三相異步電動機制動分析

電器及繼電器接觸器介紹3.1電磁式接觸器當(dāng)控制形式需要在相對較遠的距離進行頻繁通斷的控制時。這就需要引入相關(guān)接觸器來進行有效控制。具體應(yīng)用比如說電焊機當(dāng)中，在此過程中還有一定的降壓保護功能。是電力拖動系統(tǒng)中使用最廣泛的負(fù)荷開關(guān)之一。根據(jù)相應(yīng)的控制電流形式不同，即可分為直流或交流形式的接觸器。再有根據(jù)主觸點可以分為一級到五級這幾種類型。首先應(yīng)該對其工作原理及結(jié)構(gòu)進行相應(yīng)的解釋。一般情況下，所謂的交流接觸器具體包括相應(yīng)的電磁機構(gòu)、滅弧裝置、觸頭以及一些相關(guān)輔助性質(zhì)的元器件。其中之前提到的電磁機構(gòu)還可進一步細分為銜鐵、線圈以及靜鐵芯。在有觸頭還有相應(yīng)的主觸頭和輔助觸頭之分，主觸頭一般用來控制高壓電路的，相反輔助觸頭一般用于低壓形式的控制電路，在電路控制過程中一般之自鎖與互鎖應(yīng)用較多，一般情況下額定電流峰值大約在5安左右。其相應(yīng)的具體結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示。圖2交流接觸器的結(jié)構(gòu)示意圖當(dāng)線圈通電電壓大于線圈額定電壓的85%時，線圈內(nèi)部會產(chǎn)生一定的磁場，從而產(chǎn)生相應(yīng)的磁場力，在工作過程中這部分磁場力會去抵消相應(yīng)的彈簧拉力，這就會導(dǎo)致銜鐵壓動觸點進行相應(yīng)的動作，也就是說常閉觸點會隨之?dāng)嚅_，相反常開形式的觸點會隨之進行閉合操作。隨后當(dāng)線圈失電的時候，也會相應(yīng)觸發(fā)一系列動作，此時彈簧得以在恢復(fù)力的情況下被釋放，觸點也相應(yīng)執(zhí)行復(fù)位操作。這就是交流接觸器的工作原理。電器的主要技術(shù)參數(shù)含電器的額定值，如下所示：(1)額定電壓值：所謂的額定電壓通常情況下所指的是主電路高壓工作區(qū)的電壓。(2)額定電流：所謂的額定電流通常情況下所指的是主電路高壓工作區(qū)的電流。(3)線圈內(nèi)部的額定電壓值：這部分電壓具體指的是電磁系統(tǒng)內(nèi)部的電壓，在這里值得注意的是需要區(qū)分直流還是交流。(4)關(guān)于額定的操作頻率大?。涸谶@里具體指的是單位時間內(nèi)的操作次數(shù)，無論是交流還是直流類型的接觸器當(dāng)其處于最高頻率時每小時最多進行1200操作。這項指標(biāo)參數(shù)還與相應(yīng)滅弧罩的壽命以及相關(guān)工作場合有關(guān)。在交流類型接觸器當(dāng)中會影響到線圈的溫升。(5)通斷性能：這項指標(biāo)只針對于主觸點，其是評判電流值分段能力的重要指標(biāo)之一。電路中超過此值電流的分段任務(wù)則由自動開關(guān)和熔斷器等保護電器承擔(dān)。如圖3所示，AC-4這種形式的接觸器應(yīng)用場合往往主要用于籠型電機的相關(guān)控制。圖3接觸器簡圖以及相關(guān)描述在我國以下系列的接觸器較為常用：其中有一款是我國一進行設(shè)計的，那就是CJ20系列，通常情況下其適用于的交流頻率為50赫茲，必須保證電壓在600伏以下進行使用，相應(yīng)的電流也有一定的要求，需要滿足不超過632安。不僅如此，近些年來我國還從國外引進了一些較為先進的產(chǎn)品，尤其是德國BBC旗下的產(chǎn)品以及法國TE旗下的相關(guān)產(chǎn)品。相關(guān)符號表達如圖4所示：圖4接觸器型號的表達和含義3.2常用類型的低壓元器件通常情況下，一個良好的控制系統(tǒng)需要包括相關(guān)耗電設(shè)備、保護以及相關(guān)控制電器，其中控制電器需要保證根據(jù)所需目標(biāo)進行相應(yīng)控制；在此過程中對耗電設(shè)備在一定程度上保護作用的相關(guān)電氣元件即為所謂的保護電器；在一些常用的低壓系統(tǒng)當(dāng)中，在保證其穩(wěn)態(tài)工作的條件下需要引入相應(yīng)的低壓元器件，對于相關(guān)的低壓電器可以通過手動以及自動的方式進行通斷控制，在此前提之下，也可以根據(jù)電器的具體應(yīng)用場合，相應(yīng)的分為低壓與高壓兩大類。3.2.1低壓形式的斷路器俗話說的空氣開關(guān)具體所指的就是低壓斷路器。這種元器件既可以進行手動關(guān)斷，在某種情況下也可以進行自動斷電，因此可以起到一定的保護作用。對此還可以進行電能的相應(yīng)分配，尤其是在啟動停止相對不是很頻繁的電機當(dāng)中，其相應(yīng)的實時保護功效可以發(fā)揮的淋漓盡致，當(dāng)電路中出現(xiàn)短路或者是相關(guān)過載現(xiàn)象，低壓斷路器就會將其內(nèi)部的金屬絲完成熔斷，在某種程度上可以達到保護電路的功效。其最根本的特點是別看它體積相對較小，但是相應(yīng)的保護能力是極強的，而且動作后不需要更換元件，斷流能力大，工作安全可靠，電流值在一定范圍內(nèi)可以整定。使用十分方便。低壓斷路器由觸點系統(tǒng)、相關(guān)執(zhí)行機構(gòu)以及相應(yīng)的滅弧裝置來構(gòu)成。其中他的主觸點在一定程度上可以通過手動執(zhí)行機構(gòu)來進行控制它的斷開與閉合，這種形式即為點動形式。結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。圖5低壓斷路器相關(guān)示意圖在圖中顯示出的主觸頭2，它是用于控制主電路通斷的常開觸點。通過對下圖的觀察，可以得知此時主觸頭是處于閉合的，在這個過程中鎖扣4將連桿3緊緊的鎖住，此時彈簧1正處于拉伸狀態(tài)，其中脫扣器5是與主電路形成串聯(lián)的形式，在主電路當(dāng)中電流值比較正常的情況下，其銜鐵就呈現(xiàn)在開的狀態(tài)，當(dāng)形成過電流的情況下，此時銜鐵會被立即吸合，與此同時頂桿將會向上運動從而掙脫鎖扣的束縛，這便會造成彈簧1進行收縮，從而導(dǎo)致主觸點斷開。再有就是電壓脫扣器6是與主電路形成并聯(lián)形式的，主電路在正常工作的情況下，這個銜接的工作狀態(tài)是保持吸合的，當(dāng)主電路電壓發(fā)生變化處于低于相應(yīng)的規(guī)定值時，其銜鐵釋放，頂桿也將鎖扣4頂開，使處于主電路斷開狀態(tài)。通常情況下，需要保證低壓斷路器所能承受的電壓電流不能低于相關(guān)設(shè)備正常運轉(zhuǎn)時候的電壓與電流。與此同時，它的分?jǐn)嗄芰O限依然有一定的要求，那就是不低于相應(yīng)工作環(huán)境當(dāng)中的短路電流峰值。根據(jù)相關(guān)用途的不同，所謂的低壓斷路器可以歸結(jié)為：照明、配電、電機等形式。不僅如此，還可以根據(jù)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行分類，比如裝置式以及萬能式斷路器。其中萬能式用于大容量線路，主要型號有DW15、DW16、ME等系列。裝置式適用于建筑物內(nèi)部的線路和設(shè)備，主要型號有C45N、DZ20等系列。此外我國還引進國外的斷路器產(chǎn)品，其中有德國的ME系列、SIEMENS的3WE系列，日本的AE、AH、TG系列，美國的H系列，法國的C45、S060系列等。這些引進產(chǎn)品有較高的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。低壓斷路器的圖形及文字符號如圖6所示。圖7低壓熔斷器示意圖3.2.2按鈕及相關(guān)指示燈在控制系統(tǒng)中，一般人為進行操作控制的器件，其中接觸最多的就應(yīng)該是按鈕?？刂瓢粹o作為一種能夠進行手動控制，在某種程度上還能進行自動復(fù)位，具有主令形式的電器元件，也可以稱之為所謂的開關(guān)。一旦人為按下此裝置，就會導(dǎo)致內(nèi)部常閉觸點立即斷開，相應(yīng)的常開觸點瞬時閉合。一般情況下，這種形式的控制按鈕僅僅適用于點動控制形式。在進行接線的過程中，也可以說沒有相應(yīng)的正負(fù)極之分，只要把其按鈕接入相應(yīng)的電路即可。其相應(yīng)的示意圖如圖8所示，在對相關(guān)案件進行選取的過程中，首先就要明確你所需的觸點數(shù)目，再根據(jù)情況需要選擇具體的顏色。為了清晰明了，不同功用的按鈕顏色一般不同。如圖8所示為按鈕的圖形及文字符號。指示燈又稱信號燈。用于指令或電器工作狀態(tài)的確定。指示燈用不同的顏色的燈光指示不同的信息。為了節(jié)省安裝位置，將指示燈裝在按鈕帽中。圖8控制按鈕的外觀及結(jié)構(gòu)圖9按鈕的圖形及文字符號3.2.3熔斷器當(dāng)電路中的電流在某種程度上超過相關(guān)限定值并保持一段時間，在熔斷器內(nèi)部將會釋放出大額熱量，這部分熱量足以將其內(nèi)部的金屬絲進行熔斷，從而達到對電路進行保護的目的。它由保險絲和熔管兩部分組成。保險絲串接于電路中，當(dāng)電路發(fā)生短路和嚴(yán)重過載故障時，保險絲自行熔斷，切除故障電路，從而有效的保護未發(fā)生故障的電路和設(shè)備，一般用在短路保護。熔斷器的種類也是多種多樣的，具體包括螺旋式、瓷插式以及管式。其中最常用的要數(shù)管式熔斷器，最為典型的要數(shù)RM10與RT10兩類，用作短保護和連續(xù)過載保護，主要用于AC500或DC400的電力網(wǎng)和成套配電設(shè)備上。圖10為管式熔斷器結(jié)構(gòu)。圖10管式熔斷器內(nèi)部相關(guān)圖解3.3時間繼電器和熱繼電器當(dāng)有相關(guān)信號輸入進來以后，需要進行一定的等待，輸出檢測端才有一定的信號輸出，這種類型的繼電器即可成為時間繼電器，也就是俗話當(dāng)中說的延時繼電器?？煞譃橥娕c斷電延時。針對于通電延時繼電器，信號存在一定的延遲，但是一旦輸入信號消失，輸出端就會瞬態(tài)復(fù)位；針對于斷電延時類型的情況就會有所變化，當(dāng)有相關(guān)信號輸入的時候，輸出端便會立刻有響應(yīng)，與前面提到的相反，一旦信號消失，才會進行相應(yīng)的延時。圖11為時間繼電器的圖形。圖11時間繼電器相關(guān)符號解釋所謂的熱繼電器其過載保護功效則為在具體電路當(dāng)中應(yīng)用的目的所在，一旦有過載電流出現(xiàn)，其內(nèi)部的金屬片就會發(fā)生相應(yīng)的彎曲變形從而導(dǎo)致其觸點的動作，實現(xiàn)電路關(guān)斷的功能。這項電器元件的反應(yīng)過程比較緩慢，萬萬不可將其單獨作為保護電路。其具體結(jié)構(gòu)示意圖如圖12所示。圖12熱繼電器相關(guān)符號解釋3.4自鎖和互鎖所謂的自鎖就是當(dāng)線圈得電以后，在其內(nèi)部可以利用相應(yīng)的輔助觸點維持整個電路的當(dāng)前狀態(tài)。也就是將相應(yīng)的輔助觸點與其相應(yīng)的點動開關(guān)進行并聯(lián)組合使用，這樣即使把點動按鈕松開，同樣接觸器線圈也會保持相應(yīng)的得電狀態(tài)。所謂的互鎖至少需要兩個繼電器進行合作，也就是將繼電器當(dāng)中的某一常閉觸點相應(yīng)的放入另一個繼電器的控制電路當(dāng)中，以此來構(gòu)成相互制約的形式。在電氣控制系統(tǒng)設(shè)計過程當(dāng)中相應(yīng)的連鎖控制也就是前面提到的自鎖與互鎖進行有效組合，可以說任何一個電路的設(shè)計都離不開聯(lián)鎖控制，這樣就可以看出他的地位貫穿于整個電路系統(tǒng)設(shè)計。相關(guān)的電路圖如圖13所示。圖13自鎖加互鎖的電路圖4異步電機的運行狀態(tài)西安交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院論文4異步電機的運行狀態(tài)4.1電動運行一旦定子繞組與電源相結(jié)合，那么相應(yīng)的電機轉(zhuǎn)子就會憑借電磁轉(zhuǎn)距進行有效旋轉(zhuǎn)，在這種情況下可以理解為驅(qū)動力矩，也就是說它的旋轉(zhuǎn)方向與磁場方向始終保持一致，從而實現(xiàn)電能到機械能的相互轉(zhuǎn)換，最終將這部分機械能傳遞給相應(yīng)負(fù)載，在理想的狀態(tài)下相應(yīng)的轉(zhuǎn)速幾乎和所規(guī)定的同步轉(zhuǎn)速保持一致，倘若能夠達到這樣的效果，那么就會沒有轉(zhuǎn)差率存在。還要明確一點，當(dāng)電機靜止不動的時候，轉(zhuǎn)差率為一。如圖14所示為電動機串電阻或電抗降壓啟動原理圖，設(shè)備簡單、價格便宜、操作方便不受電動機定子繞組接法形式的限制，當(dāng)Q開關(guān)閉合接入三相電源電動機就會轉(zhuǎn)動，當(dāng)把L1、L2和L3任意兩相進行對換，電動機轉(zhuǎn)動方向就會和原來方向相反。這就是實現(xiàn)電動機正反轉(zhuǎn)的方法。圖14電動機串電阻啟動4.2制動運行通常情況下所謂的制動方法可以概括為兩類：即電氣方式與機械方式制動，引入一定的與原電機轉(zhuǎn)向相反的力矩，進行阻礙電機繼續(xù)運轉(zhuǎn)，該方式稱為電氣方式制動；再有就是引入相關(guān)的機械裝置致使電機產(chǎn)生剎車的功效，也就是所謂的機械方式制動。進行電氣制動過程中尤其是反接制動與能耗制動最為常見且應(yīng)用也最為廣泛。4.2.1反接制動運行反接制動的具體操作是通過改變電源接入的相序，從而在電機內(nèi)部產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)距相反的力矩來阻礙電機繼續(xù)運轉(zhuǎn)，從而迫使電機達到剎車的目的。即反接制動的相關(guān)原理圖如圖15所示圖15反接制動過程的相關(guān)原理圖當(dāng)進行反接制動過程中，相關(guān)的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子之間的轉(zhuǎn)速差距懸殊，相應(yīng)的感應(yīng)電流也是非常大的，一般可以致使產(chǎn)生的電流為正常運轉(zhuǎn)情況下的10倍左右。因此這種制動方法僅適用于相對較小的電梯進行相關(guān)制動，其一般功率應(yīng)為10千瓦以下，與此同時，倘若對4.5千瓦以上的電機進行制動時，需要在定子回路串接一定的電阻，從而使其電流有效降低。所以僅僅局限于繞線型進行使用，而且在制動過程中引起的額外沖擊較大，相關(guān)精度也不是非常高。4.2.2能耗制動運行當(dāng)電機與電源相互脫離以后，即保證在斷電的瞬間，在定子繞組上引入一個額外直流電壓，憑借轉(zhuǎn)子內(nèi)部感應(yīng)出的一定電流與靜止磁場相互制約，從而實現(xiàn)所謂的剎車，在此過程中還需要引入延時繼電器以及速度繼電器來保證制動的精度。簡單的說就是把電動機儲存的機械能量消耗掉的制動方式。繞組切斷交流電源（QS)斷開，同時在定子兩相通入直流(SA接通)，電動機內(nèi)形成一個不旋轉(zhuǎn)的空間位置固定的磁勢。電動機因機械慣性轉(zhuǎn)速不會突變，繼續(xù)維持原方向旋轉(zhuǎn)。在此過程中所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與電機原來的旋轉(zhuǎn)方向恰恰相反，在反作用力的阻撓下，電機轉(zhuǎn)速會急劇下降，即可實現(xiàn)制動。如圖16所示為能耗制動接線原理及示意圖。圖16能耗制動具體實現(xiàn)形式及相關(guān)圖解能耗制動可有效用于需要精準(zhǔn)平穩(wěn)停車的場合，其優(yōu)點是制動性強，制動較平穩(wěn)，無大沖擊便于實現(xiàn)準(zhǔn)確停車，對電網(wǎng)影響?。蝗秉c是需要額外引入直流電源，制動時間較長，不夠迅速。5三相異步電動機的制動實驗5三相異步電動機的制動實驗5三相異步電動機的制動實驗5.1實驗的控制電路及設(shè)備選擇如圖17為能耗制動的主體電路，其中為225（三只75電阻串聯(lián)）。表1為所需設(shè)備說明。圖17能耗制動的主體電路（圖左為主電路，圖右為控制電路）表1設(shè)備說明序號名稱數(shù)量備注1電源儀表及控制屏1提供三相四線制380、220電壓2三相電動機1鼠籠式3熱繼電器14交流繼電器25時間繼電器16按鈕開關(guān)37萬用表、剝線鉗、螺絲刀、尖嘴鉗等1套8導(dǎo)線若干首先應(yīng)當(dāng)電機接入三相交流電源，隨后即可點擊啟動按鈕SB3，在此過程中KM1實現(xiàn)自鎖，KM2完成互鎖，電機則開始旋轉(zhuǎn)。當(dāng)點擊SB2以后，即可進入能耗制動狀態(tài)。5.2實驗步驟（1）首先對相關(guān)設(shè)備進行核查。（2）根據(jù)圖17的接線形式完成接線，必須征求相關(guān)人員意見后才可上電實驗。實驗具體接線圖如圖18所示。圖18實驗接線圖5.3實驗注意事項根據(jù)電路圖接線，接線時先接主回路，再接控制回路。在接控制電路時先接好最上面的啟動電路，不要把KM1的常開觸點接入，使空氣開關(guān)保持閉合狀態(tài)，并接入交流電源，隨后即可對SB3進行點擊，若電機不發(fā)生運轉(zhuǎn)，這時我們需要檢查此路的連接，直到電動機正常轉(zhuǎn)動此時KM1線圈觸頭下陷。關(guān)閉空氣開關(guān)電動機過了五秒左右停止轉(zhuǎn)動，緊接著把KM1的常開觸點和SB3的常開觸點進行并聯(lián)，然后將第二路按照圖進行接線，但不要將KM2的常開觸點并聯(lián)上，合上空氣開關(guān)，按下SB3按鈕KM1線圈觸頭下陷再按下SB2按鈕KM1線圈觸頭恢復(fù)，KM1常開觸點閉合，相應(yīng)的KT得電燈亮，電動機正常轉(zhuǎn)動則兩路正常，若不能則檢查第二路連線，直到電動機正常運轉(zhuǎn)為止，關(guān)閉空氣開關(guān)電動機過了五秒左右停止轉(zhuǎn)動。最后把KM2的常開觸點并聯(lián)在SB2常開觸點的兩端，這個觸點要和主回路連接的KM2的觸點區(qū)別開，連接好第三路線路。合上空氣開關(guān)引入三相電源，先按下SB3按鈕，KM1線圈觸頭得電下陷，電機正常運轉(zhuǎn)，當(dāng)點擊SB2以后，KM1常開觸點就會立即閉合，KM2常閉觸點便會斷開，KM2線圈得電觸頭下陷，KM2常開觸點閉合，經(jīng)過一秒之后延時KM2線圈失電觸頭恢復(fù)，時間繼電器KT常閉觸點斷開，第二路斷開。同時電動機停止轉(zhuǎn)動。進行連接電路時盡量用不同顏色的線進行連接，方便出現(xiàn)故障，容易檢查出故障點。在實驗開始前用萬用表檢查線路的通斷。若線路連接正確，并將熱繼電器的值調(diào)為1，調(diào)節(jié)時間繼電器的時間參數(shù)，將其設(shè)置為1。然后進行上電操作，完成能耗制動過程。根據(jù)能耗制動的特點，實驗成功后，我嘗試減小了電阻的大小，由原來的三個電阻串聯(lián)變?yōu)閮蓚€電阻串聯(lián)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電阻減小之后，能耗制動效果比較明顯。其原因在于直流回路串聯(lián)的電阻越小，電流就越大，在電動機內(nèi)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩也越大，轉(zhuǎn)速降的速度就越快，制動效果越明顯。5三相異步電動機的制動實驗西安交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院論文6結(jié)論本文主要介紹了三相異步電動機工作的原理及其能耗制動方法。在引言中我們可以知道異步電機的重要性，而讓異步電動機迅速停車是更重要的，也是實際需要的，因此需要設(shè)計出制動控制系統(tǒng)。第二章簡單介紹了三相異步電動機的相關(guān)知識，使大家對異步電動機有了基本了解，第三章詳細介紹了本次實驗所用到的主要電器。第四章介紹了異步電機的啟動和制動運行，通過介紹反接制動和能耗制動，通過比較選擇了能耗制動方式。第五章為能耗制動實驗，給出設(shè)計控制電路圖。通過在實驗臺上的試驗，最終實現(xiàn)了三相異步電動機的能耗制動控制，電動機能夠迅速停止轉(zhuǎn)動。在論文的編寫時，我查閱的許多相關(guān)資料，也學(xué)到了很多知識，使自己對電動機認(rèn)識更加深刻，動手能力獲得了提高，也提高了理論和實際結(jié)合的能力。5三相異步電動機的制動實驗參考文獻參考文獻[1]李發(fā)海，王巖，電機與拖動基礎(chǔ)[M]（第3版），北京：清華大學(xué)出版社，2012.[2]孫建忠，白鳳仙，特種電機及其控制[M]，北京：中國水利水