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(dòng)機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)控制線路2.4三相籠型異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)控制線路學(xué)習(xí)說(shuō)明：本講主要學(xué)習(xí)典型控制線路的設(shè)計(jì)與分析。重點(diǎn)掌握：降壓起動(dòng)控制電路：如星形—三角形降壓?jiǎn)?dòng)線路等；制動(dòng)控制線路：如三相籠型異步電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)控制電路；軟啟動(dòng)器的使用。12.3三相籠型異步電動(dòng)機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)控制線路原因：容量大于10kW的籠型異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)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(guò)大的電壓降。方法：常用的降壓起動(dòng)方式有星形—三角形(Y-△)降壓起動(dòng)、定子電路串電阻降壓起動(dòng)和自耦變壓器降壓起動(dòng)。22.3.1星形—三角形降壓?jiǎn)?dòng)控制線路降壓原理：丫一?形的降壓起動(dòng)方法是，起動(dòng)時(shí)將電動(dòng)機(jī)定子繞組結(jié)成丫形，這時(shí)加在電動(dòng)機(jī)每相繞組上的電壓為電源電壓額定值的，而其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為?形連接直接起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的1/3。起動(dòng)電流降為?形連接直接起動(dòng)電流的1／3，作用:減小了起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的影響。優(yōu)點(diǎn)：在于星形起動(dòng)電流只是原來(lái)三角形接法的1/3，起動(dòng)電流特性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低。缺點(diǎn)：是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)下降為原來(lái)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(dòng)機(jī)輕載起動(dòng)的場(chǎng)合。設(shè)計(jì)思想：按時(shí)間原則控制啟動(dòng)過(guò)程。定子繞組為三角形接法的電動(dòng)機(jī),啟動(dòng)時(shí),將三角形接法的定子繞組接成星形,啟動(dòng)結(jié)束后,在將星形繞組接成三角形運(yùn)行.降壓?jiǎn)?dòng)的目的就是降低啟動(dòng)電流,采用這種方法啟動(dòng),啟動(dòng)電流降低多上呢?3星形—三角形降壓起動(dòng)控制電路42.3.2定子串電阻降壓?jiǎn)?dòng)控制線路降壓原理：起動(dòng)時(shí)將電動(dòng)機(jī)定子繞組串上電阻，啟動(dòng)結(jié)束將電阻切除.作用:減小了起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的影響。優(yōu)點(diǎn)：控制線路簡(jiǎn)單；啟動(dòng)過(guò)程平滑；不受定子繞組的接法的限制。缺點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)矩下降大；電能損耗大。設(shè)計(jì)思想：按時(shí)間原則控制啟動(dòng)過(guò)程。52.3.2定子串電阻降壓起動(dòng)控制電路62.3.2定子串電阻降壓起動(dòng)控制電路(背)72.3.3自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)控制線路降壓原理：?jiǎn)?dòng)時(shí)利用自耦變壓器降低加到電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓，啟動(dòng)結(jié)束后將自耦變壓器切除。作用:減小了起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的影響。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)電流較??；不受定子繞組接法的限制。

缺點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)設(shè)備體積大，笨重。價(jià)格高，維修不方便。設(shè)計(jì)思想：按時(shí)間原則控制啟動(dòng)過(guò)程。8圖2-18自偶變壓器減壓起動(dòng)控制線路M3~L1L2L3FUKM2KM1FRKTKM1KM3KM2KTFRSB1SB2KTKM3T((KTKM2KM2KM292.3.3、軟啟動(dòng)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(guò)控制晶閘管的導(dǎo)通角，改變輸出電壓，達(dá)到通過(guò)調(diào)壓方式來(lái)控制啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的目的。1、軟啟動(dòng)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(dòng)方式，通過(guò)微處理器改變軟啟動(dòng)器的輸出電壓，實(shí)現(xiàn)不同的啟動(dòng)特性。*通過(guò)電流負(fù)反饋，檢測(cè)主回路的電流，對(duì)電動(dòng)機(jī)和軟啟動(dòng)器起到過(guò)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)負(fù)載電流、電壓、功率因數(shù)等。

2.3.3、軟啟動(dòng)器及其應(yīng)用（續(xù)）軟啟動(dòng)器的特點(diǎn)：具有軟啟動(dòng)和軟停車(chē)功能，啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩可調(diào)節(jié)，另外，還具有電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)等功能。112、軟啟動(dòng)器的控制功能

斜坡升壓?jiǎn)?dòng)方式

轉(zhuǎn)矩控制及啟動(dòng)電流限制啟動(dòng)方式電壓提升脈沖啟動(dòng)方式轉(zhuǎn)矩控制軟停車(chē)方式制動(dòng)停車(chē)方式2.3.3、軟啟動(dòng)器及其應(yīng)用（續(xù)）121）斜坡升壓?jiǎn)?dòng)方式

設(shè)定參數(shù)：

初始電壓:

啟動(dòng)時(shí)間:特點(diǎn)：電動(dòng)機(jī)電壓線性逐漸增加，在設(shè)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到額定值。適用范圍：一臺(tái)軟啟動(dòng)器控制多臺(tái)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)或電動(dòng)機(jī)的功率遠(yuǎn)低于軟啟動(dòng)器額定功率的應(yīng)用場(chǎng)合。斜坡升壓?jiǎn)?dòng)方式特性曲線:Uq0Uet1Ut0132）轉(zhuǎn)矩控制及啟動(dòng)電流限制啟動(dòng)方式

參數(shù)設(shè)定：

啟動(dòng)初始力矩:

啟動(dòng)階段力矩限幅:

力矩斜坡上升時(shí)間:

啟動(dòng)電流限幅:特點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)時(shí)間短，啟動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)。在多種場(chǎng)合使用。轉(zhuǎn)矩控制及啟動(dòng)電流限制啟動(dòng)特性曲線:nTIUt0t1143）電壓提升脈沖啟動(dòng)方式

設(shè)定參數(shù)：

電壓提升脈沖:

升壓脈沖寬度:

特點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)矩大。適用于重載啟動(dòng)電壓提升脈沖啟動(dòng)特性曲線：t0nUI154）轉(zhuǎn)矩控制軟停車(chē)方式參數(shù)設(shè)定：

電動(dòng)機(jī)的減速時(shí)間:特點(diǎn)：停車(chē)時(shí)間可調(diào)節(jié),減速平滑。

特性曲線:nTt0165）制動(dòng)停車(chē)方式參數(shù)設(shè)定：

制動(dòng)電流加入的幅值：

制動(dòng)電流加入的時(shí)間：特點(diǎn)：該制動(dòng)方式為能耗制動(dòng)，制動(dòng)迅速。特性曲線：nIL117

3、軟啟動(dòng)器的應(yīng)用舉例

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

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STOP、RUN的接線方式：

三線制：脈沖型信號(hào)，直接與啟動(dòng)按鈕和停止按鈕相連。

兩線制：高電平輸入信號(hào)。

通信遠(yuǎn)程控制：PL與STOP端短接。軟啟動(dòng)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(dòng)器控制電源接通。KF1的常開(kāi)觸點(diǎn)就閉合，當(dāng)軟啟動(dòng)器發(fā)生故障KF1常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)。隔離繼電器：軟啟動(dòng)器接收到啟動(dòng)信號(hào)，KF1閉合，當(dāng)軟啟動(dòng)器軟停車(chē)結(jié)束時(shí)，或在自由停車(chē)模式下接受到了停車(chē)信號(hào)或在軟啟動(dòng)器發(fā)生故障時(shí)，KF1才斷開(kāi)。KF2：?jiǎn)?dòng)結(jié)束繼電器KF2的功能：?jiǎn)?dòng)結(jié)束KF2閉合。軟啟動(dòng)器出現(xiàn)故障或接收到停車(chē)信號(hào)KF2斷開(kāi)。

3、軟啟動(dòng)器的應(yīng)用舉例（續(xù)）19

1）電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)行、軟啟動(dòng)、軟停車(chē)或自由停車(chē)控制線路

KA1:隔離繼電器；KA2：?jiǎn)?dòng)結(jié)束繼電器QA0QA1QA2FA1FA2SF3QA1QA2KF1KF1KF2KF2SF2SF1圖2-20202）單臺(tái)軟啟動(dòng)器啟動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)控制線路

KA1:隔離繼電器；KA2：?jiǎn)?dòng)結(jié)束繼電器

ABTAQBFAFA1FA2QA1QA11QA12QA21QA22BB1BB2KF1KF2C400L1L2L3T2T3T1STOPRUNPLL+SF5MA1MA2圖2-21212）單臺(tái)軟啟動(dòng)器啟動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)控制線路

KA1:隔離繼電器；KA2：?jiǎn)?dòng)結(jié)束繼電器

BB1BB2SF1SF2SF11SF12SF21SF22QA1QA1QA11QA12QA21QA22KF3KF4KF5QA11QA21KF1KF2QA21QA22KF4KF3QA21QA11QA12KF4QA11KF3QA21QA11圖2-21續(xù)22原因：三相異步電動(dòng)機(jī)從切除電源到完全停止運(yùn)轉(zhuǎn)。由于慣性的關(guān)系，總要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，這往往不能適應(yīng)某些生產(chǎn)機(jī)械工藝的要求。如萬(wàn)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(dòng)機(jī)能迅速停車(chē)，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)控制。2.4三相籠型異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)控制電路方法：制動(dòng)方法一般有兩大類1.機(jī)械制動(dòng)2.電氣制動(dòng)①反接制動(dòng)②能耗制動(dòng)23工作原理：改變異步電動(dòng)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(chǎng)，從而產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。反接制動(dòng)要求在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近零時(shí)及時(shí)切斷反相序的電源，以防止電動(dòng)機(jī)反向起動(dòng)。2.4.1反接制動(dòng)控制線路工作過(guò)程：當(dāng)想要停車(chē)時(shí)，首先將三相電源切換，然后當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近零時(shí)，再將三相電源切除?？刂凭€路就是要實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程。注意：電動(dòng)機(jī)正在正方向運(yùn)行時(shí)，如果把電源反接，電動(dòng)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(shí)切除，則電動(dòng)機(jī)又要從零速反向起動(dòng)運(yùn)行。如圖2-22(a)、圖2-22(b)所示為反接制動(dòng)的控制線路。24（a）（b）圖2-22電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)行反接制動(dòng)控制線路

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

在三相電動(dòng)機(jī)停車(chē)切斷三相交流電源的同時(shí)，將一直流電源引入定子繞組，產(chǎn)生靜止磁場(chǎng)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子由于慣性仍沿原方向轉(zhuǎn)動(dòng)，則轉(zhuǎn)子在靜止磁場(chǎng)中切割磁力線，產(chǎn)生一個(gè)與慣性轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子的制動(dòng)。設(shè)計(jì)方案：1.單向運(yùn)行能耗制動(dòng)控制線路①按時(shí)間原則控制線路；②按速度原則控制線路。2.可逆運(yùn)行能耗制動(dòng)控制線路

2.4.2能耗制動(dòng)控制線路281.單向運(yùn)行能耗制動(dòng)控制線路

(1)按時(shí)間原則控制線路。圖2-24以時(shí)間原則控制的單向能耗制動(dòng)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(dòng)線路302.按時(shí)間原則控制的可逆運(yùn)行能耗制動(dòng)控制線路

圖2-26以時(shí)間原則控制的可逆運(yùn)行能耗制動(dòng)線路31能耗制動(dòng)與反接制動(dòng)比較

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

在實(shí)際使用時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的工作要求選用合適的制動(dòng)方法。322.5三相異步電動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。電氣調(diào)速的基本概念:電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速：改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法：1、改變極對(duì)數(shù)—變極調(diào)速2、改變轉(zhuǎn)差率—串級(jí)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(kāi)圖(b)二極繞組展開(kāi)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(duì)數(shù)的原理2.5三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制線路（續(xù)）34

2.5三相異步電動(dòng)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(dòng)機(jī)供電電壓的頻率實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的速度控制。變頻調(diào)速的特點(diǎn)：連續(xù)改變標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)（如籠型異步電動(dòng)機(jī)）的轉(zhuǎn)速；通過(guò)電子回路改變電動(dòng)機(jī)定子電源的相序，改變電動(dòng)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(dòng)機(jī)