第2章第2講和第3講-典型電氣控制系統(tǒng)分析

現(xiàn)代電器與PLC技術(shù)第2章

第二講講解內(nèi)容：2.3三相籠型異步電動機(jī)降壓啟動控制線路2.4三相籠型異步電動機(jī)制動控制線路學(xué)習(xí)說明：本講主要學(xué)習(xí)典型控制線路的設(shè)計與分析。重點掌握：降壓起動控制電路：如星形—三角形降壓啟動線路等；制動控制線路：如三相籠型異步電動機(jī)反接制動控制電路；軟啟動器的使用。12.3三相籠型異步電動機(jī)降壓啟動控制線路原因：容量大于10kW的籠型異步電動機(jī)直接起動時，起動沖擊電流為額定值的4～7倍，故一般均需采用相應(yīng)措施降低電壓，即減小與電壓成正比的電樞電流，從而在電路中不至于產(chǎn)生過大的電壓降。方法：常用的降壓起動方式有星形—三角形(Y-△)降壓起動、定子電路串電阻降壓起動和自耦變壓器降壓起動。22.3.1星形—三角形降壓啟動控制線路降壓原理：丫一?形的降壓起動方法是，起動時將電動機(jī)定子繞組結(jié)成丫形，這時加在電動機(jī)每相繞組上的電壓為電源電壓額定值的，而其起動轉(zhuǎn)矩為?形連接直接起動轉(zhuǎn)矩的1/3。起動電流降為?形連接直接起動電流的1／3，作用:減小了起動電流對電網(wǎng)的影響。優(yōu)點：在于星形起動電流只是原來三角形接法的1/3，起動電流特性好、結(jié)構(gòu)簡單、價格低。缺點：是起動轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)下降為原來三角形接法的1/3，轉(zhuǎn)矩特性差，因而本線路適用于電網(wǎng)電壓380V，額定電壓660V/380V，Y／?接法的電動機(jī)輕載起動的場合。設(shè)計思想：按時間原則控制啟動過程。定子繞組為三角形接法的電動機(jī),啟動時,將三角形接法的定子繞組接成星形,啟動結(jié)束后,在將星形繞組接成三角形運行.降壓啟動的目的就是降低啟動電流,采用這種方法啟動,啟動電流降低多上呢?3星形—三角形降壓起動控制電路42.3.2定子串電阻降壓啟動控制線路降壓原理：起動時將電動機(jī)定子繞組串上電阻，啟動結(jié)束將電阻切除.作用:減小了起動電流對電網(wǎng)的影響。優(yōu)點：控制線路簡單；啟動過程平滑；不受定子繞組的接法的限制。缺點：啟動轉(zhuǎn)矩下降大；電能損耗大。設(shè)計思想：按時間原則控制啟動過程。52.3.2定子串電阻降壓起動控制電路62.3.2定子串電阻降壓起動控制電路(背)72.3.3自耦變壓器降壓啟動控制線路降壓原理：啟動時利用自耦變壓器降低加到電動機(jī)定子繞組上的電壓，啟動結(jié)束后將自耦變壓器切除。作用:減小了起動電流對電網(wǎng)的影響。優(yōu)點：優(yōu)點：啟動電流較小；不受定子繞組接法的限制。

缺點：啟動設(shè)備體積大，笨重。價格高，維修不方便。設(shè)計思想：按時間原則控制啟動過程。8圖2-18自偶變壓器減壓起動控制線路M3~L1L2L3FUKM2KM1FRKTKM1KM3KM2KTFRSB1SB2KTKM3T((KTKM2KM2KM292.3.3、軟啟動器及其應(yīng)用結(jié)構(gòu)：1)三相交流調(diào)壓電路2)控制電路控制原理：利用晶閘管的移相控制原理，通過控制晶閘管的導(dǎo)通角，改變輸出電壓，達(dá)到通過調(diào)壓方式來控制啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩的目的。1、軟啟動器的工作原理10電流負(fù)反饋的作用:*將主回路的電流反饋到控制回路，根據(jù)不同的啟動方式，通過微處理器改變軟啟動器的輸出電壓，實現(xiàn)不同的啟動特性。*通過電流負(fù)反饋，檢測主回路的電流，對電動機(jī)和軟啟動器起到過載、缺相、斷相、三相負(fù)荷不平衡、限制轉(zhuǎn)矩和電流沖擊等保護(hù)。*實時監(jiān)測負(fù)載電流、電壓、功率因數(shù)等。

2.3.3、軟啟動器及其應(yīng)用（續(xù)）軟啟動器的特點：具有軟啟動和軟停車功能，啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩可調(diào)節(jié)，另外，還具有電動機(jī)過載保護(hù)等功能。112、軟啟動器的控制功能

斜坡升壓啟動方式

轉(zhuǎn)矩控制及啟動電流限制啟動方式電壓提升脈沖啟動方式轉(zhuǎn)矩控制軟停車方式制動停車方式2.3.3、軟啟動器及其應(yīng)用（續(xù)）121）斜坡升壓啟動方式

設(shè)定參數(shù)：

初始電壓:

啟動時間:特點：電動機(jī)電壓線性逐漸增加，在設(shè)定時間內(nèi)達(dá)到額定值。適用范圍：一臺軟啟動器控制多臺電動機(jī)啟動或電動機(jī)的功率遠(yuǎn)低于軟啟動器額定功率的應(yīng)用場合。斜坡升壓啟動方式特性曲線:Uq0Uet1Ut0132）轉(zhuǎn)矩控制及啟動電流限制啟動方式

參數(shù)設(shè)定：

啟動初始力矩:

啟動階段力矩限幅:

力矩斜坡上升時間:

啟動電流限幅:特點：啟動時間短，啟動過程平穩(wěn)。在多種場合使用。轉(zhuǎn)矩控制及啟動電流限制啟動特性曲線:nTIUt0t1143）電壓提升脈沖啟動方式

設(shè)定參數(shù)：

電壓提升脈沖:

升壓脈沖寬度:

特點：啟動轉(zhuǎn)矩大。適用于重載啟動電壓提升脈沖啟動特性曲線：t0nUI154）轉(zhuǎn)矩控制軟停車方式參數(shù)設(shè)定：

電動機(jī)的減速時間:特點：停車時間可調(diào)節(jié),減速平滑。

特性曲線:nTt0165）制動停車方式參數(shù)設(shè)定：

制動電流加入的幅值：

制動電流加入的時間：特點：該制動方式為能耗制動，制動迅速。特性曲線：nIL117

3、軟啟動器的應(yīng)用舉例

軟啟動器接線端子的作用：L1、L2、L3：軟啟動器主電源進(jìn)線端T1、T2、T3：連接電動機(jī)的出線端A1、A2、B1、B2、C1、C2：啟動結(jié)束短接可控硅C、400：軟啟動器控制電源進(jìn)線端PL：軟啟動器為外部信號提供的+24V的電源L+：軟啟動器邏輯輸出部分的外接輸入電源STOP：接軟停車信號RUN：接軟啟動信號

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STOP、RUN的接線方式：

三線制：脈沖型信號，直接與啟動按鈕和停止按鈕相連。

兩線制：高電平輸入信號。

通信遠(yuǎn)程控制：PL與STOP端短接。軟啟動器內(nèi)部輸出繼電器定義KF1：可編程輸出繼電器KF1的功能設(shè)置：故障繼電器：軟啟動器控制電源接通。KF1的常開觸點就閉合，當(dāng)軟啟動器發(fā)生故障KF1常開觸點斷開。隔離繼電器：軟啟動器接收到啟動信號，KF1閉合，當(dāng)軟啟動器軟停車結(jié)束時，或在自由停車模式下接受到了停車信號或在軟啟動器發(fā)生故障時，KF1才斷開。KF2：啟動結(jié)束繼電器KF2的功能：啟動結(jié)束KF2閉合。軟啟動器出現(xiàn)故障或接收到停車信號KF2斷開。

3、軟啟動器的應(yīng)用舉例（續(xù)）19

1）電動機(jī)單向運行、軟啟動、軟停車或自由停車控制線路

KA1:隔離繼電器；KA2：啟動結(jié)束繼電器QA0QA1QA2FA1FA2SF3QA1QA2KF1KF1KF2KF2SF2SF1圖2-20202）單臺軟啟動器啟動多臺電動機(jī)控制線路

KA1:隔離繼電器；KA2：啟動結(jié)束繼電器

ABTAQBFAFA1FA2QA1QA11QA12QA21QA22BB1BB2KF1KF2C400L1L2L3T2T3T1STOPRUNPLL+SF5MA1MA2圖2-21212）單臺軟啟動器啟動多臺電動機(jī)控制線路

KA1:隔離繼電器；KA2：啟動結(jié)束繼電器

BB1BB2SF1SF2SF11SF12SF21SF22QA1QA1QA11QA12QA21QA22KF3KF4KF5QA11QA21KF1KF2QA21QA22KF4KF3QA21QA11QA12KF4QA11KF3QA21QA11圖2-21續(xù)22原因：三相異步電動機(jī)從切除電源到完全停止運轉(zhuǎn)。由于慣性的關(guān)系，總要經(jīng)過一段時間，這往往不能適應(yīng)某些生產(chǎn)機(jī)械工藝的要求。如萬能銑床、臥式鏜床、電梯等，為提高生產(chǎn)效率及準(zhǔn)確停位，要求電動機(jī)能迅速停車，對電動機(jī)進(jìn)行制動控制。2.4三相籠型異步電動機(jī)制動控制電路方法：制動方法一般有兩大類1.機(jī)械制動2.電氣制動①反接制動②能耗制動23工作原理：改變異步電動機(jī)定子繞組中的三相電源相序，使定子繞組產(chǎn)生方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場，從而產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)制動。反接制動要求在電動機(jī)轉(zhuǎn)速接近零時及時切斷反相序的電源，以防止電動機(jī)反向起動。2.4.1反接制動控制線路工作過程：當(dāng)想要停車時，首先將三相電源切換，然后當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速接近零時，再將三相電源切除。控制線路就是要實現(xiàn)這一過程。注意：電動機(jī)正在正方向運行時，如果把電源反接，電動機(jī)轉(zhuǎn)速將由正轉(zhuǎn)急速下降到零。如果反接電源不及時切除，則電動機(jī)又要從零速反向起動運行。如圖2-22(a)、圖2-22(b)所示為反接制動的控制線路。24（a）（b）圖2-22電動機(jī)單向運行反接制動控制線路

如圖2-21反接制動的控制線路。25圖2-22(a)圖有這樣一個問題：在停車期間，如果為了調(diào)整工件，需要用手轉(zhuǎn)動機(jī)床主軸時，速度繼電器的轉(zhuǎn)子也將隨著轉(zhuǎn)動，其常開觸點閉合，KM2通電動作，電動機(jī)接通電源發(fā)生制動作用，不利于調(diào)整工作。存在問題與解決方案圖2-22(b)圖的反接制動線路解決了這個問題：控制線路中停止按鈕使用了復(fù)合按鈕SB1，并在其常開觸點上并聯(lián)了KM2的常開觸點，使KM2能自鎖。這樣在用手轉(zhuǎn)動電動機(jī)時，雖然KS的常開觸點閉合，但只要不按復(fù)合按鈕SB1，KM2就不會通電，電動機(jī)也就不會反接于電源，只有按下SB1，KM2才能通電，制動電路才能接通。注意：因電動機(jī)反接制動電流很大，故在主回路中串入電阻R，可防止制動時電動機(jī)繞組過熱。26圖2-23具有反接制動電阻的可逆運行反解制動控制線路27定義:能耗制動時，制動轉(zhuǎn)矩隨電動機(jī)的慣性轉(zhuǎn)速下降而減小，因而制動平穩(wěn)。這種制動方法將轉(zhuǎn)子慣性轉(zhuǎn)動的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，又消耗在轉(zhuǎn)子的制動上，所以稱為能耗制動。能耗制動的制動轉(zhuǎn)矩大小與通入直流電流的大小與電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n有關(guān)，同樣轉(zhuǎn)速，電流大，制動作用強(qiáng)。一般接入的直流電流為電動機(jī)空載電流的3~5倍，過大會燒壞電動機(jī)的定子繞組。電路采用在直流電源回路中串接可調(diào)電阻的方法，調(diào)節(jié)制動電流的大小。工作原理：

在三相電動機(jī)停車切斷三相交流電源的同時，將一直流電源引入定子繞組，產(chǎn)生靜止磁場。電動機(jī)轉(zhuǎn)子由于慣性仍沿原方向轉(zhuǎn)動，則轉(zhuǎn)子在靜止磁場中切割磁力線，產(chǎn)生一個與慣性轉(zhuǎn)動方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子的制動。設(shè)計方案：1.單向運行能耗制動控制線路①按時間原則控制線路；②按速度原則控制線路。2.可逆運行能耗制動控制線路

2.4.2能耗制動控制線路281.單向運行能耗制動控制線路

(1)按時間原則控制線路。圖2-24以時間原則控制的單向能耗制動線路29(2)按速度原則控制線路。圖2-25以速度原則控制的單向能耗制動線路302.按時間原則控制的可逆運行能耗制動控制線路

圖2-26以時間原則控制的可逆運行能耗制動線路31能耗制動與反接制動比較

反接制動時，制動電流很大，因此制動力矩大，制動效果顯著，但在制動時有沖擊，制動不平穩(wěn)且能量消耗大。能耗制動與反接制動相比，制動平穩(wěn)，準(zhǔn)確，能量消耗少，但制動力矩較弱，特別在低速時制動效果差，并且還需提供直流電源。

在實際使用時，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的工作要求選用合適的制動方法。322.5三相異步電動機(jī)的調(diào)速控制線路改變生產(chǎn)機(jī)械工作速度的方法：機(jī)械調(diào)速:電動機(jī)的轉(zhuǎn)速不變、利用變速器調(diào)速。電氣調(diào)速:改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。電氣調(diào)速的基本概念:電動機(jī)的轉(zhuǎn)速：改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速的方法：1、改變極對數(shù)—變極調(diào)速2、改變轉(zhuǎn)差率—串級調(diào)速3、改變電源頻率—變頻調(diào)速33變極調(diào)速的原理

(a)四極繞組展開圖(b)二極繞組展開圖(c)三角形—雙星形轉(zhuǎn)換(d)星形—雙星形轉(zhuǎn)換圖2-24雙速電機(jī)改變極對數(shù)的原理2.5三相異步電動機(jī)的調(diào)速控制線路（續(xù)）34

2.5三相異步電動機(jī)的調(diào)速控制線路（續(xù)）圖2-2735

2.6變頻調(diào)速與變頻器的使用2.6.1變頻調(diào)速的基本概念變頻調(diào)速定義:改變電動機(jī)供電電壓的頻率實現(xiàn)對交流電動機(jī)的速度控制。變頻調(diào)速的特點：連續(xù)改變標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)（如籠型異步電動機(jī)）的轉(zhuǎn)速；通過電子回路改變電動機(jī)定子電源的相序，改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速方向。2.6.2變頻器的類型1.根據(jù)變流環(huán)節(jié)分類:交-----直----交變頻器、交----交變頻器2.根據(jù)直流電路的濾波方式分:電壓型變頻器、電流型變頻器3.根據(jù)控制方式分:V/F控制、矢量控制4.根據(jù)輸出電壓調(diào)制方式分:PAM方式、PWM方式362.6變頻調(diào)速與變頻器的使用2.6.3交—直----交變頻器的組成電源電動機(jī)