第2章-三相交流異步電動機與拖動控制2

電機與電氣控制案例教程

第二章三相交流異步電動機與拖動控制2.3案例3：兩地對同一臺電動機的起停控制【案例說明】現(xiàn)實中為了控制的方便，有時會出現(xiàn)在不同的地方對同一臺電動機的起停進行控制，如每一層都要對同一電梯的起動和停止進行控制。圖2-47是一臺X53K立式銑床，它是一種常用的加工設(shè)備，由底座、床身、懸梁、工作臺、升降臺等組成，其電源開關(guān)安裝在圖中所示床身A處，按鈕分別位于床身和工作臺前的A、B兩處。當需要進行銑削加工時，必須先在A處合上總電源，而起動和停止可在A、B任意一處進行，即可在A處起動，A或B處停止，也可在B處起動，A或B處停止。是一種典型的兩地控制方式。2.3.1【解決方案】控制電路的實現(xiàn)圖2-48兩地對同一臺電動機的起?？刂齐娐吩撾娐匪哂械谋Ｗo環(huán)節(jié)：（1）短路保護（2）欠壓保護（3）失壓保護（4）過載保護2.3.2【知識進階】電路故障診斷與維修1.檢查線路 2.試車與調(diào)整3.儀表測量檢查【問題探討】1.線圈電壓為220V的交流接觸器，誤接到交流380V電源上會發(fā)生什么問題？為什么？2.三相異步電動機運行中一相斷路后，會表現(xiàn)出什么故障現(xiàn)象？3.如果要實現(xiàn)3地對同一臺電動機進行控制，在圖2-48中如何修改？?2.4案例4：多臺電動機順序控制【案例說明】實際生產(chǎn)中，某一系統(tǒng)常有多臺電動機，而某些電動機的起停要求按一定的順序進行，如空調(diào)設(shè)備中，要求壓縮機必須在風機之后起動；銑床上起動主電動機后才能起動進給電動機?？傊瑢着_電動機的起停要求一般有：正序起動，同時停止；正序起動，正序停止；正序起動，逆序停止。2.4.1【解決方案】控制電路的實現(xiàn)實現(xiàn)順序起動的方法是：將控制前一臺電動機的接觸器的常開輔助觸點串聯(lián)在控制后一臺電動機的接觸器線圈支路中。實現(xiàn)正序起動、逆序停止的方法是：將控制后一臺電動機的接觸器常開輔助觸點與前一臺電動機的停止按鈕并聯(lián)。1.檢查線路 2.試車與調(diào)整3.儀表測量檢查2.4.2【知識進階】電路故障診斷與維修2.4.3【應(yīng)用拓展】主電路實現(xiàn)的順序控制電路（a）(b)圖2－50主電路實現(xiàn)的順序控制電路如圖2-49（c）所示電路，如果不能實現(xiàn)順序起動控制，可能的故障在哪？如圖2-49(c)所示，如果不能實現(xiàn)順序停止控制，可能的故障在哪？如圖2-49（c）所示電路起動都正常，但按SB3停止按鈕失靈，可能的故障在哪？多臺電動機順序起動的接線原則是什么？多臺電動機順序停止的接線原則是什么？【問題探討】?【案例說明】之前介紹的電動葫蘆、小型臺鉆等機械設(shè)備的都只要求電動機朝一個方向旋轉(zhuǎn)，而許多機械設(shè)備要求實現(xiàn)正反2個方向運行。如機床控制臺的前進與后退、小型升降機、起重機吊鉤的上升與下降、機械手的夾緊與放松等，都要求拖動電動機能夠正反轉(zhuǎn)。以下部分是解決可逆直接起動控制電路的方案及相關(guān)知識。2.5案例5：三相籠型異步電動機的可逆直接起動控制2.5.1【解決方案】控制電路的實現(xiàn)

(a)(b)

圖2-51接觸器互鎖的可逆直接起動控制電路在同一時間里2個接觸器只允許其中一個工作，即在接通其中一個之后就要設(shè)法保證另一個不能接通。這種相互制約的控制稱為“互鎖”（聯(lián)鎖）控制。由接觸器（或繼電器）輔助常閉觸點構(gòu)成的互鎖稱為電氣互鎖。其輔助常閉觸點稱為互鎖觸點。2.5.2【知識進階】電路故障診斷與維修

2.5.3【應(yīng)用拓展】雙重互鎖的可逆直接起動控制電路

(a)(b)圖2-52雙重互鎖的可逆直接起動控制電路1.在電動機正反轉(zhuǎn)直接起動控制電路中，為什么正反轉(zhuǎn)接觸器必須互鎖？有幾種互鎖，分別什么場合采用？2.采用什么方法讓電動機實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)？3.在電動機正反轉(zhuǎn)直接起動電路中需采取怎樣的保護環(huán)節(jié)？4.具有雙重聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)電路如圖2-52所示，按下按鈕后，發(fā)生如下故障，試分析故障原因。（1）按正轉(zhuǎn)，電動機正轉(zhuǎn)；按反轉(zhuǎn)，電動機停住不轉(zhuǎn)。（2）按正轉(zhuǎn)，電動機正轉(zhuǎn)；按反轉(zhuǎn)，電動機仍正轉(zhuǎn)。（3）按正反轉(zhuǎn)都能正常工作，按停車按鈕失靈?！締栴}探討】?【案例說明】如電梯行駛到一定位置要停下來，起重機將重物提升到一定高度要停止上升，停的位置必須在一定范圍內(nèi)，否則可能造成危險事故；還有些生產(chǎn)機械，如高爐的加料設(shè)備、龍門刨床等需自動往返運行。電動機的停可以通過控制電路中的停止按鈕SB1停，這屬于手動控制，也可用行程開關(guān)控制電動機在規(guī)定位置停則屬于自動控制。實現(xiàn)行程位置控制的電器主要是行程開關(guān)。即用行程開關(guān)中機械設(shè)備運動部件的位置或機件的位置變化來進行控制，稱為按行程原則的自動控制，也稱為行程控制。行程控制是機械設(shè)備中應(yīng)用較廣泛的控制方式之一。電動機的正反轉(zhuǎn)可通過SB2、SB3手動控制，也可用行程開關(guān)實現(xiàn)自動控制。2.6案例6：電動機行程控制電路2.6.1【解決方案】控制電路的實現(xiàn)

圖2-53電動機行程控制電路1.行程開關(guān)行程開關(guān)又稱限位開關(guān)或位置開關(guān)，它利用生產(chǎn)機械運動部件的碰撞，使其內(nèi)部觸點動作，分斷或切換電路，從而控制生產(chǎn)機械行程、位置或改變其運動狀態(tài)2.6.2【知識進階1】涉及的低壓電器

（1）結(jié)構(gòu)及工作原理圖2-54JLXKl系列行程開關(guān)a）JLXK1—311直動式；b)JLXK1—111單輪旋轉(zhuǎn)式；c)JLXK1—211雙輪旋轉(zhuǎn)式a）結(jié)構(gòu)；b)動作原理；c)符號

圖2-55JLXK1-111型行程開關(guān)的結(jié)構(gòu)和動作原理圖2-56LX19K型行程開關(guān)的動作原理（2）型號

常用的行程開關(guān)有LX19和JLXL1等系列，其型號及含義如下：2.6.3【知識進階2】電路故障診斷與維修2.6.4【應(yīng)用拓展】自動往返控制電路圖2-57運動部件自動往返示意圖圖2-58電動機自動往返電路圖按鈕、行程開關(guān)都是開關(guān)，它們的作用有何不同？可否用行程開關(guān)直接控制三相異步電動機的起動和停止，為什么？在起重機的電氣控制電路中，為了防止吊鉤上升到接近最高位二發(fā)生事故，常設(shè)置的保護電器是什么？如何實現(xiàn)？如果限位開關(guān)SQ2常閉觸點接線斷開，這種接法對電路有何影響？【問題探討】?【案例說明】某些生產(chǎn)機械上的電動機要求運行一段時間，停止一段時間，即間歇運行，如車床的潤滑電動機。2.7間歇運行控制2.7.1【解決方案】控制電路的實現(xiàn)圖2-59電動機間歇運行控制電路時間繼電器是一種利用電磁原理或機械地動作原理實現(xiàn)觸點延時接通和斷開的自動控制電器.常用的時間繼電器主要有電磁式、電動式、空氣阻尼式、電子式等。延時方式有通電延時和斷電延時兩種。2.7.2【知識進階1】涉及的低壓電器

1.JS7—A系列空氣阻尼式時間繼電器

a)外形b)結(jié)構(gòu)圖2-60JS7—A系列時間繼電器的外形與結(jié)構(gòu)1）結(jié)構(gòu)（1）電磁系統(tǒng)：（2）觸點系統(tǒng)（3）空氣室（4）傳動機構(gòu)（5）基座：2）工作原理JS7—A系列時間繼電器的工作原理示意圖，如圖2-61所示。（1）時間繼電器的工作原理圖2-61空氣阻尼式時間繼電器的結(jié)構(gòu)a）通電延時型；b）斷電延時型空氣阻尼式時間繼電器的優(yōu)點是：延時范圍較大(0.4s～180s)，且不受電壓和頻率波動的影響；可以做成通電和斷電兩種延時形式；結(jié)構(gòu)簡單、壽命長、價格低。其缺點是：延時誤差大，難以精確地整定延時值，且延時值易受周圍環(huán)境溫度、塵埃等的影響。因此，對延時精度要求較高的場合不宜采用。

圖2-62時間繼電器的符號觸點動作情況：通電延時常閉觸點是指線圈得電觸點延時斷開，而線圈失電，觸點瞬時復(fù)位（閉合）通電延時常開觸點是指線圈得電觸點延時閉合，而線圈失電，觸點瞬時復(fù)位（斷開）斷電延時常閉觸點是指線圈得電觸點瞬時斷開，而線圈失電，觸點延時復(fù)位（閉合）斷電延時常開觸點是指線圈得電觸點瞬時閉合，而線圈失電，觸點延時復(fù)位（斷開）3）型號2.電子式時間繼電器電子式時間繼電器也稱為半導(dǎo)體時間繼電器，具有機械結(jié)構(gòu)簡單、延時范圍廣（可達0.1s~9999min）、精度高、消耗功率小、調(diào)整方便及壽命長等優(yōu)點，其應(yīng)用越來越廣泛。電子式時間繼電器按結(jié)構(gòu)分為阻容式和數(shù)字式兩類；按延時方式分為通電延時型、斷電延時型及帶瞬動觸點的通電延時型（1）結(jié)構(gòu)

圖2-63JS20系列時間繼電器的外形與接線a）外形；b)接線示意圖2.型號2.7.3【知識進階2】電路故障診斷與維修

空氣阻尼式時間繼電器利用什么原理達到延時的目的？通電延時型時間繼電器的線圈得失電與觸點動作的關(guān)系如何？時間繼電器的主要用途是什么？如何從時間繼電器的圖形符號上區(qū)分是通電延時類型還是斷電延時類型何謂間歇運行？【問題探討】?【案例說明】 某企業(yè)風機系統(tǒng)的鼓風機功率為50kW，且該企業(yè)鼓風機較多，為限制電流，所有鼓風機都采用降壓起動?？刂芃7475B型磨床的主電動機功率為25kW，由于砂輪一般是空載起動，所以采用由控制電路實現(xiàn)的星形—三角形降壓起動控制。2.8案例8：三相鼠籠式異步電動機的降壓起動控制2.8.1【解決方案】星-三角降壓起動控制電路的實現(xiàn)圖2-64自動星形—三角形降壓起動控制電路圖2-64所示為使用三個接觸器和一個時間繼電器的按時間原則控制的電動機星形—三角形降壓起動控制電路。電氣控制電路中需要自動實現(xiàn)電路的切換時常使用時間繼電器，此種控制稱為時間控制原則1.三相異步電動機的人為機械特性人為改變電動機的某個參數(shù)后所得到的機械特性，稱為人為機械特性.電動機的其他參數(shù)都與固有特性相同，僅降低定子端電壓，這樣所得到的人為特性，稱為降低定子端電壓的人為特性

2.8.2【知識進階1】三相鼠籠型異步電動機的拖動方式（降壓起動）降低定子端電壓的人為特性的特點：當定子電壓U1降低時，起動電流變小，最大轉(zhuǎn)矩Tm與起動轉(zhuǎn)矩TS都隨電壓平方降低。同步點不變，臨界轉(zhuǎn)差率Sm與電壓無關(guān)，也保持不變。其特性曲線如圖2－65所示。該起動方法主要用于電機空載或輕載起動，此時起動轉(zhuǎn)矩不需太大，而起動電流則可以得道較好的控制。圖2-65異步電動機降低電壓時的人為特性2.三相鼠籠式異步電動機的降壓起動圖2-66星/三角起動的原理線路圖凡是正常運行時定子繞組接成三角形接法的三相籠型感應(yīng)電動機，都可采用星形—三角形（Y-D）降壓起動。起動時，定子繞組先接成星形（Y形），由于每相繞組的電壓下降為正常工作電壓的1/，故起動電流下降為直接起動的1/3。當轉(zhuǎn)速接近一定值時，電動機定子繞組改接成三角形（D形），進入正常運行，故稱這種起動方式為星/三角（Y-D）降壓起動，其接線原理線路如圖2-66所示。此種降壓起動能限制電流的作用，起動方法簡便、經(jīng)濟，可用于輕載、空載或操作較頻繁的場合，但其起動轉(zhuǎn)矩只有直接起動時的1/3。

2.8.3【知識進階2】涉及的低壓電器中間繼電器實質(zhì)上一個電壓線圈繼電器，是用來增加控制電路中的信號數(shù)量或?qū)⑿盘柗糯蟮睦^電器。其輸入信號是線圈的通電和斷電，輸出信號是觸點的動作。它具有觸點多，觸點容量大，動作靈敏等特點。由于觸點的數(shù)量較多，所以用來控制多個元件或回路。1.中間繼電器

（1）結(jié)構(gòu)及工作原理結(jié)構(gòu)b）符號圖2-67JZ7系列中間繼電器（2）型號2.8.3【知識進階3】電路故障診斷與維修2.8.4【應(yīng)用拓展】三相鼠籠型異步電動機其他的降壓起動控制電路1.自耦變壓器降壓起動控制2.定子繞組串電阻降壓起動控制圖2-69時間繼電器控制的串電阻降壓起動控制電路3.延邊三角形降壓起動控制4.軟起動控制前述幾種傳統(tǒng)三相異步電動機的起動線路比較簡單，不需要增加額外起動設(shè)備，但其起動電流沖擊一般還很大，起動轉(zhuǎn)矩比較小。在直接起動方式下，起動電流為額定值的4～8倍，起動轉(zhuǎn)矩為額定值的0.5～1.5倍；在定子串電阻降壓起動方式下，起動電流為額定值的4.5倍，起動轉(zhuǎn)矩為額定值的0.5～0.75倍；在星形一三角形起動方式下，起動電流為額定值的1.8～2.6倍，在星形一三角形切換時會出現(xiàn)電流沖擊，起動轉(zhuǎn)矩為額定值的0.5倍；自耦變壓器降壓起動，起動電流為額定值的1.7～4.0倍，在電壓切換時會出現(xiàn)電流沖擊，起動轉(zhuǎn)矩為額定值的0.4～0.85倍。因而上述這些方法經(jīng)常用于對起動特性要求不高的場合。在一些對起動要求較高的場合，可選用軟起動裝置，它采用電子起動方法，其基本原理是利用品閘管的移相調(diào)壓方式來控制起動電壓和起動電流。其主要特點是：具有軟起動和軟停車功能，起動電流、起動轉(zhuǎn)矩可調(diào)節(jié)，另外還具有電動機過載保護等功能。圖2-72三相異步電動機用軟起動器起動控制電路鼠籠式異步電動機有哪幾種降壓起動方法？各有什么特點？適用于什么場合？星-三角降壓起動適合于哪種類型的電動機？當電源相電壓為380V時，若要采用Y/D起動，只有定子繞組額定電壓為660／380V的三相異步電動機才能使用，為什么?中間繼電器有何用途？試比較中間繼電器和交流接觸器的相同之處和不同之處。

【問題探討】?【案例說明】起重機由于其工作性質(zhì)，經(jīng)常需要重載起動，因此提升機構(gòu)和平移機構(gòu)的電動機一般采用起動轉(zhuǎn)矩較大的繞線轉(zhuǎn)子異步電動機，以減小電流而增加起動轉(zhuǎn)矩。繞線轉(zhuǎn)子異步電動機由于其獨特的結(jié)構(gòu)，一般不采取定子繞組降壓起動，而在轉(zhuǎn)子回路外接變阻器。因此繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的起動控制方式和籠型異步電動機有所不同。2.9案例9：三相繞線式異步電動機的起動控制2.9.1【解決方案】控制電路的實現(xiàn)1.時間原則控制電路圖2-73時間原則控制的轉(zhuǎn)子電路串電阻起動控制電路2.電流原則控制電路圖2-74電流原則控制轉(zhuǎn)子電路串電阻起動控制電路2.9.2【知識進階1】三相繞線式異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理圖2-75三相繞線式異步電動機結(jié)構(gòu)圖圖2-76繞線式異步電動機的轉(zhuǎn)子繞線型轉(zhuǎn)子的優(yōu)點是：可以通過滑環(huán)及電刷在轉(zhuǎn)子回路中引入外加電阻，以改善電動機的起動和調(diào)速性能。因此常應(yīng)用在要求起動電流小，起動轉(zhuǎn)矩大的重載負荷中，或需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的場合。在正常運行是，如果外加電阻已全部切除，轉(zhuǎn)子繞組便直接短路，此時可用提刷短路裝置把電刷舉起，以減少摩擦損耗，從而提高電動機的效率。與鼠籠式異步電動機相比，繞線型轉(zhuǎn)子電動機的缺點是：轉(zhuǎn)子繞組的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格較高，運行可靠性較差。其應(yīng)用相對要少一些。由于鼠籠式電機結(jié)構(gòu)簡單、價格低,控制電機運行也相對簡單,所以得到廣泛采用2.9.3【知識進階2】涉及的低壓電器1.電流繼電器根據(jù)繼電器線圈中電流的大小而接通或斷開電路的繼電器叫做電流繼電器。使用時，電流繼電器的線圈串聯(lián)在被測電路中，用來反映電路電流的變化。為了使串入電流繼電器線圈后不影響電路正常工作，電流繼電器線圈的匝數(shù)要少，導(dǎo)線要粗，阻抗要小1）過電流繼電器當流過繼電器中的電流超過預(yù)定值時，引起開關(guān)電器有延時或無延時動作的繼電器叫過電流繼電器。它主要用于頻繁起動和重載起動的場合，作為電動機和主電路的過載和短路保護。（1）結(jié)構(gòu)及工作原理a)外形b)結(jié)構(gòu)c)符號圖2-77JT4系列過電流繼電器（2）型號

2）欠電流繼電器當通過繼電器的電流減小到低于其整定值時動作的繼電器稱為欠電流繼電器。在線圈電流正常時這種繼電器的銜鐵與鐵芯是吸合的。它常用于直流電動機勵磁電路和電磁吸盤的弱磁保護。2.萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)實際是多檔位、控制多回路的組合開關(guān)，主要用作控制線路的轉(zhuǎn)換及電氣測量儀表的轉(zhuǎn)換，也可用于控制小容量異步電動機的起動、換向及調(diào)速。由于觸點擋數(shù)多、換接線路多、能控制多個回路，適應(yīng)復(fù)雜線路的要求，故稱為萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)。1）結(jié)構(gòu)與工作原理

圖2-78LW5系列萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)在電路圖中的符號如圖2-79a所示。圖中“-”代表一路觸點，豎的虛線表示手柄位置。當手柄置于某一位置上時，就在處于接通狀態(tài)的觸點下方的虛線上標注黑點“·”表示。觸點的通斷也可用如圖2-79b所示的觸點分合表來表示。表中“×”號表示觸點閉合，空白表示觸點分斷。2）型號

2.9.4【知識進階3】三相繞線型異步電動機的拖動方式對于需要大、中容量電動機帶動重載起動的生產(chǎn)機械或者需要頻繁起動的電力拖動系統(tǒng)，不僅要限制起動電流，而且還要有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩。這就需要用三相繞線異步電動機轉(zhuǎn)子接入電阻或頻敏變阻器來改善起動性能1.轉(zhuǎn)子回路串對稱三相電阻的人為機械特性

圖2-80轉(zhuǎn)子串接對稱電阻時的人為特性對于繞線轉(zhuǎn)子異步電動機，如果其他參數(shù)都與固有特性時一樣，僅在轉(zhuǎn)子回路中串入對稱三相電阻，所得的人為特性，稱轉(zhuǎn)子回路串對稱三相電阻的人為特性。特點：圖2-80轉(zhuǎn)子串接對稱電阻時的人為特性在轉(zhuǎn)子回路內(nèi)適當串入一定數(shù)值的三相對稱電阻時，電動機起動轉(zhuǎn)矩增大，起動電流減小，但同步點不變。臨接轉(zhuǎn)差率sm會隨轉(zhuǎn)子電阻的增加而增加，但是Tmax不變。 當＜1時，起動轉(zhuǎn)矩Tst隨著的增加而增加；但是，當＞1時，起動轉(zhuǎn)矩Tst隨的增加反而減小。2。轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻起動方法

為了使起動過程平滑，需分幾級切除起動電阻為了在整個起動過程中得到比較大的起動轉(zhuǎn)矩，并使起動過程比較平滑，需分幾級切除起動電阻。三相電阻短接的方式有平衡短接法與不平衡短接法。平衡短接法是指每相起動電阻被同時短接相同阻值，不平衡短接是每相的起動電阻輪流被短接。采用接觸器控制短接電阻時，一般為平衡短接法。3.轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻起動過程如圖2-73所示，先將3個接觸器的主觸點斷開，使其轉(zhuǎn)子串全電阻起動，隨著轉(zhuǎn)速的升高依次閉合KM1、KM2、KM3，最后將起動電阻全切除，電機轉(zhuǎn)速上升到穩(wěn)定運行點，完成啟動過程。2.9.5【知識進階4】電路故障診斷與維修頻敏變阻器的阻抗能隨著轉(zhuǎn)子電流的頻率下降而自動下降，所以能克服串電阻分級起動過程中產(chǎn)生機械沖擊的缺點，實現(xiàn)平滑起動。轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器常用于大容量繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的起動控制。 頻敏變阻器的結(jié)構(gòu)特點：它是一個三相鐵心線圈，其鐵心不用硅鋼片而用厚鋼板迭成。鐵心中產(chǎn)生渦流損耗和一部分磁滯損耗，鐵心損耗相當一個等值電阻，其線圈又是一個電抗，故電阻和電抗都隨頻率變化而變化，故稱頻敏變阻器，相當于一種無觸點的變阻器。它與繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組相接。2.9.6【應(yīng)用拓展】三相繞線式異步電動機其他起動控制電路圖2-81繞線轉(zhuǎn)子異步電動串頻敏變阻器起動在起動過程中，它能自動、無級的減小電阻，如果參數(shù)選擇適當，可以在起動過程中保持轉(zhuǎn)矩近似不變，使起動過程平滑、快速。頻敏變阻器的主要不足之處是由于有電感的存在，功率因數(shù)較小，起動轉(zhuǎn)矩并不是很大。因此當繞線式異步電動機在輕載起動時，采用頻敏變阻器起動的優(yōu)點比較明顯，而重載時一般采用串電阻起動的方法圖2-82所示為轉(zhuǎn)子繞組串頻敏變阻器的起動控制電路【問題探討】1.簡述頻敏變阻器的作用？2.轉(zhuǎn)子串電阻降壓起動適用于哪種類型的電動機？3.能否用過電流繼電器來作電動機的過載保護？為什么？4.如圖2-73所示，起動按鈕SB1串接的接觸器KM1、KM2和KM3常閉輔助觸點的作用是什么？接觸器KM常開輔助觸點的作用是什么？5.如圖2-73所示，接觸器KM3損壞后，電動機能否正常運行，為什么？6.如圖2-73所示，若接觸器KM1、KM2和KM3中任一觸點因熔焊或機械故障吸合后，對電路的運行有何影響？7.如圖2-73所示，時間繼電器KT1損壞后，對電路的運行有何影響？?2.10案例10：三相異步電動機的制動控制【案例說明】電動機自由停車的時間較長，隨慣性大小而不同，而某些生產(chǎn)機械要求迅速、準確地停車，如鏜床、車床的主電動機需快速停車；起重機為使重物停位準確及現(xiàn)場安全要求，也必須采用快速、可靠的制動方式。2.10.1【解決方案】控制電路的實現(xiàn)圖2-83速度原則控制的電動機反接制動控制電路2.10.2【知識進階1】涉及的低壓電器速度繼電器是反映轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的繼電器，其主要作用是以旋轉(zhuǎn)速度的快慢為指令信號，與接觸器配合實現(xiàn)對電動機的反接制動控制，故又稱為反接制動繼電器。圖2-84速度繼電器的外形a)JY1型；b）JFZD型1.結(jié)構(gòu)及工作原理

速度繼電器的動作轉(zhuǎn)速一般為120r/min，復(fù)位轉(zhuǎn)速約在100r/min以下2.型號

2.10.3【知識進階2】三相異步電動機的拖動方式（制動）電機制動是電機控制中經(jīng)常遇到的問題，一般電機制動會出現(xiàn)在兩種不同的場合，一是為了達到迅速停車的目的，以各種方法使電機旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反，從而產(chǎn)生一個電磁制動轉(zhuǎn)矩，使電機迅速停車轉(zhuǎn)動；另一是在某些場合，當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速時，電機也處于制動狀態(tài)。例如起重機下放重物時，運輸工具在下坡運行時（負載轉(zhuǎn)矩為位能轉(zhuǎn)矩的機械設(shè)備），使設(shè)備保持一定的運行速度；在機械設(shè)備需要減速或停止時，電動機能實現(xiàn)減速和停止的情況下，電動機的運行屬于制動狀態(tài)。1.反接制動當異步電動機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向與定子磁場的旋轉(zhuǎn)方向相反時，電動機便處于反接制動狀態(tài)。這時有兩種情況：一是在電動狀態(tài)下突然將電源兩相反接，使定子旋轉(zhuǎn)磁場的方向由原圖2-86電源反接制動來的順轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向改為逆轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向，這種情況下的制動稱為電源兩相反接制動；二是保持定子磁場的轉(zhuǎn)向不變，而轉(zhuǎn)子在位能負載作用下倒拉反轉(zhuǎn)，這種情況下的制動稱為倒拉反轉(zhuǎn)制動。1）電源兩相反接的反接制動如圖2-86所示，電動機在停機后因機械慣性仍繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，此時如果和控制電動機反轉(zhuǎn)一樣改變?nèi)嚯娫吹南嘈颍妱訖C的旋轉(zhuǎn)磁場隨即反向，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與電動機的旋轉(zhuǎn)方向相反，為制動轉(zhuǎn)矩，使電動機很快停下來，這就是反接制動。問題是在開始制動的瞬間，電動機的轉(zhuǎn)子電流比啟動時還要大，為限制電流的沖擊，往往在定子繞組中串入限流電阻R。電源反接制動時，要從電網(wǎng)中吸取電能，又要從軸上吸取機械能，因此能耗大，經(jīng)濟性較差。但該制動方法的制動轉(zhuǎn)矩即使在轉(zhuǎn)速降至很小時仍較大，因此制動迅速。圖2-86電源反接制動2）倒拉反接制動當繞線轉(zhuǎn)子異步電動機拖動位能性負載時，在其轉(zhuǎn)子回路串入很大的電阻。在位能負載的作用下，使電動機反轉(zhuǎn)。因這是由于重物倒拉引起的，所以稱為倒拉反接制動。這種方法常用于起重機低速下放重物時獲得穩(wěn)定的下放速度。原理電路如圖2－85（a）所示（a）制動原理圖(b)機械特性圖2－85倒拉反接制動反接制動有一個最大的缺點，就是：當電機轉(zhuǎn)速為0時，如果不及時撤除反相后的電源，電機會反轉(zhuǎn)。解決此問題的方法有以下兩種：(1)在電機反相電源的控制回路中，加入一個時間繼電器，當反相制動一段時間后，斷開反相后的電源，從而避免電機反轉(zhuǎn)。但由于此種方法制動時間難于估算，因而制動效果并不精確。(2)在電機反相電源的控制回路中加入一個速度繼電器，當傳感器檢測到電機速度為0時，及時切掉電機的反相電源。由于此種方法速度繼電器實時監(jiān)測電機的轉(zhuǎn)速，因而制動效果較上一種方法要好的多。正是由于反接制動有此特點，因此，不允許反轉(zhuǎn)的機械，如一些車床等，制動方法就不能采用反接制動了，而只能采用能耗制動或機械制動2.能耗制動能耗制動是單純依靠電機來消耗動能來達到停車的目的，因而制動效果和精度并不理想。在一些要求制動時間短和制動效果好的場合，一般不使用此制動方法。如起重機械，其運行特點是電機轉(zhuǎn)速低，頻繁地起動、停止和正反轉(zhuǎn)，而且拖著所吊重物運行。為了實現(xiàn)準確而又靈活的控制，電機經(jīng)常處于制動狀態(tài)，并且要求制動力矩大。而能耗制動則達不到上述要求。故起重機械一般采用反接制動，且要求有機械制動，以防在運行過程中或失電時，重物滑落。3.回饋制動使電動機在外力(如起重機下放重物)作用下，其電動機的轉(zhuǎn)速超過旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速，如圖2-88所示。起重機下放重物，在下放開始時，n＜n1電動機處于電動狀態(tài)，如2-82(a)所示。在位能轉(zhuǎn)矩作用下，電動機的轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電動勢、電流和轉(zhuǎn)矩的方向都發(fā)生了變化，如圖2-84(b)所示，轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，成為制動轉(zhuǎn)矩。此時電動機將機械能轉(zhuǎn)化為電能饋送電網(wǎng)，達到節(jié)能的目的，所以回饋制動又稱再生制動。(a)電動運行(b)回饋制動圖2-88 回饋制動原理圖在生產(chǎn)實踐中，異步電動機的回饋制動會出現(xiàn)在以下兩種場合：(1)起重機重物下降時，電機轉(zhuǎn)子在重物重力的手動下，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速有可能超過同步轉(zhuǎn)速，此時，電機處于再生制動狀態(tài)。這時，電機的制動轉(zhuǎn)矩是阻止重物的下落，直至制動轉(zhuǎn)矩和重力形成的轉(zhuǎn)矩相等時，重物才會停止下落。(2)當變頻調(diào)速時，當變頻器把頻率降低時，同步轉(zhuǎn)速也隨之降低。但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速由于負載慣性的作用，不會馬上降低，此時，電機也會處于再生制動狀態(tài)，直至拖動系統(tǒng)的速度也下降為止。2.10.4【知識進階3】電路故障診斷與維修2.10.5【應(yīng)用拓展】三相異步電動機其他的制動控制電路三相異步電動機的制動方法有下列兩類：1.電氣制動電氣制動是使異步電動機所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩和電動機的旋轉(zhuǎn)方向相反。（1）反接制動（2）能耗制動（3）回饋制動

2.機械制動機械制動是利用機械裝置使電動機從電源切斷后能迅速停轉(zhuǎn)。（1）電磁抱閘制動線路①斷電電磁抱閘制動②通電電磁抱閘制動（2）電磁離合器制動線路.1.電氣制動（1）反接制動控制電路見圖2-83所示。（2）能耗制動將運行著的異步電動機的定子繞組從三相交流電源上斷開后，立即接到直流電源上，由于能耗制動采用直流電源，故也稱為直流制動。圖2-89 異步電動機能耗制動原理圖這種制動方法是利用轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的慣性切割恒定磁場的磁通而產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，把轉(zhuǎn)子的動能消耗在轉(zhuǎn)子回路的電阻上，所以稱為能耗制動。三相異步電動機采用能耗制動方式時，制動平穩(wěn)，能準確快速地停車。另外由于定子繞組與電網(wǎng)脫開，電動機不從電網(wǎng)中吸收交流電能，從能量的角度看，能耗制動比較經(jīng)濟。能耗制動的優(yōu)點是制動力強，制動較平穩(wěn)。缺點是需要一套專門的直流電源供制動用（1）三相異步電動機單向運行能耗制動控制電路圖2-90按速度原則控制的電動機能耗制動控制電路（2）三相異步電動機雙重聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)起動能耗制動控制電路圖2-91三相異步電動機雙重聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)起動能耗制動控制線路2.機械制動電磁抱閘制動是機械制動，其設(shè)計思想是利用外加的機械作用力，使電動機迅速停止轉(zhuǎn)動。由于這個外加的機械作用力，是靠電磁制動閘緊緊抱住與電動機同軸的制動輪來產(chǎn)生的，所以叫做電磁抱閘制動。它主要用于起重機械上吊重物時，使重物迅速而又準確地停留在某一位置上①斷電電磁抱閘制動圖2-92斷電電磁抱閘的制動控制電路這種斷電抱閘制動的結(jié)構(gòu)形式，在電磁鐵線圈一旦斷電或未接通時電動機都處于制動狀態(tài)，故稱為斷電制動方式。②通電電磁抱閘制動制動閘平時總是處于松開狀態(tài)圖2—93通電電磁抱閘制動控制電路電磁抱閘制動的優(yōu)點是制動力矩大，制動迅速，安全可靠，停車準確。其缺點是制動愈快，沖擊振動就愈大，對機械設(shè)備不利。由于這種制動方法較簡單，操作方便，所以在生產(chǎn)現(xiàn)場得到廣泛應(yīng)用。至于選用哪種電磁抱閘制動方式，要根據(jù)生產(chǎn)機械工藝要求來定。一般在電梯、吊車、卷揚機等一類升降機械上，應(yīng)采用斷電電磁抱閘制動方式；像機床一類經(jīng)常需要調(diào)整加工件位置的機械設(shè)備，往往采用通電電磁抱閘制動方式。（2）電磁離合器制動線路圖2—94所示是電磁離合器制動控制電路電磁離合器的優(yōu)點是體積小，傳遞轉(zhuǎn)矩大，操作方便，運行可靠，制動方式比較平穩(wěn)且迅速，并易于安裝在機床一類的機械設(shè)備內(nèi)部?！締栴}探討】1.何謂反接制動？常用什么來控制？2.如果速度繼電器SR在反接制動控制電路中控制失靈，對電路的運行有何影響？3.如圖2-91所示能耗制動電路中，時間繼電器KT線圈斷路損壞后，對電路的運行有何影響？4.如圖2-91所示電路中KM1、KM2的常閉觸點各起什么作用？KM3的常開觸點又起什么作用？5.如圖2-91所示電路中時間繼電器KT的整定時間是根據(jù)什么來調(diào)整的？6.如圖2-91所示電路中制動直流電流的大小，對電動機是否有影響？該如何調(diào)節(jié)？?2.11案例11：三相異步電動機的調(diào)速控制【案例說明】在實際生產(chǎn)的很多領(lǐng)域中，要求三相鼠籠式異步電動機的速度為無極調(diào)節(jié)，其目的是實現(xiàn)自動化控制、節(jié)能、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。如鋼鐵行業(yè)的軋鋼機、鼓風機，機床行業(yè)中的車床、機械加工中心等，都要求三相鼠籠式異步電動機可調(diào)速。2.11.1【解決方案】控制電路的實現(xiàn)圖2-95雙速電動機調(diào)速控制電路2.11.2【知識進階1】雙速異步電動機的工作原理雙速異步電動機的連接形式有兩種：Y-YY和△-YY。這兩種形式都能使電動機極數(shù)減少一半。變極前后電動機轉(zhuǎn)向相反，因此，若要使變極后電動機保持原來轉(zhuǎn)向不變，應(yīng)調(diào)換電源相序。圖2-96(a)為三角形(四極，低速)與雙星形(二極，高速)接法，圖2—96(b)所示為星形(四極，低速)與雙星形(二極，高速)接法。（a）(b)圖2-96雙速異步電動機定子繞組接線圖2.11.3【知識進階2】三相異步電動機的拖動方式（調(diào)速）電動機調(diào)速可分為兩大類，即定速電動機與變速聯(lián)軸節(jié)配合的調(diào)速方式和自身可調(diào)速的電動機。如果采用單速電動機時，則需配有機械變速系統(tǒng)（如齒輪、皮帶、調(diào)速器等機械設(shè)備））以滿足變速要求，這是機械調(diào)速；由電動機直接調(diào)速（在負載轉(zhuǎn)矩不變的情況下，人為的改變電動機的參數(shù)，使電動機運行于不同的人為特性上，得道不同的運行速度），這是電氣調(diào)速。從異步電動機的轉(zhuǎn)速關(guān)系式可以看出，異步電動機的調(diào)速可分以下三大類： (1)改變定子繞組的磁極對數(shù)p，稱為變極調(diào)速；(2)改變供電電源的頻率f1，稱為變頻調(diào)速；

(3)改變電動機的轉(zhuǎn)差率s，其方法有改變電壓調(diào)速、繞線式電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速和串級調(diào)速。

1.變極調(diào)速

在電源頻率不變的條件下，改變電動機的極對數(shù)，電動機的同步轉(zhuǎn)速就會發(fā)生變化，從而改變電動機的轉(zhuǎn)速。若極對數(shù)減少一半，同步轉(zhuǎn)速就提高一倍，電動機轉(zhuǎn)速也幾乎升高一倍。 通常用改變定子繞組的接法來改變極對數(shù)，這種電動機稱多速電動機。圖2-97 三相四極電動機定子U相繞組圖2-98三相兩極電動機U相繞組2.變頻調(diào)速

三相異步電動機的同步轉(zhuǎn)速為 。因此，改變?nèi)喈惒诫妱訖C的電源頻率，可以改變旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速，達到調(diào)速的目的。額定頻率稱為基頻，變頻調(diào)速時，可以從基頻向上調(diào)，也可以從基頻向下調(diào)。變頻調(diào)速由于其調(diào)速性能優(yōu)越，能平滑調(diào)速、調(diào)速范圍廣、效率高，又不受直流電動機換向帶來的轉(zhuǎn)速與容量的限制，故已經(jīng)在很多領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，如軋鋼機、工業(yè)水泵、鼓風機、起重機、紡織機、球磨機化工設(shè)備及家用空調(diào)器等方面。主要缺點是系統(tǒng)較復(fù)雜、成本較高。3.改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

（1）改變定子電壓調(diào)速 改變電源電壓調(diào)速，這種方法主要應(yīng)用于鼠籠式異步電動機。圖2－99鼠籠式異步電動機改變定子電壓調(diào)速（通風機負載）其調(diào)速范圍較寬。因此，目前大多數(shù)的電風扇都采用串電抗器調(diào)速或采用晶閘管交流調(diào)壓線路來實現(xiàn)。（2）轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速

此法用于繞線式異步電動機上，調(diào)速原理與串電阻起動一樣，改變串入轉(zhuǎn)子繞組中的電阻大小，電動機即在對應(yīng)的轉(zhuǎn)速下運行。轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的優(yōu)點是方法簡單，并可在一定范圍內(nèi)進行調(diào)速。缺點是調(diào)速電阻上有一定的能量損耗，主要用于中、小容量的繞線轉(zhuǎn)子異步電動機如運輸、起重機等。（3）串級調(diào)速 所謂串級調(diào)速，就是在異步電動機的轉(zhuǎn)子回路串入一個三相對稱的附加電動勢，其頻率與轉(zhuǎn)子電動勢相同，改變的大小和相位，就可以調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。它也是適用于繞線式異步電動機，靠改變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速。 串級調(diào)速性能比較好，過去由于附加電勢的獲得比較難，長期以來沒能得到推廣。近年來，隨著晶閘管技術(shù)的發(fā)展，串級調(diào)速有了廣闊的發(fā)展前景?，F(xiàn)已日益廣泛用于水泵和風機的節(jié)能調(diào)速，應(yīng)用于不可逆軋鋼機、壓縮機等很多生產(chǎn)機械。2.11.4【知識進階3】電路故障診斷與維修【問題探討】1.如圖2-95所示，如果按下SB3按鈕，電動機出現(xiàn)只能低速運轉(zhuǎn)，不能高速運轉(zhuǎn)現(xiàn)象，試分析產(chǎn)生該故障的接線方面的可能原因。2.圖2-95電路中KM1、KM2、KM3的常閉觸點各起什么作用？KM2的常開觸點起什么作用？3.圖2-95電路中接觸器KM1、KM2、KM3起什么作用？時間繼電器KT起什么作用？4.圖2-95電路中如何實現(xiàn)電動機的高速運轉(zhuǎn)？5.雙速電動機變速時對相序有什么要求？?小結(jié)1.GB及IEC標準文件。介紹了部分圖形符號、文字符號、繪制電氣控制原理圖的原則和要求，以便閱讀、繪制有關(guān)的電氣圖和其他技術(shù)資料。2.三相交流異步電動機。（1）三相異步電動機是靠電磁感應(yīng)作用來工作的，其轉(zhuǎn)子電流是感應(yīng)產(chǎn)生的，故也稱異步電動機為感應(yīng)電動機。（2）異步電動機按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同分為籠型和繞線轉(zhuǎn)子異步電動機兩種，它們的定子結(jié)構(gòu)相同，而轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同。（3）三相異步電動機轉(zhuǎn)動的基本原理是：三相對稱繞組