三相交流异步电动机的基本控制线路

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xukuikui
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘要:简述三相交流异步电动机的转动原理和改变转向的原理,提出三相交流异步电动机基本控制线路应该具备什么样的保护功能和选择怎样的低压电器才能具有这样的保护功能,从而设计出三相交流异步电动机具有过载保护功能的基本控制线路和具有联锁保护的正反转基本控制线路。
  关键词:三相交流 异步电动机 控制线路
  中图分类号:TM32文献标识码: A
  一、概述:
   电机被人们广泛的应用于工农业、国防装备、科学研究、医疗卫生、第三产业以及日常生活中,大部分的机械设备都会使用到它。电机是一种转换能量的机器,其种类很多,大体上可分为下列各类:
   变压器
  电机 直流电机
   旋转电机 同步电机
   交流电机
   异步电机
  同步电机主要用作发电机,异步电机主要用作电动机,考虑到电机在人们的生活和生产中占有十分重要的地位,为了确保电机能安全有效和长期持续的运行,使用者应对其工作原理和保护原理有一个较为详尽的了解。本文主要介绍应用最广泛的三相交流异步电动机。三相交流异步电动机之所以应用广泛,是因为它具有结构简单、运行可靠、维护方便、效率较高、价格较低、对环境要求低等优点。因此,三相交流异步电动机自问世以来,就在各个领域得到了广泛的应用。电厂中绝大部分电动机都是这种电动机,用它来拖动锅炉和汽机附属设备的旋转机械,如水泵、风机等。露天煤矿的挖掘机、钻机、卡车等大型设备也同样离不开这种电动机的拖动。
  (一)三相交流异步电动机的转动原理
  载流导体在磁场中受到力的作用而运动,这是交、直流电动机共同的基本原理。异步电动机的结构,主要由不动的用以产生旋转磁场的定子和铁芯槽内埋着导体的旋转的转子两部分组成,而且定、转子间有很小的间隙,称为气隙。定子中沿定子铁芯内圆,相隔120°电角度分别安放着三相对称的交流绕组U1-U2、W1-W2、V1-V2(图中以一匝线圈表示一相绕组)。该绕组称定子绕组。转子中的导体是形成闭路的。下图是三相交流异步电动机的工作原理图,其转动原理如下:
  当定子的三相对称绕组通入三相对称电流时,便产生旋转磁场。该磁场的磁通如图中的虚线所示。旋转磁场在定、转子之间的气隙里以同步转速n1沿顺时针方向旋转。这时旋转磁场与转子间有相对运动,转子导体受到旋转磁场磁力线的切割,相当于磁场静止,而转子导体在逆时针方向旋转,根据电磁感应定律,转子导体切割旋转磁场而感应电动势。根据右手定则,可以判断出导体中感应电动势的方向。因为三相异步电动机转子绕组自行闭合,已构成回路,那么在转子导体回路中就将产生感应电流,电流的有功分量与电势同相位(如图中转子上的“×”“.”所示)。根据载流导体在磁场中会受到电磁力的作用,用左手定则可以判断出转子电流与旋转磁场相互作用,使转子受电磁力F(这些力形成电磁力矩)的推动而旋转起来,而且转子转动方向与旋转磁场的转动方向相同。如果在转子轴上加上机械负载,电动机就拖动该机械做功。异步电动机的转速n,总是不能达到定子旋转磁场的转速n1,即永远低于同步速。因为如果转子和旋转磁场间没有相对运动,转子导体就不可能切割磁力线,转子中就没有电势和电流,也就不能产生推动转子的电磁力矩,也就不能实现机电能量的转换。所以,转子转速和旋转磁场转速之间总存在着差异,“异步”因此而得名。
  (二)改变三相交流异步电动机转向的原理:
  根据上面的分析可知,三相异步电动机的转向总是和旋转磁场的旋转方向一致,改变旋转磁场的旋转方向,也就改变了电动机的转向。因此,只需将定子绕组与三相电源联结的三根导线中任意两根对调,即改变定子绕组中电流的相序,就改变了旋转磁场的转向,从而改变了电动机的转向。
  二、控制线路中常用的低压电器及选用
  在应用中,对中小型三相交流异步电动机最基本的控制线路,需满足以下几点要求:
  (一)具有随时接通和切断电源的功能,这就需要选用开关。在选用开关时,不论是选择普通的刀开关、铁壳式刀开关还是组合开关,均需满足:
  1.开关的额定电压应等于或大于电路额定电压;
  2.开关的额定电流应等于或稍大于电路工作电流;
  3.开关的通断能力和其他性能均应符合电器的要求。
  (二)具有短路保护功能,一旦发生短路,应能及时切断电源,以达到保护线路和电气设备不被烧损的目的。这就需要选用熔断器,熔断器串联在被保护电路中,线路在正常工作时,熔断器的熔体不熔断,一旦发生短路,熔体应立即熔断,切断电源。当三相异步电动机或线路发生短路故障时,将产生很大的短路电流,很大的短路电流就会把装在熔断器中的熔体熔断而切断电路起到保护电动机不被烧损的作用。因此,在选用熔断器时需满足:
  1.对于容量较小的照明线路或电动机的保护,可选用RC1A系列半封闭式熔断器或RM10系列无填料封闭式熔断器;
  2.对于短路电流相当大的电路或有易燃气体的地方,则应选用RL1系列或RT0系列有填料封闭式熔断器;
  3.不经常启动而且启动时间不长的电动机,熔体的额定电流等于该电动机额定电流的1.5倍;
  4.经常启动或启动时间较长的电动机,熔体的额定电流等于该电动机额定电流的2.5倍;
  5.多台交流电动机线路上总熔体的额定电流,等于线路上功率最大一台电动机额定电流的1.5-2.5倍,再加上其它电动机额定电流的总和;
  6.熔断器的额定电压必须等于或大于线路的额定电压;
  7.熔断器的额定电流必须等于或大于所装熔体的额定电流;
  8.熔断器的切断电流应小于电路可能出现的最大短路电流。
  (三)具有失压、欠压保护功能,在电源电压过低的情况下及时切断电动机电源,同时,当电动机正常运行中突然停电,又恢复供电后,也不允许电动机自行启动,以达到保护电动机的目的。这就需要交流接触器,交流接触器中的电磁系统主要由线圈、铁芯和衔铁三部分组成,利用电磁线圈的通电和断电,使衔铁和铁芯吸合或释放,从而带动动触头与静触头闭合或分断,实现接通或断开电路的目的。当电源停电(失压)或者由于某种原因电源电压降低过多(欠压)时,交流接触器能使电动机自动从电源上切除。因为当失压或欠压时,交流接触器线圈电流将消失或减小,失去电磁力或电磁力不足以吸住动铁心,因而能断开主触头 ,切断电源。失压保护的好处是,当电源电压恢复时,如不重新按下启动按钮,电动机就不会自行转动(因自锁触头也是断开的) ,避免了发生事故。欠压保护的好处是,可以保证异步电动机不在电压过低的情况下运行。因此,在选用接触器时需满足:
  1.接触器主触头的额定电压应大于或等于控制线路的额定电压;
  2.接触器的主触头额定电流应大于或稍大于电动机的额定电流;
  3.当控制线路简单、使用电器较少时,接触器吸引线圈可直接选用380V和220V的电压;当控制线路复杂、使用电器超过5h,从人身和设备安全角度考虑,吸引线圈的电压可用36V或110V电压的线圈;
  4.接觸器的触头数量和类型应满足控制的要求。
  (四)具有过载保护、断相保护、电流不平衡运行的保护功能,以达到保护电动机不在过载、断相等情况下继续运行而烧损。这就需要热继电器。当电动机过载(断相、电流不平衡)时,流过热继电器热元件上电阻丝的电流超过热继电器的整定电流,电阻丝发热,主双金属片弯曲,推动推杆绕轴转动,从而推动触头系统动作,动触头与常闭静触头分开,使接触器线圈断电,接触器触头断开,将电源切除起保护作用。电源切除后,主双金属片逐渐冷却恢复原位,于是动触头在推动作用力的情况下,靠弹簧的弹性自动复位。因此,在选用热继电器时需满足:
  1.一般应使热继电器的额定电流略大于电动机的额定电流;
  2.一般情况下,热元件的整定电流为电动机额定电流的0.95-1.05倍。如果电动机拖动的是冲击性负载或启动时间较长及拖动的设备不允许停电的场合,热继电器的整定电流值可取电动机额定电流的1.1-1.5倍;如果电动机的过载能力较差,热继电器的整定电流可取电动机额定电流的0.6-0.8倍。同时整定电流应留有一定的上下限调整范围;
  3.定子绕组作星形联结的电动机选用普通三相结构的热继电器,而作三角形联结的电动机应选用三相结构带断相保护装置的热继电器。
  (五)具有在控制电路中发出指令或信号去控制接触器、继电器等电器,再由它们去控制主电路的通断、功能转换或电气联锁的功能。这就需要按钮。当接通电源电压后,接触器不会自行通电,电动机也不会自行启动,只有在操作人员按下按钮后电路成一闭合通电回路后方可启动。因此,在选用按钮时需满足:
  1.根据使用场合和具体用途选择其种类。如嵌装在操作面板上时可选用开启式按钮,需显示工作状态时可选用光标式按钮,在非常重要处为防止无关人员误操作时宜选用钥匙操作式按钮,在有腐蚀性气体处要选用防腐式按钮等等;
  2.根据工作状态指示和工作情况要求选择其颜色。如启动按钮一般选用白色或者绿色按钮,急停按钮选用红色按钮,停止按钮一般选用黑色或者红色按钮等等;
  3.根据控制回路的需要选择其数量。如单联钮、双联钮、三联钮等;
  4.按钮触头允许通过的电流一般不超过5A。
  三、三相交流异步电动机的基本控制线路
  从以上对中小型三相交流异步电动机基本控制线路的几点基本要求和需要低压电器的分析知道,三相交流异步电动机的基本控制线路应具有以下几种电器:三级开关QS、熔断器FU、接触器KM、热继电器FR、按钮SB等。于是便设计得到了三相交流异步电动机最常用到的最基本的控制线路
  (一)具有过载保护的自锁控制线路
  具有过载保护的自锁控制线路,它不仅能使电动机连续运转,而且具有短路、过载、失压和欠压保护功能。如右图
  其工作原理如下:合上电源开关QS,
  启动:按下启动按钮SB2KM线圈得电KM主触头闭合
  电动机M启动连续运转
   KM自锁触头闭合
  停止:按下停止按钮SB1KM线圈失电KM主触头分断
  电动机M失电停转
   KM自锁触头分断
  (二)正反转控制线路
  前面我们说过,要想使电动机改变转向,只要改变与三相电源相联结的定子绕组中电流的相序,也就是将与三相电源想联结的三根导线中的任意两根对调。遵循这个原理,我们设计出了三相交流异步电动机最基本的正反转控制线路,它不仅能使电动机随意正反转连续运转,而且具有短路、过载、失压和欠压保护功能。
  1.电气联锁的正反转控制线路
  电气联锁的正反转控制线路也叫接触器联锁的正反转控制线路,它是用接触器辅助触头进行联锁的正反转控制回路,如右图
  其工作原理如下:合上电源开关QS,
  正转控制:
  KM1主触头闭合 电动机M启动连续正转
  按下SB1 KM1线圈得电KM1自锁触头闭合
   KM1联锁触头分断对KM2联锁
  反转控制:
   KM1主触头分断 电动机M失电停转
  先按下SB3 KM1线圈失电KM1自锁触头分断接触自锁
   KM1联锁触头闭合,解除对KM2联锁
   KM2主触头闭合 电动机M启动连续反转
  再按下SB2KM2线圈得电 KM2自锁触头闭合
   KM2联锁触头分断对KM1联锁
  停止:
  按下停止按钮SB3 ,控制电路失电,正或反转接触器主触头分断,电动机M失电停转。
  电气联锁的正反转控制线路的优点是工作安全可靠,缺点是操作不便。
  2.机械联锁的正反转控制线路
  机械联锁的正反转控制线路也叫按钮联锁的正反转控制线路,它是用复合按钮的常闭触头代替接触器的联锁触头进行联锁。如右图
  其工作原理基本与电气联锁相同,只是从正转变为反转时不用先按停止按钮SB3,可直接按下反转按钮SB2即可实现。具体如下:合上电源开关QS,
  正转控制:
  SB1联锁触头分断对KM2联锁
  按下SB1 KM1主触头闭合 电动机M启动连续正转
  KM1线圈得电
   KM1自锁触头闭合
  反转控制:
   KM1主触头分断 电动机M
  SB2联锁触头分断对KM1联锁,KM1线圈失电 失电停转
   KM1自锁触头分断接触自锁
  按下SB2
   KM2主触头闭合 电动机M启动连续反转
  KM2线圈得电
   KM2自锁触头闭合
  停止:
  按下停止按钮SB3 ,控制电路失电,正或反转接触器主触头分断,电动机M失电停转。
  机械联锁的正反转控制线路的优点是操作方便,缺点是容易产生电源两相短路事故。
  3.电气与机械双重联锁的正反转控制线路
  电气与机械双重联锁的正反转控制线路就是用接触器辅助触头与复合按钮常闭触头同时进行联锁的正反转控制线路。如右图
  其工作原理如下:合上电源开关QS,
  正转控制:
  SB1联锁触头分断对KM2联锁
  按下SB1 KM1主触头闭合 电动机M启动连续正转
  KM1线圈得电 KM1自锁触头闭合
   KM1联锁触头分断对KM2联锁
  反转控制:
   KM1主触头分断 电动机M
  SB2联锁触头分断对KM1联锁,KM1线圈失电 KM1自锁触头分断接触自锁 失电停转
   KM1联锁触头闭合,解除对KM2联锁
  按下SB2
   KM2主触头闭合 电动机M启动连续反转
  KM2线圈得电 KM2自锁触头闭合
   KM2联锁触头分断对KM1联锁
  停止:
  按下停止按钮SB3 ,控制电路失电,正或反转接触器主触头分断,电动机M失电停转。 
  电气与机械双重联锁的正反转控制线路兼有两种联锁控制线路的优点,线路操作方便,工作安全可靠,广泛应用于电力拖动系统中。
  结束语:
  随着科学技术的发展,我国电机控制技术的推力也越来越壮大,三相交流异步电动机的保护是个复杂的问题,在实际使用中,应按照电动机的容量、型号、控制方式和配电设备等不同来选择相适应的保护装置及设备。电动机的保护与其控制方式有相当大的关系,即保护中有控制,控制中有保护。基本控制线路是最常用到的控制线路,熟练掌握基本控制线路的工作原理,才能更好地保护三相交流异步电动机,并在此基礎上拓展线路的保护功能,使得保护能适应不同需求的控制线路,使三相交流异步电动机得到更加广泛的应用
  
  [1] 齐占庆.机床电气控制技术[M].北京:机械工业出版社.2002.
  [2] 宋健雄.低压电气设备运行与维修[M].北京:高等教育出版社.1996.
  [3] 张运波.工厂电气控制技术[M].北京:高等教育出版社.2001.
  作者简介:刘俊珍(1970.10-),女,汉,内蒙古鄂尔多斯市准格尔旗黑岱沟乡人,工程师,大专,毕业于内蒙古大学,现在中国神华能源股份有限公司哈尔乌素露天煤矿机电管理部从事统计工作。
其他文献
摘要:近几年来我国建筑施工技术取得了突飞猛进的发展,已经有一大批规模宏大、结构新颖、技术难度大的工程取得了显著成绩并赶超了一些发达国家,在总体上高层房屋建筑接近了发达国家水平。本文就主要对高层房屋建筑施工技术相关问题进行了简要分析。  关键词:高层建筑;施工技术;特点  中图分类号:TU74文献标识码: A   引言  我国经济发展的车轮滚滚前行,伴随着城镇化进程的加快,房屋建筑行业蓬勃发展。由于
7月20日,新兴县创新中心举行了隆重而简朴的揭幕仪式。这个以不锈钢研发为龙头的创新中心,将全力打造产品展示、技术创新、工业设计、人才培训、产业孵化、质量检测、电子商务、大数据、品牌建设、知识产权、融资服务等11大公共服务平台。它的投入使用,将有助于提升新兴的整体创新能力,吸引更多的创新项目、科技人才、创新资本等全国乃至全球的创新资源,形成集聚效应,更好地带动区域产业的转型升级,以及创造更大的经济效
摘要:本文对农田水利灌溉工程的设计进行了分析研究,为农田水利灌溉工程的建设提供借鉴。   关键词:农田水利;灌溉工程;设计;初探  Abstract: In this paper, the design of the irrigation project analysis, to provide a reference for the construction of farmland irriga
摘要:本文作者结合实际工作经验,对民用建筑电气设计进行了分析介绍,供大家参考借鉴。  关键词:民用建筑;电气设计;分析  Abstract: The author combines practical work experience, civil electrical design introduced for all to draw.Keywords: civil construction; e
摘要:随着城市化进程的加快,园林建设在城市发展中的作用越来越突出,园林工程的质量直接对人们的生活环境产生影响。要对城市的环境进行改善和调节,需要发挥园林建设对环境的美化作用,以此来提高城市的整体形象。在园林建设中,需要对施工工艺进行创新,采用新的工艺和技术提升园林的美化效果。本文就园林施工新工艺在园林工程建设中的应用进行探析。  关键词:园林工程;施工;新工艺;应用  中图分类号:TU986文献标
摘要:深基坑工程可以说是一项复杂的系统工程,需要具备和掌握土力学、地质学和结构力学等多方面的学科知识,加上丰富的施工经验,才能因地制宜的掌握支护的围护方案和管理办法。建筑科学随着我国城市的现代化进程的不断加快而迅猛发展,而深基坑的支护技术与施工安全防范是发展高层建筑的一个至关重要的问题。在本文中,笔者首先分析了影响深基坑安全的主要因素,然后在此基础上提出了相关控制措施。    关键词:深基坑支护;
摘要:随着经济的发展,煤矿的开采强度不断增加,使得煤矿开采工程变的越来越复杂,必须使用掘进新技术,但掘进新技术也存在很多问题,所以要采取一定的措施,促进煤矿事业的发展,提高煤矿开采的质量,减少劳动力的付出,为企业和社会带来经济效益。  关键词:煤矿掘进:新技术:现状  中图分类号:X752文献标识码: A  引言  煤炭资源是生产生活中最常用的一种燃料,因为其储藏量大、可直接利用的优点逐渐成为我国