生產線多段速運行系統的安裝與調試《自動調速系統》學習目標掌握三相異步電動機的結構與工作原理。了解三相異步電動機常見控制線路。掌握生產線多段速運行系統調速原理。知識目標掌握變頻器多段速頻率控制方式。熟練掌握變頻器的多段速運行操作過程。技能目標培養學生自主學習的能力。培養學生刻苦專研的勞模精神。素質目標項目描述01生產線多段速運行系統電路生產線多段速運行系統采用MM420變頻器，PLC西門子S7200Smart組成控制電路，S開關“SB1”為啟動按鈕，“SB2”為停止按鈕，“SB3”控制按鈕，“SB3”控制按鈕連續按下次數控制7種不同的輸出頻率。根據工廠生產線上不同工藝要求，生產機械總是需要在不同的轉速下運行。為滿足生產線多段速運行控制要求，大多數變頻器提供了多段頻率控制功能。用戶可以通過幾個開關的通、斷組合來選擇不同的運行頻率，實現多段轉速下運行的目的。生產線多段速運行系統變頻器接線生產線多段速運行系統控制要求正確設置變頻器輸出的額定頻率、額定電壓、額定電流、額定功率、額定轉速。運用操作面板改變電動機起動的運行頻率和加減速時間。通過外部端子控制電動機多段速度運行，開關“SB3”按下次數計數，可選擇7種不同的輸出頻率。相關知識02三相異步電動機實現電能與機械能相互轉換的電工設備總稱為電動機。電動機是利用電磁感應原理實現電能與機械能的相互轉換。把機械能轉換成電能的設備稱為發電機，而把電能轉換成機械能的設備稱為電動機。在生產上主要用的是交流電動機，特別三相異步電動機，因為它具有結構簡單、堅固耐用、運行可靠、價格低廉、維護方便等優點，被廣泛地用來驅動各種金屬切削機床、起重機、鍛壓機、傳送帶、鑄造機械、功率不大的通風機及水泵等。三相異步電動機是感應電動機的一種，是靠同時接入380V三相交流電源（相位差120°）供電的一類電動機，由于三相異步電動機的轉子與定子旋轉磁場以相同的方向、不同的轉速成旋轉，存在轉差率，所以叫三相異步電動機。三相異步電動機（一）三相異步電動機的分類三相異步電動機種類繁多，按照三相異步電動機轉子結構的形態可以分為繞線式電動機、籠型電動機。1.籠型異步電動機轉子繞組是一個自己短路的繞組。在轉子的每個槽里放上一根導體，每根導體都比鐵芯長，在鐵芯的兩端用兩個端環把所有的導條都短路起來，形成一個自己短路的繞組。如果把轉子鐵芯拿掉，則可看出，剩下來的繞組形狀像一個籠子。三相異步電動機（一）三相異步電動機的分類三相異步電動機種類繁多，按照三相異步電動機轉子結構的形態可以分為繞線式電動機、籠型電動機。2.繞線式異步電動機轉子繞組也是按一定規律分布的三相對稱繞組，它可以連接成Y形或Δ形。一般小容量電動機連接成Δ形，大、中容量電動機連接成Y形。轉子繞組的3條引線分別接到3個集電環上，用一套電刷裝置引出。繞線式異步電動機三相異步電動機（二）三相異步電動機的構造三相異步電動機種類繁多，按照三相異步電動機轉子結構的形態可以分為繞線式電動機、籠型電動機。轉子部分吊環后端蓋定子鐵心轉子鐵心前端蓋定子繞組機座風扇風罩出線盒三相異步電動機（二）三相異步電動機的構造1.定子表4-1定子的組成定子定子鐵芯由厚度為0.5mm的，相互絕緣的硅鋼片疊成，硅鋼片內圓上有均勻分布的槽，其作用是嵌放定子三相繞組AX、BY、CZ定子繞組三組用漆包線繞制好的，對稱地嵌入定子鐵芯槽內的相同的線圈。這三相繞組可接成星形或三角形機座機座用鑄鐵或鑄鋼制成，其作用是固定鐵芯和繞組三相異步電動機（二）三相異步電動機的構造2.轉子轉子轉子鐵芯由厚度為0.5mm的，相互絕緣的硅鋼片疊成，硅鋼片外圓上有均勻分布的槽，其作用是嵌放轉子三相繞組。轉子繞組轉子繞組有兩種形式：籠型——籠型異步電動機繞線式——繞線式異步電動機轉軸轉軸上加機械負載表4-2轉子的組成三相異步電動機（二）三相異步電動機的構造3.三相異步電動機的定子電路與轉子電路三相異步電動機中的電磁關系同變壓器類似，定子繞組相當于變壓器的原繞組，轉子繞組（一般是短接的）相當于副繞組。給定子繞組接上三相電源電壓，則定子中就有三相電流通過，此三相電流產生旋轉磁場，其磁力線通過定子和轉子鐵芯而閉合，這個磁場在轉子和定子的每相繞組中都要感應出電動勢?；\型電動機由于構造簡單，價格低廉，工作可靠，使用方便，成為了生產上應用得最廣泛的一種電動機。為了保證轉子能夠自由旋轉，在定子與轉子之間必須留有一定的空氣隙，中小型電動機的空氣隙約在0.2～1.0mm之間。三相異步電動機（三）三相異步電動機的轉動原理1.基本原理為了說明三相異步電動機的工作原理，做如下演示實驗。磁鐵閉合線圈三相異步電動機（三）三相異步電動機的轉動原理1.基本原理演示實驗：在裝有手柄的蹄形磁鐵的兩極間放置一個閉合導體，當轉動手柄帶動蹄形磁鐵旋轉時，將發現導體也跟著旋；若改變磁鐵的轉向，則導體的轉向也跟著改變?，F象解釋：當磁鐵旋轉時，磁鐵與閉合的導體發生相對運動，籠型導體切割磁力線而在其內部產生感應電動勢和感應電流。感應電流又使導體受到一個電磁力的作用，于是導體就沿磁鐵的旋轉方向轉動起來，這就是異步電動機的基本原理。轉子轉動的方向和磁極旋轉的方向相同。結論：欲使異步電動機旋轉，必須有旋轉的磁場和閉合的轉子繞組。三相異步電動機（三）三相異步電動機的轉動原理2.旋轉磁場產生圖4-7所示為最簡單的三相定子繞組AX、BY、CZ，它們在空間按互差1200的規律對稱排列。并接成星形與三相電源U、V、W相聯。則三相定子繞組便通過三相對稱電流：隨著電流在定子繞組中通過，在三相定子繞組中就會產生旋轉磁場。

三相異步電動機（三）三相異步電動機的轉動原理2.旋轉磁場產生圖4-8所示為旋轉磁場的形成，當

t=0°時，iA=0，AX繞組中無電流；iB為負，BY繞組中的電流從Y流入B1流出；iC為正，CZ繞組中的電流從C流入Z流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖4-8a所示。當

t=120°時，iB=0，BY繞組中無電流；iA為正，AX繞組中的電流從A流入X流出；iC為負，CZ繞組中的電流從Z流入C流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖4-8b所示。當

t=240°時，iC=0，CZ繞組中無電流；iA為負，AX繞組中的電流從X流入A流出；iB為正，BY繞組中的電流從B流入Y流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖4-8c所示。三相異步電動機（三）三相異步電動機的轉動原理2.旋轉磁場產生當定子繞組中的電流變化一個周期時，合成磁場也按電流的相序方向在空間旋轉一周。隨著定子繞組中的三相電流不斷地作周期性變化，產生的合成磁場也不斷地旋，因此稱為旋轉磁場。旋轉磁場的形成三相異步電動機（三）三相異步電動機的轉動原理3.旋轉磁場的方向當定子繞組中的電流變化一個周期時，合成磁場也按電流的相序方向在空間旋轉一周。隨著定子繞組中的三相電流不斷地作周期性變化，產生的合成磁場也不斷地旋，因此稱為旋轉磁場。三相異步電動機（四）三相異步電動機的極數與轉速1.極數（磁極對數p）三相異步電動機的極數就是旋轉磁場的極數。旋轉磁場的極數和三相繞組的安排有關。當每相繞組只有一個線圈，繞組的始端之間相差120°空間角時，產生的旋轉磁場具有一對極，即p=1；當每相繞組為兩個線圈串聯，繞組的始端之間相差60°空間角時，產生的旋轉磁場具有兩對極，即p=2。

三相異步電動機（四）三相異步電動機的極數與轉速2.轉速n三相異步電動機旋轉磁場的轉速n0與電動機磁極對數p有關，它們的關系是由上式可知，旋轉磁場的轉速n0決定于電流頻率f1和磁場的極數p。對某一異步電動機而言，f1和p通常是一定的，所以磁場轉速n0是個常數。

在我國，工頻f1=50Hz，因此對應于不同極對數p的旋轉磁場轉速n0，見表4-3。表4-3不同極對數p的旋轉磁場轉速n0p123456n0300015001000750600500三相異步電動機（四）三相異步電動機的極數與轉速3.轉差率s電動機轉子轉動方向與磁場旋轉的方向相同，但轉子的轉速n不可能達到與旋轉磁場的轉速n0相等，否則轉子與旋轉磁場之間就沒有相對運動，因而磁力線就不切割轉子導體，轉子電動勢、轉子電流以及轉矩也就都不存在。也就是說旋轉磁場與轉子之間存在轉速差，因此把這種電動機稱為異步電動機，又因為這種電動機的轉動原理是建立在電磁感應基礎上的，故又稱為感應電動機。旋轉磁場的轉速n0常稱為同步轉速。轉差率s——用來表示轉子轉速n與磁場轉速n0相差的程度的物理量。即

轉差率是異步電動機的一個重要的物理量。三相異步電動機（四）三相異步電動機的極數與轉速3.轉差率s當旋轉磁場以同步轉速n0開始旋轉時，轉子則因機械慣性尚未轉動，轉子的瞬間轉速n=0，這時轉差率S=1。轉子轉動起來之后，n>0，（n0-n）差值減小，電動機的轉差率S<1。如果轉軸上的阻轉矩加大，則轉子轉速n降低，即異步程度加大，才能產生足夠大的感受電動勢和電流，產生足夠大的電磁轉矩，這時的轉差率S增大。反之，S減小。異步電動機運行時，轉速與同步轉速一般很接近，轉差率很小。在額定工作狀態下約為0.015~0.06之間。根據上式，可以得到電動機的轉速常用公式為

三相異步電動機（四）三相異步電動機的極數與轉速3.轉差率s【例4-1】有一臺三相異步電動機，其額定轉速n=975r/min，電源頻率f=50Hz，求電動機的極數和額定負載時的轉差率S。解：由于電動機的額定轉速接近而略小于同步轉速，而同步轉速對應于不同的極對數有一系列固定的數值。顯然，與975r/min最相近的同步轉速n0=1000r/min，與此相應的磁極對數p=3。因此，額定負載時的轉差率為

三相異步電動機（五）三相異步電動機的轉矩特性與機械特性1.電磁轉矩（簡稱轉矩）異步電動機的轉矩T是由旋轉磁場的每極磁通與轉子電流I2相互作用而產生的。電磁轉矩的大小與轉子繞組中的電流I及旋轉磁場的強弱有關。經理論證明，它們的關系是

式中，T為電磁轉矩；KT為與電動機結構有關的常數；

為旋轉磁場每個極的磁通量；I2為轉子繞組電流的有效值；

2為轉子電流滯后于轉子電勢的相位角若考慮電源電壓及電動機的一些參數與電磁轉矩的關系。三相異步電動機（五）三相異步電動機的轉矩特性與機械特性1.電磁轉矩（簡稱轉矩）式中，KT'為常數；U1為定子繞組的相電壓；S為轉差率；R2為轉子每相繞組的電阻；X20為轉子靜止時每相繞組的感抗。由上式可知，轉矩T還與定子每相電壓U1的二次方成比例，所以當電源電壓有所變動時，對轉矩的影響很大。此外，轉矩T還受轉子電阻R2的影響。

上式修正為三相異步電動機的機械特性曲線三相異步電動機（五）三相異步電動機的轉矩特性與機械特性2.機械特性曲線在一定的電源電壓U1和轉子電阻R2下，電動機的轉矩T與轉差率n之間的關系曲線T=f(s)或轉速與轉矩的關系曲線n=f(T)，稱為電動機的機械特性曲線。在機械特性曲線上我們要討論3個轉矩：（1）額定轉矩TN。額定轉矩TN是異步電動機帶額定負載時，轉軸上的輸出轉矩。

式中，P2是電動機軸上輸出的機械功率，其單位是瓦特；n的單位是轉/分；TN的單位是牛?米。當忽略電動機本身機械摩擦轉矩T0時，阻轉矩近似為負載轉矩TL，電動機作等速旋轉時，電磁轉矩T必與阻轉矩TL相等，即T=TL。額定負載時，則有TN=TL。三相異步電動機（五）三相異步電動機的轉矩特性與機械特性2.機械特性曲線（2）最大轉矩Tm。Tm又稱為臨界轉矩，是電動機可能產生的最大電磁轉矩。它反映了電動機的過載能力。最大轉矩的轉差率為Sm，此時的Sm稱為臨界轉差率，見圖4-9a最大轉矩Tm與額定轉矩TN之比稱為電動機的過載系數，即一般三相異步的過載系數在1.8～2.2之間。在選用電動機時，必須考慮可能出現的最大負載轉矩，而后根據所選電動機的過載系數算出電動機的最大轉矩，它必須大于最大負載轉矩。否則，就是重選電動機。

=Tm/TN三相異步電動機（五）三相異步電動機的轉矩特性與機械特性2.機械特性曲線（3）起動轉矩Tst。Tst為電動機起動初始瞬間的轉矩，即n=0、s＝１時的轉矩。為確保電動機能夠帶額定負載起動，必須滿足：Tst＞TN，一般的三相異步電動機有Tst/TN=1～2.2。三相異步電動機（五）三相異步電動機的轉矩特性與機械特性3.電動機的負載能力自適應分析電動機在工作時，它所產生的電磁轉矩T的大小能夠在一定的范圍內自動調整以適應負載的變化，這種特性稱為自適應負載能力。

三相異步電動機調速（一）三相異步電動機調速的基本方式1.變極調速直流調速系統具有較為優良的靜、動態性能指標，在很長的一個歷史時期內，調速傳動領域基本上被直流電動機調速系統所壟斷。但直流電動機由于受換向器限制，使其維修工作量大，事故率高，使用環境受限，很難向高電壓、高轉速、大容量發展。與直流電動機相比，交流電動機具有結構簡單、制造容易、維護工作量小等優點，但交流電動機的控制卻比直流電動機復雜得多。早期的交流傳動均用于不可調速傳動，而可調速傳動則用直流傳動，隨著電力電子技術、控制技術和計算機技術的發展，交流調速技術日益成熟，在許多方面已經可以取代直流調速系統，特別是各類通用變頻器的出現，使交流調速已逐漸成為電氣傳動中的主流。根據異步電動機的轉速公式：

三相異步電動機調速（一）三相異步電動機調速的基本方式1.變極調速

由上式可知，交流異步電動機有3種基本調速方法。改變定子繞組的磁極對數p，稱為變極調速。01改變轉差率s，其方法有改變電壓調速、繞線式電動機轉子串電阻調速和串級調速。02改變電源頻率f1，稱為變頻調速。03三相異步電動機調速（一）三相異步電動機調速的基本方式1.變極調速在電源頻率f1不變的條件下，改變電動機的極對數p，電動機的同步轉速n1就會變化，從而改變電動機的轉速n。若極對數減少一半，同步轉速就升高一倍，電動機的轉速也幾乎升高一倍。這種調速方法通常用改變電動機定子繞組的接法來改變極對數，這種電動機稱為多速電動機。其轉子均采用籠型轉子，其轉子感應的極對數能自動與定子相適應。這種電動機在制造時，從定子繞組中抽出一些線頭，以便于使用時調換。下面以一相繞組來說明變極原理。先將U相繞組中的兩個半相繞組a1x1與a2x2采用順向串聯，產生兩對磁極。若將U相繞組中的一半相繞組a2x2反向并聯，則產生1對磁極。三相異步電動機調速（一）三相異步電動機調速的基本方式1.變極調速從星形改成雙星形，寫為Y/YY。從三角形改成雙星形，寫為△/YY。這兩種接法可使電動機極對數減少一半。在改接繞組時，為了使電動機轉向不變，應把繞組的相序改接一下。三相異步電動機調速（一）三相異步電動機調速的基本方式1.變極調速優點：設備簡單，操作方便，具有較硬的機械特性，穩定性好；缺點：電動機繞組引出頭較多，調速級數少，級差大，不能實現無級調速；電動機體積大，制造成本高。三相異步電動機調速（一）三相異步電動機調速的基本方式2.變轉差率調速改變定子電壓調速、轉子電路串電阻調速和串級調速都屬于改變轉差率調速。這些調速方法的共同特點是在調速過程中都產生大量的轉差功率。前兩種調速方法都是把轉差功率消耗在轉子電路里，很不經濟，而串級調速則能將轉差功率加以吸收或大部分反饋給電網，提高了經濟性能。改變定子電壓調速由異步電動機電磁轉矩和機械特性方程可知，在一定轉速下，異步電動機的電磁轉矩與定子電壓的二次方成正比。因此改變定子外加電壓就可以改變其機械特性的函數關系，從而改變電動機在一定輸出轉矩下的轉速。三相異步電動機調速（一）三相異步電動機調速的基本方式2.變轉差率調速

該調速方法的調速范圍較小，低壓時機械特性太軟，轉速變化大。為改善調速特性，可采用帶速度負反饋的閉環控制系統來解決該問題。目前廣泛采用晶閘管交流調壓電路來實現定子調壓調速。三相異步電動機調速（一）三相異步電動機調速的基本方式2.變轉差率調速轉子串電阻調速繞線式異步電動機轉子串電阻調速的機械特性如圖4-15所示。轉子串電阻時最大轉矩Tm不變，臨界轉差率增大。所串電阻越大，運行段機械特性斜率越大。若帶恒轉矩負載，原來運行在固有特性曲線1的a點上，在轉子串電阻R1后，就運行在b點上，轉速由na變為nb，以此類推。設備簡單，主要用于中、小容量的繞線式異步電動機，如橋式起重機等。優點轉子繞組需經過電刷引出，屬于有級調速，平滑性差；由于轉子中電流很大，在串接電阻上產生很大損耗，所以電動機的效率很低，機械特性較軟，調速精度差。缺點三相異步電動機調速（一）三相異步電動機調速的基本方式3.電磁轉差離合器調速電磁轉差離合器調速系統由晶閘管整流器、電磁轉差離合器和異步電動機三部分組成。電磁轉差離合器調速系統電磁轉差離合器由電樞和磁極兩部分組成，兩者無機械聯系，都可自由旋轉。電樞由籠型異步電動機帶動，稱主動部分；磁極用聯軸節與負載相連，稱從動部分。電樞通常用整塊的鑄鋼加工而成，形狀像一個杯子，上面沒有繞組。磁極則由鐵芯和繞組兩部分組成，繞組由晶閘管整流器勵磁。三相異步電動機調速（一）三相異步電動機調速的基本方式3.電磁轉差離合器調速當勵磁繞組通以直流電，電樞為電動機所拖動以恒速定向旋轉時，在電樞中感應產生渦流，渦流與磁極的磁場作用產生電磁力，形成的電磁轉矩使磁極跟著電樞方向旋轉。由于拖動電樞的異步電動機的固有機械特性較硬，因此可以認為電樞的轉速是近似不變的，而磁極的轉速則由磁極磁場的強弱而定，即由提供給電磁離合器的勵磁電流大小而定。只要改變勵磁電流的大小，就可以改變磁極的轉速，也就可以改變工作機械的轉速。調速系統晶閘管整流電源通常采用單相全波或橋式整流電路，通過改變晶閘管的控制角，可以方便地改變直流輸出電壓的大小。三相異步電動機調速（一）三相異步電動機調速的基本方式3.電磁轉差離合器調速當勵磁電流等于零時，磁極是不會轉動的，這就相當于工作機械被“離開”。一旦加上勵磁電流，磁極即刻轉動起來，這就相當于工作機械被“合上”，因此稱為離合器。又因為它是基于電磁感應原理來發生作用的，磁極與電樞之間一定要有轉差才能產生感應電流和電磁轉矩，因此全名就稱為“電磁轉差離合器”。又常將其連同它的異步電動機一起稱為“滑差電動機”。電磁轉差離合器調速的主要特點是控制簡單，運行可靠，可實現無級調速，采用轉速閉環控制后可以改善調速性能，擴大調速范圍；缺點是低速損耗大，效率低。適用于不需長期低速運行的場合。三相異步電動機調速（一）三相異步電動機調速的基本方式4.變頻調速交流變頻調速技術的原理是把工頻50Hz的交流電轉換成頻率和電壓可調的交流電，通過改變交流異步電動機定子繞組的供電頻率，在改變頻率的同時也改變電壓，從而達到調節電動機轉速的目的（即VVVF技術）。變頻調速裝置的大容量化。直流電動機由于受換向器限制，單機容量、最高轉速及使用環境都受到限制。其電樞電壓最高只能做到一千多伏，而交流電動機可做到6～10kV。直流電動機的轉速一般僅為每分鐘數百轉到一千多轉，而交流電動機的速度可以達到每分鐘數千轉，以滿足高速機械的運行要求。變頻調速系統調速范圍寬，能平滑調速，其調速靜態精度及動態品質好。三相異步電動機調速（一）三相異步電動機調速的基本方式4.變頻調速變頻調速系統可以直接在線起動，起動轉矩大，起動電流小，減小了對電網和設備的沖擊，并具有轉矩提升功能，節省軟起動裝置。變頻器內置功能多，可滿足不同工藝要求；保護功能完善，能自診斷顯示故障所在，維護簡便；具有通用的外部接口端子，可同計算機、PLC聯機，便于實現自動控制。變頻調速系統在節約能源方面有很大的優勢，是目前世界公認的交流電動機的最理想、最有前途的調速技術。其中以風機、泵類負載的節能效果最為顯著，節電率可達到20%～60%。由于風機、水泵等負載的功率消耗與電動機轉速的三次方成正比，因此當負載的轉速小于電動機額定轉速時，其節能潛力比較大。三相異步電動機調速（二）三相異步電動機變頻調速原理1.變頻調速的條件從式（4-1）來看，只要改變定子繞組的電源頻率?1就可以調節轉速大小了，但是事實上只改變?1并不能正常調速，而且可能導致電動機運行性能惡化。其原因分析如下。由電動機學原理知，三相異步電動機定子繞組反電動勢E1的表達式為

三相異步電動機調速（二）三相異步電動機變頻調速原理1.變頻調速的條件

三相異步電動機調速（二）三相異步電動機變頻調速原理2.基頻以下恒磁通（恒轉矩）變頻調速

三相異步電動機調速（二）三相異步電動機變頻調速原理2.基頻以下恒磁通（恒轉矩）變頻調速

三相異步電動機調速（二）三相異步電動機變頻調速原理2.基頻以下恒磁通（恒轉矩）變頻調速

在基頻以下調速時，采用U/?控制方式以保持主磁通Фm的恒定，電動機的機械特性曲線如圖4-18中?1N曲線以下所示。在此過程中，電磁轉矩T恒定，電動機帶負載的能力不變，屬于恒轉矩調速。如圖4-18所示，曲線?4中的虛線是進行電壓補償后的機械特性曲線。三相異步電動機調速（二）三相異步電動機變頻調速原理2.基頻以下恒磁通（恒轉矩）變頻調速觀察各條機械特性曲線，它們的特征如下。01從額定頻率向下調頻時，理想空載轉速減小，最大轉矩逐漸減小。02頻率在額定頻率附近下調時，最大轉矩減少，可以近似認為不變；頻率調得很低時，最大轉矩減小很快。03因為頻率不同時，最大轉矩點對應的轉差?n變化不是很大，所以穩定工作區的機械特性基本是平行的。三相異步電動機調速（二）三相異步電動機變頻調速原理3.基頻以上恒功率（恒電壓）變頻調速

三相異步電動機調速（二）三相異步電動機變頻調速原理3.基頻以上恒功率（恒電壓）變頻調速

注意：這時的電磁轉矩T仍應比負載轉矩大，否則會出現電動機的堵轉。在這種控制方式下，轉速越高，轉矩越低，但是轉速與轉矩的乘積（輸出功率）基本不變，所以基頻以上調速屬于弱磁恒功率調速。額定頻率以上調頻時，理想空載轉速增大，最大轉矩大幅減小。1）最大轉矩點對應的轉差?n幾乎不變，但由于最大轉矩減小很多，所以機械特性斜度加大，特性變軟。2）三相異步電動機調速（二）三相異步電動機變頻調速原理4.變頻調速特性的特點把基頻以下和基頻以上兩種情況結合起來，可得圖4-19所示的異步電動機變頻調速的控制特性。按照電力拖動原理，在基頻以下，屬于恒轉矩調速的性質，而在基頻以上，屬于恒功率調速性質。異步電動機變頻調速的控制特性三相異步電動機調速（二）三相異步電動機變頻調速原理4.變頻調速特性的特點恒轉矩的調速特性

恒功率的調速特性

三相異步電動機常見控制線路（一）重載設備的起動控制線路1.利用電流互感器和中間繼電器來控制重載設備的起動原理圖解釋：按下起動按鈕SB2（3-5），交流接觸器KM、時間繼電器KT、中間繼電器KA的線圈同時得電，KM的常開觸頭（3-5）閉合，將SB2自鎖（3-5），KT開始延時。與熱繼電器FR的兩只熱元件并聯的KA兩對常開觸頭KA1、KA2閉合，將熱元件短路，以防止重載起動時產生的大電流使FR動作。與此同時，KM的三相主觸頭閉合，電動機得電、起動。隨著電動機轉速的升高，當升到額定轉速時（也就是KT的延時時間結束時），電動機的額定電流降至額定電流以下，KT得電延時斷開的常閉觸頭（5-7）斷開，使KA的線圈失電，KA常開觸頭斷開，將熱繼電器投入到電路進行工作。重載設備起動完畢。電流互感器和中間繼電器控制重載設備的起動電路三相異步電動機常見控制線路（一）重載設備的起動控制線路2.利用電流繼電器來完成重載設備的起動原理圖解釋：按下起動按鈕SB2（3-7），交流接觸器KM2的線圈得電、吸合，KM2三相主觸頭閉合，使交流接觸器KM1的3個主觸頭和熱繼電器的熱元件被短路，電動機的繞組串入電流繼電器KI開始重載起動過程，此時電動機的電流較大，KI動作，使KI的常開觸頭（7-9）閉合，與KM2的常開觸頭（3-9，已閉合）串聯，共同對SB2形成自鎖回路，KM2的線圈仍然得電、處于被吸合狀態，KM2的常開輔助觸頭（3-5）閉合，使交流接觸器KM1的線圈得電，KM1的常開輔助觸頭（3-5）閉合自鎖，同時KM1的三相主觸頭閉合，為KM2解除短路做準備。

電流繼電器控制重載設備的起動電路圖三相異步電動機常見控制線路（一）重載設備的起動控制線路2.利用電流繼電器來完成重載設備的起動隨著電動機轉速的升高，達到額定轉速時，電動機的電流也降為額定電流，KI發生動作、釋放，KI的常開觸頭（7-9）斷開，使交流接觸器KM2的線圈斷電釋放，KM2的三相主觸頭斷開，解除對熱繼電器FR三相熱元件的短接，同時KM2的常開輔助觸頭（3-5）變為斷開狀態。電動機串入過載保護熱斷電器FR正常運轉，完成了重載起動過程。

電流繼電器控制重載設備的起動電路圖三相異步電動機常見控制線路（二）典型傳送裝置控制線路1.卷揚機控制線路原理圖解釋：提升時按下正轉的起動按鈕SB2（3-5），交流接觸器KM1線圈得電、吸合，且KM1常開輔助觸頭（3-5）閉合自鎖，KM1三相主觸頭閉合，電動機和電磁抱閘YB線圈同時通電，電磁銜鐵被吸合到鐵芯上，銜鐵通過傳動機構使制動器閘瓦松開，電動機得電正轉運轉，電動機拖動裝置上升。卷揚機控制線路圖三相異步電動機常見控制線路（二）典型傳送裝置控制線路1.卷揚機控制線路提升過程需停止時，可按下停止按鈕SB1（1-3），正轉交流接觸器KM1線圈失電、釋放，KM1三相主觸頭斷開，電動機失電（靠慣性仍能運轉），但電磁抱閘YB的線圈同時斷電，制動器在彈簧的作用下，使銜鐵離開鐵芯，制動器閘瓦抱住電動機的轉軸進行制動，拖動裝置停止。下降時，按下反轉按鈕SB3（3-7），反轉交流接觸器KM2線圈得電吸合，且KM2的常開輔助觸頭（3-7）閉合自鎖，KM2的三相主觸頭閉合，電動機及電磁抱閘的線圈YB得電，使制動器的閘瓦松開，電動機得電，反轉運行拖動裝置下降。下降過程需要停止時，按下停止按鈕SB1（1-3），接觸器KM2的線圈失電，KM2的三相主觸頭斷開，電動機失電，靠慣性可繼續運轉一會兒，但此時電磁抱閘的YB的線圈斷電，導致制動器的閘瓦抱住電動機的轉軸進行制動。拖動裝置停止下降。三相異步電動機常見控制線路（二）典型傳送裝置控制線路2.多條傳送帶運送原料控制線路多條傳送帶運送原料控制線路圖三相異步電動機常見控制線路（三）三相異步電動機常用保護電路1.電動機過熱保護控制線路原理圖解釋：在電動機內設有與交流接觸器線圈串聯的過熱保護器（或溫度電阻），當電動機超溫達到一定的時間，過熱保護器的一對觸頭斷開（或者溫度電阻熔斷），切斷了給交流接觸器線圈的供電，導致電動機失去三相供電而停機。電動機過熱保護控制線路圖三相異步電動機常見控制線路（三）三相異步電動機常用保護電路2.電動機的過電流保護電路原理圖解釋：該控制線路使用了一個互感器來感應電動機的工作電流。當三相異步電動機的工作電流超過額定電流后，過電流繼電器KI達到吸合電流而吸合，其常閉觸頭斷開，KM線圈失電而釋放，使電動機斷電，起到了保護電動機的作用。電動機的過電流保護電路圖三相異步電動機常見控制線路（三）三相異步電動機常用保護電路2.電動機的過電流保護電路在電動機起動時，電流較大，為了防止過電流繼電器動作，采用時間繼電器的常閉觸頭將互感器短接，待電動機起動完畢，電流降為正常時，時間繼電器KT經延時后動作，其常閉觸頭斷開、常開觸頭閉合，使KI的線圈接入互感器電路中（串聯），實現過電流保護。項目準備03項目準備應按照材料清單逐一檢查生產線多段速運行系統的所需材料、工具，是否齊全，并填寫各種材料的數量、規格、是否損壞等情況。表4-4生產線多段速運行系統元件清單項目名稱生產線多段速運行系統序號材料名稱規格數量是否損壞1變頻器

2電動機

3PLC

4斷路器

5熔斷器

6按鈕

7導線

8電工工具套裝

項目實施04項目實施三人一組，每名成員要有明確的分工、角色分配及責任，任務分工如下。安裝員小組組長，負責硬件選型及電路安裝并統籌協調與安排小組成員工作任務分工?，F場調試員小組成員，安全員，負責參數設置、調試，小組項目實施過程中的安全事項。資料整理員小組成員，資料收集整理員，負責項目實施過程中的資料收集、整理等事項。1.任務分工項目實施2.實施計劃表表4-5生產線多段速運行系統實施計劃表實施步驟實施內容計劃完成時間實際完成時間備注1材料選型

2電路安裝

3參數設置

4系統調試

5資料整理

6項目評價

硬件選型（一）MM420變頻器MICROMASTER420是用于控制三相交流電動機速度的變頻器，本變頻器由微處理器控制并采用具有現代先進技術水平的絕緣柵雙極型晶體管IGBT作為功率輸出器件，因此它們具有很高的運行可靠性和功能的多樣性，其脈沖寬度調制的開關頻率是可選的，因而降低了電動機運行的噪聲，全面而完善的保護功能為變頻器和電動機提供了良好的保護。硬件選型（一）MM420變頻器MICROMASTER420具有默認的工廠設置參數，它是給數量眾多的簡單的電動機控制系統供電的理想變頻驅動裝置。硬件選型（二）S7-200PLC西門子S7-200系列PLC是一種緊湊型可編程邏輯控制器，廣泛應用于自動化系統中，特別是在中小型控制應用中。CPU224XP是S7-200系列中的一款高性能型號。硬件選型（三）硬件選型記錄表表4-6硬件選型記錄表根據項目描述，正確選擇所需要的硬件型號及數量進行初步測量，并記錄在表4-6中。序號元件名稱型號數量測量備注1

2

…

N

硬件安裝按圖4-29所示連接電路，檢查線路正確后，合上變頻器電源斷路器。參數設置恢復變頻器工廠默認值，設定P0010=30，P0970=1。按下“P”鍵，變頻器開始復位到工廠默認值。設置電動機參數，見表4-7。電動機參數設置完成后，設P0010=0，變頻器當前處于準備狀態，可正常運行。參數號出廠值設置值說明P000311設用戶訪問級為標準級P001001快速調試P010000工作地區：功率以kW表示，頻率為50HzP0304230230電動機額定電壓（V）P03053.250.9電動機額定電流（A）P03070.750.4電動機額定功率（kW）P030800.8電動機額定功率（COSΨ）P03105050電動機額定頻率（Hz）P0311101400電動機額定轉速（r/min）參數設置設置變頻器7段固定頻率控制參數，見表4-8。PLC編程CPU224XP是西門子S7-200系列PLC中的一款型號，它支持LadderLogic（梯形圖）、StatementList（語句表）、FunctionBlockDiagram（功能塊圖）、SequentialFunctionChart（順序功能圖）和StructuredText（結構化文本）等編程語言。以下是使用STEP7Micro/WIN軟件對CPU224XP進行編程的基本步驟：安裝編程軟件確保在計算機上安裝了適用于S7-200系列的STEP7Micro/WIN編程軟件。創建新項目啟動STEP7Micro/WIN軟件。選擇“文件”菜單中的“新建”選項，創建一個新項目。

配置硬件在“配置”菜單中選擇“硬件配置”。從硬件目錄中選擇CPU模塊（CPU224XP），根據實際硬件配置，添加和配置任何必要的I/O模塊。PLC編程編寫程序在項目樹中，右鍵點擊“程序塊”，選擇“新建”來創建一個新的程序塊，選擇喜歡的編程語言（如梯形圖）。使用編程工具和指令開始編寫程序。以下是編程時的一些基本步驟：01定義輸入/輸出變量：根據硬件配置，定義輸入和輸出地址。02編寫邏輯：使用提供的編程語言編寫控制邏輯。03添加指令：根據控制需求，添加定時器、計數器、比較等指令。PLC編程下載程序到PLC確保PLC與計算機通過適當的通信接口（如USB或串行通信