电力拖动论文

专业论文

电力拖动毕业设计

姓名：王珏

学号：20097110630286

专业：数控技术（机电方向）年级：09春数控机电方向

日期：2011年10月13日

目录摘要

关键词

一．序言

二．电动机基本控制线路的构成

2-1开关

2-2组合开关

2-3低压断路器

2-4熔断器

2-5接触器

2-6断路器

三．电动机的基本控制线路

3-1三相异步电动机的正反转控制线路

3-2位置控制和自动往返控制线路

3-3顺序控制和多地控制线路

3-4三相异步电动机的降压启动控制线路 3-5三相异步电动机的制动控制线路四．结束语

五．参考文献

摘要：

近年来，随着电子技术和控制理论的不断发展，相续出现了顺序控制，可编程无触点断续控制，采样控制等多种控制方式。而我的这篇论文则介绍的就是电力拖动在我们生活中和一般工作生产中常用的一些线路控制，它主要利用电动机拖动生产机械的工作机构，使之运转。由于电力在生产，传输，分配，使用和控制方面的优越性，使得电力拖动具有方便，经济，效率高，调节性能好，易于实现生产过程自动化等优点，所以电力控制系统获得了广泛的应用。目前在日常生活中使用的电风扇，洗衣机等家用电器，再生产中大量使用的各种各样的生产机械，如车床，钻床，造纸机，轧钢机等，都采用的是电力拖动。

关键词：

异步电动机三相异步电动机接触器

一，序言

电力拖动是指电动机拖动生产机械的工作机构，使之运转的一种方法，它在日常生活中和生产中都得到充分的应用和发展。

电力拖动系统一般有四个子系统组成，它们的关系可简单表示为：

电源是电动机和控制设备的能源，分为交流电源和直流电源。

控制设备是用来控制电动机的运转，有各种控制电动机，电器，自动化元件及工业控制计算机组成。电动机是生产机械的原动机，将电能转化成机械能，分为交流电动机和直流电动机。传动机构是在电动机和工作机构之间传送动力的机构。如速箱，联轴器，传动器等。按电动机拖动系统中电动机的组合数量分，电力拖动的发展过程经历了成组拖动，单电动机拖动和多电动机拖动三个阶段。从电力拖动的控制方式来分，可分为断续控制系统和连续控制系统两种。在电力拖动发展的不同阶段两种拖动方式占有不同的地位，且呈现交替发展的趋势。随着电力拖动的出现。最早产生的是手动控制电器控制电动机运转的手动断续控制方

式。随后逐步发展为有继电器，接触器和主令电器等组成的继电接触式有触点断续控制方式。这种控制系统结构简单，工作稳定，成本低，维护方便，不仅可以方便地实现生产过程自动化，而且可实现集中控制和远距离控制，所以目前生产机械仍广泛使用。但这种控制仅有通和断，这两种状态，其控制是断续的，即只能控制信号的有无，而不能连续控制信号的变化。为了适应控制信号连续变化的场合，又出现了直流电动机连续控制。这种控制方式可充分利用直流电动机调速性能好的优点，得到高精度，宽度范围的平滑调速系统。

近年来，随着电子技术和控制理论的不断发展，相续出现了顺序控制，可编程无触点断续控制，采样控制等多种控制方式。在电动机调速方面，已形成了电子功率器件与自动控制相结合的领域。不但晶闸管-直流电动机调速系统得到了广泛应用，而且交流变频调速技术发展迅速，在许多领域交流电动机变频调速系统有取代晶闸管-直流电动机调速系统的趋势。

二，电动机基本控制线路的构成

2-1刀开关

刀开关的种类很多，在电力拖动控制线路中最常用的是由刀开关和熔断器组合而成的负荷开关。负荷开关分为开启式负荷开关和封闭式负荷开关两种。

开启式负荷开关，简称闸刀开关。生产中常用的是HK系列开启式负荷开关，适用于照明、电热设备及小容量电动机控制线路中，供手动频繁地接通和分断电路，并起短路保护。开启式负荷开关的结构简单，价格便宜，在一般的照明电路和功率小于5.5KW的电动机控制线路中被广泛采用。

封闭式负荷开关是在开启式负荷开关的基础上改进设计的一种开关。其灭弧性能、操作性能、通断能力和安全防护性能都优于开启式负荷开关。因其外壳多为铸铁或用薄钢板冲压而成，故俗称铁壳开关。可用于手动不是频繁的接通和断开带负载的电路以及作为线路末端的短路保护，也可用于控制15KW以下的交流电动机不频繁的直接启动和停止。

2-2组合开关

组合开关又叫转换开关，它体积小，触头对数多，接线方式灵活，操作方便，常用于交流50Hz、380V以下及直流220V以下的电气线路中，供手动不是频繁的接通和断开电路、换电源和负载以及控制5KW以下小容量异步电动机的启动、

停止和正反转。组合开关中，有一类是专为控制小容量三相异步电动机的正反转而设计生产的，如Z3-132型组合开关，俗称倒顺开关或可逆转换开关。组合开关应根据电源种类、电压等级、所需触头数、接线方式和负载容量进行选用。用于直接控制异步电动机的启用和正、反转时，开关的额定电流一般取电动机额定电流的1.5~2.5倍。

2-3低压断路器

低压断路器又叫自动空气开关或自动空气断路器，可简称断路器。是低压配电网络和电力拖动系统中常用的一种配电电器，集控制和多种保护功能于一体，在正常情况下可用于不频繁地接通和断开电路以及控制电动机的运行。当电力中发生短路、过载，失电压等故障时，能自动切断故障电路，保护线路和电气设备。

低压断路器具有操作安全、更换使用方便、工作可靠、动作值可调、分析能力较高、兼顾多种保护、动作后不需要更换元件等优点，因此得到广泛应用。

2-4熔断器

熔断器是低压配电网络和电力拖动系统中主要用作短路保护的电器。使用时串联在被保护的电路中，当电路发生短路故障，通过熔断器的直流达到或超过某一规定值时，以其自身动作可靠、使用维护方便等优点，因此得到广泛应用。熔断器按结构形式分为半封闭插入式、无填料封闭管式和自复式四类。

2-5接触器

接触器是一种自动的电磁式开关，适用于远距离频繁地接通或断开交直流主电路及大容量控制电路。其主要控制对象是电动机，也可用于控制其他负载，如电热设备，电焊机以及电容器组等。它不仅能实现远距离自动操作和欠电压释放保护功能，而且具有控制容量大、工作可靠、操作频率高、使用寿命长等优点，因而在电力拖动系统中得到广泛应用。接触器按主触头通过的电流种类，分为交流接触器和直流接触器两种。

1.交流接触器的种类很多，目前常用的有我国自行设计生产的CJ0、CJ10和CJ20等系列以及引进国外先进技术生产的B系列、3TB系列等。另外，各种新型接触器，如真空接触器、固体接触器等在电力拖动系统中也逐步得到推广和应用。

交流接触器主要由电磁系统、触头系统、灭弧装置及辅助部件等组成。它的工作原理是当接触器的线圈通电后，线圈中流过的电流产生磁场，使铁心产生足

够大的吸力，克服反作用弹簧的反作用力，江衔铁吸合，通过传动机构带动三对主触头和辅助常开触头闭合，辅助常闭出头断开。当接触器线圈断电或电压显著下降时，由于电磁吸力消失或过小，衔铁在反作用弹簧力的作用下复位，带动各触头恢复到原始状态。

2.直流接触器是用于远距离接通和分断直流电路及频繁地操作和控制直流电动机的一种自动控制电器。其结构及工作原理与交流接触器基本相同，但也有一些区别。直流接触器主要由电磁系统、触头系统和灭弧装置组成。

2-6继电器

继电器是一种根据输入信号（电量或非电量）的变化，接通或断开小电流电路，实现自动控制和保护电力拖动装置的电器。一般情况下不直接控制电流较大的主电路，而是通过接触器或其他电器对主电路进行控制。同接触器相比，继电器具有触头分断能力小、结构简单、体积小、重量轻、反应灵敏、动作准确、工作可靠等特点。

继电器主要由感测机构、中间机构和执行机构三部分组成。感测机构把感测到的电量或非电量传递给中间机构，并将它与预定值（整定值）相比较，当达到预定值时，中间机构便使执行机构动作，从而接通或断开电路。热继电器是继电器的其中一种，它是利用流过继电器的电流所产生的热效应而反时限动作的继电器。所谓反时限动作，是指电器的延时动作时间随着通过电路电流的增加而缩短。热继电器主要用于电动机的过载保护、断相保护、电流不平衡运行的保护及其他电气设备发热状态的控制。

三，电动机基本控制线路

3-1三相异步电动机的正反转控制线路

在生产过程中，往往要求电动机能够实现正反两个方向转动，如起重机吊钩上升与下降，机床工作台的前进与后退。由于三相异步电动机的工作原理我们可以知道，只要把电动机的三相电源进线中的任意两相对掉，就可以改变电动机的转向。所以正反转控制电路的实质上两个方向相反的单相运行电路，为了避免误操作引起电源短路，必须在这两个相反方向的单向运行电路中加设必要的互锁按照电动机可逆运行操作顺序的不同，就有了“正-停-反”和“正-反-停”两种控制电路。

3-2位置控制和自动往返控制线路

位置控制的实现主要靠位置开关来完成，位置开关又称行程开关或限位开关，可将机械信号转换为电信号，以实现对机械运动的控制。位置开关的作用是根据运动部件的位置而切换的电器，能实现运动部件极限位置的保护。它的作用原理与按钮类似，利用生产机械运动部件的碰压使其触头动作，从而将机械信号转变为电信号。它的结构主要由触头系统、操作机构和外壳组成。行程开关按其结构可分为直动式、滚轮式和微动式三种。行程开关动作后，复位方式有自动和非自动两种。其工作原理是当运动机械挡铁压到滚轮上时，杠杆连同转轴一起转动，并推动撞块。当撞块被压倒一定位置时，推动微动开关动作，使常开触头分断，常闭触头闭合当运动机械的挡铁离开后，复位弹簧使行程开关各部位部件恢复常态。

而自动往返线路就是将正反转里面的按钮用行程开关来代替，从而形成极限位置限制。在生产过程中各种机床生产过程中经常要求生产机械运动部件在一定范围为内自动往返循环等，这种控制要求需要行程开关来实现。例如：摇臂钻床、躺床、万能铣床和各种自动或半自动等等。

3-3顺序控制和多地控制线路

在实际生产过程中，对异步电动机的控制经常会提出很多要求，除自锁、互锁、等环节的控制外，顺序控制环节也是其中重要的一种。例如，有时要求几台电机配合工作或一台电动机有规律地完成多个动作，按照这些要求实现的控制叫做延时控制（顺序控制）。

延时控制线路如图1所示。在线路中有两台异步电动机，而用两只交流接触器KM1、KM2来控制其转动。当按下SB2按钮，KM1的线圈加电，常开触头闭合，第一台电动机开始转动；同时时间继电器KT加电。经过一段时间后，KT的触头闭合，KM2的线圈加电，常开触头闭合，第二台电动机也开始转动即延时控制。当按下SB1时两台电动机同时停止转动。

三相异步电动机多地控制就是用多个控制元件在不同地点对同一电动机进行控制的线路。其特点是：操作人员能够在不同的两地对电动机M进行启动、停止的控制。当按下电动机M的启动按钮SB1或SB2时，电动机M就启动运转；当按下停止按钮SB3或SB4时，电动机M就停止。

3-4三相异步电动机的降压启动控制线路

首先来了解下什么是全压启动什么是降压启动，全压启动启动时加在电动机定子绕组上的电压为电动机的额定电压。降压启动利用启动设备将电压适当降低

后，加到电动机的定子绕组上进行启动，待电动机启动运转后，再使其电压恢复到额定电压正常运转。降压启动可以有三种方法来实现第一种就是定子绕组串接电阻来实现降压启动时，在电动机的定子绕组上串联电阻，由于电阻的分压作用，使加在电动机的定子绕组上的电压低于电源电压，待启动后，再将电阻短接，电动机便在额定电压下正常运行。第二种是自耦变压器降压启动控制线路，自耦变压器降压启动是在电动机启动时利用自耦变压器来降低加在电动机定子绕组上的启动电压。待电动机启动后，再使电动机与自耦变压器脱离，从而在全压下正常运行。第三种就是Y—△降压启动控制线路，电动机启动时，把电动机的定子绕组接成星形，电动机定子绕组电压低于电源电压起动，启动即将完毕时再恢复成三角形，电动机便在额定电压下正常运行。第四种就是延边△降压启动控制线路，启动时，把定子三相绕组的一部分联接成三角形，另一部分联接成星形，每相绕组上所承受的电压，比三角形联接时的相电压要低，比星形联接时的相电压要高，电动机延边三角形降压启动，待电动机启动运转后，再将绕组联接三角形，全压运行。

第五种是固态启动器

主要特点是全数字自动控制，启动电流小，启动转矩大、平稳，启动参数可根据负载类型任意调整，可连续、频繁启动；可分别启动多台电机，具有完善、可靠的保护功能。

3-5三相异步电动机的制动控制线路

三相异步电动机切除电源后依惯性总要转动一段时间才能停下来。而生产中起重机的吊钩或卷扬机的吊蓝要求准确定位；万能铣床的主轴要求能迅速停下来。这些都需要对拖动的电动机进行制动，其方法有两大类：机械制动和电力制动。

1．机械制动

采用机械装置使电动机断开电源后迅速停转的制动方法。如电磁抱闸、电磁离合器等电磁铁制动器。

(1)电磁抱闸断电制动控制电路

电磁抱闸断电制动控制电路如图1所示。合上电源开关QS和开关K，电动机接通电源，同时电磁抱闸线圈YB得电，衔铁吸合，克服弹簧的拉力使制动器的闸瓦与闸轮分开，电动机正常运转。断开开关电动机失电，同时电磁抱闸线圈YB也失电，衔铁在弹簧拉力作用下与铁芯分开，并使制动器的闸瓦紧紧抱住闸轮，电动机被制动而停转。图中开关K可采用倒顺开关、主令控制器、交流接触器等控制电动机的正反转，满足控制要求。倒顺开关接线示意图如图2所示。这种制动方法在起重机械上广泛应用，如行车、卷扬机、电动葫芦(大多采用电磁离合器制动)等。其优点是能准确定位，可防止电动机突然断电时重物自行坠落而造成事故。

图1 电磁抱闸断电制动控制电路

图2

(2)电磁抱闸通电制动控制电路

电磁抱闸断电制动其闸瓦紧紧抱住闸轮，若想手动调整工作是很困难的。因此，对电动机制动后仍想调整工件的相对位置的机床设备就不能采用断电制动，而应采用通电制动控制，其电路如图3所示。当电动机得电运转时，电磁抱闸线圈无法得电，闸瓦与闸轮分开无制动作用；当电动机需停转按下停止按钮SB2时，复合按钮 SB2的常闭触头先断开切断KM1线圈，KM1主、辅触头恢复无电状态，结束正常运行并为KM2线圈得电作好准备，经过一定的行程SB2的常开触头接通KM2线圈，其主触头闭合电磁抱闸的线圈得电，使闸瓦紧紧抱住闸轮制动；当电动机处于停转常态时，电磁抱闸线圈也无电，闸瓦与闸轮分开，这样操作人员可扳动主轴调整工件或对刀等。

图3 电磁抱闸通电制动控制电路

机械制动主要采用电磁抱闸、电磁离合器制动，两者都是利用电磁线圈通电后产生磁场，使静铁芯产生足够大的吸力吸合衔铁或动铁芯(电磁离合器的动铁芯被吸合，动、静摩擦片分开)，克服弹簧的拉力而满足工作现场的要求。电磁抱闸是靠闸瓦的摩擦片制动闸轮．电磁离合器是利用动、静摩擦片之间足够大的摩擦力使电动机断电后立即制动。

2．电力制动

电动机在切断电源的同时给电动机一个和实际转向相反的电磁力矩(制动力矩)使电动迅速停止的方法。最常用的方法有：反接制动和能耗制动。

(1) 反接制动。在电动机切断正常运转电源的同时改变电动机定子绕组的电源相序，使之有反转趋势而产生较大的制动力矩的方法。反接制动的实质：使电动机欲反转而制动，因此当电动机的转速接近零时，应立即切断反接转制动电源，否则电动机会反转。实际控制中采用速度继电器来自动切除制动电源。

反接制动控制电路如图4所示。其主电路和正反转电路相同。由于反接制动时转子与旋转磁场的相对转速较高，约为启动时的2倍，致使定子、转子中的电流会很大，大约是额定值的10倍。因此反接制动电路增加了限流电阻R。KM1为运转接触器，KM2为反接制动接触器，KV为速度继电器，其与电动机联轴，当电动机的转速上升到约为100转／分的动作值时．KV常开触头闭合为制动作好准备。

图4 反接制动控制电路

反接制动分析：停车时按下停止按钮SB2，复合按钮SB2的常闭先断开切断KM1线圈，KM1主、辅触头恢复无电状态，结束正常运行并为反接制动作好准备，后接通KM2线圈(KV常开触头在正常运转时已经闭合)，其主触头闭合，电动机改变相序进入反接制动状态，辅助触头闭合自锁持续制动，当电动机的转速下降到设定的释放值时，KV触头释放，切断KM2线圈，反接制动结束.一般地，速度继电器的释放值调整到90转／分左右，如释放值调整得太大，反接制动不充分；调整得太小，又不能及时断开电源而造成短时反转现象。反接制动制动力强，制动迅速，控制电路简单，设备投资少，但制动准确性差，制动过程中冲击力强烈，易损坏传动部件。因此适用于l0kw以下小容量的电动机制动要求迅速、系统惯性大，不经常启动与制动的设备，如铣床、镗床、中型车床等主轴的制动控制。

(2)能耗制动。电动机切断交流电源的同时给定子绕组的任意二相加一直流电源，以产生静止磁场，依靠转子的惯性转动切割该静止磁场产生制动力矩的方法。原理分析：电动机切断电源后，转子仍沿原方向惯性转动，如图5设为顺时针方向，这时给定子绕组通入直流电，产生一恒定的静止磁场，转子切割该磁场产生感生电流，用右手定则判断其方向如图示。该感生电流又受到磁场的作用产生电磁转矩，由左手定则知其方向正好与电动机的转向相反而使电动机受到制动迅速停转。可逆运行能耗制动的控制电路如图6所示。KV1、KV2分别为速度继电器KV 的正、反转动作触头，接触器KM1、KM2、KM3之间互锁，防止交流电源、直流制动电源短路。停车时按下停止按钮SB3，复合按钮SB3的常闭先断开切断正常运

行接触器KM1或KM2线圈，后接通KM3线圈，KM3主、辅触头闭合，交流电流经变压器T，全波整流器VC通入V、W相绕组直流电，产生恒定磁场进行制动。RP 调节直流电流的大小，从而调节制动强度。

图5 顺时针方向

图6 可逆运行能耗制动的控制电路

能耗制动平稳、准确，能量消耗小，但需附加直流电源装置，设备投资较高，制动力较弱，在低速时制动力矩小。主要用于容量较大的电动机制动或制动频繁的场合及制动准确、平稳的设备，如磨床、立式铣床等的控制，但不适合用于紧急制动停车。

能耗制动还可用时间继电器代替速度继电器进行制动控制。

电动机的制动方法较多，还有如电容制动、再生发电制动等，但实际应用主要是上述四种方法，其各有特点和使用场合。

四．结束语

在我们日常生产生活中电力拖动扮演着重要的角色，人们的生活渐渐地离不开了电力拖动，一些工厂为了工作的需要已经将电力拖动由原来的机械部件升级为现在的数字元件，但是无论什么样的原件，电力拖动还是会有一部分机械部分。不管我们用的是数字还是机械的，最重要的就是要安全生产，按照操作规程来要不本来是为了我们生产的不按照规程来到时候安全系数就会降低，就会容易引发事故，所以我们不管从事什么职业都要按照操作规程来。

五．参考文献

1王军，电机及电力拖动[M]，北京中国农业出版社，2004

2李瑞光，电机与电力拖动基础[M]，杭州浙江大学出版社。2002

3候恩奎，电机与电力拖动[M]，北京机械工业出版社1991

4张晓江，电机及电力拖动基础实验[M]，北京机械工业出版社2006