NO2三相异步电动机直接起动控制电气控制技术教学课件.ppt

电气控制技术学习单元一模块二 三相异步电动机直接起动控制三相异步电动机直接起动控制基本概述学习单元二常用低压电器学习单元三电气控制电路原理分析 三相异步电动机直接起动控制是指电动机在起动时直接施加全电压进行起动的一种控制方式。电动机直接起动时起动电流较大，所以电动机直接起动时其容量会有一定的限制。本模块就是针对电动机直接起动所涉及的低压电器和控制电路进行学习，使学生对电动机直接起动控制有个全面的了解。模块二 三相异步电动机直接起动控制三相异步电动机直接起动控制基本概述学习单元一引 言 三相异步电动机直接起动时起动电流比较大，对电网和机械设备会有一定的冲击，所以，三相异步电动机直接起动时会有一定的限制和要求。本学习单元将结合三相异步电动机直接起动特性进行分析。三相异步电动机直接起动特性 一、三相异步电动机由于结构简单、维护方便、价格便宜，所以被广泛地作为电气传动的主要驱动力。但其直接起动时会因为起动电流较大而对电网和其他交流电动机产生一定的影响。所以，三相异步电动机直接起动会有限制条件。三相异步电动机直接起动控制基本概述学习单元一 对于某个用电单位，其电源容量与电源电压、电源电流的关系表达式为S N=U N I N（1-1）式中，S N 为电源变压器的视在容量，kVA；U N 为三相交流电源线电压，kV；I N 为三相交流电源线电流，A。三相异步电动机直接起动控制基本概述学习单元一 由式1-1可知，三相变压器的容量分别与线电压和线电流成正比。正常情况下，S N、U N、I N均为额定值，而额定电压一般为0.4 kV，额定电流的大小与三相电源变压器的容量有关。但三相电源变压器一经选定后其额定容量是固定常数，所以，电压和电流之间呈现反比关系。三相异步电动机直接起动控制基本概述学习单元一 电流的增加会直接导致电压的下降，通常，三相异步电动机的转矩与电压的平方成正比，电压的下降会使三相异步电动机的转矩急剧下降，造成三相异步电动机的过载，严重时还会烧毁电动机。当达到额定容量时（容量不能升高），三相异步电动机直接起动时，其起动电流会达到其额定电流的67倍。所以，当功率较大的三相异步电动机直接起动或多台三相异步电动机同时直接起动时，会造成电源总电流的瞬间增大，从而导致电源电压的瞬时下降，电源电压的下降会使在网的其他三相异步电动机产生过载现象。三相异步电动机直接起动控制基本概述学习单元一 三相异步电动机直接起动功率限制 二、机械设备是否允许电动机直接起动，这是先决条件。直接起动时，不允许电动机的容量大于主变压器容量的1015。起动过程中电压降U不大于15Ue。三相异步电动机直接起动控制基本概述学习单元一常用低压电器学习单元二引 言 在本学习单元中主要介绍刀开关、低压熔断器、交流接触器、过载保护继电器、控制按钮、信号灯等，这些是对电气控制设备、建筑电气设备、机电控制设备等实现简单电气控制的主要器件，目的是让学生掌握电气控制中常用低压电器的原理和应用。低压刀开关是具有明显分断点的常用电气元件，它可以对电路实施隔离、分断及切换。通常在不频繁操作的电气设备中用来接通和断开电源及对小功率负荷实施控制操作。刀开关1.低压负荷开关 一、常用低压电器学习单元二 开启式负荷开关以瓷底胶盖为基本结构，电气连接为金属结构，俗称为闸刀开关或胶壳刀开关，操作方式为手动。图22 HK系列开启式负荷开关的外形结构 1静插座；2出线端；3下胶盖；4上胶盖；5闸刀；6操作手柄开启式负荷开关2.常用低压电器学习单元二 HK系列开启式负荷开关由操作手柄、出线端、闸刀（动触头）和静插座（静触头）构成。它自身不带灭弧装置，仅利用胶盖的遮护来防止电弧对人手的灼伤，因此，它不适合用来操作较大的负荷。其主要用作电气照明电路和电热电路、小容量电动机（5.5 kW以下）电路的不频繁通断控制，也可用作分支电路的配电开关。HK系列开启式负荷开关结构简单、操作方便、价格便宜，所以被广泛使用。通常操作时动作应迅速，使电弧较快熄灭，既能避免灼伤人手，也能减少电弧对动触头和静插座的灼损。常用低压电器学习单元二老 师 安装HK系列开启式负荷开关时，手柄要向上，不得倒装或平装。接线时进线和出线不能接反，电源线接在上端，负载接在熔丝下端，以免在更换熔丝时发生触电事故。常用低压电器学习单元二 对于普通负载，可根据HK系列开启式负荷开关控制回路的额定电压、额定电流来选择。当HK系列开启式负荷开关作为电动机的全压启动开关时，其额定电流应为电动机额定电流的3倍。此外，还应注意HK系列开启式负荷开关极数的选择。常用低压电器学习单元二常用低压电器学习单元二 封闭式负荷开关因其外壳为铁制壳，故俗称为铁壳开关。HH系列封闭式负荷开关的外形结构如图2-3所示。封闭式负荷开关3.图2-3 HH系列封闭式负荷开关的外形结构 1速断弹簧；2转轴；3操作手柄；4闸刀；5静插座；6熔断器常用低压电器学习单元二 HH系列封闭式负荷开关的灭弧性能、操作及通断负载的能力和安全防护性能都优于HK系列开启式负荷开关，但其价格偏高。HH系列封闭式负荷开关的操作机构具有两个特点：一是采用了弹簧储能分合闸方式，其分合闸的速度与手柄的操作速度无关，从而提高了开关通断负载的能力；二是设有联锁装置，保证开关在合闸状态下开关盖不能开启，开关盖开启时又不能合闸，充分发挥外壳的防护作用，并保证了更换熔丝等操作的安全。常用低压电器学习单元二（1）对于照明和电热电路负载，可根据其额定电压、额定电流来选择HH系列封闭式负荷开关；而对于电动机负载，应按电动机额定电流的1.5倍来选择HH系列封闭式负荷开关。（2）HH系列封闭式负荷开关的外壳应可靠接地，避免因漏电而造成触电事故。常用低压电器学习单元二 低压熔断器 二、常用低压电器学习单元二低压熔断器的分类1.（1）插入式熔断器。插入式熔断器的瓷座可以固定在电气控制板上，两端固定着接线螺钉和插接静触头，中间为空腔凹槽。瓷盖中含有熔丝固定螺钉，中间有一突起部分（熔丝线槽），突起部分与瓷座的空腔凹槽相互吻合并共同形成灭弧室，容量较大的熔断器在空腔中还垫有熄弧用的石棉编织带。插入式熔断器的外形结构如图2-4所示。常用低压电器学习单元二图2-4 插入式熔断器的外形结构 1熔丝；2动触头；3瓷盖；4空腔；5静触头；6瓷座常用低压电器学习单元二 使用时电源线与负载线分别接于瓷座的接线座上，瓷盖上装有熔丝，将瓷盖插于瓷座上，依靠熔丝将线路接通。目前在低压（380 V及以下）配电线路末端作为电力、照明负荷的短路保护。由于受灭弧效果的限制，插入式熔断器不适合用在较大的负载中，一般只用于100 以下的电路中。常用低压电器学习单元二图2-5 螺旋式熔断器的外形结构 1瓷帽；2熔断管；3瓷套；4上接线座；5瓷座；6下接线座（2）螺旋式熔断器。螺旋式熔断器主要由熔断管、瓷帽、瓷座三部分组成，如图2-5所示。螺旋式熔断器因具有结构紧凑、体积小、更换熔体方便等优点，而被广泛应用于电气控制（机床控制线路）、配电屏等场所作为短路保护器件。常用低压电器学习单元二 熔断管是一个装有熔丝的瓷管，里面填充着石英砂，用来熄灭电弧。熔丝焊在瓷管两端的金属盖上，其中一个金属盖中间凹处带有一个色点指示器，色点指示器与熔丝相连，熔丝熔断时，色点指示器自动脱落，显示熔丝已熔断。使用时将熔断管有色点指示器的一端插入瓷帽中，再将瓷帽连同熔断管一起旋入瓷座内，使熔丝通过瓷管上端金属盖与上接线座连通，瓷管下端金属盖与下接线座连通。在装接使用时，电源线应接在下接线座（常称为上口），负载线应接在上接线座（常称为下口），这样在更换熔断管时（旋出瓷帽），金属螺纹壳的上接线座便不会带电，保证维修者安全。常用低压电器学习单元二（3）封闭式熔断器。封闭式熔断器主要用于负载电流较大的电力网络或配电系统中，熔体采用密封式结构，可防止电弧的飞出和熔化金属的滴出。封闭式熔断器有无填料式和有填料式两种，常用的型号为RM10系列、RTO系列，其外形结构分别如图2-6（a）、（b）所示。常用低压电器学习单元二图2-6 封闭式熔断器 1钢纸管；2黄铜套管；3黄铜帽；4开口夹座；5熔体；6夹头常用低压电器学习单元二常用低压电器学习单元二 选择低压熔断器可依据负载的保护特性、短路电流的大小和使用场合。一般按电网电压选用相应电压等级的熔断器，按配电系统中可能出现的最大短路电流选择有相应分断能力的熔断器，根据被保护负载的性质和容量选择熔体的额定电流。低压熔断器的选择2.常用低压电器学习单元二（1）照明回路冲击电流很小，所以熔断器的选用系数应尽量小些，即 I RN I 或I RN=（1.11.5）I 式中，I RN 为熔体的额定电流，A；I为电器的实际工作电流，A。（2）单台电动机负载电气回路中有冲击电流，熔断器的选用系数应尽量大些，即 I RN（1.52.5）I低压熔断器的容量选择3.常用低压电器学习单元二（3）多台电动机负载电气回路中，应考虑电动机有同时起动的可能性，所以熔断器的选用应按下列原则选用 I RN=（1.52.5）I Nm+I N式中，I Nm 为设备中最大一台电动机的额定电流，A；I N为设备中去除最大一台电动机后其他电动机的额定电流之和，A。低压熔断器在选用时应严格注意级间的保护原则，切忌发生越级保护的现象，选用中除了依据供电回路短路电阻外，还应适当地考虑上下级的级差，一般为12个级差。常用低压电器学习单元二图2-7 交流接触器的外形结构 交流接触器 三、交流接触器可以完成对电气设备的频繁操作（远程操作）控制，如图2-7所示。它采用的是电磁控制结构，主要用于控制电动机、电焊机、电容器组等设备，是电力拖动自动控制系统中使用最广泛的电气元件。常用低压电器学习单元二 交流接触器由电磁机构、触头系统、灭弧装置和其他辅助部件四大部分组成。交流接触器电磁操作机构原理图如图2-8 所示。交流接触器的结构和工作原理1.图2-7 交流接触器的外形结构常用低压电器学习单元二 在电磁操作机构中，动铁心连接着主触头，励磁线圈没有得电时，反力弹簧推动动铁心并使主触头和辅助触头中的常开触头处于断开位置；当励磁线圈得电后，电磁力克服弹簧力后拉动动铁心下移，吸向静铁心，同时动铁心带动主触头和辅助触头中的常开触头闭合，辅助触头中的常闭触头断开。常用低压电器学习单元二图2-9 交流接触器衔铁运动方式 1衔铁；2铁心；3线圈；4轴常用低压电器学习单元二学 生 老师，交流接触器的触头和线圈应如何使用？老 师 交流接触器的主触头用来接通和断开电气控制主电路。辅助触头通常连接在控制电路中，完成相应的自锁、互锁、联锁等控制。线圈也在控制电路中，它是拉动触头实现机械位移的核心部件（线圈得电，产生电磁力）。常用低压电器学习单元二 目前，我国常用的交流接触器主要有CJ20、CJX1、CJX2 和CJ12等系列，引进产品应用较多的有德国BBC公司的B系列、西门子公司的3TB和3TF系列、法国TE公司的LC1和LC2系列等。交流接触器的技术参数2.常用低压电器学习单元二（1）额定电压。额定电压是指交流接触器主触头允许的额定电压。交流接触器常用的额定电压等级有110 V、220 V、380 V、500 V等。（2）额定电流。额定电流是指交流接触器主触头的额定电流，即允许长期通过的最大电流。交流接触器常用的额定电流等级有10 A、16 A、25 A、40 A、63 A、100 A、160 A、250 A、400 A 和630 A。（3）线圈额定电压。线圈额定电压是指交流接触器线圈上所加的额定电压，交流接触器线圈额定电压等级有36 V、110 V、220 V 和380 V。常用低压电器学习单元二（4）额定功率。额定功率是指交流接触器所能带载的电动机或电气设备的功率。（5）额定操作频率。额定操作频率是指每小时的操作次数(次/小时)，交流接触器最高为600次/小时。操作频率直接影响接触器的电寿命和灭弧罩的工作条件，对于交流接触器还影响线圈的温升。常用低压电器学习单元二常用低压电器学习单元二（7）交流接触器的使用类别。交流接触器的使用类别可根据GB 14048.42010低压开关设备和控制设备 第4-1部分：接触器和电动机起动器 机电式接触器和电动机起动器（含电动机保护器）中提供的类别等级选用。其中，AC 1表示用接触器控制无感或微感负载、电阻炉，AC 2表示用接触器控制绕线式感应电动机的起动、分断，AC 3表示用接触器控制鼠笼型感应电动机的起动、运转中分断，AC 4表示用接触器控制鼠笼型感应电动机的起动、反接制动或反向运转、点动。常用低压电器学习单元二常用低压电器学习单元二交流接触器的使用3.交流接触器选用时要考虑其所带负载的容量，其主触头一般要留有一定的余量。表2-2为CJ20系列交流接触器的技术数据。常用低压电器学习单元二过载保护继电器（也称为热继电器）主要用于对连续运行的电气设备和电动机实施过载及断相保护。电气设备在运行过程中，由于多种因素常会发生过载现象，过载的允许时间与过载的严重性成一定的比例关系，即过载越严重动作的时间应越快。过载保护继电器 四、常用低压电器学习单元二 运行中的电动机，流过定子绕组的电流瞬时值会经过过载保护继电器的加热元件而产生热量，该热量决定着双金属片的弯曲变形。当电动机没有过载时，加热元件产生的热量不足以使过载保护继电器的触头动作（即双金属片的弯曲变形量不够）；电动机过载时，加热元件产生的热量致使双金属片弯曲位移增大，推动导板使常闭触头断开，从而切断电动机控制电路以起保护作用。过载保护继电器工作原理1.常用低压电器学习单元二图210 过载保护继电器原理结构 1电流调节凸轮；2簧片；3手动复位按钮；4弓簧；5双金属片；6热元件；7内导板；8外导板；9常闭静触头；10动触头；11杠杆；12复位调节螺钉；13补偿双金属片；14推杆；15连杆；16压簧常用低压电器学习单元二 过载保护继电器动作后一般不能自动复位，要等双金属片冷却后按下复位键复位。过载保护继电器动作电流的调节可以借助旋转凸轮于不同位置来实现。利用过载保护继电器可防止因过热而损坏电动机的绝缘材料。由于过载保护继电器中发热元件有热惯性，在电路中不能起到瞬时过载保护效果，更不能做短路保护，因而它不同于过电流继电器和熔断器。常用低压电器学习单元二过载保护继电器按相数来分，有两相和三相两种类型。每种类型按发热元件的额定电流又有不同的规格和型号。三相式过载保护继电器常用于三相异步电动机的过载保护和断相保护。常用低压电器学习单元二老 师 无论过载保护继电器是否处于过载，其主触头始终导通。而真正产生动作信号的是辅助触头，辅助触头（常闭触头）一般串联在控制电路中，当过载保护继电器动作时，由于其断开而使控制电路失去控制电压，应切断电动机控制电路以起到保护作用。常用低压电器学习单元二 过载保护继电器的主要技术参数是额定电流和整定电流，以及是否带有断相保护。我国常用的JR16和JR20系列过载保护继电器均为带有断相保护的过载保护继电器，它有差动式断相保护机构。灭弧罩灭弧4.常用低压电器学习单元二常用低压电器学习单元二过载保护继电器的选择主要根据电动机定子绕组的联结方式确定，在三相电动机电路中，对星形联结的电动机可选二相或三相结构的过载保护继电器，而对于定子绕组为三角形联结的电动机必须采用带断相保护的过载保护继电器。常用低压电器学习单元二 控制按钮一般和接触器或继电器配合使用，实现对电动机的远程操作、控制电路的电气联锁等。它是一种结构简单、使用广泛的手动主令电器。电弧的产生1.控制按钮和信号灯 五、图2-11 常见的控制按钮外形常用低压电器学习单元二图2-12 控制按钮的原理结构及图例符号常用低压电器学习单元二 控制按钮通常配备一个常开触头和一个常闭触头，也可以进行多组触头的扩展，当控制按钮被按下时，桥式动触头将常闭静触头断开，常开静触头闭合。释放后，弹簧将桥式动触头拉回原位，相应的触头也复位。常用低压电器学习单元二（1）常开按钮。常开按钮是用来控制电动机和控制电路的起动。使用时一般只对其常开触头进行接线，常开按钮通常为绿色，安装时布局在上方或是左侧。（2）常闭按钮。常闭按钮是用来控制电动机和控制电路的停止。使用时一般只对其常闭触头进行接线，常闭按钮通常为红色，安装时布局在下方或是右侧。常用低压电器学习单元二信号灯2.信号灯是用来指示电气运行状态、生产节拍、机械位置、控制命令等的电气器件。其发光源有白炽灯、氖管、LED发光元件等，通常在低电压中用白炽灯和LED发光元件，而在高电压中用氖管。可以单独使用，也可以和按钮组合使用。常用低压电器学习单元二 三相异步电动机点动控制电气原理图如图2-13所示，其时序图如图2-14所示。三相异步电动机点动控制电气原理图及时序图1.三相异步电动机点动控制电路原理分析 一、电气控制电路原理分析学习单元三图2-13 三相异步电动机点动控制电气原理图图2-14 三相异步电动机点动控制时序图电气控制电路原理分析学习单元三三相异步电动机点动控制电路电气符号2.电气控制电路原理分析学习单元三1）主电路部分（1）合上QS1，主电路接通供电电源。（2）FU1正常，KM1主触头闭合，电动机运行。（3）断开QS1，主电路断开供电电源，电动机停止运行。（4）主电路发生短路时，FU1熔断，主电路断开供电电源，电动机停止运行。三相异步电动机点动控制原理3.电气控制电路原理分析学习单元三2）控制电路部分按下SB1，KM1线圈得电（常开触头闭合，常闭触头断开），HL1亮。释放SB1，KM1线圈断电（常开触头断开，常闭触头闭合），HL1灭。FU2熔断，控制电路断电，控制电路下所有电气元件释放。电气控制电路原理分析学习单元三老 师 点动控制一般不用来做连续运行操作，主要用来实现对生产设备的手动调整、定位、检修处理等。电气控制电路原理分析学习单元三 三相异步电动机长动控制电气原理图如图2-15所示，其时序图如图2-16所示。三相异步电动机长动控制电气原理图及时序图1.三相异步电动机长动控制电路原理分析 二、电气控制电路原理分析学习单元三图2-15 三相异步电动机长动控制电气原理图图2-16 三相异步电动机长动控制时序图电气控制电路原理分析学习单元三三相异步电动机长动控制电路电气符号2.电气控制电路原理分析学习单元三1）主电路部分（1）合上QS1，主电路接通供电电源。（2）FU1正常，KM1主触头闭合，电动机运行。（3）断开QS1，主电路断开供电电源，电动机停止运行。（4）主电路发生短路时，FU1熔断，主电路断开供电电源，电动机停止运行。三相异步电动机长动控制原理3.电气控制电路原理分析学习单元三2）控制电路部分（1）按下SB2，KM1线圈得电并自锁（常开触头闭合，常闭触头断开），HL1亮。（2）按下SB1，KM1线圈断电（常开触头断开，常闭触头闭合），HL1灭。（3）FR1断开，控制电路断电，控制电路下所有电气元件释放。（4）FU2熔断，控制电路断电，控制电路下所有电气元件释放。电气控制电路原理分析学习单元三老 师 启动按钮SB2与KM1辅助常开触头并联，SB2释放后，由KM1辅助常开触头继续为其线圈供电，称此控制方式为自锁，它是电动机连续运转的基本控制方式。电气控制电路原理分析学习单元三 三相异步电动机多点控制电气原理图如图2-17所示，其时序图如图2-18所示。三相异步电动机顺序控制电气原理图及时序图1.三相异步电动机顺序控制电路原理分析 三、电气控制电路原理分析学习单元三图2-17 三相异步电动机多点控制电气原理图图2-18 三相异步电动机多点控制时序图电气控制电路原理分析学习单元三三相异步电动机顺序控制电路电气符号2.电气控制电路原理分析学习单元三三相异步电动机顺序控制原理3.1）主电路部分（1）合上QS1、QS2，主电路接通供电电源。（2）FU1正常，KM1主触头闭合，1号电动机运行。（3）FU2正常，KM2主触头闭合，2号电动机运行。（4）断开QS1，主电路断开供电电源，1号电动机停止运行。（5）断开QS2，主电路断开供电电源，2号电动机停止运行。（6）主电路发生短路时，FU1或FU2熔断，主电路断开供电电源，1号或2号电动机停止运行。电气控制电路原理分析学习单元三2）控制电路部分（1）按下SB2，KM1线圈得电并自锁（常开触头闭合，常闭触头断开），HL1亮。（2）按下SB4（KM1得电有效），KM2线圈得电并自锁（常开触头闭合，常闭触头断开），HL2亮。（3）按下SB1（KM2断电有效），KM1线圈断电（常开触头断开，常闭触头闭合），HL1灭。电气控制电路原理分析学习单元三（4）按下SB3，KM2线圈断电（常开触头断开，常闭触头闭合），HL2灭。（5）FR1断开，1号电动机控制电路断电，控制电路下所有电气元件释放。（6）FR2断开，2号电动机控制电路断电，KM2线圈断电，HL2灭。（7）FU3熔断，控制电路断电，控制电路下所有电气元件释放。电气控制电路原理分析学习单元三老 师 电动机顺序控制主要是生产工艺所致。例如，钻床的主轴在起动之前，必须先运行冷却泵电动机；而主轴电动机未关闭时，冷却泵电动机不能停止。电气控制电路原理分析学习单元三谢谢大家！t h e e n d