三相異步電動(dòng)機(jī)換相組件設(shè)計(jì)

楊勇

摘 要：本文設(shè)計(jì)了一種三相異步電動(dòng)機(jī)換相組件。它采用專用固體繼電器做為換相電路的開關(guān)，取代了交流接觸器等機(jī)械觸點(diǎn)式開關(guān)，是無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)在電機(jī)控制領(lǐng)域中的又一次應(yīng)用。可大大提高設(shè)備的使用壽命，減少維修工作量。尤其是在易燃易爆等危險(xiǎn)場(chǎng)合應(yīng)用，更具有機(jī)械開關(guān)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：三相異步電動(dòng)機(jī)；換相組件

0 引言

三相異步電動(dòng)機(jī)正反向運(yùn)行控制在工礦企業(yè)，港口運(yùn)輸及建筑工程領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。由于換相電路的普遍工作特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換頻繁，使三相電機(jī)的起動(dòng)，停止及反向起動(dòng)的操作頻率很高。因此在使用傳統(tǒng)的換相電路過程中，其機(jī)械開關(guān)的觸頭在吸合和分?jǐn)鄷r(shí)，既要承受電機(jī)起動(dòng)電流的沖擊，又要承受電弧的灼燒，造成設(shè)備故障率較高，嚴(yán)重影響了機(jī)械觸頭的使用壽命。若不及時(shí)維修和定期檢修，還有燒毀電機(jī)的危險(xiǎn)，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，帶來不必要的經(jīng)濟(jì)損失，所以設(shè)計(jì)一種無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)具有重要意義。

1 換相組件工作原理

該組件采用專用固體繼電器（SSR）構(gòu)成五路交流開關(guān)，電路連接圖見圖1，其中S2和S3的控制端相串聯(lián)，S4和S5的控制端相串聯(lián)。當(dāng)S1和S2、S3導(dǎo)通時(shí)三相電動(dòng)機(jī)將工作在順相運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，當(dāng)S1和S4、S5導(dǎo)通時(shí)三相電動(dòng)機(jī)將工作在逆相運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。但S2、S3與S4、S5必須互鎖，否則將使B相和C相的相間短路，造成可控硅的損壞。

2 換相組件設(shè)計(jì)

（一）可控硅額定電壓的選?。嚎煽毓璧念~定電壓必須大于元件在電路中實(shí)際承受的最大電壓。考慮到電源電壓波動(dòng)等原因，可控硅的額定電壓必須大于線路實(shí)際承受電壓2～3倍。

（二）可控硅額定電流的選?。河捎诠腆w繼電器是用兩支反并聯(lián)的可控硅構(gòu)成的交流開關(guān)，所以合理選用可控硅的額定電流是保證裝置可靠運(yùn)行的關(guān)鍵?？煽毓柰☉B(tài)平均電流（額定電流）IT（AV）可用下式估算：

IAV=≥

式中： ITn---可控硅通態(tài)電流有效值；Ie---電機(jī)額定工作電流；K---由電機(jī)起動(dòng)電流的過載倍數(shù)（一般取5～7倍）和可控硅器件能允許的過載能力所決定。

（三）過電壓保護(hù)：凡是超過可控硅正常工作時(shí)所承受的最大峰值電壓（UM）的電壓，即為過電壓。產(chǎn)生過電壓的一種原因是由于雷擊等原因從電網(wǎng)侵入的偶然性的浪涌電壓；另一種過電壓是操作過電壓，是由可控硅裝置的拉閘，合閘和元件關(guān)斷等電磁過程引起的過電壓（其中電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是造成可控硅過電壓損壞的主要原因之一）。

（1）阻容吸收回路：電容器可把磁場(chǎng)釋放出來的磁場(chǎng)能量，轉(zhuǎn)化為電容器電場(chǎng)的能量貯存起來。由于電容器兩端的電壓不能突變，所以可以有效地抑制過電壓。串聯(lián)電阻可防止電容與電感產(chǎn)生諧振，并在能量轉(zhuǎn)化過程中消耗一部分能量。阻容吸收電路中電阻、電容的計(jì)算方法與其在電路中的接法有關(guān)。若在交流電輸入側(cè)構(gòu)成三角形接法時(shí)，電容器C通常取0.1～1uF，電阻R通常取10～幾十歐姆無(wú)感或微感電阻。

（2）非線性電阻----壓敏電阻保護(hù)：當(dāng)發(fā)生雷擊或從電網(wǎng)侵入更高的浪涌電壓時(shí)，雖有阻容保護(hù)，過電壓仍會(huì)突破允許值。所以，在采用阻容保護(hù)的同時(shí)，還應(yīng)增加壓敏電阻保護(hù)，把浪涌電壓抑制在可控硅允許的范圍以內(nèi)。同時(shí)，為防止電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)對(duì)可控硅的沖擊，在換相組件的輸出端也應(yīng)安裝壓敏電阻，防止造成可控硅的損壞。

可按下式選取壓敏電阻的額定電壓UIMA

U≥×壓敏電阻承受的額定電壓峰值

式中：ε---電網(wǎng)電壓升高系數(shù)，一般取ε=1.05～1.10

3 換相組件的使用方法及注意事項(xiàng)

（1）適用方法：該換相組件在使用時(shí)與電源、電機(jī)等連接的電路圖如圖2所示。其中R、S、T：為換相組件的三相輸入端，需經(jīng)快速熔斷（F1～F3）接入三相電；U、V、W：為換相組件輸出端，接三相異步電動(dòng)機(jī)；N：為供電系統(tǒng)的零線；+12V：為直流電源輸出端，為操作按鈕提供電源；A1，A2分別為順相，逆相控制輸入端，也可采12V電平信號(hào)直接控制，但A1，A2必須是互鎖關(guān)系，禁止同時(shí)接入高電平信號(hào)。

（2）注意事項(xiàng)：由于可控硅器件在關(guān)斷狀態(tài)下，仍有微小的漏電流，所以在檢修設(shè)備及電動(dòng)機(jī)時(shí)應(yīng)斷開電源進(jìn)線開關(guān)。

4 結(jié)語(yǔ)

這種三相異步電動(dòng)機(jī)換相組件采用專用固體繼電器做為換相電路的開關(guān)，取代了交流接觸器等機(jī)械觸點(diǎn)式開關(guān)，是無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)在電機(jī)控制領(lǐng)域中的又一次應(yīng)用?？纱蟠筇岣咴O(shè)備的使用壽命，減少維修工作量。尤其是在易燃易爆等危險(xiǎn)場(chǎng)合應(yīng)用，更具有機(jī)械開關(guān)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。

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