正文 第三章 常用典型電氣控製線路分析(2 / 3)

延邊三角形降壓啟動方法兼有星形接法和三角形接法的優點,比自耦變壓器結構簡單,但定子繞組必須有抽頭。這種降壓啟動方式應用比較廣泛。

五、交流繞線式電動機降壓啟動控製線路分析

(一)轉子繞組串電阻降壓啟動控製線路

三相繞線式交流電動機可以通過滑環在轉子繞組中串接外加啟動電阻實現降壓啟動,以減小啟動電流並提高轉子電路的功率因數和增加啟動轉矩。電動機啟動時,由串在轉子電路中的欠電流繼電器檢測轉子回路電流大小的變化來控製接觸器的動作而分段切除所串啟動電阻。隨著電動機的轉速升高,電動機的啟動電流便逐漸減小;當電流小到某一定值時,欠電流繼電器釋放,通過接觸器切除一段電阻;這樣,電流又重新增大,電動機轉速繼續升高;隨著轉速的升高,電流又減小;這樣逐級分段切除電阻,便可以把啟動電流數值控製在一定範圍內。欠電流繼電器KI1、KI2、KI3的線圈串在轉子電路裏,這三個繼電器的吸合電流值整定得不一樣,KI1的釋放電流值最大,KI2次之,而KI3最小。

啟動時,先合上電源開關QS,再按下啟動按鈕SB2,接觸器與中間繼電器KA相繼通電吸合,電動機定子繞組接到電源上,此時轉子電路串入全部電阻降壓啟動。但此時由於啟動電流仍然比較大,故三個欠電流繼電器立即全部吸合,其常閉觸點打開,接觸器KM1、KM2、KM3均還未動作。隨著電動機轉速的升高,啟動電流逐漸減小,當減小到KI1釋放值時,KI1首先釋放,其常閉觸點閉合,使接觸器KM1通電吸合,KM1主觸點閉合短接掉最下麵第一段電阻R1。由於R1被短接使啟動電流又重新增大,隨著轉速的上升,電流又會減小,當電流減小到KI2的釋放值時,KI2釋放,使接觸器KM2通電吸合並把第二段電阻R2短接掉。如此下去,直到所串電阻全部短接掉,電動機啟動完畢。

中間繼電器KA的作用是保證在剛啟動時串入全部啟動電阻,以限製KI1、KI2、KI3等吸合也需要一定時間。若無此中間繼電器KA,則可能會造成電動機全電壓直接啟動。有了中間繼電器KA後,利用KA的固有動作時間保證啟動電流衝到最大值,全部欠電流繼電器動作,就避免了電動機直接啟動。

(二)轉子電路串接頻敏變阻器降壓啟動控製線路

1.頻敏變阻器工作原理

繞線式交流電動機串電阻降壓啟動方法是啟動過程中逐級短接掉一段電阻,使電動機的啟動電流和轉矩突然增大,這既會產生機械衝擊,又會造成電阻上消耗較大功率。為了獲得理想的、平滑的啟動特性,通常采用在轉子繞組中串接頻敏變阻器降壓啟動的方法。

頻敏變阻器是一種阻抗值隨著頻率變化、而啟動轉矩近似恒值不變的啟動設備。

頻敏變阻器是由三相柱式鐵芯和三相接成星形的繞組構成,在製造時有意將鐵芯製成磁滯渦流,損耗較大。利用電流趨膚效應原理,頻率高時,渦流截麵小則電阻大;頻率低時,渦流截麵自動增大則電阻減小。同時,轉子頻率變化也引起其電抗變化。實踐證明,其等值電阻和電抗均近似地與轉差率S的平方根成正比,即R∝S,X∝S。

在剛啟動瞬間,轉差率S=1,轉子頻率f2=Sf1,所以此時頻敏變阻器阻抗最大。隨著轉子轉速升高,S逐漸減小並趨向於零,R與X隨之呈減小變化直至近似為零,實現無級平滑啟動。

2.啟動控製過程分析

啟動時,先合上電源開關QS,再按下啟動按鈕SB2。接觸器KM1通電吸合並自鎖,其主觸點閉合將電動機定子繞組接到電源上,轉子串接頻敏變阻器實行降壓啟動。同時,時間繼電器KT得電開始延時。經過一段時間間隔後KT延時到而動作,其常開延閉觸點閉合,接觸器KM2通電吸合,將頻敏變阻器切除,電動機啟動完畢。(啟動後要切除頻敏變阻器,反之轉矩低。切除時,電流衝擊較大。)

六、小結

通過以上交流電動機降壓啟動控製電路分析,可得出以下結論:

(1)交流電動機降壓啟動過程一般都采用時間控製原則,利用時間繼電器來延時進行電壓切換完成啟動工作。

(2)這種降壓啟動控製線路工作可靠,受外界幹擾影響小。

(3)整個控製線路和時間繼電器的結構都比較簡單,因而在交流電動機啟動過程中多采用時間控製原則來完成其啟動過程的控製。

(4)還有其它一些啟動及控製方法,如交流鼠籠電動機變頻調速啟動、交流繞線電動機轉子串級調速啟動等。這些已超出本課程範圍,不再敘述。

第三節交流電動機製動控製線路分析

交流電動機的製動方式有電氣製動,電磁機械製動,以及兩者結合應用等方法。電氣製動有反接製動,能耗製動;電磁機械製動有電磁抱閘製動和電磁離合器製動。

一、正反轉運行的反接製動控製線路分析

(一)反接製動中的新矛盾及其解決措施

1.反接製動中的電流控製

反接製動是電動機從正常的正轉電動運行狀態到反轉的電動狀態(或是反過來)過程中,把交流電動機定子繞組電源反相序。因此,反接製動開始時的製動電流很大。當電動機容量較大時,在做反接製動時必需在電動機定子三相繞組中串入製動電阻降壓以減小製動電流對電網的影響和對接觸器主觸點的損害;當電動機容量不大時,可以不串接製動電阻以簡化控製線路和減小能量損耗,但這時可選用比正常設計使用大一個等級的接觸器以適應較大的製動電流。

2.反接製動中的速度控製

在實行反接製動時,為了使電動機能在轉速接近零時準確停車,需要一個速度信號來進行速度控製。對電動機轉速的檢測與控製,可以采用速度繼電器,按速度控製原則來實現。

(二)反接製動控製線路分析

單方向運行時的反接製動控製線路在前麵已經講過,這裏著重分析正反轉可逆運行時的反接製動控製線路。

1.雙向反接製動控製線路分析

當生產機械要求拖動電動機能實現正反轉可逆運行,並且要求反接製動快速停車時。當電動機正在正向運行時,接觸器KM1工作,和電動機同軸相連接的速度繼電器KS的轉軸也一起轉動,其定子柄偏擺使其常閉觸點KS1打開,常開觸點KS1閉合,為反接製動做好準備。

若要反接製動,則按下停止按鈕SB1,接觸器KM1斷電釋放並解除自鎖,其主觸點打開使電動機與電網脫開。由於慣性作用,此時電動機轉速仍很高,速度繼電器常開觸點KS1還處於閉合狀態,反向接觸器KM2通電吸合,其主觸點閉合,使電動機定子繞組接上反相序電源,進行反接製動。當電動機轉速下降到接近零速時,速度繼電器定子柄複位,其常開觸點KS1先打開,使KM2斷電釋放,電動機與電網脫離,KS1的常閉觸點後閉合,反接製動過程結束。反向運行時的反接製動過程不再重複,請讀者自行分析。

2.帶有雙重限流的反接製動控製線路分析

當交流電動機的容量較大時,需要進行降壓啟動和降壓反接製動。

電動機正向啟動時,先合上電源開關QS,再按下啟動按鈕SB2,正向KM1通電吸合,電動機串接電阻進行降壓啟動。當電動機轉速大於100r/min後,速度繼電器常開觸點KS1閉合,使KM3通電吸合,將啟動電阻R短接,繼續啟動並正常運行。

在停止電動機時,按下停止複合按鈕SB1,正向KM1斷電釋放,使電動機脫離電網;複合按鈕SB1的常開觸點閉合使繼電器KA3通電吸合,KA3的常閉打開斷開KM3的電路,將電阻R又串入電動機定子電路。與此同時,KA3的常開閉合,使繼電器KA1通電吸合,使KM2通電吸合和維持KA3通電狀態。KM2主觸點閉合改變電動機定子繞組相序,電動機串電阻R進行反按製動。當電動機轉速下降接近零速時,速度繼電器常開觸點KS1先打開,則KA1、KA3、KM2等依次斷電釋放,電動機製動完畢。

電動機反向啟動及其反接製動控製過程與上述相似,請讀者自行分析。

二、能耗製動的控製線路分析

(一)交流鼠籠電動機能耗製動原理

當電動機以轉速n順時針方向旋轉時,若接觸器KM1觸點打開切斷電動機三相交流電源,接觸器KM2觸點閉合將電動機兩相定子繞組通入經過限流電阻R的直流電源。此電流為直流,通過電動機定子繞組並在電動機內建立一個恒定磁場。這時,電動機的轉子在慣性作用下仍按原來方向旋轉。由右手定則可知,在轉子中產生感應電流的方向是上麵為,下麵為⊙,此感應電流方向與電動機正常運行時感應電流的方向正好相反。由左手定則可知,轉子載流體與恒定磁場的作用產生轉矩T,其方向與轉子慣性旋轉方向相反,即為製動轉矩。

(二)能耗製動的控製線路分析

電動機正常啟動運行後(KM1吸合),如要停止電動機,可按下複合停止按鈕SB1,其常閉打開,KM1斷電釋放,電動機脫離電網;其常開閉合,使KM2通電吸合並自鎖,時間繼電器KT開始延時。同時,電動機在KM2主觸點閉合後,經整流後的直流電壓通過限流電阻R加到其兩相定子繞組上,使電動機開始能耗製動。當KT延時時間到後動作,其常閉延開打開,使KM2斷電釋放,KT也相繼斷電釋放,製動結束,電動機停轉,整個控製線路也停止工作。

(三)無變壓器的單管能耗製動

上述能耗製動需要一套橋式整流裝置和整流變壓器。為了簡化能耗製動設備,目前有些設備的能耗製動采用無變壓器的單管半波整流獲得直流電壓來進行。它的工作原理與前述相似,這裏不再敘述。

能耗製動是利用電動機轉子中儲藏的動能進行製動的。轉速越高,儲藏動能越大,製動轉矩也越大;轉速越低,儲藏動能越小,製動轉矩也越小。故這種能耗製動的電能損失小,製動電流較小(可調節電阻R來改變),製動準確。適用於要求製動過程平穩的場合。但它比反接製動要慢些。