PLC第3章三相異步電動(dòng)機(jī)基本控制環(huán)節(jié)與基本電路

第3章三相異步電動(dòng)機(jī)基本控制環(huán)節(jié)與基本電路3.1基本控制環(huán)節(jié)3.2三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)控制3.3三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制3.4三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制3.5常用機(jī)床電氣控制3.1基本控制環(huán)節(jié)3.1.1啟動(dòng)、自鎖和點(diǎn)動(dòng)控制三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)控制有直接啟動(dòng)、降壓?jiǎn)?dòng)和軟啟動(dòng)等方式。直接啟動(dòng)又稱為全壓?jiǎn)?dòng)，即啟動(dòng)時(shí)電源電壓全部施加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上。降壓?jiǎn)?dòng)即啟動(dòng)時(shí)將電源電壓降低一定的數(shù)值后再施加到電動(dòng)機(jī)定子繞組上，待電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速后，再使電動(dòng)機(jī)在電源電壓下運(yùn)行。軟啟動(dòng)就是使施加到電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓從零開始按預(yù)設(shè)的函數(shù)關(guān)系逐漸上升，直至啟動(dòng)過程結(jié)束，再使電動(dòng)機(jī)在全電壓下運(yùn)行。圖3-1為三相異步電動(dòng)機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)及點(diǎn)動(dòng)控制線路。圖3-1三相異步電動(dòng)機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)及點(diǎn)動(dòng)控制線路另外，由圖3-1可見，電路具有以下保護(hù)環(huán)節(jié)：熔斷器FU在電路中起后備短路保護(hù)作用。(2)熱繼電器FR在電路中起電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)作用，它具有與電動(dòng)機(jī)的允許過載特性相匹配的反時(shí)限特性。(3)欠壓保護(hù)與失壓保護(hù)是依靠接觸器本身的電磁機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。圖3-2三相異步電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)控制(a)利用復(fù)合按鈕控制點(diǎn)動(dòng)；(b)利用中間繼電器控制點(diǎn)動(dòng)3.1.2可逆控制與互鎖環(huán)節(jié)圖3-3三相電動(dòng)機(jī)可逆控制線路圖3-4利用復(fù)合按鈕實(shí)現(xiàn)三相電動(dòng)機(jī)的可逆控制3.1.3聯(lián)鎖控制生產(chǎn)機(jī)械或自動(dòng)生產(chǎn)線由許多運(yùn)動(dòng)部件組成，不同運(yùn)動(dòng)部件之間有聯(lián)系又互相制約。例如，電梯及升降機(jī)械不能同時(shí)上下運(yùn)行，機(jī)械加工車床的主軸必須在油泵電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，并使齒輪箱有充分的潤(rùn)滑油后才能啟動(dòng)等。這種互相聯(lián)系而又互相制約的控制稱為聯(lián)鎖。若要求甲接觸器動(dòng)作后乙接觸器方能動(dòng)作，則需將甲接觸器的常開觸頭串接在乙接觸器的線圈電路中。依此類推，可推廣到n個(gè)需相互順序聯(lián)鎖控制的對(duì)象。例如，機(jī)械加工車床主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，需要油泵先啟動(dòng)，給齒輪箱供油潤(rùn)滑。為保證潤(rùn)滑泵電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)才啟動(dòng)，對(duì)控制線路提出了按順序工作的聯(lián)鎖要求。在圖3-5(a)中，是將油泵電動(dòng)機(jī)接觸器KM1的常開觸頭串入主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)接觸器KM2的線圈電路中實(shí)現(xiàn)的，只有當(dāng)KM1先啟動(dòng)，KM2才能啟動(dòng)。在圖3-5(b)所示的接法中，可以省去KM1的常開觸頭，使線路得到簡(jiǎn)化。類似的工藝過程在許多其他生產(chǎn)設(shè)備上同樣存在，因此這是一個(gè)典型的聯(lián)鎖控制線路。圖3-5三相異步電動(dòng)機(jī)聯(lián)鎖控制線路(a)聯(lián)鎖控制線路一；(b)聯(lián)鎖控制線路二3.1.4多地點(diǎn)控制圖3-6三地點(diǎn)控制線路3.2三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)控制3.2.1星—三角形(Y-D)降壓?jiǎn)?dòng)控制線路Y-D形的降壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，將電動(dòng)機(jī)定子繞組連結(jié)成星形(Y)，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，因而其啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為三角形(D)連接直接啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的1/3，啟動(dòng)電流降為D形連接直接啟動(dòng)電流的1/3，減小了啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的影響。待電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，按預(yù)先設(shè)定的時(shí)間將定子繞組轉(zhuǎn)換成D形接法，使電動(dòng)機(jī)在額定電壓下正常運(yùn)轉(zhuǎn)。額定功率在4kW以上的三相異步電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的定子繞組均為D形接法，故都可以采用Y-D形降壓?jiǎn)?dòng)方式。在Y-D形的降壓?jiǎn)?dòng)控制線路的主電路中，電動(dòng)機(jī)定子三相繞組6個(gè)線頭均引出，由兩個(gè)接觸器分別進(jìn)行控制。Y-D轉(zhuǎn)換控制電路可視電動(dòng)機(jī)容量大小、應(yīng)用場(chǎng)合等的不同采用不同的接線方式，見圖3-7。圖3-7Y-D形降壓?jiǎn)?dòng)控制電路3.2.2自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)控制線路顧名思義，自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)控制線路是先通過自耦變壓器降壓，再啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的降壓?jiǎn)?dòng)方法。自耦變壓器通常有兩個(gè)不同的抽頭(60%UN、80%UN)，利用不同抽頭的電壓比可得到不同的啟動(dòng)電壓和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，工程人員可根據(jù)需要選擇。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，定子繞組得到的電壓是自耦變壓器的二次電壓。一旦啟動(dòng)完畢，自耦變壓器便被短接，額定電壓(即自耦變壓器的一次電壓)直接加于定子繞組，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入全電壓正常工作狀態(tài)。自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)方法適用于啟動(dòng)較大容量的電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩可以通過改變抽頭的連接位置得到改變。自耦變壓器價(jià)格較貴，而且不允許頻繁啟動(dòng)。圖3-8由兩接觸器控制的自耦減壓?jiǎn)?dòng)控制電路電路工作情況：合上電源開關(guān)QS，HL1燈亮，表明電源電壓正常。按下啟動(dòng)按鈕SB2，KM1、KT線圈同時(shí)通電并自保；將自耦變壓器T1接入，電動(dòng)機(jī)定子繞組經(jīng)自耦變壓器供電作減壓?jiǎn)?dòng)，同時(shí)指示燈HL1滅，HL2亮，顯示電動(dòng)機(jī)正作減壓?jiǎn)?dòng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，時(shí)間繼電器KT動(dòng)作，其延時(shí)閉合觸點(diǎn)KT閉合，使KA線圈通電并自保；常閉觸點(diǎn)斷開，使KM1線圈斷電釋放，HL2斷電熄滅；KM2線圈通電吸合，將自耦變壓器切除，電動(dòng)機(jī)在額定電壓下正常運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)HL3指示燈亮，表明電動(dòng)機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)。由于流過自耦變壓器公共部分的電流為一、二次電流之差，因此允許輔助觸點(diǎn)KM2接入。3.2.3三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)控制1．轉(zhuǎn)子回路串接電阻啟動(dòng)控制線路三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)之一是轉(zhuǎn)子回路可以通過滑環(huán)的外串電阻來達(dá)到減小啟動(dòng)電流，提高轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù)和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的目的。一般在要求啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較高的場(chǎng)合，如起重機(jī)械、卷揚(yáng)機(jī)等，廣泛應(yīng)用繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)。在三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的三相轉(zhuǎn)子回路中，分別串接啟動(dòng)電阻或電抗器，再加電源及自動(dòng)控制電路，就構(gòu)成了三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)控制線路。圖3-9是轉(zhuǎn)子回路中串接電阻的啟動(dòng)控制線路。通過設(shè)定欠電流繼電器的釋放值進(jìn)行控制，并利用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電流大小的變化來控制電阻切除。在啟動(dòng)前，啟動(dòng)電阻全部被接入電路，在啟動(dòng)過程中，啟動(dòng)電阻逐段地被短接。電阻的短接是采用三只欠電流繼電器KA1、KA2、KA3和三只接觸器KM2、KM3、KM4的相互配合來完成的。正常運(yùn)行時(shí)，線路中只有KM1、KM4長(zhǎng)期通電，KA1、KA2、KA3的線圈被KM4短接，KM2、KM3的線圈分別被KM3、KM4的常閉觸頭斷開。這樣一方面減少了耗電，更重要的是能延長(zhǎng)它們的使用壽命。欠電流繼電器KA1、KA2、KA3線圈串接在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路中。這三個(gè)繼電器的吸合電流相同，但釋放電流不同。其中KA1的釋放電流最大，KA2次之，KA3最小。電動(dòng)機(jī)剛啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流很大，KA1、KA2、KA3都吸合，它們的常閉觸頭斷開，接觸器KM2、KM3、KM4不動(dòng)作，全部電阻被接入電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高后電流減小，KA1首先釋放，它的常閉觸頭閉合，使接觸器KM2線圈通電，短接第一段轉(zhuǎn)子電阻R?1。這時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電流增加，隨著轉(zhuǎn)速的升高，電流逐漸下降，使KA2釋放，接觸器KM3線圈通電，短接第二段啟動(dòng)電阻R?2，同時(shí)利用其輔助觸頭將KM2線圈斷電退出運(yùn)行。這時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電流又增加，隨著轉(zhuǎn)速的繼續(xù)升高，電流進(jìn)一步下降，使KA3釋放，接觸器KM4線圈通電，將轉(zhuǎn)子全部電阻短接，同時(shí)利用其輔助觸頭將KM3線圈斷電退出運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)完畢。圖3-9轉(zhuǎn)子回路中串接電阻的啟動(dòng)控制線路啟動(dòng)電阻的分段數(shù)量是根據(jù)不同要求確定的，可以是n段。短接的方式有三相電阻不平衡短接法和三相電阻平衡短接法兩種。所謂三相電阻不平衡短接，是指每相的啟動(dòng)電阻輪流被短接；而三相電阻平衡短接是指三相的啟動(dòng)電阻同時(shí)被短接。但無論是采用不平衡接法還是平衡短接法，其作用基本相同。通常采用凸輪控制器或接觸器短接。采用凸輪控制器時(shí)，由于凸輪控制器中各對(duì)觸頭閉合順序一般按不平衡短接法設(shè)計(jì)(這樣使得控制電路簡(jiǎn)單)，因此通常采用不平衡短接法。而應(yīng)用接觸器來短接時(shí)，全部采用平衡短接法。2．轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器啟動(dòng)控制線路由圖3-9所示的控制線路可見，在繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程中逐段減小電阻時(shí)，電流及轉(zhuǎn)矩是呈躍變狀態(tài)變化的，電流及轉(zhuǎn)矩會(huì)突然增大產(chǎn)生一定的機(jī)械沖擊。同時(shí)，當(dāng)分段級(jí)數(shù)較多時(shí)，控制線路復(fù)雜，工作可靠性降低，而且電阻本身比較笨重，控制箱體積及能耗很大，因此，我國(guó)在20世紀(jì)60年代研制出了頻敏變阻器來替代啟動(dòng)電阻。頻敏變阻器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)鐵心損耗非常大的三相電抗器。它由數(shù)片E形硅鋼片疊成，具有鐵心、線圈兩個(gè)部分，制成開起式，并采用星形接線。將其串接在繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中，相當(dāng)于使其轉(zhuǎn)子繞組接入了一個(gè)鐵損較大的電抗器。這時(shí)的轉(zhuǎn)子等效電路如圖3-10所示。圖3-10頻敏變阻器等效電路頻敏變阻器的阻抗能夠隨著轉(zhuǎn)子電流頻率的下降自動(dòng)減小，它是繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)較為理想的一種啟動(dòng)設(shè)備，常用于較大容量的繞線式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)控制。RI、L值與轉(zhuǎn)子電流頻率相關(guān)。在啟動(dòng)過程中，轉(zhuǎn)子電流頻率是變化的。剛啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速等于0，轉(zhuǎn)差率s＝1，轉(zhuǎn)子電流的頻率f2與電源頻率f1的關(guān)系為f2＝sf1。所以，剛啟動(dòng)時(shí)f2＝f1，頻敏變阻器的電感和電阻均為最大，轉(zhuǎn)子電流受到抑制。隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，s減小，f2下降，頻敏變阻器的阻抗也隨之減小。所以，繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串接頻敏變阻器啟動(dòng)時(shí)，隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，變阻器阻抗也自動(dòng)逐漸減小，實(shí)現(xiàn)了平滑的無級(jí)啟動(dòng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行正常時(shí)，f2很低(為f1的5%～10%)，由于其阻抗與f2的平方成正比，因此其阻抗變得很小。由此可見，在啟動(dòng)過程中，轉(zhuǎn)子等效阻抗及轉(zhuǎn)子回路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)都是由大到小的，這就實(shí)現(xiàn)了近似恒轉(zhuǎn)矩的啟動(dòng)特性。此種啟動(dòng)方式在橋式起重機(jī)和空氣壓縮機(jī)等電氣設(shè)備中獲得了廣泛的應(yīng)用。圖3-11是一種采用頻敏變阻器的啟動(dòng)控制線路。該線路可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和手動(dòng)控制。自動(dòng)控制時(shí)將開關(guān)SA扳向“自動(dòng)”，當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕SB2時(shí)，利用時(shí)間繼電器KT，控制中間繼電器KA和接觸器KM2的動(dòng)作，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間將頻敏變阻器短接。開關(guān)SA扳到“手動(dòng)”位置時(shí)，時(shí)間繼電器KT不起作用，可利用按鈕SB3手動(dòng)控制中間繼電器KA和接觸器KM2的動(dòng)作。圖3-11頻敏變阻器啟動(dòng)控制線路3.2.4固態(tài)降壓?jiǎn)?dòng)器1.固態(tài)降壓?jiǎn)?dòng)器的工作原理固態(tài)降壓?jiǎn)?dòng)器由電動(dòng)機(jī)的啟、?？刂蒲b置和軟啟動(dòng)控制器組成，其核心部件是軟啟動(dòng)控制器，它由功率半導(dǎo)體器件和其他電子元器件組成。軟啟動(dòng)控制器是利用電力電子技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)(包括計(jì)算機(jī)技術(shù))，將強(qiáng)電和弱電結(jié)合起來的控制技術(shù)。其主要結(jié)構(gòu)是一組串接于電源與被控電動(dòng)機(jī)之間的三相反并聯(lián)晶閘管及其電子控制電路，利用晶閘管移相控制原理，控制三相反并聯(lián)晶閘管的導(dǎo)通角，使被控電動(dòng)機(jī)的輸入電壓按不同的要求而變化，從而實(shí)現(xiàn)不同的啟動(dòng)功能。啟動(dòng)時(shí)，使晶閘管的導(dǎo)通角從零開始，逐漸前移，電動(dòng)機(jī)的端電壓從零開始，按預(yù)設(shè)函數(shù)關(guān)系逐漸上升，直至達(dá)到滿足啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩而使電動(dòng)機(jī)順利啟動(dòng)，再使電動(dòng)機(jī)全電壓運(yùn)行，這就是軟啟動(dòng)控制器的工作原理。圖3-12為軟啟動(dòng)控制器的主電路原理圖。軟啟動(dòng)控制器特別適用于各種泵類負(fù)載或風(fēng)機(jī)類負(fù)載。原則上，凡不需要調(diào)速的各種應(yīng)用場(chǎng)合，鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)都可使用軟啟動(dòng)控制器。圖3-12軟啟動(dòng)控制器的主電路原理圖2．軟啟動(dòng)控制器的工作特性1)斜坡恒流升壓?jiǎn)?dòng)圖3-13斜坡恒流升壓?jiǎn)?dòng)曲線2)脈沖階躍啟動(dòng)圖3-14脈沖階躍啟動(dòng)特性曲線3)減速軟?？刂飘?dāng)電動(dòng)機(jī)需要停機(jī)時(shí)，并不立即切斷電動(dòng)機(jī)的電源，而是通過調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角，從全導(dǎo)通狀態(tài)逐漸減小，從而使電動(dòng)機(jī)的端電壓逐漸降低而切斷電源。這一過程時(shí)間較長(zhǎng)，稱為軟停控制。停車的時(shí)間根據(jù)實(shí)際需要可在0～120s范圍內(nèi)調(diào)整。減速軟停控制曲線如圖3-14所示。傳統(tǒng)的控制方式都是通過瞬間停電完成的，但有許多應(yīng)用場(chǎng)合，不允許電動(dòng)機(jī)瞬間關(guān)機(jī)。例如，高層建筑、樓宇的水泵系統(tǒng)，如果瞬間停機(jī)，會(huì)產(chǎn)生巨大的“水錘”效應(yīng)，使管道甚至水泵遭到損壞。為減少和防止“水錘”效應(yīng)，需要電動(dòng)機(jī)逐漸停機(jī)，采用軟啟動(dòng)控制器能滿足這一要求。在泵站中，應(yīng)用軟停車技術(shù)可避免泵站設(shè)備損壞，減少維修費(fèi)用和維修工作量。4)節(jié)能特性軟啟動(dòng)控制器可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的高低，自動(dòng)判斷電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率。當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于空載或負(fù)載率很低時(shí)，可通過相位控制使晶閘管的導(dǎo)通角發(fā)生變化，從而改變輸入電動(dòng)機(jī)的功率，以達(dá)到節(jié)能的目的。5)制動(dòng)特性當(dāng)電動(dòng)機(jī)需要快速停機(jī)時(shí)，軟啟動(dòng)控制器具有能耗制動(dòng)功能。能耗制動(dòng)功能即當(dāng)接到制動(dòng)命令后，軟啟動(dòng)控制器改變晶閘管的觸發(fā)方式，使交流轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷?；在關(guān)閉主電路后，立即將直流電壓加到電動(dòng)機(jī)定子繞組上，利用轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流與靜止磁場(chǎng)的作用達(dá)到制動(dòng)的目的。從節(jié)約資金出發(fā)，有時(shí)可采用一臺(tái)軟啟動(dòng)器控制多臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行軟啟動(dòng)。圖3-15是用一臺(tái)軟啟動(dòng)器控制兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停機(jī)電路。但需注意的是，兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)不能同時(shí)啟動(dòng)或停機(jī)，只能單臺(tái)分別啟動(dòng)或停機(jī)。圖3-15用一臺(tái)軟啟動(dòng)器控制兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)3．軟啟動(dòng)控制器和變頻器軟啟動(dòng)控制器和變頻器是目前在電動(dòng)機(jī)控制中經(jīng)常使用的兩種不同用途的產(chǎn)品。變頻器用于需要調(diào)速的地方(變頻器見3.4.2節(jié))，其輸出不但改變電壓而且同時(shí)改變頻率；軟啟動(dòng)器實(shí)際上是個(gè)調(diào)壓器，主要用于電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，其輸出只改變電壓而不改變頻率。變頻器具備軟啟動(dòng)器的所有功能，但它的價(jià)格比軟啟動(dòng)器貴得多，結(jié)構(gòu)也復(fù)雜得多。3.3三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制3.3.1反接制動(dòng)控制電路三相異步電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)有兩種情況：一種是在負(fù)載轉(zhuǎn)矩作用下使正轉(zhuǎn)接線的電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)反轉(zhuǎn)的倒拉反接制動(dòng)，它往往應(yīng)用在重力負(fù)載的場(chǎng)合，如橋式起重機(jī)的電氣控制，這一制動(dòng)不能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為零；另一種是電源反接制動(dòng)，即改變電動(dòng)機(jī)電源相序，使電動(dòng)機(jī)定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反，產(chǎn)生制動(dòng)，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近零時(shí)應(yīng)迅速切斷三相電源，否則電動(dòng)機(jī)將反向啟動(dòng)。另外，反接制動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì)速度接近于2倍的同步轉(zhuǎn)速，以致反接制動(dòng)電流相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)啟動(dòng)電流的2倍。為防止繞組過熱和減小制動(dòng)沖擊，一般應(yīng)在電動(dòng)機(jī)定子電路中串入反接制動(dòng)電阻。反接制動(dòng)電阻的接法有對(duì)稱接法與不對(duì)稱接法兩種。采用對(duì)稱電阻接法時(shí)在限制制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的同時(shí)也限制了制動(dòng)電流；而采用不對(duì)稱制動(dòng)電阻的接法則只限制了制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，未加制動(dòng)電阻的那一相仍具有較大的電流。在反接制動(dòng)過程中，由電網(wǎng)供給的電磁功率和拖動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械功率全都轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)的熱損耗，這也限制了異步電動(dòng)機(jī)每小時(shí)反接制動(dòng)的次數(shù)。圖3-16三相異步電動(dòng)機(jī)單向反接制動(dòng)控制線路啟動(dòng)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕SB2，接觸器KM1通電并自鎖，電動(dòng)機(jī)M通電旋轉(zhuǎn)。在電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，速度繼電器BV的常開觸頭閉合，為反接制動(dòng)作好了準(zhǔn)備。停車時(shí)，按下停止按鈕SB1，接觸器KM1線圈斷電，電動(dòng)機(jī)M脫離電源。由于此時(shí)電動(dòng)機(jī)的慣性很高，速度繼電器BV的常開觸頭依然處于閉合狀態(tài)，因此SB1常開觸頭閉合時(shí)，反接制動(dòng)接觸器KM2線圈通電并自鎖。其主觸頭閉合，使電動(dòng)機(jī)定子繞組通過反接制動(dòng)電阻R得到與正常運(yùn)轉(zhuǎn)相序相反的三相交流電源，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入反接制動(dòng)狀態(tài)，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近于零時(shí)，速度繼電器常開觸頭復(fù)位，接觸器KM2線圈電路被切斷，反接制動(dòng)結(jié)束。圖3-17具有反接制動(dòng)電阻的正反向反接制動(dòng)控制線路圖3-17中電阻R是反接制動(dòng)電阻，同時(shí)也具有限制啟動(dòng)電流的作用。該線路工作原理如下：合上電源開關(guān)，按下正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB2，中間繼電器KA3線圈通電并自鎖，其常閉觸頭保證互鎖中間繼電器KA4線圈不被接通；KA3的另一個(gè)常開觸頭閉合，使接觸器KM1線圈通電；KM1的主觸頭閉合，使定子繞組經(jīng)電阻R接通正序三相電源，電動(dòng)機(jī)開始降壓?jiǎn)?dòng)。此時(shí)雖然中間繼電器KA1線圈電路中KM1的常開輔助觸頭已閉合，但是KA1線仍無法通電，因?yàn)樗俣壤^電器BV的正轉(zhuǎn)常開觸頭BV1尚未閉合。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到一定值時(shí)，BV的正轉(zhuǎn)常開觸頭閉合，中間繼電器KA1通電并自鎖。這時(shí)由于KA1、KA3等中間繼電器的常開觸頭均處于閉合狀態(tài)，接觸器KM3線圈通電，于是電阻R被短接，定子繞組直接加以額定電壓，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到穩(wěn)定的工作轉(zhuǎn)速。在電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行的過程中，若是按下停止按鈕SB1，則KA3、KM1、KM3三只線圈相繼斷電。由于此時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的慣性轉(zhuǎn)速仍然很高，速度繼電器的正轉(zhuǎn)常開觸頭尚未復(fù)原，中間繼電器KA1仍處于工作狀態(tài)，因此接觸器KM1的常閉觸頭復(fù)位后，接觸器KM2線圈通電，其常開主觸頭閉合，使定子繞組經(jīng)電阻R獲得反相序的三相交流電源，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行反接制動(dòng)。轉(zhuǎn)子速度迅速下降，當(dāng)其轉(zhuǎn)速小于100r/min時(shí)，BV的正轉(zhuǎn)常開觸頭恢復(fù)斷開狀態(tài)，KA1線圈斷電，接觸器KM2被釋放，反接制動(dòng)過程結(jié)束。3.3.2能耗制動(dòng)控制電路圖3-18用速度繼電器控制的單向能耗制動(dòng)控制線路在電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，速度繼電器BV的常開接點(diǎn)將閉合。若按下停止按鈕SB1，則接觸器KM1被釋放，電動(dòng)機(jī)脫離三相交流電源。由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的慣性很高，因此速度繼電器BV的常開觸頭仍然處于閉合狀態(tài)。同時(shí)，接觸器KM2線圈通電，直流電源經(jīng)接觸器KM2的主觸頭而加入定子繞組?？刂齐娐分蠯M2的常開接點(diǎn)保持自鎖，使電動(dòng)機(jī)進(jìn)入能耗制動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速小于100r/min時(shí)，速度繼電器BV的常開觸頭斷開接觸器KM2線圈電路，電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)結(jié)束。能耗制動(dòng)比反接制動(dòng)消耗的能量少，其制動(dòng)電流也比反接制動(dòng)電流小。但能耗制動(dòng)的制動(dòng)效果不如反接制動(dòng)明顯，同時(shí)需要一個(gè)直流電源，控制線路相對(duì)比較復(fù)雜。通常能耗制動(dòng)適用于電動(dòng)機(jī)容量較大和啟動(dòng)、制動(dòng)頻繁的場(chǎng)合。3.4三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：得出三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速可使用改變電動(dòng)機(jī)定子繞組的磁極對(duì)數(shù)，改變電源頻率或改變轉(zhuǎn)差率的方式。改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速又可分為繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子電路中串接電阻調(diào)速、繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速、異步電動(dòng)機(jī)交流調(diào)壓調(diào)速等。3.4.1三相籠型電動(dòng)機(jī)的變極調(diào)速三相籠型電動(dòng)機(jī)采用改變磁極對(duì)數(shù)調(diào)速。當(dāng)改變定子極數(shù)時(shí)，轉(zhuǎn)子極數(shù)也同時(shí)改變?；\型轉(zhuǎn)子本身沒有固定的極數(shù)，它的極數(shù)隨定子極數(shù)而定。電動(dòng)機(jī)變極調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是，它既適用于恒功率負(fù)載，又適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，線路簡(jiǎn)單，維修方便；缺點(diǎn)是有級(jí)調(diào)速且價(jià)格昂貴。改變定子繞組極對(duì)數(shù)的方法有：(1)裝一套定子繞組，改變它的連接方式，得到不同的極對(duì)數(shù)。(2)定子槽里裝兩套極對(duì)數(shù)不一樣的獨(dú)立繞組。(3)定子槽里裝兩套極對(duì)數(shù)不一樣的獨(dú)立繞組，而每套繞組本身又可以改變它的連接方式，得到不同的極對(duì)數(shù)。圖3-194/2極雙速異步電動(dòng)機(jī)定子繞組接線圖(a)三角形連接；(b)雙星形連接雙速電動(dòng)機(jī)用交流接觸器連接出線端，以改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制線路，如圖3-20所示。電動(dòng)機(jī)以三角形啟動(dòng)，然后自動(dòng)地將轉(zhuǎn)速加快到雙星形運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)按下SB2時(shí)，時(shí)間繼電器KT通電，KT的瞬時(shí)閉合常開觸頭立即閉合，使接觸器KM1通電，將電動(dòng)機(jī)定子繞組接成三角形啟動(dòng)，并通過中間繼電器KA使時(shí)間繼電器KT斷電。經(jīng)過一定時(shí)間后，KT的常開觸頭斷開，接觸器KM1斷電，而使接觸器KM2通電，電動(dòng)機(jī)自動(dòng)地從三角形變成雙星形運(yùn)轉(zhuǎn)，完成了自動(dòng)加速的過程。圖3-20雙速電動(dòng)機(jī)控制線路3.4.2異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速1．變頻調(diào)速的基本原理改變異步電動(dòng)機(jī)的供電頻率，即可平滑地調(diào)節(jié)同步轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)調(diào)速運(yùn)行。變頻調(diào)速是利用電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速隨頻率變化的特性，通過改變電動(dòng)機(jī)的供電頻率進(jìn)行調(diào)速的。在交流異步電動(dòng)機(jī)的各種調(diào)速方法中，變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍大，穩(wěn)定性好，運(yùn)行效率高的特點(diǎn)，已逐步得到推廣及應(yīng)用。通用變頻器可以應(yīng)用于普通的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制。除此之外，還有高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器等。由電動(dòng)機(jī)理論可知，三相異步電動(dòng)機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)的有效值為(3-1)如果不計(jì)定子阻抗壓降，則(3-2)由式(3-2)可見，若端電壓U1不變，則隨著的升高，氣隙磁通將減小。又由轉(zhuǎn)矩公式：(3-3)可以看出，的減小勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)允許輸出轉(zhuǎn)矩的下降，降低電動(dòng)機(jī)的出力。同時(shí)，電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩也將降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)。若維持端電壓不變而減小，則氣隙磁通將增加。這就會(huì)使磁路飽和，勵(lì)磁電流上升，導(dǎo)致鐵損急劇增加，這也是不允許的。因此在許多場(chǎng)合，要求在調(diào)頻的同時(shí)改變定子電壓，以維持接近不變。1)基頻以下的恒磁通變頻調(diào)速這是考慮從基頻(電動(dòng)機(jī)額定頻率)向下調(diào)速的情況。為了保持電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力，應(yīng)保持氣隙主磁通不變。這就要求在降低供電頻率的同時(shí)降低感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，保持=常數(shù)，即保持電動(dòng)勢(shì)與頻率之比為常數(shù)。這種控制又稱為恒磁通變頻調(diào)速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，但是難于直接檢測(cè)和直接控制。當(dāng)和的值較高時(shí)，定子的漏阻抗壓降相對(duì)比較小，如忽略不計(jì)，則可以近似地保持定子電壓和頻率的比值為常數(shù)，即認(rèn)為，保持=常數(shù)。這就是恒壓頻比控制方式，是近似的恒磁通控制。當(dāng)頻率較低時(shí)，和都變小，定子漏阻抗壓降不能再忽略。這種情況下，可以人為地適當(dāng)提高定子電壓以補(bǔ)償定子電阻壓降的影響，使氣隙磁通基本保持不變。2)基頻以上的弱磁變頻調(diào)速這是考慮由基頻開始向上調(diào)速的情況。當(dāng)頻率由額定值向上增大時(shí)，電壓由于受額定電壓U1N的限制不能再升高，只能保持U1=U1N不變。這樣必然會(huì)使主磁通隨著的上升而減小，相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速的情況，即近似的恒功率調(diào)速方式。上述兩種情況綜合起來，異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)的控制特性如圖3-21所示。異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速必須按照一定的規(guī)律同時(shí)改變其定子的電壓和頻率。圖3-21異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)的控制特性根據(jù)和的不同比例關(guān)系，將有不同的變頻調(diào)速方式。保持為常數(shù)的恒磁通控制方式適用于調(diào)速范圍較大的恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負(fù)載，例如升降機(jī)械、攪拌機(jī)、傳送帶等；保持為常數(shù)的恒功率控制方式適用于負(fù)載隨轉(zhuǎn)速的增高而變小的地方，例如主軸傳動(dòng)、卷繞機(jī)等。2．變頻器的基本結(jié)構(gòu)圖3-22變頻器的基本結(jié)構(gòu)通用變頻器主要包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器和控制回路。1)整流器電網(wǎng)側(cè)的變流器是整流器，有可控整流橋和不可控整流橋兩種。通用變頻器大多采用不可控整流橋，它的作用是把三相交流整流成直流。