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第3章三相异步电动机基本控制环节与基本电路第3章三相异步电动机基本控制环节与基本电路3.1基本控制环节3.2三相异步电动机的启动控制3.3三相异步电动机的制动控制3.4三相异步电动机的转速控制3.5常用机床电气控制第3章三相异步电动机基本控制环节与基本电路3.1基本控制环节3.1.1启动、自锁和点动控制三相异步电动机的启动控制有直接启动、降压启动和软启动等方式。直接启动又称为全压启动，即启动时电源电压全部施加在电动机定子绕组上。降压启动即启动时将电源电压降低一定的数值后再施加到电动机定子绕组上，待电动机的转速接近同步转速后，再使电动机在电源电压下运行。软启动就是使施加到电动机定子绕组上的电压从零开始按预设的函数关系逐渐上升，直至启动过程结束，再使电动机在全电压下运行。图3-1为三相异步电动机全压启动及点动控制线路。第3章三相异步电动机基本控制环节与基本电路UVWQFQSSB1FRNKMKMSAFRFU1KMM3～FU2SB2图3-1三相异步电动机全压启动及点动控制线路第3章三相异步电动机基本控制环节与基本电路另外，由图3-1可见，电路具有以下保护环节：(1)熔断器FU在电路中起后备短路保护作用。(2)热继电器FR在电路中起电动机过载保护作用，它具有与电动机的允许过载特性相匹配的反时限特性。(3)欠压保护与失压保护是依靠接触器本身的电磁机构来实现的。第3章三相异步电动机基本控制环节与基本电路FRKMSB2KMFRKAKAKMKMKASB1(b)SB1SB3(a)SB2SB3图3-2三相异步电动机点动控制(a)利用复合按钮控制点动；(b)利用中间继电器控制点动第3章三相异步电动机基本控制环节与基本电路3.1.2可逆控制与互锁环节FU1UVWQFQSKM1SB1FRKM1KM2KM2FRNM3～KM1FU2SB2SB3KM2KM1KM2图3-3三相电动机可逆控制线路第3章三相异步电动机基本控制环节与基本电路KM1SB1SB3SB2KM2KM1KM2KM1KM2FR图3-4利用复合按钮实现三相电动机的可逆控制第3章三相异步电动机基本控制环节与基本电路3.1.3联锁控制生产机械或自动生产线由许多运动部件组成，不同运动部件之间有联系又互相制约。例如，电梯及升降机械不能同时上下运行，机械加工车床的主轴必须在油泵电动机启动，并使齿轮箱有充分的润滑油后才能启动等。这种互相联系而又互相制约的控制称为联锁。若要求甲接触器动作后乙接触器方能动作，则需将甲接触器的常开触头串接在乙接触器的线圈电路中。依此类推，可推广到n个需相互顺序联锁控制的对象。第3章三相异步电动机基本控制环节与基本电路例如，机械加工车床主轴转动时，需要油泵先启动，给齿轮箱供油润滑。为保证润滑泵电动机启动后主拖动电动机才启动，对控制线路提出了按顺序工作的联锁要求。在图3-5(a)中，是将油泵电动机接触器KM1的常开触头串入主拖动电动机接触器KM2的线圈电路中实现的，只有当KM1先启动，KM2才能启动。在图3-5(b)所示的接法中，可以省去KM1的常开触头，使线路得到简化。类似的工艺过程在许多其他生产设备上同样存在，因此这是一个典型的联锁控制线路。第3章三相异步电动机基本控制环节与基本电路M13～FU1UVWQFQSSB1FR1KM1SB3KM2KM1FR1NFR2M23～FU2SB2KM1FR2KM2KM2(a)SB1FR1KM1SB3SB2KM1FR2KM2KM2(b)KM1图3-5三相异步电动机联锁控制线路(a)联锁控制线路一；(b)联锁控制线路二第3章三相异步电动机基本控制环节与基本电路3.1.4多地点控制SB1USB3SB5SB7SB2SB4SB6KMFRNKM图3-6三地点控制线路第3章三相异步电动机基本控制环节与基本电路3.2三相异步电动机的启动控制3.2.1星—三角形(Y-D)降压启动控制线路Y-D形的降压启动时，将电动机定子绕组连结成星形(Y)，这时加在电动机每相绕组上的电压为电源电压额定值的，因而其启动转矩为三角形(D)连接直接启动转矩的1/3，启动电流降为D形连接直接启动电流的1/3，减小了启动电流对电网的影响。待电动机启动后，按预先设定的时间将定子绕组转换成D形接法，使电动机在额定电压下正常运转。额定功率在4kW以上的三相异步电动机正常运行时的定子绕组均为D形接法，故都可以采用Y-D形降压启动方式。在Y-D形的降压启动控制线路的主电路中，电动机定子三相绕组6个线头均引出，由两个接触器分别进行控制。Y-D转换控制电路可视电动机容量大小、应用场合等的不同采用不同的接线方式，见图3-7。第3章三相异步电动机基本控制环节与基本电路KM1FU1UVWSB1KTFRKM1KM3KTQFFRNQSFU2M3～KM2KM3SB2KM1KM2KM3KM2KTKM2图3-7Y-D形降压启动控制电路第3章三相异步电动机基本控制环节与基本电路3.2.2自耦变压器降压启动控制线路顾名思义，自耦变压器降压启动控制线路是先通过自耦变压器降压，再启动电动机的降压启动方法。自耦变压器通常有两个不同的抽头(60%UN、80%UN)，利用不同抽头的电压比可得到不同的启动电压和启动转矩，工程人员可根据需要选择。电动机启动时，定子绕组得到的电压是自耦变压器的二次电压。一旦启动完毕，自耦变压器便被短接，额定电压(即自耦变压器的一次电压)直接加于定子绕组，电动机进入全电压正常工作状态。自耦变压器降压启动方法适用于启动较大容量的电动机，启动转矩可以通过改变抽头的连接位置得到改变。自耦变压器价格较贵，而且不允许频繁启动。第3章三相异步电动机基本控制环节与基本电路UVWQFQSNFU2KAKAKAKAKTKTKART1FRFRHL1M3～KM2KM1KM2FU1SB1SB2KM1KM1KM2KM1KM1HL2HL3KM1KM2KM1—减压起动接触器；KM2—正常运转接触器；KA—起动中间继电器；KT—减压起动时间继电器；HL1—电源指示灯；HL2—减压起动指示灯；HL3—正常运转指示灯图3-8由两接触器控制的自耦减压启动控制电路第3章三相异步电动机基本控制环节与基本电路电路工作情况：合上电源开关QS，HL1灯亮，表明电源电压正常。按下启动按钮SB2，KM1、KT线圈同时通电并自保；将自耦变压器T1接入，电动机定子绕组经自耦变压器供电作减压启动，同时指示灯HL1灭，HL2亮，显示电动机正作减压启动。当电动机转速接近额定转速时，时间继电器KT动作，其延时闭合触点KT闭合，使KA线圈通电并自保；常闭触点断开，使KM1线圈断电释放，HL2断电熄灭；KM2线圈通电吸合，将自耦变压器切除，电动机在额定电压下正常运转，同时HL3指示灯亮，表明电动机进入正常运转。由于流过自耦变压器公共部分的电流为一、二次电流之差，因此允许辅助触点KM2接入。第3章三相异步电动机基本控制环节与基本电路3.2.3三相绕线转子异步电动机的启动控制1．转子回路串接电阻启动控制线路三相绕线转子异步电动机的优点之一是转子回路可以通过滑环的外串电阻来达到减小启动电流，提高转子电路功率因数和启动转矩的目的。一般在要求启动转矩较高的场合，如起重机械、卷扬机等，广泛应用绕线转子异步电动机。第3章三相异步电动机基本控制环节与基本电路在三相绕线转子异步电动机的三相转子回路中，分别串接启动电阻或电抗器，再加电源及自动控制电路，就构成了三相绕线转子异步电动机的启动控制线路。图3-9是转子回路中串接电阻的启动控制线路。通过设定欠电流继电器的释放值进行控制，并利用电动机转子电流大小的变化来控制电阻切除。在启动前，启动电阻全部被接入电路，在启动过程中，启动电阻逐段地被短接。电阻的短接是采用三只欠电流继电器KA1、KA2、KA3和三只接触器KM2、KM3、KM4的相互配合来完成的。正常运行时，线路中只有KM1、KM4长期通电，KA1、KA2、KA3的线圈被KM4短接，KM2、KM3的线圈分别被KM3、KM4的常闭触头断开。这样一方面减少了耗电，更重要的是能延长它们的使用寿命。欠电流继电器KA1、KA2、KA3线圈串接在电动机转子电路中。第3章三相异步电动机基本控制环节与基本电路这三个继电器的吸合电流相同，但释放电流不同。其中KA1的释放电流最大，KA2次之，KA3最小。电动机刚启动时，启动电流很大，KA1、KA2、KA3都吸合，它们的常闭触头断开，接触器KM2、KM3、KM4不动作，全部电阻被接入电动机的转子电路中。当电动机转速升高后电流减小，KA1首先释放，它的常闭触头闭合，使接触器KM2线圈通电，短接第一段转子电阻R 1。这时电动机转子电流增加，随着转速的升高，电流逐渐下降，使KA2释放，接触器KM3线圈通电，短接第二段启动电阻R 2，同时利用其辅助触头将KM2线圈断电退出运行。这时电动机转子电流又增加，随着转速的继续升高，电流进一步下降，使KA3释放，接触器KM4线圈通电，将转子全部电阻短接，同时利用其辅助触头将KM3线圈断电退出运行，电动机启动完毕。第3章三相异步电动机基本控制环节与基本电路UVWQFKM1FRNQSKM2IR1KA2KA1KAFRHL1KAM3～IKM3R2KA3IKM4R3FU2FU1SB1SB2KM1KM1KM1KM2KA1KM3KM4KA2KM3KA3KM4KM2HL2HL3KM3KM4图3-9转子回路中串接电阻的启动控制线路第3章三相异步电动机基本控制环节与基本电路启动电阻的分段数量是根据不同要求确定的，可以是n段。短接的方式有三相电阻不平衡短接法和三相电阻平衡短接法两种。所谓三相电阻不平衡短接，是指每相的启动电阻轮流被短接；而三相电阻平衡短接是指三相的启动电阻同时被短接。但无论是采用不平衡接法还是平衡短接法，其作用基本相同。通常采用凸轮控制器或接触器短接。采用凸轮控制器时，由于凸轮控制器中各对触头闭合顺序一般按不平衡短接法设计(这样使得控制电路简单)，因此通常采用不平衡短接法。而应用接触器来短接时，全部采用平衡短接法。第3章三相异步电动机基本控制环节与基本电路2．转子回路串频敏变阻器启动控制线路由图3-9所示的控制线路可见，在绕线转子异步电动机启动过程中逐段减小电阻时，电流及转矩是呈跃变状态变化的，电流及转矩会突然增大产生一定的机械冲击。同时，当分段级数较多时，控制线路复杂，工作可靠性降低，而且电阻本身比较笨重，控制箱体积及能耗很大，因此，我国在20世纪60年代研制出了频敏变阻器来替代启动电阻。频敏变阻器实质上是一个铁心损耗非常大的三相电抗器。它由数片E形硅钢片叠成，具有铁心、线圈两个部分，制成开起式，并采用星形接线。将其串接在绕线式异步电动机转子回路中，相当于使其转子绕组接入了一个铁损较大的电抗器。这时的转子等效电路如图3-10所示。第3章三相异步电动机基本控制环节与基本电路M3～RdRLRIRI—绕组等效电阻；Rd—绕组直流电阻；R—铁损等值电阻；L—等值电感图3-10频敏变阻器等效电路第3章三相异步电动机基本控制环节与基本电路频敏变阻器的阻抗能够随着转子电流频率的下降自动减小，它是绕线转子异步电动机较为理想的一种启动设备，常用于较大容量的绕线式异步电动机的启动控制。RI、L值与转子电流频率相关。在启动过程中，转子电流频率是变化的。刚启动时，转速等于0，转差率s＝1，转子电流的频率f2与电源频率f1的关系为f2＝sf1。所以，刚启动时f2＝f1，频敏变阻器的电感和电阻均为最大，转子电流受到抑制。随着电动机转速的升高，s减小，f2下降，频敏变阻器的阻抗也随之减小。所以，绕线转子电动机转子串接频敏变阻器启动时，随着电动机转速的升高，变阻器阻抗也自动逐渐减小，实现了平滑的无级启动。当电动机运行正常时，f2很低(为f1的5%～10%)，由于其阻抗与f2的平方成正比，因此其阻抗变得很小。由此可见，在启动过程中，转子等效阻抗及转子回路感应电动势都是由大到小的，这就实现了近似恒转矩的启动特性。此种启动方式在桥式起重机和空气压缩机等电气设备中获得了广泛的应用。第3章三相异步电动机基本控制环节与基本电路图3-11是一种采用频敏变阻器的启