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1、机电一体化实验指导书实验二 三相异步电动机的换接时间控制一、 实验目的1、 熟悉三相交流异步电动机的换接起动的目的和意义。2、 进一步熟悉三相异步电动机接线柱的不同接法。3、 通过实验熟悉时间继电器及异步电动机时间控制线路的原理。二、 实验内容1、 时间继电器控制三相异步电动机的星形起动，延时后自动换接成三角形正常工作。2、 同样的线电压情况下，三相异步电动机定子接线柱的接线的不同接法，对定子绕组相电压以及线电流的影响。三、 实验元器件、仪器与设备1、 智能化电与电子技术实验台；2、 数字式万用表；3、 三相鼠笼式异步电动机四、 实验原理在使用交流接触器控制的电气控制系统中，时间继电器的延时后
2、定时控制被广泛地应用，其中最具代表性的就是控制电机起动时用星形起动、随后延时自动换接为。1、 三相异步鼠笼式电机的起动特点三相异步交流电机起动时，由于转子线圈相对切割旋转磁场的转速很高，因此感应出的电流极大，导致电机的定子线电流很高。通常，起动瞬间的起动电流是其额定运转时的电流的47倍。尽管随着转子转速的快速上升，电机线电流也快速下降，但是对供电电路的影响还是不容忽视的，对于中大功率的电机必需给与足够的重视。电机起动瞬间电流很大，导致工电线路上的压降增加，在生产中带来的影响主要在以下场合：l 频繁地直接起动电机会导致该电机所用的供电线路平均压降下降很多，使得与该电机共用同一线路的设备长时间处于
3、低电压情况下工作，导致这些设备故障率大幅提高，使用寿命降低。l 加大了线路上的电压的波动，使得邻近设备的正常运行受到极大的地影响，甚至会导致设备停止运行。l 频繁地起动电机，也会使得该电机的温升较大，这对该电机自身影响也是极大的。2、 三相异步电动机的起动方法三相异步电动的起动方法由电机的起动特点所决定，电机的起动特点是：l 起动电流大，对电机自身和临近设备和线路的影响极大。l 起动功率因素较低，这意味着电机起动过程中所能承受的负载力矩或输出的机械功率是较低的。针对上述电机的起动特点，鼠笼式电机的起动方法主要分为两大类：1) 直接起动。对于单独线路的小功率鼠笼式电动机，可以采用直接起动。即在起
4、动时直接将电机的额定电压加到电机定子上。对于中大功率的电机的直接起动需要在其供电线路上加装独立的隔离变压器，这样才能减小直接起动时的大电流对线路的影响。2) 降压起动。其原理是在起动时将电机定子线圈的电压降低，这样起动电流会随得到降低，以减小直接起动带来的不良影响。当电机完成了起动过程后，通过手动或自动的方法将电机的额定电压加到电机定子上，让电机在额定电压下正常驱动负载。使用降压起动方式要求电机必需空载起动，然后在恢复额定电压后再接到负载上工作！鼠笼式电机降压起动的方式很多，应用较多的主要有：l Y-D 降压起动起动时通过将电机的定子线圈接成“Y”形，这样每相电机定子绕组实际得到的电压为电源的
5、相电压UP；到了起动转速接近稳定后，再将电机定子绕组接成“”，这样电机定子绕组实际得到的电压是其额定电压，即三相供电电路的线电压UL。使用这种方式的电机必须是额定工作时，定子绕组要求接成“”的，否则是不能达到要求的。利用Y-D 降压起动，其电流、电压和力矩有如下关系：这样，通过改变定子绕组的接法见下图2-1，降低电动机的起动电压，待电动机转速接近稳定转速时，再把电压恢复正常。达到了降低起动电流的目的。D型W1V1U1U2V2W2U1 U2V1W1V2W2Y型图2-1 交流异步电动机定子的接法图2-2 电机接线柱不同接法示意图l 供电电路串联自耦变压器的降压起动方法 该方法使用串联的三相自耦变压
6、器，将三相电路直接接到变压器的初级，定子接线柱接在变压器的次级，变压器的变比大于1，这样次级电压低于初级电压。起动时，还可以改变次级的匝数从而改变起动时的电压，以改变起动电流的大小。l 供电电路串联阻抗的降压起动方法起动时，在定子的线电流线路串联对称的三相电感性阻抗，利用每相阻抗与所串联的定子绕组的分压关系，使得绕组实际得到的电压低于额定电压，起动电流自然降下来。待电机转速稳定后在切断该阻抗，恢复电机的额定电压。原理图如下2-3所示：图2-3 定子线圈串联电抗降压启动这种方法所用器件少，接线简单，但是在转换瞬间产生的电弧较大，适用于小容量电机。3、 时间继电器时间继电器的控制方式属于时间控制方
7、式，即通过硬件或软件进行定时、延时控制。在交流异步电动的延时硬件控制中，通常采用时间继电器。时间继电器分为两大类，每类都具备线圈、延时辅助触点、即时辅助触点：l 通电延时型。线圈通电时，即时触点立即动作，而延时触点必须等待事先设定的时间t后才能动作；断电时，所有触点都属于立即动作。图2-4 通电延时型时间继电器符号l 断电延时型。线圈通电时，所有触点立即动作；断电时，即时触点立即动作，而延时触点必须等待事先设定的时间t后才能动作。图2-5 断电延时型时间继电器的符号4、 使用时间继电器控制的三相交流异步电动机的Y-D 降压起动控制用时间继电器控制电机星型起动，延时t后自动转接成三角形的原理图见
8、下图2- 6所示图2-6 三相异步交流电动机Y-D 降压起动控制电路原理图工作原理：l 起动：按下SB2按钮 时间继电器KT吸引线圈通电，辅助即时常开触点立即闭合，保持KT处于自锁状态。 Y形连接继电接触器KM2吸引线圈通电KM2主触点闭合，主电路上电机的接线接成Y形接法。同时控制电路上的KM2辅助常开触点闭合KM1吸引线圈通电主电路上KM1主触点闭合，电机按照Y形起动。 由于KM2 工作，其辅助常闭触点断开，KM3吸引线圈不通电，主电路上KM3的主触点不会闭合，只要电机处于星型连接时该触点不会误动作！l 延时t后，时间继电器的延时断开辅助常闭触点断开导致KM2吸引线圈断电，所有KM2 的主触
9、点、辅助触点全部恢复导致： KM1线圈断电，其主触点断开电机绕组与三相电的连接，电机停止。 KM2常闭辅助触点闭合导致KM3吸引线圈通电，电机此时改接成三角形接法。随即KM3的辅助常开触点闭合，导致KM1吸引线圈通电，于是电机按三角形接法正常转动。 时间继电器的延时功能已完成，此后不会有任何动作。l 停车：按下SB1手动按钮，所有继电器及其触点恢复到图示的断电原始状态。原理过程框图：按下SB2KT工作，并开始计时KM2 工作KM1工作，电机星型起动；KM3 不通电KT继续通电工作，但不作用KM2 断电KM1断电KM3通电KM1通电；电机三角形正常运行图2-7 控制原理过程图特点：在电机定子绕组
10、进行Y型连线或三角形连线的时刻，电机处于断电状态，比较合理！9五、 实验内容步骤1. 调整实验台三相调压输出电压开启实验台的电源，用交流电压表监测，调整“三相调压输出”端口U、V间的线电压为：380V2. 关闭实验台的电源，随后按照下图2-8 所示实验接线图完成主电路的连线。接线中注意自行定义各个交流接触器的名称，同时仔细辨别交流异步电动机定子绕组接线端柱。完成后仔细检查连线是否准确无误！图2- 8三相交流异步电动机“Y”降压换接起动接线图3. 从SB1开始连接依次完成上图中控制电路的的所有连线。由于实验台上的时间继电器没有即时触点，也没有中间继电器，所以控制电路部分相对原理图增加了一个交流接
11、触KM4，在实验中注意分析和观察它的作用。接线完成后对照着接线图仔细检查连线是否正确！4. 调节实验台上的时间继电器的延时时间码按钮，将时间设定为15s。完成后意味着，该继电器的延时触点将在它的吸引线圈通电15秒后才动作，也就是电机将会先以Y形连接（此时电机每相定子绕组实际电压为220V）下运转15秒，随后进行极短暂的停车，在这瞬间将完成的换接，随后通电进入到每相定子绕组以额定电压380V状态正常运转。为了在运行中，特别是换接过程中看清楚各个交流接触器是否通电，在连好的实验线路上按照图2- 9所示位置分别在各个继电器的吸引线圈的两端并联上一只220V/25W的白炽灯，这样实验中可以通过它看清楚
12、灯泡所并联的继电器的通电情况。图2- 9用白炽灯指示继电器通电状态的电动机“Y”降压换接起动接线图注意：白炽灯的一端必须接在继电器的图示左端，即进线段。灯的另一端接到三相调压输出的中性线端口。5. 再次检查连线是否都正确，经教师同意后，通电进行实验并依照表2-1所示内容记录观察到的实验效果。如实验效果达到要求，可以尝试改变时间继电器的延时时间t，观察其换接情况。表2-1 电动机“Y”降压换接起动实验结果实验进程灯L1灯L2灯L3灯L4灯L5灯LT电机备注按下SB2灯亮记录为并用序号记录灯开启的顺序。电机转动记录为15秒时大于15秒后6. 实验成功并完成记录后，经教师同意便可断开实验他的电源，随后拆除实验连线，整理捆扎实验导线，将所用电机、实验箱归位，最后在实验仪器登记记录本上按要求登记。最后在实验考勤名单上签字后方能离开实验室。六、 实验数据整理及思考题1、 整理实验结果，根据所记录的结果分析图2- 的工作原理。2、 对比原理图2- 分析实验中所用的KM4的作用。3、 为什么所有白炽灯的另一端都要和中性线相连？4、 实验心得体会及建议：西南林业大学学生实验报告学生姓名： 专业： 学号： 实验名称： 内容：指导教师： 日期： 年 月 日课程名称： 成绩：
