1、課題十二 電動機的控制、保護與選擇,1,我們介紹了電動機的各種基本電氣控制線路，而生產(chǎn)機械的電氣控制線路都是在這些控制線路的基礎(chǔ)上，根據(jù)生產(chǎn)工藝過程的控制要求設(shè)計的，而生產(chǎn)工藝過程必然伴隨著一些物理量的變化，并根據(jù)這些量的變化對電動機實現(xiàn)自動控制。 電動機控制的一般原則，歸納起來，有以下幾種：行程控制原則、時間控制原則、速度控制原則和電流控制原則。,電動機的控制、保護與選擇,2,1.行程控制原則 根據(jù)生產(chǎn)機械運動部件的行程或位置，利用位置開關(guān)來控制電動機的工作狀態(tài)稱為行程控制原則。行程控制原則是生產(chǎn)機械電氣自動化中應(yīng)用最多和作用原理最簡單的一種方式。,一、電動機的控制原則,電動機的控制、保護與

2、選擇,2.時間控制原則 利用時間繼電器按一定時間間隔來控制 電動機的工作狀態(tài)稱為時間控制原則。如在電動機的降壓啟動、制動以及變速過程中，利用時間繼電器按一定時間間隔改變線路的接線方式，來自動完成電動機的各種控制要求。在這里，換接時間的控制信號由時間繼電器發(fā)出，換接時間的長短則根據(jù)生產(chǎn)工藝要求或者電動機啟動、制動和變速過程的持續(xù)時間來整定時間繼電器的動作時間。,3,電動機的控制、保護與選擇,3.速度控制原則 根據(jù)電動機的速度變化，利用速度繼電器等電器來控制電動機工作扎稱為速度控制原則。反映速度變化的電器有多種，直接測量速度的電器有速度繼電器、小型測速發(fā)電機；間接測量電動機速度的電器，對于直流電動

3、機用其感生電動勢來反映，通過電壓繼電器來控制；對于交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動機可以轉(zhuǎn)子頻率來反映，通過頻率繼電器來控制。,4.電流控制原則 根據(jù)電動機主回路電流的大小，利用電流繼電器來控制電動機的工作狀態(tài)稱為電流控制原則。,4,電動機的控制、保護與選擇,電動機在運行的過程中，除按生產(chǎn)機械的工藝要求完成各種正常運轉(zhuǎn)外，還必須在線路出現(xiàn)短路、過載、過電流、欠電壓、失壓及弱磁等現(xiàn)象時，能自動切斷電源停轉(zhuǎn)，以防止和避免電氣設(shè)備和機械設(shè)備的損壞事故，保證操作人員的人身安全。為此，在生產(chǎn)機械的電氣控制線路中，采取了對電動機的各種保護措施。,二、電動機的保護,常用保護有以下幾種：短路保護、過載保護、過電流保護、欠

4、壓保護、失壓保護以及弱磁保護等。,1、短路保護,當(dāng)電動機繞組和導(dǎo)線的絕緣損壞或者控制電器及線路發(fā)生故障時，線路將出現(xiàn)短路現(xiàn)象，產(chǎn)生很大的短路電流，是電動機、電器及導(dǎo)線等電氣設(shè)備嚴重損壞。因此，在發(fā)生短路故障時，保護電器必須立即動作，迅速將電源切斷。 常用的短路保護電器是熔斷器和低壓斷路器。,6,當(dāng)電動機負載過大、啟動操作頻繁或缺相運行時，會使電動機的工作電流長時間超過其額定電流，電動機繞組過熱，溫升超過其允許值，導(dǎo)致電動機的絕緣材料變脆，壽命縮短，嚴重時會使電動機損壞。因此，當(dāng)電動機過載時，保護電器應(yīng)動作切斷電源，使電動機停轉(zhuǎn)，避免電動機在過載下運行。 常用的過載保護電器是熱繼電器,電動機的控

5、制、保護與選擇,2.過載保護,當(dāng)電網(wǎng)電壓降低時，電動機便在欠壓下運行。由于電動機負載沒有改變，所以欠壓下電動機轉(zhuǎn)速下降，定子繞組的電流增大。因為電流增大的幅度尚不足以使熔斷器和熱繼電器動作，所以這兩種電器起不到保護作用。如不采取保護措施，時間一長將會使電動機過熱損壞。另外，欠壓將引起一些電器釋放，使線路不能正常工作，也可能導(dǎo)致人身設(shè)備事故。 實現(xiàn)欠壓保護的電器是接觸和電磁式電壓繼電器。,3.欠壓保護,5,4失壓保護（零壓保護）,生產(chǎn)機械在工作時，由于某種原因而發(fā)生電網(wǎng)突然停電，這時電源電壓下降為零，電動機停轉(zhuǎn)，生產(chǎn)機械的運動部件也隨之停止運轉(zhuǎn)。,在電氣控制線路中，起失壓保護作用的電器是接觸器和

6、中間繼電器。,為了限制電動機的啟動或只動電流，在直流電動機的電樞繞組中或在交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組中需要傳入附加的限流電阻。 過流保護常用電磁式過電流繼電器來實現(xiàn)。,電動機的控制、保護與選擇,5過流保護,直流電動機必須在磁場具有一定強度時才能啟動、正常運轉(zhuǎn)。用欠流繼電器來實現(xiàn)。,6.弱磁保護,7.多功能保護器,電動機的控制、保護與選擇,三、電動機的選擇,在電力拖動系統(tǒng)中，正確選擇拖動生產(chǎn)機械的電動機是系統(tǒng)安全、經(jīng)濟、可靠和合理運行的重要保證。,選擇電動機應(yīng)遵循了以下基本原則：,第一.電動機能夠完全滿足生產(chǎn)機械在機械特性方面的要求。如速度、速度的穩(wěn)定性、速度的調(diào)節(jié)以及啟動、制動時間等。,

7、第二.電動機在工作過程中，其功率能被充分利用。防止出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象。即溫升應(yīng)達到國家標準規(guī)定的數(shù)值。,第三.電動機的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)適合周圍環(huán)境的條件。如根據(jù)使用場合的環(huán)境條件選用相適應(yīng)的防護方式及冷卻方式的電動機。,電動機的選擇主要包括：電動機的額定功率（即額定容量），額定電壓，額定轉(zhuǎn)速，電動機的種類，電動機的結(jié)構(gòu)形式。其中以電動機額定功率的選擇最為重要。,第四.所選擇的電動機的可靠性高并且便于維護?；Q性能要好，一般情況盡量選擇標準電動機產(chǎn)品。,7,1、電動機額定功率的選擇,3)斷續(xù)周期工作制（周期斷續(xù)工作制）（重復(fù)短時工作制） 斷續(xù)周期工作制是指電動機帶額定負載運行時，運行時間很短，停

8、止時間也很短，工作周期小于10min的工作方式。斷續(xù)周期工作制的電動機在銘牌上標注S3。要求頻繁啟動、制動的電動機常采用斷續(xù)周期工作制電動機，如拖動電梯、起重機的電動機等。,正確合理地選擇電動機的功率是很重要的。因為如果電動機的功率選擇得過小，電動機將過載運行，使溫度超過允許值，縮短電動機的使用壽命，甚至燒壞電動機；如果選得過大，電動機將不在滿載下運行，其用電效率和功率因數(shù)較低，造成電力浪費，且設(shè)備投資大，運行費用高，不經(jīng)濟。,1)連續(xù)工作制 連續(xù)工作制是指電動機帶額定負載運行時，連續(xù)運行時間很長的工作方式。連續(xù)工作制的電動機使用很廣泛，一般在銘牌上標注S1或不標明工作制。,電動機的控制、保護

9、與選擇,電動機工作方式的分類,2)短時工作制 短時工作制是指電動機帶額定負載運行時，運行時間很短，停機時間很長的工作方式。短時工作制的電動機在銘牌上標注S2，我國的短時工作制電動機的運行時間有15min，30min，60min，90min四種定額。,8,電動機額定功率（容量）的選擇步驟是：,第一步：計算負載功率PL； 第二步：根據(jù)預(yù)選電動機的額定功率PN； 第三步：進行發(fā)熱、過載能力和啟動能力校驗，直至合適為止。,(1)連續(xù)工作制電動機額定功率的選擇,1)恒定負載下電動機額定功率的選擇 這類生產(chǎn)機械電動機功率的選擇較為簡單，根據(jù)負載的功率，在產(chǎn)品目錄中選一臺額定功率等于或略大于，且轉(zhuǎn)速合適的電

10、動機即可。PN PL,2)周期性變化負載下電動機額定功率的選擇 電動機在變動負載下運行，其輸出的功率不斷地變化，電動機內(nèi)部的損耗及溫升也在不斷地變化。在這種情況下，如按最大負載功率選擇電動機功率，電動機將不能充分利用；而按最小負載功率選擇電動機功率，電動機要過載，會引起電動機溫升過高。因此，變化負載下電動機額定功率的選擇要復(fù)雜些，一般按下列步驟進行： 預(yù)選電動機額定功率：（PN 1.1-1.6 P平均) 電動機額定功率的校驗；電動機額定功率的修正；過載能力和啟動能力的校驗,電動機的控制、保護與選擇,9,(2)短時工作制下電動機功率的選擇,短時工作制的負載，應(yīng)選用專用的短時工作制電動機。在沒有專

11、用電動機的情況下，也可以選用連續(xù)工作制的電動機。,1)直接選用短時工作制電動機:電動機制造廠專門為短時工作制的生產(chǎn)機械設(shè)計制造了短時工作制電動機，其時間規(guī)格有：15min、30min、60min、90min四種。當(dāng)工作時間接近上述標準時間時，可以按生產(chǎn)機械的功率、工作時間及轉(zhuǎn)速的要求，由產(chǎn)品目錄上直接選取。,2)選用連續(xù)工作制電動機:由于短時工作制的電動機的生產(chǎn)很少，實踐中常選用連續(xù)工作制的電動機來代替短時工作制的電動機工作。如果選擇連續(xù)工作制的電動機，電動機在發(fā)熱上沒有被充分利用；為此，可選擇一臺功率較小的電動機,讓電動機在工作時間內(nèi)短時過載運行，此時電動機功率的選擇依據(jù)為：在短時工作時間內(nèi)

12、，電動機過載運行所達到的溫升恰好等于電動機所允許的最高溫升。,電動機的控制、保護與選擇,10,(3)斷續(xù)周期工作制下電動機功率的選擇,斷續(xù)周期工作制下電動機的標準負載持續(xù)率FC（負載工作時間與整個周期之比） 有15%、25%、40%、60%四種。同一臺電動機，在不同F(xiàn)C下，其額定輸出功率不同，F(xiàn)C%越小，額定功率就越大，即P15%P25%P40%P60% 斷續(xù)周期工作制電動機功率選擇的步驟與連續(xù)工作制變動負載下的功率選擇是相似的。要經(jīng)過預(yù)選電動機和校驗等步驟，一般情況下，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)機械的負載持續(xù)率來預(yù)選電動機。,這種工作方式的電動機的工作與停止交替進行。工作時溫升未到穩(wěn)定值，停止時溫度也來不及

13、降到周圍溫度。,注意：當(dāng)負載持續(xù)率FC10%時，應(yīng)按短期工作制選擇；當(dāng)負載持續(xù)率FC70%時，可按長期工作制選擇,電動機的控制、保護與選擇,11,2、電動機額定電壓的選擇,一般情況下，電動機額定功率100kW，選用380V ；200kW，選用380V或3000V；200kW，選用6000V；1000kW，選用10kV。 直流電動機的額定電壓一般為110V、220V、440V，大功率電動機可提高到600V、800V、甚至1000V。當(dāng)直流電動機由晶閘管整流電源供電時，電動機的額定電壓應(yīng)選用440V（配合三相橋式整流電路）或160V(配合單相整流電路），電動機采用改進的Z3型。,電動機額定電壓選擇

14、的原則應(yīng)與供電電網(wǎng)或電源電壓一致。否則，若低于供電電源電壓電動機將由于電流過大而被燒毀；若高于供電電源電壓可能因電壓過低不能啟動，或雖能啟動但因電流過大而減少使用壽命甚至燒毀。 一般工廠企業(yè)低壓電網(wǎng)為380V。中小型異步電動機都是低壓的，額定電壓為380/220V（Y/接法），或220/380V（/Y接法）及380/660 V（/Y接法）三種。 高壓電動機，額定電壓為3000V、6000V甚至達10000V。,電動機的控制、保護與選擇,12,并勵直流電動機基本控制線路,3、電動機額定轉(zhuǎn)速的選擇,3)對于調(diào)速性能要求不高的生產(chǎn)機械，可選用多速電動機或者選擇額定轉(zhuǎn)速稍高于生產(chǎn)機械的電動機配以減速機

15、構(gòu)，也可以采用電氣調(diào)速的電動機拖動系統(tǒng)。在可能的情況下，應(yīng)優(yōu)先選用電氣調(diào)速方案。,1)對于啟動、制動或反轉(zhuǎn)很少，不需要調(diào)速的連續(xù)工作制的電動機，可選擇相應(yīng)額定轉(zhuǎn)速的電動機，從而省去減速傳動機構(gòu)。,2)對于經(jīng)常啟動、制動和反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機械，選擇額定轉(zhuǎn)速時則應(yīng)主要考慮縮短啟、制動時間以提高生產(chǎn)效率。啟、制動時間的長、短主要取決于電動機的飛輪矩和額定轉(zhuǎn)速，應(yīng)選擇較小的飛輪矩和額定轉(zhuǎn)速。,4)對于調(diào)速性能要求較高的生產(chǎn)機械，應(yīng)使電動機的最高轉(zhuǎn)速與生產(chǎn)機械的最高轉(zhuǎn)速相適應(yīng)，直接采用電氣調(diào)速。,電動機轉(zhuǎn)速選擇合理與否，將直接影響到電動機的價格，能量損耗及生產(chǎn)機械的生產(chǎn)效率等相同功率的電動機轉(zhuǎn)速高的尺寸小，價

16、格低，比較經(jīng)濟。但生產(chǎn)機械的工作速度較低，轉(zhuǎn)速高傳動機構(gòu)將比較復(fù)雜，必須要全面考慮。,13,在滿足生產(chǎn)機械要求的前提下，優(yōu)先選擇結(jié)構(gòu)簡單價格便宜、運行可靠、維修方便的電動機。由于三相籠型異步電動機具有上述等特點，并且它采用的動力電源是很普遍的三相交流電源。因此廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟和日常生活的各個領(lǐng)域，是生產(chǎn)量最大、應(yīng)用面最廣的電動機。但它的啟動和調(diào)速性能差，功因數(shù)低。對調(diào)速，啟動性能要求不高的一般生產(chǎn)機械中，如機床、水泵、通風(fēng)機、家用電器等，應(yīng)優(yōu)先采用籠型異步電動機。,對于要求高啟動轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機械，如空氣壓縮機、皮帶運輸機、紡織機等，可采用深槽或雙籠型異步電動機。 在要求有級調(diào)速的生產(chǎn)機械，如某

17、些機床，可采用雙速、三速或四速等多速籠型異步電動機。 由于繞線式異步電動機可通過轉(zhuǎn)子回路做到限制啟動電流，提高啟、制動轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)一定的調(diào)速功能。因此，在啟、制動頻繁且啟動轉(zhuǎn)矩較大，并要求有一定調(diào)速的生產(chǎn)機械， 如起重機、提升機等，可采用繞線式異步電動機。 同步電動機在運行時，可以對電網(wǎng)進行無功補償，提高功率因數(shù)。當(dāng)生產(chǎn)機械的功率較大而要求改善功能因數(shù)并且要求速度恒定的場合，如球磨機、破碎機、礦用通風(fēng)機、空氣壓縮機等，可采用同步電動機。 對于要求啟動轉(zhuǎn)矩較大、啟動性能好，調(diào)速范圍寬、調(diào)速平滑性較好、調(diào)速精度高且準確的生產(chǎn)機械，如高精度數(shù)控機床、龍門刨床、造紙機、印染機等，則應(yīng)選用他勵（復(fù)勵）直流

18、電動機拖動。,并勵直流電動機基本控制線路,4、電動機種類的選擇,14,5、電動機結(jié)構(gòu)型式的選擇,電動機的安裝型式有臥式和立式兩種。一般情況下用臥式，特殊情況用立式。 電動機的外殼防護形式有開啟式、防護式、封閉式及防爆式幾種。開啟式電動機，在定子兩側(cè)與端蓋上都有很大的通風(fēng)口，這種電動機價格便宜、散熱條件好，但容易進灰塵、水滴、鐵屑等，只能在清潔、干燥的環(huán)境中使用。防護式電動機在機座下面有通風(fēng)口，散熱好，能防止水滴、鐵屑等從上方落入電動機內(nèi)，但不能防止灰塵和潮氣侵入，所以，一般在比較干燥、灰塵不多、較清潔的環(huán)境中使用。封閉式電動機有自扇冷式、他扇冷式和密閉式三種；前兩種型式的電動機是機座及端蓋上均

19、無通風(fēng)孔，外部空氣不能進入電動機內(nèi)部?？捎迷诔睗瘛⒂懈g性氣體、灰塵多、易受風(fēng)雨侵蝕等較惡劣的環(huán)境中。密閉式電動機，外部的氣體、液體都不能進入電動機內(nèi)部。一般用于在液體中工作的機械，如潛水泵電動機等。防爆式電動機適用于有易燃、易爆氣體的場所，如油庫、煤氣站、加油站及礦井等場所。,并勵直流電動機基本控制線路,原則上電動機與生產(chǎn)機械的工作方式應(yīng)該一致。,4.2 電氣控制線路的設(shè)計 4.2.1設(shè)計的基本原則 在電力拖動方案和控制方案確定后，即可著手進行電控線路具體設(shè)計。 電控系統(tǒng)設(shè)計一般應(yīng)遵循以下原則： 1最大限度滿足生產(chǎn)機械和工藝對電控系統(tǒng)的要求 首先弄清設(shè)備需滿足的生產(chǎn)工藝要求，對設(shè)備工作情況作

20、全面了解。深入現(xiàn)場調(diào)研，收集資料，結(jié)合技術(shù)人員及現(xiàn)場操作人員經(jīng)驗，作為設(shè)計基礎(chǔ)。 2在滿足生產(chǎn)工藝要求前提下，力求使控制線路簡單、經(jīng)濟 （1）盡量選用標準電器元件，減少電器元件數(shù)量,選用同型號電器元件以減少備用品數(shù)量。 （2）盡量選用標準的、常用的或經(jīng)過實踐考驗的典型環(huán)節(jié)或基本電控線路。,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,（3）盡量減少不必要的觸點，以簡化線路。 在滿足工藝要求前提下，元件越少，觸點數(shù)量越少，線路越簡單?？商岣吖ぷ骺煽啃?，降低故障率。 常用減少觸點數(shù)目的方法： 合并同類觸點 見圖4-1示. 利用轉(zhuǎn)換觸點方式 見圖4-2示。 圖4-1 同類觸點合并 圖4-2具有轉(zhuǎn)換觸點的中

21、間繼電器的應(yīng)用,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇, 利用二極管的單向?qū)щ娦詼p少觸點數(shù)目。見圖4-3示. 利用邏輯代數(shù)的方法減少觸點數(shù)目。如圖4-4(a)示. 圖4-3 利用二極管簡化控制電路 圖4-4 利用邏輯代數(shù)減少觸點 （4）盡量縮短連接導(dǎo)線的數(shù)量和長度 設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)實際情況，合理考慮并安排電氣設(shè)備和元件的位置及實際連線，使連接導(dǎo)線數(shù)量最少，長度最短。 圖4-5中，圖(a)接線不合理，從電氣柜到操作臺需4根導(dǎo)線。圖(b)接線合理，從電氣柜到操作臺只需3根導(dǎo)線。,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇,注意：同一電器的不同觸點在線路中應(yīng)盡可能具有公共連接線。以減少導(dǎo)線段數(shù)和縮短導(dǎo)線長度，如圖4-6示. 圖4-5 線路的合理連接 圖4-6 節(jié)省連接導(dǎo)線的方法 （5）線路工作時，除必要的電器元件必須通電外，其余盡量不通電以節(jié)約電能。如圖4-7示. 3保證電控線路工作可靠 最主要的是選擇可靠的電器元件。同時，設(shè)計時要注意幾點： （1）正確連接電器元件的觸點,第4章 電氣控制線路的設(shè)計及元