3.4 电气元件参数计算及选择 电动机起动、制动电阻计算 三相绕线转子异步电动机起动电阻计算

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1 3.4 电气元件参数计算及选择 3.4.1 电动机起动、制动电阻计算 3.4.1.1 三相绕线转子异步电动机起动电阻计算
3.4 电气元件参数计算及选择 电动机起动、制动电阻计算 三相绕线转子异步电动机起动电阻计算 为减小起动电流，增加起动转矩，常采用转子绕组串接电阻的方法来实现。为此要确定外加电阻的级数，以及各级电阻的大小。电阻的级数越多，起动或调速时转矩波动就越小，但控制线路也就越复杂。通常电阻级数可以根据表3-1来选取。

2 起动电阻级数确定以后，对于平衡短接法，转子每相串联的各级电阻值，可以用下面公式计算：
Rn = km-n r （3-1）式中，m为起动电阻级数；n为各级起动电阻的序号，n=1表示第一级，即最先被接的电阻；k为常数；r为最后被短接的那一级电阻值。

3 k 、r值可分别由下列两个公式计算： （3-2） （3-3） 式中，s为电动机额定转差率；E2为正常工作中电动机转子电压（V）；I2为正常工作时电动机转子电流（A）。 每相起动电阻的功率为：

4 3.4.1.2 笼式异步电动机制动电阻的计算 （3-4） 式中，I2s为转子起动电流（A），取I2s=1.5 I2；R为每相串联电阻（Ω）。
笼式异步电动机制动电阻的计算 反接制动时，三相定子回路中各相串联的限流电阻及可按下面经验公式近似计算： （3-5）

5 式中，Uφ为电动机定子绕组相电压（V）；Is为全压起动电流（A）；k为系数，当要求最大反接制动电流Im<Is时，k =0
式中，Uφ为电动机定子绕组相电压（V）；Is为全压起动电流（A）；k为系数，当要求最大反接制动电流Im<Is时，k =0.13 ；当要求Im< 1/2Is时，k =1.5。 若在反接制动时，仅在两相定子绕组中串接电阻，选用电阻值应为上述计算值的1.5倍，而制动电阻的功率为： （3-6） 式中，IN为电动机额定电流；R为每一相串接的限流电阻值。 根据制动频繁程度适当选取前面系数。

6 3.4.2 鼠笼型电机能耗制动参数计算 3.4.2.1 能耗制动直流电流与电压的计算 图3-14为能耗制动整流装置的原理图。
鼠笼型电机能耗制动参数计算 图3-14为能耗制动整流装置的原理图。 能耗制动直流电流与电压的计算 从制动效果来看，希望直流电流大些。但是，过大的电流会引起绕组发热，耗能增加，而且当磁路饱和后对制动力矩的提高也不明显，通常制动直流电流按下式选取：

7 3.4.2.2 整流变压器参数计算 ID=（2~4）IO 或 ID=（1~2）IN （3-7）
式中，IO为电动机空载电流；IN为电动机额定电流。 制动时，直流电压为： UD= IDR （3-8） 式中，R为两相串联定子绕组的冷电阻。 整流变压器参数计算 对单相桥式整流电路，变压器二次交流电压为： （3-9）

8 变压器容量计算 ：由于变压器仅在能耗制动时工作，故容量允许比长期工作小。根据制动频繁程度，取计算容量的（1/2~1/4）。
控制变压器容量计算 当控制线路比较复杂，控制电压种类较多时，需要采用控制变压器进行电压变换，以提高工作的可靠性和安全性。 控制变压器的容量可以根据由它供电的控制线路在最大工作负载时所需要的功率来考虑，并留有一定的余量。即

9 （3-10） 式中，ST为控制变压器容量（VA）；∑SC为控制电路在最大负载时所有吸持电器消耗功率的总和（VA），对交流电磁式电器，SC应取其吸持视在功率（VA）；KT为变压器容量储备系数，一般取1.1~1.25。 常用交流电磁式电器的起动与持功率（均为视在功率）列于表3-2中。

10 常用电器元件的选择 在控制系统原理图设计完成之后，就可根据线路要求，选择各种控制电器，并以元件目录表形式列在标题栏上方。

11 正确、合理地选用各种电器元件，是控制线路安全、可靠工作的保证，也是使电气控制设备具有一定的先进性和良好的经济性的重要环节。下面从设计、使用角度简要介绍一些常用控制电器的选用依据。
常用电器元件的选择原则 ① 根据对控制元件功能的要求，确定电气元件的类型。比如，当元件用于通、断功率较大的主电路时，应选用交流接触器。若有延时要求，应选用延时继电器。

12 ② 确定元件承载能力的临界值及使用寿命。主要是根据电气控制的电压、电流及功率大小来确定元件的规格。
③ 确定元器件预期的工作环境及供应情况。如防油、防尘、货源等。 ④ 确定元件在供应时所需的可靠性等。确定用以改善元件失效率用的老化或其它筛选实验。采用与可靠性预计相适应的降额系数等。进行一些必要的计算和校核。

13 3.4.4.2 电器元件的选择 （1）按钮、开关的选择 按钮 通常用来短时接通或断开小电流控制电路的一种主令电器。
电器元件的选择 （1）按钮、开关的选择 按钮 通常用来短时接通或断开小电流控制电路的一种主令电器。 选用依据主要是根据需要的触头对数、动作要求、结构形式、颜色以及是否需要带指示灯等要求。 目前，按钮产品有多种结构形式，多种触头组合以及多种颜色，供不同使用条件选用。 如起动按钮选绿色，停止按钮选红色，紧急操作选蘑菇式等。

14 其额定电压有交流500V、直流440V，额定电流为5A。常选用的按钮有LA2，LAl0，LAl9及LA20等系列。符合IEC国际标准的新产品有LAY3系列，额定工作电流为1.5~8A。
刀开关 又称为闸刀，主要用于接通和切断长期工作设备的电源以及不经常起动、制动和容量小于7．5kW的异步电动机。 主要技术参数有额定电压、电流、通断能力、动稳定电流、热稳定电流等。

15 在使用时其额定电压应等于或大于电路的额定电压；额定电流应等于或稍大于电路的额定电流。
若用刀开关控制电动机，则必须考虑电动机的起动电流比较大，应选用额定电流大一级的刀开关。此外刀开关的通断能力、动稳定电流值等均应符合电路要求。 刀开关选用时，主要是根据电源种类、电压等级、断流容量及需要极数。当用刀开关来控制电动机时，其额定电流要大于电动机额定电流的3倍。

16 组合开关 主要用于电源的引入与隔离，又叫电源隔离开关。其选用依据是电源种类、电压等级、触头数量以及断流容量。当采用组合开关来控制5kW以下小容量异步电动机时，其额定电流一般取设备的（1.5~3）I N倍。接通次数小于（15~20）次／h，常用的组合开关为HZ10系列。 行程开关 主要用于控制运动机构的行程、位置控制或联锁等。根据控制功能、安装位置、电压电流等级，触头种类及数量来选择结构和型号。常用的有LX2，LX19，JLXKl型行程开关以及JXW-11、JLXKl-11型微动开关等。

17 对于要求动作快、灵敏度高的行程控制，可采用无触头接近开关，特别是近年来出现的霍尔接近开关性能好，寿命长，是一种值得推荐的无触头行程开关。
断路器（自动开关） 具有过载、欠压、短路保护作用，故在电气设计的应用中越来越多。 自动开关的类型较多，有框架式、塑料外壳式、限流式、手动操作式和电动操作式。

18 在选用时，主要从保护特性要求（几段保护），分断能力、电网电压类型、电压等级、长期工作负载的平均电流、操作频繁程度等几方面去确定它的型号。
断路器的主要技术参数有：额定电压、额定电流、极数、脱扣器类型及其整定电流范围、分断能力、动作时间等。常用的有DZ10系列（额定电流分10，100，200，600A四个等级）。符合IEC标准的有3VE系列（额定电流从0.1~63A）。

19 在初步确定自动开关的类型和等级后，各级保护动作值的整定还必须注意和上、下级开关保护特性的协调配合，从总体上满足系统对选择性保护的要求。
（2）接触器的选择 接触器的额定电流或额定功率随使用场合及控制对象的不同、操作条件与工作繁重程度不同而变化。接触器分直流和交流接触器两大类，交流接触器主要有CJ0及CJ10系列，直流接触器多用CZ0系列。

20 目前，符合IEC和新国标的产品有LCl-D系列，可与3BT系列互换使用的CJXl、CJX2系列，这些新产品正逐步取代CJ和CZ0系列产品。
在一般情况下，接触器的选用主要依据是接触器主触头的额定电压、电流要求，辅助触头的种类、数量及其额定电流，控制线圈电源种类，频率与额定电压，操作频繁程度和负载类型等因素。 接触器铭牌额定电压是指主触头的额定电压。其电压等级： 交流有220V、380V和660V，在特殊场合应用的其额定电压高达1140V；

21 直流主要有110V、220V、440V和660V。 按规定，在接触器线圈已发热稳定时，加上85％的额定电压，衔铁应可靠地吸合；反之，如果工作中电网电压过低或者突然消失，衔铁亦应可靠地释放。如某负载是380V的三相异步电动机，则应选380V的交流接触器。 接触器铭牌额定电流是指主触头的额定工作电流。它是在一定的条件（额定电压、使用类别和操作频率等）下规定的，其常用的电流等级为：

22 交流接触器：10A，15A，25A，40A，60A，100A，150A，250A，400A，600A。
上述电流是指接触器安装在敞开式控制屏上，触头工作不超过额定温升，负载为间断—长期工作制时的电流值。所谓间断—长期工作制是指接触器连续通电时间不超过8h。若超过8h，必须空载开闭3次以上，以消除表面氧化膜。如果上述诸条件改变了，就要相应修正其电流值。具体如下：

23 当接触器安装在箱柜内时，由于冷却条件变差，电流要降低10～20%使用；
当接触器工作于长期工作制时，安装是敞开式，电流要降低20～25%使用；安装在箱柜内时，电流要降低25~35％使用； 当接触器工作于重复短时工作制时，则通电持续率不应超过40％；敞开安装，电流允许提高10~25%，箱柜安装，允许提高5~10％。介于上述情况之间者，可酌情增减。 吸引线圈的额定电压等级：

24 交流线圈： 36V、127V、220V和380V。 直流线圈： 24V、48V、220V、和440V。 一般情况下，交流负载用交流接触器，直流负载用直流接触器，但交流负载频繁动作时也可采用直流吸引线圈的接触器。 通常采用的是直流110V，220V，交流127V，220V，380V。直流接触器断开时产生过电压可达10～20倍，故不宜采用高电压等级（440V已停止生产）。而电压太低接通此线圈用的继电器或接触器的连锁触头不可靠（如灰尘、或油层存在）。

25 接触器的额定操作频率是指每小时允许的操作次数，一般为300次／h、600次／h和交流接触器最高为600次／h；直流接触器可高达1200次／h。
动作值是指接触器的吸合电压和释放电压。规定接触器的吸合电压大于线圈额定电压的85％时应可靠吸合，释放电压不高于线圈额定电压的70％。 对于交流接触器，被选接触器的额定电压应高于线路额定电压，主触头的额定电流应大于负载电流，对于电动机负载可按下面经验公式计算主触头电流IN：

26 （3-11） 式中 K-经验系数，取1~1.4；PN-被控电动机额定功率（kW）； UN-电机额定线电压（V）。 对于频繁起动、制动与频繁正反转工作情况，为了防止主触头的烧蚀和过早损坏,应将接触器的额定电梳降低一个等级使用，或将控制容量减半选用。 接触器控制线圈的电压种类与电压等级应根据控制线路要求选用。简单控制线路可直接选用交流380V、220V，线路复杂，用电器较多时，应选用127V，110V或更低的控制电压。

27 直流接触器的选用方法与交流接触器基本相同。
（3）继电器的选择 ① 电磁式继电器的选择 中间继电器 中间继电器用于电路中传递与转换信号，扩大控制路数，将小功率控制信号转换为大容量的触头控制，扩充交流接触器及其它电器的控制作用。 其选用主要根据触头的数量及种类确定型号；同时注意吸引线圈的额定电压应等于控制电路的电压等级。常用JZ7系列，新产品有JDZl系列、CA2-DNl系列及仿西门子3TH的JZCl系列等。

28 电流、电压继电器 选用的主要依据是：被控制或被保护对象的特性、触头的种类、数量、控制电路的电压，电流、负载性质等因素。线圈电压、电流应满足控制线路的要求。如果控制电流超过继电器触头额定电流，可将触头并联使用。也可以采用触头串联使用方法来提高触头的分断能力。 时间继电器 选用时应考虑延时方式（通电延时或断电延时）、延时范围、延时精度要求、外形尺寸、安装方式、价格等因素。

29 常用的时间继电器有空气阻尼式、电磁式、电动式及晶体管式和数字时间继电器等。
在延时精度要求不高且电源电压波动大的场合，宜选用价格较低的电磁式或空气阻尼式时间继电器。当延时范围大，延时精度较高时，可选用电动式或晶体管式时间继电器，延时精度要求更高时，可选用数字式时间继电器，同时也要注意线圈电压等级能否满足控制电路的要求，JS7系列是应用较多的空气阻尼式时间继电器，代替它的新产品是JSKl。

30 热继电器 对于工作时间较短、停歇时间长的电动机，如机床的刀架或工作台的快速移动，以及虽长期工作但过载可能性很小的电动机如排风扇等，可以不设过载保护，除此以外，一般电动机都应考虑过载保护。
热继电器有两相式、三相式及三相带断相保护等形式。对于星形接法的电动机及电源对称性较好的情况可采用两相结构的热继电器；对于三角形接法的电动机或电源对称性不够好的情况则应选用三相结构或带断相保护的三相结构热继电器，在重要场合或容量较大的电动机，可选用半导体温度继电器来进行过载保护。

31 热继电器发热元件额定电流，一般按被控制电动机的额定电流的0. 95~1
热继电器发热元件额定电流，一般按被控制电动机的额定电流的0.95~1.05倍选用，对过载能力较差的电动机可选得更小些，其热继电器的额定电流应大于或等于热元件的额定整定电流值。过去常用的热继电器JRo，系列，新产品有JRS1系列、LR1-D系列及西门子3UA系列。 （4）熔断器选择 熔断器主要对电气设备起短路瞬时保护作用。其主要类型有：插入式、螺旋式、填料封闭管式等。熔断器选择的主要内容是按类型、额定电压、熔断器额定电流等级与熔体额定电流。

32 熔断器的选择方法为；根据电路的特点及参数求出熔体电流，再根据熔体电流大小选择熔断器的额定电流来确定其规格型号。
对负载电流较为平稳的电气设备如照明、信号、电热电路可直接按负载额定电流来选取。 对具有冲击电流的电气设备如电动机，熔体额定电流可按下式计算值选取： 单台电机长期工作 （3-12）

33 多台电机长期共用一个熔断器保护 （3-13） 式中 INmax——为容量最大一台电动机的额定电流； ∑IN——是除容量最大电动机之外，其余电动机额定电流之和。 轻载及起动时间短时，系数取1.5，起动负载重、时间长、起动次数又较多时，取2.5。为满足选择性保护的要求，应注意熔断器上下级之间的配合，要求上一级熔断器的熔断时间至少是下一级的3倍，不然将会发生越级动作，扩大停电范围。