电气控制技术plc教材电气控制与plc应用.pptx

1第第2 2章章 电气控制线路的基本原则和基本环电气控制线路的基本原则和基本环节节教学内容：教学内容：2.1 2.1 电气控制线路的绘制电气控制线路的绘制 2.2 2.2 三相异步电动机的起动控制三相异步电动机的起动控制 2.3 2.3 三相异步电动机的正反转控制三相异步电动机的正反转控制 2.4 2.4 三相异步电动机的调速控制三相异步电动机的调速控制 2.5 2.5 三相异步电动机的制动控制三相异步电动机的制动控制 2.6 2.6 其它典型控制环节其它典型控制环节 2.7 2.7 电气控制线路的设计方法电气控制线路的设计方法第1页/共114页22.1 电气控制线路的绘制第2页/共114页32.1 2.1 电气控制线路的绘制电气控制线路的绘制 电气控制线路：电气控制线路：由按钮、开关、接触器、继电器等由按钮、开关、接触器、继电器等有触有触头头的的低压控制电器低压控制电器所组成的控制线路。所组成的控制线路。电气控制：电气控制：通常称为通常称为继电继电接触器接触器控制，其优点是电路控制，其优点是电路图较直观形象，装置结构简单，价格便宜，抗干扰能力图较直观形象，装置结构简单，价格便宜，抗干扰能力强，它可以很方便地实现简单和复杂的、集中和远距离强，它可以很方便地实现简单和复杂的、集中和远距离生产过程的自动控制。生产过程的自动控制。电气控制线路的表示方法有三种：电气控制线路的表示方法有三种：电气原理图、电气元电气原理图、电气元件布置图、电气安装接线图。件布置图、电气安装接线图。电气控制线路设计、安装必须完成的三步工作第3页/共114页4 电气控制线路图电气控制线路图是工程技术的通用语言，为了便于是工程技术的通用语言，为了便于交流与沟通，在电气控制线路中，各种电器元件的图形、交流与沟通，在电气控制线路中，各种电器元件的图形、文字符号必须符合国家的标准。国家标准局参照国际电工文字符号必须符合国家的标准。国家标准局参照国际电工委员会（委员会（IECIEC）颁布的有关文件，制定了我国电气设备有）颁布的有关文件，制定了我国电气设备有关国家标准，采用新的图形和文字符号及回路标号。关国家标准，采用新的图形和文字符号及回路标号。GB4728GB472819841984电气图用图形符号电气图用图形符号 GB6988GB698819871987电气制图电气制图 GB7159GB715919871987电气技术中的文字符号制订通则电气技术中的文字符号制订通则 规定从规定从19901990年年1 1月月1 1日起，电气控制线路中的图形和日起，电气控制线路中的图形和文字符号必须符合最新的国家标准。文字符号必须符合最新的国家标准。电气控制线路常用的图形、文字符号电气控制线路常用的图形、文字符号 第4页/共114页5电气控制线路常用的图形、文字符号电气控制线路常用的图形、文字符号 国家标准国家标准GB7159GB715919871987电气技术中的电气技术中的文字符号文字符号制订通则制订通则规定了电气规定了电气工程图中的文字符号、它分为基本文字符号和辅助文字符号。工程图中的文字符号、它分为基本文字符号和辅助文字符号。基本文字符号基本文字符号有有单字母符号单字母符号和和双字母符号双字母符号。F 单字母符号单字母符号表示电气设备、装置和元件的表示电气设备、装置和元件的大类大类；F 双双字字母母符符号号由由一一个个表表示示大大类类的的单单字字母母与与另另一一个个表表示示器器件件某某些些特特性性的的字字母母组组成。成。例如：例如：单字节符号单字节符号 K K 继电器类元件继电器类元件 双字节符号双字节符号 KM KM 接触器接触器 KS KS 速度继电器速度继电器 KT KT 时间继电器时间继电器 KI KI 电流继电器电流继电器 KU KU 电压继电器电压继电器 KA KA 中间继电器中间继电器辅助文字符号辅助文字符号用来进一步表示电气设备、装置和元件的功能、状态和特征。用来进一步表示电气设备、装置和元件的功能、状态和特征。（表表2-32-3）例如例如 ：AC AC 交流交流 DCDC直流直流 ON ON 闭合闭合 OFFOFF断开断开第5页/共114页6表2-1 常用电气图形、文字符号表（表2-1）电气控制线路常用的图形、文字符号电气控制线路常用的图形、文字符号 名名 称称图形图形符号符号文字文字符号符号名名 称称图形图形符号符号文字文字符号符号三相三相电源电源开关开关 QK QK速度速度继电继电器器常开常开触头触头KSKS低压低压断路断路器器QFQF常闭常闭触头触头第6页/共114页7电气原理图电气原理图 1.电路绘制电路绘制 电气原理图是根据工作原理而绘制的，具有结构简单、层次分明、便于研究和分析电路的工作原理等优点。在各种生产机械的电气控制中，无论在设计部门或生产现场都得到广泛的应用。主电路标号由文字符号和数字标号组成。F三相交流电源的引入线用L1、L2、L3、N标记；F电源开关之后的三相交流电源主电路分别用U、V、W标记；如U1、V1、W1表示三相电动机的第一个节点代号，U2、V2、W2 为三相电动机第二个节点代号，依此类推。电气控制线路图中的支路、节点，一般都加上标号。控制电路标号由三位或三位以下的数字组成；F交流控制电路的标号一般以主要压降元件（如电器元件线圈）为分界，左侧用奇数标号，右侧用偶数标号。F直流控制电路中正极按奇数标号，负极按偶数标号。第7页/共114页8电气原理图电气原理图 图2-1 电动机正反转控制原理图 主电路标号控制电路标号第8页/共114页9电气原理图电气原理图 绘制电气原理图应遵循以下原则：绘制电气原理图应遵循以下原则：F电气控制线路根据电路通过的电流大小可分电气控制线路根据电路通过的电流大小可分主电路主电路和和控制电路控制电路。主电路：主电路：包括从电源到电动机的电路，是包括从电源到电动机的电路，是强电流通强电流通过的部分，用过的部分，用粗粗线线条画在原理图的条画在原理图的左边左边。控制电路控制电路：通过通过弱电流弱电流的电路，一般由按钮、电气元件的线圈、接触的电路，一般由按钮、电气元件的线圈、接触器的辅助触头、继电器的触头等组成，用器的辅助触头、继电器的触头等组成，用细细线条画在原理图的线条画在原理图的右边右边。F电气原理图中，所有电气元件的图形、文字符号必须采用国家规定的统电气原理图中，所有电气元件的图形、文字符号必须采用国家规定的统一标准。一标准。F采用采用电气元件展开图的画法电气元件展开图的画法。同一电气元件的各部件可以不画在一起，。同一电气元件的各部件可以不画在一起，但需用同一文字符号标出。若有多个同一种类的电气元件，可在文字符但需用同一文字符号标出。若有多个同一种类的电气元件，可在文字符号后加上数字序号，如号后加上数字序号，如KMKM1 1、KMKM2 2等。等。F所有按钮、触头均按没有外力作用和所有按钮、触头均按没有外力作用和没有通电没有通电时的原始状态画出。时的原始状态画出。F控制电路的分支线路，原则上按照动作先后顺序排列，两线交叉连接时控制电路的分支线路，原则上按照动作先后顺序排列，两线交叉连接时的电气连接点须用的电气连接点须用黑点标出黑点标出。第9页/共114页10电气原理图电气原理图 图2-1 电动机正反转控制原理图 主电路控制电路第10页/共114页11电气原理图电气原理图2.图上元器件位置表示法图上元器件位置表示法 在绘制和阅读、使用电路时，往往需要确定元器件、连线等的图形符在绘制和阅读、使用电路时，往往需要确定元器件、连线等的图形符号在图上的位置。号在图上的位置。例如：例如：分开表示法：分开表示法：当继电器、接触器在图上采用当继电器、接触器在图上采用分开表示法分开表示法（线圈与触头分开）（线圈与触头分开）绘制时，绘制时，需要采用图或表格表明各部分在图上的位置需要采用图或表格表明各部分在图上的位置；中断画法：中断画法：较长的连接线采用较长的连接线采用中断画法中断画法，或者连接线的另一端需要画到另，或者连接线的另一端需要画到另一张图上去时，除了要在中断处标记中断标记外，还需标注另一端在图一张图上去时，除了要在中断处标记中断标记外，还需标注另一端在图上的位置；上的位置；注释和说明：注释和说明：在供使用、维修的技术文件（如说明书）中，有时需要对某在供使用、维修的技术文件（如说明书）中，有时需要对某一元件或器件作一元件或器件作注释和说明注释和说明，为了找到图中相应的元器件的图形符号，为了找到图中相应的元器件的图形符号，也需要注明这些符号在图上的位置；也需要注明这些符号在图上的位置；在更改电路设计时，也需要表明在更改电路设计时，也需要表明被更改部分被更改部分在图上的位置。在图上的位置。图上元器件位置表示法有三种：电路编号法、表格法、横坐标表示法、第11页/共114页12电气原理图电气原理图（1）电路编号法：电路编号法特别适用于多分支电路，如继电控制和保护电路，每一编号代表一个支路。编制方法是对每个电路或分支电路按照一定顺序（自左至右或自上至下）用阿拉伯数字编号，从而确定各支路项目的位置。例如，图2-2（a）有8个电路或支路，在各支路的下方顺序标有电路编号18。图上方与电路编号对应的方框内的“电源开关”等字样表明其下方元、器件或线路功能。图上元器件位置表示法有三种：电路编号法、表格法、横坐标表示法。第12页/共114页13电气原理图电气原理图（2）表格法 继电器和接触器的触头位置采用附加图表的方式表示，图表格式如图2-2（b）所示。此图表可以画在电路图中相应线圈的下方，此时，可只标出触头的位置（电路编号）索引，也可以画在电路图上的其他地方。以图中线圈KM1下方的图表为例，第一行用图形符号表示主辅触头种类，表格中的数字表示此类触头所在的支路的编号。例如第2列中的数字“6”表示KM1的一个常开触头在第6支路内，表中的“”表示未使用的触头。有时，所附图表中的图形符号也可以省略不画。图上元器件位置表示法有三种：电路编号法、表格法、横坐标表示法。第13页/共114页14图2-2某机床电气原理图主电路控制电路电路编号电路（线路、支路）功能采用附加表表示触点的位置第14页/共114页15电气原理图电气原理图（3）横坐标标注法：）横坐标标注法：采用横坐标标注法，线路各电器元件均按横向画法排采用横坐标标注法，线路各电器元件均按横向画法排列列 ；各电器元件线圈的右侧，由上到下标明各支路的序号各电器元件线圈的右侧，由上到下标明各支路的序号1 1，2 2，并在该电器元件线圈旁标明其常开触头（标，并在该电器元件线圈旁标明其常开触头（标在横线上方）、常闭触头（标在横线下方）在电路中所在横线上方）、常闭触头（标在横线下方）在电路中所在支路的标号，以便阅读和分析电路时查找。在支路的标号，以便阅读和分析电路时查找。例如接触器例如接触器KM1KM1常开触头在主电路有三对，控制回路常开触头在主电路有三对，控制回路2 2支路中有一对；常闭触头在控制电路支路中有一对；常闭触头在控制电路3 3支路中有一对。此支路中有一对。此种表示法在机床电气控制线路中普遍采用。种表示法在机床电气控制线路中普遍采用。电动机正反转横坐标图示法电气原理图如图电动机正反转横坐标图示法电气原理图如图2-32-3所示。所示。第15页/共114页16电气原理图电气原理图图2-3 电动机正反转横坐标图示法电气原理图 支路序号横坐标标注法第16页/共114页17电气元件布置图电气元件布置图 电气元件布置图主要是用来表电气元件布置图主要是用来表明电气设备上所有电机、电器的明电气设备上所有电机、电器的实际位置，是机械电气控制设备实际位置，是机械电气控制设备制造、安装和维修必不可少的技制造、安装和维修必不可少的技术文件。布置图根据设备的复杂术文件。布置图根据设备的复杂程度或集中绘制在一张图上，或程度或集中绘制在一张图上，或将控制柜与操作台的电器元件布将控制柜与操作台的电器元件布置图分别绘制。绘制布置图时机置图分别绘制。绘制布置图时机械设备轮廓用双点划线画出，所械设备轮廓用双点划线画出，所有可见的和需要表达清楚的电器有可见的和需要表达清楚的电器元件及设备，用粗实线绘制出其元件及设备，用粗实线绘制出其简单的外形轮廓。电器元件及设简单的外形轮廓。电器元件及设备代号必须与有关电路图和清单备代号必须与有关电路图和清单上的代号一致。上的代号一致。返回笼型电动机正反转控制系统电器元件布置图(按钮和电机未标出)第17页/共114页18电气安装接线图电气安装接线图 电气安装接线电气安装接线图是按照电器元图是按照电器元件的实际位置和件的实际位置和实际接线绘制的，实际接线绘制的，根据电器元件布根据电器元件布置最合理、连接置最合理、连接导线最经济等原导线最经济等原则来安排。则来安排。图2-4 笼型电动机正反转控制安装接线图 返回第18页/共114页19电气安装接线图电气安装接线图 绘制安装接线图应遵循以下原则：绘制安装接线图应遵循以下原则：各电器元件用规定的图形、文字符号绘制，同一电器元件各部件必须画在一起。各电器元件的位置，应与实际安装位置一致。不在同一控制柜或配电屏上的电器元件的电气连接必须通过端子板进行。各电器元件的文字符号及端子板的编号应与原理图一致，并按原理图的接线进行连接。走向相同的多根导线可用单线表示。画连接线时，应标明导线的规格、型号、根数和穿线管的尺寸。第19页/共114页20电气原理图元件布置图（按钮、电机未画出）接线图第20页/共114页21 2.2 三相异步电动机的起动控制 第21页/共114页22 2.2 2.2 三相异步电动机的起动控制三相异步电动机的起动控制 三相笼型异步电动机的起动控制环节是应用三相笼型异步电动机的起动控制环节是应用最广、也是最基本的控制线路之一。不同型最广、也是最基本的控制线路之一。不同型号、不同功率和不同负载的电动机，往往有号、不同功率和不同负载的电动机，往往有不同的起动方法，因而控制线路也不同。三不同的起动方法，因而控制线路也不同。三相异步电动机一般有直接起动和减压起动两相异步电动机一般有直接起动和减压起动两种方法。种方法。返回第22页/共114页23三相笼型电动机直接起动控制三相笼型电动机直接起动控制 在供电变压器容量足够大时，小容量笼型电动在供电变压器容量足够大时，小容量笼型电动机可直接起动。直接起动的优点是电气设备少，机可直接起动。直接起动的优点是电气设备少，线路简单。缺点是起动电流大，引起供电系统电线路简单。缺点是起动电流大，引起供电系统电压波动，干扰其它用电设备的正常工作。压波动，干扰其它用电设备的正常工作。1.采用刀开关直接起动控制采用刀开关直接起动控制 图图2-52-5为采用刀开关直接起动控制线路。为采用刀开关直接起动控制线路。工作过程如下：合上刀开关工作过程如下：合上刀开关QKQK，电动机，电动机M M接通接通电源全电压直接起动。打开刀开关电源全电压直接起动。打开刀开关QKQK，电动机，电动机M M断电停转。断电停转。第23页/共114页24三相笼型电动机直接起动控制三相笼型电动机直接起动控制 2.采用接触器直接起动控制采用接触器直接起动控制 点动控制点动控制:如图如图2-62-6所示。主电路由刀开关所示。主电路由刀开关QKQK、熔断器熔断器FUFU、交流接触器、交流接触器KMKM的主触头和笼型电动的主触头和笼型电动机机M M组成；控制电路由起动按钮组成；控制电路由起动按钮SBSB和交流接触器和交流接触器线圈线圈KMKM组成。组成。线路的工作过程如下：线路的工作过程如下：起动过程：先合上刀开关起动过程：先合上刀开关QKQK按下起动按钮按下起动按钮SBSB接触器接触器KMKM线圈通电线圈通电KMKM主触头闭合主触头闭合电动电动机机M M通电直接起动。通电直接起动。停机过程：松开停机过程：松开SBKMSBKM线圈断电线圈断电KMKM主触头主触头断开断开M M断电停转。断电停转。第24页/共114页25三相笼型电动机直接起动控制三相笼型电动机直接起动控制 连续控制:如图2-7所示。主电路由刀开关QK、熔断器FU、接触器KM的主触头、热继电器FR的发热元件和电动机M组成，控制电路由停止按钮SB2、起动按钮SB1、接触器KM的常开辅助触头和线圈、热继电器FR的常闭触头组成。线路的工作过程如下：起动过程：先合上刀开关QK按下起动按钮SB1接触器KM线圈通电KM主触头闭合（松开SB1）电动机M运转。KM辅助触头闭合（自锁、实现长动）。停机过程：按下停止按钮SB2KM线圈断电KM主触头和辅助常开触头断开电动机M断电停转。第25页/共114页26三相笼型电动机直接起动控制三相笼型电动机直接起动控制 图2-5 图2-6 点动控制线路 图2-7 连续运行控制线路 刀开关直接 起动控制线路 自锁触点（欠压、失压保护）点动短路过载第26页/共114页27三相笼型电动机直接起动控制三相笼型电动机直接起动控制既能点动又能长动控制：图2-8 长动与点动控制转换开关（实现长动与电动控制）复合按钮（按下点动控制）中间继电器（长动）点动长动长动控制第27页/共114页28三相笼型电动机减压起动控制三相笼型电动机减压起动控制 三相笼型电动机直接起动时，电流一般可达额三相笼型电动机直接起动时，电流一般可达额定电流的定电流的4 47 7倍，过大的起动电流会减低电动倍，过大的起动电流会减低电动机的寿命，还会引起电源电压波动，所以对于机的寿命，还会引起电源电压波动，所以对于容量较大的电动机来说必须采用减压起动的方容量较大的电动机来说必须采用减压起动的方法，以限制起动电流。法，以限制起动电流。减压起动虽然可以减小起动电流，但也降低减压起动虽然可以减小起动电流，但也降低了起动转矩，因此仅适用于了起动转矩，因此仅适用于空载空载或或轻载轻载起动。起动。三相笼型电动机的减压起动方法有三相笼型电动机的减压起动方法有定子绕组定子绕组串电阻（或电抗器）起动串电阻（或电抗器）起动、自耦变压器减压起自耦变压器减压起动动、星星-三角形减压起动三角形减压起动、延边三角形起动延边三角形起动等。等。返回第28页/共114页29三相笼型电动机减压起动控制三相笼型电动机减压起动控制1.定子绕组串电阻减压起动控制定子绕组串电阻减压起动控制 控制线路按时间原则控制线路按时间原则实现控制，依靠时间继实现控制，依靠时间继电器延时动作来控制各电器延时动作来控制各电器元件的先后顺序动电器元件的先后顺序动作。控制线路如图作。控制线路如图2-92-9所示。所示。起动时，在三相定子起动时，在三相定子绕组中串入电阻，从而绕组中串入电阻，从而减低了定子绕组上的电减低了定子绕组上的电压，待起动后，再将电压，待起动后，再将电阻阻R R切除，使电动机在切除，使电动机在额定电压下投入正常运额定电压下投入正常运行。行。图2-9 定子绕组串电阻起动控制线路 减压起动（延时时间到）正常运行第29页/共114页30三相笼型电动机减压起动控制三相笼型电动机减压起动控制起动过程：合上刀开关QK按下起动按钮SB1接触器KM1通电KM1主触头闭合 时间继电器KT通电（延时t秒）定子绕组串R起动。KT延时闭合常开触头接触器KM2线圈通电KM2主触头闭合，短接 R 电动机M全压投入运行 KM2常闭辅助触头断开 KM1断电 KT断电 第30页/共114页31三相笼型电动机减压起动控制三相笼型电动机减压起动控制2.星星-三角形减压起动控制三角形减压起动控制 电动机绕组接成三角形时，每相绕组所承受的电压是电动机绕组接成三角形时，每相绕组所承受的电压是电源的线电压（电源的线电压（380V380V）；而接成星形时，每相绕组所承）；而接成星形时，每相绕组所承受的电压是电源的相电压（受的电压是电源的相电压（220V220V）。）。对于正常运行时定子绕组接成三角形的笼型异步电动对于正常运行时定子绕组接成三角形的笼型异步电动机，控制线路也是按时间原则实现控制。机，控制线路也是按时间原则实现控制。起动时将电动机定子绕组联结成星形，加在电动机每起动时将电动机定子绕组联结成星形，加在电动机每相绕组上的电压为额定电压的相绕组上的电压为额定电压的1/1/，从而减小了起动电，从而减小了起动电流。待起动后按预先整定的时间把电动机换成三角形联流。待起动后按预先整定的时间把电动机换成三角形联结，使电动机在额定电压下运行。控制线路如图结，使电动机在额定电压下运行。控制线路如图2-102-10所所示。示。第31页/共114页32三相笼型电动机减压起动控制三相笼型电动机减压起动控制图2-10 星-三角形减压起动控制线路 接通电源常闭触头延时打开常开触头延时闭合互锁时间继电器第32页/共114页33三相笼型电动机减压起动控制三相笼型电动机减压起动控制起动过程：合上刀开关QK按下起动按钮SB2接触器KM通电KM主触头闭合M通电 接触器KMY通电KMY主触头闭合，时间继电器KT通电（延时t秒）定子绕组联结成星型，M减压起动 KT延时打开常闭触头KMY断电 KT延时闭合常开触头KM通电KM主触头闭合，定子绕组结成形 KM常闭辅助触头断开KT线圈断电 电动机M加以额定电压正常运行。第33页/共114页34三相笼型电动机减压起动控制三相笼型电动机减压起动控制3.自耦变压器减压起动的控制自耦变压器减压起动的控制 起动时电动机定子串入自耦变压器，定子绕组得到的起动时电动机定子串入自耦变压器，定子绕组得到的电压为自耦变压器的二次电压，起动完毕，自耦变压器电压为自耦变压器的二次电压，起动完毕，自耦变压器被切除，额定电压加于定子绕组，电动机以全电压投入被切除，额定电压加于定子绕组，电动机以全电压投入运行。控制线路如图运行。控制线路如图2-112-11所示。所示。起动过程：起动过程：合上刀开关合上刀开关QK QK 按下起动按钮按下起动按钮SBSB2 2接触器接触器KMKM1 1线圈通电线圈通电KMKM1 1主主 时间继电器时间继电器KTKT线圈通电线圈通电 触头和辅助触头闭合触头和辅助触头闭合电动机定子串自耦变压器减压起动电动机定子串自耦变压器减压起动 (延时延时t t秒秒)KTKT延时打开常闭触头延时打开常闭触头KMKM1 1线圈断电线圈断电切除自耦变压器切除自耦变压器 KTKT延时闭合常开触头延时闭合常开触头KMKM2 2线圈通电线圈通电KMKM2 2主触头闭合主触头闭合M M全压正常运行。全压正常运行。第34页/共114页35三相笼型电动机减压起动控制三相笼型电动机减压起动控制图2-11 定子串自耦变压器起动控制线路 常闭触头延时打开时间继电器常开触头延时闭合自锁第35页/共114页36三相笼型电动机减压起动控制三相笼型电动机减压起动控制4.延边三角形减压起动控制延边三角形减压起动控制 采用延边三角形减压起动，可以兼取星形联结起动采用延边三角形减压起动，可以兼取星形联结起动电流小，三角形联结起动转矩大的优点。电流小，三角形联结起动转矩大的优点。延边三角形减压起动控制线路如图延边三角形减压起动控制线路如图2-122-12所示。它适所示。它适用于定子绕组特别设计的电动机，这种电动机共有九用于定子绕组特别设计的电动机，这种电动机共有九个出线头。延边三角形个出线头。延边三角形-三角形绕组联结如图三角形绕组联结如图2-132-13所示。所示。起动时将电动机定子绕组接成延边三角形，在起动结起动时将电动机定子绕组接成延边三角形，在起动结束后，再换成三角形联结法，投入全电压正常运行。束后，再换成三角形联结法，投入全电压正常运行。第36页/共114页37 三相笼型电动机减压起动控制三相笼型电动机减压起动控制 图2-12 延边三角形减压起动控制线路 图2-13 延边三角形-三角形绕组联结 第37页/共114页38 三相笼型电动机减压起动控制三相笼型电动机减压起动控制起动过程：合上刀开关QK按下起动按钮SB2接触器KM通电KM主触头闭合 接触器KMY通电KMY主触头闭合 时间继电器KT通电（延时t秒）定子绕组结点1、2、3接通电源 绕组结点（4-8）、（5-9）、（6-7）联结，使电动机联结成延边三角形起动 KT延时打开常闭触头KMY断电 KT延时闭合常开触头KM通电KM主触头闭合绕组结点（1-6）、（2-4）、（3-5）相连而联结成三角形投入运行。第38页/共114页39三相绕线转子电动机的起动控制三相绕线转子电动机的起动控制 在大、中容量电动机的重载起动时，增大起在大、中容量电动机的重载起动时，增大起动转矩和限制起动电流两者之间的矛盾十分动转矩和限制起动电流两者之间的矛盾十分突出。三相绕线式电动机的优点之一，是可突出。三相绕线式电动机的优点之一，是可以在转子绕组中串接电阻或频敏变阻器进行以在转子绕组中串接电阻或频敏变阻器进行起动，由此达到减小起动电流，提高转子电起动，由此达到减小起动电流，提高转子电路的功率品质因数和增加起动转矩的目的。路的功率品质因数和增加起动转矩的目的。一般在要求起动转矩较高的场合，绕线式异一般在要求起动转矩较高的场合，绕线式异步电动机的应用非常广泛。例如桥式起重机步电动机的应用非常广泛。例如桥式起重机吊钩电动机、卷扬机等。吊钩电动机、卷扬机等。返回第39页/共114页40三相绕线转子电动机的起动控制三相绕线转子电动机的起动控制1.转子绕组串接起动电阻起动控制转子绕组串接起动电阻起动控制 串接于三相转子电路中的起动电阻，一般都联结成串接于三相转子电路中的起动电阻，一般都联结成星形。在起动前，起动电阻全部接入电路，在起动星形。在起动前，起动电阻全部接入电路，在起动过程中，起动电阻被逐级地短接。过程中，起动电阻被逐级地短接。转子绕组串电阻起动控制线路如图转子绕组串电阻起动控制线路如图2-142-14所示。所示。该线路按照电流原则实现控制，利用电流继电器根据电动机转子电流大小的变化来控制电阻的分组切除。KA1KA3为欠电流继电器，其线圈串接于转子电路中，KA1KA3三个电流继电器的吸合电流值相同，但释放电流值不同，KA1的释放电流最大，首先释放，KA2次之，KA3的释放电流最小，最后释放。刚起动时起动电流较大，KA1KA3同时吸合动作，使全部电阻接入。随着电动机转速升高电流减小，KA1KA3依次释放，分别短接电阻，直到将转子串接的电阻全部短接。第40页/共114页41三相绕线转子电动机的起动控制三相绕线转子电动机的起动控制起动过程：起动过程：合上开关合上开关QKQK按下动起动按钮按下动起动按钮SBSB2 2接触器接触器KMKM通电，电动机通电，电动机M M串入串入全部电阻（全部电阻（R1,R2,R3,R1,R2,R3,）起动）起动中中间继电器间继电器KAKA通电，为接触器通电，为接触器KMKM1 1KMKM3 3通电作准备通电作准备随着转速的升高，随着转速的升高，起动电流逐步减小，首先起动电流逐步减小，首先KAKA1 1释放释放KAKA1 1常闭触头闭合常闭触头闭合KMKM1 1通电，转通电，转子电路中子电路中KMKM1 1常开触头闭合常开触头闭合短接第短接第一级电阻一级电阻R1R1然后然后KAKA2 2释放释放KAKA2 2常常闭触头闭合闭触头闭合KMKM2 2通电、转子电路中通电、转子电路中KMKM2 2常开触头闭合常开触头闭合短接第二级电阻短接第二级电阻R2KAR2KA3 3最后释放最后释放KAKA3 3常闭触头闭常闭触头闭合合KMKM3 3通电，转子电路中通电，转子电路中KMKM3 3常开常开闭合闭合短接最后一段电阻短接最后一段电阻R3R3，电动，电动机起动过程结束。机起动过程结束。图2-14 转子绕组串电阻起动控制线路 电流继电器线圈（释放电流不同，常闭触头复位时间不同）电流继电器触头第41页/共114页42三相绕线转子电动机的起动控制三相绕线转子电动机的起动控制 2.转子绕组串接频敏变阻器起转子绕组串接频敏变阻器起动控制动控制 频敏变阻器实质频敏变阻器实质上是一个特殊的三上是一个特殊的三相电抗器。将其串相电抗器。将其串接于电动机转子电接于电动机转子电路中，相当于接入路中，相当于接入一个铁损较大的电一个铁损较大的电抗器，频敏变阻器抗器，频敏变阻器等效电路如图等效电路如图2-2-1515所示。所示。图2-15 频敏变阻器等效电路 绕组直流电阻 R为铁损等效电阻 L为等效电感 第42页/共114页43三相绕线转子电动机的起动控制三相绕线转子电动机的起动控制 在起动过程中，转子电流频率是变化的。刚起动时，在起动过程中，转子电流频率是变化的。刚起动时，转速等于转速等于0 0，转差率，转差率S=1S=1，转子电流的频率，转子电流的频率f2f2与电源频与电源频率率f1f1的关系为的关系为f2=Sf1 f2=Sf1，所以刚起动时，频敏变阻器，所以刚起动时，频敏变阻器的电感和电阻均为最大，转子电流受到抑制。随着电动的电感和电阻均为最大，转子电流受到抑制。随着电动机转速的升高而机转速的升高而S S减小，减小，f2f2下降，频敏变阻器的阻抗下降，频敏变阻器的阻抗也随之减小。所以，绕线转子电动机转子串接频敏变阻也随之减小。所以，绕线转子电动机转子串接频敏变阻器起动时，随着电动机转速的升高，变阻器阻抗也自动器起动时，随着电动机转速的升高，变阻器阻抗也自动逐渐减小，实现了平滑的无级起动。此种起动方式在桥逐渐减小，实现了平滑的无级起动。此种起动方式在桥式起重机和空气压缩机等电气设备中获得广泛应用。式起重机和空气压缩机等电气设备中获得广泛应用。第43页/共114页44三相绕线转子电动机的起动控制三相绕线转子电动机的起动控制图2-16 转子绕组串接频敏变阻器的起动控制线路 TA为电流互感器，作用是将主电路中的大电流变换成小电流进行测量。转换开关(自动、手动选择)保证启动过程中热继电器不工作启动结束时间继电器断电思考题第44页/共114页452.3 三相异步电动机的正反转控制 第45页/共114页462.3 2.3 三相异步电动机的正反转控制三相异步电动机的正反转控制 在实际应用中，往往要求生产机械改变运动在实际应用中，往往要求生产机械改变运动方向，这就要求电动机能实现正、反转。方向，这就要求电动机能实现正、反转。由三相异步电动机转动原理可知，若要电动由三相异步电动机转动原理可知，若要电动机逆向运行，只要将接于电动机定子的三相电机逆向运行，只要将接于电动机定子的三相电源线中的任意两相对调一下即可，可通过两个源线中的任意两相对调一下即可，可通过两个接触器来改变电动机定子绕组的电源相序来实接触器来改变电动机定子绕组的电源相序来实现。电动机正、反转控制线路如现。电动机正、反转控制线路如图图2-172-17所示。所示。图中接触器图中接触器KM1KM1为正向接触器，控制电动机为正向接触器，控制电动机M M正正转；接触器转；接触器KM2KM2为反向接触器，控制电动为反向接触器，控制电动M M反转。反转。返回第46页/共114页47 2.3 2.3 三相异步电动机的正反转控制三相异步电动机的正反转控制图2-17 电动机正、反转控制线路 a)只能实现“正停反”或者“反停正”控制，且无互锁保护。SB2和SB3不能同时闭合，否则将发生短路。第47页/共114页48 2.3 2.3 三相异步电动机的正反转控制三相异步电动机的正反转控制图2-17 电动机正、反转控制线路 b）、c）含电气互锁，但仍不能直接换向 增加机械互锁，且可直接换向 返回复合按钮 213互锁 作业1第48页/共114页492.4 三相异步电动机的调速控制 第49页/共114页502.4 2.4 三相异步电动机的调速控制三相异步电动机的调速控制 异步电动机调速常用来改善机床的调速性能和简化异步电动机调速常用来改善机床的调速性能和简化机械变速装置。根据三相异步电动机的转速公式：机械变速装置。根据三相异步电动机的转速公式：转差率；转差率；电源频率（电源频率（H HZ Z)；定定子绕组的磁极对数。子绕组的磁极对数。三相异步电动机的调速方法有：三相异步电动机的调速方法有：改变电动机定子绕组的磁极对数 ；改变电源频率 ；改变转差率 。返回第50页/共114页51三相笼型电动机的变极调速控制三相笼型电动机的变极调速控制 三相笼型电动机采用改变磁极对数调速，改变三相笼型电动机采用改变磁极对数调速，改变定子极数时，转子极数也同时改变，笼型转子定子极数时，转子极数也同时改变，笼型转子本身没有固定的极数，它的极数随定子极数而本身没有固定的极数，它的极数随定子极数而定。定。双速电动机三相绕组联结图如图双速电动机三相绕组联结图如图2-182-18所示。所示。图图a a为三角形与双星形联结法；图为三角形与双星形联结法；图b b为星形与双为星形与双星形联结法。星形联结法。应注意，当三角形或星形联结时，应注意，当三角形或星形联结时，（低速），各相绕组互为（低速），各相绕组互为240240电角度电角度;当双星当双星形联结时，（高速），各相绕组互为形联结时，（高速），各相绕组互为120120电角电角度度。为保持变速前后转向不变，改变磁极对数时为保持变速前后转向不变，改变磁极对数时必须改变电源相序。必须改变电源相序。第51页/共114页52三相笼型电动机的变极调速控制三相笼型电动机的变极调速控制图2-18 双速电动机三相绕组结联图 双速电动机调速控制线路如图双速电动机调速控制线路如图2-192-19所示。图中所示。图中SCSC为转换开关，置于为转换开关，置于“低速低速”位置时，电动机位置时，电动机联结成三角形，低速运行；联结成三角形，低速运行；SCSC置于置于“高速高速”位位置时，电动机联结成双星形，高速运行。置时，电动机联结成双星形，高速运行。第52页/共114页53三相笼型电动机的变极调速控制三相笼型电动机的变极调速控制图2-19 双速电动机调速控制线路 132456第53页/共114页54三相笼型电动机的变极调速控制三相笼型电动机的变极调速控制工作过程如下：工作过程如下：低速运行SC置于低速位置接触器KM3通电KM3主触头闭合电动机M联结成三角形，低速运行。高速运行SC置于高速位置时间继电器KT通电接触器KM3通电电动机M先联结成三角形以低速起动(延时t秒）KT延时打开常闭触头KM3断电KT延时闭合常开触头接触器KM2通电接触器KM1通电电动机联结成双星形投入高速运行。电动机实现先低速后高速的控制，目的是限制起动电流。第54页/共114页55绕线转子电动机转子串电阻的调速控制绕线转子电动机转子串电阻的调速控制 绕线转子电动机可采用转子串电阻的方法调速。绕线转子电动机可采用转子串电阻的方法调速。随着转子所串电阻的增大，电动机的转速降低，随着转子所串电阻的增大，电动机的转速降低，转差率增大，使电动机工作在不同的人为特性转差率增大，使电动机工作在不同的人为特性上，以获得不同的转速，实现调速的目的。上，以获得不同的转速，实现调速的目的。图图2-202-20所示为采用凸轮控制器控制的电动机所示为采用凸轮控制器控制的电动机正、反转和调速的线路。在电动机正、反转和调速的线路。在电动机M M的转子电路的转子电路中，串接三相不对称电阻，作起动和调速用。中，串接三相不对称电阻，作起动和调速用。转子电路的电阻和定子电路相关部分与凸轮控转子电路的电阻和定子电路相关部分与凸轮控制器的各触头连接。制器的各触头连接。返回第55页/共114页56绕线转子电动机绕线转子电动机转子串电阻的调转子串电阻的调速控制速控制图2-20 采用凸轮控制器控制电动机正、反转和调速的线路 触头KT1KT5和转子电路串接的电阻相连接，用于短接电阻，控制电动机的起动和调速。限位开关 SQ1、SQ2分别与触头KT11、KT12串接，起限位保护作用。过电流继电器，短路保护。KT1KT12第56页/共114页57绕线转子电动机转子串电阻的调速控制绕线转子电动机转子串电阻的调速控制 工作过程如下：工作过程如下：凸轮控制器手柄置“0”，KT10、KT11、KT12三对触头接通合上刀开关QK按下起动按钮SB2KM接触器通电KM主触头闭合把凸轮控制器手柄置正向“1”位触头KT12、KT6、KT8闭合电动机M接通电源，转子串入全部电阻（R1+R2+R3+R4）正向低速起动KT手柄位置打向正向“2”位KT12、KT