電氣控制技術(shù) 新型電器及其應(yīng)用 學(xué)習(xí)課件

第3章新型電器及其控制系統(tǒng)3.1

控制系統(tǒng)常用新型電器3.2

新型電器典型應(yīng)用控制線路3.1控制系統(tǒng)常用新型電器3.1.1電子式時(shí)間繼電器

盡管各種晶體管時(shí)間繼電器電路的形式不同，但其基本的原理大多以阻容充放電路為基礎(chǔ)，圖3-1（a）為JS20系列時(shí)間繼電器的典型電路。圖3-1（a）JS20系列時(shí)間繼電器的典型電路圖3-1（b）

JS20系列時(shí)間繼電器充電曲線p61數(shù)字時(shí)間繼電器較晶體管時(shí)間繼電器的延時(shí)范圍可成倍增加，而其精度可以提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上。此外還可以制成觸點(diǎn)容量大并配備顯示器件結(jié)構(gòu)，使之具有調(diào)整方便、工作狀態(tài)直觀、指示清晰準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。一般在下列情況下建議使用電子時(shí)間繼電器：1.當(dāng)電磁式或者機(jī)械式時(shí)間繼電器不能滿足要求；2.當(dāng)延時(shí)精度要求較高；3.控制回路相互配合要求無(wú)觸點(diǎn)；4.要求計(jì)算機(jī)控制實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化。3.1.2固態(tài)繼電器

固態(tài)繼電器（SolidStateRelay簡(jiǎn)稱SSR）是采用固體半導(dǎo)體元件組裝而成的一種新穎的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。由于固態(tài)繼電器的接通和斷開(kāi)沒(méi)有機(jī)械接觸部件，因而具有控制功率小、開(kāi)關(guān)速度快、工作頻率高、使用壽命長(zhǎng)、抗干擾能力強(qiáng)和動(dòng)作可靠等一系列特點(diǎn)。目前，在許多自動(dòng)控制裝置中得到了廣泛應(yīng)用。一、固態(tài)繼電器的種類1.以負(fù)載電源類型分

一般可分為直流型固態(tài)繼電器和交流型固態(tài)繼電器兩種類型。直流型固態(tài)繼電器以功率半導(dǎo)體三極管作為開(kāi)關(guān)元件，而交流型固態(tài)繼電器則以晶閘管作為開(kāi)關(guān)元件，分別用來(lái)接通和斷開(kāi)直流或交流負(fù)載電源。

2.以輸入、輸出間的隔離方式分類

①變壓器隔離式:采用變壓器作為隔離器件。②光耦合式:采用光耦合器作為隔離器.

3.交流固態(tài)繼電器按開(kāi)關(guān)方式分類

有電壓過(guò)零導(dǎo)通型和隨機(jī)導(dǎo)通型兩種，它們的區(qū)別在于負(fù)載交流電流的導(dǎo)通條件:過(guò)零型固態(tài)繼電器在輸入信號(hào)時(shí)刻，如果負(fù)載電源電壓正處在非過(guò)零區(qū)，其輸出端不導(dǎo)通，只有當(dāng)負(fù)載電源電壓達(dá)到零區(qū)時(shí)，其輸出端負(fù)載電源才導(dǎo)通。隨機(jī)型固態(tài)繼電器在輸入信號(hào)時(shí)刻，不管負(fù)載電壓處于什么狀態(tài)，負(fù)載立即導(dǎo)通。圖3-2固態(tài)繼電器的工作原理二、固態(tài)繼電器的工作原理p63三、固態(tài)繼電器使用的注意事項(xiàng)

1、固態(tài)繼電器的選擇應(yīng)根據(jù)負(fù)載的類型（阻性、感性）來(lái)確定，并采用有效的過(guò)電壓保護(hù)。

2、輸出端要采用RC浪涌吸收電路或非線性壓敏電阻吸收瞬變電壓。

3、過(guò)電流保護(hù)采用專門(mén)保護(hù)半導(dǎo)體器件或動(dòng)作時(shí)間小于10ms的斷路器。

4、安裝采用散熱器，要求接觸良好，且對(duì)地絕緣。

5、切忌負(fù)載側(cè)兩端短路、以免固態(tài)繼電器損壞。缺點(diǎn)：

漏電流大、接觸電壓大、觸點(diǎn)單一、使用溫度范圍窄、過(guò)載能力差及價(jià)格偏高等。3.1.3熱敏電阻式溫度繼電器

溫度繼電器又稱溫度開(kāi)關(guān)，用于當(dāng)測(cè)量點(diǎn)的溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)給出一個(gè)控制信號(hào)。一個(gè)熱敏電阻只能檢測(cè)一相電動(dòng)機(jī)繞組的溫度，因此，一臺(tái)三相電動(dòng)機(jī)至少需要三個(gè)熱敏電阻。每相繞組的各部分溫升不會(huì)完全相同，熱敏電阻應(yīng)埋在溫升最高的繞組端部，當(dāng)發(fā)生匝間、相間的斷路或接地故障時(shí)，繞組各處的溫差很大，如果埋設(shè)的熱敏電阻并非處于過(guò)熱部位，則保護(hù)就會(huì)失效。因此對(duì)于大中型電動(dòng)機(jī)和某些特種電動(dòng)機(jī)，可在每相繞組的幾個(gè)地方埋設(shè)熱敏電阻。熱敏電阻并聯(lián)組成的溫度繼電器電路如圖3-3所示。圖3-3熱敏電阻并聯(lián)組成的溫度繼電器3.1.4電子接近開(kāi)關(guān)

電子接近開(kāi)關(guān)是一種毋需與運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行機(jī)械接觸而可以操作的位置開(kāi)關(guān)，當(dāng)物體接近開(kāi)關(guān)的感應(yīng)面達(dá)到動(dòng)作距離時(shí)，不需要機(jī)械接觸及施加任何壓力即可使開(kāi)關(guān)動(dòng)作，從而驅(qū)動(dòng)交流或直流電器或給計(jì)算機(jī)裝置提供控制指令。電子接近開(kāi)關(guān)是一種無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，它既有行程開(kāi)關(guān)、微動(dòng)開(kāi)關(guān)的特性，同時(shí)具有傳感性能，且動(dòng)作可靠，性能穩(wěn)定，頻率響應(yīng)快，應(yīng)用壽命長(zhǎng)，抗干擾能力強(qiáng)等、并具有防水、防震、耐腐蝕等特點(diǎn)。產(chǎn)品有電感式、電容式、霍爾式、交流型、直流型。

它在自動(dòng)控制系統(tǒng)中可作為限位、計(jì)數(shù)、定位控制和自動(dòng)保護(hù)環(huán)節(jié)。電子接近開(kāi)關(guān)由三大部分組成：振蕩器、開(kāi)關(guān)電路及放大輸出電路。振蕩器產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)。當(dāng)金屬目標(biāo)接近這一磁場(chǎng)，并達(dá)到感應(yīng)距離時(shí)，在金屬目標(biāo)內(nèi)產(chǎn)生渦流，從而導(dǎo)致振蕩衰減，以至停振。振蕩器振蕩及停振的變化被后級(jí)放大電路處理并轉(zhuǎn)換成開(kāi)關(guān)信號(hào)，觸發(fā)驅(qū)動(dòng)控制器件，從而達(dá)到非接觸位置檢測(cè)目的。目前應(yīng)用較為廣泛的接近開(kāi)關(guān)按工作原理可以分為以下幾種類型：（1）高頻振蕩型：用以檢測(cè)各種金屬體；（2）電容型：用以檢測(cè)各種導(dǎo)電或不導(dǎo)電的液體或固體；（3）光電型：用以檢測(cè)所有不透光物質(zhì)；（4）超聲波型：用以檢測(cè)不透過(guò)超聲波的物質(zhì)；（5）電磁感應(yīng)型：用以檢測(cè)導(dǎo)磁或不導(dǎo)磁金屬。圖3-4LJ2系列晶體管接近開(kāi)關(guān)電路p663.1.5軟起動(dòng)器

傳統(tǒng)的三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)線路比較簡(jiǎn)單，不需要增加額外起動(dòng)設(shè)備，但其起動(dòng)電流沖擊一般很大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小而且固定不可調(diào)。電動(dòng)機(jī)停機(jī)時(shí)都采用控制接觸器觸點(diǎn)斷開(kāi)，切掉電動(dòng)機(jī)電源，電動(dòng)機(jī)自由停車，這樣也會(huì)造成劇烈的電網(wǎng)波動(dòng)和機(jī)械沖擊。表3-6給出了傳統(tǒng)起動(dòng)方法起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流相對(duì)額定值的倍數(shù)。傳統(tǒng)起動(dòng)方法經(jīng)常用于對(duì)起動(dòng)特性要求不高的場(chǎng)合。表3-6傳統(tǒng)起動(dòng)方法的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、起動(dòng)電流的比較名稱直接起動(dòng)定子串電阻起動(dòng)自耦變壓器起動(dòng)星-三角形起動(dòng)0.5~1.50.5~0.750.4~0.850.5~0.94~81.5~61.6~41.8~2.5在一些對(duì)起動(dòng)要求較高的場(chǎng)合，可選用軟起動(dòng)器控制異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)。其主要特點(diǎn)是：具有軟起動(dòng)和軟停車功能，起動(dòng)電流、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可調(diào)節(jié)，還具有電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)等功能。一、軟起動(dòng)器的工作原理

如圖3-6所示為軟起動(dòng)器內(nèi)部原理示意圖。它主要由三相交流調(diào)壓電路和控制電路構(gòu)成。圖3-6軟起動(dòng)器原理示意圖熱保護(hù)、限制轉(zhuǎn)矩和電流沖擊、三相電源不平衡、缺相、斷相等保護(hù)功能、并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示電流、電壓、功率因素等參數(shù)。二、軟起動(dòng)器的控制功能

異步電動(dòng)機(jī)在軟起動(dòng)過(guò)程中，軟起動(dòng)器通過(guò)控制加到電動(dòng)機(jī)上的電壓來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流和轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩逐漸增加，轉(zhuǎn)速也逐漸增加。一般軟起動(dòng)器可以通過(guò)改變參數(shù)設(shè)定得到不同的起動(dòng)特性，以滿足不同的負(fù)載特性要求。(一)斜坡升壓起動(dòng)方式斜坡升壓起動(dòng)特性曲線如圖3-7所示。圖3-7斜坡升壓起動(dòng)方式(二)轉(zhuǎn)矩控制及起動(dòng)電流限制起動(dòng)方式轉(zhuǎn)矩控制及起動(dòng)電流限制特性曲線如圖3-8所示。圖3-8轉(zhuǎn)矩控制及起動(dòng)電流限制起動(dòng)方式(三)電壓提升脈沖起動(dòng)方式電壓提升脈沖起動(dòng)特性曲線如圖3-9所示。圖3-9電壓提升脈沖起動(dòng)方式(四)轉(zhuǎn)矩控制軟停車方式當(dāng)電動(dòng)機(jī)需要停車時(shí)，立即切斷電動(dòng)機(jī)電源，屬自由停車。傳統(tǒng)的控制方式大都采用這種方法。但許多應(yīng)用場(chǎng)合，不允許電動(dòng)機(jī)瞬間停機(jī)。如高層建筑、樓宇的水泵系統(tǒng)，要求電動(dòng)機(jī)逐漸停機(jī)，采用軟起動(dòng)器可滿足這一要求。如圖3-10所示為轉(zhuǎn)矩控制軟停車特性曲線。減速時(shí)間t1一般是可設(shè)定的。圖3-10轉(zhuǎn)矩控制軟停車方式(五)制動(dòng)停車方式

當(dāng)電動(dòng)機(jī)需要快速停機(jī)時(shí)，軟起動(dòng)器具有能耗制動(dòng)功能。在實(shí)施能耗制動(dòng)時(shí)，軟起動(dòng)器向電動(dòng)機(jī)定子繞組通人直流電，由于軟起動(dòng)器是通過(guò)晶閘管對(duì)電動(dòng)機(jī)供電，因此很容易通過(guò)改變晶閘管的控制方式而得到直流電。如圖3-11所示為制動(dòng)停車方式特性曲線。圖3-11制動(dòng)停車方式p703.1.6智能接觸器

智能接觸器是電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)中使用量很大和涉及面很廣的一種很實(shí)用的控制電器，可用來(lái)頻繁地接通和分?jǐn)嘟恢绷髦骰芈泛痛笕萘靠刂苹芈?。其主要控制?duì)象是電動(dòng)機(jī)，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離自動(dòng)控制，并具有欠（零）電壓等多種自動(dòng)保護(hù)功能。

智能接觸器最主要的用途是控制要求較高并且比較復(fù)雜電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電控系統(tǒng)和機(jī)、液、電等裝置組合的控制系統(tǒng)，因此它是電控系統(tǒng)中很重要也是最常用的控制電器之一。智能接觸器由電磁機(jī)構(gòu)及其附件組成，附件包括智能控制模塊、輔助觸點(diǎn)組、機(jī)械聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)、報(bào)警模塊、顯示模塊、通信接口等。所用只能化功能集成在一塊以微處理器或單片機(jī)為核心的控制板上一、智能化電磁系統(tǒng)

智能接觸器的核心是具有智能化控制的電磁系統(tǒng)，對(duì)接觸器的電磁系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制。由接觸器的工作原理可見(jiàn)，其工作過(guò)程可分為吸合過(guò)程、保持過(guò)程、分?jǐn)噙^(guò)程三部分，是一個(gè)變化規(guī)律十分復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過(guò)程。電磁系統(tǒng)的動(dòng)作質(zhì)量依賴于控制電源電壓，阻尼機(jī)構(gòu)和反力彈簧等，并不可避免地存在不同程度的動(dòng)、靜鐵心的“撞擊”、“彈跳”等現(xiàn)象，甚至造成“觸頭熔焊”和“線圈燒損”等，即傳統(tǒng)的電磁接觸器的動(dòng)作具有被動(dòng)的“不確定”性。智能接觸器是對(duì)接觸器的整個(gè)動(dòng)態(tài)工作過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，根據(jù)動(dòng)作過(guò)程中檢測(cè)到的電磁系統(tǒng)的參數(shù)，如線圈電流、電磁吸力、運(yùn)動(dòng)位移、速度和加速度、正常吸合門(mén)檻電壓和釋放電壓等參數(shù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，并依此選取事先存儲(chǔ)在控制芯片中相應(yīng)控制方案以實(shí)現(xiàn)“確定”的動(dòng)作，從而同步吸合、保持和分?jǐn)嗳齻€(gè)過(guò)程，保證觸頭開(kāi)斷過(guò)程的電弧量最小，實(shí)現(xiàn)三過(guò)程的最佳實(shí)時(shí)控制。

經(jīng)過(guò)對(duì)被控制電路的電壓和電流信號(hào)的檢測(cè)、判別和變換過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)接觸器電磁線圈的智能化控制，并可實(shí)現(xiàn)過(guò)載、斷相或三相不平衡、短路、接地故障等保護(hù)功能。二、雙向通信與控制接口

智能接觸器能夠通過(guò)通信接口直接與自動(dòng)控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)相連，通過(guò)數(shù)據(jù)總線可輸出工作狀態(tài)參數(shù)、負(fù)載數(shù)據(jù)和報(bào)警信息等，另一方面可接受上位控制計(jì)算機(jī)及可編程序控制器（PLC）的控制指令，其通信接口可以與當(dāng)前工業(yè)上應(yīng)用的大多數(shù)低壓電器數(shù)據(jù)通信規(guī)約兼容。3.1.7智能斷路器

智能斷路器是指具有智能化控制單元的低壓斷路器。智能斷路器與普通斷路器一樣，也有基本框架（絕緣外殼）、觸頭系統(tǒng)和操作機(jī)構(gòu)。所不同的是普通斷路器上的脫扣器現(xiàn)在換成了具有一定人工智能的控制單元，或者叫智能型脫扣器。智能型控制單元的核心是具有單片機(jī)功能的微處理器，其功能不但覆蓋了全部脫扣器的保護(hù)功能（如短路保護(hù)、過(guò)流過(guò)熱保護(hù)、漏電保護(hù)、缺相保護(hù)等），而且還能夠顯示電路中的各種參數(shù)（電流、電壓、功率、功率因素等）。各種保護(hù)功能的動(dòng)作參數(shù)也可以顯示、設(shè)定和修改、查詢。擴(kuò)充了測(cè)量、控制、報(bào)警、數(shù)據(jù)記憶及傳輸、通信等功能，其性能大大優(yōu)于傳統(tǒng)的斷路器產(chǎn)品。圖3-12智能斷路器原理框圖智能斷路器原理框圖如圖3-12所示。單片機(jī)對(duì)各路電壓和電流信號(hào)進(jìn)行規(guī)定的檢測(cè)。當(dāng)電壓過(guò)高或過(guò)低時(shí)發(fā)出缺相脫扣信號(hào)。當(dāng)缺相功能有效時(shí)，若三相電流不平衡超過(guò)設(shè)定值，發(fā)出缺相脫扣信號(hào)，同時(shí)對(duì)各相電流進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)設(shè)定的參數(shù)實(shí)施三段式（瞬動(dòng)、短延時(shí)、長(zhǎng)延時(shí)）電流熱模擬保護(hù)。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的智能斷路器有框架式和塑料外殼式兩種。框架式智能斷路器主要用于智能化自動(dòng)配電系統(tǒng)中的主斷路器，塑料外殼式智能斷路器主要用在配電網(wǎng)絡(luò)中分配電能和作為線路及電源設(shè)備的控制與保護(hù)，亦可用作三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的控制、傳統(tǒng)的斷路器保護(hù)功能是利用了熱核效應(yīng)原理，通過(guò)機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)的。智能控制器具有以下功能：

l）四段保護(hù)功能（過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)、短延時(shí)、短路瞬時(shí)、單相接地）；

2）電流表功能（運(yùn)行電流、接地故障電流、最大相電流、整定試驗(yàn)電流值或時(shí)間值）；

3）電壓表功能（線電壓、最大值）；

4）遠(yuǎn)端監(jiān)控和診斷功能（故障顯示報(bào)警、預(yù)報(bào)警）；

5）整定功能（脫扣器參數(shù)整定）；

6）試驗(yàn)功能（脫扣、不脫扣）；

7）負(fù)載監(jiān)控功能；

8）熱記憶功能；

9）通信接口功能。3.2電子電器典型應(yīng)用控制線路3.2.1軟起動(dòng)器控制線路

異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器控制電路簡(jiǎn)單，但是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩基本固定且不可調(diào)，起動(dòng)過(guò)程切換又帶來(lái)二次沖擊電流和沖擊轉(zhuǎn)矩，并且受電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響較大。如果電網(wǎng)電壓下降大，甚至?xí)斐呻姍C(jī)停轉(zhuǎn)和起動(dòng)困難。為了克服這些缺點(diǎn)，需采用軟起動(dòng)器控制異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。下面介紹軟起動(dòng)器的控制原理、計(jì)算及與使用有關(guān)的問(wèn)題。

一、軟起動(dòng)器的基本組成原理和控制規(guī)律

軟起動(dòng)器的基本組成原理如圖3-13所示。主電路采用三相晶閘管反并聯(lián)調(diào)壓方式，它串聯(lián)在三相供電電源L1、L2、L3和電動(dòng)機(jī)三個(gè)端子U、V、W之間。通過(guò)改變晶閘管的移相角來(lái)改變加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓。為了能讓定子電壓和電流按所設(shè)定的規(guī)律變化，并且能對(duì)過(guò)壓及過(guò)流等故障進(jìn)行保護(hù)，必須要隨時(shí)檢測(cè)定子電壓和電流，為此采用了電壓互感器和電流互感器。電壓互感器將電網(wǎng)電壓變換為標(biāo)準(zhǔn)電壓（通常為5V）信號(hào)，送至電壓保護(hù)電路。圖3-13軟起動(dòng)器的基本組成原理

一、軟起動(dòng)器的基本組成原理和控制規(guī)律

圖3-14（a）和（b）分別給出定子繞組加UN、0.75UN和0.5UN等不同固定值時(shí)（虛線）的電機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線和電流曲線。圖3-14恒定電壓（虛線）和變化電壓（實(shí)線）時(shí)的特性曲線（a）轉(zhuǎn)矩曲線；（b）電流曲線二、軟起動(dòng)器起動(dòng)時(shí)間的計(jì)算為了能計(jì)算起動(dòng)時(shí)間，需要知道電動(dòng)機(jī)和負(fù)載兩者的轉(zhuǎn)矩·轉(zhuǎn)速特性曲線。首先來(lái)看直接起動(dòng)即定子直接加額定電壓起動(dòng)時(shí)的情況。圖3—15中兩條虛線分別為電動(dòng)機(jī)作用轉(zhuǎn)矩M和負(fù)載反作用轉(zhuǎn)矩ML(這里以風(fēng)機(jī)為例)曲線。根據(jù)運(yùn)動(dòng)平衡方程式，電動(dòng)機(jī)作用轉(zhuǎn)矩M與負(fù)載反作用轉(zhuǎn)矩ML之差產(chǎn)生動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩Md，即在起動(dòng)過(guò)程中M＞ML，故dΩ/dt＞0，即系統(tǒng)在作加速度運(yùn)動(dòng)。Md又稱加速轉(zhuǎn)矩。由于Ω

＝2πn／60，故又有由上式可求出n由0至額定轉(zhuǎn)速nN所需的時(shí)間為：將0~nN分割成△n的k個(gè)小段，將積分寫(xiě)成增量形式：采用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)，選擇電動(dòng)機(jī)上電壓按圖3-16所示的線性增長(zhǎng)函數(shù)變化規(guī)律。為了能快速、平穩(wěn)的起動(dòng)，一般要求整個(gè)起動(dòng)過(guò)程動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩Md≥15%MN

。

M∝U2，I∝

U，根據(jù)起始負(fù)載轉(zhuǎn)矩ML0及初始電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩M0，可計(jì)算初始電壓U0和初始電流I0。通過(guò)第一段時(shí)間間隔△n所需要的時(shí)間為：在此之后的時(shí)間間隔內(nèi)，定子電壓U可以由下式導(dǎo)出。第i段區(qū)間電壓為：由上述電壓值可求出第二個(gè)轉(zhuǎn)速區(qū)間的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩值。通過(guò)第二段時(shí)間間隔△n所需要的時(shí)間為：在此期間流過(guò)的電流為：電動(dòng)機(jī)突然切斷電源，將靠慣性自由運(yùn)行到停止。對(duì)于大慣性負(fù)載其自由停車的時(shí)間可能太長(zhǎng)；對(duì)于小慣性負(fù)載或不允許快速停止的負(fù)載有時(shí)又覺(jué)得自由停止的時(shí)間太短。這兩種停止的情況都是不可以控制的，甚至?xí)?duì)安全以及材料造成損害。采用軟起動(dòng)器的軟停止功能和制動(dòng)功能可以按所要求的規(guī)律和時(shí)間停止，就克服了上述缺點(diǎn)。

三、軟起動(dòng)器的軟停止和快速制動(dòng)停止軟起動(dòng)器的軟停止功能是在停止指令下達(dá)后按線性減小(斜坡向下)的規(guī)律來(lái)改變電壓的，如圖3-18中所示，下降時(shí)間tsp以及下降開(kāi)始時(shí)電壓Usp1和下降結(jié)束時(shí)電壓Usp1

均可通過(guò)電位器等設(shè)定。

軟起動(dòng)器中通常采用直流制動(dòng)，即給電動(dòng)機(jī)兩相繞組通以直流電的方法。

軟啟動(dòng)器也通過(guò)電位器設(shè)定制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和制動(dòng)時(shí)間，而且兩者相互成反比。

1)運(yùn)行電壓降低，鐵損耗也降低。

2)在負(fù)載和負(fù)載率一定的情況下，電壓降低，電動(dòng)機(jī)的定子銅損耗、轉(zhuǎn)子鋁損耗以及雜散損耗之總和將會(huì)增大。但如果負(fù)載和負(fù)載率很低，例如小于額定值的40％，則電壓降低，電流減小，反而會(huì)使銅損耗減小。

3)運(yùn)行電壓過(guò)低，即使輕載，也會(huì)因?yàn)槎ㄗ鱼~損耗、轉(zhuǎn)子鋁損耗和雜散損耗的急劇增大而使總損耗增大?！C上考慮，對(duì)于某一特定負(fù)載有一恰當(dāng)?shù)碾妷褐?，電?dòng)機(jī)此時(shí)總損耗最小，這一電壓稱為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行電壓。軟起動(dòng)器節(jié)能以檢測(cè)和計(jì)算電壓和電流的相位角即功率因數(shù)角作為調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)端電壓的參數(shù)，使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生剛好能拖動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)短的能量?！岸穗妷捍笮〔粩嗟嘏c負(fù)載相適應(yīng)”就可實(shí)現(xiàn)控制和改善功率因數(shù)、降低損耗的目的。而一旦負(fù)載增大，軟起動(dòng)器會(huì)立即增大輸出電壓，不會(huì)使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速因轉(zhuǎn)矩突增而有明顯的降低。四、節(jié)能運(yùn)行軟起動(dòng)器實(shí)際能節(jié)省的能量與電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、額定輸出功率的大小以及工作周期有關(guān)。圖3-22為4極電動(dòng)機(jī)的節(jié)能曲線。在10％額定負(fù)載時(shí)分別節(jié)能4％和20％。此外，一般極對(duì)數(shù)較多，轉(zhuǎn)差率較大的電動(dòng)機(jī)，節(jié)能效果會(huì)比較明顯。

4極電動(dòng)機(jī)的節(jié)能曲線盡管軟起動(dòng)器的電路組成本身有電流控制內(nèi)環(huán)(見(jiàn)圖3-13)，會(huì)隨時(shí)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)電流的變化來(lái)限制電流，以及設(shè)置有過(guò)電流檢側(cè)電路，來(lái)防止過(guò)載造成損壞；但是一般在軟起動(dòng)器進(jìn)線側(cè)還是要接上斷路器、熔斷器和過(guò)載繼電器等保護(hù)電器來(lái)作后備保護(hù)，如圖3-23所示。五、軟起動(dòng)器的連接和使用軟起動(dòng)器基本連接多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的順序起動(dòng)同時(shí)起動(dòng)幾臺(tái)電動(dòng)機(jī)的并聯(lián)電路3.2.2繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速控制線路一、串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)基本原理

對(duì)于繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方式，人們最熟悉的是轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速法。這種方法是靠改變外界電阻的大小，以增減轉(zhuǎn)子回路電流，從而改變消耗在轉(zhuǎn)子回路的轉(zhuǎn)差功率，進(jìn)而影響轉(zhuǎn)差率，達(dá)到調(diào)速的目的。但轉(zhuǎn)差功率是一種無(wú)益的熱能損失，它使系統(tǒng)的整體效率降低，因此，這種系統(tǒng)只適用于小功率繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)及調(diào)速范圍不寬的場(chǎng)合。如果不在轉(zhuǎn)子回路串接電阻，而是引入一個(gè)附加電動(dòng)勢(shì)Ef，且令Ef的頻率和轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)的頻率相等，則轉(zhuǎn)子回路的總電動(dòng)勢(shì)即為轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)E2和附加電動(dòng)勢(shì)Ef的代數(shù)和，從而使轉(zhuǎn)子電流隨著二者的相互關(guān)系而變化。如果對(duì)電動(dòng)勢(shì)的方向及數(shù)值加以控制，就會(huì)得到性能遠(yuǎn)比轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速法優(yōu)越的結(jié)果。首先是節(jié)省了電阻上的熱能損耗；其次是改變附加電動(dòng)勢(shì)的大小和方向十分靈活、方便，可做到平滑無(wú)級(jí)調(diào)速。這里以繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)為例進(jìn)行討論。圖3-26中，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組電勢(shì)是轉(zhuǎn)子整流器的供電電源，它相當(dāng)于整流變壓器的二次繞組，異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子整流電路的工作與一般具有整流變壓器的整流電路的工作極為相似。圖3-26異步電動(dòng)機(jī)電氣串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)原理圖（1）一般整流電路接固定頻率和幅值的電源，而轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)的幅值與頻率則隨異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速而變化；（2）專用整流變壓器漏抗比較小，雖然會(huì)引起換相重疊角，但重疊角不大，而異步電動(dòng)機(jī)折算至轉(zhuǎn)子側(cè)的等值電抗則大得多，且與轉(zhuǎn)子頻率有關(guān)，使換相重疊現(xiàn)象嚴(yán)重，甚至?xí)斐蓮?qiáng)迫換流延遲現(xiàn)象，必須專門(mén)加以考慮；（3）正常的整流器工作在額定負(fù)載以下，而異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路內(nèi)的電流變化則很大，起動(dòng)電流或過(guò)載電流往往超過(guò)額定值很多，這不僅加重了換相重疊現(xiàn)象，而且對(duì)元件參數(shù)選擇也有影響。二、雙閉環(huán)控制的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)由于串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)特性的靜差率較大，所以開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)只能用于對(duì)調(diào)速精度要求不高場(chǎng)合。為了提高靜態(tài)調(diào)速精度以及獲得較好的動(dòng)態(tài)特性，可以采用反饋控制。與直流調(diào)速系統(tǒng)一樣，通常采用具有電流反饋與轉(zhuǎn)速反饋的雙閉環(huán)控制方式。由于串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子整流器是不可控的，所以系統(tǒng)不能產(chǎn)生電氣制動(dòng)作用。而所謂動(dòng)態(tài)性能的改善一般只是指起動(dòng)與加速過(guò)程性能的改善，而減速過(guò)程只能靠負(fù)載作用自由降速。(一)閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成圖3-27所示為雙閉環(huán)控制的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)原理圖。圖中轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)取自與異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械上連接的測(cè)速發(fā)電機(jī)，電流反饋信號(hào)取自逆變器交流側(cè)，也可通過(guò)霍爾變換器或直流互感器取自轉(zhuǎn)子直流回路。為防止逆變器逆變顛覆，在電流調(diào)節(jié)器ACR輸出電壓為零時(shí)，應(yīng)整定觸發(fā)脈沖輸出相位角為β=βmin。圖3-27所示系統(tǒng)的工作與直流不可逆雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)一樣，具有靜態(tài)穩(wěn)速與動(dòng)態(tài)恒流的作用。所不同的是它的控制作用都是通過(guò)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路實(shí)現(xiàn)的。圖3-27雙閉環(huán)控制的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)（二）串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)在圖3-27中，電流調(diào)節(jié)器與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器。再考慮給定濾波環(huán)節(jié)等就可直接畫(huà)出雙閉環(huán)控制的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖3-28所示。圖3-28串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)在突加給定起動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)過(guò)程與直流調(diào)速系統(tǒng)一樣。起動(dòng)初期，速度調(diào)節(jié)器處于飽和輸出狀態(tài)，系統(tǒng)相當(dāng)于轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)。隨著起動(dòng)過(guò)程的進(jìn)行，電流調(diào)節(jié)器的輸出增大，使逆變器的逆變角β增大，逆變電壓Ui減少，打破了起動(dòng)開(kāi)始瞬間逆變電壓大于異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)的整流電壓Ud0的條件，產(chǎn)生直流電流Id，使異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩而加速起動(dòng)，在異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速未到達(dá)給定值以前，調(diào)速系統(tǒng)始終由電流環(huán)起電流跟蹤作用以維持動(dòng)態(tài)電流Id為恒定，并使加速過(guò)程中逆變電壓與轉(zhuǎn)子整流器輸出電壓的變化速率相同。直到異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速超調(diào)，速度調(diào)節(jié)器退出飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)才投入工作，以保證最終獲得與給定轉(zhuǎn)速相一致的實(shí)際轉(zhuǎn)速。3.2.3電子式異步電動(dòng)機(jī)保護(hù)線路

在三相交流電力系統(tǒng)中，最常見(jiàn)和最危險(xiǎn)的故障是各種形式的短路，其中包括三相短路、兩相短路、一相接地短路以及電機(jī)和變壓器一相繞組上的匝間短路等。除此之外，配電線路，電機(jī)和變壓器還可能發(fā)生一相或兩相斷線以及上述幾種故障同時(shí)發(fā)生的復(fù)雜故障。電氣系統(tǒng)故障可能引起下列嚴(yán)重后果。（1）短路電流通過(guò)短路點(diǎn)將燃起電弧，使電氣設(shè)備燒壞甚至燒毀，嚴(yán)重引起火災(zāi)。

（2）短路電流通過(guò)故障設(shè)備和非故障設(shè)備時(shí)，產(chǎn)生熱和電動(dòng)力的作用，致使其絕緣遭到損壞或縮短使用壽命。（3）造成電網(wǎng)電壓下降，波及其他用戶和設(shè)備，使正常工作和生產(chǎn)遭到破壞甚至使事故擴(kuò)大，造成整個(gè)配電系統(tǒng)癱瘓。（4）最常見(jiàn)的不正常工作情況是過(guò)負(fù)荷。長(zhǎng)時(shí)間過(guò)負(fù)荷會(huì)使載流設(shè)備和絕緣的溫度升高，而使絕緣加速老化或設(shè)備遭受損壞，甚至引起故障。1.電流型保護(hù)在正常工作中，電氣設(shè)備通過(guò)的電流一般不超過(guò)額定電流，若少量超過(guò)額定電流，在短時(shí)間內(nèi)，只要溫度不超過(guò)允許值也是允許的，這也是各種電器設(shè)備或元件應(yīng)具有的過(guò)載能力。但當(dāng)通過(guò)電器設(shè)備或元件的電流過(guò)大，將因發(fā)熱而使溫升超過(guò)絕緣材料的承受能力，就會(huì)造成事故，甚至燒毀電器設(shè)備。在散熱條件一定的情況下，溫升決定于發(fā)熱量，而發(fā)熱量不僅決定于電流大小，而且還與通電時(shí)間密切相關(guān)。

電流型保護(hù)就是基于這一原理構(gòu)成的，它是通過(guò)傳感器件檢測(cè)過(guò)電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)變換、放大后控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)及被保護(hù)對(duì)象動(dòng)作，切斷故障電路。

屬于電流型保護(hù)的主要有短路、過(guò)電流、過(guò)載和斷相保護(hù)等。

(1)短路保護(hù)

短路保護(hù)的常用方法是采用熔斷器、低電壓斷路器或采用專門(mén)的短路保護(hù)裝置。在主電路采用三相四線制或變壓器采用中性點(diǎn)接地的三相三線制的電路中，必須采用三相短路保護(hù)。若主電路容量較小，其電路中的熔斷器可同時(shí)作為控制電路的短路保護(hù)，若主電路程量較大，則控制電路一定要單獨(dú)設(shè)置短路保護(hù)熔斷器。

(2)電流保護(hù)所謂過(guò)電流是指電動(dòng)機(jī)或電器元件超過(guò)其額定電流的運(yùn)行狀態(tài)，不正確的起動(dòng)和負(fù)載轉(zhuǎn)矩過(guò)大，也常常引起電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)很大的電流才由此引起的過(guò)電流，一般比短路電流小，不超過(guò)6IN。通常，過(guò)電流保護(hù)可以來(lái)用低壓斷路器、熱繼電器、電動(dòng)機(jī)保護(hù)器、過(guò)電流繼電器等。其中，過(guò)電流繼電器是與接觸器配合使用，即將過(guò)電流繼電器線圈串聯(lián)在被保護(hù)電路中，電路電流達(dá)到其整定值時(shí)，過(guò)電流繼電器動(dòng)作，其常閉觸點(diǎn)串聯(lián)在接觸器控制回路中，由接觸器去切斷電源。這種控制方法，既可用于報(bào)告用戶，也可達(dá)到一定的自動(dòng)控制目的。這種保護(hù)主要應(yīng)用于繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)控制電路中。

(3)過(guò)載保護(hù)過(guò)載也是指電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行電流大于其額定電流，但超過(guò)額定電流的倍數(shù)更小些，通常在1．5倍以內(nèi)。在使用熱繼電器作過(guò)載保護(hù)時(shí)，還必須裝有熔斷器或低壓斷路器配合使用。由于過(guò)載保護(hù)特性與過(guò)電流保護(hù)不同，故不采用過(guò)電流保護(hù)方法來(lái)舉行過(guò)載保護(hù)，因?yàn)橐疬^(guò)載保護(hù)的原因往往是一種暫時(shí)因素，過(guò)載保護(hù)要求保護(hù)電器具有與電動(dòng)機(jī)反時(shí)限特性相吻合的特性，即根據(jù)電流過(guò)載倍數(shù)的不同，其動(dòng)作時(shí)間是不同的。它隨著電流的增加而減小。

(4)斷相保護(hù)異步電動(dòng)機(jī)在正常工作運(yùn)行中，由于電網(wǎng)故障或一相熔斷器熔斷引起三相電源缺少一相，電動(dòng)機(jī)將在缺相電源中低速運(yùn)轉(zhuǎn)或堵轉(zhuǎn)，定子電流很大，這是造成電動(dòng)機(jī)絕緣及繞組燒損的常見(jiàn)故障之一。斷相時(shí)，由于負(fù)載的大小、繞