课题二 电器控制的基本环节

单击此处编辑母版标题样式,课,题,二,电气控制电路的基本环节,建筑电气控制技术,目 录,三相异步电动机直接起动控制,1,三相异步电动机降压起动控制,2,绕线式三相异步电动机的起动控制,3,3,三相异步电动机的调速控制,4,电动机的制动,5,【,知识目标,】,1,理解控制电路中常用术语的含义；,2,掌握电动机起动、调速、制动基本环节的控制方法,和特点；,3,掌握控制系统欠压、失压和电动机过载等基本保护,环节以及保护方法；,4,掌握继电器接触器控制系统的分析方法。,【,能力目标,】,1,能够分析简单的继电器接触器控制电路；,2,能够按照安装图和原理图安装控制电路；,3,能够对继电器接触器控制系统进行简单调试。,2.1,三相异步电动机直接起动控制,三相交流电动机直接起动就是在电动机定子绕组上,加电动机的额定电压来起动。直接起动时，电动机的,起动电流是额定电流的,4,7,倍，较大的起动电流会影,响电网的供电质量，影响电网上其他用电设备的工作。,但是，在电源、供电电网和生产机械能满足要求的条,件下，允许电动机直接起动。在建筑施工现场，多数,小型生产机械都能满足直接起动的条件，允许采用直,接起动的控制方法。,2.1.1,三相异步电动机点动与长动控制,1,负荷开关直接控制的电路,三相电动机的直接起动可以,使用负荷开关直接控制。图,2.1,为,用负荷开关直接控制电动机的电,路。控制电路的操作过程为：,合上电源开关,QS,，电动机,M,得电运行，断开开关,QS,，,电动机,M,断电停止。,图,2.1,负荷开关直接控制电动机,图,2.1,所示的控制方式简单，但存在如下问题：,一是电动机容量较大时，过大的起动电流造成灭弧,困难，需要配置较大容量的负荷开关；,二是操作不方便，特别是对频繁起动的电动机进行,合闸与分闸，手动操作困难；,三是较难对电动机的过载、缺相等故障情况实现自,动保护。,因此，这种控制方式适合于起动与停止不频繁、容,量小的电动机的运行控制中。在电气控制系统中，为,了实现电动机的自动控制，通常采用接触器控制电动,机的通电运行。,2,点动控制电路,点动就是按照电动机运行的需要控制电动机短时间,通电运行。在生产机械的控制过程中，对于只需要短时,间工作的电气设备或在电动机拖动的生产机械需要准确,定位的系统中，生产机械没有到达预定位置，需要生产,机械做微小范围的移动时，需要点动控制。例如，混凝,土搅拌机的给水控制中，需要供水时按下供水按钮，不,需要供水时松开按钮。又如，塔吊的吊钩运送重物时就,需要准确定位控制，当吊钩将重物送至目的地时，吊钩,到达的位置可能不是准确的目的位置，此时需要通过点,动操作电动机使吊钩在小范围内上升或下降。,图,2.2,电动机点动控制电路,图,2.2,所示的电路中，开关,QS,用作隔离开关，熔断器,FU,用,作短路保护，,SB,为点动按钮。,点动的控制过程：首先合上电源开关,QS,，主电路和控制电,路电源接通。按下按钮,SB,，控制电路通电，接触器,KM,的吸,合线圈通电吸合，接触器,KM,串联在主电路上的常开主触头,KM,闭合，电动机,M,通电运行；松开按钮,SB,，控制电路断开,，接触器,KM,的吸合线圈断电释放，接触器,KM,的常开主触头,KM,断开，电动机,M,断电停止。,从控制过程来看，点动控制的关键是使接触器的吸合线圈短,时间通电，并能很方便地断电释放。借助于按钮的常开触头,在按下按钮时接通松开时断开的特点，可以方便地实现点动,控制。在电动机的控制电路中，点动常常只是电动机运行控,制的一个环节，它常常融合在其他起动控制的电路中。,3,长动控制电路,长动就是控制电动机较长时间运行。当电动机长时间运,行时，如果采用图,2.2,所示电路进行控制，就需要操作人,员长时间按下按钮,SB,不松开，显然这样操作是不合理的。,为此应该设计一种在按下按钮,SB,以后，再松开按钮,SB,能,自动保持按钮,SB,按下以后的电路状态，具有这种功能的,电路通常称为自锁电路。,实现自锁的方法有两种：一是采用机械自锁的按钮，当,按钮按下时，依靠机械动作将按钮锁在按下状态；二是,采用电气自锁。采用机械自锁方式时，必须再次按下按,钮才能复位，这不利于自动控制。在电气控制系统中，,常用电气自锁的方法，它可以在对电动机进行长动控制,的同时，较容易地实现对电动机的各种自动保护。,电气自锁是如何实现的呢？下面通过分析图,2.2,点动,控制的动作过程，探讨电气自锁的方法。当按钮,SB,按下,时，按钮,SB,的常开触头闭合，控制电路接通，而在松开,按钮,SB,后常开触头将恢复断开状态，控制电路也将断电。,如果有一段电路能在按钮,SB,按下以后，将按钮,SB,的两端,短接，就能在按钮松开后维持控制电路的通路状态。要,满足这一要求，实际上只需在按钮两端并接一对接触器,KM,的常开辅助触头就可完成。,图,2.3,电气自锁控制电路,图,2.4,电动机长动控制电路,图,2.3,为采用电气自锁的控制电路，下面分析该电路的自,锁过程。按下起动按钮,SB,，控制电路接通，电流从电源的,一端经按钮,SB,、接触器,KM,的吸合线圈流到电源的另外一,端，接触器的吸合线圈通电吸合。接触器的吸合线圈吸合,时，并联在按钮,SB,两端的辅助常开触头闭合短接了按钮,SB,。在松开按钮,SB,后，原来通过按钮,SB,的电流从接触器,的辅助常开触头,KM,流过，维持接触器的吸合线圈的吸合,，接触器吸合线圈的吸合又保证了接触器辅助常开触头的,闭合。由此可见，电气自锁的实现是通过接触器的吸合线,圈通电吸合来保证自己的辅助常开触头闭合，接触器辅助,常开触头的闭合又维持了控制电路的通路状态，使接触器,的吸合线圈保持通电吸合状态，此种自锁方式被称为电气,自锁。,图,2.3,所示的电气自锁解决了只需按一下按钮电动机就,可以长期运行的问题，但是该电路存在一个严重的缺陷,，即需要停止电动机时，只有通过开关,QS,断开电源才能,使电动机停止运行。显然，采用这种方法停止电动机是,不合适的。如何解决电动机停止的问题呢？从控制回路,中可以看出，如果将控制电路短时断电，自锁状态将被,解除。为此，可在线圈回路中串接一个常闭按钮，就可,以实现电动机的停止控制。图,2.4,为添加一个常闭按钮以,后的长动控制电路。,电动机停止的控制过程如下：在控制电路自锁电动机通,电运行的情况下，按下按钮,SB1,，控制电路断开，接触器,KM,的吸合线圈断电释放。接触器,KM,断电释放使常开触,头,KM,断开，控制电路解除自锁；主触头,KM,断开，使电,动机断电停止。松开按钮,SB1,后，由于接触器,KM,的常闭,触头断开，控制电路依然断电。,4,长动与点动兼备的控制电路,在电动机拖动的电气设备中，有些设备既需要点动又,需要长动控制。例如塔吊主钩的升降运动过程：长距离,移动重物时需要采用长动控制；到达目的位置后，如果,停车不准确，必须采用点动控制小范围移动重物。,根据前面对控制电路的分析可知，点动时不允许控制,电路自锁，长动时控制电路必须自锁。要实现既有长动,又有点动的控制，关键点就在于：点动控制时，使并联,在起动按钮两端的接触器的辅助常开触头所在的支路在,接触器通电吸合期间保持断开状态；,长动控制时，该支路必须保持接通状态。实现的方法,有两种：,一是在接触器的辅助常开触头所在的支路上串联一个,纽子开关，点动时断开，长动时接通；,二是点动控制按钮采用复合按钮。串联纽子开关的方法,会增加操作人员的操作难度，实际的点动控制通常采用,第二种方法。图,2.5,所示为长动与点动兼备的控制电路。,图,2.5,长动与点动兼备的控制电路,图,2.5,（,a,）中，点动时断开纽子开关,S,，长动时接通,纽子开关,S,，按钮,SB2,既作为长动起动按钮，又作为点动,按钮，其控制过程如前所述。,图,2.5,（,b,）中，点动按钮,SB3,为复合按钮，其中一,对常开触头并联在起动按钮,SB2,两端，一对常闭触头串联,在接触器,KM,的常开辅助触头所在的支路。点动时按下按,钮,SB3,，在,SB3,按下期间，其常开触头接通控制电路，使,接触器吸合线圈通电吸合；其常闭触头则断开自锁支路,，尽管接触器的自锁触头已经闭合，但控制电路依然不,能自锁。,松开按钮,SB3,时，由于按钮的结构特点，其动触头首先使,并联在起动按钮,SB2,两端的常开触头断开，控制电路断电,，接触器的吸合线圈断电释放，其串联在自锁支路的辅,助常开触头断开；随后，按钮,SB3,的动触头复位，使按钮,SB3,的常闭触头闭合，此时，由于接触器的吸合线圈已经,断电释放使自锁触头断开，所以控制电路依然保持断电,状态。显然，点动的实现是利用按钮的常开触头与常闭,触头不能同时动作，在点动完成后松开按钮,SB3,时，接触,器吸合线圈先断电断开自锁触头，按钮,SB3,的常闭触头后,闭合的特点来实现的。,2.1.2,三相异步电动机单向,运行直接起动控制,单向运行是指电动机工作,时的运行方向只有一个方向。,在电动机的控制电路中，既,要能够控制电动机的正常起,动和停止，还要考虑对电动,机在运行过程中出现的非正,常情况加以保护。电动机的,控制电路需要考虑短路保护、,过载保护、失压保护和欠压,保护。,图,2.6,三相异步电动机单向运行直接起动控制电路,图,2.6,中，主电路由开关,QS,、熔断器,FU,、接触器,KM,的,主触头、热继电器,FR,的热元件以及电动机,M,组成。控制,电路由起动按钮,SB2,、停止按钮,SB1,、接触器,KM,的吸合,线圈及其常开辅助触头、热继电器,FR,的常闭触头和熔断,器,FU1,组成。,该电路具有控制电动机正常起动、停止以及过载保护、,短路保护、欠压保护、失压保护的功能。,SB1,为停止控制,按钮；,SB2,为起动控制按钮；熔断器,FU1,负责控制电路的,短路保护；熔断器,FU1,负责主电路的短路保护；热继电器,FR,起过载保护的作用；欠压保护或失压保护是通过接触,器的吸合线圈与控制电路的自锁协同完成的。,1,起动过程,按下,SB2,接触器,KM,吸合,KM,的主触头闭合电动机得电运行,KM,的常开辅助触头闭合控制电路自锁,2,停止过程,按下,SB1,接触器,KM,断电,KM,的主触头断开电动机,M,断电停止,KM,的常开辅助触头闭合控制电路接触自锁,3,电动机的各种保护过程,（,1,） 过载保护过程,在电动机拖动的负载超过额定值的情况下，电动机定子绕组的电流超过额定值，经过一段时间后，热继电器,FR,动作串联在控制回路的热继电器的常闭触头,FR,断开,KM,释放,KM,的主触头断开电动机断电停止；,KM,的辅助常开触头断开控制电路接触自锁。,（,2,） 短路保护过程,主电路发生短路故障时，串联在主电路的熔断器,FU,断开，由于控制电路的电源引自熔断器的下面，所以控制电路断电，接触器,KM,的吸合线圈断电释放，主触头,KM,断开，电动机断电停止，自锁触头,KM,断开，控制电路解除自锁。,控制电路发生短路故障时，串联在控制电路中的熔断器,FU1,断开，控制电路断电，接触器,KM,的吸合线圈断电释放，主触头,KM,断开，电动机断电停止，自锁触头,KM,断开，控制电路解除自锁。,（,3,） 欠压保护过程,在电源电压低于接触器吸合线圈额定电压的,70%,时，接触器因吸合线圈吸力不够而不能吸合。如果欠压发生在电动机的运行过程中，接触器,KM,的吸合线圈将释放，控制电路因并联在按钮,SB1,两端的接触器的自锁触头,KM,断开而解除自锁，主电路因接触器主触头,KM,的断开而断电，电动机断电停止，从而避免了电动机在低压下运行。如果起动电动机时电源电压较低，电动机将因为接触器,KM,的吸合线圈不能吸合而不能起动。,（,4,） 失压保护过程,电动机在运行过程中出现电源突然中断供电，恢复供电后电动机如果自动起动则有可能会造成事故，因此，必须避免发生电动机在恢复供电后自动起动的情况。具有这种功能的电路称为失压保护。,图,2.6,所示的电路中，如果电动机在运行时中断电源供电，接触器,KM,的吸合线圈将断电释放，控制电路因并联在按钮,SB1,两端的接触器的自锁触头,KM,断开而解除自锁，在电源恢复供电时，由于控制电路的自锁已经解除，电动机依然断电停止。,4,多地控制,生产设备的控制过程中，经常要求在多个地方控制同一,台电动机的起动和停止，即要求多地控制。此时，只需要,在起动按钮两端并联多个常开按钮作为不同地点的起动按,钮，在控制电路中串联多个常闭按钮作为不同地点的停止,按钮。图,2.7,所示为两地控制电动机起动、停止的控制电,路，其控制过程与上述控制过程类似。,图,2.7,两地控制电动机起动、停止的控制电路,2.1.3,三相异步电动机双向运行直接起动控制,建筑施工现场的机械设备通常需要正反两个方向的运,动。如搅拌机的搅拌桶，一个方向旋转为混凝土搅拌，另,一个方向旋转为出料。当生产机械需要正转和反转时，要,求拖动生产机械的电动机也必须有正转和反转的运动方向。,双向运行是指电动机在控制电路的控制作用下，可以实现,正转和反转两种运动方向的控制。,1,双向运行直接起动控制电路分析,根据三相电动机的运转原理，改变三相电动机的任意,两根电源接线，就可以改变电动机的旋转方向。如何通过,控制电路对电动机进行控制，使电动机从一个运行方向转,换到另外一个方向呢？显然，电动机不可能在同一时间有,两种运动方向，正传和反转一定是在不同时间进行的。实,现正转和反转，可以考虑采用两套单向运行的控制电路来,控制电动机的正、反转，其中一套控制电路中的主电路对,调两根电源接线。,采用两套独立的单向运行直接起动控制电路可以实现正,、反转的独立控制，但是两套系统有两个停止按钮，操作,繁琐，必须对控制电路进行简化，简化后的控制电路如图,2.8,所示。,图,2.8,为两套单向运行直接起动控制电路简化后的电,路。,图,2.8,两套单向运行直接起动控制简化后的电路,其中，,SB1,为停止按钮，当按下,SB1,时，控制电路断,电，无论是正转还是反转都会停止。,SB2,、,SB3,分别为正,、反转起动按钮，当电动机在停止状态下，按下,SB2,，接,触器,KM1,吸合，电动机朝一个方向起动运行。同样的道,理，如果电动机在停止状态下按下,SB3,，接触器,KM2,吸,合，电源的,U,相与,W,相调换，电动机朝另外一个方向运,转，可以实现正转和反转直接起动控制。,尽管图,2.8,可以实现正转或反转的起动、停止控制，,但是，该控制电路存在一个严重的缺陷，即：电动机在,一个方向的运行过程中，按下另外一个方向运转的起动,按钮，主电路会因为接触器,KM1,、,KM2,同时通电吸合而发,生两相短路。,如何避免短路的发生呢？根据上述分析，发生短路的,原因是两个接触器同时吸合，而要避免短路发生，就不能,让两个接触器同时吸合。要避免两个接触器同时通电吸合,，可以采用一个接触器通电吸合时，利用该接触器的常闭,辅助触头去控制另外一个接触器所在的电路，使另外一个,接触器的支路断开。在这种情况下，如果一个接触器已经,通电吸合，按下另外一个接触器吸合线圈支路上的起动按,钮，该接触器依然不能通电吸合，这种互相牵制的方法称,为电气互锁。图,2.9,为采用电气互锁的三相电动机双向运行,直接起动控制电路。,图,2.9,电气互锁双向运转直接起动控制电路,电气互锁工作原理如下：,电动机在停止状态时，按下起动按钮,SB2,，电流从,V2,经按钮,SB1,、,SB2,及接触器,KM2,的辅助常闭触头、接触器,KM1,的吸合线圈、热继电器,FR,的常闭触头到达电源的,W2,端，接触器,KM1,通电吸合。当接触器,KM1,通电吸合后，主,电路中接触器,KM1,的主触头闭合，电动机得电运转；并联,在按钮,SB2,两端的,KM1,的辅助常开触头闭合，控制电路自,锁；串联在接触器,KM2,吸合线圈上的接触器,KM1,的常闭触,头断开，实现电气互锁。在电气互锁的情况下，如果按下,按钮,SB3,，则因为与接触器,KM2,的吸合线圈串联的接触器,KM1,的辅助常闭触头断开，接触器,KM2,不能通电吸合，,避免了两相短路的情况发生。同样的道理，在接触器,KM2,通电吸合的情况下，按下,SB2,，接触器,KM1,也不能,吸合。,在图,2.9,所示电气互锁的电路中，电动机在一个方向运,行时，要改变运转方向，必须先按下停止按钮，再按下另,外一个方向的起动按钮方能实现电动机反转，这种操作过,程繁琐。电动机在一个方向运行时，能不能直接按下另外,一个起动按钮就可以实现电动机的反转呢？图,2.10,电气互,锁与机械互锁双向运行直接起动控制电路就可以实现直接,操作反转。,图,2.10,电气互锁与机械互锁双向运转直接起动控制电路,图,2.10,为电气互锁与机械互锁双向运转直接起动控制电,路，它与图,2.9,所示电路的不同之处是：每个起动按钮都是,使用的复合按钮，其中按钮的一对常闭触头串联在转向相,反的起动支路中，由于一个按钮的两对触头是联动的，当,按下任意一个起动按钮时，串联在另外一个起动按钮所在,的支路中的常闭触头将首先断开，然后才闭合该按钮的常,开触头。例如，当电动机在接触器,KM1,吸合的情况下运转,时，按下按钮,SB3,，此时，串联在接触器,KM1,的吸合线圈,所在支路中的按钮,SB3,的常闭触头将首先断开，接触器,KM1,的吸合线圈断电释放，控制电路解除自锁和互锁，主,电路断电。随后，,SB3,的常开触头闭合，电流从,V2,流经,SB1,、,SB2,的常闭触头、,SB3,的常开触头、,KM1,的辅助闭,触头、,KM2,的吸合线圈、热继电器的常闭触头到达电源,W2,端，使接触器,KM2,吸合。当,KM2,吸合时，,KM2,的辅助,常开触头闭合，控制电路自锁；,KM2,的辅助常闭触头断,开，控制电路互锁；,KM2,的主触头闭合，电动机反相,序接通电源运转。,电动机在一个方向运转时直接按下反转按钮控制反,转，其工作过程为：反相序接通电源时电动机处于反接,制动状态，电动机急剧减速直到转速为零，然后向另外,一个方向起动加速。,2,行程限位控制,在建筑施工设备中，有些位移性运动的生产机械需要,有终端限位控制或者自动往返控制。例如，塔吊的小车,在吊臂上行走时不能超过两端的极限位置，否则小车会,走出吊臂发生碰撞事故，因此必须进行限位控制。图,2.11,（,a,）就是利用行程开关实现终端限位控制的电路。,行程开关安装在极限位置，位移性部件上安装有撞块，,也可将行程开关安装在位移性部件上，撞块安装在极限,位置。,图,2.11,限位与行程控制,(a),行程控制；（,b),自动往返,图,2.11,（,a,）所示控制电路的工作过程如下：接触器,KM1,的吸合线圈通电时，电动机正转，生产机械的运动,部件向右位移，位移到终端，撞块与行程开关,SQ1,相碰，,行程开关,SQ1,的常闭触头断开，切断了接触器,KM1,的吸合,线圈所在的支路，接触器,KM1,断电释放，其主触头,KM1,断,开使电动机断电停止。此时，电动机只能反向运转。生产,机械的运动部件向左位移，碰撞,SQ2,时，其控制过程与上,述相似。利用极限位置的限位开关可以实现正、反两个方,向的限位控制。,如果将,SQ1,的常开触头并联在反向起动按钮两端，将,SQ2,的常开触头并联在正向起动按钮两端，可以实现自,动往返控制，其控制电路如图,2.11,（,b,）所示。如果电动,机正转，运动部件移动到正向限位终端碰撞,SQ1,，,SQ1,的常闭触头切断接触器,KM1,的吸合线圈所在的支路，接,触器,KM1,断电释放；同时，,SQ1,的常开触头闭合，短接,SB2,按钮，只要接触器的常闭触头,KM1,复位，接触器,KM2,的吸合线圈所在的回路就接通，电动机将直接反向,起动。,2.2,三相异步电动机降压起动控制,对于大容量的电动机，采用直接起动时，过大的起动,电流会影响电网的供电质量，同时将造成电动机过热，,影响电动机的寿命。对于不能直接起动的电动机，为了限,制电动机的起动电流，起动时必须采取措施。依据电动机,的不同特点，可以采用不同的方法，降压起动是三相鼠笼,式交流异步电动机通常采用的起动方法之一。通常采用的,降压起动方法有星三角形降压起动、定子回路串电阻或,电抗器起动和自耦变压器降压起动。无论采用哪一种降压,起动，它们的共同特征是：起动电流与定子绕组所加的相,电压成正比，起动转矩与定子绕组所加的相电压的平方,成正比；当采用降低电压来实现降低起动电流时，起动,力矩也会下降。因此，降压起动适用于轻载或空载起动,的电动机。,2.2.1,三相异步电动机,Y,起动,三相异步电动机,Y-,起动，就是电动机在起动时定,子绕组接成,Y,形，正常运行时接成形。只有正常工作时,采用三角形连接的电动机才能采用这种方法起动。,1,起动性能与控制要求,在三相电源电压一定的情况下，同一三相负载分别采,用形和,Y,形两种接法，,Y,形接法中负载上的相电压是,形接法的相电压的,1/3,，其线电流是后者的,1/3,。根据电机,学的原理，电动机的电磁转矩与作用在电动机每相定子,绕组上的电压的平方成正比，因此，,Y,形接法的起动电流,是形接法的,1/3,，其起动转矩也是接法时的,1/3,。,Y-,起动的最大优点是起动控制设备投资少，控制简单。,图,2.12 Y-,起动控制电路,从图,2.12,（,a,）可以看出，,Y-,起动控制需要,3,个接,触器，,KM1,用于连接电源，,KM2,用于实现,Y,接法，,KM3,用,于实现接法。,KM2,和,KM3,不能同时通电吸合，否则，,主电路将因为主触头同时闭合而造成短路，因此，两个,接触器之间必须互锁。在电动机按照形接法起动的过,程中，伴随电动机转速的上升，主电路的电流将逐渐减,小，当电流减小到一定值时，应该将形接法转换成,形接法。从,Y,形接法转换成形接法，可以通过时间继电,器来控制，也可以通过电流继电器来控制。图,2.12,（,b,）,是通过时间继电器来控制,Y-,转换的控制电路。,2,控制电路工作原理分析,为了方便复杂控制电路中电器元件的动作过程的描述，,现引入电器元件动作程序图。用规定的符号或箭头配以少,量文字说明来表述电路的控制原理的描述方法称为电器元,件动作程序图，它是分析较复杂的电气控制电路的方法之,一。在控制电路图中主要有两类部件：一类是耗电元件，,在继电器接触器控制系统中主要是线圈，线圈有通电和,断电两种状态，电器元件动作程序图中用表示线圈通,电、用表示线圈断电；另一类是触头，触头也有通、断,两种状态，电器元件动作程序图中用表示触头闭合、用,表示触头断开。分析时，不强调触头的原始状态如何，,主要强调现在的状态。,下面对图,2.12,（,b,）的起动、停止过程和延时时间调整方法进行分析。,(1),起动过程 合上负荷开关,QS,，主电路、控制电路电源接通。,(2),停止过程,按下,SB2,，控制电路断电，接触器、时间继电器的吸合线圈均断电释放，控制电路解除自锁，主电路因为接触器,KM1,主触头的断开而断电，电动机停止运转。,(3),延时时间的调整,Y-,起动的目的是限制起动电流，但是起动过程太长，不利于提高劳动生产率，而且在电动机转速升高后，不及时将,Y,形接法转换成形接法，电动机将运行在过电流状态，电动机绕组温度将会升高。由于,Y-,起动的转换时间与电动机的容量、电动机拖动的负载的,大小有关，因此，时间继电器的延时时间需要根据电动,机以及负载的具体情况进行调整。,调整的原则：以起动过程的电流为依据，即电动机由,Y,形接法转换成形接法时，其转换到接法时的电流不,大于,Y,接法时的初始起动电流，又接近于初始起动电流时,的时间为最佳延时时间，此时，起动过程最短。特别要,强调的是，其他降压起动方法的延时时间的调整原则也,应如此。,调整的方法：在设备安装调试时，用钳型电流表监,视初始起动电流和转换到形接法时的电流，并调整时,间继电器的延时，经过几次起动过程的调整就能确定该,设备的延时时间了。以后正常运行时不必再去调整它。,从时间继电器的调整过程可以看出，用时间继电器来,控制起动过程的转换较适合于拖动恒定负载的电动机。当,电动机拖动的负载变化较大时，若按重载调整时间继电,器，则轻载状态下起动时间过长；若按轻载调整时间继电,器，则重载状态下起动时间又过短。,2.2.2,三相异步电动机自耦变压器降压起动,Y-,形起动方法的起动转矩仅为直接起动时的,1/3,，而,且不能调整，当电动机拖动的负载大于形连接起动时,的起动力矩时，电动机将不能起动，因此，,Y-,形起动,不适合于重载起动的场合。如果既要满足设备的力矩要,求，同时又需要限制起动电流在允许的范围以内，必须,能调整加在电动机定子绕组上的电压，使起动过程中电,动机的起动转矩与负载转矩相适应。,自耦变压器的副边有几组抽头，可以输出几种不同的,电压。当负载不同时，可以选择不同的起动电压，从而,满足不同的负载对起动转矩的要求。因此，采用自耦变,压器降压起动广泛运用在电动机的起动控制中。,1,起动性能与控制原理,当采用自耦变压器降压起动时，若电源电压为,Ue,，自,耦变压器副边电压为,Uq,，,K,为变压比，则,Uq,=,KUe,，起动,电流为,K2Iq,，起动转矩为,K2Tq,。若选择合适的,K,，则可,以在自耦变压器副边获得需要的电压。,自耦变压器的变压比可以根据电动机起动的具体需要进,行调整，从自耦变压器副边可以获得任意的起动电压，因,此，自耦变压器降压起动既可应用于对起动电流限制要求,较小的情况，也可应用于对起动电流要求较大的情况，它,的起动电流与起动力矩介于,Y-,起动和直接起动之间。,在实际应用中，当,Y-,起动不能满足设备的起动转矩要,求的情况下，通常采用自耦变压器降压起动。由于需要增,加自耦变压器，所以这种起动方法会增加设备投资。,自耦变压器降压起动的控制方法：当电动机起动时，自,耦变压器原边接电源，电动机绕组连接在自耦变压器副边,。当电动机转速升高后，切除自耦变压器，将电动机绕组,直接接入电源。因此，电动机绕组接电源需要一个接触器,控制；电动机绕组接自耦变压器时，可以使用两个接触器,控制，一个用于自耦变压器与电源的连接，另一个将自耦,变压器副边接成,Y,形；也可以将接触器的主触头串联在电,动机绕组与自耦变压器副边之间，然后将自耦变压器副边,直接接成,Y,形。容量较小的自耦变压器副边可以用接触器,的辅助常闭触头接成,Y,形，也可以选择,5,个主触头的接触,器，这样可以减少一个接触器。,自耦变压器起动方法一般采用定型产品，根据控制的,电动机的容量不同，产品型号也不同。,XJ01,型补偿降压,起动器适用于,14,28 kW,的电动机，其控制电路如图,2.13,所示。,(1),起动过程, 合上电源开关,QS,，电源接通，控制电路变压器,TC,通,电，,TC,副边的信号灯,HL3,亮，表示电源已经接通，电动,机未起动。,图,2.13 XJ01,型补偿降压起动器原理电路,(2),停止过程,按下停止按钮,SB1,，控制电路断电，接触器,KM1,、,KM2,及中间继电器,KA,、时间继电器,KT,的吸合线圈均断电,释放，控制电路解除自锁，连接在主电路上的接触器的,主触头断开，电动机断电停止。,XJ01,型补偿降压起动器有如下特点：电动机容量只能,在,28 kW,以下，使用的接触器数量少，电动机正常运行时,没有从电路中将自耦变压器完全切除，自耦变压器始终,带电，控制电路中使用了两组起动、停止按钮，可以应,用于两地控制。,2.2.3,三相异步电动机定子串电阻（电抗器）降压起动,起动时，定子绕组串入起动电阻，其电压降低，运行,时切除起动电阻，电动机在全压下运行，这种方法称为,三相交流异步电动机定子绕组串电阻起动。,由于起动过程中所串电阻存在能量损耗，为了节能，,也可以用起动电抗器来代替起动电阻，此种方式称为定,子绕组串电抗器起动。电抗器造价远高于电阻，采用串,电抗器起动将增加初期投资。,1,起动性能与控制要求,根据串联电路的特点，在电源电压一定的情况下，将,电阻串联到电动机定子绕组中，会降低定子绕组上的电压,。定子绕组电压的大小与串联的电阻的大小有关。通过调,整电阻的大小，可以使电动机定子绕组获得起动需要的电,压值和起动力矩，并达到降低起动电流的目的。与自耦变,压器降压起动的方法相比较，此种起动方法设备投资少，,控制简单，起动方式不受电动机绕组接线形式的限制。如,果是采用串电阻起动，该起动电阻还可以作为制动电阻使,用，因而适用于要求起动平稳又有制动的情况。在低速电,梯的控制系统中，定子回路串电阻起动应用比较广泛。,根据电工理论，定子绕组串电阻降压起动时，定子绕组,的电压为,:,式中,K,小于,1,的降压系数,;,Ue,电源电压,;,Uq,定子绕组的端电压。,由于定子绕组的端电压降低，所以定子绕组的起动电流,也会降低，起动电流,Iq,是直接起动时起动电流,Iq,的,K,倍，即,:,当定子绕组端电压降低时，起动转矩也会下降，其值为：,式中,Tq,降压起动的转矩,;,Tq,直接起动时的电磁转矩。,选择合适的降压系数,K,，就可以得到需要的起动转矩和,较小的起动电流。,定子串电阻降压起动的控制最少需要两个接触器，一,个用于连接电源，另一个用于起动完成后短接起动电阻。,也可以将串接的电阻分为几段，分几次将其短接。电阻,分段的好处是可以在满足最大限制电流的情况下快速起,动电动机，但是，每短接一段电阻就需要一个接触器进,行控制，分段越多，控制电路将越复杂。在电动机的控,制中，起动电阻常常被应用于制动过程，作为制动电阻,来限制制动电流。图,2.14,所示为三相异步电动机定子绕,组串电阻降压起动。,图,2.14,三相异步电动机定子串电阻降压起动,2,控制电路工作原理分析,(1),起动过程, 合上开关,QS,，控制电路和主电路电源接通。,合上开关,QS,，控制电路和主电路电源接通。,(2),停止过程,按下停止按钮,SB2,，控制电路断电，接触器,KM1,、,KM2,及时间继电器,KT,的吸合线圈均断电，控制电路解除,自锁，连接在主电路的接触器主触头均断开，电动机断,电停止。,2.3,绕线式三相异步电动机的起动控制,降压起动可以减小起动电流，同时也会降低起动力矩,。如果设备需要较大的起动力矩，降压起动就不能满足要,求。三相绕线式异步电动机除了可以采用降压起动的方法,之外，还可以通过滑环在转子绕组中串接合适的电阻或频,敏变阻器来限制起动电流。当串入合适电阻时，还可以获,得较大的起动转矩，缩短起动过程。绕线式电动机常常应,用在既要求起动电流比较小，又要求起动转矩比较大的设,备中，例如起重机的提升机构使用的电动机。,2.3.1,绕线式三相异步电动机转子回路串电阻起动,转子回路串电阻起动，就是在绕线式电动机起动时，通,过电动机转轴上的滑环将外部电阻串接在电动机的转子绕,组上，从而达到降低起动电流的目的。,1,起动性能与控制要求,从电机学理论可知，绕线式异步电动机转子绕组串接电,阻以后，电动机的机械特性变软，线性区斜率加大。因,此，串联合适的外加电阻后，既可限制起动电流，也可以,增加起动转矩。但是串联电阻后，随着转速的升高，定子,电流将减小，其电磁转矩也将减小，电磁转矩的减小必然,会使起动过程延长。为了达到起动时间尽可能短和起动电,流冲击尽可能小的目的，可采用在起动过程中将起动电阻,逐段切除的方法。起动电阻的级数越多就越接近于恒转,矩起动，起动过程越短，起动越平稳。但级数越多，控,制电器也越多，所以一般设置,3,级为宜。,逐段切除起动电阻的控制方法有三种：一是用主令控,制器或凸轮控制器手动切换，这种方法在起重机的控制,电路中常常使用；二是用电流继电器检测转子电流大小的,变化来控制电阻的切除，通过对转子电流进行检测，当转,子电流减小到设定值时，切除一段电阻，使电流重新增,大，这样就可以使起动电流控制在一定的范围内；三是使,用时间继电器自动控制电阻的切除，这种方法的起动时间,是固定的。图,2.15,为利用电动机转子电流大小的变化来切,除起动电阻，图,2.16,为采用时间控制方法切除起动电阻。,图,2.15,利用电动机转子电流大小的变化来控制起动电阻的切除,(1),利用电动机转子电流大小的变化来控制电阻的切除,图,2.15,中，,FA1,、,FA2,、,FA3,是电流继电器，电流线圈,串接在电动机转子电路中，它们的吸合电流相同，一般,为额定电流的,2,2.5,倍，释放电流却不相同，,FA3,的释放,电流调整得最大，,FA2,次之，,FA1,最小。,起动过程分析如下：, 合上开关,QS,，主电路、控制电路电源通电。, 按下起动按钮,SB1,，接触器,KM,吸合，,KM,的主触头闭合，电动机接通电源，电动机转子在串全部起动电阻的情况下运行；辅助触头,KM,闭合，控制电路自锁；另一辅助触头,KM,闭合，中间继电器,KA,吸合，为电流继电器依次闭合,KM3,、,KM2,、,KM1,做准备。电动机开始,起动时，转子回路串接的电流继电器,KA1,、,KA2,、,KA3,全部通电吸合，,KA1,的常闭触头断开接触器,KM1,、,KM2,、,KM3,吸合线圈的支路，,KA2,的常闭触头断开接触器,KM2,、,KM3,吸合线圈的支路，,KA3,的常闭触头断开接触器,KM3,吸合线圈的支路，电动机串全部电阻起动。随着电动机转速的升高，电动机转子回路的电流逐渐减小，转子电流下降到,FA3,的动作整定值时，,FA3,首先释放，,FA3,的常闭触头复位，接触器,KM3,通电，,KM3,的主触头闭合将电阻,R3,短接；电阻,R3,被短接瞬间，转子回路总电阻减小，转子电流立即增大，但随着转速的逐渐上升，转子电流又逐渐减小，当减小到,FA2,的整定值时,FA2,释放，,FA2,的常闭触头使接触器,KM2,通电，,KM2,的主触头将电阻,R2,短接；,电阻,R2,被短接瞬间，转子回路总电阻继续减小，转子电流又立即增大，随着转速继续上升，转子回路电流继续减小，当电流下降到,FA1,的整定值时,FA1,释放，,FA1,的常闭触头使,KM1,通电，,KM1,主触头将电阻,R1,短接，电机切除全部电阻进入稳定运行状态。,(2),采用时间控制方法切除起动电阻,图,2.16,中，,KT1,、,KT2,、,KT3,是时间继电器，分别控制,三个接触器,KM1,、,KM2,、,KM3,，其动作顺序为,KT3,、,KT2,、,KT1,。起动过程如下：, 合上电源开关,QS,。,图,2.16,采用时间控制方法切除起动电阻, 按下起动按钮,SB1,，接触器,KM,吸合，,KM,的主触头闭,合，电动机接通电源，电动机转子在串全部起动电阻的,情况下运行；辅助触头,KM,闭合，控制电路自锁；另一辅,助触头,KM,闭合，中间继电器,KA,吸合，为电流继电器依次,闭合,KM3,、,KM2,、,KM1,做准备。电动机开始起动时，转子,回路串接的电流继电器,KA1,、,KA2,、,KA3,全部通电吸合，,KA1,的常闭触头断开接触器,KM1,、,KM2,、,KM3,吸合线圈的支,路，,KA2,的常闭触头断开接触器,KM2,、,KM3,吸合线圈的支路,，,KA3,的常闭触头断开接触器,KM3,吸合线圈的支路，电动,机串全部电阻起动。随着电动机转速的升高，电动机转,子回路的电流逐渐减小，转子电流下降到,FA3,的动作整定,值时，,FA3,首先释放，,FA3,的常闭触头复位，接触器,KM3,通电，,KM3,的主触头闭合将电阻,R3,短接；电阻,R3,被短接瞬,间，转子回路总电阻减小，转子电流立即增大，但随着,转速的逐渐上升，转子电流又逐渐减小，当减小到,FA2,的,整定值时,FA2,释放，,FA2,的常闭触头使接触器,KM2,通电，,KM2,的主触头将电阻,R2,短接；电阻,R2,被短接瞬间，转子回,路总电阻继续减小，转子电流又立即增大，随着转速继,续上升，转子回路电流继续减小，当电流下降到,FA1,的整,定值时,FA1,释放，,FA1,的常闭触头使,KM1,通电，,KM1,主触头,将电阻,R1,短接，电机切除全部电阻进入稳定运行状态。,(2),采用时间控制方法切除起动电,图,2.16,中，,KT1,、,KT2,、,KT3,是时间继电器，分别控制三,个接触器,KM1,、,KM2,、,KM3,，其动作顺序为,KT3,、,KT2,、,KT1,。起动过程如下：,2.3.2,绕线式三相异步电动机转子回路串频敏变抗器起动,在绕线式异步电动机转子绕组串电阻的起动方法中，,由于转子电阻的切除是分段进行的，在切除电阻的瞬间,定子电流及电磁转矩将突然增大，会产生一定的机械冲,击力。如果希望减小冲击，必须增加电阻的级数，使每,级电阻值减少，而增加级数将使控制电器的数量增多、,起动电阻的体积加大，控制电路将变得复杂，并且会降,低控制系统的可靠性。在实际应用中，如果电动机没有,调速要求，常采用转子回路串频敏变阻器起动。,频敏变阻器是一种阻抗随频率变化的电器元件。由于,转子回路电流的频率为,f2=sf1,，在电动机的起动过程中，,转子回路的频率将随转速的逐渐升高而逐渐降低，频敏,变阻器的阻抗能够随着电动机转速的上升、转子电流频率,的减小而自动减小。采用转子绕组串频敏变阻器起动可以,在增加系统平稳起动的情况下，减少控制电器的使用数量,，提高系统的可靠性。,1,频敏变阻器简介,频敏变阻器是由几片或十几片较厚的钢板或铁板再绕上,三组线圈构成的。为了增大阻抗，铁芯为开启式，三个绕,组按星形连接后串联在转子电路中，如图,2.17,（,a,）所示。,图,2.17,（,b,）为每一相转子回路的等效电路。,图,2.17,频敏变阻器,图,2.17,中，,r2,为电动机转子绕组的电阻，,rp,为频敏变阻,器绕组的电阻，,Rmp,为频敏变阻器铁损的等值电阻，,Xmp,为电动机静态时的电抗，,s,为转差率，,sXmp,为运转,时的电抗。当电动机起动时，频敏变阻器通过转子电路,得到交变电动势，产生交变磁通，转子绕组的电抗为,sXmp,，频敏变阻器铁芯由较厚的钢板制成，在交变磁通,作用下会产生很大的涡流损耗和较小的磁滞损耗,(,涡流损,耗占总损耗的,80,以上,),，此涡流损耗在电路中以一个等,效电阻,Rmp,表示。频敏变阻器的电抗,sXmp,和电阻,Rmp,与,转子绕组内通过的电流的频率有关。,在电动机运转过程中，转子电流频率,f2,与电源频率,f1,的关,系为：,f2=sf1,，其中,s,为转差率。当电动机转速为零时，,转差率,s=1,，即,f2=f1,；当,s,随着转速上升而减小时，,f2,便,下降，频敏变阻器的,Rmp,与,sXmp,也相应下降。由此可,见，起动开始，频敏变阻器的等效阻抗很大，限制了电,动机的起动电流。随着电动机转速的升高，转子电流频,率降低，等效阻抗自动减小，从而达到了自动改变电动,机转子阻抗的目的，实现了平滑无级起动。当电动机正,常运行时，,f2,很低（为,f1,的,5,10,），其阻抗很小。,另外，在起动过程中，转子等效阻抗及转子回路感应电,动势都是由大到小，实现了近似恒转矩的起动特性。,2,转子绕组串频敏变阻器起动控制电路分析,图,2.18,为转子绕组串频敏变阻器起动控制电路。图中,RF,为频敏变阻器，,KM1,为连接电源的接触器，,KM2,为短,接切除频敏变阻器的接触器，,KT,为控制起动时间的通电,延时型时间继电器，,KA,为中间继电器。由于是大电流系,统，所以热继电器,FR,接在电流互感器,TA,的二次侧。,图,2.18,转子绕组串频敏变阻器起动控制电路,起动过程分析如下：, 合上电源开关,QS,图,2.18,转子绕组串频敏变阻器起动控制电路,图,2.18,中，热继电器的热元件安装在电流互感器的二次,侧有两个原因，一是大容量电动机的主电路电流比较,大，要求热继电器热元件的额定电流也要大，如果应用,电流互感器，其副边的额定电流为,5 A,，热继电器热元件,的额定电流就可以按,5 A,及以下选择，另外还可以用一个,5 A,的电流表来观察起动和运行过程中的电流；二是在起,动过程中，为了避免起动时间过长而使热继电器误动,作，可以用只能通过较小电流的中间继电器,KA,的常闭触,头将热继电器,FR,的发热元件短接，起动完成后再接入。,3,频敏变阻器的调整,选择频敏变阻器要考虑电动机的额定功率、负载特性、,起动运行方式等因素。电动机的功率、负载性质或工作,方式不同，选择的频敏变阻器的型号也不同。例如，,BP1,200,、,BP1300,型适用于短时工作制，容量为,22,2240 kW,的传动设备；,BP1000,、,BP1400,、,BP1,500,型适用于反复短时工作制，容量为,2.2,125 kW,的设,备。因此，在频敏变阻器选用和调整得当的情况下，电,动机可以获得恒转矩的起动特性；反之，则会出现起动,电流过大或起动时间过长甚至起动困难的情况。,频敏变阻器是针对一般使用要求设计的定型产品，在实,际使用过程中由于使用环境与负载不同，以及不同电动,机的参数存在差异，直接使用时电动机的起动特性往往,不太理想，所以需要结合电动机的实际使用情况对频敏,变阻器进行调整，以充分发挥频敏变阻器的作用，满足,电动机的起动要求。调整频敏变阻器主要包括如下内容：,（,1,） 改变线圈匝数,频敏变阻器线圈大多留有几组抽头，增加或减少匝数将,改变频敏变阻器的等效阻抗，可以达到调整电动机起动,电流和起动转矩的目的。如果实际使用中电动机起动电,流过大，起动过程太短，应增加匝数；反之，应减少匝,数。,（,2,） 磁路调整,如果刚起动时，起动转矩过大，对拖动的机械有剧烈,冲击；起动完毕后，稳定转速低于额定转速较多，短接,频敏变阻器时电流冲击过大。遇到这些情况时，应调整,磁路，增加磁路的气隙。,2.4,三相异步电动机的调速控制,电气设备在工作过程中，根据工作状态的不同，对设,备有不同的速度要求。例如，为了提高工作效率，要求,起重机的吊钩在吊起重物后要有较快的运行速度；重物,在接近目的地时，为了减小停止运行时的机械冲击，速,度又要放慢。因此，针对电气设备在不同工作情况下的,速度变化要求，需要控制系统采取相应措施，改变电动,机的转速，这种在负载过程中改变电动机运行速度的方,法称为电动机的调速。三相交流电动机的调速方法有变,极调速、变频调压调速和转子回路串电阻调速。转子回,路串电阻调速只能应用于绕线式电动机，变极调速、变,频调压调速多应用于三相鼠笼式电动机。,2.4.1,三相异步电动机变极调速,变极调速就是在电动机运行过程中改变电动机磁极对,数的调速方法。,根据电机学理论，三相电动机的同步转速,n1=60f1p,式,中,f1,为电源频率，,p,为磁极对数。当变更电动机定子绕组,的磁极对数时，同步转速便会随之改变，进而改变转子,转速。,变极调速既可应用于三相鼠笼式电动机，也可应用于三,相绕线式电动机。根据电机原理可知，电动机定子电流,产生的磁极与转子电流产生的磁极必须对应，鼠笼式电,动机转子绕组的磁极可以自动与定子绕组变极前后的磁,极对应变化。而对于绕线式电动机来说，在改变定子绕,组的磁极时，转子绕组的磁极也要做出相应改变，这往,往在生产现场较难实现，因此，变极调速多应用于鼠笼,式电动机。,1,变极调速的控制要求,三相异步电动机往往采用两种方法变更绕组磁极对数,：一种是改变每相定子绕组的连接关系；另一种是在定,子上设置具有不同磁极对数的两套互相独立的绕组。这,两种方法也可以应用在同一台电动机上，以获得较多的,速度变化，例如，电梯专用电动机,JTD,系列的变极调速可,以实现三速和四速调速。改变每相定子绕组的连接关系,实现变极的方法如图,2.20,。,图,2.19,为,4/2,极的单绕,组双速电动机定子绕组接线示意,图，其中图,2.19,（,a,）将电动机定子绕组的,U1,、,V1,、,W1,三个接线端子接三相电源，而将电动机定子绕组的,U2,、,V2,、,W2,三个接线端子悬空，每相绕组的两个线圈串联,，三相定子绕组为连接，此时磁极为,4,极，同步转速为,1500 r/min,，为低速接法。,若要电动机高速工作时，可接成图,2.19,（,b,）形式，将,电动机定子绕组的,U2,、,V2,、,W2,三个接线端子接三相电,源，而将另外,3,个接线端子,U1,、,V1,、,W1,分别连在一起，,这样连接以后原来三相定子绕组的连接立即变为双,Y,连,接，此时每相绕组的两个线圈为并联，磁极为,2,极，同步,转速为,3000 r/min,。此种接法电动机的转速是低速时的,2,倍。,从图,2.19,可以看出，要实现,4/2,极的,变化，需要三个接,触器，分别用做,4,极速度运行时的电源连接、,YY,变换,和,YY,运行时的电源连接。显然，前一个接触器与后两个,接触器分别在不同速度下通电。,图,2.19,电动机三相定子绕组,/YY,接线图,(a),低速,接法,(4,极,);(b),高速,YY,接法,(2,极,),2,控制电路分析,合上电源开关,QS,，按下低速起动按钮,SB1,，低速接触,器,KM1,线圈通电，其触头动作，电动机定子绕组作连,接，电动机以,1500 r/min,低速起动。,当需要换成,3000 r/min,的高速时，按下高速起动按钮,SB2,，接触器,KM1,先断电释放，高速接触器,KM2,和,KM3,的线圈同时通电，电动机定子绕组换接成双,Y,连接，电动,机高速运转。为了保证,KM2,和,KM3,同时通电，控制电路,的自锁是由,KM1,与,KM2,的辅助常开触头串联来完成的。,图,2.20,变极调速的过程是由操作者手动完成的，在实,际应用中也可以通过时间继电器自动控制。采用时间继,电器自动控制双速电动机的控制电路如图,2.21,所示。,图,2.20,变极调速控制电路图,图