第二章 电机控制原

第二章电机控制原理及方法第一节标准电机控制方法1、如何用按钮实现电动机的单向点动控制？如图1－1所示：当电动机需要单向点动控制时，先合上隔离开关DK，按下点动按钮QA，接触器C的线圈通电，接触器的主触头C闭合，电动机D得电而起动运转。当手放松QA时，接触器C的线圈失电，主触头C又释放，电动机因主电路断电而停转。热继电器RJ作过载保护用，当电动机过载（过负荷）时，串联在主电路中的热继电器发热元件双金属片受热而弯曲，使串联在控制电路中的执继电器常闭触头RJ断开，接触器C的线圈失电，从而保护了电动机。2、如何用按钮实现电动机单向直接起动控制？如图1－2所示：单向直接起动控制电路。它是在单向点动控制线路的基础上，在起动控制按钮QA的两端并联一只接触器的常开辅助触头C来实现的。这个常开触头称为“自锁”触头。3、如何用按钮实现电动机的正反转控制？这种控制电路的缺点是换向运转时，必须先停再起动，操作不方便。如图1－3所示：常用的典型电路。1）用接触器触头作联锁保护的正反转控制电路。如图1－3所示。按下正转起动按钮ZQA，主触头ZC闭合，电动机正转。按下停止按钮TA，主触头ZC失电断开，电动机正转停止。再按下反转起动按钮FQA，主触头FC闭合，A，C两相电源线对调接入电动机，电动机反转。按动TA，FC失电，电动机停止反转。常闭触头ZC和FC的作用是防止由正转直接变为反转时发生A、C两相短路，称为“联锁”触头，又称为电气联锁。2）用按钮作联锁保护的正反转控制电路。如图1－4所示。该电路与图1－3比较，只是用复合按钮的常闭触头代替了接触器的常闭触头作为联锁，称为机械联锁。但动作过程类似。它的优点是正反转换向操作不需要按动停止按钮，直接按动ZQA的主触头发生粘连不能断开时，再直接按反转按钮FQA时，会发生短路事故，故可靠性差。3）用按钮和接触器双重联锁的控制电路。它把图1－3和图1－4中的“联锁”都保留下来，增加了工作的可靠性，此电路用于频繁操作的电动机控制中。4、怎样用行程开关实现行程限位控制？如图1－5为正反转用行程开关作限位自动停止的控制电路。它在原有的正反转控制电路基础上，各串联一只行程开关，当小车上的挡铁撞到行程开关1XWK或2XWK的滾轮时，就断开了控制电路中的行程开关常闭触头1XWK或2XWK，便自动停车。5、怎样实现自动往复控制？要实现工作台等工作机件的自动往复循环控制，可采用图1－6所示的控制电路。它是在正反转控制电路中加入联锁的行程开关触头1XWK和2XWK来实现的。将行程开关1XWK和2XWK分别固定在往复运动的工作台两端的不动机座上，当工作台运行到行程开关处，工作台上的挡铁撞到1XWK和2XWK的滾轮时，工作台就自动反向运行。3XWK和4XWK是为安全保护而设置的极限行程开关。6、电磁起动器（磁力起动器）有何特点？电磁起动器（又称磁力起动器），是由交流接触器和热继电器组装在铁壳内，与控制按钮配套使用的起动器。用以对笼型电动机作直接起动或正反转控制。按控制电动机运转方向可分为可逆磁力起动器和不可逆磁力起动器两种；按其外形的防护形式又分为开启式和保护式两种；按有无热继电器又可分为有热保护和无热保护两种。电磁起动器中的的热继电器起过载保护作用。接触器兼起欠压和失压保护作用。配以带熔丝的闸刀开关作隔离开关后，又有了短路保护。如果配的热继电器带有断相保护装置，则电磁起动器还起断相保护作用。这样，电磁起动器就有了较完善的保护功能。7、什么是电阻降压起动和电抗降压起动？起动原理是什么？采用什么起动设备？这种起动方法是当笼型电动机起动时，在定子电路与电源之间串联电阻器或电抗器，在电阻或电抗上产生一定的电压降，使定子绕组承受的电压小于额定电压（即降压起动），待电动机转速达到或接近额定转速时，短路电阻器使电源额定电压直接施加在定子绕组上运行（即全压运行）。电路原理如图1－7所示：三相单投形状2K先断开，电阻器（或电抗器）便串入定子电路与电源之间。这时开关1K闭合，便实现定子电路串电阻器（或电抗器）降压起动。待起动完毕，立即将开关2K闭合，短路掉电阻器（或电抗器），进入全压运行。8、什么是星形－三角形降压起动法？起动原理是什么？凡是要求正常运行时接成三角形的笼型异步电动机，在起动时，将三相定子绕组接成星形，待电动机起动后，达到或接近额定转速时，再将三相定子绕组改接成三角形进入正常运行，这种起动方法称为星形－三角形降压起动法。所使用的设备称为星形－三角形（Y－）起动器。采用星形－三角形起动为什么能降低起动电压？根据三相负载电路的原理可知，三相绕组接成三角形，每相绕组承受的电压（相电压）就等于电源额定电压（线电压）；若将三相绕组接成星形，每相绕组承受的电压（相电压）只是电源额定电压（线电压）的1/倍（即57.7%），所以，把电动机的三相定子绕组接成星形起动，每相绕组承受的电压就只有接成三角形直接起动的1/倍（即起动电压只是额定电压的57.7%）。星三角启动法星形－三角形降压起动法的电路原理如图1－8所示。将电动机定子绕组的六个首末端引出，按图所示接在一只三刀双投闸刀开关2K（或Y－起动器的转换闸刀）上，当合上电源隔离开关1K后把2K合到“起动”位置，这时定子绕组的D4、D5和D6三末端接通，三个首端D1、D2和D3分别接通三相电源，即电动机接成星形降压起动；当电动机转速升高到接近额定转速时，将开关2K扳到“运行”位置，这时D1、D6和A相电源接通。D2、D4与B相电源接通。D3、D5与C相电源接通，即电动机接成三角形正常运行。自耦变压器降压起动是利用自耦变压器来降低起动电压，从而达到降低起动电流的目的。在起动时，将三相自耦变压器接入三相电源与电动机的三相定子绕组之间，变压器的低压边（即变压器的抽头）接到电动机的定子绕组上，便开始降压起动。待电动机转速达到或接近额定转速时，迅速切除自耦变压器，使电源直接进入电动机定子绕组，，便进入全压运行。其原理电路如图1－9所示。用特制的五刀开关来控制。起动时，把闸刀手柄推到“起动”位置，闸刀1、2、和3将三相自耦变压器接入电源与电动机之间，而闸刀4和5将三相变压器接成星形（三绕组的未端并联在一起），电动机便进入减压起动。待转速接近正常时，迅速将闸刀手柄拉到“运行”位置，电动机直接接电源，在额定电压下正常运行。此时，变压器完全不起作用，即脱离电动机电路。9、什么是自耦变压器降压起动法？起动原理是什么？10、自耦变压器降压起动法有哪些起动设备？自耦变压器降压起动所使用设备叫自耦减压起动器（又称自耦补偿起动器或简称补偿器）。常用的型号有：QJ2、QJ3、QJ10、QJO1等系列自自耦减压起动器。以及XJ01、XQ01系列自耦减压起动控制箱等。都只适用于笼型电动机作不频繁起动用。常用的QJ3系列为手动自耦减压起动器。它由三相自耦变压器、热继电器、失压脱扣器、触头、操作手柄以及机械联锁装置等构成。箱底盛有绝缘油，触头浸在其中，绝缘油起灭弧作用。机械联锁装置可防止操作手柄在“停止”位置时直接拉到“运行”位置，可避免直接起动。热继电器作过载保护，失压脱扣器伯失压保护。第二节三相异步电机变频调速的工作原理变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。2.1变频器选型：2.1.1变频器选型时要确定以下几点：1)采用变频的目的；恒压控制或恒流控制等。2)变频器的负载类型；如叶片泵或容积泵等，特别注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方式方法。3)变频器与负载的匹配问题；I.电压匹配；变频器的额定电压与负载的额定电压相符。II.电流匹配；普通的离心泵，变频器的额定电流与电机的额定电流相符。对于特殊的负载如深水泵等则需要参考电机性能参数，以最大电流确定变频器电流和过载能力。III.转矩匹配；这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可能发生。4)在使用变频器驱动高速电机时，由于高速电机的电抗小，高次谐波增加导致输出电流值增大。因此用于高速电机的变频器的选型，其容量要稍大于普通电机的选型。5)变频器如果要长电缆运行时，此时要采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不足，所以在这样情况下，变频器容量要放大一档或者在变频器的输出端安装输出电抗器。6)对于一些特殊的应用场合，如高温，高海拔，此时会引起变频器的降容，变频器容量要放大一挡。2.2变频器控制原理图设计：2.2.1首先确认变频器的安装环境；I.工作温度。变频器内部是大功率的电子元件，极易受到工作温度的影响，产品一般要求为0～55℃，但为了保证工作安全、可靠，使用时应考虑留有余地，最好控制在40℃以下。在控制箱中，变频器一般应安装在箱体上部，并严格遵守产品说明书中的安装要求，绝对不允许把发热元件或易发热的元件紧靠变频器的底部安装。II.环境温度。温度太高且温度变化较大时，变频器内部易出现结露现象，其绝缘性能就会大大降低，甚至可能引发短路事故。必要时，必须在箱中增加干燥剂和加热器。在水处理间，一般水汽都比较重，如果温度变化大的话，这个问题会比较突出。III.腐蚀性气体。使用环境如果腐蚀性气体浓度大，不仅会腐蚀元器件的引线、印刷电路板等，而且还会加速塑料器件的老化，降低绝缘性能。2.2.1首先确认变频器的安装环境；IV.振动和冲击。装有变频器的控制柜受到机械振动和冲击时，会引起电气接触不良。淮安热电就出现这样的问题。这时除了提高控制柜的机械强度、远离振动源和冲击源外，还应使用抗震橡皮垫固定控制柜外和内电磁开关之类产生振动的元器件。设备运行一段时间后，应对其进行检查和维护。V.电磁波干扰。变频器在工作中由于整流和变频，周围产生了很多的干扰电磁波，这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰。因此，柜内仪表和电子系统，应该选用金属外壳，屏蔽变频器对仪表的干扰。所有的元器件均应可靠接地，除此之外，各电气元件、仪器及仪表之间的连线应选用屏蔽控制电缆，且屏蔽层应接地。如果处理不好电磁干扰，往往会使整个系统无法工作，导致控制单元失灵或损坏。2.2.2变频器和电机的距离确定电缆和布线方法；I.变频器和电机的距离应该尽量的短。这样减小了电缆的对地电容，减少干扰的发射源。II.控制电缆选用屏蔽电缆，动力电缆选用屏蔽电缆或者从变频器到电机全部用穿线管屏蔽。III.电机电缆应独立于其它电缆走线，其最小距离为500mm。同时应避免电机电缆与其它电缆长距离平行走线，这样才能减少变频器输出电压快速变化而产生的电磁干扰。如果控制电缆和电源电缆交叉，应尽可能使它们按90度角交叉。与变频器有关的模拟量信号线与主回路线分开走线，即使在控制柜中也要如此。IV.与变频器有关的模拟信号线最好选用屏蔽双绞线，动力电缆选用屏蔽的三芯电缆（其规格要比普通电机的电缆大档）或遵从变频器的用户手册。2.2.3变频器控制原理图；I.主回路：电抗器的作用是防止变频器产生的高次谐波通过电源的输入回路返回到电网从而影响其他的受电设备，需要根据变频器的容量大小来决定是否需要加电抗器；滤波器是安装在变频器的输出端，减少变频器输出的高次谐波，当变频器到电机的距离较远时，应该安装滤波器。虽然变频器本身有各种保护功能，但缺相保护却并不完美，断路器在主回路中起到过载，缺相等保护，选型时可按照变频器的容量进行选择。可以用变频器本身的过载保护代替热继电器。II.控制回路：具有工频变频的手动切换，以便在变频出现故障时可以手动切工频运行，因输出端不能加电压，固工频和变频要有互锁。2.2.4变频器的接地；变频器正确接地是提高系统稳定性，抑制噪声能力的重要手段。变频器的接地端子的接地电