任务六、三相异步电动机其他基本控制电路

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降压启动多点控制控制电路工程选型

三相异步电动机其他基本控制电路

看清降压启动与多点控制的电路逻辑与适用边界

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降压启动多点控制控制电路工程选型

三相异步电动机其他基本控制电路

看清降压启动与多点控制的电路逻辑与适用边界

1第 1 页 · 三相异步电动机其他基本控制电路

三相异步电动机的启动问题

工厂配电柜合闸那一瞬,整条母线的灯都暗了一下——这是大电机直接启动的典型症状。这一页从电磁本质拆解:合闸瞬间转子内发生了什么,电流为何冲到额定值的4~7倍,转矩却没跟上。

启动瞬间 s=1
转子静止,转差率最大;转子感应电动势与频率都达到最大值
启动电流冲击
Ist≈(4~7)IN,约为额定电流的4到7倍,相当于变压器短路电流
启动转矩不成比例
Tst≈(0.8~2)TN,与U1²成正比,仅略高于额定转矩,倍数远低于电流
工程后果
电流冲击引起电网压降、绕组过热;转矩不足则重载无法启动
推一辆重载货车起步对应 →电机直接启动

脚下要猛蹬才能咬住(电流暴增),但起步推背感远不如电流那么夸张(转矩仅略高)

IstU1Zk=U1(R1+R2)2+(X1σ+X2σ)2I_{st}\approx \dfrac{U_1}{Z_k}=\dfrac{U_1}{\sqrt{(R_1+R_2)^2+(X_{1\sigma}+X'_{2\sigma})^2}}
2第 2 页 · 三相异步电动机的启动问题

为什么要降压启动

工厂配电室里,100kW 电机一合闸,配电柜电压表指针就猛地往下抖——这就是启动电流的真实冲击。上页我们梳理了启动的多种问题,这页聚焦最核心的一对矛盾。

启动电流的量级
直接启动电流可达额定电流的 4~7 倍,瞬时冲击很大
电网的承载边界
电网阻抗有限,大电流必然拉低母线电压
矛盾的核心
电机要起得来,但电流冲击不能拖垮电网和其他设备
降压启动的权衡
降电压按比例降电流,但转矩与电压平方成正比也会下降
小区变压器集中开空调对应 →电网容量承受启动电流

变压器容量=电网容量,集中开机=电流冲击,容量不够时整栋楼电压都被拉低

$$I_{st} = (4\sim7)I_N, \quad T \propto U^2$$
3第 3 页 · 为什么要降压启动

降压启动的分类

电阻降压、变压器降压、星三角等主要方式

降压启动的分类
电阻降压、变压器降压、星三角等主要方式
4第 4 页 · 降压启动的分类

定子串电阻降压原理

前页我们把降压启动分了几类,最直接的一种是「电路里串个电阻」。加电阻为什么能降压,又为什么必须启动后去掉?这一页拆开看。

串联分压
电阻 R 与定子绕组串联,电源电压按阻值比例分配给 R 和绕组
启动电流下降
启动瞬间反电动势≈0,电流由阻抗决定;外接电阻越大启动电流越小
启动转矩下降
机械特性上 T∝U²,电压降到 1/k 则转矩降到 1/k²
切除时机
进入正常转速后须用接触器把 R 短接,否则电机长期欠压且出力不足
主管道中插一段细管对应 →串联电阻降压

细管让水压降低对应电阻分压;摩擦发热对应电阻能耗;启动后必须拆除对应短接电阻

Ist=UNRst+Rext,kI=RstRst+RextI_{st}=\frac{U_N}{R_{st}+R_{ext}},\quad k_I=\frac{R_{st}}{R_{st}+R_{ext}}
5第 5 页 · 定子串电阻降压原理

定子串电阻降压启动电路

主电路与控制电路的完整连接

定子串电阻降压启动电路
主电路与控制电路的完整连接
6第 6 页 · 定子串电阻降压启动电路

启动过程时序分析

沿时间轴从左到右读:四个元件按什么顺序接力,把电机从停机带到全压运行。

图解渲染中…
SB启动按钮,发出降压启动指令的源头KM1主接触器,接通主回路,电机串电阻降压启动KT通电延时型时间继电器,决定电阻切除时机KM2短接接触器,把启动电阻从主回路中切除
7第 7 页 · 启动过程时序分析

时间继电器控制方式

上一页画出了启动时序——t0通电、t1切除电阻、t2全压运行。可这些'时刻'由谁拍板?人盯电流表?当然不是。电路里有个专门的'计时员'——时间继电器。

时间继电器
控制回路中的自动计时元件,接收信号后开始计时,到达整定时间自动切换触点
通电延时型
线圈得电瞬间开始计时,时间到后常闭触点延时断开、常开触点延时闭合
控制回路接入
KT的延时断开常闭触点串入切除启动电阻的接触器线圈支路
延时整定依据
略大于电机加速到接近额定转速所需时间,过短冲击大,过长则降压时间过久
定时闹钟对应 →时间继电器

设定好响铃时刻(整定值),时间一到自动响铃(触点动作),替代人工判断

8第 8 页 · 时间继电器控制方式

各种降压启动方式对比

学完定子串电阻,自然要问:和工业更常见的自耦变压器比,差距在哪?

定子串电阻降压启动
  • 适用:任何鼠笼式电机均可
  • 启动电流:随串入电阻增大而下降
  • 启动转矩:随端电压下降而下降
  • 结构:电阻+接触器,简单但启动耗能
自耦变压器降压启动
  • 适用:任何鼠笼式电机均可
  • 启动电流:按抽头比降为 K² 倍
  • 启动转矩:与电压平方成正比可调
  • 结构:自耦变压器,体积大成本高
教学演示或小功率场合用串电阻(简单);工业现场优选自耦变压器(可调、节能)。
9第 9 页 · 各种降压启动方式对比

多点控制的应用场景

工厂里几十米长的传送带,控制柜装在车间一头,工人站在另一头——让他每次跑过去按按钮显然不现实。多点控制就是让操作工人在最方便的位置就能启停同一台电机。

长距离设备
传送带、流水线跨度从几米到上百米,首尾两端都可能需要操作
多工位协同
大车间里多个操作工在不同工位工作,各自都需要就近启停
安全冗余
任何位置都能紧急停机,是电气控制不可妥协的硬约束
电路核心规则
启动按钮并联(任一可启)、停止按钮串联(任一可停)
走廊两端各装一个灯开关对应 →多点控制同一台电机

进任何一个门都能开/关灯——和多点启停完全同构,电路都是「开并联、关串联」

10第 10 页 · 多点控制的应用场景

多地点启停控制原理

工厂传送带长达几十米,两头都要装按钮——任意一端按下启动电机都能转,任意一端按下停止电机都会停。这背后就两条铁律:启动并联、停止串联。

启动按钮并联
多个 SB 常开触点并在一起,任一按下回路即通,对应 OR 逻辑
停止按钮串联
多个 SB 常闭触点串入干路,任一按下回路断开,可靠停机
启动 OR 逻辑
任一启动点动作,KM 线圈得电吸合并自锁,电机持续运行
停止安全优先
任一停止点动作,自锁回路被切断,KM 失电释放,电机立即停转
商场多入口与机床多急停对应 →多地点启停接线

商场多个大门任一能进对应启动并联;机床多个急停按钮任一能停对应停止串联

11第 11 页 · 多地点启停控制原理

多地点启停控制电路

从左到右读控制回路:电源→串联的两地停止→汇接点→KM线圈;两地启动并联后同样汇到该点。

图解渲染中…
a1甲地停止按钮,常闭触点,串联在控制干路a2乙地停止按钮,常闭,与SB1串联工作x汇接点:串联停止、并联启动、自锁触点都接到这kmKM吸合后辅助常开触点闭合,旁路启动按钮形成自锁
12第 12 页 · 多地点启停控制电路

紧急停机控制

多点控制解决了「从哪儿都能启停」,但真遇到紧急情况——机械臂夹住工人、皮带缠住手臂——还要跑去对应位置按停止按钮就太慢了。急停按钮用一个大号蘑菇头常闭按钮,一按全停,更安全。

急停用常闭触点
默认接通,按下强制断开控制回路
按下即解除自锁
KM 线圈失电,主触点和自锁触点同时断开
松手按钮自动回弹
弹簧把按钮弹回闭合,但 KM 自锁触点仍断开
重启必须主动操作
必须再按启动按钮 SB1,自锁才能重新建立
拉下的家用总闸对应 →急停按钮的复位特性

拉闸后即使推上去,电路也不会自动恢复带电——必须主动合闸

13第 13 页 · 紧急停机控制

急停控制电路

先看运行中的电机如何停机,再比较松开急停与手动复位的差异。

图解渲染中…
a2急停的常闭触点断开,控制回路断电。a3接触器线圈失电,衔铁释放。a8辅助触点自锁,线圈保持得电。b1自锁式急停锁存停机命令。
14第 14 页 · 急停控制电路

知识点总结

降压启动与多点控制的要点回顾

知识点总结
降压启动与多点控制的要点回顾
15第 15 页 · 知识点总结

课后思考

先自己想,再看参考答案。能让你课后还想琢磨的问题,才是真的没吃透。

1降压启动的核心代价是启动力矩下降。如果负载要求满力矩启动,降压启动还能用吗?

参考答案牺牲启动力矩换启动电流下降。重载启动(如起重机、压缩机)时,降压后启动力矩已小于负载力矩,电机无法启动。此时应选变频或软启动等方案。

2急停电路中,急停按钮的常闭触点能否换成常开触点?两种接法在故障表现上有何本质差异?

参考答案可以换,但会失去「故障安全」特性。常闭触点:断开=急停动作,断线=同样急停;常开触点断线时系统无法感知,可能在故障时仍正常运行,违反安全设计原则。

3用 PLC 改造这些控制电路时,时间继电器的延时功能如何用软件实现?软件延时有何潜在风险?

参考答案PLC 通过定时器指令(如 TON)实现延时,精度高、易调试。但软件延时受扫描周期影响,CPU 故障时定时器可能失效;硬件时间继电器独立工作,不依赖控制核心。关键场合需双保险。

16第 16 页 · 课后思考