三相异步电动机串电阻的降压起动控制线路安装

项目单元10三相异步电动机串电阻的降压起动控制线路安装10.1训练目标1．熟悉时间继电器的结构、原理及使用方法。2．掌握三相异步电动机串电阻的降压起动控制线路。3．掌握电气线路的安装操作方法。10.2实训设备和器件任务所需的实训设备和元件见表10-1。表10-1电动机串电阻降压起动控制的实训设备和元件明细表代号名称型号规格数量M三相异步电动机Y-132S-45.5kW、380V、△接法、11.6A、IN/IST=7、1440r/min1QS组合开关HZ10-25/3三极、25A1FU1熔断器RL1-60/25500V、60A、配熔体25A3FU2熔断器RL1-15/2500V、15A、配熔体2A2KM交流接触器CJ10-2020A、线圈电压380V2KT时间继电器JS7-2A线圈电压380V1FR热继电器JR16-20/3三极、20A、整定电流8.8A1SB按钮LA4-3H保护式、500V、5A、按钮数33XT端子板JX2-1015500V、10A、20节1主电路导线BVR-1.51.5mm2(7×0.25mm)若干控制电路导线BVR-1.01mm2(7×0.43mm)若干10.3相关知识项目学习情境1时间继电器时间继电器是在电路中起着控制动作时间的继电器，当它的感测系统接受输入信号以后，需经过一定时间，它的执行系统才会动作并输出信号，进而操作控制电路。它被广泛用来控制生产过程中按时间原则制定的工艺程序，如笼型电动机自动星—三角降压换接起动控制等。时间继电器的种类很多，常用的时间继电器主要有电磁式时间继电器、空气阻尼式时间继电器、晶体管式时间继电器、电动式时间继电器等几种。1．空气阻尼式时间继电器空气阻尼式时间继电器又称气囊式时间继电器。它是利用气囊中的空气通过小孔节流的原理来获得延时动作的。时间继电器的结构由电磁系统、延时机构和触点系统三部分组成。其结构、示意图与动作原理见图10-1。其中电磁机构为双E直动式电磁铁、触头系统是借用LX5微动开关，延时机构采用气囊式阻尼器。常用的为JS7—A系列，该时间继电器可以做成通电延时型，也可做成断电延时型。电磁机构可以是直流的，也可以是交流的。图10-1空气阻尼式JS7-A型时间继电器的结构与动作原理图（b）通电延时型（c）断电延时型（d）图形、文字符号1-线圈2-静铁心3、7-弹簧4-衔铁5-推板6-顶杆8-弹簧9-橡皮膜10-螺钉11-进气孔12-活塞13、16-微动开关14-延时触头15-杠杆（a）JS7-4A型时间继电器的结构图JS7-A系列时间继电器主要由以下几个部分组成：(1)电磁机构电磁机构由线圈、铁心和衔铁组成。(2)触头系统触头系统由两对瞬动触点（一常开、一常闭）和两对延时触点（一常开、一常闭）组成。瞬动触点和延时触点分别是两个微动开关。(3)气室气室为一空腔，内装一成型橡皮薄膜，随空气的增减而移动，气室顶部的调节螺钉可调节延时时间。(4)传动机构传动机构由推板、活塞杆、杠杆及各种类型的弹簧组成。(5)基座基座由金属钢板制成，用以固定电磁机构和气室。型号意义：现在以通电延时型时间继电器为例介绍其工作原理，见图10-1（b）。当通电延时型时间继电器电磁铁线圈1通电后，将衔铁吸下，于是顶杆6与衔铁间出现一个空隙，当与顶杆相连的活塞在弹簧7作用下由上向下移动时，在橡皮膜上方气室的空气逐渐稀薄，形成负压，因此活塞杆只能缓慢地向下移动，在降到一定位置时，杠杆15使触头14动作（常开触点闭合，常闭触点断开）。线圈断电时，弹簧使衔铁和活塞等复位，空气经橡皮膜与顶杆6之间推开的气隙迅速排出，触点瞬时复位。断电延时型时间继电器与通电延时型时间继电器的原理与结构均相同，只是将其电磁机构翻转180°安装，即为断电延时型，见图10-1（c）。空气阻尼式时间继电器延时时间范围有0.4~180s和0.4~60s两种规格，具有延时范围较宽，结构简单，工作可靠，价格低廉，寿命长等优点，其缺点是延时误差大（±10%~±20%）、无调整刻度指示、难以精确地整定延时值。然而仍然是机床交流控制线路中常用的时间继电器。常用的JS7-A型空气阻尼式时间继电器基本技术数据见表10-2。表10-2JS7-A型时间继电器技术数据型号线圈额定电压(V)触点参数延时范围（s）延时重复误差最大操作频率次/h数量0V、cosφ=0.3~0.4时的通断电流（A）通电延时断电延时瞬动常开常闭常开常闭常开常闭接通分断JS7-1A交流24、36、110127、220380、4201130.3分0.4～60、0.4～180两级≤15%TD40时为600JS7-2A1111JS7-3A11JS7-4A11112．晶体管时间继电器晶体管时间继电器也称为半导体时间继电器或电子式时间继电器，是自动控制系统中的重要元件。它具有机械结构简单，延时范围广、精度高，返回时间短，消耗功率小，耐冲击，调节方便和寿命长等诸多优点，所以发展很快，使用也日益广泛。但延时会受环境温度变化及电源波动的影响等缺点。晶体管式时间继电器的种类较多，如JSJ、JSB、JS5、JS8、JS14、JS15和JS20等系列。这里仅以具有代表性的JS20系列为例，介绍它们的结构和采用的电路。图10-2所示为JS20型单结晶体管式时间继电器的原理图与框图。电源的稳压部分由电阻R1和稳压管V3构成，可供电给延时环节和鉴幅器，输出电路中的V4和KA则由整流电源直接供电。电容器C2的充电回路有两条，一条是通过充电电阻RP1和R2，另一条是通过由低电阻值电阻RP2，R4和R5组成的分压器，经二极管V2向电容器C2提供的预充电电路。（a）单结晶体管式时间继电器的原理图（b）单结晶体管式时间继电器的原理框图图10-2JS20型单结晶体管式时间继电器的原理图与框图电路的工作原理如下：当接通电源后，经二极管V1整流、电容器C1滤波以及稳压管V3稳压的直流电压，即通过RP2，R4，V2向电容C2以极小的时间常数快速充电。电容C2上，电压在R5分压的基础上经RP1继续充电，电压按指数规律逐渐升高。当此电压大于单结晶体管的峰点电压UP时，单结晶体管导通，输出电压脉冲触发小型晶闸管V4，V4导通后使继电器KA吸合，其触点除用来接通和分断外电路外，并利用其另一对常开触点将C2短路，使之迅速放电，同时氖指示灯HL起辉。当切断电源时，继电器KA释放，电路恢复原始状态，等待下一次动作。只要调节RP1和RP2便可调节延时时间。3．时间继电器的故障及维修机床电气控制中常用的时间继电器是空气阻尼式时间继电器，它的电磁系统和触头系统的故障维修与前面所述相同，其余的故障主要是延时不准确。这种故障的原因是空气室密封不严或橡皮薄膜损坏而漏气，使延时动作时间缩短，甚至不延时；如果在拆装过程中或其他原因有灰尘进入空气通道，使空气通道受阻，继电器的延时时间就会变得很长。前者要重新装配空气室，如橡皮薄膜损坏、老化，予以更换；后者要拆开气室，清除空气室内的灰尘，排除故障。项目学习情境2笼形异步电动机降压起动控制电路笼型异步电动机采用全电压直接起动时，控制线路简单，维修工作量较少。但是，并不是所有异步电动机在任何情况下都可以采用全压起动，这是因为在电源变压器容量不足够大的情况下，由于异步电动机起动电流一般可达其额定电流的4～7倍，致使变压器二次侧电压大幅度下降，这样不但会减小电动机本身的起动转矩，甚至电动机无法起动，还要影响同一供电网路中其它设备的正常工作。判断一台电动机能否全压起动，可以用下面的经验公式来确定：一般容量小的电动机常用直接起动，或满足上式时，可以用全压起动，若不满足上式，则必须采用降压起动。有时为了减小和限制起动时对机械设备的冲击，即使允许直接起动的电动机，也往往采用降压起动。三相笼型异步电动机降压起动的方法有：定子绕组串电阻(或电抗器)；Y/Δ换接；延边三角形和使用自耦变压器起动等。这些起动方法的实质，都是在电源电压不变的情况下，起动时减小加在电动机定子绕组上的电压，以限制起动电流，而在起动以后再将电压恢复至额定值，电动要进入正常运行。这里主要介绍定子绕组串电阻(或电抗器)；Y/Δ换接降压起动方法。1．定子串电阻降压起动控制线路图10-3是定子串电阻降压起动控制线路。电路机起动时在三相定子电路中串接电阻，使电动机定子绕组电压降低，起动结束后再将电阻短接，电动机在额定电压下正常运行，这种起动方式由于不受电动机接线形式的限制，设备简单，因而在中小型机床中也有应用。图中KM1为接通电源接触器，KM2为短接电阻接触器，KT为起动时间继电器，R为降压起动电阻。图10-3（a）控制线路工作情况如下：合上电源开关QS，按起动按钮SB2，KM1通电并自锁，同时KT通电，电动机定子串入电阻R进行降压起动，经时间继电器KT延时，其常开延时闭合触头闭合，KM2通电，将起动电阻短接，电动机进入全电压正常运行。电动机进入正常运行后，KM1、KT始终通电工作，不但消耗了电能，而且增加了出现故障的几率。若发生时间继电器触点不动作故障，将使电动机长期在降压下运行，造成电动机无法正常工作，甚至烧毁电动机。图10-3定子串电阻降压起动控制线路图10-3（b）为具有手动和自动控制串电阻降压起动电路，它是在图(a)电路基础上增设了一个选择开关SA，其手柄有两个位置，当手柄置于M位时为手动控制；当手柄置于A位时为自动控制。一旦发生KT触点闭合不上，可将SA扳至M位置，按下升压按钮SB3，KM2通电，电动机便可进入全压下工作，使电路更加安全可靠。2．绕线转子异步电动机起动控制线路异步电动机的转子绕组，除了笼形以外还有绕线转子式，故称绕线转子异步电动机。三相绕线转子异步电动机的优点是可以通过滑环在转子绕组中串接外加电阻和频敏变阻器，来达到减小起动电流、提高转子电路的功率因素和增加起动转矩的目的。在一般要求起动转矩较高的场合，绕线式异步电动机得到了广泛的应用。串接在三相转子绕组中的起动电阻，一般都接成星形接线。在起动前，起动电阻全部接入电路，在起动过程中，起动电阻被逐步地短接。短接的方式有三相电阻平衡短接法和三相电阻不平衡短接法两种。本节仅分析接触器控制的平衡短接法起动控制电路。（1）时间原则控制绕线型电动机转子串电阻起动控制电路图10-4为按时间原则控制绕线型电动机转子串电阻起动控制电路。图中KM1～KM3为短接转子电阻接触器，KM4为电源接触器，KT1～KT3为时间继电器。图10-4时间原则控制绕线型电动机转子串电阻起动控制电路电路工作情况：合上电源开关QS，按下起动按钮SB2，接触器KM4线圈通电并自锁，KT1同时通电，KT1常开触头延时闭合，接触器KM1通电动作，使转子回路中KM1常开触头闭合，切除第一级起动电阻R1，同时使KT2通电，KT2常开触头延时闭合，KM2通电动作，切除第二级起动电阻R2，同时使KT3通电，KT3常开触头延时闭合，KM3通电并自锁，切除第三级起动电阻R3，KM3的另一副常闭触点断开，使KT1线圈失电，进而KT1的常开触头瞬时断开，使KM1、KT2、KM2、KT3依次断电子释放，恢复原位。只有接触器KM3保持工作状态，电动机的起动过程结束，进行正常运转。（2）电流原则控制绕线型电动机转子串电阻的起动控制电路图10-5为电流原则控制绕线型电动机转子串电阻的起动控制电路。图中KM1～KM3为短接转子电阻接触器，R1～R3为转子电阻，KA1～KA3为电流继电器，KM4为电源接触器，KA4为中间继电器。电路工作情况：合上电源开关QS，按下起动按钮SB2，KM4线圈通电并自锁，电动机定子绕组接通三相电源，转子串入全部电阻起动，同时KA4通电，为KM1～KM3通电作好准备。由于刚起动时电流很大，KA1～KA3吸合电流相同，故同时吸合动作，其常闭触点都断开，使KM1～KM3处于断电状态，转子电阻全部串入，达到限流和提高的目的。在起动过程中，随着电动机转速升高，起动电流逐渐减小，而KA1～KA3释放电流调节得不同，其中KA1释放电流最大，KA2次之，KA3为最小，所以当起动电流减小到KA1释放电流整定值时，KA1首先释放，其常闭触点返