星三角形启动电路控制.docx

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星三角形启动电路控制

PLC及运动控制系统创新实践报告

——Y-∆启动控制电路的设计

学院自动化科学与工程学院

学生姓名

学生学号

指导教师赖玉斌

提交日期2012年7月8日

一Y-∆启动控制电路介绍与要求

1Y-∆启动控制电路介绍

（1）通常对中、小容量的异步电动机均采用直接起动方式，起动时将笼型异步电动机的定子绕组直接接在交流电源上，电动机在额定电压下直接起动。

对于大容量的电动机，当电动机容量超过其供电变压器的某定值（变压器只供动力用时去25％，变压器供动力和照明公用时去50％），一般应采用减压起动方式，以防止过大的起动电流引起电源电压的下降。

减压起动方式一般有：

串电阻起动方式、串自耦变压器起动方式、Y-∆起动方式、延边三角形减压起动方式。

（2）本次实践选用Y-∆起动控制电路方式。

启动时将电动机定子绕组接成星形联结，加在电动机毎相绕组上的电压为额定值的

，从而减少了起动电流对电网的影响。

带起动后按预定整定的时间换接成三角形联结，是电动机在额定电压下正常的运转。

Y-∆起动方式的有点在于星形联结的启动电流只有原来三角形联结的

，起动电流特性好、结构简单；价格便宜。

缺点是起动转矩也相应下降为原来三角形联结的

，转矩特性差，因而本线路使用于电网电压380V、额定电压660/380V、Y-∆联结的电动机轻载起动的场合。

2基本要求

（1）绘制主线路与控制线路；

（2）启动时间30秒；

（3）保护电路（包括过载与短路保护）参数选择与计算；

（4）实验和调试；

（5）论述报告。

二Y-∆启动控制电路方案设计

（1）、主电路与控制电路设计

1）元器件介绍：

L1/L2/L3分别表示三根相线；

Q表示空气开关；

FU1表示主回路上的保险；

FU2表示控制回路上的保险；

FR表示热继电器；

SB1表示停止按钮；

SB2表示启动按钮；

KT表示时间继电器的线圈；

KM1表示主接触器的线圈；

KM2表示三角接触器的线圈；

KM3表示星接触器的线圈；

U1/V1/W1分别表示电动机绕组的三个同名端；

U2/V2/W2分别表示电动机绕组的另三个同名端；

2）工作过程介绍：

合上Q，按下SB2，接触器KM1、KM3与时间继电器KT的线圈同时得电。

KM3常开触头闭合，电动机线圈处于星形接法，KM3常闭触头断开，KM2和KM3互锁避免KM2误动作；

KM1常开触头闭合，自锁启动按钮；KM1常开触头闭合，KM3常开触头闭合，电动机得电运转，处于星形启动状态，电动机减压启动。

时间继电器KT延时到达以后，延时触点KT常闭触头断开，KM3线圈断电，KM3常开触头断开，KM1通过自锁仍然得电吸合着；主电路KM3常开触头断开，为电动机线圈处于三角形接法作准备；KM3常闭触头闭合，使KM2得电吸合；

KM2常闭触头断开，停止为时间继电器线圈供电，确保KM3不能得电误动作；KM2常开触头闭合是电动机线圈处于三角形运转状态。

电动机的三角形运转状态，必须要按下SB1停止按钮，才能使全部接触器线圈失电跳开，才能停止运转。

3）Y-△三角降压启动中的电压电流关系

Y形启动电压为三角形启动电压的

Y形启动电流为三角形启动电压的

Y形启动转矩为三角形启动电压的

（2）、元器件参数选择

1）熔断器

由于各种电气设备都具有一定的过载能力，允许在一定条件下较长时间运行；而当负载超过允许值时，就要求保护熔体在一定时间内熔断。

还有一些设备起动电流很大，但起动时间很短，所以要求这些设备的保护特性要适应设备运行的需要，要求熔断器在电机起动时不熔断，在短路电流作用下和超过允许过负荷电流时，能可靠熔断，起到保护作用。

熔体额定电流选择偏大，负载在短路或长期过负荷时不能及时熔断；选择过小，可能在正常负载电流作用下就会熔断，影响正常运行，为保证设备正常运行，必须根据负载性质合理地选择熔体额定电流。

（A）用于保护照明或电热设备的熔断器，因为负载电流比较稳定，所以熔体的额定电流应等于或稍大于负载的额定电流。

（B）用于保护单台长期工作电动机（即供电支线）的熔断器，考虑电动机起动时间时不应熔断，即熔体的额定电流≥（1.5～2.5）X电动机的额定电流。

（C）用于保护频繁工作电动机（即供电支线）的熔断器，考虑频繁起动时的发热，熔断器也不应熔断，即熔体的额定电流≥（3～3.5）X电动机的额定电流。

（D）用于保护多台电动机（即供电干线）的熔断器，在出现尖峰电流时也不应熔断。

通常，将其中容量最大的一台电动机起动，而其余电动机正常运行时出现的电流作为其尖峰电流，为此，熔体的额定电流应满足下述关系，即即熔体的额定电流≥（1.5～2.5）X容量最大的电动机额定电流+其余电动机额定电流之和。

本方案中，电动机额定电流为16A，电动机单台长期运行，故熔体的额定电流为24～40A。

再考虑到电动机轻载启动，选熔体额定电流为24A。

2）热继电器

热继电器是由流入热元件的电流产生热量，使有不同膨胀系数的双金属片发生形变

，当形变达到一定距离时，就推动连杆动作，使控制电路断开，从而使接触器失电，主电路断开，实现电动机的过载保护。

继电器作为电动机的过载保护元件，以其体积小，结构简单、成本低等优点在生产中得到了广泛应用。

　　热继电器的主要技术参数

额定电压：

热继电器能够正常工作的最高的电压值，一般为交流220V，380V，600V。

额定电流：

热继电器的额定电流主要是指通过热继电器的电流

额定频率：

一般而言，其额定频率按照45~62HZ设计。

　　整定电流范围：

整定电流的范围有本身的特性来决定。

它描述的是在一定的电流条件下热继电器的动作时间和电流的平方成正比。

　　热继电器的作用是：

主要用来对异步电动机进行过载保护，他的工作原理是过载电流通过热元件后，使双金属片加热弯曲去推动动作机构来带动触点动作，从而将电动机控制电路断开实现电动机断电

热继电器

停车，起到过载保护的作用。

鉴于双金属片受热弯曲过程中，热量的传递需要较长的时间，因此，热继电器不能用作短路保护，而只能用作过载保护热继电器的符号为FR。

热继电器主要用于保护电动机的过载，因此选用时必须了解电动机的情况，如工作环境、启动电流、负载性质、工作制、允许过载能力等。

　　（A）、原则上应使热继电器的安秒特性尽可能接近甚至重合电动机的过载特性，或者在电动机的过载特性之下，同时在电动机短时过载和启动的瞬间，热继电器应不受影响（不动作）。

　　（B）、当热继电器用于保护长期工作制或间断长期工作制的电动机时，一般按电动机的额定电流来选用。

例如，热继电器的整定值可等于0.95~1.05倍的电动机的额定电流，或者取热继电器整定电流的中值等于电动机的额定电流，然后进行调整。

　　（C）、当热继电器用于保护反复短时工作制的电动机时，热继电器仅有一定范围的适应性。

如果短时间内操作次数很多，就要选用带速饱和电流互感器的热继电器。

（D）、对于正反转和通断频繁的特殊工作制电动机，不宜采用热继电器作为过载保护装置，而应使用埋入电动机绕组的温度继电器或热敏电阻来保护。

本方案中，电动机额定电压为380V，额定电流为16A，电动机单台长期三角形连接运行，故选择带断相保护的热继电器，其的额定电压为380V,额定电流为16A。

3）时间继电器

时间继电器可分为通电延时型和断电延时型两种类型。

以空气阻尼式时间继电器为例来说明时间继电器的工作原理

空气阻尼型时间继电器的延时范围大（有0.4～60s和0.4～180s两种），它结构简单,但准确度较低。

当线圈通电时，衔铁及托板被铁心吸引而瞬时下移，使瞬时动作触点接通或断开。

但是活塞杆和杠杆不能同时跟着衔铁一起下落，因为活塞杆的上端连着气室中的橡皮膜，当活塞杆在释放弹簧的作用下开始向下运动时，橡皮膜随之向下凹,上面空气室的空气变得稀薄而使活塞杆受到阻尼作用而缓慢下降。

经过一定时间，活塞杆下降到一定位置，便通过杠杆推动延时触点动作，使动断触点断开，动合触点闭合。

从线圈通电到延时触点完成动作，这段时间就是继电器的延时时间。

延时时间的长短可以用螺钉调节空气室进气孔的大小来改变。

吸引线圈断电后，继电器依靠恢复弹簧的作用而复原。

空气经出气孔被迅速排出。

时间继电器：

当加上或除去输入信号时，输出部分需延时或限时到规定的时间才闭合或断开其被控线路的继电器。

A、电磁时间继电器：

当线圈加上信号后，通过减缓电磁铁的磁场变化而后的延时的时间继电器。

B、电子时间继电器：

由分立元件组成的电子延时线路所构成的时间继电器，或由固体延时线路构成的时间继电器。

C、混合式时间继电器：

由电子或固体延时线路和电磁继电器组合构成的时间继电器。

电磁式时间继电器是带有延时机构的螺管线圈式继电器，具有交流和直流规格。

继电器的交流规格继电器内部装有桥式整流器，将交流电源整流后供给电磁机构，每台继电器具有两副瞬时转换触点，一副滑动延时触点，一副延时主触点。

当加电压于线圈两端时，唧子（铁心）克服塔形弹簧的反作用力被吸入，瞬时转换触点进行瞬时转换，同时延时机构启动，经过一定的延时，然后闭合滑动延时触点和延时主触点。

主触点接触后由于上挡限制机构的转动，机构停止，从而得到所需延时。

当线圈断电时，在塔形弹簧的作用下，使唧子和延时机构返回原位。

静态时间继电器通常不带电，施加额定电压后，继电器内部瞬动继电器动作、同时晶振起振,产生时钟脉冲，经分频后由计数器计脉冲数，当所计脉冲数达到延时整定值时，触发器翻转，驱动出口继电器动作，实现所需延时，由于采用了晶体振荡器并增加时间补偿预置电路，对于极短的延时值也严格符合整定值，具有极高的精度。

选型方法

　（A）、确定继电器是用在直流回路还是交流回路里，并确定额定电压等级，常用为220V、110VDC/AC；

　　（B）、确定安装方式,如：

导轨式，凸出式，嵌入式等（是柜内安装还是面板开孔安装，抽屉柜一般选用导轨式）

（C）、确定所需延时种类，为通电延时或断电延时，以及延时时间范围等。

4）接触器

接触器的工作原理是：

当接触器线圈通电后，线圈电流会产生磁场，产生的磁场使静铁心产生电磁吸力吸引动铁心，并带动交流接触器点动作，常闭触点断开，常开触点闭合，两者是联动的。

当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触点复原，常开触点断开，常闭触点闭合。

直流接触器的工作原理跟温度开关的原理有点相似。

　　交流接触器利用主接点来开闭电路，用辅助接点来导通控制回路。

　　主接点一般是常开接点，而辅助接点常有两对常开接点和常闭接点，小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。

　　交流接触器的接点，由银钨合金制成，具有良好的导电性和耐高温烧蚀性。

　　交流接触器动作的动力源于交流通过带铁芯线圈产生的磁场，电磁铁芯由两个「山」字形的幼硅钢片叠成，其中一个固定铁芯，套有线圈，工作电压可多种选择。

为了使磁力稳定，铁芯的吸合面加上短路环。

交流接触器在失电后，依靠弹簧复位。

　　另一半是活动铁芯，构造和固定铁芯一样，用以带动主接点和辅助接点的闭合断开。

　　20安培以上的接触器加有灭弧罩，利用电路断开时产生的电磁力，快速拉断电弧，保护接点。

接触器具可高频率操作，做为电源开启与切断控制时﹐最高操作频率可达每小时1200次。

接触器的使用寿命很高，机械寿命通常为数百万次至一千万次，电寿命一般则为数十万次至数百万次。

永磁交流接触器是利用磁极的同性相斥、异性相吸的原理，用永磁驱动机构取代传统的电磁铁驱动机构而形成的一种微功耗接触器。

国内成熟的产品型号：

CJ20J、NSFC1、NSFC2、NSFC3、NSFC4、NSFC5、NSFC12、NSFC19、CJ40J、NSFMR。

安装在接触器联动机构上极性固定不变的永磁铁，与固化在接触器底座上的可变极性软磁铁相互作用，从而达到吸合、保持与释放的目的。

软磁铁的可变极性是通过与其固化在一起的电子模块产生十几到二十几毫秒的正反向脉冲电流，而使其产生不同的极性。

根据现场需要，用控制电子模块来控制设定的释放电压值，也可延迟一段时间再发出反向脉冲电流，以达到低电压延时释放或断电延时释放的目的，使其控制的电机免受电网晃电而跳停，从而保持生产系统的稳定。

三基于MCL系统教学实验平台的实验

（1）实验步骤

1、检查各元器件的安全性，确保电机性能完好。

2、根据设计好的电路图连接各元器件和电机。

3、将电机与电压表和电流表相连，以便测定电机启动过程中的电流和电压变化，并将电机与测速表相连。

4、将输入电源设定为220V，打开电源，选择转矩设定，将转矩设定旋钮旋至最小。

5、按下启动按钮，记录此时电机的电流、电压和转速。

6、30s切换时间到后，电路自动切换为三角形启动，记录此时电机的电流、电压和转速。

7、逐渐旋转转矩设定旋钮，直到电机电流达到额定电流Id=0.48A，记录此时电机电压和转速。

8、按下停止按钮，关闭电机。

9、重新启动电机，查看电机能否正常启动。

10、如果电机不能正常启动，旋转转矩设定旋钮，不断减小转矩设定值，直到电机可以启动，记录此时的电机电流、电压和转速。

11、待30s切换时间到后，电路自动切换为三角形启动，记录此时电机的电流、电压和转速。

12、按下停止按钮，关闭电机。

（2）实验结果数据记录及分析

实验所用的三相异步电机的主要参数如下

PN=100WUN=220VIN=0.48AnN=1420rpm

实验数据记录：

表1-1

电流I/A

电压U/V

转速n/rpm

空载

Y起动

0.082

220

1485

△运行

0.236

220

1494

1

Y起动

0.202

223.4

1382

△运行

0.292

223.7

1470

2

Y起动

0.672

218.0

——

△运行

0.310

224.3

1458

3

Y起动

0.650

218.6

——

△运行

0.345

222.0

1448

4

Y起动

0.671

218.6

——

△运行

0.370

222.8

1448

5

Y起动

0.650

218.6

——

△运行

0.405

221.2

1431

6

Y起动

0.680

218.4

——

△运行

0.478

219.8

1410

图1-1Y起动与△运行时的特性曲线

由图1-1，我们可以看出：

Y启动时的机械特性曲线比△运行时的机械特性曲线要比软的多。

所以Y-∆联结的电动机只适合于空载或轻载起动的场合。

四个人心得

本次创新实践的前期，我对选题先通过查询资料的方式进行初步的了解。

此次创新实践主要结合了运动控制与电气控制两门课程的基本知识。

为此，我把本学期的这两门课程再次复习了一遍，把这两门课程的理论知识与这次实践联系起来，使自己的理论知识等到应用与巩固。

通过电气控制的课程，设计出了本次创新实践的主电路与控制电路。

同时，通过对于接触器、熔断器、时间继电器、热继电器的工作原理、结构以及选型的了解，来确定自己方案中的具体选型参数。

方案设计完后，通过运动控制课程中所学的知识以及实验，对自己的设计方案进行验证，得出结果并进行了分析。

这样，通过这次实践，使自己从理论到实践上了解了Y-∆启动控制电路的结构、工作原理以及其优缺点，对于这个知识点掌握的更加牢固。

对于以后的学习，我应该坚持这种方法，通过理论结合实践，才能不断验证自己所学的知识，更好的掌握所学的知识。

参考文献

《电力手动与运动控制系统》第二版，罗飞、郗晓田、文小玲、许玉格等编著，化学工业出版社，2007.2.

《电气控制与可编程序控制器的原理及应用》，陈立定等编著，机械工业出版社。