電動機的控制及保護

1、電動機的控制及保護電路設(shè)計電動機的控制及保護電路設(shè)計學 院： 機電信息學院 專 業(yè)： 電氣工程及自動化 班 級： 姓 名： 指導教師： 時 間： 2013-7-82013-7-19 目錄一、 緒論4二、 概述5三、 設(shè)計的主要內(nèi)容61、主電路圖及控制電路圖62、電路中各原件的簡介：6（1）、刀開關(guān)6（2）、按鈕7（3）、熔斷器8（4）、熱繼電器8（5）、交流接觸器9四、控制及保護電路工作原理101、起動與停止控制10（1）起動過程10（2）停止過程10（3）短路保護11（4）過載保護11（5）欠壓保護112、正反轉(zhuǎn)控制11（1）、簡單的正反轉(zhuǎn)控制11（2）、帶電氣互鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路12（3）

2、漏電保護回路工作原理13五、安裝及調(diào)試15六、參考文獻17七、課程設(shè)計小結(jié)及體會18一、 緒論：三相異步電動機應用非常廣泛，無論是在工廠內(nèi)、商業(yè)樓內(nèi)甚至居民樓內(nèi)都能見到他們的身影，假如沒有三相異步電動機工廠將無法運轉(zhuǎn)、商場將無法正常營業(yè)。通常所見的電動機在商場內(nèi)主要應用形式供暖系統(tǒng)、空調(diào)器、排風風機、排煙風機、消防系統(tǒng)、供水系統(tǒng)。但在使用中電動機又會出現(xiàn)各種各樣的問題，比如因負載超過電機的額定工作量、因散熱條件問題及電機本身原因引起的溫度過高、因機械原因或工作失誤造成的缺相，為保證電動機的正常工作及工廠、商場的正常運營我們必須盡可能減少電動機出現(xiàn)故障。以下我們就對如何對三相異步電動機進行保護進

3、行討論三相交流異步電動機的保護是個復雜的問題。在實際使用中，應按照電動機的容量、型式、控制方式和配電設(shè)備等不同來選擇相適應的保護裝置及起動設(shè)備。電動機的保護與控制關(guān)系 三相交流異步電動機的保護往往與其控制方式有一定關(guān)系，即保護中有控制，控制中有保護。如電動機直接起動時，往往產(chǎn)生4-7倍額定電流的起動電流。若由接觸器或斷路器來控制，則電器的觸頭應能承受起動電流的接通和分斷考核，即使是可頻繁操作的接觸器也會引起觸頭磨損加劇，以致?lián)p壞電器；對塑料外殼式斷路器，即使是不頻繁操作，也很難達到要求。因此，使用中往往與起動器串聯(lián)在主回路中一起使用，此時由起動器中的接觸器來承載接通起動電流的考核，而其他電器只

4、承載通常運轉(zhuǎn)中出現(xiàn)的電動機過載電流分斷的考核，至于保護功能，由配套的保護裝置來完成。 二、概述：三相異步電動機工作原理：當三相交流電流通入三相定子繞組后，在定子腔內(nèi)便產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)子導體在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，相對地切割磁場的磁力線，從而在轉(zhuǎn)子導體中產(chǎn)生了感應電流（電磁感應原理）。這些帶感應電流的轉(zhuǎn)子導體在磁場中便會發(fā)生運動（電流的效應電磁力）。由于轉(zhuǎn)子內(nèi)導體總是對稱布置的，因而導體上產(chǎn)生的電磁力正好方向相反，從而形成電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來。由于轉(zhuǎn)子導體中的電流是定子旋轉(zhuǎn)磁場感應產(chǎn)生的，因此也稱感應電動機。又由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速始終低于定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，所以又稱為異步電動機電動機維護的重要性：中

5、小型異步電動機是現(xiàn)代生產(chǎn)和生活中普遍使用的機電產(chǎn)品之一，但其在使用、維護、保養(yǎng)過程中，常常出現(xiàn)這樣或那樣的故障，從而導致電機無法正常、可靠的運行或電機繞組燒壞，因此，電動機的維護、保養(yǎng)就顯得十分重要。一般，我們用得較多的電動機多是籠型異步電動機，它具有結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、工作性能可靠、維護方便、價格合理等優(yōu)點，因此得以廣泛使用。 以常用的封閉式（Y系列IP54其中第一個數(shù)字為防塵代號, 第二個數(shù)字為防水代號,） 三相異步電動機來說，它的維護、保養(yǎng)方面應注意的事項很多。正常使用中的三相異步電動機，首先應保持其清潔性、電機的整體性、完整性、堅固性、密封性。由于三相異步電動機安裝使用地點的環(huán)境條件差

6、異；水、油、灰塵及其它異電介質(zhì)對電動正常使用有很大影響；水、油、灰塵、導電介質(zhì)滲透到電機內(nèi)部，嚴重時會破壞電機繞組的絕緣性能，使電機繞組絕緣性能降低。如沒有及時發(fā)現(xiàn)和處理，有可能導致電機不能正常使用或使電機損壞，因此保持電機清潔、完整、堅固及密封性能是十分必要的。 在正常使用的電動機其工作電流、電壓、升溫必須保持正常。交流三相異步電動機三相運行時電流電壓不平衡，則電機溫度偏高，電機繞組絕緣易老化，從而縮短電機使用壽命或電機繞組燒壞。 還有，電機在使用、維護、保養(yǎng)過程中如出現(xiàn)諸如：裝配不到位、不合理導致電動機振動的；傳動連接不合理的；外力造成電機風葉、罩損壞，影響電機通風散熱不良,電機軸承缺油或

7、電機長時間超載、堵轉(zhuǎn)、卡轉(zhuǎn)；電機保養(yǎng)時出現(xiàn)軸承內(nèi)、外徑配合過松；外力使轉(zhuǎn)子軸變形；電機軸伸端鍵、槽裝配不合理的；電機接線錯誤，接線端子處接觸不良的；電機保護裝置失靈、損壞或不合理的電路故障都是使三相交流異步電動不能正常使用的因素。 所以，電工在維護、保養(yǎng)電機時要嚴格要求，以保證電機長時間正常運行具有十分重要的意義。電動機是一種電能到機械能的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，是動力設(shè)備中的主力軍。由于三相異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、機械特性較好、運行維護方便等優(yōu)點。在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)等國民經(jīng)濟中獲得了非常廣泛的應用。如家電、機械加工、冶金、煤炭、石油、化工及交通運輸?shù)入x不開電機。我國電動總裝機容量約占全部用

8、電設(shè)備總?cè)萘康?5%以上，而耗電量約占總發(fā)電量的70%以上。然而電動機的故障率也居各種電氣設(shè)備之首。日本電氣協(xié)會PM研究會對供電1000kw以上的652個工廠中的異步電動機、特殊電動機、變壓器及其它等14種電氣設(shè)備故障率進行了調(diào)查分析，結(jié)果表明故障率最高者為電動機，高達38.1%。在電動機實際使用過程中，惡劣的運行環(huán)境以及超技術(shù)條件運行，是導致電動機各類故障的主要原因。電機故障或損壞帶來的直接和間接損失是相當巨大的。另外，由于電機的故障、損壞所造成的其它事故以及導致工廠停產(chǎn)所造成的間接損失則更為巨大。由此可見，在國民經(jīng)濟中，電動機不但是為數(shù)眾多、應用面廣的動力設(shè)備。而且又是最為薄弱的環(huán)節(jié)。做好

9、電動機保護的設(shè)計對國民經(jīng)濟有著重要的意義。目前，電動機的用電量平均占世界各國總用電量的40%以上，占工業(yè)用電量的60%以上。一些國家和地區(qū)的用電量占工業(yè)用電總量的比例如表1所示。據(jù)美國、歐盟等統(tǒng)計，電動機用電量約占總電量的42%-50%，三相異步電動機的用電量站電動機總用電量的90%左右；37KW及以下電動機占電動機總裝機數(shù)95%以上、占電動機總用電量的50%左右。表1一些國家/組織電動機用電量占工業(yè)用電量比重國家/組織名稱電動機占工業(yè)用電量比較歐盟69%美國80%（占全國用電量的70%）日本61%法國67%俄羅斯60%三、設(shè)計的主要內(nèi)容：1、主電路圖及控制電路接線圖2、電路中各原件的簡介：（

10、1）、刀開關(guān)刀開關(guān)又叫閘刀開關(guān)，一般用于不頻繁操作的低壓電路中，用作接通和切斷電源，有時也用來控制小容量電動機的直接起動與停機。 刀開關(guān)由閘刀（動觸點）、靜插座（靜觸點）、手柄和絕緣底板等組成。（2）、按鈕按鈕常用于接通、斷開控制電路，它的結(jié)構(gòu)和電路符號見圖按鈕上的觸點分為常開觸點和常閉觸點，由于按鈕的結(jié)構(gòu)特點，按鈕只起發(fā)出“接通”和“斷開”信號的作用（3）、熔斷器熔斷器主要作短路或過載保護用，串聯(lián)在被保護的線路中。線路正常工作時如同一根導線，起通路作用；當線路短路或過載時熔斷器熔斷，起到保護線路上其他電器設(shè)備的作用。（4）、熱繼電器熱繼電器是用來保護電動機，使之免受長期過載危 害的繼電器。熱

11、繼電器是利用電流的熱效應而動作的，圖中熱元件是一段電阻不大的電阻絲，接在電動機的主電路中的雙金屬片，由兩種具有不同線膨脹系數(shù)的金屬采用熱和壓力輾壓而成，亦可采用冷結(jié)合，其中，下層金屬的膨脹系數(shù)大，上層的小。當主電路中電流超過容許值，雙金屬片受熱向上彎曲致使脫扣，扣板在彈簧的拉力下將常閉觸頭斷開。觸頭是接在電動機的控制電路中的，控制電路斷開使接觸器的線圈斷電，從而斷開電動機的主電路。由于熱慣性，熱繼電器不能作短路保護，因為發(fā)生短路事故時，我們要求電路立即斷開，而熱繼電器是不能立即動作的。但是這個熱慣性又是合乎我們要求的，比如在電動機起動或短時過載時，由于熱慣性熱繼電器不會動作，這可避免電動機的不

12、必要的停車。如果要熱繼電器復位，則按下復位按鈕即可。（5）、交流接觸器 接觸器是一種自動開關(guān)，是電力拖動中主要的控制電器之一，它分為直流和交流兩類。其中，交流接觸器常用來接通和斷開電動機或其他設(shè)備的主電路。圖5-9是交流接觸器的主要結(jié)構(gòu)圖。接觸器主要由電磁鐵和觸頭兩部分組成。它是利用電磁鐵的吸引力而動作的。當電磁線圈通電后，吸引山字形動鐵心 (上鐵心)，而使常開觸頭閉合。根據(jù)用途不同，接觸器的觸頭分主觸頭和輔助觸頭兩種。輔助觸頭通過的電流較小，常接在電動機的控制電路中；主觸頭能通過較大電流，常接在電動機的主電路中。如當主觸頭斷開時，其間產(chǎn)生電弧，會燒壞觸頭，并使電路分斷時間拉長，因此，必須采取

13、滅弧措施。通常交流接觸器的觸頭都做成橋式結(jié)構(gòu)，它有兩個斷點，以降低觸頭斷開時加在斷點上的電壓，使電弧容易熄滅，同時各相間裝有絕緣隔板，可防止短路。在電流較大的接觸器中還專門設(shè)有滅弧裝置。四、控制及保護電路工作原理1、起動與停止控制（1）起動過程按下起動 按鈕S1，接觸器KM1線圈通電，與S1并聯(lián)的KM1的輔助常開觸點閉合，以保證松開按鈕S1后KM1線圈持續(xù)通電，串聯(lián)在電動機回路中的KM1的主觸點持續(xù)閉合，電動機連續(xù)運轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)連續(xù)運轉(zhuǎn)控制。（2）停止過程按下停止按鈕S3，接觸器KM1線圈斷電，與S1并聯(lián)的KM的輔助常開觸點斷開，以保證松開按鈕S3后KM線圈持續(xù)失電，串聯(lián)在電動機回路中的KM1

14、的主觸點持續(xù)斷開，電動機停轉(zhuǎn)。與S1并聯(lián)的KM1的輔助常開觸點的這種作用稱為自鎖。 圖示控制電路還可實現(xiàn)短路保護、過載保護和零壓保護。（3）短路保護起短路保護的是串接在主電路中的熔斷器FU15。一旦電路發(fā)生短路故障，熔體立即熔斷，電動機立即停轉(zhuǎn)。（4）過載保護起過載保護的是熱繼電器FR。當過載時，熱繼電器的發(fā)熱元件發(fā)熱，將其常閉觸點斷開，使接觸器KM1線圈斷電，串聯(lián)在電動機回路中的KM1的主觸點斷開，電動機停轉(zhuǎn)。同時KM1輔助觸點也斷開，解除自鎖。故障排除后若要重新起動，需按下FR的復位按鈕，使FR的常閉觸點復位（閉合）即可。（5）欠壓保護起欠壓保護的是接觸器KM1本身。當電源暫時斷電或電壓嚴

15、重下降時，接觸器KM1線圈的電磁吸力不足，銜鐵自行釋放，使主、輔觸點自行復位，切斷電源，電動機停轉(zhuǎn)，同時解除自鎖。2、正反轉(zhuǎn)控制（1）、簡單的正反轉(zhuǎn)控制1）正向起動過程。按下起動按鈕S1，接觸器KM1線圈通電，與S1并聯(lián)的KM1的輔助常開觸點閉合，以保證KM1線圈持續(xù)通電，串聯(lián)在電動機回路中的KM1的主觸點持續(xù)閉合，電動機連續(xù)正向運轉(zhuǎn)。 2）停止過程。按下停止按鈕S3，接觸器KM1線圈斷電，與S1并聯(lián)的KM1的輔助觸點斷開，以保證KM1線圈持續(xù)失電，串聯(lián)在電動機回路中的KM1的主觸點持續(xù)斷開，切斷電動機定子電源，電動機停轉(zhuǎn)。3）反向起動過程。按下起動按鈕S2，接觸器KM2線圈通電，與S2并聯(lián)的

16、KM2的輔助常開觸點閉合，以保證線圈持續(xù)通電，串聯(lián)在電動機回路中的KM2的主觸點持續(xù)閉合，電動機連續(xù)反向運轉(zhuǎn)。 缺點： KM1和KM2線圈不能同時通電，因此不能同時按下S1和S2，也不能在電動機正轉(zhuǎn)時按下反轉(zhuǎn)起動按鈕，或在電動機反轉(zhuǎn)時按下正轉(zhuǎn)起動按鈕。如果操作錯誤，將引起主回路電源短路。（2）、帶電氣互鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路將接觸器KM1的輔助常閉觸點串入KM2的線圈回路中，從而保證在KM1線圈通電時KM2線圈回路總是斷開的；將接觸器KM2的輔助常閉觸點串入KM1的線圈回路中，從而保證在KM2線圈通電時KM2線 圈回路總是斷開的。這樣接觸器的輔助常閉觸點KM1和KM2保證了兩個接觸器線圈不能同時通

17、電，這種控制方式稱為互鎖或者聯(lián)鎖，這兩個輔助常開觸點稱為互鎖或者聯(lián)鎖觸點。缺點：電路在具體操作時，若電動機處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)要反轉(zhuǎn)時必須先按停止按鈕S3，使互鎖觸點KM1閉合后按下反轉(zhuǎn)起動按鈕S2才能使電動機反轉(zhuǎn)；若電動機處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)要正轉(zhuǎn)時必須先按停止按鈕S3，使互鎖觸點KM2閉合后按下正轉(zhuǎn)起動按鈕S1才能使電動機正轉(zhuǎn)。3）、漏電保護回路工作原理當人體可能觸及的電動機漏電時，保護裝置以人體接觸的安全電壓值或流過人體的安全電流值為基準，自動及時切斷電源，以保障人身安全，這種保護成為電動機的漏電保護。在中性點直接接地的低壓電網(wǎng)中，為提高接地保護的保護效果，可在電動機的電源側(cè)設(shè)漏電開關(guān)（漏電保護器）。當

18、電動機發(fā)生碰殼故障是，漏電開關(guān)立即動作，切斷電源，從而可防止人身觸電。這種開關(guān)由零序電流互感器、漏電脫扣器、空氣斷路器、實驗電阻、實驗按鈕和塑料外殼等組成，起工作原理如圖所示。在正常情況下，通過零序電流互感器一次線圈的三相電流矢量和為零。因此，在互感器的二次側(cè)不會感應出電流，脫扣器不會動作。但是，當外殼接地的電動機發(fā)生碰殼故障或人體觸及未接地的電動機帶電外殼是，將有一電流通過電動機外殼的接地線或人體入地，并經(jīng)過配電變壓器低壓中性點的接地線回到配電變壓器的中性點。此電流一般成為漏電電流或人地觸電電流，它等于三相零序電流的相量和，所以也叫做零序電流。零序電流的出現(xiàn)，將在零序互感器的二次側(cè)感應出一個

19、電流。當這個感應出的二次電流大于脫扣器的整定動作電流是，脫扣器便動作，使空氣斷路器跳閘二切斷電源。這樣，就可使漏電停止或使觸電人脫離電源。五、 安裝及調(diào)試1、安裝（1） 基礎(chǔ)檢查；（2） 基礎(chǔ)上放上楔形墊鐵；（3） 將電機掉在墊鐵上，并調(diào)節(jié)楔形墊鐵使電機達到要求；（4） 調(diào)整電機與連接機的軸線，兩軸線中心線必須在一條直線上；2、調(diào)試  電動機在通電試運行時必須提醒在場人員注意，傳動部分附近不應有其它人員站立，也不應站在電動機及被拖動設(shè)備的兩側(cè)，以免旋轉(zhuǎn)物切向飛出造成傷害事故。   接通電源之前就應作好切斷電源的準備，以防萬一接通電源后電動機出現(xiàn)

20、不正常的情況時(如電動機不能啟動、啟動緩慢、出現(xiàn)異常聲音等)能立即切斷電源。使用直接啟動方式的電動機應空載啟動。由于啟動電流大，拉合閘動作應迅速果斷。    一臺電動機的連續(xù)啟動次數(shù)不宜超過35次，以防止啟動設(shè)備和電動機過熱。尤其是電動機功率較大時要隨時注意電動機的溫升情況。 電動機啟動后不轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動不正常或有異常聲音時，應迅速停機檢查。調(diào)試電動機轉(zhuǎn)動是否靈活或有雜音。注意電動機的旋轉(zhuǎn)方向與要求的旋轉(zhuǎn)方向是否相符。   調(diào)試電源電壓是否正常。對于380V異步電動機，電源電壓不宜高于400V，也不能低于360V。    記錄起動時母線電壓、起動時間和電動機空載電流。注意電流不能超過額定電流。調(diào)試電動機所帶動的設(shè)備是否正常，電動機與設(shè)備之間的傳動是否正常。調(diào)試電動機運行時的聲音是否正常，有無冒煙和焦味。本次設(shè)計采用的是功率為5KW、高速（P=1、2800r/min）的三