电动机的控制及保护

1、电动机的控制及保护电路设计电动机的控制及保护电路设计学 院： 机电信息学院 专 业： 电气工程及自动化 班 级： 姓 名： 指导教师： 时 间： 2013-7-82013-7-19 目录一、 绪论4二、 概述5三、 设计的主要内容61、主电路图及控制电路图62、电路中各原件的简介：6（1）、刀开关6（2）、按钮7（3）、熔断器8（4）、热继电器8（5）、交流接触器9四、控制及保护电路工作原理101、起动与停止控制10（1）起动过程10（2）停止过程10（3）短路保护11（4）过载保护11（5）欠压保护112、正反转控制11（1）、简单的正反转控制11（2）、带电气互锁的正反转控制电路12（3）

2、漏电保护回路工作原理13五、安装及调试15六、参考文献17七、课程设计小结及体会18一、 绪论：三相异步电动机应用非常广泛，无论是在工厂内、商业楼内甚至居民楼内都能见到他们的身影，假如没有三相异步电动机工厂将无法运转、商场将无法正常营业。通常所见的电动机在商场内主要应用形式供暖系统、空调器、排风风机、排烟风机、消防系统、供水系统。但在使用中电动机又会出现各种各样的问题，比如因负载超过电机的额定工作量、因散热条件问题及电机本身原因引起的温度过高、因机械原因或工作失误造成的缺相，为保证电动机的正常工作及工厂、商场的正常运营我们必须尽可能减少电动机出现故障。以下我们就对如何对三相异步电动机进行保护进

3、行讨论三相交流异步电动机的保护是个复杂的问题。在实际使用中，应按照电动机的容量、型式、控制方式和配电设备等不同来选择相适应的保护装置及起动设备。电动机的保护与控制关系 三相交流异步电动机的保护往往与其控制方式有一定关系，即保护中有控制，控制中有保护。如电动机直接起动时，往往产生4-7倍额定电流的起动电流。若由接触器或断路器来控制，则电器的触头应能承受起动电流的接通和分断考核，即使是可频繁操作的接触器也会引起触头磨损加剧，以致损坏电器；对塑料外壳式断路器，即使是不频繁操作，也很难达到要求。因此，使用中往往与起动器串联在主回路中一起使用，此时由起动器中的接触器来承载接通起动电流的考核，而其他电器只

4、承载通常运转中出现的电动机过载电流分断的考核，至于保护功能，由配套的保护装置来完成。 二、概述：三相异步电动机工作原理：当三相交流电流通入三相定子绕组后，在定子腔内便产生一个旋转磁场。转子导体在旋转磁场作用下，相对地切割磁场的磁力线，从而在转子导体中产生了感应电流（电磁感应原理）。这些带感应电流的转子导体在磁场中便会发生运动（电流的效应电磁力）。由于转子内导体总是对称布置的，因而导体上产生的电磁力正好方向相反，从而形成电磁转矩，使转子转动起来。由于转子导体中的电流是定子旋转磁场感应产生的，因此也称感应电动机。又由于转子的转速始终低于定子旋转磁场的转速，所以又称为异步电动机电动机维护的重要性：中

5、小型异步电动机是现代生产和生活中普遍使用的机电产品之一，但其在使用、维护、保养过程中，常常出现这样或那样的故障，从而导致电机无法正常、可靠的运行或电机绕组烧坏，因此，电动机的维护、保养就显得十分重要。一般，我们用得较多的电动机多是笼型异步电动机，它具有结构简单、坚固耐用、工作性能可靠、维护方便、价格合理等优点，因此得以广泛使用。 以常用的封闭式（Y系列IP54其中第一个数字为防尘代号, 第二个数字为防水代号,） 三相异步电动机来说，它的维护、保养方面应注意的事项很多。正常使用中的三相异步电动机，首先应保持其清洁性、电机的整体性、完整性、坚固性、密封性。由于三相异步电动机安装使用地点的环境条件差

6、异；水、油、灰尘及其它异电介质对电动正常使用有很大影响；水、油、灰尘、导电介质渗透到电机内部，严重时会破坏电机绕组的绝缘性能，使电机绕组绝缘性能降低。如没有及时发现和处理，有可能导致电机不能正常使用或使电机损坏，因此保持电机清洁、完整、坚固及密封性能是十分必要的。 在正常使用的电动机其工作电流、电压、升温必须保持正常。交流三相异步电动机三相运行时电流电压不平衡，则电机温度偏高，电机绕组绝缘易老化，从而缩短电机使用寿命或电机绕组烧坏。 还有，电机在使用、维护、保养过程中如出现诸如：装配不到位、不合理导致电动机振动的；传动连接不合理的；外力造成电机风叶、罩损坏，影响电机通风散热不良,电机轴承缺油或

7、电机长时间超载、堵转、卡转；电机保养时出现轴承内、外径配合过松；外力使转子轴变形；电机轴伸端键、槽装配不合理的；电机接线错误，接线端子处接触不良的；电机保护装置失灵、损坏或不合理的电路故障都是使三相交流异步电动不能正常使用的因素。 所以，电工在维护、保养电机时要严格要求，以保证电机长时间正常运行具有十分重要的意义。电动机是一种电能到机械能的能量转换设备，是动力设备中的主力军。由于三相异步电动机具有结构简单、价格低廉、机械特性较好、运行维护方便等优点。在日常生活和工业生产等国民经济中获得了非常广泛的应用。如家电、机械加工、冶金、煤炭、石油、化工及交通运输等离不开电机。我国电动总装机容量约占全部用

8、电设备总容量的75%以上，而耗电量约占总发电量的70%以上。然而电动机的故障率也居各种电气设备之首。日本电气协会PM研究会对供电1000kw以上的652个工厂中的异步电动机、特殊电动机、变压器及其它等14种电气设备故障率进行了调查分析，结果表明故障率最高者为电动机，高达38.1%。在电动机实际使用过程中，恶劣的运行环境以及超技术条件运行，是导致电动机各类故障的主要原因。电机故障或损坏带来的直接和间接损失是相当巨大的。另外，由于电机的故障、损坏所造成的其它事故以及导致工厂停产所造成的间接损失则更为巨大。由此可见，在国民经济中，电动机不但是为数众多、应用面广的动力设备。而且又是最为薄弱的环节。做好

9、电动机保护的设计对国民经济有着重要的意义。目前，电动机的用电量平均占世界各国总用电量的40%以上，占工业用电量的60%以上。一些国家和地区的用电量占工业用电总量的比例如表1所示。据美国、欧盟等统计，电动机用电量约占总电量的42%-50%，三相异步电动机的用电量站电动机总用电量的90%左右；37KW及以下电动机占电动机总装机数95%以上、占电动机总用电量的50%左右。表1一些国家/组织电动机用电量占工业用电量比重国家/组织名称电动机占工业用电量比较欧盟69%美国80%（占全国用电量的70%）日本61%法国67%俄罗斯60%三、设计的主要内容：1、主电路图及控制电路接线图2、电路中各原件的简介：（

10、1）、刀开关刀开关又叫闸刀开关，一般用于不频繁操作的低压电路中，用作接通和切断电源，有时也用来控制小容量电动机的直接起动与停机。 刀开关由闸刀（动触点）、静插座（静触点）、手柄和绝缘底板等组成。（2）、按钮按钮常用于接通、断开控制电路，它的结构和电路符号见图按钮上的触点分为常开触点和常闭触点，由于按钮的结构特点，按钮只起发出“接通”和“断开”信号的作用（3）、熔断器熔断器主要作短路或过载保护用，串联在被保护的线路中。线路正常工作时如同一根导线，起通路作用；当线路短路或过载时熔断器熔断，起到保护线路上其他电器设备的作用。（4）、热继电器热继电器是用来保护电动机，使之免受长期过载危 害的继电器。热

11、继电器是利用电流的热效应而动作的，图中热元件是一段电阻不大的电阻丝，接在电动机的主电路中的双金属片，由两种具有不同线膨胀系数的金属采用热和压力辗压而成，亦可采用冷结合，其中，下层金属的膨胀系数大，上层的小。当主电路中电流超过容许值，双金属片受热向上弯曲致使脱扣，扣板在弹簧的拉力下将常闭触头断开。触头是接在电动机的控制电路中的，控制电路断开使接触器的线圈断电，从而断开电动机的主电路。由于热惯性，热继电器不能作短路保护，因为发生短路事故时，我们要求电路立即断开，而热继电器是不能立即动作的。但是这个热惯性又是合乎我们要求的，比如在电动机起动或短时过载时，由于热惯性热继电器不会动作，这可避免电动机的不

12、必要的停车。如果要热继电器复位，则按下复位按钮即可。（5）、交流接触器 接触器是一种自动开关，是电力拖动中主要的控制电器之一，它分为直流和交流两类。其中，交流接触器常用来接通和断开电动机或其他设备的主电路。图5-9是交流接触器的主要结构图。接触器主要由电磁铁和触头两部分组成。它是利用电磁铁的吸引力而动作的。当电磁线圈通电后，吸引山字形动铁心 (上铁心)，而使常开触头闭合。根据用途不同，接触器的触头分主触头和辅助触头两种。辅助触头通过的电流较小，常接在电动机的控制电路中；主触头能通过较大电流，常接在电动机的主电路中。如当主触头断开时，其间产生电弧，会烧坏触头，并使电路分断时间拉长，因此，必须采取

13、灭弧措施。通常交流接触器的触头都做成桥式结构，它有两个断点，以降低触头断开时加在断点上的电压，使电弧容易熄灭，同时各相间装有绝缘隔板，可防止短路。在电流较大的接触器中还专门设有灭弧装置。四、控制及保护电路工作原理1、起动与停止控制（1）起动过程按下起动 按钮S1，接触器KM1线圈通电，与S1并联的KM1的辅助常开触点闭合，以保证松开按钮S1后KM1线圈持续通电，串联在电动机回路中的KM1的主触点持续闭合，电动机连续运转，从而实现连续运转控制。（2）停止过程按下停止按钮S3，接触器KM1线圈断电，与S1并联的KM的辅助常开触点断开，以保证松开按钮S3后KM线圈持续失电，串联在电动机回路中的KM1

14、的主触点持续断开，电动机停转。与S1并联的KM1的辅助常开触点的这种作用称为自锁。 图示控制电路还可实现短路保护、过载保护和零压保护。（3）短路保护起短路保护的是串接在主电路中的熔断器FU15。一旦电路发生短路故障，熔体立即熔断，电动机立即停转。（4）过载保护起过载保护的是热继电器FR。当过载时，热继电器的发热元件发热，将其常闭触点断开，使接触器KM1线圈断电，串联在电动机回路中的KM1的主触点断开，电动机停转。同时KM1辅助触点也断开，解除自锁。故障排除后若要重新起动，需按下FR的复位按钮，使FR的常闭触点复位（闭合）即可。（5）欠压保护起欠压保护的是接触器KM1本身。当电源暂时断电或电压严

15、重下降时，接触器KM1线圈的电磁吸力不足，衔铁自行释放，使主、辅触点自行复位，切断电源，电动机停转，同时解除自锁。2、正反转控制（1）、简单的正反转控制1）正向起动过程。按下起动按钮S1，接触器KM1线圈通电，与S1并联的KM1的辅助常开触点闭合，以保证KM1线圈持续通电，串联在电动机回路中的KM1的主触点持续闭合，电动机连续正向运转。 2）停止过程。按下停止按钮S3，接触器KM1线圈断电，与S1并联的KM1的辅助触点断开，以保证KM1线圈持续失电，串联在电动机回路中的KM1的主触点持续断开，切断电动机定子电源，电动机停转。3）反向起动过程。按下起动按钮S2，接触器KM2线圈通电，与S2并联的

16、KM2的辅助常开触点闭合，以保证线圈持续通电，串联在电动机回路中的KM2的主触点持续闭合，电动机连续反向运转。 缺点： KM1和KM2线圈不能同时通电，因此不能同时按下S1和S2，也不能在电动机正转时按下反转起动按钮，或在电动机反转时按下正转起动按钮。如果操作错误，将引起主回路电源短路。（2）、带电气互锁的正反转控制电路将接触器KM1的辅助常闭触点串入KM2的线圈回路中，从而保证在KM1线圈通电时KM2线圈回路总是断开的；将接触器KM2的辅助常闭触点串入KM1的线圈回路中，从而保证在KM2线圈通电时KM2线 圈回路总是断开的。这样接触器的辅助常闭触点KM1和KM2保证了两个接触器线圈不能同时通

17、电，这种控制方式称为互锁或者联锁，这两个辅助常开触点称为互锁或者联锁触点。缺点：电路在具体操作时，若电动机处于正转状态要反转时必须先按停止按钮S3，使互锁触点KM1闭合后按下反转起动按钮S2才能使电动机反转；若电动机处于反转状态要正转时必须先按停止按钮S3，使互锁触点KM2闭合后按下正转起动按钮S1才能使电动机正转。3）、漏电保护回路工作原理当人体可能触及的电动机漏电时，保护装置以人体接触的安全电压值或流过人体的安全电流值为基准，自动及时切断电源，以保障人身安全，这种保护成为电动机的漏电保护。在中性点直接接地的低压电网中，为提高接地保护的保护效果，可在电动机的电源侧设漏电开关（漏电保护器）。当

18、电动机发生碰壳故障是，漏电开关立即动作，切断电源，从而可防止人身触电。这种开关由零序电流互感器、漏电脱扣器、空气断路器、实验电阻、实验按钮和塑料外壳等组成，起工作原理如图所示。在正常情况下，通过零序电流互感器一次线圈的三相电流矢量和为零。因此，在互感器的二次侧不会感应出电流，脱扣器不会动作。但是，当外壳接地的电动机发生碰壳故障或人体触及未接地的电动机带电外壳是，将有一电流通过电动机外壳的接地线或人体入地，并经过配电变压器低压中性点的接地线回到配电变压器的中性点。此电流一般成为漏电电流或人地触电电流，它等于三相零序电流的相量和，所以也叫做零序电流。零序电流的出现，将在零序互感器的二次侧感应出一个

19、电流。当这个感应出的二次电流大于脱扣器的整定动作电流是，脱扣器便动作，使空气断路器跳闸二切断电源。这样，就可使漏电停止或使触电人脱离电源。五、 安装及调试1、安装（1） 基础检查；（2） 基础上放上楔形垫铁；（3） 将电机掉在垫铁上，并调节楔形垫铁使电机达到要求；（4） 调整电机与连接机的轴线，两轴线中心线必须在一条直线上；2、调试电动机在通电试运行时必须提醒在场人员注意，传动部分附近不应有其它人员站立，也不应站在电动机及被拖动设备的两侧，以免旋转物切向飞出造成伤害事故。接通电源之前就应作好切断电源的准备，以防万一接通电源后电动机出现不正常的情况时(如电动机不能启动、启动缓慢、出现异常声音等)

20、能立即切断电源。使用直接启动方式的电动机应空载启动。由于启动电流大，拉合闸动作应迅速果断。 一台电动机的连续启动次数不宜超过35次，以防止启动设备和电动机过热。尤其是电动机功率较大时要随时注意电动机的温升情况。电动机启动后不转或转动不正常或有异常声音时，应迅速停机检查。调试电动机转动是否灵活或有杂音。注意电动机的旋转方向与要求的旋转方向是否相符。 调试电源电压是否正常。对于380V异步电动机，电源电压不宜高于400V，也不能低于360V。 记录起动时母线电压、起动时间和电动机空载电流。注意电流不能超过额定电流。调试电动机所带动的设备是否正常，电动机与设备之间的传动是否正常。调试电动机运行时的声音是否正常，有无冒烟和焦味。本次设计采用的是功率为5KW、高速（P=1、2800r/min）的三相交流异步笼型电动