第5章 电动机的控制5.1 常用低压电器低压电器：指在交流电压1200V及以下或直流电压1500V及以下电路中工作的控制和保护电器。1、按动作性质分：手动电器：通过人力操作而动作，如刀开关、组合开关和按钮等；自动电器：按照指令、信号或某个物理量的变化而自动动作，如继电器、接触器、行程开关和熔断器等。2、按在电路中的作用分：控制电器：控制电路通断及电动机的各种运行状态；保护电器：保护电源、电动机不在短路状态或过载状态下运行。25.1.1 开关类控制电器1、闸刀开关32.组合开关 组合开关又称转换开关。 43.按钮 按钮是一种手动并可自动复位的主令电器，通常用来短时接通或分断小电流的控制电路，如接触器、继电器的线圈电路。 4.行程开关 行程开关是利用生产机械某些预先设置的运动部件碰撞行程开关的推杆或滚轮而使触点闭合与分断的控制电器。用来完成行程或限位控制。 55.1.2 交流接触器6 交流接触器利用电磁铁的电磁吸力而工作，常用来频繁接通或分断电动机或其他电器设备（如照明、电热设备等。 交流接触器主要包括电磁系统（铁心和线圈）、触点系统和灭弧装置部分。 图5.5是交流接触器的结构示意图和图形符号。75.1.3 熔断器 熔断器是最简便、最有效的短路保护电器。 熔断器中的熔片或熔丝用电阻率较高的易熔合金制成，如铅锡合金等；或用截面积较小的良导体制成，例如铜、银等。 8 5.1.4 热继电器 热继电器是利用电流的热效应对电动机进行过载保护的电器。由热元件、双金属片、触点和复位按钮等组成，热元件是一段电阻不大的电阻丝，串接在电动机的主电路中。91.刀开关控制的单向运转电路 合上开关S，三相交流电通过FU直接加到三相异步电动机定子绕组上，电动机开始单方向转动。断开S，电动机立即断电停转。1052 三相异步电动机的控制电路5.2.1单向运转控制电路112.接触器控制的单向运转电路 包括主电路和控制电路。 主电路：电流大，由开关S、熔断器FU1、接触器的主触点KM、热继电器FR的热元件和三相笼型异步电动机M组成。 控制电路：使主电路“通”、“断”，电流较小，由熔断器FU2、停止按钮SB1、起动按钮SB2、接触器线圈与其辅助触点KM和热继电器动断触点FR组成。12电路的工作原理如下：起动控制：合上S按下SB2KM线圈通电吸合KM主触点闭合M转动停止控制：KM辅助（自锁）触点闭合按下按钮SB1KM线圈断电释放KM主触点断开M停转KM自锁触点断开当电路发生短路故障时，熔断器FU1熔断，切断主电路，起到了短路保护的作用。 当电动机过载时，热继电器热元件发热，使其动断触点FR自动分断，切断控制电路，接触器线圈断电释放，主触点分断，切断主电路，起到了过载保护作用。 当电源电压过低时，接触器线圈产生的电磁吸力小于弹簧的反作用力，接触器的触点分断主电路，电动机停转，起到了欠压（失压）保护的作用。133.断路器控制的单向运转电路 断路器既能手动又具有自动保护功能，又称自动开关。它装有电磁脱扣器（作短路保护）、热脱扣器（作过载保护）、失压脱扣器（作欠压保护）。 可代替刀开关、熔断器和热继电器等控制电器和保护电器，用于不频繁接通和分断电路用。 14通常由三个基本部分组成，分别是：执行部分（触头和灭弧系统）、故障检测部分（各种脱扣器）、操作机构与自由脱扣机构。15165.2.2 正反向运转控制电路 为了实现正反向运转，只要将接到三相异步电动机的三根电源线中的任意两根对调。 实际生产中常采用万能转换开关、接触器、按钮和行程开关来实现正、反转。1.万能转换开关控制的正反向运转电路 17 由于万能转换开关无过载保护，故只能用于不频繁起停的小容量电动机，如台钻床等。182. 接触器按钮控制的正反向运转电路 （1）无联锁的正反向运转控制电路 如图5.13，KM1为正转接触器，KM2为反转接触器，SB1为停止按钮，SB2为正转起动按钮，SB3为反转起动按钮。19 控制原理： 当合上开关Q后，按下SB2时，正转接触器KM1通电吸合，KM1主触点闭合，电动机M正转。若需电动机反转，则应先按SB1，使KM1主触点分断，电动机停转后再按SB3，使反转接触器KM2通电吸合，KM2主触点闭合，电动机反转。 缺点：若在电动机正转时未按SB1而直接按下SB3，会造成电源直接短路的严重事故。（2）有联锁的正反向运转控制电路2021 图5.14（b）的控制原理： 按下SB2后KM1线圈通电吸合并自锁，电动机正转。若要反转，按SB3，则SB3的动断触点断开，KM1线圈断电释放，电动机停转，随后SB3的动合触点闭合，KM2线圈通电吸合，电动机M反转。 缺缺点点：当KM1或KM2主触点被熔焊不能分断时，会造成两相短路的事故，因此采用互锁。（3）双重联锁的正反向运转控制电路 采用按钮联锁和接触器辅助触点联锁实现电动机的正反向运转。 22233. 行程开关控制的正反向运转电路 （1）限位控制电路 为了生产工艺和安全，常常要对机械的行程和位置进行控制，如吊车运动到厂房两端时必须自动停车等。 2425（2）自动往复循环控制电路 在机床控制中有时需要运动部件往复循环。26 降压起动：在电动机起动时加到电动机定子绕组上的电压低于额定电压，起动结束后再恢复到额定电压运行。 三相笼型异步电动机常用的降压起动方法：串电阻（电抗）降压起动、Y-降压起动、自耦降压起动。 1. 定子绕组串接电阻降压起动控制电路 合上电源开关Q1，电动机定子绕组串入电阻R起动。待转速上升到接近额定转速时，合上刀开关Q2，把起动电阻R短接，电动机在额定电压下运行。 适用范围：因电阻有功率损耗，仅在较小容量的电动机上使用。5.2.3 降压起动控制电路降压起动控制电路2728 2. Y-降压起动控制电路 Y-降压起动：起动时，定子绕组接成星形，正常运行时，定子绕组接成三角形。 适用范围：在轻载或空载情况下起动。 (1) 手动Y-降压起动控制电路 图5.19是采用QX1-13型手动Y-起动器的原理接线图和触点闭合图。30 (2) 自动Y-降压起动控制电路 图5.20（a）是主电路 图5.20（b）是用按钮控制的电路， 31 3. 自耦变压器降压起动控制电路 自耦变压器降压起动：利用自耦变压器二次绕组侧输出电压较容易调节的特点对异步电动机进行降压起动。 起动时，电动机的电源低于电动机的额定电压，待起动后切除自耦变压器，实现降压起动。 图5.21是QJ3型手动自耦变压器降压起动补偿器电路图。起动时先合上电源开关Q，再把开关S扳向“起动”位置。32 1、4、2、3、5触点闭合，电动机在低于电源电压的情况下进行降压起动。 电动机转速上升后，再将S迅速扳向“运转”位置，1、4、2、3、5触点断开，而触点6、7、8闭合，将自耦变压器从电源上切除。 该起动器用FR动断触点和SB可分断S，切断电动机和电源。33 5.3 三相异步电动机的调速 异步电动机的转速n为 由式可知，改变电源频率f1、磁极对数p及转差率s 可实现电动机的调速。345.3.1变频调速 由可控整流器和硅逆变器组成。 整流器先将50Hz的交流电变换为直流电，再由逆变器变换为频率可调、电压有效值可调的交流电，供给笼型异步电动机。351.变频空调器 频率变化范围大，压缩机电动机的转速能在大范围内变化。 在室温与设定温度相差很大时采用高频运行，随着温差的减少，可降为低频运行，比一般空调器节电约2030。2.电动车的交流传动 电动车包括汽车、城市电车、架空轨道车、地铁车辆、电动内燃机车、电力机车等，交流电动机逐步在电动车中被采用。365.3.2变极调速 把电动机的定子绕组按不同的极数与电源相连，就可得到不同的转速。 如图5.23，当电源从1、2、3端引入，4、5、6端悬空时，定子绕组为联结，此时2p4； 当电源从4、5、6端引入，1、2、3端相连时，定子绕组为YY联结，此时2p2。 这种变极调速方法为YY/联结，目前被广泛采用。375.3.3改变转差率调速 改变转差率的调速：通过在转子电路中串联调速电阻来实现的，改变电阻的大小，就可以得到平滑调速（最大转矩不变）。 特点：设备简单、投资少，但能量损耗较大，只能用在绕线式异步电动机中，如起重设备等。395.4 5.4 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 切断电源后，为了电动机能够迅速停车，需要对电动机进行制动（电动机的转矩与转子的转动方向相反）。 制动方法：机械制动和电气制动 机械制动：利用机械装置来使电动机迅速停转； 电气制动：产生制动转矩进行制动，常用方法有反接制动和能耗制动两种。 5.4.1反接制动 在电动机停车时，将接到电源的三根导线中的任意两根的一端对调位置。 40速度继电器：按被控制对象的转速大小接通或分断控制电路。反接制动比较简单，效果较好，但能量消耗较大。415.4.2能耗制动 能耗制动：在切断电动机三相电源的同时，接通直流电源，使直流电流通入定子绕组，产生恒定磁场。利用转子转动时的惯性切割恒定磁场而产生制动转矩，把转子的动能消耗在转子回路的电阻上。 图5.25是三相异步电动机能耗制动控制电路。 42 合上电源开关Q，按下SB2，KM1线圈通电并自锁，主触点闭合，电动机起动并运行，KM1辅助动断触点分断，防止运行中接入直流电源。435.5单相异步电动机控制电路实例5.5.1电扇调速电路电扇包括台风扇和吊风扇，采用电容式单相异步电动机拖动。 调速方法：串接电抗器和采用晶闸管 图5.26，利用电抗器的不同抽头，用转换开关改变抽头，获得五种不同的转速。44455.5.2电冰箱电路 电冰箱由蒸发器、毛细管、冷凝器、干燥过滤器和压缩机等组成。 图5.27（b）是双门直冷式电冰箱电气原理图。它由PTC起动器、温控器、照明灯EL、照明灯开关S1、压缩机、过载保护器、电源、冷藏室除霜电路和节电开关S2等组成。4647 5.5.3洗衣机电路 洗衣机按结构不同有波轮式、搅式、喷流式和滚筒式四类； 按工作的自动化程度分有普通型、半自动型和全自动型三类。48 当按下QA，脱水电动机M2接通电源起动运行，脱水桶转动。按下TB或将脱水筒盖打开，使微动开关分断，则电动机M2断电停止运行，脱水桶停止转动。495.6常用生产机械控制电路 C620-1型车床，装有两台三相异步电动机。M1为主轴电动机，用来拖动主轴旋转，主轴的正反向运转由机械装置完成。M2为冷却泵电动机，用来循环供给冷却液对刀具和工件进行冷却。 图5.29是C620-1型车床的控制电路图。工作原理：50 合上电源开关Q，按下起动按钮SB2，KM的线圈通电并自锁，主轴电动机M1通电运转。加工时如需冷却液则合上转换开关S2，M2通电运转，可对车刀和工件进行冷却。 合上开关S1，低压照明灯EL亮，用来对加工部件进行局部照明。如要停车只需按下SB1即可。 熔断器FU进行短路保护、热继电器FR进行过载保护、接触器KM进行失压及欠压保护。