电力拖动自动控制知识

电力拖动自动控制知识一.交流电机启动、正反转、制动、调速原理及方法二.直流电机启动、正反转、制动、调速原理及方法三.同步电机启动、正反转、制动、调速原理及方法四.机床电气控制原理及方法（p117:T205-p127:T277)+(p141:T106-p144:T142)一、三相异步电动机（习题）•1．起动性能（1）起动电流Ist电动机的起动电流对线路是有影响的。过大的起动电流在短时间内会在电路上造成较大的电压降落，而使负载端电压降低，影响邻近负载的正常工作。上一页下一页返回（2）起动转矩Tst•如果起动转矩Tst过小，就不能在满载下起动，应设法提高。但起动转矩Tst过大，会使传动机构（譬如齿轮）受到冲击而损坏，所以又应设法减小。•异步电动机起动时的主要缺点是起动电流较大。为了减小起动电流（有时也为了提高或减小起动转矩），必须采用适当的起动方法。上一页下一页返回2．起动方法表6-9三相异步电动机的起动方法上一页下一页返回图6.17比较星形联接和三角形联接时的起动电流上一页下一页返回当定子绕组联成星形，即星形—三角形换接起动时，当定子绕组联成三角形，即直接起动时，比较上列两式，可得Z3/UIIlpYlYZU3I3Ilpl31IIllY上一页下一页返回•即采用星形—三角形换接起动时的电流为直接起动时的1/3。•星形—三角形换接起动时，定子每相绕组上的电压降到正常工作电压的1/。由于转矩和电压的平方成正比，所以起动转矩也减小到直接起动时（1/3）。33上一页下一页返回三相异步电动机的调速n=(1-s)n0=(1-s)•1.变极调速（a）线圈串联（b）线圈变串联为并联（c）线圈并联图6.18双速电动机中改变定子绕组接法的示意图pf601上一页下一页返回2.变频调速3.变转差率调速图6.19变频调速装置示意图上一页下一页返回三相异步电动机的制动•1．能耗制动图6.20能耗制动原理图上一页下一页返回2.反接制动•反接制动的原理如图6.21所示。将接到电源的三根导线中任意两根的一端对调位置，使旋转磁场反向旋转，产生制动转矩。当转速接近零时，利用某种控制电器将电源自动切断。反接制动比较简单，效果较好，但能量消耗较大。适用于某些中型车床和铣床的主轴制动。图6.21反接制动原理图上一页下一页返回3.发电反馈制动图6.22发电反馈制动原理图上一页下一页返回二、直流电机（习题）•1直流电机的构造直流电机主要由磁极、电枢和换向器组成，如图6.27所示。图6.27直流电机的组成示意图上一页下一页返回图6.28直流电机的磁极及磁路（1）磁极上一页下一页返回（2）电枢(a)电枢(b)电枢铁芯片图6.29直流电机的电枢和电枢铁芯片示意图上一页下一页返回（3）换向器（a）外形(b)剖面图图6.30直流电机换向器示意图上一页下一页返回2直流电机的基本工作原理•直流发电机图6.31直流发电机工作原理图上一页下一页返回图6.32直流电动机工作原理图上一页下一页返回直流电动机•直流电机作电动机运行时，将直流电源接在两电刷之间而使电流通入电枢线圈。电流方向应该是：N极下的有效边中的电流总是一个方向，而S极下的有效边中的电流总是另一个方向。这样才能使两个边上受到的电磁力的方向一致，电枢因而转动。因此当线圈的有效边从N（S）极下转到S（N）极下时，其中电流的方向必须同时改变，以使电磁力的方向不变，而这也必须通过换向器才得以实现.上一页下一页返回3直流电动机的转向与转速•由图6.32可知，改变电枢电流方向，可以使直流电动机反转。直流电动机转动时，电枢绕组切割磁力线，产生感应电动势。此电动势的方向与电动机端电压U的方向相反，称反电动势E，如图6.33所示。上一页下一页返回图6.33直流电动机端电压与反电动势上一页下一页返回•4.直流电动机按励磁方式分为并励电动机、串励电动机、复励电动机和他励电动机四种。下面将分别讨论前三种直流电动机的转速特性和转矩特性。上一页下一页返回串励电动机串励电动机的接线图与特性曲线如图6.35所示。由于串励电动机磁通与负荷电流成正比，其转速大体上与电流成反比。空载时无约束速度，很危险。当I较小时，串励电动机转矩与I2成正比；I较大时，串励电动机转矩则与I成正比。串励电动机常用于电车、电动机、起重机、卷扬机等。图6.35串励电动机的接线图与特性曲线上一页下一页返回•（1）启动。方法一，降压启动，即采用晶闸管可控整流电路；方法二，电驱回路串电阻启动。•（2）调速。方法一，改变电源电压（变电压调速）；方法二，改变电驱回路电阻（串电阻调速）；三是改变主磁通（若磁调速）•（3）反转。常采用励磁绕组反接法。•（4）制动。串励直流电动机的电力制动方法有能耗制动和反接制动两种。并励电动机并励电动机的接线图与特性曲线如图6.34所示。由图6.34可见，并励电动机的转速基本不变，为恒速电动机。由于磁通不变，并励电动机转矩与负荷电流成比例。并励电动机与三相异步电动机特性相似，一般很少使用。图6.34并励电动机的接线图与特性曲线上一页下一页返回•（1）限制启动电流的方法。常用的有减小电驱电压和电驱回路串电阻两种方法。•（2）正、反转控制要注意如下两点：一是电驱反接法，保持励磁磁场方向不变；二是改变励磁绕组电流的方向，保持电驱电压极性不变。•（3）制动要注意：制动方法分为机械制动（常用的是电磁抱闸制动）和电气制动（常用的方法有能耗制动、反接制动和回馈制动三种）两大类。•（4）调速要注意：调速可采用机械方法、电气方法（电气调速法有三种，即电驱回路串电阻调速法，改变励磁磁通调速法和改变电驱电压调速法）或机械和电气配合的方法。7.直流发电机—直流电动机调速系统（习题）•直流发电机—直流电动机自动调速系统有两种方式。若采用改变励磁磁通能调速时，其实际转速应大于额定转速；若采用改变电驱电压调速时、其实际转速应小于额定转速。直流发电机和直流电动机自动调速系统必须用启动变阻器来限制启动电流。8.晶闸管—直流电动机调速系统（习题）•（1）静态调速技术指标包括调速范围、静差率和平滑性。•（2）从信号传递的路径来看，有开环调速系统和不闭环调速系统。•（3）从电源上来看，有单相和三相之分，还有半控和全控之分。•（4）闭环系统中，有转速负反馈、电压负反馈、电流正反馈自动调速系统和电流截止负反馈自动调速系统。•（5）采用比例调节器调速避免了信号串联输入的缺点。当采用电流截止负反馈参与调节作用时，说明调速系统主电路电流过大，为使电流截止负反馈参与调节后机械特性曲线下垂段更陡些，应把反馈取样电阻值选得大一些。为了限制调速系统启动时的过流电，须对晶闸管采取保护措施。三、同步电动机（习题）•1.同步电动机的启动•（1）原理。同步电动机本身没有启动转矩，所以不能自行启动。对称三相定子绕组通入对称三相正弦交流电产生旋转磁场，转子励磁绕组通入直流电产生于定子极数相同的恒定磁场。同步电动机就是靠定、转子之间异性磁极的吸引力有旋转磁场带动磁性转子旋转的。•（2）启动方法。同步电动机的启动方法有两种，即辅助电动机启动法，实际使用较少；另一种启动方法，实际中常用。•2.同步电动机的制动•同步电动机的制动常采用能耗制动。将运行中的同步电动机定子绕组电源断开，再将电机定子绕组接入一组外接电阻上，并保持转子励磁绕组的直流励磁。这时，同步电动机就成为被电阻短接的同步发电机，即很快将电动机的动能变为电能在转子回路中消耗掉，同时电动机被制动。四、机床电气原理及控制方法（习题）•1.电磁铁实现制动机床或起重机电动机的基本结构；（结构图）•2.CY6140车床电气控制系统（实例引入）•（1）点动控制（实例引入）•（2）单向运行控制（实例引入）•（3）正反转控制（实例引入）应用实例图示为应用电磁铁实现制动机床或起重机电动机的基本结构，其中电动机和制动轮同轴。原理如下：M3~抱闸制动轮弹簧电磁铁通电电磁铁动作拉开弹簧抱闸提起松开制动轮电机转动断电电磁铁释放弹簧收缩抱闸抱紧抱紧制动轮电机制动启动过程：制动过程：实例引入：机床电气控制系统低压电器•CY6140车床电气控制系统中低压电器包括自动空气开关、接触器、按钮、熔断器、热继电器等。自动空气开关QF为电源开关，熔断器FU对电动机起短路保护，热继电器FR对电动机起过载保护。按钮SB和接触器KM控制电动机的起动和停止。上一页下一页返回•若机床的主轴电动机型号为Y112M-4，其额定功率为4kW，额定电压为380V，额定电流为8.8A，起动电流为额定电流的7倍。要实现对该台电动机的正反转控制，该如何设计其继电接触器控制系统呢？首先要学会如何根据要求选择低压电器。上一页下一页返回图8.1C650卧式车床电气原理图上一页下一页返回实例引入：机床电气控制系统•点动控制线路是用按钮、接触器来控制电动机运转的最简单的控制线路•所谓点动控制是指按下铵钮时，电动机就得电运转；松开按钮时，电动机就失电停转。这种控制方法常用于电动葫芦的起重电机控制和机床上的手动调校控制。点动控制上一页下一页返回图8.2电机点动控制线路上一页下一页返回主电路•由图8.2可知，点动控制线路的主电路由三相空气开关QF、交流接触器主触头KM、热继电器的热元件FR以及三相电动机M组成。上一页下一页返回控制回路•由图8.2可知，点动控制线路的控制回路由熔断器FU1、FU2、按钮SB、交流接触器线圈KM及热继电器的辅助常闭触头组成。上一页下一页返回工作原理•当电动机M需要点动运转时，先合上空气开关QF，再按下起动按钮SB，接触器KM的线圈得电，使接触器KM的三对主触头闭合，电动机M便得电起动运转。•当电动机M需要停转时，只要松开起动按钮SB，接触器KM的线圈失电，使接触器KM的三对主触头恢复断开，电动机M失电而停转。这就是点动控制的工作原理，它的线路虽然很简单，但它很有实用价值，希望我们都能掌握。上一页下一页返回实训：电动机单向运行控制•实训目的–掌握单向运转控制的工作原理。–掌握单向运转控制的接线及接线工艺。–掌握单向运转控制线路的检查方法及通电运行过程。–掌握常用电工仪表的使用方法。上一页下一页返回原理说明图8.3电动机单向运行控制线路上一页下一页返回操作步骤•1.线路的装接–(1)查图8.3中各元件的好坏。–(2)弄清楚交流接触器的主触头、辅助常开和辅助常闭触头以及线圈的接线位置，热继电器的热元件、辅助常开和辅助常闭触头的接线位置，以及起动按钮（常开）和停止按钮（常闭）的接线位置。–(3)按图8.4进行接线。上一页下一页返回图8.4电动机单向运行结构连接图上一页下一页返回线路检查•对于简单的电气线路，我们只需对照控制线路图和我们的接线一根一根检查就可以，有关用万用表的检查将在实训十二中学习。上一页下一页返回通电试车•经检查无误后，可在教师的监护下通电试车。–(1)合上QF，接通电源。–(2)按一下起动按钮SB2，接触器得电吸合，电动机连续运转。–(3)按一下停止按钮SB1，接触器失电断开，电动机停转。上一页下一页返回分析思考•1.断开KM的辅助常开触头后，将会怎样？•2.总结装接线路的经验和技巧。上一页下一页返回电动机的正反转控制•电梯的上下升降，机床工作台的移动，其本质就是电动机的正反转。要实现电动机的正反转，只要将接至电动机三相电源进线中的任意两相对调接线，即可达到反转的目的。下面是接触器联锁的正反转控制线路，如图8.5所示上一页下一页返回图8.5电动机接触器连锁的正反转控制线路上一页下一页返回电路分析•图中主回路采用两个接触器，即正转接触器KM1和反转接触器KM2。当接触器KM1的三对主触头接通时，三相电源的相序按U―V―W接入电动机。当接触器KM1的三对主触头断开，接触器KM2的三对主触头接通时，三相电源的相序按W―V―U接入电动机，电动机就向相反方向转动。电路要求接触器KM1和接触器KM2不能同时接通电源，否则它们的主触头将同时闭合，造成U、W两相电源短路。为此在KM1和KM2线圈各自支路中相互串联对方的一对辅助常闭触头，以保证接触器KM1和KM2不会同时接通电源，KM1和KM2的这两对辅助常闭触头在线