工业电气控制技术课件第5章电动机基本开环控制环节.ppt

1、第第5章章电动机基本开环控制环节电动机基本开环控制环节在工业、农业、交通运输等部门中，广泛使用在工业、农业、交通运输等部门中，广泛使用着各种生产机械，它们大都以电动机作为动力着各种生产机械，它们大都以电动机作为动力来进行拖动。来进行拖动。电动机是通过某种自动控制方式来进行控制的，电动机是通过某种自动控制方式来进行控制的，最常见最常见的是继电接触器自动控制系统，的是继电接触器自动控制系统，又称电又称电气控制。气控制。主要由继电器、接触器、按钮、行程开关等传统的主要由继电器、接触器、按钮、行程开关等传统的低压电器元件组成，以传统的测试方式为手段，以低压电器元件组成，以传统的测试方式为手段，以控制电

2、动机的起动、制动、换向、调速为主要内容。控制电动机的起动、制动、换向、调速为主要内容。这种系统具有结构简单、价格低廉、维护容易、抗这种系统具有结构简单、价格低廉、维护容易、抗干扰能力强等优点干扰能力强等优点，至今仍是机床和其他许多机械，至今仍是机床和其他许多机械设备广泛采用的基本电气控制形式，也是学习更先设备广泛采用的基本电气控制形式，也是学习更先进电气控制系统的基础。进电气控制系统的基础。缺点：是采用固定接线方式、功能简单、体积庞大、缺点：是采用固定接线方式、功能简单、体积庞大、灵活性差、工作频率低、触点易损坏、可靠性差。灵活性差、工作频率低、触点易损坏、可靠性差。继电接触器自动控制系统继电

3、接触器自动控制系统5.1 异步电动机基本控制电路异步电动机基本控制电路电动机的基本控制环节：电动机的基本控制环节：1.电动机的起动电动机的起动直接起动直接起动降压起动降压起动软起动软起动2.电动机的运行电动机的运行点动点动连续运行连续运行往返运行往返运行两地控制两地控制3.电动机的调速电动机的调速有级调速有级调速无级调速无级调速4.电动机的制动电动机的制动反接制动反接制动能耗制动能耗制动优点：它结构简单，制造方便，价格低廉，优点：它结构简单，制造方便，价格低廉，而且坚固耐用，惯量小，运行可靠，很少需而且坚固耐用，惯量小，运行可靠，很少需要维护，可用于恶劣环境等优点，在实际生要维护，可用于恶劣环

4、境等优点，在实际生产生活中得到广泛的应用。产生活中得到广泛的应用。5.1.1 鼠鼠笼式电动机直接起动笼式电动机直接起动控制控制 三相鼠笼异步电机三相鼠笼异步电机三相鼠笼异步电机全压起动控制电路三相鼠笼异步电机全压起动控制电路优点：起动简单。优点：起动简单。缺点：起动电流较大，将使用电线路电压下缺点：起动电流较大，将使用电线路电压下 降，影响临近负载正常工作。降，影响临近负载正常工作。适用电动机容量在适用电动机容量在10kW以下，并且电动机以下，并且电动机容量小于供电变压器容量的容量小于供电变压器容量的20的场合。的场合。三相鼠笼异步电动机的工作原理三相鼠笼异步电动机的工作原理三相鼠笼异步电机全

5、压起动的工作原理三相鼠笼异步电机全压起动的工作原理直接将三相对称交流电接入电动机的三相定直接将三相对称交流电接入电动机的三相定子绕组相应的出线端上。子绕组相应的出线端上。L1L2L3M3UVW 控制？控制？在低压电路中作为在低压电路中作为不频繁不频繁接接通和分断电路用，主要用来通和分断电路用，主要用来将电路与电源隔离将电路与电源隔离。M3UVWQS电路图中电器元件的触点均按电路图中电器元件的触点均按吸引线圈为断电、手柄置于零吸引线圈为断电、手柄置于零位、元件没有受外力作用时的位、元件没有受外力作用时的情况画出。情况画出。主要用于低压配电电主要用于低压配电电路路不频繁不频繁通断控制，通断控制，在

6、电路发生短路、过在电路发生短路、过载、欠压和漏电等故载、欠压和漏电等故障时能分断故障电路。障时能分断故障电路。M3UVWQF用来用来频繁频繁接通或断开电动机接通或断开电动机或其他设备的或其他设备的主电路主电路，每小，每小时可开闭好几百次。时可开闭好几百次。M3UVWQSKM主电路：传输能量的线路，流过电主电路：传输能量的线路，流过电气设备负载电流的电路，其导线用气设备负载电流的电路，其导线用加粗的实线表示，一般画在图面的加粗的实线表示，一般画在图面的左侧。左侧。M3UVWQSKM当 接 触 器 的 常 开 触 点当 接 触 器 的 常 开 触 点（KM）闭合电机接通电）闭合电机接通电源开始转动

7、；源开始转动；当 接 触 器 的 常 开 触 点当 接 触 器 的 常 开 触 点（KM）断开，电机停止）断开，电机停止运行。运行。控制电路控制电路M3UVWQSKM接触器的工作原理？接触器的工作原理？KM只要控制交流接触器线圈电路只要控制交流接触器线圈电路的通断就能控制电机的起停的通断就能控制电机的起停。控制电路：传送控制信号的线路，其控制电路：传送控制信号的线路，其导线用细实线表示，一般画在图面的导线用细实线表示，一般画在图面的右侧右侧。鼠鼠笼式电动机的笼式电动机的点动控制点动控制 M3UVWQSKMKMSB点动控制：通常用在电动机检修点动控制：通常用在电动机检修后试车或生产机械的位置调整

8、。后试车或生产机械的位置调整。连续运行控制连续运行控制M3UVWQSKMKMSBKM这种依靠接触器辅助触点使其线圈这种依靠接触器辅助触点使其线圈保持通电的作用称为保持通电的作用称为自锁自锁。起自锁作用的辅助触点称为自锁触起自锁作用的辅助触点称为自锁触点。点。SB0停止按钮停止按钮自锁触点自锁触点起动按钮起动按钮保护环节保护环节为了防止电机在故障状态以及超负为了防止电机在故障状态以及超负荷状态下运行，应在控制电路和主荷状态下运行，应在控制电路和主电路中加保护电器。电路中加保护电器。M3UVWQSKM发生短路事故发生短路事故短路保护短路保护KMSBKMSB0FU1FU2FU2当电动机在运行过程中长

9、期过载，当电动机在运行过程中长期过载，或发生断相故障使电动机电流超或发生断相故障使电动机电流超过额定值时。过额定值时。过载保护：过载保护：热继电器热继电器FR。M3UVWQSKM热继电器如何实现过载保护热继电器如何实现过载保护?FU1FRKMSBKMSB0FU2FU2FR还能消除由于电压恢复线路自起动而还能消除由于电压恢复线路自起动而产生的安全隐患。产生的安全隐患。当电源电压由于某种原因严重欠压（或失压）时。当电源电压由于某种原因严重欠压（或失压）时。M3UVWQSKMFU1FRKMSBKMSB0FU2FU2FR欠压保护欠压保护：是依靠接触器：是依靠接触器KM本身的本身的电磁机构来实现的（主电

10、路和控制电电磁机构来实现的（主电路和控制电路为同一电源）。路为同一电源）。1212点动和连续运行控制电路点动和连续运行控制电路KMSBKMSB0FU2FU2FR12既能实现连续运行又能实现点动的控制电路。既能实现连续运行又能实现点动的控制电路。方案方案1：转换开关转换开关SA（旋转操作）与自锁触点（旋转操作）与自锁触点KM串联。串联。解自锁解自锁SA方案方案2：使用一个复合按钮使用一个复合按钮SB2，操作，操作SB2实现点动控制。实现点动控制。KMSB1KMSB0FU2FU2FR12SB2复合按钮的动作顺序：按下复合按钮的动作顺序：按下SB2，先断常闭触头，解除先断常闭触头，解除控制电路的自锁

11、功能；后合常开触头，控制电路的自锁功能；后合常开触头，接通接通KM的线的线圈。圈。方案方案3：点动：使用中间继电器点动：使用中间继电器KA和控制按钮和控制按钮SB2。KMSB1KMSB0FU2FU2FR12KAKAKASB2鼠鼠笼式电动机两地控制笼式电动机两地控制KMSB2KMSB1FU2FU2FR12SB3SB4鼠笼式电动机正、反转控制鼠笼式电动机正、反转控制M3UVWQSKMFU1FRKMSBKMSB0FU2FU2FR1212电动机的转向与定子电流的相序有关。电动机的转向与定子电流的相序有关。主电路主电路M3UVWQSKM1FU1FRL1L2L3KM1控制电动机正转。控制电动机正转。KM2

12、KM2控制电动机反转。控制电动机反转。相序相序 L1 L2 L3正转正转 U V W反转反转 W V U不相连不相连相连相连控制电路控制电路KM1SB1KM1SB0FU2FU2FR12SB2KM2KM2KM2KM1如何保证在同如何保证在同一时间内只有一时间内只有一个接触器动一个接触器动作，以确保电作，以确保电源不会短路？源不会短路？实现的控制功能：正转实现的控制功能：正转 停停 反转反转电气互锁：两个接触器的常闭辅助触点起相互控制电气互锁：两个接触器的常闭辅助触点起相互控制作用作用，这两对起联锁作用的触点称为联锁触点。，这两对起联锁作用的触点称为联锁触点。利用两个接触器的常闭辅助触点起相互控制

13、作用，利用两个接触器的常闭辅助触点起相互控制作用，即当一个接触器线圈通电时，用其常闭辅助触点的即当一个接触器线圈通电时，用其常闭辅助触点的断开来锁住另一个电路，使另一个接触器不能通电。断开来锁住另一个电路，使另一个接触器不能通电。应用联锁后，可以保证在同一时间内只有一个接触应用联锁后，可以保证在同一时间内只有一个接触器动作，确保电源不会短路。器动作，确保电源不会短路。电气互锁电气互锁正转直接到反转的连续控制正转直接到反转的连续控制 机械互锁：机械互锁：采用复式按钮采用复式按钮，实现正转直接到反转的控制，实现正转直接到反转的控制KM1SB1KM1SB0FU2FU2FR12SB2KM2KM2KM2

14、KM1SB2SB1自动往返行程控制线路自动往返行程控制线路使用位置开关（如行程开关、接近开关）发出正、使用位置开关（如行程开关、接近开关）发出正、反转控制指令即可实现。反转控制指令即可实现。限位开关限位开关SQ2SQ1电动机正转电动机正转电动机反转电动机反转限位开关限位开关KM1SB1KM1SB0FU2FU2FR12SB2KM2KM2KM2KM1SB2SB1SQ1SQ1SQ2SQ25.1.2鼠笼式电动机的降压起动控制鼠笼式电动机的降压起动控制电动机在直接起动（即全压起动）过程中，最初起电动机在直接起动（即全压起动）过程中，最初起动电流为额定电流的动电流为额定电流的57倍。起动时过大的冲击电倍。

15、起动时过大的冲击电流对电动机本身和电网以及其他电气设备的正常运流对电动机本身和电网以及其他电气设备的正常运行都会造成不利影响。行都会造成不利影响。一方面使电动机自身起动转矩减小（电动机全压起一方面使电动机自身起动转矩减小（电动机全压起动转矩本身就不大）；动转矩本身就不大）；另一方面，由于导致电网电压降低而影响其他用电另一方面，由于导致电网电压降低而影响其他用电器的正常工作。器的正常工作。特别是较大容量的电动机需要采用降压起动。特别是较大容量的电动机需要采用降压起动。鼠笼式电动机鼠笼式电动机Y-D降压起动控制降压起动控制起动时，定子绕组首先接成起动时，定子绕组首先接成Y形；形；这种控制方式仅适用

16、于电动机正常运行时定子绕这种控制方式仅适用于电动机正常运行时定子绕组为组为D形接法。形接法。W2W1V2V1U1U2W2W1V2V1U1U2待转速达到额定值后，再将定子绕组换接成待转速达到额定值后，再将定子绕组换接成D形，形，电动机便进人全压正常运行。电动机便进人全压正常运行。W2W1V2V1U1U2定子绕组联接的换接控制定子绕组联接的换接控制KM2起动时先闭合起动时先闭合KM2定子绕组接定子绕组接成成Y，每相定子上的电压仅为额，每相定子上的电压仅为额定电压的定电压的 、而电网的电流、而电网的电流仅为全压直接起动时的仅为全压直接起动时的 ；3131113ZUI直接（直接（D）起动：）起动：线电

17、流：线电流：1111Y313ZUZUI降压（降压（Y）起动：）起动：线电流：线电流：经过一段时间的延时，当经过一段时间的延时，当电动机的转速接近额定转电动机的转速接近额定转速时，断开速时，断开KM2然后闭合然后闭合KM3，电动机的定子绕组，电动机的定子绕组接成正常运行时的接成正常运行时的D形形。KM3W2W1V2V1U1U2KM2星形三角形换接减压起动控制线路星形三角形换接减压起动控制线路缺点：缺点：KM2和和KM3是带电切换。是带电切换。鼠笼式电动机自耦降压起动控制鼠笼式电动机自耦降压起动控制采用自耦变压器降压起动的控制电路中，电动机采用自耦变压器降压起动的控制电路中，电动机起动电流的限制，

18、是依靠自耦变压器的降压作用起动电流的限制，是依靠自耦变压器的降压作用来实现的。来实现的。电动机起动时，定子绕组得到的电压是自耦变压器电动机起动时，定子绕组得到的电压是自耦变压器的二次电压。的二次电压。一旦起动结束，自耦变压器便被切除，额定电压或一旦起动结束，自耦变压器便被切除，额定电压或者说自耦变压器的一次电压直接加在定子绕组，这者说自耦变压器的一次电压直接加在定子绕组，这时电动机进入全电压正常运行。通常习惯称自耦变时电动机进入全电压正常运行。通常习惯称自耦变压器为起动补偿器。压器为起动补偿器。自耦变压器减压起动控制线路自耦变压器减压起动控制线路5.1.3 绕线式异步电动机的起动控制绕线式异步

19、电动机的起动控制三相绕线式异步电动机转子绕组可通过滑环串接合三相绕线式异步电动机转子绕组可通过滑环串接合适的起动电阻减小起动电流，提高转子电路的功率适的起动电阻减小起动电流，提高转子电路的功率因数和起动转矩。因数和起动转矩。一般在要求最初起动转矩较高的场合，绕线式异步一般在要求最初起动转矩较高的场合，绕线式异步电动机的应用非常广泛。例如桥式起重机、卷扬机电动机的应用非常广泛。例如桥式起重机、卷扬机的起动控制线路，就采用了绕线式异步电动机。的起动控制线路，就采用了绕线式异步电动机。控制的电路控制的电路KI1、KI2为欠电流继电器。为欠电流继电器。它们的吸合（衔铁）电流相同，均为电动机的最它们的吸

20、合（衔铁）电流相同，均为电动机的最初起动电流；初起动电流；而释放而释放（衔铁）（衔铁）电流调节成不同的大小，且电流调节成不同的大小，且KI1的释放电流大于的释放电流大于KI2的释放电流最小的释放电流最小。注意注意注意注意电动机重复短时工作时，常采用频敏变阻器与转子电动机重复短时工作时，常采用频敏变阻器与转子绕组直接串接的方式，不必用接触器等短接设备。绕组直接串接的方式，不必用接触器等短接设备。若是偶然起动电动机时，一般用一只接触器，起动若是偶然起动电动机时，一般用一只接触器，起动结束时；将频敏变阻器短接。结束时；将频敏变阻器短接。5.1.4鼠笼式异步电动机的软起动器控制鼠笼式异步电动机的软起动

21、器控制直接起动方式由于其对电网的巨大冲击、对负载设备直接起动方式由于其对电网的巨大冲击、对负载设备的损伤和对其它负荷的不利影响，在的损伤和对其它负荷的不利影响，在10kW以上电机以上电机已很少采用。已很少采用。Y-D起动由于对电机六出线的要求和低可靠性，一般起动由于对电机六出线的要求和低可靠性，一般只用于只用于4100kW的小功率电机。的小功率电机。自耦降压起动由于其实用性得到了广泛的应用，但它自耦降压起动由于其实用性得到了广泛的应用，但它对有色金属的大量耗费和落后的控制方式，如今在欧对有色金属的大量耗费和落后的控制方式，如今在欧美已遭淘汰，在国内市场也日益萎缩。美已遭淘汰，在国内市场也日益萎

22、缩。替代以上几种起动方式的正是日益流行的电子式替代以上几种起动方式的正是日益流行的电子式软起动器。软起动器。电子式软起动器是采用电力电子技术、自动化控制电子式软起动器是采用电力电子技术、自动化控制技术和微处理器技术而研制生产的新型控制设备。技术和微处理器技术而研制生产的新型控制设备。电子式软起动器电子式软起动器电子式软起动器的基本原理电子式软起动器的基本原理电子式软起动器的基本原理：是通过对功率器件即电子式软起动器的基本原理：是通过对功率器件即晶闸管的控制而实现对电机的起动控制，控制输出晶闸管的控制而实现对电机的起动控制，控制输出给电动机的电压从可整定的初始值经过可整定的斜给电动机的电压从可整

23、定的初始值经过可整定的斜率时间上升到供电电网全压。率时间上升到供电电网全压。从而降低对电机电源的容量要求，并减少对供电电从而降低对电机电源的容量要求，并减少对供电电网的影响和机械传动的冲击。网的影响和机械传动的冲击。当电机起动时，由当电机起动时，由电子电路控制晶闸电子电路控制晶闸管管GTO的导通角使的导通角使电机的端电压以设电机的端电压以设定的速度逐渐升高，定的速度逐渐升高，一至升到全电压。一至升到全电压。软起动过程完成后，三相旁路接触器软起动过程完成后，三相旁路接触器KM闭合，电闭合，电动机直接接入电网全压运行。动机直接接入电网全压运行。说明说明与传统起动设备相比，性能更可靠，使起动更平与传

24、统起动设备相比，性能更可靠，使起动更平滑，对电网冲击更小，此外还具有限流调节、软滑，对电网冲击更小，此外还具有限流调节、软停车、节能、智能通讯、智能保护等传统起动方停车、节能、智能通讯、智能保护等传统起动方式所没有的功能。式所没有的功能。如果是轻载，则在正常运行时，也可保持所需的如果是轻载，则在正常运行时，也可保持所需的较低端电压，使电机的功率因数升高，效率增大。较低端电压，使电机的功率因数升高，效率增大。在电机停机时，也通过控制晶闸管的导通角，使在电机停机时，也通过控制晶闸管的导通角，使电机端电压慢慢降低至电机端电压慢慢降低至0，从而实现软停机。，从而实现软停机。5.2 异步电动机的制动控制

25、电路异步电动机的制动控制电路 三相异步电动机从切断电源到安全停止旋转，由于三相异步电动机从切断电源到安全停止旋转，由于惯性的关系总要经过一段时间，这样就使得非生产惯性的关系总要经过一段时间，这样就使得非生产时间拖长，影响了劳动生产率，不能适应某些生产时间拖长，影响了劳动生产率，不能适应某些生产机械的工艺要求。机械的工艺要求。如万能铣床、卧式镗床、组合机床等，都要求能准如万能铣床、卧式镗床、组合机床等，都要求能准确定位和迅速停车，因此在实际生产中，为了保证确定位和迅速停车，因此在实际生产中，为了保证工作设备的可靠性和人身安全，为了实现快速、准工作设备的可靠性和人身安全，为了实现快速、准确停车，缩

26、短辅助时间，提高生产机械效率，对要确停车，缩短辅助时间，提高生产机械效率，对要求停转的电动机采取措施，强迫其迅速停车，这就求停转的电动机采取措施，强迫其迅速停车，这就叫叫“制动制动”。三相异步电动机的制动方法分为两类：电磁机械三相异步电动机的制动方法分为两类：电磁机械制动和电气制动。制动和电气制动。电磁机械制动是用电磁铁操纵机械装置来强迫电电磁机械制动是用电磁铁操纵机械装置来强迫电动机迅速停车，如电磁抱闸、电磁离合器。动机迅速停车，如电磁抱闸、电磁离合器。电气制动实质上是在电动机停车时，产生一个与电气制动实质上是在电动机停车时，产生一个与原来旋转方向相反的制动转矩，迫使电动机转速原来旋转方向相

27、反的制动转矩，迫使电动机转速迅速下降，如反接制动、能耗制动、反馈制动等。迅速下降，如反接制动、能耗制动、反馈制动等。实现制动的控制线路是多种多样的。实现制动的控制线路是多种多样的。本节仅介绍反接制动和能耗制动控制线路。本节仅介绍反接制动和能耗制动控制线路。5.2.1 反接制动控制反接制动控制由于反接制动是利用改变异步电动机定子绕组上由于反接制动是利用改变异步电动机定子绕组上三相电源的相序，使定子产生反向旋转的磁场，三相电源的相序，使定子产生反向旋转的磁场，从而产生制动力矩的一种制动方法。从而产生制动力矩的一种制动方法。显然，反接制动时，转子与旋转磁场的相对转速显然，反接制动时，转子与旋转磁场的

28、相对转速接近转子转速的两倍，因此，制动电流大，制动接近转子转速的两倍，因此，制动电流大，制动力矩大，制动迅速。但是这种方法对设备冲击也力矩大，制动迅速。但是这种方法对设备冲击也大，通常仅用于大，通常仅用于10kW以下的小容量电动机。以下的小容量电动机。为减小制动电流，通常要求在电动机定子为减小制动电流，通常要求在电动机定子电路中串接一定的电阻（称为反接制动电电路中串接一定的电阻（称为反接制动电阻）。阻）。串入的制动电阻既限制了制动电流，又限串入的制动电阻既限制了制动电流，又限制了制动转矩。制了制动转矩。另外，当反接制动使转子转速接近于零时，另外，当反接制动使转子转速接近于零时，必须及时切除电源

29、，以防止反向再起动。必须及时切除电源，以防止反向再起动。5.2.2 能耗制动控制能耗制动控制能耗制动就是在电动机脱离三相交流电源之后，定能耗制动就是在电动机脱离三相交流电源之后，定子绕组上加一个直流电压（即通入直流电流），利子绕组上加一个直流电压（即通入直流电流），利用转子感应电流与静止磁场的作用，在转速为零时用转子感应电流与静止磁场的作用，在转速为零时切除直流电源，以达到制动的目的。切除直流电源，以达到制动的目的。根据能耗制动时间控制原则，可用时间继电器进行根据能耗制动时间控制原则，可用时间继电器进行控制，也可以根据能耗制动速度原则，用速度继电控制，也可以根据能耗制动速度原则，用速度继电器进行控制。器进行控制。控制电路控制电路