電力拖動論文

1、 電動機基本控制線路 摘要： 近年來，隨著電子技術和控制理論的不斷發(fā)展，相續(xù)出現(xiàn)了順序控制，可編程無觸點斷續(xù)控制，采樣控制等多種控制方式。而我的這篇論文則介紹的就是電力拖動在我們生活中和一般工作生產(chǎn)中常用的一些線路控制，它主要利用電動機拖動生產(chǎn)機械的工作機構，使之運轉(zhuǎn)。由于電力在生產(chǎn)，傳輸，分配，使用和控制方面的優(yōu)越性，使得電力拖動具有方便，經(jīng)濟，效率高，調(diào)節(jié)性能好，易于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化等優(yōu)點，所以電力控制系統(tǒng)獲得了廣泛的應用。目前在日常生活中使用的電風扇，洗衣機等家用電器，再生產(chǎn)中大量使用的各種各樣的生產(chǎn)機械，如車床，鉆床，造紙機，軋鋼機等，都采用的是電力拖動。關鍵詞：異步電動機 三相異步

2、電動機 接觸器一，序言電力拖動是指電動機拖動生產(chǎn)機械的工作機構，使之運轉(zhuǎn)的一種方法，它在日常生活中和生產(chǎn)中都得到充分的應用和發(fā)展。電力拖動系統(tǒng)一般有四個子系統(tǒng)組成，它們的關系可簡單表示為：電 源控制設備電動機傳動機構電源是電動機和控制設備的能源，分為交流電源和直流電源?？刂圃O備是用來控制電動機的運轉(zhuǎn)，有各種控制電動機，電器，自動化元件及工業(yè)控制計算機組成。電動機是生產(chǎn)機械的原動機，將電能轉(zhuǎn)化成機械能，分為交流電動機和直流電動機。傳動機構是在電動機和工作機構之間傳送動力的機構。如速箱，聯(lián)軸器，傳動器等。按電動機拖動系統(tǒng)中電動機的組合數(shù)量分，電力拖動的發(fā)展過程經(jīng)歷了成組拖動，單電動機拖動和多電動機

3、拖動三個階段。從電力拖動的控制方式來分，可分為斷續(xù)控制系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)兩種。在電力拖動發(fā)展的不同階段兩種拖動方式占有不同的地位，且呈現(xiàn)交替發(fā)展的趨勢。隨著電力拖動的出現(xiàn)。最早產(chǎn)生的是手動控制電器控制電動機運轉(zhuǎn)的手動斷續(xù)控制方式。隨后逐步發(fā)展為有繼電器，接觸器和主令電器等組成的繼電接觸式有觸點斷續(xù)控制方式。這種控制系統(tǒng)結(jié)構簡單，工作穩(wěn)定，成本低，維護方便，不僅可以方便地實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，而且可實現(xiàn)集中控制和遠距離控制，所以目前生產(chǎn)機械仍廣泛使用。但這種控制僅有通和斷，這兩種狀態(tài)，其控制是斷續(xù)的，即只能控制信號的有無，而不能連續(xù)控制信號的變化。為了適應控制信號連續(xù)變化的場合，又出現(xiàn)了直流電動機

4、連續(xù)控制。這種控制方式可充分利用直流電動機調(diào)速性能好的優(yōu)點，得到高精度，寬度范圍的平滑調(diào)速系統(tǒng)。近年來，隨著電子技術和控制理論的不斷發(fā)展，相續(xù)出現(xiàn)了順序控制，可編程無觸點斷續(xù)控制，采樣控制等多種控制方式。在電動機調(diào)速方面，已形成了電子功率器件與自動控制相結(jié)合的領域。不但晶閘管-直流電動機調(diào)速系統(tǒng)得到了廣泛應用，而且交流變頻調(diào)速技術發(fā)展迅速，在許多領域交流電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)有取代晶閘管-直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的趨勢。二，電動機基本控制線路的構成 2-1刀開關刀開關的種類很多，在電力拖動控制線路中最常用的是由刀開關和熔斷器組合而成的負荷開關。負荷開關分為開啟式負荷開關和封閉式負荷開關兩種。開啟式負荷開

5、關，簡稱閘刀開關。生產(chǎn)中常用的是HK系列開啟式負荷開關，適用于照明、電熱設備及小容量電動機控制線路中，供手動頻繁地接通和分斷電路，并起短路保護。開啟式負荷開關的結(jié)構簡單，價格便宜，在一般的照明電路和功率小于5.5KW的電動機控制線路中被廣泛采用。 封閉式負荷開關是在開啟式負荷開關的基礎上改進設計的一種開關。其滅弧性能、操作性能、通斷能力和安全防護性能都優(yōu)于開啟式負荷開關。因其外殼多為鑄鐵或用薄鋼板沖壓而成，故俗稱鐵殼開關?？捎糜谑謩硬皇穷l繁的接通和斷開帶負載的電路以及作為線路末端的短路保護，也可用于控制15KW以下的交流電動機不頻繁的直接啟動和停止。2-2組合開關 組合開關又叫轉(zhuǎn)換開關，它體積

6、小，觸頭對數(shù)多，接線方式靈活，操作方便，常用于交流50Hz、380V以下及直流220V以下的電氣線路中，供手動不是頻繁的接通和斷開電路、換電源和負載以及控制5KW以下小容量異步電動機的啟 動、停止和正反轉(zhuǎn)。組合開關中，有一類是專為控制小容量三相異步電動機的正反轉(zhuǎn)而設計生產(chǎn)的，如Z3-132型組合開關，俗稱倒順開關或可逆轉(zhuǎn)換開關。 組合開關應根據(jù)電源種類、電壓等級、所需觸頭數(shù)、接線方式和負載容量進行選用。用于直接控制異步電動機的啟用和正、反轉(zhuǎn)時，開關的額定電流一般取電動機額定電流的1.52.5倍。 2-3低壓斷路器 低壓斷路器又叫自動空氣開關或自動空氣斷路器，可簡稱斷路器。是低壓配電網(wǎng)絡和電力拖

7、動系統(tǒng)中常用的一種配電電器，集控制和多種保護功能于一體，在正常情況下可用于不頻繁地接通和斷開電路以及控制電動機的運行。當電力中發(fā)生短路、過載，失電壓等故障時，能自動切斷故障電路，保護線路和電氣設備。低壓斷路器具有操作安全、更換使用方便、工作可靠、動作值可調(diào)、分析能力較高、兼顧多種保護、動作后不需要更換元件等優(yōu)點，因此得到廣泛應用。2-4熔斷器 熔斷器是低壓配電網(wǎng)絡和電力拖動系統(tǒng)中主要用作短路保護的電器。使用時串聯(lián)在被保護的電路中，當電路發(fā)生短路故障，通過熔斷器的直流達到或超過某一規(guī)定值時，以其自身動作可靠、使用維護方便等優(yōu)點，因此得到廣泛應用。熔斷器按結(jié)構形式分為半封閉插入式、無填料封閉管式和

8、自復式四類。2-5接觸器接觸器是一種自動的電磁式開關，適用于遠距離頻繁地接通或斷開交直流主電路及大容量控制電路。其主要控制對象是電動機，也可用于控制其他負載，如電熱設備，電焊機以及電容器組等。它不僅能實現(xiàn)遠距離自動操作和欠電壓釋放保護功能，而且具有控制容量大、工作可靠、操作頻率高、使用壽命長等優(yōu)點，因而在電力拖動系統(tǒng)中得到廣泛應用。接觸器按主觸頭通過的電流種類，分為交流接觸器和直流接觸器兩種。1.交流接觸器的種類很多，目前常用的有我國自行設計生產(chǎn)的CJ0、CJ10和CJ20等系列以及引進國外先進技術生產(chǎn)的B系列、3TB系列等。另外，各種新型接觸器，如真空接觸器、固體接觸器等在電力拖動系統(tǒng)中也逐

9、步得到推廣和應用。 交流接觸器主要由電磁系統(tǒng)、觸頭系統(tǒng)、滅弧裝置及輔助部件等組成。它的工作原理是當接觸器的線圈通電后，線圈中流過的電流產(chǎn)生磁場，使鐵心產(chǎn)生足夠大的吸力，克服反作用彈簧的反作用力，江銜鐵吸合，通過傳動機構帶動三對主觸頭和輔助常開觸頭閉合，輔助常閉出頭斷開。當接觸器線圈斷電或電壓顯著下降時，由于電磁吸力消失或過小，銜鐵在反作用彈簧力的作用下復位，帶動各觸頭恢復到原始狀態(tài)。 2.直流接觸器是用于遠距離接通和分斷直流電路及頻繁地操作和控制直流電動機的一種自動控制電器。其結(jié)構及工作原理與交流接觸器基本相同，但也有一些區(qū)別。直流接觸器主要由電磁系統(tǒng)、觸頭系統(tǒng)和滅弧裝置組成。2-6繼電器繼電

10、器是一種根據(jù)輸入信號（電量或非電量）的變化，接通或斷開小電流電路，實現(xiàn)自動控制和保護電力拖動裝置的電器。一般情況下不直接控制電流較大的主電路，而是通過接觸器或其他電器對主電路進行控制。同接觸器相比，繼電器具有觸頭分斷能力小、結(jié)構簡單、體積小、重量輕、反應靈敏、動作準確、工作可靠等特點。繼電器主要由感測機構、中間機構和執(zhí)行機構三部分組成。感測機構把感測到的電量或非電量傳遞給中間機構，并將它與預定值（整定值）相比較，當達到預定值時，中間機構便使執(zhí)行機構動作，從而接通或斷開電路。熱繼電器是繼電器的其中一種，它是利用流過繼電器的電流所產(chǎn)生的熱效應而反時限動作的繼電器。所謂反時限動作，是指電器的延時動作

11、時間隨著通過電路電流的增加而縮短。熱繼電器主要用于電動機的過載保護、斷相保護、電流不平衡運行的保護及其他電氣設備發(fā)熱狀態(tài)的控制。三，電動機基本控制線路3-1三相異步電動機的正反轉(zhuǎn)控制線路在生產(chǎn)過程中，往往要求電動機能夠?qū)崿F(xiàn)正反兩個方向轉(zhuǎn)動，如起重機吊鉤上升與下降，機床工作臺的前進與后退。由于三相異步電動機的工作原理我們可以知道，只要把電動機的三相電源進線中的任意兩相對掉，就可以改變電動機的轉(zhuǎn)向。所以正反轉(zhuǎn)控制電路的實質(zhì)上兩個方向相反的單相運行電路，為了避免誤操作引起電源短路，必須在這兩個相反方向的單向運行電路中加設必要的互鎖按照電動機可逆運行操作順序的不同，就有了“正-停-反”和“正-反-?！?/p>

12、兩種控制電路。3-2位置控制和自動往返控制線路位置控制的實現(xiàn)主要靠位置開關來完成，位置開關又稱行程開關或限位開關，可將機械信號轉(zhuǎn)換為電信號，以實現(xiàn)對機械運動的控制。位置開關的作用是根據(jù)運動部件的位置而切換的電器，能實現(xiàn)運動部件極限位置的保護。它的作用原理與按鈕類似，利用生產(chǎn)機械運動部件的碰壓使其觸頭動作，從而將機械信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。它的結(jié)構主要由觸頭系統(tǒng)、操作機構和外殼組成。行程開關按其結(jié)構可分為直動式、滾輪式和微動式三種。行程開關動作后，復位方式有自動和非自動兩種。其工作原理是當運動機械擋鐵壓到滾輪上時，杠桿連同轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動，并推動撞塊。當撞塊被壓倒一定位置時，推動微動開關動作，使常開觸頭分

13、斷，常閉觸頭閉合當運動機械的擋鐵離開后，復位彈簧使行程開關各部位部件恢復常態(tài)。而自動往返線路就是將正反轉(zhuǎn)里面的按鈕用行程開關來代替，從而形成極限位置限制。在生產(chǎn)過程中各種機床生產(chǎn)過程中經(jīng)常要求生產(chǎn)機械運動部件在一定范圍為內(nèi)自動往返循環(huán)等，這種控制要求需要行程開關來實現(xiàn)。例如：搖臂鉆床、躺床、萬能銑床和各種自動或半自動等等。 3-3順序控制和多地控制線路 在實際生產(chǎn)過程中，對異步電動機的控制經(jīng)常會提出很多要求，除自鎖、互鎖、等環(huán)節(jié)的控制外，順序控制環(huán)節(jié)也是其中重要的一種。例如，有時要求幾臺電機配合工作或一臺電動機有規(guī)律地完成多個動作，按照這些要求實現(xiàn)的控制叫做延時控制（順序控制）。 延時控制線路

14、如圖1所示。在線路中有兩臺異步電動機，而用兩只交流接觸器KM1、KM2來控制其轉(zhuǎn)動。當按下SB2按鈕，KM1的線圈加電，常開觸頭閉合，第一臺電動機開始轉(zhuǎn)動；同時時間繼電器KT加電。經(jīng)過一段時間后，KT的觸頭閉合，KM2的線圈加電，常開觸頭閉合，第二臺電動機也開始轉(zhuǎn)動即延時控制。當按下SB1時兩臺電動機同時停止轉(zhuǎn)動。三相異步電動機多地控制就是用多個控制元件在不同地點對同一電動機進行控制的線路。其特點是：操作人員能夠在不同的兩地對電動機M進行啟動、停止的控制。當按下電動機M的啟動按鈕SB1或SB2時，電動機M就啟動運轉(zhuǎn)；當按下停止按鈕SB3或SB4時，電動機M就停止。 3-4三相異步電動機的降壓啟

15、動控制線路首先來了解下什么是全壓啟動什么是降壓啟動，全壓啟動啟動時加在電動機定子繞組上的電壓為電動機的額定電壓。降壓啟動利用啟動設備將電壓適當降低后，加到電動機的定子繞組上進行啟動，待電動機啟動運轉(zhuǎn)后，再使其電壓恢復到額定電壓正常運轉(zhuǎn)。降壓啟動可以有三種方法來實現(xiàn)第一種就是定子繞組串接電阻來實現(xiàn)降壓啟動時，在電動機的定子繞組上串聯(lián)電阻，由于電阻的分壓作用，使加在電動機的定子繞組上的電壓低于電源電壓，待啟動后，再將電阻短接，電動機便在額定電壓下正常運行。第二種是自耦變壓器降壓啟動控制線路，自耦變壓器降壓啟動是在電動機啟動時利用自耦變壓器來降低加在電動機定子繞組上的啟動電壓。待電動機啟動后，再使電

16、動機與自耦變壓器脫離，從而在全壓下正常運行。第三種就是Y降壓啟動控制線路，電動機啟動時，把電動機的定子繞組接成星形，電動機定子繞組電壓低于電源電壓起動，啟動即將完畢時再恢復成三角形，電動機便在額定電壓下正常運行。第四種就是延邊降壓啟動控制線路，啟動時，把定子三相繞組的一部分聯(lián)接成三角形，另一部分聯(lián)接成星形，每相繞組上所承受的電壓，比三角形聯(lián)接時的相電壓要低，比星形聯(lián)接時的相電壓要高，電動機延邊三角形降壓啟動，待電動機啟動運轉(zhuǎn)后，再將繞組聯(lián)接三角形，全壓運行。第五種是固態(tài)啟動器主要特點是全數(shù)字自動控制，啟動電流小，啟動轉(zhuǎn)矩大、平穩(wěn)，啟動參數(shù)可根據(jù)負載類型任意調(diào)整，可連續(xù)、頻繁啟動；可分別啟動多臺

17、電機，具有完善、可靠的保護功能。 3-5三相異步電動機的制動控制線路 三相異步電動機切除電源后依慣性總要轉(zhuǎn)動一段時間才能停下來。而生產(chǎn)中起重機的吊鉤或卷揚機的吊藍要求準確定位；萬能銑床的主軸要求能迅速停下來。這些都需要對拖動的電動機進行制動，其方法有兩大類：機械制動和電力制動。 1機械制動 采用機械裝置使電動機斷開電源后迅速停轉(zhuǎn)的制動方法。如電磁抱閘、電磁離合器等電磁鐵制動器。 (1)電磁抱閘斷電制動控制電路 電磁抱閘斷電制動控制電路如圖1所示。合上電源開關QS和開關K，電動機接通電源，同時電磁抱閘線圈YB得電，銜鐵吸合，克服彈簧的拉力使制動器的閘瓦與閘輪分開，電動機正常運轉(zhuǎn)。斷開開關電動機失

18、電，同時電磁抱閘線圈YB也失電，銜鐵在彈簧拉力作用下與鐵芯分開，并使制動器的閘瓦緊緊抱住閘輪，電動機被制動而停轉(zhuǎn)。圖中開關K可采用倒順開關、主令控制器、交流接觸器等控制電動機的正反轉(zhuǎn)，滿足控制要求。倒順開關接線示意圖如圖2所示。這種制動方法在起重機械上廣泛應用，如行車、卷揚機、電動葫蘆(大多采用電磁離合器制動)等。其優(yōu)點是能準確定位，可防止電動機突然斷電時重物自行墜落而造成事故。 圖1 電磁抱閘斷電制動控制電路圖2 (2)電磁抱閘通電制動控制電路 電磁抱閘斷電制動其閘瓦緊緊抱住閘輪，若想手動調(diào)整工作是很困難的。因此，對電動機制動后仍想調(diào)整工件的相對位置的機床設備就不能采用斷電制動，而應采用通電

19、制動控制，其電路如圖3所示。當電動機得電運轉(zhuǎn)時，電磁抱閘線圈無法得電，閘瓦與閘輪分開無制動作用；當電動機需停轉(zhuǎn)按下停止按鈕SB2時，復合按鈕 SB2的常閉觸頭先斷開切斷KM1線圈，KM1主、輔觸頭恢復無電狀態(tài)，結(jié)束正常運行并為KM2線圈得電作好準備，經(jīng)過一定的行程SB2的常開觸頭接通 KM2線圈，其主觸頭閉合電磁抱閘的線圈得電，使閘瓦緊緊抱住閘輪制動；當電動機處于停轉(zhuǎn)常態(tài)時，電磁抱閘線圈也無電，閘瓦與閘輪分開，這樣操作人員可扳動主軸調(diào)整工件或?qū)Φ兜取?圖3 電磁抱閘通電制動控制電路機械制動主要采用電磁抱閘、電磁離合器制動，兩者都是利用電磁線圈通電后產(chǎn)生磁場，使靜鐵芯產(chǎn)生足夠大的吸力吸合銜鐵或動

20、鐵芯(電磁離合器的動鐵芯被吸合，動、靜摩擦片分開)，克服彈簧的拉力而滿足工作現(xiàn)場的要求。電磁抱閘是靠閘瓦的摩擦片制動閘輪電磁離合器是利用動、靜摩擦片之間足夠大的摩擦力使電動機斷電后立即制動。2電力制動 電動機在切斷電源的同時給電動機一個和實際轉(zhuǎn)向相反的電磁力矩(制動力矩)使電動迅速停止的方法。最常用的方法有：反接制動和能耗制動。(1) 反接制動。在電動機切斷正常運轉(zhuǎn)電源的同時改變電動機定子繞組的電源相序，使之有反轉(zhuǎn)趨勢而產(chǎn)生較大的制動力矩的方法。反接制動的實質(zhì)：使電動機欲反轉(zhuǎn)而制動，因此當電動機的轉(zhuǎn)速接近零時，應立即切斷反接轉(zhuǎn)制動電源，否則電動機會反轉(zhuǎn)。實際控制中采用速度繼電器來自動切除制動電

21、源。反接制動控制電路如圖4所示。其主電路和正反轉(zhuǎn)電路相同。由于反接制動時轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場的相對轉(zhuǎn)速較高，約為啟動時的2倍，致使定子、轉(zhuǎn)子中的電流會很大，大約是額定值的10倍。因此反接制動電路增加了限流電阻R。KM1為運轉(zhuǎn)接觸器，KM2為反接制動接觸器，KV為速度繼電器，其與電動機聯(lián)軸，當電動機的轉(zhuǎn)速上升到約為100轉(zhuǎn)分的動作值時KV常開觸頭閉合為制動作好準備。圖4 反接制動控制電路 反接制動分析：停車時按下停止按鈕SB2，復合按鈕SB2的常閉先斷開切斷KM1線圈，KM1主、輔觸頭恢復無電狀態(tài)，結(jié)束正常運行并為反接制動作好準備，后接通KM2線圈(KV常開觸頭在正常運轉(zhuǎn)時已經(jīng)閉合)，其主觸頭閉合，電

22、動機改變相序進入反接制動狀態(tài)，輔助觸頭閉合自鎖持續(xù)制動，當電動機的轉(zhuǎn)速下降到設定的釋放值時，KV觸頭釋放，切斷KM2線圈，反接制動結(jié)束.一般地，速度繼電器的釋放值調(diào)整到90轉(zhuǎn)分左右，如釋放值調(diào)整得太大，反接制動不充分；調(diào)整得太小，又不能及時斷開電源而造成短時反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。反接制動制動力強，制動迅速，控制電路簡單，設備投資少，但制動準確性差，制動過程中沖擊力強烈，易損壞傳動部件。因此適用于l0kw以下小容量的電動機制動要求迅速、系統(tǒng)慣性大，不經(jīng)常啟動與制動的設備，如銑床、鏜床、中型車床等主軸的制動控制。(2)能耗制動。電動機切斷交流電源的同時給定子繞組的任意二相加一直流電源，以產(chǎn)生靜止磁場，依靠轉(zhuǎn)子的慣性轉(zhuǎn)動切割該靜止磁場產(chǎn)生制動力矩的方法。原理分析：電動機切斷電源后，轉(zhuǎn)子仍沿原方向慣性轉(zhuǎn)動，如圖5設為順時針方向，這時給定子繞組通入直流電，產(chǎn)生一恒定的靜止磁場，轉(zhuǎn)子切割該磁場產(chǎn)生感生電流，用右手定則判斷其方向如圖示。該感生電流又受到磁場的作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，由左