第2章第2讲和第3讲-典型电气控制系统分析

现代电器与PLC技术第2章

第二讲讲解内容：2.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路2.4三相笼型异步电动机制动控制线路学习说明：本讲主要学习典型控制线路的设计与分析。重点掌握：降压起动控制电路：如星形—三角形降压启动线路等；制动控制线路：如三相笼型异步电动机反接制动控制电路；软启动器的使用。12.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路原因：容量大于10kW的笼型异步电动机直接起动时，起动冲击电流为额定值的4～7倍，故一般均需采用相应措施降低电压，即减小与电压成正比的电枢电流，从而在电路中不至于产生过大的电压降。方法：常用的降压起动方式有星形—三角形(Y-△)降压起动、定子电路串电阻降压起动和自耦变压器降压起动。22.3.1星形—三角形降压启动控制线路降压原理：丫一∆形的降压起动方法是，起动时将电动机定子绕组结成丫形，这时加在电动机每相绕组上的电压为电源电压额定值的，而其起动转矩为∆形连接直接起动转矩的1/3。起动电流降为∆形连接直接起动电流的1／3，作用:减小了起动电流对电网的影响。优点：在于星形起动电流只是原来三角形接法的1/3，起动电流特性好、结构简单、价格低。缺点：是起动转矩也相应下降为原来三角形接法的1/3，转矩特性差，因而本线路适用于电网电压380V，额定电压660V/380V，Y／∆接法的电动机轻载起动的场合。设计思想：按时间原则控制启动过程。定子绕组为三角形接法的电动机,启动时,将三角形接法的定子绕组接成星形,启动结束后,在将星形绕组接成三角形运行.降压启动的目的就是降低启动电流,采用这种方法启动,启动电流降低多上呢?3星形—三角形降压起动控制电路42.3.2定子串电阻降压启动控制线路降压原理：起动时将电动机定子绕组串上电阻，启动结束将电阻切除.作用:减小了起动电流对电网的影响。优点：控制线路简单；启动过程平滑；不受定子绕组的接法的限制。缺点：启动转矩下降大；电能损耗大。设计思想：按时间原则控制启动过程。52.3.2定子串电阻降压起动控制电路62.3.2定子串电阻降压起动控制电路(背)72.3.3自耦变压器降压启动控制线路降压原理：启动时利用自耦变压器降低加到电动机定子绕组上的电压，启动结束后将自耦变压器切除。作用:减小了起动电流对电网的影响。优点：优点：启动电流较小；不受定子绕组接法的限制。

缺点：启动设备体积大，笨重。价格高，维修不方便。设计思想：按时间原则控制启动过程。8图2-18自偶变压器减压起动控制线路M3~L1L2L3FUKM2KM1FRKTKM1KM3KM2KTFRSB1SB2KTKM3T((KTKM2KM2KM292.3.3、软启动器及其应用结构：1)三相交流调压电路2)控制电路控制原理：利用晶闸管的移相控制原理，通过控制晶闸管的导通角，改变输出电压，达到通过调压方式来控制启动电流和启动转矩的目的。1、软启动器的工作原理10电流负反馈的作用:*将主回路的电流反馈到控制回路，根据不同的启动方式，通过微处理器改变软启动器的输出电压，实现不同的启动特性。*通过电流负反馈，检测主回路的电流，对电动机和软启动器起到过载、缺相、断相、三相负荷不平衡、限制转矩和电流冲击等保护。*实时监测负载电流、电压、功率因数等。

2.3.3、软启动器及其应用（续）软启动器的特点：具有软启动和软停车功能，启动电流和启动转矩可调节，另外，还具有电动机过载保护等功能。112、软启动器的控制功能

斜坡升压启动方式

转矩控制及启动电流限制启动方式电压提升脉冲启动方式转矩控制软停车方式制动停车方式2.3.3、软启动器及其应用（续）121）斜坡升压启动方式

设定参数：

初始电压:

启动时间:特点：电动机电压线性逐渐增加，在设定时间内达到额定值。适用范围：一台软启动器控制多台电动机启动或电动机的功率远低于软启动器额定功率的应用场合。斜坡升压启动方式特性曲线:Uq0Uet1Ut0132）转矩控制及启动电流限制启动方式

参数设定：

启动初始力矩:

启动阶段力矩限幅:

力矩斜坡上升时间:

启动电流限幅:特点：启动时间短，启动过程平稳。在多种场合使用。转矩控制及启动电流限制启动特性曲线:nTIUt0t1143）电压提升脉冲启动方式

设定参数：

电压提升脉冲:

升压脉冲宽度:

特点：启动转矩大。适用于重载启动电压提升脉冲启动特性曲线：t0nUI154）转矩控制软停车方式参数设定：

电动机的减速时间:特点：停车时间可调节,减速平滑。

特性曲线:nTt0165）制动停车方式参数设定：

制动电流加入的幅值：

制动电流加入的时间：特点：该制动方式为能耗制动，制动迅速。特性曲线：nIL117

3、软启动器的应用举例

软启动器接线端子的作用：L1、L2、L3：软启动器主电源进线端T1、T2、T3：连接电动机的出线端A1、A2、B1、B2、C1、C2：启动结束短接可控硅C、400：软启动器控制电源进线端PL：软启动器为外部信号提供的+24V的电源L+：软启动器逻辑输出部分的外接输入电源STOP：接软停车信号RUN：接软启动信号

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STOP、RUN的接线方式：

三线制：脉冲型信号，直接与启动按钮和停止按钮相连。

两线制：高电平输入信号。

通信远程控制：PL与STOP端短接。软启动器内部输出继电器定义KF1：可编程输出继电器KF1的功能设置：故障继电器：软启动器控制电源接通。KF1的常开触点就闭合，当软启动器发生故障KF1常开触点断开。隔离继电器：软启动器接收到启动信号，KF1闭合，当软启动器软停车结束时，或在自由停车模式下接受到了停车信号或在软启动器发生故障时，KF1才断开。KF2：启动结束继电器KF2的功能：启动结束KF2闭合。软启动器出现故障或接收到停车信号KF2断开。

3、软启动器的应用举例（续）19

1）电动机单向运行、软启动、软停车或自由停车控制线路

KA1:隔离继电器；KA2：启动结束继电器QA0QA1QA2FA1FA2SF3QA1QA2KF1KF1KF2KF2SF2SF1图2-20202）单台软启动器启动多台电动机控制线路

KA1:隔离继电器；KA2：启动结束继电器

ABTAQBFAFA1FA2QA1QA11QA12QA21QA22BB1BB2KF1KF2C400L1L2L3T2T3T1STOPRUNPLL+SF5MA1MA2图2-21212）单台软启动器启动多台电动机控制线路

KA1:隔离继电器；KA2：启动结束继电器

BB1BB2SF1SF2SF11SF12SF21SF22QA1QA1QA11QA12QA21QA22KF3KF4KF5QA11QA21KF1KF2QA21QA22KF4KF3QA21QA11QA12KF4QA11KF3QA21QA11图2-21续22原因：三相异步电动机从切除电源到完全停止运转。由于惯性的关系，总要经过一段时间，这往往不能适应某些生产机械工艺的要求。如万能铣床、卧式镗床、电梯等，为提高生产效率及准确停位，要求电动机能迅速停车，对电动机进行制动控制。2.4三相笼型异步电动机制动控制电路方法：制动方法一般有两大类1.机械制动2.电气制动①反接制动②能耗制动23工作原理：改变异步电动机定子绕组中的三相电源相序，使定子绕组产生方向相反的旋转磁场，从而产生制动转矩，实现制动。反接制动要求在电动机转速接近零时及时切断反相序的电源，以防止电动机反向起动。2.4.1反接制动控制线路工作过程：当想要停车时，首先将三相电源切换，然后当电动机转速接近零时，再将三相电源切除。控制线路就是要实现这一过程。注意：电动机正在正方向运行时，如果把电源反接，电动机转速将由正转急速下降到零。如果反接电源不及时切除，则电动机又要从零速反向起动运行。如图2-22(a)、图2-22(b)所示为反接制动的控制线路。24（a）（b）图2-22电动机单向运行反接制动控制线路

如图2-21反接制动的控制线路。25图2-22(a)图有这样一个问题：在停车期间，如果为了调整工件，需要用手转动机床主轴时，速度继电器的转子也将随着转动，其常开触点闭合，KM2通电动作，电动机接通电源发生制动作用，不利于调整工作。存在问题与解决方案图2-22(b)图的反接制动线路解决了这个问题：控制线路中停止按钮使用了复合按钮SB1，并在其常开触点上并联了KM2的常开触点，使KM2能自锁。这样在用手转动电动机时，虽然KS的常开触点闭合，但只要不按复合按钮SB1，KM2就不会通电，电动机也就不会反接于电源，只有按下SB1，KM2才能通电，制动电路才能接通。注意：因电动机反接制动电流很大，故在主回路中串入电阻R，可防止制动时电动机绕组过热。26图2-23具有反接制动电阻的可逆运行反解制动控制线路27定义:能耗制动时，制动转矩随电动机的惯性转速下降而减小，因而制动平稳。这种制动方法将转子惯性转动的机械能转换成电能，又消耗在转子的制动上，所以称为能耗制动。能耗制动的制动转矩大小与通入直流电流的大小与电动机的转速n有关，同样转速，电流大，制动作用强。一般接入的直流电流为电动机空载电流的3~5倍，过大会烧坏电动机的定子绕组。电路采用在直流电源回路中串接可调电阻的方法，调节制动电流的大小。工作原理：

在三相电动机停车切断三相交流电源的同时，将一直流电源引入定子绕组，产生静止磁场。电动机转子由于惯性仍沿原方向转动，则转子在静止磁场中切割磁力线，产生一个与惯性转动方向相反的电磁转矩，实现对转子的制动。设计方案：1.单向运行能耗制动控制线路①按时间原则控制线路；②按速度原则控制线路。2.可逆运行能耗制动控制线路

2.4.2能耗制动控制线路281.单向运行能耗制动控制线路

(1)按时间原则控制线路。图2-24以时间原则控制的单向能耗制动线路29(2)按速度原则控制线路。图2-25以速度原则控制的单向能耗制动线路302.按时间原则控制的可逆运行能耗制动控制线路

图2-26以时间原则控制的可逆运行能耗制动线路31能耗制动与反接制动比较

反接制动时，制动电流很大，因此制动力矩大，制动效果显著，但在制动时有冲击，制动不平稳且能量消耗大。能耗制动与反接制动相比，制动平稳，准确，能量消耗少，但制动力矩较弱，特别在低速时制动效果差，并且还需提供直流电源。

在实际使用时，应根据设备的工作要求选用合适的制动方法。322.5三相异步电动机的调速控制线路改变生产机械工作速度的方法：机械调速:电动机的转速不变、利用变速器调速。电气调速:改变电动机的转速。电气调速的基本概念:电动机的转速：改变电动机转速的方法：1、改变极对数—变极调速2、改变转差率—串级调速3、改变电源频率—变频调速33变极调速的原理

(a)四极绕组展开图(b)二极绕组展开图(c)三角形—双星形转换(d)星形—双星形转换图2-24双速电机改变极对数的原理2.5三相异步电动机的调速控制线路（续）34

2.5三相异步电动机的调速控制线路（续）图2-2735

2.6变频调速与变频器的使用2.6.1变频调速的基本概念变频调速定义:改变电动机供电电压的频率实现对交流电动机的速度控制。变频调速的特点：连续改变标准电动机（如笼型异步电动机）的转速；通过电子回路改变电动机定子电源的相序，改变电动机的转速方向。2.6.2变频器的类型1.根据变流环节分类:交-----直----交变频器、交----交变频器2.根据直流电路的滤波方式分:电压型变频器、电流型变频器3.根据控制方式分:V/F控制、矢量控制4.根据输出电压调制方式分:PAM方式、PWM方式362.6变频调速与变频器的使用2.6.3交—直----交变频器的组成电源电动机