且坚坚固固耐耐用用，惯惯量量小小，运运行行可可靠靠，很很少少需需要要维维护护，可可用用于于恶恶劣劣环环境境等等优优点点，在在实实际际生生产生活中得到广泛的应用。产生活中得到广泛的应用。5.1.1 鼠笼式电动机直接起动控制鼠笼式电动机直接起动控制三相鼠笼异步电机三相鼠笼异步电机三相鼠笼异步电机全压起动控制电路三相鼠笼异步电机全压起动控制电路优点：起动简单。优点：起动简单。缺缺点点：起起动动电电流流较较大大，将将使使用用电电线线路路电电压压下下 降，影响临近负载正常工作。降，影响临近负载正常工作。适适用用电电动动机机容容量量在在10kW以以下下，并并且且电电动动机机容量小于供电变压器容量的容量小于供电变压器容量的20的场合。的场合。三相鼠笼异步电动机的工作原理三相鼠笼异步电动机的工作原理三相鼠笼异步电机全压起动的工作原理三相鼠笼异步电机全压起动的工作原理直直接接将将三三相相对对称称交交流流电电接接入入电电动动机机的的三三相相定定子绕组相应的出线端上。子绕组相应的出线端上。L1L2L3M3UVW 控制控制？在在低低压压电电路路中中作作为为不不频频繁繁接接通通和和分分断断电电路路用用，主主要要用用来来将电路与电源隔离将电路与电源隔离。M3UVWQS电电路路图图中中电电器器元元件件的的触触点点均均按按吸吸引引线线圈圈为为断断电电、手手柄柄置置于于零零位位、元元件件没没有有受受外外力力作作用用时时的的情况画出。情况画出。主主要要用用于于低低压压配配电电电电路路不不频频繁繁通通断断控控制制，在在电电路路发发生生短短路路、过过载载、欠欠压压和和漏漏电电等等故故障障时时能能分分断故障电路。断故障电路。M3UVWQF用来用来频繁频繁接通或断开电动机接通或断开电动机或其他设备的或其他设备的主电路主电路，每小，每小时可开闭好几百次。时可开闭好几百次。M3UVWQSKM主主电电路路：传传输输能能量量的的线线路路，流流过过电电气气设设备备负负载载电电流流的的电电路路，其其导导线线用用加加粗粗的的实实线线表表示示，一一般般画画在在图图面面的的左侧。左侧。M3UVWQSKM当当 接接 触触 器器 的的 常常 开开 触触 点点（KM）闭闭合合电电机机接接通通电电源开始转动；源开始转动；当当 接接 触触 器器 的的 常常 开开 触触 点点（KM）断断开开，电电机机停停止止运行。运行。控制电路控制电路M3UVWQSKM接触器的工作原理？接触器的工作原理？KM只只要要控控制制交交流流接接触触器器线线圈圈电电路路的通断就能控制电机的起停的通断就能控制电机的起停。控制电路：传送控制信号的线路，其控制电路：传送控制信号的线路，其导线用细实线表示，一般画在图面的导线用细实线表示，一般画在图面的右侧右侧。鼠笼式电动机的点动控制鼠笼式电动机的点动控制M3UVWQSKMKMSB点动控制：通常用在电动机检修点动控制：通常用在电动机检修后试车或生产机械的位置调整。后试车或生产机械的位置调整。连续运行控制连续运行控制M3UVWQSKMKMSBKM这这种种依依靠靠接接触触器器辅辅助助触触点点使使其其线线圈圈保持通电的作用称为保持通电的作用称为自锁自锁。起起自自锁锁作作用用的的辅辅助助触触点点称称为为自自锁锁触触点。点。SB0停止按钮停止按钮自锁触点自锁触点起动按钮起动按钮保护环节保护环节为为了了防防止止电电机机在在故故障障状状态态以以及及超超负负荷荷状状态态下下运运行行，应应在在控控制制电电路路和和主主电路中加保护电器。电路中加保护电器。M3UVWQSKM发生短路事故发生短路事故短路保护短路保护KMSBKMSB0FU1FU2FU2当当电电动动机机在在运运行行过过程程中中长长期期过过载载，或或发发生生断断相相故故障障使使电电动动机机电电流流超超过额定值时。过额定值时。过载保护：过载保护：热继电器热继电器FR。M3UVWQSKM热继电器如何实现过载保护热继电器如何实现过载保护?FU1FRKMSBKMSB0FU2FU2FR还还能能消消除除由由于于电电压压恢恢复复线线路路自自起起动动而而产生的安全隐患。产生的安全隐患。当电源电压由于某种原因严重欠压（或失压）时。当电源电压由于某种原因严重欠压（或失压）时。M3UVWQSKMFU1FRKMSBKMSB0FU2FU2FR欠欠压压保保护护：是是依依靠靠接接触触器器KM本本身身的的电电磁磁机机构构来来实实现现的的（主主电电路路和和控控制制电电路为同一电源）。路为同一电源）。1212点动和连续运行控制电路点动和连续运行控制电路KMSBKMSB0FU2FU2FR12既能实现连续运行又能实现点动的控制电路。既能实现连续运行又能实现点动的控制电路。方方案案1：转转换换开开关关SA（旋旋转转操操作作）与与自自锁锁触触点点KM串联。串联。解自锁解自锁SA方案方案2 2：使用一个复合按钮使用一个复合按钮SB2，操作，操作SB2实现点动控制。实现点动控制。KMSB1KMSB0FU2FU2FR12SB2复复合合按按钮钮的的动动作作顺顺序序：按按下下SB2，先先断断常常闭闭触触头头，解解除除控控制制电电路路的的自自锁锁功功能能；后后合合常常开开触触头头，接接通通KM的的线线圈。圈。方案方案3 3：点动：使用中间继电器点动：使用中间继电器KA和控制按钮和控制按钮SB2。KMSB1KMSB0FU2FU2FR12KAKAKASB2鼠笼式电动机两地控制鼠笼式电动机两地控制KMSB2KMSB1FU2FU2FR12SB3SB4鼠笼式电动机正、反转控制鼠笼式电动机正、反转控制M3UVWQSKMFU1FRKMSBKMSB0FU2FU2FR1212电动机的转向与定子电流的相序有关。电动机的转向与定子电流的相序有关。主电路主电路M3UVWQSKM1FU1FRL1L2L3KM1控制电动机正转。控制电动机正转。KM2KM2控制电动机反转。控制电动机反转。相序相序 L1 L2 L3正转正转 U V W反转反转 W V U不相连不相连相连相连控制电路控制电路KM1SB1KM1SB0FU2FU2FR12SB2KM2KM2KM2KM1如如何何保保证证在在同同一一时时间间内内只只有有一一个个接接触触器器动动作作，以以确确保保电电源不会短路？源不会短路？实现的控制功能：正转实现的控制功能：正转 停停 反转反转电电气气互互锁锁：两两个个接接触触器器的的常常闭闭辅辅助助触触点点起起相相互互控控制制作用作用，这两对起联锁作用的触点称为联锁触点。，这两对起联锁作用的触点称为联锁触点。利利用用两两个个接接触触器器的的常常闭闭辅辅助助触触点点起起相相互互控控制制作作用用，即即当当一一个个接接触触器器线线圈圈通通电电时时，用用其其常常闭闭辅辅助助触触点点的的断开来锁住另一个电路，使另一个接触器不能通电。断开来锁住另一个电路，使另一个接触器不能通电。应应用用联联锁锁后后，可可以以保保证证在在同同一一时时间间内内只只有有一一个个接接触触器动作，确保电源不会短路。器动作，确保电源不会短路。电气互锁电气互锁正转直接到反转的连续控制正转直接到反转的连续控制 机械互锁：机械互锁：采用复式按钮采用复式按钮，实现正转直接到反转的控制，实现正转直接到反转的控制KM1SB1KM1SB0FU2FU2FR12SB2KM2KM2KM2KM1SB2SB1自动往返行程控制线路自动往返行程控制线路使使用用位位置置开开关关（如如行行程程开开关关、接接近近开开关关）发发出出正正、反转控制指令即可实现。反转控制指令即可实现。限位开关限位开关SQ2SQ1电动机正转电动机正转电动机反转电动机反转限位开关限位开关KM1SB1KM1SB0FU2FU2FR12SB2KM2KM2KM2KM1SB2SB1SQ1SQ1SQ2SQ25.1.2鼠笼式电动机的降压起动控制鼠笼式电动机的降压起动控制电电动动机机在在直直接接起起动动（即即全全压压起起动动）过过程程中中，最最初初起起动动电电流流为为额额定定电电流流的的57倍倍。起起动动时时过过大大的的冲冲击击电电流流对对电电动动机机本本身身和和电电网网以以及及其其他他电电气气设设备备的的正正常常运运行都会造成不利影响。行都会造成不利影响。一一方方面面使使电电动动机机自自身身起起动动转转矩矩减减小小（电电动动机机全全压压起起动转矩本身就不大）；动转矩本身就不大）；另另一一方方面面，由由于于导导致致电电网网电电压压降降低低而而影影响响其其他他用用电电器的正常工作。器的正常工作。特别是较大容量的电动机需要采用降压起动。特别是较大容量的电动机需要采用降压起动。鼠笼式电动机鼠笼式电动机Y-D降压起动控制降压起动控制起动时，定子绕组首先接成起动时，定子绕组首先接成Y形；形；这种控制方式仅适用于电动机正常运行时定子绕这种控制方式仅适用于电动机正常运行时定子绕组为组为D形接法。形接法。W2W1V2V1U1U2W2W1V2V1U1U2待待转转速速达达到到额额定定值值后后，再再将将定定子子绕绕组组换换接接成成D形形，电动机便进人全压正常运行。电动机便进人全压正常运行。W2W1V2V1U1U2定子绕组联接的换接控制定子绕组联接的换接控制KM2起起动动时时先先闭闭合合KM2定定子子绕绕组组接接成成Y，每每相相定定子子上上的的电电压压仅仅为为额额定定电电压压的的 、而而电电网网的的电电流流仅仅为为全压直接起动时的全压直接起动时的 ；直接（直接（D）起动：）起动：线电流：线电流：降压（降压（Y）起动：）起动：线电流：线电流：经经过过一一段段时时间间的的延延时时，当当电电动动机机的的转转速速接接近近额额定定转转速速时时，断断开开KM2然然后后闭闭合合KM3，电电动动机机的的定定子子绕绕组组接成正常运行时的接成正常运行时的D形形。KM3W2W1V2V1U1U2KM2星形三角形换接减压起动控制线路星形三角形换接减压起动控制线路缺点：缺点：KM2和和KM3是带电切换。是带电切换。鼠笼式电动机自耦降压起动控制鼠笼式电动机自耦降压起动控制采采用用自自耦耦变变压压器器降降压压起起动动的的控控制制电电路路中中，电电动动机机起起动动电电流流的的限限制制，是是依依靠靠自自耦耦变变压压器器的的降降压压作作用用来实现的。来实现的。电电动动机机起起动动时时，定定子子绕绕组组得得到到的的电电压压是是自自耦耦变变压压器器的二次电压。的二次电压。一一旦旦起起动动结结束束，自自耦耦变变压压器器便便被被切切除除，额额定定电电压压或或者者说说自自耦耦变变压压器器的的一一次次电电压压直直接接加加在在定定子子绕绕组组，这这时时电电动动机机进进入入全全电电压压正正常常运运行行。通通常常习习惯惯称称自自耦耦变变压器为起动补偿器。压器为起动补偿器。自耦变压器减压起动控制线路自耦变压器减压起动控制线路5.1.3 绕线式异步电动机的起动控制绕线式异步电动机的起动控制三三相相绕绕线线式式异异步步电电动动机机转转子子绕绕组组可可通通过过滑滑环环串串接接合合适适的的起起动动电电阻阻减减小小起起动动电电流流，提提高高转转子子电电路路的的功功率率因数和起动转矩。因数和起动转矩。一一般般在在要要求求最最初初起起动动转转矩矩较较高高的的场场合合，绕绕线线式式异异步步电电动动机机的的应应用用非非常常广广泛泛。例例如如桥桥式式起起重重机机、卷卷扬扬机机的起动控制线路，就采用了绕线式异步电动机。的起动控制线路，就采用了绕线式异步电动机。控制的电路控制的电路KI1、KI2为欠电流继电器。为欠电流继电器。它它们们的的吸吸合合（衔衔铁铁）电电流流相相同同，均均为为电电动动机机的的最最初起动电流；初起动电流；而而释释放放（衔衔铁铁）电电流流调调节节成成不不同同的的大大小小，且且KI1的释放电流大于的释放电流大于KI2的释放电流最小的释放电流最小。注意注意注意注意电电动动机机重重复复短短时时工工作作时时，常常采采用用频频敏敏变变阻阻器器与与转转子子绕组直接串接的方式，不必用接触器等短接设备。绕组直接串接的方式，不必用接触器等短接设备。若若是是偶偶然然起起动动电电动动机机时时，一一般般用用一一只只接接触触器器，起起动动结束时；将频敏变阻器短接。结束时；将频敏变阻器短接。5.1.4鼠笼式异步电动机的软起动器控制鼠笼式异步电动机的软起动器控制直接起动方式由于其对电网的巨大冲击、对负载设备直接起动方式由于其对电网的巨大冲击、对负载设备的损伤和对其它负荷的不利影响，在的损伤和对其它负荷的不利影响，在10kW以上电机以上电机已很少采用。已很少采用。Y-D起动由于对电机六出线的要求和低可靠性，一般起动由于对电机六出线的要求和低可靠性，一般只用于只用于4100kW的小功率电机。的小功率电机。自耦降压起动由于其实用性得到了广泛的应用，但它自耦降压起动由于其实用性得到了广泛的应用，但它对有色金属的大量耗费和落后的控制方式，如今在欧对有色金属的大量耗费和落后的控制方式，如今在欧美已遭淘汰，在国内市场也日益萎缩。美已遭淘汰，在国内市场也日益萎缩。替替代代以以上上几几种种起起动动方方式式的的正正是是日日益益流流行行的的电电子子式式软起动器。软起动器。电子式软起动器是采用电力电子技术、自动化控制电子式软起动器是采用电力电子技术、自动化控制技术和微处理器技术而研制生产的新型控制设备。技术和微处理器技术而研制生产的新型控制设备。电子式软起动器电子式软起动器电子式软起动器的基本原理电子式软起动器的基本原理电电子子式式软软起起动动器器的的基基本本原原理理：是是通通过过对对功功率率器器件件即即晶晶闸闸管管的的控控制制而而实实现现对对电电机机的的起起动动控控制制，控控制制输输出出给给电电动动机机的的电电压压从从可可整整定定的的初初始始值值经经过过可可整整定定的的斜斜率时间上升到供电电网全压。率时间上升到供电电网全压。从从而而降降低低对对电电机机电电源源的的容容量量要要求求，并并减减少少对对供供电电电电网的影响和机械传动的冲击。网的影响和机械传动的冲击。当当电电机机起起动动时时，由由电电子子电电路路控控制制晶晶闸闸管管GTO的的导导通通角角使使电电机机的的端端电电压压以以设设定定的的速速度度逐逐渐渐升升高高，一至升到全电压。一至升到全电压。软软起起动动过过程程完完成成后后，三三相相旁旁路路接接触触器器KM闭闭合合，电电动机直接接入电网全压运行。动机直接接入电网全压运行。说明说明与传统起动设备相比，性能更可靠，使起动更平与传统起动设备相比，性能更可靠，使起动更平滑，对电网冲击更小，此外还具有限流调节、软滑，对电网冲击更小，此外还具有限流调节、软停车、节能、智能通讯、智能保护等传统起动方停车、节能、智能通讯、智能保护等传统起动方式所没有的功能。式所没有的功能。如如果果是是轻轻载载，则则在在正正常常运运行行时时，也也可可保保持持所所需需的的较低端电压，使电机的功率因数升高，效率增大。较低端电压，使电机的功率因数升高，效率增大。在在电电机机停停机机时时，也也通通过过控控制制晶晶闸闸管管的的导导通通角角，使使电机端电压慢慢降低至电机端电压慢慢降低至0，从而实现软停机。，从而实现软停机。5.2 异步电动机的制动控制电路异步电动机的制动控制电路 三相异步电动机从切断电源到安全停止旋转，由于三相异步电动机从切断电源到安全停止旋转，由于惯性的关系总要经过一段时间，这样就使得非生产惯性的关系总要经过一段时间，这样就使得非生产时间拖长，影响了劳动生产率，不能适应某些生产时间拖长，影响了劳动生产率，不能适应某些生产机械的工艺要求。机械的工艺要求。如万能铣床、卧式镗床、组合机床等，都要求能准如万能铣床、卧式镗床、组合机床等，都要求能准确定位和迅速停车，因此在实际生产中，为了保证确定位和迅速停车，因此在实际生产中，为了保证工作设备的可靠性和人身安全，为了实现快速、准工作设备的可靠性和人身安全，为了实现快速、准确停车，缩短辅助时间，提高生产机械效率，对要确停车，缩短辅助时间，提高生产机械效率，对要求停转的电动机采取措施，强迫其迅速停车，这就求停转的电动机采取措施，强迫其迅速停车，这就叫叫“制动制动”。三相异步电动机的制动方法分为两类：电磁机械三相异步电动机的制动方法分为两类：电磁机械制动和电气制动。制动和电气制动。电磁机械制动是用电磁铁操纵机械装置来强迫电电磁机械制动是用电磁铁操纵机械装置来强迫电动机迅速停车，如电磁抱闸、电磁离合器。动机迅速停车，如电磁抱闸、电磁离合器。电气制动实质上是在电动机停车时，产生一个与电气制动实质上是在电动机停车时，产生一个与原来旋转方向相反的制动转矩，迫使电动机转速原来旋转方向相反的制动转矩，迫使电动机转速迅速下降，如反接制动、能耗制动、反馈制动等。迅速下降，如反接制动、能耗制动、反馈制动等。实现制动的控制线路是多种多样的。实现制动的控制线路是多种多样的。本节仅介绍反接制动和能耗制动控制线路。本节仅介绍反接制动和能耗制动控制线路。5.2.1 反接制动控制反接制动控制由由于于反反接接制制动动是是利利用用改改变变异异步步电电动动机机定定子子绕绕组组上上三三相相电电源源的的相相序序，使使定定子子产产生生反反向向旋旋转转的的磁磁场场，从而产生制动力矩的一种制动方法。从而产生制动力矩的一种制动方法。显显然然，反反接接制制动动时时，转转子子与与旋旋转转磁磁场场的的相相对对转转速速接接近近转转子子转转速速的的两两倍倍，因因此此，制制动动电电流流大大，制制动动力力矩矩大大，制制动动迅迅速速。但但是是这这种种方方法法对对设设备备冲冲击击也也大，通常仅用于大，通常仅用于10kW以下的小容量电动机。以下的小容量电动机。为为减减小小制制动动电电流流，通通常常要要求求在在电电动动机机定定子子电电路路中中串串接接一一定定的的电电阻阻（称称为为反反接接制制动动电电阻）。阻）。串串入入的的制制动动电电阻阻既既限限制制了了制制动动电电流流，又又限限制了制动转矩。制了制动转矩。另另外外，当当反反接接制制动动使使转转子子转转速速接接近近于于零零时时，必须及时切除电源，以防止反向再起动。必须及时切除电源，以防止反向再起动。5.2.2 能耗制动控制能耗制动控制能能耗耗制制动动就就是是在在电电动动机机脱脱离离三三相相交交流流电电源源之之后后，定定子子绕绕组组上上加加一一个个直直流流电电压压（即即通通入入直直流流电电流流），利利用用转转子子感感应应电电流流与与静静止止磁磁场场的的作作用用，在在转转速速为为零零时时切除直流电源，以达到制动的目的。切除直流电源，以达到制动的目的。根根据据能能耗耗制制动动时时间间控控制制原原则则，可可用用时时间间继继电电器器进进行行控控制制，也也可可以以根根据据能能耗耗制制动动速速度度原原则则，用用速速度度继继电电器进行控制。器进行控制。控制电路控制电路