第二章电动机的控制线路.

2019/12/191电气控制与PLC应用技术第二章2019/12/192第二章电动机的控制线路电动机是工厂电气设备中使用最多的装置，学习直流电机和三相异步电动机起动控制线路、起动控制线路、制动控制线路和调速控制线路，另外关注当前兴起的三相异步电动机的变频控制线路，是对电气控制设备能够较好的了解。2019/12/1932.1三相异步电动机起动控制三相笼型异步电动机的直接全压（额定电压）启动是一种简便、经济的启动方法。但直接启动时的启动电流较大，一般为额定电流的4～7倍。在小于7.5kW以下的容量可采取直接启动。若大些电动机还需要直接启动，就要看所处电源变压器视在功率的大小了，须满足以下的经验公式：])()(3[41kWPkVASIIKNNNstI2019/12/1942.1.1鼠笼式异电动机的Y-△降压起动控制线路电动机启动时接成Y形，加在每相定子绕组上的启动电压只有△形接法的，启动电流为△形接法的，启动转矩也只有△形接法的。所以这种降压启动的方法只适用于轻载或空载下启动。凡是在正常运行时定子绕组作△形连接的异步电动机，均可采用这种降压启动的方法。2019/12/1952.1.2定子串电阻的降压起动控制线路启动原理：起动时三相定子绕组串接电阻R，降低定子绕组电压，以减小起动电流。起动结束应将电阻短接。控制电路如图2-2所示，是时间继电器自动控制定子绕组串联电阻降压启动的电路图。在这个线路中用KM1的主触点来串入降压电阻R，用时间继电器KT延时几秒钟后，待电动机串联电阻启动的转速上升一定程度时，用KT的延时闭合触点接通KM2接触器线圈，让KM2主触点切除电阻R，从而自动控制电动机从串联电阻降压启动切换到全压运行。2019/12/1962.1.3自耦变压器降压起动控制电路利用自耦变压器降压启动方法常用来启动较大的三相交流笼型电动机。尽管这是一种比较传统的启动方法，但由于它是利用自耦变压器的多抽头减压，既能适应不同负载启动的需要，又能得到比前面的降压启动方法更大的启动转矩，所以，这种降压启动的方法应用较多。启动的原理是：起动时，定子绕组上为自耦变压器二次侧电压；正常运行时切除自耦变压器。自耦变压器备有65％和85％两档抽头，出厂时接在65％抽头上，可根据电动机的带负载情况选择不同的启动电压。2019/12/1972.1.4绕线式异步电动机转子绕组串接电阻启动控制线路三相绕线式异步电动机转子绕组可通过滑环串接启动电阻。它的优点是改善电动机机械特性，减小启动电流，提高转子电路的功率因数和提高启动转矩。在一般要求启动转矩较高（负重启动），并且能调速的场合，绕线式电动机的应用非常广泛。按照绕线式电机转子绕组在启动过程中串接装置的不同分：串电阻启动与串频敏变阻器启动两大类。2019/12/1982.2三相异步电动机制动控制在于生产机械运动中，在惯性的特性下，会造成移位、碰撞乃至伤害的事故发生。这就有必要将交流异步电动机运行中增加制动环节，使得在安全和定位上起到非常重要的意义。电动机在切断电源停转的过程中，产生一个与原来电动机旋转方向相反的电磁力矩，（制动力矩），迫使电动机迅速制动停转的方法，我们称之为电气制动。2019/12/1992.2.1电压反接制动的原理图2-5所示线路的主电路和正反转控制线路的主电路相同，只是在反接制动时增加了三个限流电阻R，线路中的KN1为正转运行接触器，KM2为反接制动接触器，KS为速度继电器。反接制动的优点是制动力强，制动叙述。缺点是制动正确性差，制动过程中冲击强烈，易损坏传动零件，制动能量消耗大，不宜经常制动。因此，反接制动一般适用于制动要求迅速、系统惯性较大、不经常启动与制动的场合，如铣床、镗床、中型车床等主轴的制动控制。2019/12/19102.2.2能耗制动的自动控制线路所谓的能耗制动，就是在电动机脱离三相电源以后，在定子绕组任两相中通入直流电，产生静止的磁场，转子感应电流与该静止磁场的作用产生与转子惯性转动方向相反的制动转矩，迫使电动机迅速停转的方法。这种方法以消耗转子惯性运转的动能来进行制动的，所以就称其为能耗制动，又称之为动能制动。2019/12/19112.3实现他励直流电动机起动的控制他励直流电动机的电枢绕组施加额定电压直接起动时，由于感应电动势没有建立，外加额定电压全部加在电枢绕组很小的内电阻上，产生的起动电流达到额定电流的10至20倍，这对直流电动机和电网供电都是不允许的。因此在他励直流电动机起动时需要设法降低电枢电流，一般采取在电枢回路串电阻的方法限制起动电流。2019/12/19122.3.1他励直流电动机三级电阻手动控制减压启动电路他励直流电动机三级电阻手动控制减压启动电路如图2-7所示，线路的工作原理为：按下起动按钮SB2，接触器KM线圈得电，KM自锁触点闭合，实现KM线圈自保持通电。另KM串联在电枢电路动合触点闭合，电枢串入R1、R2、R3电阻后接入直流电源，开始降压起动。随着电动机转速从零开始上升，接触器KM1线圈两端电压也随之上升，当电压达到接触器KM1动作值时，KM1动作，其动合触点闭合，将起动电阻R1短接。电动机转速继续上升，随后KM2、KM3都先后达到动作值而动作，分别将R2、R3电阻短接。电动机转速达到额定值，电动机起动完毕，进入正常额定电压运转。2019/12/19132.3.2利用时间继电器控制他励直流电动机启动控制电路图2-8所示为运用接触器和时间继电器配合他励直流电动机电枢串电阻降压起动控制线路。图2-8中KT1和KT2为断电延时型时间继电器，线路的工作原理为：在开关按钮QS2合上后，KT1和KT2线圈得电，其动断触点立即断开，使接触器KM2、KM3线圈失电，那么与电枢串联的电阻R1、R2可以全部串入电路进行降压起动的准备。2019/12/19142019/12/19152.4实现他励直流电动机正反转控制直流电动机正反转控制可以有两种方法实现：其一是改变励磁电流的方向；其二是改变电枢电流的方向。在实际应用中，改变励磁电流方向来改变电动机转向的方法适用较少，原因是励磁绕组的磁场在换向时要经过零点，极易引起电动机“飞车”，另外励磁绕组电感量较大，在换向时需要一个放电延时过程，不能适合快速转向的控制要求。所以，通常都采用改变电枢电流方向的方法来控制直流电动机的正反转。2019/12/19162.4.1改变电枢电流方向控制他励直流电动机正、反转控制线路图2-9所示为改变电枢电流方向控制他励直流电动机正、反转控制线路。图2-9中，电枢电路电源由接触器KM1和KM2主触点分别接入，其方向相反，从而达到控制正反转的目的。其线路工作原理为：按下SB2后接触器KM1线圈得电，KM1的主触点合上，使他励直流电动机接通电源正转，同时KM1其辅助常开触点自锁，在SB2按钮松开后保持KM1线圈通电；需要电机反转时应先按停止按钮SB1，切断电机供电，然后按下SB3使接触器KM2线圈得电，KM2的主触点合上，使他励直流电动机接通反极性电源反转。2019/12/19172.4.2改变励磁电流方向控制他励直流电动机正、反转控制线路在改变励磁电流方向进行改变直流电动机转向时，必须保持电枢电路方向不变。其控制线路如图2-11所示。图2-11中，KM1、KM2主触点的通断决定电流流入励磁绕组的方向，从而确定电动机的转向。线路工作原理与图2-4所示改变电枢电流方向控制他励直流电动机正、反转控制线路基本一致。2019/12/19182.5直流电动机制动控制与交流电动机一样，直流电动机也可以采用机械制动或电气制动。电气制动就是使电动机产生的电磁转矩与电动机旋转方向相反，使电动机转速迅速下降。电气制动的特点是产生的转矩大、易于控制、操作方便。他励直流电动机的电气制动方法有反接制动、能耗制动等。2019/12/19192.5.1反接制动控制线路反接制动工作原理与交流电动机反接制动原理基本一致。将正在运转的直流电动机的电枢两端电压突然反接，但仍然维持其励磁电流方向不变，电枢将产生反向力矩，强迫电动机迅速停转。2019/12/19202.5.2能耗制动控制线路能耗制动是将正在运转的电动机电枢从电源上断开，串入外接能耗制动电阻后，再与电枢组成回路，并且维持原来的励磁电流，使机械系统和电枢的惯性动能转换成电能，消耗在电枢和外电阻上，迫使电动机迅速停止转动。2019/12/19212.6直流电动机的保护直流电动机的保护是保证电动机正常运转、防止电动机或机械设备损坏、保护人身安全的需要，所以直流电动机的保护环节是电气控制系统中不可缺少的组成部分。这些保护环节包括：短路保护、过电压和失电压保护、过载保护、限速保护、励磁保护等。有些保护环节与交流异步电动机保护环节完全一样。本节主要介绍过载保护和零励磁保护。2019/12/19222.6.1直流电动机的过载保护直流电动机在起动、制动和短时过载时，电流会很大，应将其电流限制在允许过载的范围内。直流电动机的过载保护一般是利用过电流继电器来实现的。保护线路如图2-14所示，在图2-14中，电枢电路串联过电流继电器KA2。2019/12/19232.6.2直流电动机的励磁保护直流电动机在正常运转状态下，如果励磁电路的电压下降较多或突然断电，会引起电动机的速度急剧上升，出现“飞车”现象。“飞车”现象一旦发生，会严重损坏电动机或机械设备。直流电动机防止失去励磁或削弱励磁的保护，是采用欠电流继电器来实现的，如图2-7所示。