两台交流电动机控制系统设计(编辑修改稿)

两台交流电动机控制系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

于功率较小的电动机可采用一般三相变阻器或油浸启动变阻器，对于功率较大的电动机则采用小电阻。 （ 1） 笼型异步电动机的启动方法： 起动 所谓直接启动，是指将电动机的定子绕组通过找到开关或接触 器直接接入电辽宁工程技术大学课程设计 11 源 ，在额定电压下进行 启 动。 图 21 为其 电路原理图。 直接启动的启动电流很大， 一般 在有独立变压器供电的情况下，若 电动机 启动 频繁， 则电动机功率小于变压器容量的 20%允许直接启动；若 电动机 不经常启动 ， 则电动机功率小于变压器容量的 30%也允许直接启动。 如果在没有独立的变压器供电的情况下，电动机启动频繁，则按照经验公式来估算，满足下列关系即可直接启动： 电动机功率电源总容量额定电流启动电流  443II Nst 直接启动因无需附加启动设备，且操作和控制简单、可靠，所以在条件允许的情况下应尽量采用。 定子绕组串电阻或电抗相当于降低定子绕组的外加电压。 由三相异步电动机的等效电路可知：起动电流正比于定子绕组的电压，因而定子绕组串电阻或电抗可以达到减小起动电流的目的。 但考虑到起动转矩与定子绕组电压的平方成正比，起动转矩会降低的更多。 因此，这种起动方法仅仅适用于空载或轻载起动场合。 对于容量较小的异步电动机，一般采用定子绕组串电阻降压；但对于容量较大的异步电动机，考虑到串接电阻会造成铜耗较大，故采用定子绕组串电抗降压起动。 如图 22 所示：当起动电机时，合上开关 Q，交流接触器 KM 断开，使电源经电阻或电抗 R流进电机。 当电机起动完成时 KM吸合，短接电阻或电抗 R。 △降压启动 星 角 降压启动 是电动机 启 动时，定子绕组为星形 (Y)接法，当转速上升至接辽宁工程技术大学课程设计 12 近额定转速时，将绕组切换为三角形 (△ )接法，使电动机转为正常运行的一种起动方式。 星 角 起动方法虽然简单，但电动机定子绕组的六个出线端都要引 出来，略显麻烦。 接触器 KM2 和 KM3 互锁，即其中一个闭合时，必须保证另一个断开。 KM2 闭合时，定子绕组为星形 (Y)接法，使电动机起动。 切换至 KM3 闭合，定子绕组改为三角形 (△ )接法，电动机转为正常运行。 由控制电路中的时间继电器 KT确定星 三角切换的时间。 定子绕组接成星形连接后，每相绕组的相电压为三角形连接 (全压 )时的 33 ，故 星 角 起动时起动电流及起动转矩均下降为直接起动的 1／ 3。 由于起动转矩小，该方法只适合于轻载起动的场合。 d自耦变压器起动 自耦变压器起 动法就是电动机起动时，电源通过自耦变压器降压后接到电动机上，待转速上升至接近额定转速时，将自耦变压器从电源切除，而使电动机直接接到电网上转化为正常运行的一种起动方法。 图 24所示为自耦变压器起动的自动控制主回路。 控制过程如下：合上空气开关 Q接通三相电源。 按启动按钮后 KM1 线圈通电吸合并自锁，其主触头闭合，将自耦变压器线圈接成星形，与此同时由于 KM1辅助常开触点闭合，使得接触器 KM2 线圈通电吸合， KM2 的主触头闭合由自耦变压器的低压抽头 (例如 65％ )将三相电压的 65％接入电动。 当时间继电器 KT 延时完毕闭合 后， KM1 线圈断电，使自耦变压器线圈封星端打开；同时 KM2 线圈断电，切断自耦变辽宁工程技术大学课程设计 13 压器电源，使 KM3 线圈得电吸合， KM3 主触头接通电动机在全压下运行。 自耦变压器一般有 65％和 80％额定电压的两组抽头。 若自耦变压器的变比为 k，与直接起动相比，采用自耦变压器起动时，其一次侧起动线电流和起动转矩都降低到直接起动的 l／ k2。 自耦变压器起动法不受电动机绕组接线方式 (Y 接法或△接法 )的限制，允许的起动电流和所需起动转矩可通过改变抽头进行选择，但设备费用较高。 自耦变压器起动适用于容量较大的低压电动机作减压起动用，应用非常 广泛，有手动及自动控制线路。 其优点是电压抽头可供不同负载起动时选择；缺点是质量大、体积大、价格高、维护检修费 高。 e 软启动 软起动可分为有级和无级两类，前者的调节是分档的，后者的调节是连续的。 在电动机定子回路中，通过串入限流作用的电力器件实现软起动，叫做降压或者限流软起动。 它是软起动中的一个重要类别。 按限流器件不同可分为 ：以电解液限流的液阻软起动；以磁饱和电抗器为限流器件的磁控软起动；以晶闸管为限流器件的晶闸管软起动。 晶闸管软起动产品问世不过 30年左右的时间，它是当今电力电子器件长足进步的结果。 10 年前，电气工程界就有人预言，晶闸管软起动将引发软起动行业的一场革命。 目前在低压 (380V)内，晶闸管软起动产品价格已经下降到液阻软起动的大约 2 倍，甚至更低。 而其主要性能却优于液阻软起动。 与液阻软起动相比，它的体积小、结构紧凑，维护量小，功能齐全，菜单丰富，起动重复性好，保护周全，这些都是液阻软起动无法比拟的。 但是晶闸管软起动 产品也有缺点。 一是高压产品的价格太高，是液阻软起动产品的 5～ 10 倍，二是晶闸管引起的高次谐波比较严重。 （ 2） 绕线异步电动机的启动方法： 1. 逐级切除启动电阻法 ：绕线式 三相异步电动机 可以在 转子 回路中串入电阻进行起动，这样就减小了起动电流。 一般采用起动变阻器起动，起动时全部电阻串入 转子 电路中 ，随着电动机转速逐渐加快，利用控制器逐级切除起动电阻，最后将全部起动电阻从转子电路中切除。 适用于中小辽宁工程技术大学课程设计 14 功率低压电动机。 转子回路串接频敏变阻器起动：频敏变阻器的电阻（ 电抗 ）随线圈中所通过的电流频率而变。 刚起动时，电机 转差率 最大，转子电流（即频敏电阻线圈通过的电流）频率最高，等于电源频率。 因此，频敏变阻器的电阻最大，这就相当于起动时在转子回路中串接一个较大电阻，从而使起动电流减小。 随着电动机转速的加快， 转差率 逐渐减小，转子电流频率逐渐降低，频敏变阻器电阻也逐渐减小，最后把电动机的转子 绕组短接，频敏变阻器从转子电路中切除。 适用于中小功率低压电动机。 接触器触点 K1， K2， K3 断开，绕线型异步电动机定子接额定电压 ，转子每相电路串入起动电阻 Rst1,Rst2,Rst3,加上转子每相绕组自身的电阻 r2，转子每相电路总电阻为 R3=r2+Rst1+Rst2+Rst3。 电动机开始起动，起点为机械特性曲线 3 上的a点，起动转矩 T1〈 TM。 转速上升工作点由 a点到达 b点时，电磁转矩 T 等于切换转矩 T2为了加大电磁转矩加速起动过程，接触器触点 K3 闭合，切除起动电阻 Rst3。 转子每相电路的总电阻为 R2=r2+Rst1+Rst2，这时电动机的机械特性变为特性 2。 忽略异步电动机的电磁惯性，只计拖动系统的机械惯性，由于切除瞬间转速来不及改 变，则电动机运行点从 b变到机械特性曲线 2 上的 c点，该点上电动机电磁转矩 T=T1。 转速继续上升，工作点沿特性 2 由 c 到 d 点，电磁转矩 T 等于切换转矩 T2。 接触器触点 K2 闭合，切除起动电阻 Rst2，此时转子每相电路的总电 阻 R2=r2+Rst1。 电动机运行点从 d 平行移到机械特性曲线 1 上的 e 点，该点上的电磁转矩 T=T1。 转速继续上升，工作点沿特性 1 由 e 点移动到 f 点，电辽宁工程技术大学课程设计 15 磁转矩 T 等于 T2，接触器触点 K1 闭合，切除起动电阻 Rst1，此时转子每相电路总电阻 R1=r2，运行点从 f 变为固有机械特性曲线上的 g点，该点上 T=T1。 转速继续上升，工作点沿特性 0由 g点向 h 点移动，经过 h点，最后稳定运行在 j点，整个起动过程结束。 上述起动过程中，转子回路外串电阻分三级切除，故称为三级起动 T1 为最大起动转矩， T2为最小起动转矩或切换转矩。 启动电阻的计算 （一） 起动级数未定时起动电阻的计算 选择起动转矩 T1和切换转矩 T2 一般选择 T1=(～ )TM ① T2=(～ )TL ② 求出起切转矩比 α α=21TT ③ 求出起切级数 m， 利用机械特性，根据几何关系推导起动级数 m 的计算公如下： 由特性 0 与水平虚线构成直角三角形求出 MTT1 =000Mgnn nn =0Mgss MTT2 =000Mhnn nn =0Mhss 式中 ng和 nh是工作在 g 和 h 点的转速， nM0是 TM和特性 0 交点上的转速（临界转速）。 sg、 sh、 sM0是与之对应的转差率。 同理可以求得 MTT1 =3Mass =2Mcss =1Mess =0Mgss MTT2 =3Mbss =2Mdss =1Mfss =0Mhss 辽宁工程技术大学课程设计 16 由于 sc=sb对应两式相除，并参照式 SM=22Xr 可得 α=21TT =23MMss =2223 XR XR =23RR 由于 se=sd，对应两式相除可得 α=21TT =12MMss =2122 XR XR =12RR 由于 sg=sf，对应两式相除可得 α=21TT =01MMss =2221 Xr XR =21rR 可见 R3=αR 2 R2=αR 1 R1=αR 0 所以 R3=αR 2=α 2R1=α 3R0 若是 m级起动则 Rm=α mR0=α m r2 式中 Rm=r2+Rst1+Rst2+ … +R stm 因此 α=m mrR2 由前面的分析还可以得到 0Mgss =3Mass sg=sa30MMss =12320 XR XR =30RR =32Rr 若是 m级起动则 辽宁工程技术大学课程设计 17 sg=mRr2 此外在固有特性 0 上工作时 NTT1 =Ngss sg=sNNTT1 将这些关系代入 α 公式可得 α=mNNTsT1 ④ 两边取对数便得到起动级数 m的计算公式 m＝ lglg1TsTNN ⑤ 若 m 不是整数，可取相近整数 重新计算 α ，检验 T2是否在规定范围之内。 若 m 是取相近整数，则需重新由式 ④ 计算 α ，并由式 ③ 求出 T2，检验T2 是否在式 ② 所规定的范围之内。 若不在范围之内，需加大起动级数 m，重新计算 α 和 T2，直到 T2满足要求。