三相异步电动机的控制和保护电路.docx

第七章 三相异步电动机的掌握和保护电路教学重点：三相异步电动机的降压启动掌握电路，正、反转掌握电路及其工作原理。以及三相异步电动机的保护环节。教学难点：能娴熟分析三相异步电动机的降压启动掌握电路和正、反转掌握电路的工作过程和根本原理。教学目标：通过本章的学习能正确、娴熟分析三相异步电动机的根本掌握电路的构成及其工作原理，学会安装和调试各类三相异步电动机的根本掌握电路。了解三相异步电动机常用的保护电路。在各行各业广泛使用的电气设备和生产机械中，其自动掌握电路大多以各类电动机和继电器、接触器、按钮、保护元件等器件组成。这些掌握电路无论是简洁 还是简单，一般都是由一些根本掌握环节组成，在分析电路原理和推断其故障时， 一般都是从这些根本掌握环节入手。因此我们本章着重介绍三相异步电动机的控 制和保护电路。7.1 三相异步电动机的启动掌握电路启动是指异步电动机接通电源后转速从零渐渐上升到稳定转速的过程。异步电动机启动时，电流为额定电流的 57 倍Ist=(57)In。将对电网及其他设备造成肯定的影响。因此拖动系统要求异步电动机在满足启动转速的前提下，尽量降低启动电流。实际应用中，三相异步电动机常用的启动方法有直接启动和降压启动。7.1.1 直接启动及掌握电路直接启动指的是电动机直接电源进展启动。这种启动方法简洁、经济，启动时间短，但是启动电流大。一般只适用于小容量电动机。如图 71 所示是三相异步电动机直接启动的掌握电路图。如图 71a所示为刀开关掌握电路，电路中的熔断器用作短路保护。生产车间中常使用这种掌握电路。如图 71b所示为单向点动掌握电路，它由主电路和掌握电路两局部组成。主电路是指电动机所在的电路，一般工作电流较大，由刀开关、熔断器、交流接触器的主触点及电动机组成；掌握电路工作电流较小，由按钮和接触器的线圈组成。a刀开关掌握电路 b单向点动掌握电路 c单向连续运行掌握电路图 71 三相异步电动机单向掌握电路电路工作原理为：先合上电源开关QS启动过程：按下启动按钮 SB2接触器 KM 线圈通电KM 主触点闭合电动机 M 启动运行停顿过程：松开按钮 SB2接触器KM 线圈断电KM 主触点断开电动机M 失电停转点动掌握电路在工业生产中应用较多，电动葫芦和机床工作台的上、下移动等掌握电路通常承受点动掌握电路。如图 71(c)所示为单向连续运行掌握电路。其电路工作原理为：先合上电源开关QS启动过程：按下启动按钮 SB2接触器 KM 线圈通电KM 主触点闭合电动机 M 启动运行。停顿过程：松开按钮 SB2接触器KM 线圈断电KM 主触点断开电动机M 失电停转。如图 71(c)所示为单向连续运行掌握电路。其电路工作原理为：先合上电源开关 QS启动过程：KM 主触点闭合按下启动按钮SB2接触器KM 线圈通电电动机通电工作KM 常开关心触点闭合当松开 SB2 时，由于 KM 的常开关心触点闭合，掌握电路仍旧保持接通，所以KM线圈连续得电，电动机 M 实现连续运转。我们把这种利用接触器 KM 本身常开触点而使线圈保持得电的掌握方式叫做自锁。与启动按钮SB2 并联的常开关心触点称为自锁触点。停顿过程：KM 主触点断开按下停顿按钮SB1接触器KM 线圈断电电动机失电停转KM 常开关心触点断开电路具有熔断器进展的短路保护，热继电器进展的过载保护，接触器兼有的欠压、失压保护。7.1.2 降压启动及掌握电路所谓降压启动，就是利用某些设备或者承受电动机定子绕组换接的方法，启动时降低加在电动机定子绕组上的电压，启动后再将电压恢复到额定值，使之全压运行。对于较大容量大于 10KW的电动机一般承受降压启动。三相异步电动机常用的降压启动方法有定子串电阻降压、-降压、自耦变压器降压启动几种。虽然方法各异，但目的都是为了减小启动电流。下面具体介绍-降压启动。三相笼型异步电动机-降压启动掌握电路如图 72 所示。a主电路b掌握电路图 72 -降压启动掌握电路图 72 所示为-降压启动掌握电路，图中主电路由 3 组接触器组成。主触点分别将电动机的定子绕组接成形和形。即 KM1、KM3 主触点闭合时，绕组接成形；KM1、KM2 闭合时，绕组接成形。两种接线方式的切换要在很短的时间内完成。因此在掌握电路中承受时间继电器实现定时自动切换。电路工作原理为：先合上电源开关QS(1) 降压启动运行KM1 自锁触点闭合KM1 线圈通电吸合KM1 主触点闭合定子绕组接成Y按下启动按钮SB2电动机降压启动KM3 主触点闭合KM3 线圈通电吸合KM3 联锁触点断开保证KM2 线圈断电KT 常闭触点延时断开保证KM3 线圈断电KT 线圈通电吸合KT 常开触点延时闭合KM2 自锁触点闭合KM2 主触点闭合定子绕组接成，KM2 线圈通电吸合电动机全压运行KM1 主触点已闭合KM2 联锁触点断开（1） 停顿按下停顿按钮 SB2掌握电路断电KM1、KM2、KM3 线圈断电电动机 M 断电停转。（2） 电路中，假设线圈 KM2、KM3 同事得电，其主触点都将闭合，造成电源短路。因此把 KM2 常闭触点串入KM3 线圈回路，把 KM3 常闭触点串入KM2 线圈回路。我们把这种联锁称为互锁。KM2、KM3 的常闭触点称为互锁触点。7.2 三相异步电动机的正、反转掌握电路生产实践中，很多生产机械要求电动机能反转，从而实现可逆运行。如机床主轴的正向和反向运动，工作台的前后运动等。由电动机原理可知，三相异步电动机的三相电源进线中任意两相对调，电动机就可反向运转。实际运用中，通过两个接触器转变定子绕组相序来实现正反转。如图73 所示。三相异步电动机的正反转掌握电路如图73 所示。图 73 三相异步电动机的正反转掌握电路电路工作原理为：先合上电源开关QS1、 正转掌握：SB2 常闭触点先分断，切断反转掌握电路，对KM2 联锁按下正转启动按钮SB2SB2 常开触点闭合KM1 线圈得电 KM1 自锁触点闭合自锁电动机M 启动-KM1 主触点闭合连续正转KM1 联锁触点分断，切断反转掌握电路，起到对KM2 联锁作用2、反转掌握：KM1 自锁触点解除自锁电动机MSB3 常闭触点KM1 线圈失电 KM1 主触点分断失电停转按下反转先分断启动按钮SB3KM1 联锁触点恢复闭合SB3 常开触点后闭合KM2 自锁触点闭合电动机M 启动连续反转KM2 线圈得电KM2 主触点闭合KM2 联锁触点分断，切断正转掌握电路，起到对KM1 联锁作用3、 停顿掌握：停顿时，按下停顿按钮SB1,掌握电路失电，接触器KM1 或KM2 主触点分断， 电动机M 失电停转。此正反转电路具有双重联锁功能，集中了电气联锁和机械联锁的两种正反转电路的优点。此电路可以直接实行“正反停”的掌握。不但操作简洁便利， 而且能安全牢靠地实现正反转运行。是机床电气掌握中常常承受的电路。7.3 三相异步电动机的调速掌握电路调速是指用人为地方法来转变异步电动机的转速。由转差率的计算公式可得：60 fnn0(1-s)=(1-s)p由上式可知，转变三相异步电动机的转速方法有：转变磁极对数P,转变转差率 S,转变电源频率飞f。目前广泛使用的调速方法是变更定子绕组的极对数，由于极对数的转变必需在定子和转子上同时进展，因此对于绕线式转子异步电动机不太适用。由于鼠笼转子异步电动机的转子极数是随定子极数的转变而自动转变的。变极时只需要考虑定子绕组的极数即可。因此，这种调速方法只适用于鼠笼转子异步电动机。常用的多速电动机有双速、三速、四速电动机，下面以双速电动机为例来分析这类电动机的变速掌握。1、双速电动机定子绕组的连接这种电动机定子绕组有 6 个出线端。假设将电动机定子绕组三个出线端U1、V1、W1 分别接三相电源，而将U2、V2、W2 三个出线端悬空，如图74a所示，则电动机的三相定子绕组接成三角形，此时每相得两个绕组相互串联，电流方中的 虚线箭头所示。磁极为 4 极，同步转速为 1500r/min；为低速。(a) 低速形接法b高速YY 形接法图 744/2 极/YY 形的双速电动机定子绕组接线图假设将电动机电子绕组的 U2、V2、W2 三个出线端分别接三相电源，而将 U1、V1、W1 三个出线端接成双 YY 形，此时每相两个绕组并联。电流方向如图中实线箭头所示，磁极数为 2 极，同步转速为 3000r/min；为高速。可见双速电动机高速运转时的转速时低速的二倍。2、双速电动机掌握电路如图 75 所示。图 75 双速电动机掌握电路电路工作原理为：低速运行时：合上电源开关QSSB2 常闭触点先分断，对KM2、KM3 联锁按下低速KM1 联锁触点分断对按钮 SB2KM2、KM3 联锁SB2 常开触点后闭合KM1 线圈得电 KM1 主触点闭合KM1 自锁触点闭合电动机M 接成形低速运行高速运行时：合上电源开关QSKM1 自锁触点解除自锁SB3 常闭触点先分断KM1 线圈失电 KM1 主触点分断按下高速按钮 SB3KM1 联锁触点恢复闭合SB3 常开触点后闭合KM2、KM3 联锁触点分断解除对KM1 联锁KM2、KM3 线圈同时得电 KM2、KM3 自锁触点闭合自锁KM2、KM3 主触点闭合电动机接成YY 形高速运行停转时，只需按下停顿按钮SB1 就可。7.4 保护电路三相异步电动机掌握电路除了能满足被控设备生产工艺的掌握要求外，还必需考虑到电路有发生故障和不正常工作状况的牢靠性。由于发生这些状况时会引起电流增大，电压和频率降低或上升、损毁。因此，掌握电路中的保护环节是电动机掌握系统中不行缺少的组成局部。常用的保护电路有短路保护、过载保护、过电流保护、失电压保护和欠电压保护等。1、短路保护在电动机掌握系统中，最常用和最危急的故障是多种形式的短路。如电器或线路绝缘遭到损坏、掌握电器及线路消灭故障、操作或接线错误等，都可能造成短路事故。发生短路时，线路中产生的瞬时故障电流可到达额定电流的十几倍道几十倍，过大的短路电流将会使电器设备或配电设备受到损坏，甚至因电弧而引起火灾。因此，当电路消灭短路电流时，必需快速、牢靠地断开电源，这就要求短路保护装置应具有瞬时动作的特性。短路保护的常用方法是承受熔断器和低压断路器保护装置。2、过电流保护过电流保护是区分于短路保护的一种电流型保护。所谓过电流是指电动机或电器元件在超过其额定电流的状态下运行，一般比短路电流小，不超过6 倍的额定电流。在电动机的运行过程中产生这种过电流，比发生短路的可能性要大，特别是对于频繁起动和正反转、重复短时工作时的电动机更是如此。过电流保护常用过电流继电器来实现，通常过电流继电器与接触器协作使用， 马上过电流继电器线圈串接在被保护电路中，当电路电流到达其整定值时，过电 流继电器动作，而过电流继电器常闭触点串接在接触器线圈电路中，使接触器线 圈断电释放，接触器主触点断开来切断电动机电源。这种过电流保护环节常用于 直流电动机和三相绕线转子异步电动机的掌握电路中。3、过载保护过载是指电动机在大于其额定电流的状况下运行，但过载电流超过额定电流的倍数要小些。通常在额定电流的 1.5 倍以内。引起电动机过载的缘由很多，如负载的突然增加，缺相运行以及电网电压降低等。假设电动机长期过载运行，其绕组的温升将超过允许值而使绝缘材料变脆、老化、寿命缩短，严峻时会使电动机损坏。过载保护装置要求具有反时限特性，且不会受电动机短时过载冲击电流或短路电流的影响而瞬时动作，所以通常用热继电器作过载保护。当有6 倍以上额定电流通过热继电器时，需经 5 秒后才动作，这样在热继电器未动作前，可能使热继电器的发热元件先烧坏，所以在使用热继电器作过载保护时，还必需装有熔断器或抵压断路器的短路保护装置。由于过载保护特性与过电流保护不同，故不能用过电流保护方法来进展过载保护。4、失电压保护当电动机正常工作时，假设由于某种缘由而发生电网突然断电，这时电源电 压下降为零，电动机停转，生产设备的运动部件也随之停顿。由于一般状况下操 作人员不行能准时拉开电源开关。如不实行措施，当电源恢复供电时，电动机便 会自动启动运转，可能造成人身及设备事故，并引起电网过电流和瞬间网络下降。为防止电压恢复时电动机的自行启动或电器元件自行投入工作而设置的保护，称 为失电压保护。承受接触器和按钮掌握的启动、停顿，就具有失电压保护作用。 这时由于当电源电压消逝时，接触器就会自动释放而切断电动机电源，当电源电 压恢复时，由于接触器自锁触点已断开，不会自行启动。假设不是承受按钮而是 用不能自动复位的手动开关、形成开关来掌握接触器，必需承受特地的零电压继 电器。工作过程中一旦断电，零电压继电器释放，其自锁电路断开，电源电压恢 复时，不会自行启动。5、欠电压保护当电网电压降低时，电动机在欠电压下运行，在负载肯定的状况下，电动机主磁通下降，电流增加。时间过长将会使电动机过热损坏同时欠压还会导致一些电器元件释放，使线路不能正常工作。因此，当电源电压降到60%80%额定电压时，将电动机电源切除而停顿工作，这种保护成为欠电压保护。除上述承受的接触器及按钮掌握方式，利用接触器本身的欠电压保护作用外， 还可承受欠电压继电器来进展欠电压保护。其方法是将欠电压继电器线圈跨接在 电源上，其常开触点串接在接触器掌握回路中。当电网电压低于欠电压继电器整 定值时，吸合电压通常整定值为 0.80.85N,释放电压通常整定值为 0.50.7 N欠电压继电器动作试接触器释放，接触器主触点断开电动机电源实现欠电压 保护。6、断相保护电动机运行时，假设电源任一相断开，电动机将在缺相状况下低速运转或堵转，定子电流很大，这时造成电动机绝缘及绕组烧毁的常见故障之一。因此应进展断相保护。引起电动机断相得缘由主要有：电动机定子绕组一相断线；电源一相断线； 熔断器、接触器、低压断路器等接触不良或接头松动等。断相运行时，线路电流和电动机绕组连接因断相的形式电源断相、绕组断相的不同而不同；电动机负载越大，故障电流也越大。断相保护的方法有：用带断相保护的热继电器、电压继电器、电流继电器与固态断相保护器等。习题七7-1.什么是降压启动？三相异步电动机常承受哪些降压启动方法？目的是什么？7-2.在电动机主电路中，既然装有熔断器，为什么还要装热继电器？它们的作用有什么不同？7-3.三相异步电动机的调速方法有哪几种？7-4.三相异步电动机常用的保护环节有哪些？各承受什么电器元件？7-5.什么是失电压保护和欠电压保护？为何说接触器自锁掌握线路具有失电压、欠电压保护？7-6.什么是过载保护？为什么对电动机实行过载保护？熔断器能否代替热继电器来实现过载保护？7-7.试画出既能点动、又能连续正转掌握的三相异步电动机掌握电路。具有短路、过载、失电压、欠电压保护等。7-8.试承受按钮、接触器等，试画出三相异步电动机具有双重联锁保护的正、反转掌握电路。并具有其他完善的保护功能。7-9.试分析图 7-2 电路的工作原理，并指出各触头的作用。7-10.试分析图 7-5 电路的工作原理。