三相异步电动机基本控制环节与基本电路课件3

1、第3章 三相异步电动机基本控制环节与基本电路 3.1 基本控制环节 3.2 三相异步电动机的启动控制 3.3 三相异步电动机的制动控制 3.4 三相异步电动机的转速控制 3.5 常用机床电气控制 3.1 基本控制环节 3.1.1 启动、自锁和点动控制 三相异步电动机的启动控制有直接启动、降压启动和软启动等方式。直接启动又称为全压启动，即启动时电源电压全部施加在电动机定子绕组上。降压启动即启动时将电源电压降低一定的数值后再施加到电动机定子绕组上，待电动机的转速接近同步转速后，再使电动机在电源电压下运行。软启动就是使施加到电动机定子绕组上的电压从零开始按预设的函数关系逐渐上升，直至启动过程结束，再

2、使电动机在全电压下运行。图3-1为三相异步电动机全压启动及点动控制线路。 图3-1 三相异步电动机全压启动及点动控制线路 另外，由图3-1可见，电路具有以下保护环节：熔断器FU在电路中起后备短路保护作用。(2) 热继电器FR在电路中起电动机过载保护作用，它具有与电动机的允许过载特性相匹配的反时限特性。 (3) 欠压保护与失压保护是依靠接触器本身的电磁机构来实现的。 图3-2 三相异步电动机点动控制(a) 利用复合按钮控制点动；(b) 利用中间继电器控制点动 3.1.2 可逆控制与互锁环节 图3-3 三相电动机可逆控制线路 图3-4 利用复合按钮实现三相电动机的可逆控制 3.1.3 联锁控制 生

3、产机械或自动生产线由许多运动部件组成，不同运动部件之间有联系又互相制约。例如，电梯及升降机械不能同时上下运行，机械加工车床的主轴必须在油泵电动机启动，并使齿轮箱有充分的润滑油后才能启动等。这种互相联系而又互相制约的控制称为联锁。若要求甲接触器动作后乙接触器方能动作，则需将甲接触器的常开触头串接在乙接触器的线圈电路中。依此类推，可推广到n个需相互顺序联锁控制的对象。 例如，机械加工车床主轴转动时，需要油泵先启动，给齿轮箱供油润滑。为保证润滑泵电动机启动后主拖动电动机才启动，对控制线路提出了按顺序工作的联锁要求。在图3-5(a)中，是将油泵电动机接触器KM1的常开触头串入主拖动电动机接触器KM2的

4、线圈电路中实现的，只有当KM1先启动，KM2才能启动。在图3-5(b)所示的接法中，可以省去KM1的常开触头，使线路得到简化。类似的工艺过程在许多其他生产设备上同样存在，因此这是一个典型的联锁控制线路。 图3-5 三相异步电动机联锁控制线路(a) 联锁控制线路一；(b) 联锁控制线路二 3.1.4 多地点控制 图3-6 三地点控制线路 3.2 三相异步电动机的启动控制 3.2.1 星三角形(Y-D)降压启动控制线路 Y-D形的降压启动时，将电动机定子绕组连结成星形(Y)，这时加在电动机每相绕组上的电压为电源电压额定值的，因而其启动转矩为三角形(D)连接直接启动转矩的1/3，启动电流降为D形连接

5、直接启动电流的1/3，减小了启动电流对电网的影响。待电动机启动后，按预先设定的时间将定子绕组转换成D形接法，使电动机在额定电压下正常运转。额定功率在4 kW以上的三相异步电动机正常运行时的定子绕组均为D形接法，故都可以采用Y-D形降压启动方式。在Y-D形的降压启动控制线路的主电路中，电动机定子三相绕组6个线头均引出，由两个接触器分别进行控制。Y-D转换控制电路可视电动机容量大小、应用场合等的不同采用不同的接线方式，见图3-7。 图3-7 Y-D形降压启动控制电路 3.3 三相异步电动机的制动控制 3.3.1 反接制动控制电路 三相异步电动机反接制动有两种情况：一种是在负载转矩作用下使正转接线的

6、电动机出现反转的倒拉反接制动，它往往应用在重力负载的场合，如桥式起重机的电气控制，这一制动不能实现电动机转速为零；另一种是电源反接制动，即改变电动机电源相序，使电动机定子绕组产生的旋转磁场与转子旋转方向相反，产生制动，使电动机转速迅速下降。当电动机转速接近零时应迅速切断三相电源，否则电动机将反向启动。另外，反接制动时，转子与定子旋转磁场的相对速度接近于2倍的同步转速，以致反接制动电流相当于电动机全压启动时启动电流的2倍。 为防止绕组过热和减小制动冲击，一般应在电动机定子电路中串入反接制动电阻。反接制动电阻的接法有对称接法与不对称接法两种。采用对称电阻接法时在限制制动转矩的同时也限制了制动电流；

7、而采用不对称制动电阻的接法则只限制了制动转矩，未加制动电阻的那一相仍具有较大的电流。在反接制动过程中，由电网供给的电磁功率和拖动系统的机械功率全都转变为电动机的热损耗，这也限制了异步电动机每小时反接制动的次数。 图3-16 三相异步电动机单向反接制动控制线路 启动时，按下启动按钮SB2，接触器KM1通电并自锁，电动机M通电旋转。在电动机正常运转时，速度继电器BV的常开触头闭合，为反接制动作好了准备。停车时，按下停止按钮SB1，接触器KM1线圈断电，电动机M脱离电源。由于此时电动机的惯性很高，速度继电器BV的常开触头依然处于闭合状态，因此SB1常开触头闭合时，反接制动接触器KM2线圈通电并自锁。

8、其主触头闭合，使电动机定子绕组通过反接制动电阻R得到与正常运转相序相反的三相交流电源，电动机进入反接制动状态，使电动机转速迅速下降。当电动机转速接近于零时，速度继电器常开触头复位，接触器KM2线圈电路被切断，反接制动结束。 图3-17 具有反接制动电阻的正反向反接制动控制线路 KA1 图3-17中电阻R是反接制动电阻，同时也具有限制启动电流的作用。该线路工作原理如下：合上电源开关，按下正转启动按钮SB2，中间继电器KA3线圈通电并自锁，其常闭触头保证互锁中间继电器KA4线圈不被接通；KA3的另一个常开触头闭合，使接触器KM1线圈通电；KM1的主触头闭合，使定子绕组经电阻R接通正序三相电源，电动

9、机开始降压启动。此时虽然中间继电器KA1线圈电路中KM1的常开辅助触头已闭合，但是KA1线仍无法通电，因为速度继电器BV的正转常开触头BV1尚未闭合。 当电动机转速上升到一定值时，BV的正转常开触头闭合，中间继电器KA1通电并自锁。这时由于KA1、KA3等中间继电器的常开触头均处于闭合状态，接触器KM3线圈通电，于是电阻R被短接，定子绕组直接加以额定电压，电动机转速上升到稳定的工作转速。在电动机正常运行的过程中，若是按下停止按钮SB1，则KA3、KM1、KM3三只线圈相继断电。由于此时电动机转子的惯性转速仍然很高，速度继电器的正转常开触头尚未复原，中间继电器KA1仍处于工作状态，因此接触器KM

10、1的常闭触头复位后，接触器KM2线圈通电，其常开主触头闭合，使定子绕组经电阻R获得反相序的三相交流电源，对电动机进行反接制动。转子速度迅速下降，当其转速小于100 r/min时，BV的正转常开触头恢复断开状态，KA1线圈断电，接触器KM2被释放，反接制动过程结束。 3.3.2 能耗制动控制电路 图3-18 用速度继电器控制的单向能耗制动控制线路 在电动机正常运行时，速度继电器BV的常开接点将闭合。若按下停止按钮SB1，则接触器KM1被释放，电动机脱离三相交流电源。由于电动机转子的惯性很高，因此速度继电器BV的常开触头仍然处于闭合状态。同时，接触器KM2线圈通电，直流电源经接触器KM2的主触头而

11、加入定子绕组。控制电路中KM2的常开接点保持自锁，使电动机进入能耗制动状态。当其转子的转速小于100 r/min时，速度继电器BV的常开触头断开接触器KM2线圈电路，电动机能耗制动结束。 能耗制动比反接制动消耗的能量少，其制动电流也比反接制动电流小。但能耗制动的制动效果不如反接制动明显，同时需要一个直流电源，控制线路相对比较复杂。通常能耗制动适用于电动机容量较大和启动、制动频繁的场合。 3.4 三相异步电动机的转速控制 根据三相异步电动机的转速公式： 得出三相异步电动机的调速可使用改变电动机定子绕组的磁极对数，改变电源频率或改变转差率的方式。改变转差率调速又可分为绕线转子电动机在转子电路中串接

12、电阻调速、绕线转子电动机串级调速、异步电动机交流调压调速等。 3.4.1 三相笼型电动机的变极调速 三相笼型电动机采用改变磁极对数调速。当改变定子极数时，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定。电动机变极调速的优点是，它既适用于恒功率负载，又适用于恒转矩负载，线路简单，维修方便；缺点是有级调速且价格昂贵。改变定子绕组极对数的方法有：(1) 装一套定子绕组，改变它的连接方式，得到不同的极对数。(2) 定子槽里装两套极对数不一样的独立绕组。 (3) 定子槽里装两套极对数不一样的独立绕组，而每套绕组本身又可以改变它的连接方式，得到不同的极对数。 图3-19 4/2极双

13、速异步电动机定子绕组接线图(a) 三角形连接；(b) 双星形连接 双速电动机用交流接触器连接出线端，以改变电动机转速的控制线路，如图3-20所示。 电动机以三角形启动，然后自动地将转速加快到双星形运转。当按下SB2时，时间继电器KT通电，KT的瞬时闭合常开触头立即闭合，使接触器KM1通电，将电动机定子绕组接成三角形启动，并通过中间继电器KA使时间继电器KT断电。经过一定时间后，KT的常开触头断开，接触器KM1断电，而使接触器KM2通电，电动机自动地从三角形变成双星形运转，完成了自动加速的过程。 图3-20 双速电动机控制线路 改常开3.4.2 异步电动机的变频调速 1变频调速的基本原理 改变异

14、步电动机的供电频率，即可平滑地调节同步转速，实现调速运行。变频调速是利用电动机的同步转速随频率变化的特性，通过改变电动机的供电频率进行调速的。在交流异步电动机的各种调速方法中，变频调速具有调速范围大，稳定性好，运行效率高的特点，已逐步得到推广及应用。通用变频器可以应用于普通的异步电动机调速控制。除此之外，还有高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器等。 由电动机理论可知，三相异步电动机定子每相电动势的有效值为 (3-1) 如果不计定子阻抗压降，则 (3-2) 由式(3-2)可见，若端电压U1不变，则随着f1的升高，气隙磁通将减小。又由转矩公式： (3-3) 可以看出，的减小势必会导致电动机允许

15、输出转矩的下降，降低电动机的出力。同时，电动机的最大转矩也将降低，严重时会使电动机堵转。若维持端电压不变而减小f1，则气隙磁通将增加。这就会使磁路饱和，励磁电流上升，导致铁损急剧增加，这也是不允许的。因此在许多场合，要求在调频的同时改变定子电压，以维持接近不变。保持为常数的恒磁通控制方式适用于调速范围较大的恒转矩性质的负载，例如升降机械、搅拌机、传送带等；保持为常数的恒功率控制方式适用于负载随转速的增高而变小的地方，例如主轴传动、卷绕机等。 2变频器的基本结构 图3-22 变频器的基本结构 通用变频器主要包括整流器、中间直流环节、逆变器和控制回路。 1) 整流器 电网侧的变流器是整流器，有可控整流桥和不可控整流桥两种。通用变频器大多采用不可控整流桥，它的作用是把三相交流整流成直流。 2) 逆变器 负载侧的变流器为逆变器。最常见的结构形式是利用六个开关器件组成的三相桥式逆变电路。 3 ) 中间直流环节 由于逆变器的