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1、第一章 交流电动机控制装置1.1 交流电动机控制箱性能介绍交流电机控制箱的基本作用主要是对电机进行起动控制、转向控制、制动控制，以及 进行安全保护工作。每个控制箱都有一个铭牌，上面标有控制箱的型号、电压、电流、防护等级等参数， 以便于识别和使用。控制箱在不同的场所使用有不同的防护等级要求，常用的表示方法是：“IP”加二个 数字来表示其可达到的防护等级。如“IP21”表示这类控制箱具有防滴水且防护大于 12 毫米的固体物进入控制箱。控制箱的核心部分是磁力起动器，船上不超过 l0kW 的电动机都可以直接由磁力起动 器来控制起动(对于电站容量较大的船舶，有更大的电动机是直接起动的)。磁力起动器原 理
2、如图 111 所示。 图 111 磁力控制起动器原理图磁力起动器一般具有三相电源开关、保险丝、起动按钮、停止按钮、接触器、热继电 器和相关的线路。磁力起动器线路由二部分组成：主电路和控制电路。主电路一般处于图的左边或上边， 由粗实线表示；控制电路一般在图的右边或下边，由细实线来表示，很容易区分，主电路 由接触器来控制电动机的起动和停止；控制电路由自保、短路保护、失压保护、过载保护 等环节组成来控制接触器。1.2 交流电动机磁力起动器工作原理磁力起动器的动作原理如图 111 所示：1接通三相电源 QS 使控制线路得电；主电路上部得电。2正常情况下热继电器和停止按钮处于闭合导通状态，这时按下处于常
3、开位置的起动 按钮，使接触器线圈通电，触头动作。3通电后 KM 主触头闭合，辅触头闭合自保。一方面接通主电路使电动机通电运转， 另一方面接通并联在起动按钮上的辅触头，使起动按钮在松开的状态下也能继续使接触器 的线圈通电，完成自保工作。4停止时，按停止按钮，使接触器线圈失电，一方面其主触头断开，使电动机定子绕 组与电网脱开，电动机停转，另一方面使并联在起动按钮上的辅触头脱开，解除自保。1.3 交流电动机的保护电动机的保护主要包括失压欠压保护、短路保护、过载保护和互锁保护等。1失压欠压保护通常利用接触器线圈本身的特性和接触器的自保触头进行保护。当电源失电后，接触 器失电，其自保触头断开。当重新来电
4、时，只有重新按下起动按钮才能运行，实现失压保 护。当电源电压过低时，接触器在反力弹簧作用下，衔铁释放，使主触头断开，实现欠压 保护。2过载保护电动机的过载保护是通过热继电器实现的。热继电器的热元件串在电动机的主电路中。 对于三相电动机，至少要有两个热元件。当电动机过载时，热继电器动作，串在控制电路 中的常闭触头断开，使控制电路失电而保护电动机。3短路保护电动机的短路保护是通过熔断器来实现的。当由于电动机或线路故障而形成短路时， 会产生较大的电流，使熔断器烧断，从而切断电动机的电源。4互锁保护当电动机具有正反转控制时，都设有互锁保护。一方面在电路中设有互锁的触头，如 正转接触器回路中串有反转常闭
5、辅触头，反转回路中串有正转常闭辅触头。当正转回路工 作时，串在反转回路中的常闭触头打开，使反转接触器不能工作，防止了短路意外的发生； 同理，反转时也同时切除正转回路。另一方面，在按钮或接触器上还设有机械的互锁，使 两个回路不能同时工作。1.4 交流电动机控制装置的维护保养1 日常保养(1)保持箱体清洁。(2)日常检查并保持电源指示、运转指示状态良好。(3)保持箱体密封良好。(4)监视绝缘，低于“1M”时要及时处理。2定期养护 我们以列表的形式给出保养要求。 周期项目维护内容 每月控制箱内外部检 查清洁；检查箱体水密；检查指示灯应完好接线检查接线紧固；线路测绝缘每季 器件检查接触器保养；开关、保
6、险检查保养 半年器件调整接触器调整；器件动作顺序检查，时间调整 1 年箱体检修视情除锈油漆；减振装置检查，底脚螺丝紧 固 接线检查视情检查背部接线并紧固；线路标号2-3 年 器件检查调整热继电器校调；联锁检查校调1.5 电动机控制装置常见故障及处理故障现象可能的原因处理方法指示灯损坏查明是指示灯损坏时更换电源未接通用表测量电源，确认后接通电源保险损坏测量保险上端有电压、下端无电压，更换保险丝无电源显示指示灯线路断 线测量指示灯两端无电压，在指示灯回路中测量有电 压的线即为断线，更换线路起动按钮损坏断电后测量其按下时的电阻，电阻很大时应修理或 更换停止按钮损坏断电后测量其电阻，电阻很大时应修理或
7、更换接触器线圈损 坏断电后测量其电阻，应有一定的阻值，无穷大时为 线圈损坏，应更换；或通电时测量有电压，但没有 要动作的迹象，证明线圈损坏，应更换控制回路中有 断线断电后测量线圈电阻，在保证没有其它通路的情况 下，通的为正常，不通的为断路处；带电测量时， 回路中有电压的线路或器件为断路点（接触器线圈 断路时也一样）有电源指示， 但按起动按 钮时无反应电源电压低测量电压，太低时应不允许起动电动机故障按电动机故障处理电源缺相检查电源电压，排除缺相起动后接触 器吸合但电 动机不转接线错误检查接线并排除自保触头损坏断电后将接触器推向吸合位置，测量常开辅触头， 不通时为已损坏，修理或更换按起动按钮 时能
8、起动， 手拿开后就 停止自保回路断线断电后测量并联在起动按钮的线路，从按钮到常开 触头的任何一根不通的线即为断线，将其更换按钮损坏更换按钮接触器卡阻可切断电源，检查卡阻原因，修理或更换接触器线路绝缘损坏单个线路用万用表测量时没有问题，但用兆欧表测 绝缘时发现有对地短路，造成电流绕过按钮的情况， 颗找出接地点并消除停止按钮不 起作用新控制箱或经 过修理则可能 是接线错误按图重新查线、接线接触（继电） 器故障电压不够检查并测量电压，确认后排除 控制箱异响接触器吸合不到位消除卡阻，并清洁活络接触器短路环 损坏更换接触器热继电器损坏热继电器调整问题或过载、单相运行。测量电动机 三相电流，平衡时，如超过
9、额定值则因消除负载过 大问题；不平衡时检查主电路，有单相或接触不良， 可检查电动机或接触器，接触器上的反应是主触头 下端电压不平衡，电压低的为故障点，修复触头或 更换接触器，电动机问题可参阅电动机的故障处理运行后自行 停止线路松动接触 不良对控制回路线路重新紧固。为了确认是哪一点出故 障，可测量回路通路各处的电压，正常情况下，导 通的导线或触头开关是不应有电压的，但接触不好 或松动时会有一定的电压，由此可以检查出线路绝缘损坏用兆欧表测量，找出故障点，对接头进行处理或更 换故障线路绝缘损坏底板绝缘损坏用绝缘剂清洁底板，提高绝缘或更换底板.6 异步电动机的起动及控制一、三相异步电动机的起动一、三相
10、异步电动机的起动异步电动机定子绕组接入电网后，转子从静止状态到稳定运行状态的过程，称为起动 过程，简称起动。通常要求电动机具有足够大的起动转矩，以拖动机械负载较快地达到稳 定运行状态，而起动电流不要太大，以免引起电网电压下降太多，影响电网上其它负载的 正常工作。此外，还要求起动设备尽可能简单、可靠、经济。由电磁转矩公式T=KsR2U2(R2十(sX20)2)式中：K 一常数U1一定子电压R2一转子电阻S 一转差率X20一转子不动时的漏磁感抗由此可知：起动时转差率为 1，起动转矩与电源电压的平方成正比，与转子电阻、转子漏抗有关。 通过理论分析可知，在一定的电源电压和频率下，适当增大转子电阻既能降
11、低起动电流又 能增大起动转矩，是改善起动性能的最有效方法，但这只能用于绕线式转子，因为它能通 过碳刷和滑环在转子电路中串加起动电阻。对于鼠笼式异步电动机，转子电阻是固定的， 增加转子电阻对起动有好处，但在正常情况下却增加了转子铜耗，使效率降低，在通常情 况下是不可取的。对一般普通结构的鼠笼式异步电动机，起动电流倍数为 57；起动转矩 为额定转矩的 12 倍。另外，在一定的电源频率和电动机参数下，降低外施电压也能减小 起动电流，但是，由于起动转矩与外施电压的平方成正比，所以起动转矩也要减小。鼠笼式异步电动机的起动：鼠笼式异步电动机的起动方法主要有两种：直接起动和降压起动。直接起动就是把电 动机的
12、定子绕组直接接到额定电压的电网上进行起动。前面讲到的单独用磁力起动器进行 起动控制的就是直接起动。它的优点是起动设备简单，操作方便，缺点是起动电流大。目 前船舶上小容量的电动机大都采用直接起动。降压起动是降低鼠笼式异步电动机定子绕组电压来起动的方法。降压起动的目的是减 小起动电流，但在降压起动的同时，起动转矩也减小了。所以，降压起动只适用于对起动 转矩要求不高的场合，如驱动容量很大的离心泵和通风机的电动机。常用的降压起动方法 有星形一三角形换接起动、自耦变压器起动、定子电路中串电抗器(或电阻)起动三种。现 在较为先进的起动控制还有变频起动和软起动。 二、二、Y 一一起动起动 Y 一换接起动只适
13、用于正常运行时定子绕组接成三角形的电动机，在起动时把它接 成星形，起动完毕后再换接成三角形。如图所示，定子绕组的六个引出线分别接至换接开关 K2上，起动时，定子绕组接成星形，使各相电压降为额定相电压的 1，待转速上3升到 8595额定转速时，再将定子绕组接成三角形，使各相绕组以额定电压运行。Y 一 起动控制实际接线如图 1-6-1 所示。a)接线图 b)原理图 图 1-6-1 所示 Y 一降压起动接线原理图a)图按旧标准电气图形符号绘制 b)图按新标准电气图形符号绘制图 1-6-2 时间继电器控制 Y-降压起动原理图图 1-6-2 所示控制系统是使用时间控制原则，动作过程如下：当按下起动按钮
14、QA(SB2)时，接触器 C(KM)线圈同时得电吸合，电动机 D(M)接成星 形降压起动。与此同时，时间继电器 SJ(KT)线圈同时得电，SJ(KT)的常闭触头延时打开， CY (KMY)线圈失电释放，SJ(KT)的常开触头延时闭合，C (KM)线圈得电吸合，电动机 D(M)定子绕组由星形自动改按成三角形。时间继电器 SJ(KT)的触头延时动作的时间由电动 机的容量及起动时间的快慢决定。图 1-6-3 是某艘货轮消防总用泵或舱底总用泵的控制原理图，它也是采用 Y-降压起 动。这个控制箱中起动控制要先通过自吸装置(SPD)的控制才能进入下一个工作程序。当 自吸装置电磁阀 CT 工作后，已经有水使
15、浮子开关 FZK 接通了，其起动过程就可以按程序 进行。工作程序大致如下：图 163 消防总用泵起动控制系统原理图1按起动按钮 QA 则中间继电器 CJl得电，使 23 号线有电，从而 CT 电磁阀得电，自 吸装置工作，进而使浮子继电器 FZK 接通使 24 号线得电：同时 25 号线得电使 JS2得电延 时(延时 2 分钟)，在此期间若不能建立水压则去切除 CJl进行保护，若建立水压则压力继电 器 YT 断开切除 CT 和 JS2。2 在 24 号线有电时，接触器 XC 工作使电机接成星形，同时自保触头自保并使 JSl 工作(延时 38 秒，为起动时间)，从而使接触器 QC 工作，一方面使电
16、机接通电源另一方 面进行自保，星形起动就此开始。3，当 JSl经 38 秒延时后，一路触头切除接触器 XC，另一路使中间继电器 J 得电工作。4中间继电器 J 工作后，一路触头自保，另一路触头接通三角形工作接触器 CJ 使电 动机在三角形接法状态下工作。 三、自耦变压器降压起动三、自耦变压器降压起动 自耦变压器降压起动的接线图和原理图如图 164 所示。起动时，自耦变压器的高 压边接电源，低压边接到电动机的定子绕组上，待其转速基本稳定时，再把电动机直接接 到电网上，同时将自耦变压器从电网上切除。a)接线图 b)原理图 c)一相电路图 图 164 自耦变压器降压起动的接线图和原理图 若自耦变压器的变比为 K，则当用自耦变压器降压起动时，电网供给的起动电流将为 直接起动的 1/K2，但由于起动转矩正比于电压的平方，所以起动转矩也降至 1K2。这种 起动方法的优点在于
