2.23降压间接启动（课件）-《电器与PLC控制技术》同步教学(高教版)

第二节 电气基本控制规律 四、降压间接启动 所谓降压启动，是指电机启动时，电机定子端的电压 在数值上，仅是正常额定值的一部分，其目的是；减小供电电网因电机启动造成的电压波动，将电机的启动电流限制在(2~2.5)IN。待电机达到一定转速(接近额定值)时，再切换到全压下运行，并使电机输出额定功率。 对于7.5KW以上电机，如无特殊要求，一般采用降压间接启动方式。由于交流电机结构上的差异，鼠笼式电机降压启动方法有：定子回路串电阻、串电抗、串自耦调压器、Y-Δ、以及对多抽头电机的延边三角形降压启动。本课程重点介绍Y- Δ降压启动控制。 第二节 电气基本控制规律 Ⅰ Y-Δ降压启动 L1 L2 L3 L11 L21 L31 R S T M～ U V W U V W 2KM 1KM FR 3～ 380 V QF 3KM FU SB SB 3KM 2KM FR KT 1KM KT 2KM 1KM KT 3KM KM 3KM L11 L31 2 1 3 5 4 8 6 7 11 9 10 1. 电路介绍 第二节 电气基本控制规律 2. 方法 1KM 3KM FR M～ U V W U V W 2KM 3～ 380 V QF L1 L2 L3 L11 L21 L31 L12 L22 L32 R S T 启动 2KM Z 运行 3KM Z 第二节 电气基本控制规律 3. 原理 IN= PN √3UlCosφ 即：IN∝PN Y接法时，相绕组上的电压UP＝ √3 1 源端线电压Ul Δ接法时，相绕组上的电流IP＝ √3 1 源端线电流Il 因而， Δ接法电机改为Y接法启动时，相绕组电压仅为原电压的1/√3 ； ⑴ 电压变化 ⑵ 电流变化 但是，I Δ l≠Iyl 即：两种接法下，从电网获取的电流不等。 第二节 电气基本控制规律 可以证明：当电机由Δ接法改为Y接法时， IΔl＝3Iyl。也就是说，Δ接法的绕组在Y接法下运行，所需电流仅为Δ接法全压下的1/3。那么： Iyp＝Iyl＝ IΔl/ 3＝√3 IΔp/3= IΔp/√3 也就是说， Δ接法电机改为Y接法启动时，相绕组电流也为原电流的1/√3 。 ⑶ 功率变化 Py＝3Pp＝3UypIypCosφ ＝3(UΔp/√3*IΔp /√3)Cosφ ＝(3UΔpIΔpCosφ)/3 ＝PΔ/3 第二节 电气基本控制规律 ⑷ 转矩变化 ∵ M∝U2 当 UyP＝ √3 1 UΔP时，就有： My= MΔ/3 即：电磁转矩也为原转矩的1/3。 综述： Y-Δ降压启动时，电机绕组端电压、通过绕组的电流，分别下降了1/√3；功率降低1/3；转矩下降了1/3，故此法不 宜用于重载启动场合。 4. 适用范围 7.5KW～30KW的空载或轻载，运行时采用Δ接法的鼠笼 电机。 第二节 电气基本控制规律 5. 控制分析 L1 L2 L3 L11 L21 L31 R S T M～ U V W U V W 2KM 1KM FR 3～ 380 V QF 3KM FU SB2 SB1 3KM 2KM FR KT 1KM KT 2KM 1KM KT 3KM 2KM 3KM L11 L31 2 1 3 5 4 8 6 7 11 9 10 QS闭合，电路得电，待运行； ⑴ 启动准备 第二节 电气基本控制规律 L1 L2 L3 L11 L21 L31 R S T M～ U V W U V W 2KM 1KM FR 3～ 380 V QF 3KM FU SB2 SB1 3KM 2KM FR KT 1KM KT 2KM 1KM KT 3KM 2KM 3KM L11 L31 2 1 3 5 4 8 6 7 11 9 10 按下SB2 2KM辅助常闭断开，与3KM互锁，防止短路； 2KM线圈得电吸合 2KM主触点闭合，Y接法 2KM辅助常开闭合，KT延时计时开始； 1KM主触点吸合，M在Y下运行 1KM线圈得电吸合 1KM辅助常开闭合，自保 2KM辅助常开断开，KT线圈失电； 2KM辅助常闭闭合，3KM待电吸合； 2KM主触点断开，M高速下惯转 t秒后，延时断开，2KM线圈失电 KT延时闭合，3KM线圈吸合； 3KM主触点吸合，M在Δ下运行 3KM辅助常闭断开，联锁 3KM辅助常开闭合，自保 ⑵ 启动 KT延时计时 第二节 电气基本控制规律 KT延时断开的常闭触点断开，2KM线圈失电释放； KT延时闭合的常开触点闭合，3KM待得电； 1KM线圈得电吸合 1KM主触点闭合 电机M在Y接法下启动运行。 1KM辅助触点闭合，自保； 2KM线圈得电吸合 2KM辅助常开触点闭合，KT线圈得电吸合，延时计时开始； 2KM主触点闭合， 电机M绕组Y接法； 2KM辅助常闭触点断开，与3KM联锁，防止短路； 按下SB2 计时时间到 2KM辅助常开触点断开，KT线圈失电； 2KM主触点断开， 电机绕组Y接法断开； 2KM辅助常闭触点闭合，3KM线圈得电吸合； 3KM辅助常开触点闭合，自保。 3KM主触点闭合， 电机M绕组Δ接法下运行。 3KM辅助常闭触点断开，与2KM联锁，防止2KM线圈带电； 第二节 电气基本控制规律 L1 L2 L3 L11 L21 L31 R S T M～ U V W U V W 2KM 1KM FR 3～ 380 V QF 3KM FU SB2 SB1 3KM 2KM FR KT 1KM KT 2KM 1KM KT 3KM 2KM 3KM L11 L31 2 1 3 5 4 8 6 7 11 9 10 按下SB1 ⑶ 停止 1KM线圈失电 1KM主触点断开，电机M失电； 1KM辅助常开触点断开，失自保； 3KM线圈失电 3KM辅助常开触点断开，失自保； 3KM主触点断开，电机M失电，惯转； 3KM辅助触点闭合，待再启动 第二节 电气基本控制规律 1KM线圈失电释放 1KM主触点断开，电机M失电； 1KM辅助常开触点闭合，失自保； 按下SB1 3KM线圈失电释放 3KM辅助常开触点断开，失自保。 3KM主触点断开， 电机M绕组Δ接法断开； 3KM辅助常闭触点闭合，待再启动； 电机M惯转停止。 第二节 电气基本控制规律 ⑷ 电路保护 ① QF 电源引入与隔离； ② FU 电路短路保护； ③ FR 电路过载保护； ④ KM 电路控制及低压释放保护； ⑤ 1KM辅助常开触点 自保与零(失)压保护； ⑥ 2KM辅助常闭触点 与3KM互锁，防止电源短路； 辅助常开触点 防止KT线圈工作后带电，节能减热。 ⑦ 3KM辅助常闭触点 ⅰ与2KM互锁，防止电源短路； ⅱ防止2KM线圈工作后带电，节能减热。 辅助常开触点 自保。 第二节 电气基本控制规律 ⑸ 说明 ① 在前面的分析中，我们已知： IΔl≠Iyl 。因而，在设计 Y-Δ降压启动电路时，热继电器热元件的额定电流应以电机在Δ接法下运行时的电流数值为准，否则电机不能可靠启动或运行，易造成启动或运行失败； ② 本电路中省略了信号显示回路，但在实际工程中还是必须的； ③ Y-Δ降压启动电路，是各种降压启动电路中最简单、最直接、最常用的电路，也是工程技术人员应当掌握的基本单元电路之一； 第二节 电气基本控制规律 ④ 线路标记 电气控制线路要求每段线路节点、触点、负载等两端都需做出标记，不得重复，也不得出现错误或误导；例如： U1 V1 W1 V2 W2 U2 理论分析 M U1 V1 W1 V2 W2 U2 原理设计 否则造成的恶果是：ⅰ 电源短路； ⅱ 绕组内部可能形成环流。 W2 U2 V2 U1 V1 W1 U1 V1 W1 W2 U2 V2 第二节 电气基本控制规律 Ⅱ 延边Δ降压启动 1. 原理 利用Y接法启动电流小、Δ接法启动转矩大的特点，启动时，将定子绕组的一部分接成Y形，另一部分接成Δ形。 2. 适用范围 适用于重载且定子绕组至少有一组抽头的电机。 3. 优缺点 与Y- Δ降压启动电路同，无需附加启动装置，节省空间节约资金；电机抽头越多，电机体积越大，接线点 越多，隐患越多； 4.电路及分析 见教材，其余同Y- Δ降压电路。 第二节 电气基本控制规律 L1 L3 L2 FU Q Q2 Q2下合： 接入自耦 变 压器，降压 起动。 合上电源开关Q Q2上合： 切除自耦 变 压器，全压 工作。 自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时联成 Y形不能采用Y－起动的鼠笼式异步电动机。 Ⅲ 自耦变压器降压启动 第二节 电气基本控制规律 Ⅳ 线绕式电机转子串电阻降压启动 1. 原理 Tst与 R2 有关， 适当使 R2 Tst 。对绕线式 电机改变转子附加电阻 R´2 , 可使Tst =Tmax 。 2. 适用范围 适用于拖动重力负载或生产机械要求有较大 起动转矩的线绕式电机。 3. 方法 选择适当的R串 于转子电路，既可 以降低起动电流， 又可以增加起动转 矩，起动后将R 短路。 滑环 电刷 定子 转子 起动电阻 R R R 4. 电路介绍 ⑴ 电流控制 ① 主电路 R1～R3 转子外串电阻； KA1～KA3 转子电流检 测用电流继电器（欠流复 位型）； KM1～KM3 转子电阻 的旁路接触器。 第二节 电气基本控制规律 转速n↑，电流I↓ →过流继电器KＡ3 复位 →KM3线圈通电 →切除R3，转速n 上升 第二节 电气基本控制规律 ② 控制分析 随着转速n↑，电流I↓ →过流继电器KA2复位→KM2线圈通电 →切除转子电阻R2 →I↑； 转速n↑，电流I↓ →过流继电器KA1复位 →KM1线圈通电 →切除转子电阻R1 →I↑； 按动起动按钮SB2 → KM4线圈通电自锁 →中间继电器 KA4 线 圈通电； →转子串全电阻起动。 作用是产生一延时，以保证KA1~KA3依次动作时间。 三个欠流继电器的电流参数调整存在一定困难。 ⑵ 时间控制 ① 电路介绍 R1～R3 转子外串电阻； KT1～KT3 时间继电器； KM1～KM3 旁路接触器。 第二节 电气基本控制规律 由于时间可调，器件规格可统一，较电流继电器具有较大灵活性。 第二节 电气基本控制规律 三个常闭触点的串联，确保了启动时转子电阻的全部接入。 →KM3线圈通电自锁 →切除R3， KT1，KM1，KT2，KM2，KT3等线圈依次断电复位，启动过程结束。 →KM２线圈通电 →切除R２， 同时KT3线圈通电延时 →KM1线圈通电 →切除R1， 同时KT２线圈通电延时 按动SB2 →KM4线圈自锁 →电动机M串全电阻起动， 同时KT1线圈通电延时 ② 控制分析 第二节 电气基本控制规律 五、三相鼠笼异步电机的制动 1. 制动 指的是实现运行中的电机迅速停车的技术措施。 2. 原理 由于转子转矩的惯性作用，电源切断后，电机转子还会沿原运行方向继续转动一段时间后，才会停止。为提高效、缩短惯转时间或防止意外发生，对设备、机械装置中正在运行的电机采取人为措施，使电机在切除电源后，能够迅速有效的停止转动。为此，要求制动时所产生的转矩与转子原转矩方向相反，起制动作用。 YB 第二节 电气基本控制规律 3. 制动的分类 4. 典型制动电路 ⑴ 断电型电磁抱闸 ② 适用范围 对卷扬、起重、电梯类设备的电机制动控制。 ① 特点 专用机械制动装置。 ③ 组成结构 由底座、支架、摩擦片、反力弹簧、电磁线圈等组成。 ④ 产品与图符 机械式 电气式 通电式 断电式 电磁抱闸 电磁离合器 反接制动 能耗制动 制动 再生制动 第二节 电气基本控制规律 卷扬、起重类设备多为垂直升降作业，根据牛顿第二定律可知，重物受力大小： F = m( a + g ) 即：ⅰ 吊运的重物，除具有动能外，还具有势能； ⅱ 具有势能的物体，无论自身是否运动，都要受到地球引力的作用，具有下坠的趋势。 由此，这种下坠一旦发生，如无措施，重物将在能量、力、速度 间形成恶性循环，最终导致机毁人亡。 因此，断电型电磁抱闸产生的制动必须在重物动能尚未到达某一值之前作用，且必须是直接、有效，所需信号不应产生转换或延缓。 ⑤ 工作原理 第二节 电气基本控制规律 ⑥ 典型电路 2 1 3 5 4 L11 L31 FR 4FU SB2 SB1 KM KM 5FU L13 L23 L33 L12 L22 L32 L11 L21 L31 L1 L2 L3 U V W 3～ 380V QS FR M～ 1FU 2FU 3FU KM YB 第二节 电气基本控制规律 ⑵ 能耗制动 能耗制动，指将转子的动能转化为电能，并消耗在转子回路中的制动方式。 ① 原理 在断开三相电源，给 两相绕组通入直流电流， 形成固定磁场，产生与转 子旋转方向相反的转距， 使转子迅速停止转动。 N S n 右手定则判定感生电势与感应电流方向 M M 左手定则判定制动力矩方向 ② 用途 迅速减速；匀速降落。 第二节 电气基本控制规律 ③ 典型电路 图示为单向运行电路的能耗制动。直流电源可通过对交流电源整流(半波、全波、桥式) 获得。 第二节 电气基本控制规律 ④ 制动分析 按下停车按 钮SB1→KM1线 圈断电复位； →KM2线圈 通电自锁→电动 机M定子绕组切 除交流电源，通 入直流电源进入 能耗制动。 →KT线圈通 电延时→KM2线 圈断电复位→KT 线圈断电复位。 第二节 电气基本控制规律 ⑶ 反接制动 反接制动，是指将转子机械能与电源电能转换为电动 机绕组中的热能的制动方式。 ① 原理 改变异步电动机定子绕组中的三相电源相序，使定子 绕组产生方向相反的旋转磁场，从而产生制动转矩，实现 制动。反接制动要求在电动机转速接近零时及时切断反相 序的电源， 以防电动机反向启动。 ② 用途 10KW以下小容量、不经常正反转的电动机快速停车。 第二节 电气基本控制规律 ③ 典型电路 图示为单 向反接制动控 制电路。 KM1运行接 触器； KM2反接制 动接触器; Ｒ为限流电阻。 第二节 电气基本控制规律 ④ 制动分析 按下停车按 钮SB1→KM1线 圈断电复位; →KM2线圈 通电自锁，实现 反接制动，转速 n接近零时，速度 继电器KS常开触 点打开→KM2线 圈断电，反接制 动结束。 第二节 电气基本控制规律 ⑤ 说明 ⅰ能耗制动与反接制动时，由于流入定子绕组的电流超过其额定值，因此，必须接入限流电阻，以防止定子绕组过热； ⅱ 能耗制动用时间继电器或速度继电器控制均可，但一般情况下，采用时间继电器(延时范围可调)控制为宜； ⅲ 反接制动采用速度继电器控制时，应防止电机的反向启动运行；采用点动方式时，则无此现象； ⅳ 可逆运行电机采用反接制动时，两接触器互为反接制动用，具体电路见课本，自行分析。 $$