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三相异步电动机的点动控制

      点动正转控制线路是用按钮、接触器来控制电动机运转的最简单的正转控制线路。所谓点动控制是指:按下按钮,电动机就得电运转;松开按钮,电动机就失电停转。

     典型的三相异步电动机的点动控制电气原理图如图3-1(a)所示。点动正转控制线路是由转换开关QS、熔断器FU、启动按钮SB、接触器KM及电动机M组成。其中以转换开关QS作电源隔离开关,熔断器FU作短路保护,按钮SB控制接触器KM的线圈得电、失电,接触器KM的主触头控制电动机M的启动与停止。

     点动控制原理:当电动机需要点动时,先合上转换开关QS,此时电动机M尚未接通电源。按下启动按钮SB,接触器KM的线圈得电,带动接触器KM的三对主触头闭合,电动机M便接通电源启动运转。当电动机需要停转时,只要松开启动按钮SB,使接触器KM的线圈失电,带动接触器KM的三对主触头恢复断开,电动机M失电停转。在生产实际应用中,电动机的点动控制电路使用非常广泛,把启动按钮SB换成压力接点、限位节点、水位接点等,就可以实现各种各样的自动控制电路,控制小型电动机的自动运行。

2.三相异步电动机的自锁控制

  三相异步电动机的自锁控制线路如图3-2所示,和点动控制的主电路大致相同,但在控制电路中又串接了一个停止按钮SB1,在启动按钮SB2的两端并接了接触器KM的一对常开辅助触头。接触器自锁正转控制线路不但能使电动机连续运转,而且还有一个重要的特点,就是具有欠压和失压保护作用。它主要由按钮开关SB(起停电动机使用)、交流接触器KM(用做接通和切断电动机的电源以及失压和欠压保护等)、热继电器(用做电动机的过载保护)等组成。

    欠压保护:“欠压”是指线路电压低于电动机应加的额定电压。“欠压保护”是指当线路电压下降到某一数值时,电动机能自动脱离电源电压停转,避免电动机在欠压下运行的一种保护。因为当线路电压下降时,电动机的转矩随之减小,电动机的转速也随之降低,从而使电动机的工作电流增大,影响电动机的正常运行,电压下降严重时还会引起“堵转”(即

电动机接通电源但不转动)的现象,以致损坏电动机。采用接触器自锁正转控制线路就可避免电动机欠压运行,这是因为当线路电压下降到一定值(一般指低于额定电压85%以下)时,

      接触器线圈两端的电压也同样下降到一定值,从而使接触器线圈磁通减弱,产生的电磁吸力减小。当电磁吸力减小到小于反作用弹簧的拉力时,动铁心被迫释放,带动主触头、自锁触头同时断开,自动切断主电路和控制电路,电动机失电停转,达到欠压保护的目的。

      失压保护:失压保护是指电动机在正常运行中,由于外界某中原因引起突然断电时,能自动切断电动机电源。当重新供电时,保证电动机不能自行启动,避免造成设备和人身伤亡事故。采用接触器自锁控制线路,由于接触器自锁触头和主触头在电源断电时已经断开,使控制电路和主电路都不能接通。所以在电源恢复供电时,电动机就不能自行启动运转,保证了人身和设备的安全。

     控制原理:当按下启动按钮SB2后,电源U1相通过热继电器FR动断接点、停止按钮SB1的动断接点、启动按钮SB2动合接点及交流接触器KM的线圈接通电源V1相,使交流接触器线圈带电而动作,其主触头闭合使电动机转动。同时,交流接触器KM的常开辅助触头短接了启动按钮SB2的动合接点,保持交流接触器线圈始终处于带电状态,这就是所谓的自锁(自保)。与启动按钮SB2并联起自锁作用的常开辅助触头称为自锁触头(或自保触头)。

3.三相异步电动机的正反转控制

    三相异步电动机接触器联锁的正反转控制的电气原理图如图3-4所示。线路中采用了两个接触器,即正转用的接触器KM1和反转用的接触器KM2,它们分别由正转按钮SB2和反转按钮SB3控制。这两个接触器的主触头所接通的电源相序不同,KM1按L1—L2—L3相序接线,KM2则对调了两相的相序。控制电路有两条,一条由按钮SB2和KM1线圈等组成的正转控制电路;另一条由按钮SB3和KM2线圈等组成的反转控制电路。

      控制原理:当按下正转启动按钮SB2后,电源相通过热继电器FR的动断接点、停止按钮SB1的动断接点、正转启动按钮SB2的动合接点、反转交流接触器KM2的常闭辅助触头、正转交流接触器线圈KM1,使正转接触器KM1带电而动作,其主触头闭合使电动机正向转动运行,并通过接触器KM1的常开辅助触头自保持运行。反转启动过程与上面相似,只是接触器KM2动作后,调换了两根电源线U、W相(即改变电源相序),从而达到反转目的。

     互锁原理:接触器KM1和KM2的主触头决不允许同时闭合,否则造成两相电源短路事故。为了保证一个接触器得电动作时,另一个接触器不能得电动作,以避免电源的相间短路,就在正转控制电路中串接了反转接触器KM2的常闭辅助触头,而在反转控制电路中串接了正转接触器KM1的常闭辅助触头。当接触器KM1得电动作时,串在反转控制电路中的KM1的常闭触头分断,切断了反转控制电路,保证了KM1主触头闭合时,KM2的主触头不能闭合。同样,当接触器KM2得电动作时, KM2的常闭触头分断,切断了正转控制电路,可靠地避免了两相电源短路事故的发生。这种在一个接触器得电动作时,通过其常闭辅助触头使另一个接触器不能得电动作的作用叫联锁(或互锁)。实现联锁作用的常闭触头称为联锁触头(或互锁触头)。

4、三相异步电动机的Y—Δ起动控制

(1)Y—Δ起动自动控制

图3-5 三相异步电动机Y—Δ降压启动控制线路图

三相异步电动机的Y—Δ起动自动控制如图3-5所示。

主要元器件介绍:

a.起动按钮(SB2)。手动按钮开关,可控制电动机的起动运行。

b.停止按钮(SB1)。手动按钮开关,可控制电动机的停止运行。

c.主交流接触器(KM1)。电动机主运行回路用接触器,起动时通过电动机起动电流,运行时通过正常运行的线电流。

d.Y形连接的交流接触器(KM3)。用于电动机起动时作Y形连接的交流接触器,起动时通过Y形连接降压起动的线电流,起动结束后停止工作。

e.Δ形连接的交流接触器(KM2)。用于电动机起动结束后恢复Δ形连接作正常运行的接触器,通过绕组正常运行的相电流。

f.时间继电器(KT)。控制Y—Δ变换起动的起动过程时间(电机起动时间),即电动机从起动开始到额定转速及运行正常后所需的时间。

g.热继电器(或电机保护器FR)。热继电器主要设置有三相电动机的过负荷保护;电机保护器主要设置有三相电动机的过负荷保护、断相保护、短路保护和平横保护等。

控制原理:三相异步电动机Y—Δ转换启动的控制原理大致如下:

a.按下启动按钮SB2后,电源通过热继电器FR的动断接点、停止按钮SB1的动断接点、Δ形连接交流接触器KM2常闭辅助触头,接通时间继电器KT的线圈使其动作并延时开始。此时时间继电器KT虽已动作,接点应断开,但其延时接点是瞬间闭合延时断开的(延时结束后断开),同时通过此KT延时接点去接通Y形连接的交流接触器KM3的线圈回路,则交流接触器KM3带电动作,其主触头去接通三相绕组,使电动机处于Y形连接的运行状态;KM3辅助常开触头闭合去接通主交流接触器KM1的线圈。

b.主交流接触器KM1带电启动后,其辅助触头进行自保持功能(自锁功能);而KM1的主触头闭合去接通三相交流电源,此时电动机启动过程开始。c.当时间继电器KT延时断开接点(动断接点)KT的时间达到(或延时到)电动机启动过程结束时间后,时间继电器KT接点随即断开。

d.时间继电器KT接点断开后,则交流接触器KM3失电。KM3主触头切断电动机绕组的Y形连接回路;同时接触器KM3的常闭辅助触头闭合,去接通Δ形连接交流接触器KM2的线圈电源。

e.当交流接触器KM2动作后,其主触头闭合,使电动机正常运行于Δ形连接状态;而KM2的常闭辅助触头断开使时间继电器KT线圈失电,并对交流接触器KM3联锁。电动机处于正常运行状态。f.启动过程结束后,电动机按Δ形连接正常运行。

(2)Y—Δ起动手动控制

图3-6 三相异步电动机Y—Δ降压启动接线图

Y—Δ起动手动控制接线如图3-6所示。图中手动控制开关SA有两个位置,分别是电动机定子绕组星形和三角形连接。线路动作原理为:起动时,将开关SA置于“起动”位置,电动机定子绕组被接成星形降压起动,当电动机转速上升到一定值后,再将开关SA置于“运行”位置,使电动机定子绕组接成三角形,电动机全压运行。

5. 三相异步电动机的自偶降压起动

(1)电动机自耦降压启动(自动控制接线图)

图3-7 电动机自耦降压起动接线图

图3-7 是交流电动机自耦降压启动自动切换控制接线图,自动切换靠时间继电器完成,用时间继电器切换能可靠地完成由启动到运行的转换过程,不会造成启动时间的长短不一的情况,也不会因启动时间长造成烧毁自耦变压器事故

控制过程如下:

a、合上空气开关QF接通三相电源。

b、按启动按钮SB2交流接触器KM1线圈通电吸合并自锁,其主触头闭合,将自耦变压器线圈接成星形,与此同时由于KM1辅助常开触点闭合,使得接触器KM2线圈通电吸合,KM2的主触头闭合由自耦变压器的低压低压抽头(例如65%)将三相电压的65%接入电动。

c、KM1辅助常开触点闭合,使时间继电器KT线圈通电,并按已整定好的时间开始计时,当时间到达后,KT的延时常开触点闭合,使中间继电器KA线圈通电吸合并自锁。

d、由于KA线圈通电,其常闭触点断开使KM1线圈断电,KM1常开触点全部释放,主触头断开,使自耦变压器线圈封星端打开;同时 KM2线圈断电,其主触头断开,切断自耦变压器电源。KA的常闭触点闭合,通过KM1已经复位的常闭触点,使KM3线圈得电吸合,KM3主触头接通电动机在全压下运行。

e、KM1的常开触点断开也使时间继电器KT线圈断电,其延时闭合触点释放,也保证了在电动机启动任务完成后,使时间继电器KT可处于断电状态。

f、欲停车时,可按SB1则控制回路全部断电,电动机切除电源而停转。

g、电动机的过载保护由热继电器FR完成。

(2)电动机自耦降压启动(手动控制接线)

图3-8 电动机自耦降压起动接线图

自耦变压器降压起动手动控制接线如图3—8所示,图中操作手柄有三个位置:“停止”、“起动”和“运行”。操作机构中设有机械连锁机构,它使得操作手柄未经“起动”位置就不可能扳到“运行”位置,保证了电动机必须先经过起动阶段以后才能投入运行。

动作原理为:当操作手柄置于“停止”位置时,所有的动、静触点都断开,电动机定子绕组断电,停止转动。当操作手柄向上推至“起动”位置时,起动触点和中性触点同时闭合,电流经起动触点流入自耦变压器,再由自耦变压器的65%(或85%)抽头处输出到电动机的定子绕组,使定子绕组降压起动。随着起动的进行,当转子转速升高到接近额定转速附近时,可将操作手柄扳到“运行”位置,此时起动工作结束,电动机定子绕组得到电网额定电压,电动机全压运行。

停止时须按下SB按钮,使失压脱扣器的线圈断电而造成衔铁释放,通过机械脱扣装置将运行触点断开,切断电源。同时也使手柄自动跳回到“停止”位置,为下一次起动作准备。

自耦变压器备有65%和85%两挡电压抽头,出厂时接在65%抽头上,可根据电动机的负载情况选择不同的起动电压。自耦变压器只在起动过程中短时工作,在起动完毕后应从电源中切除。

6. 三相绕线式异步电动机转子串电阻起动

三相绕线式电动机转子串电阻启动接线如图3—9所示。

3—9 三相绕线式电动机转子串电阻启动接线图

主要元器件介绍

一次部分从上到下依次

a、L1.L2.L3,电源;

b、Q,隔离开关,一般按电机额定电流的1.5—2倍选择;

c、FU1,主保险,般按电机额定电流的1.5倍选择,(当Q采用空气开关等有过载、短路保护的开关时,不用);

d、KM1,主接触器,一般按电机额定电流的2倍选择;

e、热继电器,(当Q采用空气开关等有过载、短路保护的开关时,不用);

f、M、电动机,一般是大容量的电动机才采用转子串电阻启动7、R1.R2.R3等,启动电阻,组成限流电阻箱;

g、KM2、KM3、KM4等,启动接触器常开触点.

二次部分:从上到下依次

a、FU2,二次保险(5—10A);

b、SB1,停止按钮;

c、SB3,启动按扭;

d、KM1.KM2.KM3.KM4等,接触器线圈、常开或常闭触点;

e、KT1.KT2.KT3等,时间继电器的线圈、触点。

f、接线端子排。

7、三相异步电动机的软启动器

图3—10软启动器外形图

图3—11 软启动器主接线图

软启动器的外型如图3—10所示,主接线如图3—11所示。

软启动器的工作原理:控制其内部晶闸管的导通角,使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升,直至起动结束,赋予电机全电压,即为软起动,在软起动过程中,电机起动转矩逐渐增加,转速也逐渐增加。软起动结束,旁路接触器闭合,使软起动器退出运行,直至停车时,再次投入,这样即延长了软起动器的寿命,又使电网避免了谐波污染,还可减少软起动器中的晶闸管发热损耗。

软启动器内部结构虽然复杂,但使用却十分方便,用户只需接入电源,接出输出,操作按钮即可。

用软启动器运行时不工作的特点,还可以实现一台软启动器启动多台电动机。

图3—12 软启动器的一拖二示意图

工作原理

(1) 启动过程:首先选择一台电动机在软启动器拖动下按所选定的启动方式逐渐提升输出电压,达到工频电压后,旁路接触器接通。然后,软启动器从该回路中切除,去启动下一台电机。

(2) 停止过程:先启动软启动器与旁路接触器并联运行,然后切除旁路,最后软启动器按所选定的停车方式逐渐降低输出电压直到停止。 三台以上以此类推……

8、变频器

变频器具有调压、调频、稳压、调速等基本功能,应用了现代的科学技术,价格昂贵但性能良好,内部结构复杂但使用简单,所以不只是用于启动电动机,而是广泛的应用到各个领域,各种各样的功率、各种各样的外形、各种各样的体积、各种各样的用途等都有。随着技术的发展,成本的降低,变频器一定还会得到更广泛的应用。


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