三相笼形异步电动机的能耗制动控制线路安装.ppt

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1、三相笼形异步电动机的能耗制动控制线路安装.ppt Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望表13-1三相异步电动机能耗制动控制的实训设备和元件明细表代号名称型号规格数量M三相异步电动机Y-112S-44kW、380V、接法、15.4A、1440r/min1QS组合开关HZ10-25/3三极、35A1FU1熔断器RL1-60/25500V、60A、配熔体25A3FU2熔断器RL1-15/4500V、15A、配熔体4A2KM交流接触器CJ10-2020A、线圈电

2、压380V2KT时间继电器JS7-2A线圈电压380V(代用)1FR热继电器JR16-20/3三极、20A、整定电流8.8A1SB按钮LA4-3H保护式、500V、5A、按钮数33V整流二极管2CZ3030A、600V1R制动电阻0.5、50W1XT端子板JD0-1020500V、10A、20节1主电路导线BVR-1.51.5mm2(70.52mm)若干控制电路导线BVR-1.01 mm2(70.43mm)若干13.3 13.3 相关知识相关知识项目学习情境项目学习情境1 1 能耗制动控制电路能耗制动控制电路 所谓能耗制动，就是在电动机脱离三相交流电源之后，定子绕组上加一个直流电压，即通入直流

3、电流，以产生静止磁场，利用转子的机械能产生的感应电流与静止磁场的作用以达到制动的目的。根据能耗制动的时间原则，可用时间继电器进行控制，也可根据能耗制动的速度原则，用速度继电器进行控制。下面分别进行介绍。1按时间原则控制的单向运行的能耗制动控制线路 图13-1为时间原则进行能耗制动控制电路。图中KM1为单向运行接触器，KM2为能耗制动接触器，KT为时间继电器，T为整流变压器，VC为桥式整流电路。电路工作情况：合上电源开关QS，按下正转起动按钮SB2，KM1通电并自锁，电动机正常运行。若要停机，按下停止按钮SB1，KM1断电，电动机定子脱离三相电源，同时KM2通电并自锁，将二相定子接入直流电源进行

4、能耗制动，在KM2通电同时KT也通电。电动机在能耗制动作用下转速迅速下降，当接近零时，KT延时时间到，其延时触点动作，使KM2、KT相继断电，制动过程结束。该电路中，将KT瞬动触点与KM2自锁触点串接，是考虑时间继电器断线、松脱或机械卡住致使触点不动作，不至于使KM2长期通电，造成电动机定子长期通入直流电源。图13-1 时间原则能耗制动控制电路2按速度原则控制的可逆运行的能耗制动控制线路 图13-2为速度原则控制的可逆运行的能耗制动控制线路。图中KM1、KM2为正反转接触器，KM3为制动接触器，KV为速度继电器。电路工作情况：合上电源开关QS，根据需要可按下正转或反转起动按钮SB2或SB3，相

5、应接触器KM1或KM2通电并自锁，电动机正常运转。此时速度继电器相应触点KV1或KV2闭合，为停车时接通KM3，实现能耗制动做准备。停车时，按下停止按钮SB1，电动机定子绕组脱离三相交流电源，同时KM3通电，电动机接入直流电源进行能耗制动，转速迅速下降到100r/min时，速度继电器KV1或KV2触点断开，此时KM3断电，能耗制动结束，以后电动机自然停车。3无变压器单管能耗制动控制线路 前面介绍的能耗制动均为带变压器的单相桥式整流电路，其制动效果好。对于功率较大的电动机应采用三相整流电路，但所需设备多，成本高。对于10kW以下的电动机，在制动要求不高时，可采用无变压器单管能耗制动控制线路，这样

6、设备简单、体积小、成本低。图13-3为无变压器单管能耗制动控制线路，其工作原理读者可自行分析。以上分析可知，能耗制动比反接制动消耗的能量少，其制动电流也比反接制动电流小得多，但能耗制动效果不及反接制动明显，同时需要一个直流电源，控制线路相对比较复杂，通常能耗制动适用于电动机容量较大和起动、制动频繁的场合。图13-2 速度原则可逆运行能耗制动控制线路图 13-3 单管能耗制动控制线路项目学习情境项目学习情境2 2 直流电动机的制动控制线路直流电动机的制动控制线路 与交流电动机相似，直流电动机的电气控动方法有能耗制动、反接制动和再生发电制动等几种方法。1能耗制动控制线路 能耗制动，在电动机具有较高

7、转速时，切断其电枢电源而保持其励磁为额定状态不变，这时电动机因惯性而继续旋转，成为直流发电机。如果用一个电阻R使电枢回路成为闭路，则在此回路中产生电流和制动力矩，使拖动系统的动能转化为电能并在转子回路的电阻中以发热型式消耗掉，故此种制动方式称为能耗制动。由于能耗制动较为平稳，故在机床的直流拖动中应用较为广泛。图13-4为直流电动机单向运行串两级电阻起动，停车采用能耗制动的控制电路。图中KM1为电源接触器，KM2、KM3为起动接触器，KM4为制动接触器，KA1为过电流继电器，KA2为欠电流继电器，KA3为电压继电器，KT1、KT2为时间继电器。电路工作情况：电动机起动工作情况与图8-3相同，停车

8、时，按下停止按钮SB1，KM1断电，切断电枢直流电源。此时电动机因惯性，仍以较高的速度运转，电枢两端仍有一定电压，并联在电枢两端的KA3经自锁触点仍保持通电，使KM4通电，将电阻R4并接在电枢两端，电动机实现能耗制动，转速急剧下降，电枢电动势也随着下降，当降至一定值时，KA3释放，KM4断电，电动机能耗制动结束。图13-4 单向运行能耗制动控制电路 2反接制动控制线路 反接制动是在保持励为额定状态不变，而将反极性的电源接到电枢绕组上，从而产生制动力矩，迫使电动机迅速停止的一种制动方法。与异步电动机相同，在反接制动时，要注意以下两点：其一是要限制过大的制动电流，其二是要防止电动机反向再起动，其方

9、法也与异步电动机相类似，采用限流电阻及采用速度继电器检测速度信号。图13-5所示为他励直流电动机反接制动控制原理图。反接制动时，突然断开正转接触器KM1主触头，并闭合反转接触器KM2主触头，于是直流电源便反接电枢两端，于此同时，在电枢电路中接入外加制动电阻RZ，这是为了防止反接电流过大。图中虚线箭头表示电动机处于电动状态时的电枢电流I和电磁转矩M的方向，实线箭头表示反接制动时的电枢电流I和制动转矩MZ的方向。反接制动时，电枢电流的方向发生了变化，转矩M也因之反向，然而电动机因惯性原因，转速方向未变，于是M与n反向，成为制动力矩，使电动机处于制动状态。制动时的电枢电流值由电枢电压与反电动势之和建

10、立的，因此数值较大，为使制动时的电枢电流在允许值以内，反接制动串入的制动电阻RZ要比能耗制动串入的制动电阻值几乎大一倍。反接制动的优点是制动力矩大，制动快。缺点是制动准确性差（准确性由速度继电器确定）、制动过程冲击强烈，易损坏传动零件。此外，反接制动时，电动机既吸取机械能又吸取电源电能，并将这两部分能量消耗于电枢绕组的电阻RM和外加制动电阻RZ上，因此，能量消耗较大、不经济，所以，反接制动一般适用于不经常起动与制动的场合。图13-5 他励直流电动机反接制动控制原理图项目学习情境项目学习情境3 3 三相笼形异步电动机的转速控制线路三相笼形异步电动机的转速控制线路1双速电动机定子绕组的联接 图13

11、-6为4/2极的双速异步电动机定子绕组接线示意图，图（a）将电动机定子绕组的U1、V1、W1三个接线端接三相交流电源，而将电动机定子绕组U2、V2、W2三个接线端悬空，三相定子绕组接成三角形，这样每相绕组中的、线圈串联，电流方向如图（a）中虚线箭头所示，电动机以四极运行为低速。若将电动机定子绕组的U2、V2、W2三个接线端接三相交流电源，而将另外三个接线端U1、V1、W1连在一起，则原来三相定子绕组中的三角形接线立即变为双星形接线，此时每相绕组中的、线圈相互并联，电动机便以两极起动高速运行。2双速感应电动机按钮控制的调速电路 图13-7为双速电动机按钮控制电路。图中KM1为联接接触器，KM2、

12、KM3为双Y联接接触器，SB2为低速按钮，SB3为高速按钮，HL1、HL2分别为低、高速指示灯。电路工作情况:合上电源形状，按下起动按钮SB2，KM1通电并自锁，电动机作联接，实现低速运行，HL1亮，需要高速运行时，按下SB3，KM2、KM3通电并自锁，电动机接成双Y联接实现高速运行，HL2亮。由于电路采用了SB2、SB3的机械互锁和接触器的电气互锁,能够实现低速运行直接转换为高速，或由高速直接转换为低速，无需再操作停止按钮。图13-7 双速电动机按钮控制电路图13-6 双速异步电动机定子绕组接线示意图 3双速感应电动机手动变速和自动变速的控制电路 图13-8为双速电动机手动调速和自动加速控制

13、电路。与图13-7相比，引入了一个自动加速与手动变速选择开关SA，时间继电器KT、电源指示灯HL1、低速指示灯HL2、高速指示灯HL3。当选择手动变速时，将开关SA扳在M位置。时间继电器KT电路切除，电路工作情况与图10-3相同。当需要自动加速工作时，将SA扳在A位位置。按下SB2，KM1通电并自锁，同时KT相继通电并自锁，电动机按联接低速起动运行，当KT延时常闭触点打开、延时常开触点闭合时，KM1断电，而KM2、KM3 电并自锁，电动机便由低速自动转换为高速运行，实现了自动控制。当SA置于M位置，仅按下低速起动按钮SB2则可使电动机只作三角形接法的低速运行。时间继电器KT自锁触头作用是在KM

14、1线圈断电后，KT仍保持通电，直至已进入高速运行即KM2、KM3线圈通电后，KT才断电，一方面使控制电路可靠工作；另一方面使KT只在换接过程中短时通电，减少KT线圈的能耗。图13-8 双速电动机手动调速和自动加速控制电路项目学习情境项目学习情境4 4 变频调速控制电路变频调速控制电路 随着控制技术和电力电子技术的发展，变频器的使用越来越广泛。一是由于变频调速性能好，二是变频器的价格有了大幅度下降。1变频调速的基本概念 由电机原理n1=60f1/P可知，改变电源频率f1可改变电动机同步转速。异步电动机采用变频进行调速时，为了避免电动机磁饱和，要控制电动机磁通，同时抑制启动电流，这就需要根据电动机

15、的特性对供电电压、电流、频率进行适当的控制，使电动机产生必需的转矩。变频器的控制方式可分为两种，即开环控制和闭环控制。开环控制有V/F控制方式，闭环控制有矢量控制等方式。（1）V/F控制。异步电动机的转速由电源频率和极对数决定，所以改变频率，电动机就可以调速运转。但是频率改变时电动机内部阻抗业改变。仅改变频率，将会产生由弱励磁引起的转矩不足或由过励磁引起的磁饱和现象，使电动机功率因数和效率显著下降。V/F控制是这样一种控制方式，即改变效率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，在较广泛的范围内调速运转时，电动机的功率因数和效率不下降。这就是控制电压与频率之比，所以称V/F控制。（2）

16、矢量控制。我们知道直流电动机的电枢电流控制方式，使直流电动机构成的传统系统的调速和控制性能非常优良。矢量控制按照直流电动机电枢电流控制思想，在交流异步电动机上实现该控制方法，并且达到与直流电动机具有相同的控制性能。矢量控制方式将供给异步电动机的定子电流从理论上分为两部分：产生磁场的电流分量（磁场电流）和与磁场相垂直、产生转矩的电流分量（转矩电流）。该磁场电流、转矩电流与直流电动机的磁场电流、电枢电流相当。在直流电机中，利用整流子和电刷机械换向，使两者保持垂直，并且可分别供电。对异步电动机来说，其定子电流在电动机内部，利用电磁感应作用，可在电气上分解为磁场电流和垂直的转矩电流。矢量控制就是根据上

17、述原理，将定子电流分解成磁场电流和转矩电流，任意进行控制。两者合成后，决定定子电流大小，然后供给异步电动机。矢量控制方式使交流异步电动机具有与直流电动机相同的控制性能。目前采用这种控制方式的变频器已广泛用于生产实际中。（3）各种控制方式的变频器特性比较。V/F控制变频器的特点。v它是最简单的一种控制方式，不用选择电动机，通用性优良。v与其他控制方式相比，在低速区内电压调整困难，故调速范围窄，通常在10左右的调速范围内使用。v急加速、减速或负载过大时，仰制过电流能力有限。v不能精密控制电动机实际速度，不适合于同步运转场合。矢量控制变频器的特点v需要使用电动机参数，一般用做专用变频器。v调速范围在

18、1100以上。v速度响应性极高。适合于急加速、减速运转和连续4象限运转，能使用任何场合。（4）变频器的操作和显示。一台变频器应有可供用户方便操作的操作器和显示变频器运行状况及参数设定的显示器。用户通过操作器对变频器进行设定及运行方式的控制。通用变频器的操作方式一般有三种，即数字操作器、元城操作器和端子操作方式。变频器的操作指令可以由此三处发出。数字操作器和数字显示器。新型变频器几乎均采用数字控制，使数字操作器可以对变频器进行设定操作。如设定电动机的运行频率、运转方式、V/F类型、加减速时间等。数字操作器有若干个操作键，不同厂商生产的变频器的操作器有很大的区别，但4个按键是不可少的，即运行键、停

19、止键、上升键、和下降键。运行键控制电动机的启动，停止键控制电动机的停止，上升键或下降键可以检索设定功能及改变功能的设定值。数字操作器作为人机对话接口，使得变频器参数设定于显示直观清晰，操作简单方便。在数字操作器上，通常配有6位或4位数字显示器，它可以显示变频器的功能代码及各功能代码的设定值。在变频器运行前显示变频的设定值，在运行过程中显示电动机的某一参数的运行状态，如电流、频率、转速等。远程操作器。远程操作器是一个独立的操作单元，它利用计算机的串行通信功能，不仅可以完成数字操作器所具有的操作功能，而且可以实现数字操作器不能实现的一些功能，特别是在系统调试时，利用远程操作器可以对各种参数进行监视

20、和调整，比数字操作器功能强，而且更方便。变频器的日益普及，使用场地相对分散，远距离集中控制是变频器应用的趋势，现在的变频器一般都具有标准的通信接口，用户可以利用通信接口在远处如中央控制室对变频器进行集中控制，如参数设定、启动/停止控制、速度设定和状态读取等。端子操作。变频器的端子包括电源接线端子和控制端子两大类。电源接线端子包括三相电源输入端子，三相电源输出端子：直流侧外接制动电阻用端子以及接地端子。控制端子包括频率指令模拟设定端子，运行控制操作输入端子、报警端子、监视端子。不同类型的变频器端子的设置与排列有差别，但共同点很多，在后面变频器应用中再详细介绍。（5）变频器调速应用举例。目前使用化

21、的变频器种类很多，下面以西门子MICROMASTER 440为例，简要说明变频器的使用。MICROMASTER 440是一种集多种功能于一一体的变频器，它适用于电动机需要调速的公众场合。它可通过数字操作面板或通过远程操作器方式，修改其内置参数，即可工作于各种场合。主要特点是：内置多种运行控制方式；快速电流限制，实现无跳闸运行；内置式制动斩波器，实现直流注入制动；具有PID控制功能的闭环控制，控制器参数可制动整定；多组参数设定且可相互转换，变频器可用于控制多个交替工作的生产过程；多功能数字、模拟输入/输出口，可任意定义其功能和具有完善的保护功能。控制方式：变频器运行控制方式，即变频器输出电压与频

22、率的控制关系。控制方式的选择，可通过变频器相应的参数设置。主要有以下7种控制方式。()线性V/F控制。变频输出电压与频率为线性关系，用于恒定转矩负载。()带磁通电流控制（FCC）的线性V/F控制。在这种模式下，变频器根据电动机特性实时计算所需要的电压，以此来保持电动机的磁通处于最佳状态，此方式可提高电动机效率和改善电动机动态响应特性。()平方V/F控制。变频输出电压平方与频率为线性关系，用于变转矩负载，如风机和泵。()特性曲线可编程的V/F控制。变频器输出电压与频率为分段性关系，此种控制方式可应用于某一特定频率下为电动机提供特定的转矩。()带“能量优化控制（ECO）”的线性V/F控制。此方式的

23、特点是变频器自动增加或降低电动机电压，搜寻并适用电动机运行在损耗最小的工作点。()无传感器矢量控制。用固有的滑差补偿对电动机的素得进行控制。采用这一控制方式时，可以得到大的转矩、改善瞬时响应特性和具有优良的速度稳定性，而且在低频时可提高电动机的转矩。()无传感器的矢量转矩控制。变频器可以直接控制电动机的转矩。当负载要求具有恒定的转矩时，变频器通过改变向电动机输出的电流，使转矩维持在设定的数值。另外，还有与纺织机械相关的V/F控制方式。保护特性。过电压及欠电压保护、变频器过热保护、接地故障保护、短路保护、电动机过载保护和用PTC为传感器的电动机过热保护等。变频器功能的方框图。如图13-7所示为变

24、频器内部功能方框图，此变频器共有20多各控制端子，分为4类：输入信号端子、频率模拟设定输入端子、监视信号端子和通信端子。DIN 1DIN6 为数字输入端子，一般用于变频器外部控制，其具体功能由相应设置决定。例如出厂时设置DIN1为正向运行，DIN2为反向运行等，根据需要通过修改参数可改变功能。使用输入信号端子可以完成对电动机的正反转控制、复位、多级速度设定、自由停车、点动等控制操作。PTC端子用于电动机内置PTC测温保护，为PTC传感器输入端。AIN1、AIN2为模拟信号输入端子，分别作为频率给定信号和闭环时反馈信号输入。变频器提高了3种频率模拟设定方式：外接电位器设定、010V 电压设定和4

25、20mA 电流设定。当用电压或电流设定时，最大的电压或电流对应变频器输出频率设定的最大值。变频器有两路频率设定通道，开环控制时只用AIN1 通道，闭环控制时使用AIN2 通道作为反馈输入，两路模拟设定进行叠加。输出信号的作用是对变频器运行状态的指示或向上位机提供这些信息，KA1、KA2、KA3 为继电器输出，其功能也是可编程的，如故障报警、状态提示等。AOUT1、AOUT2 端子为模拟量输出020mA信号，其功能也是可编程的，用于输出指示运行频率、电流等。P+、N-为通信接口端子，是一个标准的RS-485接口，通过此通信接口，可以实现对变频器的远程控制，包括运行/停止及频率设定控制，也可以与端

26、子控制进行组合完成对变频器的控制。变频器可使用数字操作面板控制，也可使用端子控制，还可使用RS-485通信接口对其进行远程控制。应用举例。图13-9为使用变频器举例。此线路实现电动机的正反向运行、调速和点动功能。图13-9 变频器内部功能方框图 根据功能要求，首先要对变频器编程并修改参数。根据控制要求选择合适的运行方式，如线性V/F控制，无传感矢量控制等；频率设定值信号源选择模拟输入。选择控制端子的功能，将变频器DIN1、DIN2、DIN 3和DIN 4端子分别设置为正转运行、反转运行、正向点动和反向点动功能。除此之外还要设置如斜坡上升时间、斜坡下降时间等参数，更详细的参数设定方法可查看变频器

27、使用手册。在图13-10中，SB3、SB4为正、反向运行控制按钮，运行频率由电位器RP给定。SB5、SB6为正反向点动运行控制按钮，点动运行频率由变频器内部设置。按钮SB1为总挺直控制。图13-10 使用变频器的异步电动机可逆调速系统控制电路13.413.4训练内容和步骤训练内容和步骤1训练内容和控制要求 图13-3是三相笼形异步电动机的能耗制动控制线路的电气训练原理图。在运转中的三相异步电动机脱离电源后，立即给定子绕组通入直流电产生恒定磁场，则正在惯性运转的转子绕组中的感生电流将产生制动力矩，使电动机迅速停转，这就是能耗制动。主电路由QS、FU1、KM1和FR组成单向启动控制环节；整流器V将

28、C相电源整流，得到脉动直流电，由KM2控制通入电动机绕组，显然KM1、KM2不得同时得电动作，否则将造成电源短路事故。辅助电路中由时间继电器延时触点来控制KM2的动作，而时间继电器KT的线圈由KM2的常开辅助触点控制。线路由SB1控制电动机惯性停机（轻按SB1）或制动（将SB1按到底）。制动电源通入电动机的时间长短由KT的延时长短决定。2训练步骤及要求（1）分析三相笼形异步电动机的能耗制动控制电气原理图。（2）根据电气原理图绘制电器安装接线图13-11，正确标注线号。元件的布置与正反转控制线路相似。（3）检查电器元件。按照常规要求检查按钮、接触器、时间继电器等元件；检查整流器的耐压值、额定电流

29、值是否符合要求，检查热继电器的热元件、触点、试验其保护动作。（4）按照电器安装接线图连接导线。先连接主线路，后连接辅助线路，先串联连接，后并联连接。（5）检查线路。仍旧按照先主线路，后辅助线路，先串联，后并联进行检查。检查电器元件连接是否正确和牢靠。再检查时间继电器KT的延时控制。（6）在接线完成后且检查无误后，经指导老师检查允许方可通电调试。图13-11能耗制动控制电路电气安装接线图L1L2L3L1 L2 L3U111V111W111U111V111V121W1211023345012FRKM1QS82U121SB1SB2KM24503M3XTRUUVVWW478664322VDN06676

30、KT13.513.5实训报告要求和考核标准实训报告要求和考核标准 (实训考核标准见表13-2)3注意事项 （1）试验时应注意启动、制动不可过于频繁，防止电动机过载或整流器过热。（2）试验前应反复核查主电路接线，并一定要先进行空操作试验，直到线路动作正确可靠后，再进行带负荷试验，避免造成损失。（3）制动直流电流不能太大，一般取35倍电动机的空载电流，可通过调节制动电阻R来实现。制动时SB1必须按到底。4思考与练习 13.1 能耗制动的工作原理是什么？有何优缺点？13.2 图13-1中为什么将KT与KM2常开触点串联？表13-2实训考核标准考核项目考核内容配分考核要求及评分标准得分电器安装电路接线电器安装电路连接电机接线30分整流器、时间继电器安装到位10分电路连接正确15分时间继电器、电机接线5分实训报告按照报告要求完成、正确40分报告内容40分安全文明团结协作通电试验系统组成系统运行运行结果分析30分能说明系统组成10分系统运行正常10分会分析运行结果10分实际总得分教师签字