電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)范國(guó)偉安徽工業(yè)大學(xué)3/9/20231第二章電動(dòng)機(jī)的控制線路電動(dòng)機(jī)是工廠電氣設(shè)備中使用最多的裝置，學(xué)習(xí)直流電機(jī)和三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制線路、起動(dòng)控制線路、制動(dòng)控制線路和調(diào)速控制線路，另外關(guān)注當(dāng)前興起的三相異步電動(dòng)機(jī)的變頻控制線路，是對(duì)電氣控制設(shè)備能夠較好的了解。3/9/202322.1三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的直接全壓（額定電壓）啟動(dòng)是一種簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)的啟動(dòng)方法。但直接啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流較大，一般為額定電流的4～7倍。在小于7.5kW以下的容量可采取直接啟動(dòng)。若大些電動(dòng)機(jī)還需要直接啟動(dòng)，就要看所處電源變壓器視在功率的大小了，須滿足以下的經(jīng)驗(yàn)公式：3/9/202332.1.1鼠籠式異電動(dòng)機(jī)的Y-△降壓起動(dòng)控制線路

電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)接成Y形，加在每相定子繞組上的啟動(dòng)電壓只有△形接法的，啟動(dòng)電流為△形接法的，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也只有△形接法的。所以這種降壓?jiǎn)?dòng)的方法只適用于輕載或空載下啟動(dòng)。凡是在正常運(yùn)行時(shí)定子繞組作△形連接的異步電動(dòng)機(jī)，均可采用這種降壓?jiǎn)?dòng)的方法。3/9/202342.1.2定子串電阻的降壓起動(dòng)控制線路啟動(dòng)原理：起動(dòng)時(shí)三相定子繞組串接電阻R，降低定子繞組電壓，以減小起動(dòng)電流。起動(dòng)結(jié)束應(yīng)將電阻短接?？刂齐娐啡鐖D2-2所示，是時(shí)間繼電器自動(dòng)控制定子繞組串聯(lián)電阻降壓?jiǎn)?dòng)的電路圖。在這個(gè)線路中用KM1的主觸點(diǎn)來(lái)串入降壓電阻R，用時(shí)間繼電器KT延時(shí)幾秒鐘后，待電動(dòng)機(jī)串聯(lián)電阻啟動(dòng)的轉(zhuǎn)速上升一定程度時(shí)，用KT的延時(shí)閉合觸點(diǎn)接通KM2接觸器線圈，讓KM2主觸點(diǎn)切除電阻R，從而自動(dòng)控制電動(dòng)機(jī)從串聯(lián)電阻降壓?jiǎn)?dòng)切換到全壓運(yùn)行。3/9/202352.1.3自耦變壓器降壓起動(dòng)控制電路利用自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)方法常用來(lái)啟動(dòng)較大的三相交流籠型電動(dòng)機(jī)。盡管這是一種比較傳統(tǒng)的啟動(dòng)方法，但由于它是利用自耦變壓器的多抽頭減壓，既能適應(yīng)不同負(fù)載啟動(dòng)的需要，又能得到比前面的降壓?jiǎn)?dòng)方法更大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，所以，這種降壓?jiǎn)?dòng)的方法應(yīng)用較多。啟動(dòng)的原理是：起動(dòng)時(shí)，定子繞組上為自耦變壓器二次側(cè)電壓；正常運(yùn)行時(shí)切除自耦變壓器。自耦變壓器備有65％和85％兩檔抽頭，出廠時(shí)接在65％抽頭上，可根據(jù)電動(dòng)機(jī)的帶負(fù)載情況選擇不同的啟動(dòng)電壓。3/9/202362.1.4繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組串接電阻啟動(dòng)控制線路三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組可通過(guò)滑環(huán)串接啟動(dòng)電阻。它的優(yōu)點(diǎn)是改善電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性，減小啟動(dòng)電流，提高轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)和提高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。在一般要求啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較高（負(fù)重啟動(dòng)），并且能調(diào)速的場(chǎng)合，繞線式電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用非常廣泛。按照繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組在啟動(dòng)過(guò)程中串接裝置的不同分：串電阻啟動(dòng)與串頻敏變阻器啟動(dòng)兩大類。3/9/202372.2三相異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)控制

在于生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)中，在慣性的特性下，會(huì)造成移位、碰撞乃至傷害的事故發(fā)生。這就有必要將交流異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中增加制動(dòng)環(huán)節(jié)，使得在安全和定位上起到非常重要的意義。電動(dòng)機(jī)在切斷電源停轉(zhuǎn)的過(guò)程中，產(chǎn)生一個(gè)與原來(lái)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相反的電磁力矩，（制動(dòng)力矩），迫使電動(dòng)機(jī)迅速制動(dòng)停轉(zhuǎn)的方法，我們稱之為電氣制動(dòng)。3/9/202382.2.1電壓反接制動(dòng)的原理圖2-5所示線路的主電路和正反轉(zhuǎn)控制線路的主電路相同，只是在反接制動(dòng)時(shí)增加了三個(gè)限流電阻R，線路中的KN1為正轉(zhuǎn)運(yùn)行接觸器，KM2為反接制動(dòng)接觸器，KS為速度繼電器。反接制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是制動(dòng)力強(qiáng)，制動(dòng)敘述。缺點(diǎn)是制動(dòng)正確性差，制動(dòng)過(guò)程中沖擊強(qiáng)烈，易損壞傳動(dòng)零件，制動(dòng)能量消耗大，不宜經(jīng)常制動(dòng)。因此，反接制動(dòng)一般適用于制動(dòng)要求迅速、系統(tǒng)慣性較大、不經(jīng)常啟動(dòng)與制動(dòng)的場(chǎng)合，如銑床、鏜床、中型車床等主軸的制動(dòng)控制。3/9/202392.2.2能耗制動(dòng)的自動(dòng)控制線路所謂的能耗制動(dòng)，就是在電動(dòng)機(jī)脫離三相電源以后，在定子繞組任兩相中通入直流電，產(chǎn)生靜止的磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流與該靜止磁場(chǎng)的作用產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子慣性轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，迫使電動(dòng)機(jī)迅速停轉(zhuǎn)的方法。這種方法以消耗轉(zhuǎn)子慣性運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)能來(lái)進(jìn)行制動(dòng)的，所以就稱其為能耗制動(dòng)，又稱之為動(dòng)能制動(dòng)。3/9/2023102.3實(shí)現(xiàn)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的控制他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電樞繞組施加額定電壓直接起動(dòng)時(shí)，由于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)沒(méi)有建立，外加額定電壓全部加在電樞繞組很小的內(nèi)電阻上，產(chǎn)生的起動(dòng)電流達(dá)到額定電流的10至20倍，這對(duì)直流電動(dòng)機(jī)和電網(wǎng)供電都是不允許的。因此在他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)需要設(shè)法降低電樞電流，一般采取在電樞回路串電阻的方法限制起動(dòng)電流。3/9/2023112.3.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)三級(jí)電阻手動(dòng)控制減壓?jiǎn)?dòng)電路他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)三級(jí)電阻手動(dòng)控制減壓?jiǎn)?dòng)電路如圖2-7所示，線路的工作原理為：按下起動(dòng)按鈕SB2，接觸器KM線圈得電，KM自鎖觸點(diǎn)閉合，實(shí)現(xiàn)KM線圈自保持通電。另KM串聯(lián)在電樞電路動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，電樞串入R1、R2、R3電阻后接入直流電源，開始降壓起動(dòng)。隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牧汩_始上升，接觸器KM1線圈兩端電壓也隨之上升，當(dāng)電壓達(dá)到接觸器KM1動(dòng)作值時(shí)，KM1動(dòng)作，其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，將起動(dòng)電阻R1短接。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，隨后KM2、KM3都先后達(dá)到動(dòng)作值而動(dòng)作，分別將R2、R3電阻短接。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定值，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)完畢，進(jìn)入正常額定電壓運(yùn)轉(zhuǎn)。3/9/2023122.3.2利用時(shí)間繼電器控制他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)控制電路

圖2-8所示為運(yùn)用接觸器和時(shí)間繼電器配合他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞串電阻降壓起動(dòng)控制線路。圖2-8中KT1和KT2為斷電延時(shí)型時(shí)間繼電器，線路的工作原理為：在開關(guān)按鈕QS2合上后，KT1和KT2線圈得電，其動(dòng)斷觸點(diǎn)立即斷開，使接觸器KM2、KM3線圈失電，那么與電樞串聯(lián)的電阻R1、R2可以全部串入電路進(jìn)行降壓起動(dòng)的準(zhǔn)備。3/9/2023133/9/2023142.4實(shí)現(xiàn)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制直流電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制可以有兩種方法實(shí)現(xiàn)：其一是改變勵(lì)磁電流的方向；其二是改變電樞電流的方向。在實(shí)際應(yīng)用中，改變勵(lì)磁電流方向來(lái)改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向的方法適用較少，原因是勵(lì)磁繞組的磁場(chǎng)在換向時(shí)要經(jīng)過(guò)零點(diǎn)，極易引起電動(dòng)機(jī)“飛車”，另外勵(lì)磁繞組電感量較大，在換向時(shí)需要一個(gè)放電延時(shí)過(guò)程，不能適合快速轉(zhuǎn)向的控制要求。所以，通常都采用改變電樞電流方向的方法來(lái)控制直流電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)。3/9/2023152.4.1改變電樞電流方向控制他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制線路圖2-9所示為改變電樞電流方向控制他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制線路。圖2-9中，電樞電路電源由接觸器KM1和KM2主觸點(diǎn)分別接入，其方向相反，從而達(dá)到控制正反轉(zhuǎn)的目的。其線路工作原理為：按下SB2后接觸器KM1線圈得電，KM1的主觸點(diǎn)合上，使他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)接通電源正轉(zhuǎn)，同時(shí)KM1其輔助常開觸點(diǎn)自鎖，在SB2按鈕松開后保持KM1線圈通電；需要電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)先按停止按鈕SB1，切斷電機(jī)供電，然后按下SB3使接觸器KM2線圈得電，KM2的主觸點(diǎn)合上，使他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)接通反極性電源反轉(zhuǎn)。3/9/2023162.4.2改變勵(lì)磁電流方向控制他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制線路在改變勵(lì)磁電流方向進(jìn)行改變直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向時(shí)，必須保持電樞電路方向不變。其控制線路如圖2-11所示。圖2-11中，KM1、KM2主觸點(diǎn)的通斷決定電流流入勵(lì)磁繞組的方向，從而確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。線路工作原理與圖2-4所示改變電樞電流方向控制他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制線路基本一致。3/9/2023172.5直流電動(dòng)機(jī)制動(dòng)控制

與交流電動(dòng)機(jī)一樣，直流電動(dòng)機(jī)也可以采用機(jī)械制動(dòng)或電氣制動(dòng)。電氣制動(dòng)就是使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相反，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降。電氣制動(dòng)的特點(diǎn)是產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大、易于控制、操作方便。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng)方法有反接制動(dòng)、能耗制動(dòng)等。3/9/2023183/9/2023193/9/2023202.5.1反接制動(dòng)控制線路反接制動(dòng)工作原理與交流電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)原理基本一致。將正在運(yùn)轉(zhuǎn)的直流電動(dòng)機(jī)的電樞兩端電壓突然反接，但仍然維持其勵(lì)磁電流方向不變，電樞將產(chǎn)生反向力矩，強(qiáng)迫電動(dòng)機(jī)迅速停轉(zhuǎn)。3/9/2023212.5.2能耗制動(dòng)控制線路能耗制動(dòng)是將正在運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)電樞從電源上斷開，串入外接能耗制動(dòng)電阻后，再與電樞組成回路，并且維持原來(lái)的勵(lì)磁電流，使機(jī)械系統(tǒng)和電樞的慣性動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能，消耗在電樞和外電阻上，迫使電動(dòng)機(jī)迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)。3/9/2023222.6直流電動(dòng)機(jī)的保護(hù)

直流電動(dòng)機(jī)的保護(hù)是保證電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)、防止電動(dòng)機(jī)或機(jī)械設(shè)備損壞、保護(hù)人身安全的需要，所以直流電動(dòng)機(jī)的保護(hù)環(huán)節(jié)是電氣控制系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。這些保護(hù)環(huán)節(jié)包括：短路保護(hù)、過(guò)電壓和失電壓保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、限速保護(hù)、勵(lì)磁保護(hù)等。有些保護(hù)環(huán)節(jié)與交流異步電動(dòng)機(jī)保護(hù)環(huán)節(jié)完全一樣。本節(jié)主要介紹過(guò)載保護(hù)和零勵(lì)磁保護(hù)。3/9/2023232.6.1直流電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)

直流電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)、制動(dòng)和短時(shí)過(guò)載時(shí)，電流會(huì)很大，應(yīng)將其電流限制在允許過(guò)載的范圍內(nèi)。直流電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)一般是利用過(guò)電流繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。保護(hù)線路如