《电工工艺学》教案第五章电气控制设备及维修.pdf

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1、学习必备欢迎下载第五章电气控制设备及维修第一节电气图绘制标准的简介1、生产机械电气控制的电气图通常总包含有：原理图 及接线图 ，以便于接线、安装和维修电气设备。一、图面区域的划分1、图区编号图样上方的 1、 2、3等数字是图区编号，它是为了便于检索电气线路，方便阅读电气原理图而设置的 。图区编号也可设置在图的下方。2、图区编号下方的“电源开关及保护等字样，表明它对应的下方元件或电路的功能，使读者能清楚地知道某个元件或某部分电路的功能，以利于理解全电路的工作原理。二、符号位置的索引1、图 5-1 图区中，8KA的“ 8”为最简的索引代号。 它指出了继电器KA 线圈位置在图区8。2、触头索引 ：图

2、 51KM 线圈及 KA 线圈下方的是接触器KM 和继电器KA 相应触头的索引。电气原理图中， 接触器和继电器线圈与触头的从属关系应用附图表示。即在原理图中相应线圈的下方，给出触头的图形符号，并在其下面注明相应触头的索引代号，对未使用的触头用“”表明，有时也可采用上述省去触头符号的表示法。 对接触器，上述表示法中各栏的含义如下：左栏中栏右栏主触头所在图区号辅助动合触头 e 所在图区号辅助动断触头所在图区号 对继电器，上述表示法中各栏的含义如下：三、电气原理图中技术数据的标注电气元件的数据和型号，一般用小号字体注在电器代号下面，如图52就是热继电器动作电流值范围和整定值的附注。图中标注的 152

3、mm、12mm等字样表明该处导线的截面积。左栏右栏动合触头所在动断触头所在图区号图区号图 5 2热 继 电 器 技 术数据标注学习必备欢迎下载学习必备欢迎下载第二节三相异步电动机的自动控制电路1、三相异步电动机优点：具有 结构简单 、价格低廉 、 维修方便 等优点，目前广泛用于工业生产中。2、三相异步电动机的自动控制电路：大多是由 继电器 、接触器 、主令控制器 等电器元件 组成 ，用来控制电动机的 起动 、制动 、反转 及 调速 等功能，它将电动机、低压电器、测量仪表等装置有机地结合起来，组成电力拖动的自动控制系统。一、三相笼型异步电动机的起动控制电路1、起动 ：是指使电动机的转子由静止状态

4、变为正常运转的过程。2、直接起动 ：实际应用中，许多笼型异步电动机都是在定子三相绕组加额定电压起动，当 起动转矩大于电动机轴上的负载转矩时，电动机便开始转动。转速从零( 即转差率 s=1) 开始逐渐增加，直至额定转速，这个过程一般几分之一秒到数秒钟之内即可完成。这种方法称为直接起动。3、直接起动缺点：采用这种方法起动时，电动机的起动电流很大，可达额定电流的47倍。如果要起动的电动机的 容量较大 ，巨大的起动电流会引起电网电压的过分降低，从而 影响其他设备的稳定运行（一）直接起动控制电路1、三相笼型异步电动机直接起动的控制电路如图53所示。2、能否直接起动要考虑的两个因素：三相笼型异步电动机能否

5、进行直接起动，一般除考虑到电动机本身的容量外，还取决于供电电网的容量。3、判断电网容量能否允许电动机直接起动，常用如下的经验公式：)(4)(43KWKVAIINst电动机额定功率电源容量（二）减压起动 ( 也称降压起动 ) 控制电路1、大容量电动机一般均采用减压起动的方法。2、减压起动： 是当电动机起动时，使加于定子绕组上的电压低于它的额定值，经过一段时间后，再将定子绕组上的电压提高到额定值，使电动机稳定运行。3、减压起动能减少电动机的起动电流的原因：由于电动机的 起动电流与定子绕组上的电压成正比，所以利用减压起动的方法，可以减少电动机的起动电流。4、常用的减压起动的方法有：定子电路中串电阻(

6、 或串电抗器 ) 的起动；自耦变压器( 补偿器 ) 起动；星一三角起动及延边三角形起动。(1) 串电阻 ( 或电抗器 ) 起动 方法： 这种起动方法是在定子电路 中串入 电阻 ( 或电抗器 ) ，起动时利用串入的电阻( 或电抗器 ) 起降压的作用，限制起动电流，待电动机转速升到一定值时，将电阻( 或电抗器 ) 短接，使电动机在额定电压下稳定运行。 不串电阻而串电抗器的原因：由于定子电路中串入的电阻要消耗电能，所以大、中型电动机常采用串电抗器的起动方法。 串电阻起动的控制电路如图 54所示，学习必备欢迎下载 线路的动作过程为：合上电源开关 QS ，按下起动按钮 SB2 ，接触器 KM1 线圈和时

7、间继电器KT线圈同时通电， KMl的主触头使电动机定子绕组经起动电阻R与电源接通， 电动机定子绕组在低于额定电压下起动，与此同时， KM1 的辅助触头自保。由于KT线圈的通电，经过预先整定的起动时间后，其延时闭合的动合触头闭合，使接触器KM2 线圈通电，其主触头将起动电阻R短接，使电动机稳定运行在额定电压下。SB1 为停止按钮。 三相定子绕组中所串电阻的选择，常根据下述经验公式190stststststIIIIRstI指未串电阻时的起动电流(A) ；stI指串电阻后的起动电流(A)( 根据实际情况可确定为额定电流NI的23倍) ；举例： 一台笼型异步电动机，额定功率为22kW ，额定电流NI为

8、40A，额定电压为 380V，当采用串电阻减压起动时，电路中应串多大的电阻。电路中应串电阻的阻值可根据上式计算如下：AIINst4066AIINst402258.1402640)26(1902stR 对所串电阻的要求：在定子电路中所串的电阻，一般可选取铸铁电阻 ；且 三相电路中所串的电阻应相等 ；选择时还应注意到所选电阻允许通过的电流值。(2) 自耦变压器减压起动控制电路 电路图如图 55所示。电路动作过程为：起动时按下按钮SB2，接触器 KM1 和时间继电器KT同时通电，电动机通过自耦变压器作减压起动，经过预先整定的时间以后， KT延时断开的动断触头切断KMl的通电回路， KT另一个延时闭合

9、的动合触头接通KM2 的线圈，使自耦变压器脱离电源，并将电动机直接接到电源，使电动机运行在额定电压下。SB1 为停止按钮。自耦变压器减压起动优点：采用自耦变压器起动时， 转矩减少的比例和电流减少的比例相等，不与降低的电压平方成正比。这样自耦变压器起动比定子串电阻( 或电抗 ) 起动能 提供更大的起动转矩学习必备欢迎下载 自耦变压器减压起动缺点：是自耦变压器价格昂贵 ，且 不充许频繁起动。(3) 星一三角起动控制电路( 丫一起动 ) 适用的电机： 凡正常运行为联结的， 容量较大 的电动机，可采用丫一起动法。 方法： 即起动时绕组为丫形联结，待转速升高到一定程度时，改为形联结，直到稳定运行。采用这

10、种方法起动时，可使每相定子绕组所受的电压在起动时降为电路电压的31(57 7电路电压 ) ，其电流为直接起动时的1 3。 缺点： 由于起动电流的减小，起动转矩也减小到直接起动时的13，所以这种起动方法只能用于空载或轻载 起动的场合。两个线路的共同点：丫一起动控制线路示于图56a，b中。它们 起动的原则是一致的。从主回路可知， 当KM2 接触器的主触头闭合KM3 接触器主触头断开时，则电动机定子接成三角形；当KM3 主触头闭合， KM2 主触头断开，则电动机定子接成星形。这两个控制线路的共同点都是利用时间继电器KT来实现丫一转换的。 线路 a工作过程 ：当按下起动按钮 SB2 ，KM1 与KM3

11、 同时通电，电动机在星形联结下作减压起动。由于时间继电器KT 也同时通电，经一定时间后，其延时动断的动断触头断开，使KM3 失电，此时， KT的延时动合触头闭合， 使KM2 通电，即电动机定子绕组由星形联结自动换接成三角形，而正常运转。KM2 通电后其动断触头断开，使KT 失电。 KM2 的辅助触头形成自锁，维持KM2 的通电。电路 b的动作过程 ：与电路 a的基本相同， 不过 a中使用的时间继电器KT是通电延时的时间继电器，而 b则采用了断电延时的时间继电器。当按下起动按钮SB2 后，时间继电器 KT通电，其延时动断的动合触头瞬时闭合，使KM3 通电， KM3 的动合触头又使KM1 通电，

12、电动机在星形联结方式下起动。 KM1 通电后，其动断触头断开，使KT断电，经一定延时后，其延时动断的动合触头断开，使KM3 失电， 由KM3 的动断触头使KM2 通电， 电动机定子绕组接成三角形，起动到正常工作状态。(4) 延边三角形起动控制 丫一电路缺点： 采用丫一起动控制， 由于 起动转矩较小 ， 应用中有一定的限制。为克服丫一起动方法起动时转矩小的缺点，可采学习必备欢迎下载用延边三角形起动法。延边三角形起动一般可采用XJI 系列低压起动控制箱，也可用交流接触器等元件来实现。延边三角形起动方法的实质：是将电动机定子绕组中的部分绕组接成Y形，另一部分绕组接成。定子绕组有9个抽头，其接线图如图

13、5 7所示。从图 57可以看出其绕组的整个接法好像是一个形的三边延长后的图形 ，故称它为延边三角形。 优点： 是在 U、V、W 三相接入 380V电源时， 每相绕组上所承受的电压，比形联结时的相电压要低。可见用延边三角形法不但可以达到减压起动的目的 ，而且由于其相电压高于丫一起动法时的电压，因此起动转矩也就大于丫一起动时的转矩。 延边三角形接法时相电压的计算：而这时相电压的大小，取决于每相绕组中匝数1N与2N的比值 ( 称为抽头比 ) ，1N所占的比例越大，相电压就越低。如当21: NN=1：2时，则相电压为290V，当21: NN=1：1时，相电压为 264V(计算略 ) 。在实际应用中，可

14、以根据不同的使用要求，选用不同的抽头比进行减压起动，待电动机起动运转以后，再将绕组接成，使电动机在额定电压下正常运转。 延边三角形起动的控制电路 如图 58所示。 电器动作过程为： 按起动按钮 SB2 ，接触器 KMl和KM3 通电吸合， 把电动机定子绕组接成延边三角形，此时时间继电器 KT也同时通电，经一定时间后， 使KM3 失电释放，而使 KM2 通电吸合， 定子绕组接成三角形正常运转。二、三相笼型异步电动机的正、反转控制生产机械通常要求能对电动机进行正、反转控制，如大多数机床的主轴或进给运动都需要两个方向运行，故要求电动机能够正、反转。三相异步电动机改变方向的方法：若要使电动机改变旋转方

15、向，只要改变通入电动机三相定子绕组中的任意两相的电源即可。常用的电动机正、反转控制电路有如下几种。学习必备欢迎下载（一）倒顺开关正、反转控制1、倒顺开关 ：是一种既能接通电源，又能改变电源相序的电源开关。该开关手柄有正、停、反三个位置。2、使用倒顺开关请注意：来使电动机进行正、反转时，不要直接从正到反，最好在停的位置略微停顿一下。这样，可避免电动机突然反接，定子绕组因电流过大造成过热而损坏。3、适用范围：利用倒顺开关控制电动机正、反转，一般仅适用于不需经常正、反转的场合。（二）接触器联锁的正、反转控制电路1、电路图： 利用按钮，接触器可组成电动机的正、反转控制电路其电路如图5 9所示。2、动作

16、过程为：按起动按钮SB2 ，使接触器 KM1 通电吸合，主触头闭合，使电动机按U、V、W 的相序接通电源而起动，电动机正转。 KM1 动合辅助触头闭合自保，动断辅助触头断开，断开 KM2 的通电回路， 防止 KM1 与 KM2 同时通电而造成电源短路。 若要使电动机反转，只要按下停止按钮SB1 ，接触器KM1 失电，再按反转按钮SB3 ，使接触器 KM2 通电并自保，其主触头闭合， 使电动机以 W 、 V、 U的相序接通电源而起动，电动机反转。KM2 的动断触头串在KM1 线圈回路亦起联锁作用。互锁 ：利用 KM1 与KM2 的动断触头分别串联在对方回路，以防止两个接触器同时通电，避免电源两相

17、短路，这就称为互锁。（三）按钮联锁的正反转控制电路1、上图缺点：图59的电路操作时不大方便，从电动机正转到反转，必须先按下停止按钮SB1 。如果把上图中串在 KM1 与KM2 回路中的动断触头KM2 和KM1 换上按钮 SB3和SB2的动断触头，就实现了利用按钮联锁来控制电动机正反转的要求，2、控制电路 见图 510所示。3、该电路的特点是：电动机可以利用按钮SB2 和 SB3 直接进行正反转控制，不必按下停止按钮。其联锁作用是利用按钮动断触头先断开、常开后闭合的特点，来保证KM1 与 KM2不会同时通电，避免电源两相短接，造成短路。4、缺点： 但仅用按钮进行联锁，而不用接触器动断触头之间的联

18、锁，是不可靠 的，在实际中可能出现；由于负载短路或大电流的长期作用，接触器的主触头被强烈的电弧学习必备欢迎下载“烧焊”在一起，或者接触器的机构失灵，使衔铁卡住，总是在吸合状态，这都可能使主触头即使在线圈断电的情况下，也不断开。这时如果另一接触器又动作，就会造成电源短路事故。为了避免出现这样的事故，常采用双重联锁的正反转控制电路。（四）按钮、接触器双重联锁的正反转控制电路1、控制电路 ：如图 511所示，2、动作过程：与上述电路相同。三、三相笼型异步电动机的制动控制1、制动用途：许多机床，如万能铣床、卧式镗床、 组合机床等， 都要求能 迅速停车和准确定位， 这就要求对电动机进行制动。2、制动 ：

19、就是当电动机脱离电源后，强迫其立即停车。3、制动的方法一般有两大类： 机械制动 ：是采用机械装置，来强迫电动机迅速制动 电气制动： 实质上是使电动机停止时，产生一个与原来转子转动方向相反的制动转矩 ，迫使电动机立即停止。（一）机械制动1机械制动机械制动是当电动机切断电源后，依靠外加制动闸轮作用于电动机轴上，使电动机迅速停转。2、制动强度调整：可通过调整机械结构来改变。3、缺点： 制动时间越短冲击振动越大 ，且在电动机的轴伸端安装这样的制动机械，对某些空间位置比较紧凑的生产机械是有困难的。4、断电抱闸 控制电路 ：如图 512a 工作原理： 图a是在电源切断的情况下才起制动作用的，在电动机运转时

20、，制动电磁铁同时被通电吸合，使抱闸松开。当电动机切断电源时，电磁铁同时断电，实现抱闸制动。 断电抱闸优点：机械制动的制动转矩在一定范围内可以克服任何外加转矩，例如在提升重物时，由于抱闸的作用力可以使重物停留在需要的高度 ，这是电气制动所不能达到的，此外，机械制动安全可靠，不会因中途断电或电气故障的影响而造成事故。因此，这种制动方法普遍用于起重、卷扬 等设备。 断电抱闸缺点：图512a电路的缺点是电源切断后，电动机轴就被学习必备欢迎下载制动刹住不能转动，对有些设备有时还需要用人工将工件或传动轴转动作一些调整时，该电路就不适用了，5、通电抱闸 控制电路： 在图 512b中， 工作原理： 按停止按钮

21、 SB1 ，KMl断电释放，电动机断电，KM2 吸合使电磁铁动作，抱闸抱紧使电动机停止。松开按钮SB1，电磁铁即释放，抱闸松开，即可进行人工调整。（二）反接制动1、方法： 反接制动是电气制动的一种，它利用改变定子绕组中的电源相序 ，使定子的旋转磁场反向，转子便受到与原旋转方向相反的制动力矩而迅速停转，2、基本原理见图 513所示。3、反接制动注意问题：当电动机利用改变电源相序来进行反接制动时，电动机转速迅速降低。如果电动机转速降到零以后，不及时切断电源，电动机就要反向起动，所以在反接制动的控制线路中，常 需要有检测电动机转速的电器，在制动结束， 电动机转速接近零时，能自动断开三相电源，防止电动

22、机反向起动。4、速度继电器 作用： 它能反映电动机转速的变化，在转速接近零时能发出信号，使控制线路发生作用，断开电动机的电源。 速度继电器的结构及原理 结构： 如图 514所示。它由 转子 、定子 及 触头 等三个主要部分构成。 转子： 是由 永久磁铁 制成的圆柱形旋转体。继电器的转子 直接或通过传动机构与电动机的轴连接，随着电动机的转轴而转动。 定子 ：构造与笼型电动机的转子相似，定子内浇铸有短路导体， 定子也能围绕着转轴转动。 当转子随电动机旋转时，它的磁场与定子的短路导体相互切割，短路导体内就感应产生电动势和电流，与异步电动机的作用原理相同，旋转磁场与定子导体相互作用的结果，产生了转矩，

23、使定子也随着转子而转动起来 。转子的转速越高，产生的转矩也越大， 定子转动时 带动 杠杆 ，杠杆推动动触头5，使动断触头断开，动合触头闭合。 反力弹簧 ：同时杠杆通过返回杠杆 7压缩反力弹簧，反力弹簧的阻力使定子不能继续转动。如果转子的转速降低，转矩就减小，反力弹簧通过返回杠杆使杠杆返回到原来位置，动合触头断开，动断触头闭合。调节螺钉可以调节反力弹簧的弹力，使触头闭合或断开时的转子转速就随之改变。学习必备欢迎下载 电动机的旋转方向相反时，继电器转子的旋转方向也随之改变，产生的转矩方向也改变，定子就触动另一方向的触头使之断开或闭合。5、反接制动控制电路反接制动控制电路见图515a、b、c所示。

24、电路 a：动作原理很简单：按 SB2 电动机正转， 速度继电器SR 动合触头闭合(SR随电动机轴一起旋转，速度达120r min时，即动作 ) ，为制动作好准备。当按下SB1时KM1 失电，KM2 通电，电动机电源反接，电动机制动，转速迅速下降，在降至 120r min以下时， SR 已闭合的触头分开，KM2 失电，切除电源，电动机停止。该电路尚存在这样的问题：在停车期间，如为调整机构，需要用手转动电动机轴时，速度继电器的转子也随着转动，当转速达 120r min以上时， 也会发生同样的制动过程，不利于调整工作。而采用线路b即可克服上述缺点。 电路 b: 按钮 SB1采用复合按钮，从图中可知，

25、 只有当按下停止按钮SB1，制动线路才接通，在调整时，就不会出现上述的现象。 电路 c: 是可逆制动控制电路，图中用了两对速度继电器的触头，若电动机原处在正转状态，则速度继电器SR 触头(11 13) 闭合，为进行反接制动作好准备。当按下停止按钮SB1 后，接通中间继电器 KA ，使KM2 通电， 进行反接制动。 当电动机原处在反转状态时，速度继电器SR(117)闭合，也为进行反接制动作好准备，若按下 SB1，则KA 通电，使KM1 通电，完成制动。6、限流电阻：因电动机 反接制动电流很大，故在定子制动回路中一般应串入电阻来限制制动电流。7、反接制动的优缺点：反接制动方法比较简单可靠 ，适用于

26、电动机容量为23kW ，起动与制动次数不太频繁的场合。但是，由于反接制动时，振动和冲击力较大，影响机床的精度，所以使用时受到一定限制。10kW 以上的电动机就不大采用反接制动法。（三）能耗制动1、应用场合：能耗制动可以弥补反接制动的不足，在一些功率较大、制动次数频繁的生产机械上较多地采用这种方法。2、能耗制动的原理：在电动机定子绕组与交流电源断开之后，立即在任意两相定子绕组中通人直流电，在定子绕组中产生一个静止的磁场，由于转子的惯性仍按原方向旋转，而切割磁力线，在转子电路里即产生感应电动势和感应电流。转子电流与静止磁场相互作用产生一个与旋转方向相反的制动力矩，使电动机学习必备欢迎下载迅速停止。

27、这种制动方法，实质上是把转子原来“储存”的机械能转变成电能，又消耗在转子的电阻上，所以叫做能耗制动。3、控制线路 见图 516所示。4、线路的动作过程为：按下起动按钮SB2，接触器 KM1线圈得电并自保，主触头闭合，使电动机接通电源正常运转。当按下停止按钮SB1 ，KM1 断电，与此同时，接触器 KM2 和时间继电器KT通电，给电动机两相定子绕组送入直流电流进行能耗制动。经过一定时间后，KT延时断开的动断触头断开，切断KM2 的通电回路， KM2失电释放， 并断开 KT 通电回路， 电路回复到原始状态，作好再次起动的准备。5、电阻 R 作用： 是用来调节电流大小的，从而调节制动的强度。也可以在

28、变压器的二次侧设置抽头，以达到调节制动强度的目的。6、直流电源的估算： 确定参数： 先用电桥测量电动机定子绕组中任意两相之间的冷态电阻R，或从手册中查得； 测量空载电流 ( 或取0I=30 40额定电流 ) ； 取制动电流ZI=(1 5 4) 0I，当传动装置转速高、惯性大时，系数可取大一些； 取制动电压U=ZIR。 开始计算： 变压器的二次电压RIUZ11.12变压器的二次电流ZII11.12变压器容量22UIS 变压器的容量修正：关于变压器的容量，在上述原则确定后，还可根据制动时间与工作时间的长短作些修正，具体修正的方法参考有关手册。7、当采用桥式整流电路时：流过每只二极管的电流平均值ZI

29、21反向电压为22U四、三相绕线转子异步电动机的控制1、绕线转子异步电动机优点：与直流电动机相比结构简单 ，维护方便， 而调速和起动性能又优于笼型异步电动机， 因此， 广泛用于不可逆轧钢、起重运输机、 高炉料车卷扬机以及它们的辅助设备等电力拖动中。2、绕线转子异步电动机的结构特点：转子上绕有三相绕组，通过集电环与外电路连接。由于异步电动机的转子电阻影响到电动机的起动电流，也影响到电动机的起动转矩，并能用外加电阻来改变电动机的工作转速，所以绕线转子异步电动机常用转子外接电阻来控制电动机的起动和速度调节。（一）转子回路串电阻起动控制电路1、串电阻的目的：绕线转子异步电动机常在转子电路中串几级起动电

30、阻，用来限制起动电流，增大起动学习必备欢迎下载转矩 。桥式起重机的吊钩电动机为绕线转子异步电动机，常用串电阻的方法来起动。2、控制电路 如图 517所示。3、切除电阻的依据：图5一17是根据电动机在起动过程中 转子回路里电流的大小来切除电阻的 。即在起动过程中，每当电流小到某一值时，就切除一级电阻，电阻一切除，起动电流就又控制在一定的范围，不致使起动电流太小。4、KI1 与KI2的选择原则为：它们的吸合电流可以相等，但释放电流不等 ，且使 KI1 的释放电流大于 KI2的释放电流。5、图517的动作过程为：按下起动按钮 SB2，接触器 KM1 线圈通电，主触头接通电源，辅助触头自保。与此同时，

31、中间继电器KA 通电吸合( 其作用下面再分析) 。由于起动过程刚开始，故起动电流很大，足以使KI1 、KI2 吸合，保证接触器 KM2 与KM3 不被通电，这时，全部起动电阻均接入转子回路。电动机的转速逐渐增加，而随着转速的升高，转子回路中电流逐渐减小，当小到KI1的释放电流值时，KI1 便释放，接通接触器KM2 ，切除电阻 R1。由于 R1的切除，转子回路中的电流又增加。电动机的转速继续上升，随着转速的增高，电流又减小，当小到KI2 的释放电流值时。KI2便释放，使接触器KM3 通电吸合，切除电阻R2，电流又重新增大，使电动机转速继续上升到额定值，完成整个起动过程。6、中间继电器KA 的作用

32、 ：是保证 刚开始起动时接入全部起动电阻。由于电动机开始起动时，起动电流由零增大到最大值需一定的时间。这样就有可能出现KI1 与KI2还未动作、 KM2 与KM3 反而先通电把电阻R1 与R2切除，相当于电动机直接起动。线路中采用了中间继电器KA 以后，不管 KI1与KI2 有无动作，即可由KA 的触头来切断 KM2 和KM3 的通电回路，这就保证了起动时电阻全部接入转子回路。（二）转子回路中串频敏变阻器的起动控制电路1、转子串电阻起动缺点：绕线转子异步电动机，用转子串电阻起动时，由于分级切除起动电阻，会造成电流与转矩的突跳变化( 增大 ) ，对机械会产生冲击。2、频敏变阻器的特点：频敏变阻器

33、的阻抗值随着电流频率的变化而显著地变化。电流频率高时，阻抗值也高，电流频率低时，阻抗值也低。频敏变阻器的这一频率特性非常适合于控制异步电动机的起动过程。3、电动机转子电势的频率与什么有关：由于电动机转子电势的频率决定于转差率 s。这样将频敏变阻器串在绕线转子异步电机的转子回路中后，它的阻抗在起动开始时最大，随着电动机转速上升，转差率s减小，变阻器的阻抗也随之减小。这样，频敏变阻器就可以代替起动电阻，控制起动过程，使绕线转子异步电动机的整个起动过程接近于恒值起动转矩。4、采用频敏变阻器的起动控制电路如图 518所示。学习必备欢迎下载5、工作过程：图518电路可以实现自动和手动控制。自动控制时将开

34、关SA 扳向“自动”，当按下起动按钮SB2，利用时间继电器KT，控制中间继电器KA 和接触器KM2 的动作，在适当的时间将频敏变阻器短接。开关SA 扳到手动位置时，时间继电器 KT不起作用， 利用按钮SB3 手动控制中间继电器KA 和接触器 KM2 的动作。起动过程中， KA 的动断触头将热继电器FR的发热元件短接，以免因起动时间过长而使热继电器误动作。6、频敏变阻器的调节：在使用频敏变阻器的过程中，如遇到下列情况，可以调整匝数和气隙。 起动电流过大或过小，可设法增加或减少匝数； 起动转矩过大 ，机械有冲击，而起动完毕时的稳定转速又偏低， 可增加上下铁心间的气隙，增加气隙使起动电流略微增加，起

35、动转矩略微减小，但起动完毕时转矩增大，稳定转速可以得到提高。五、多速电动机的控制电路1、目前在我国机床电力拖动中，大部分 采用不调速的 笼型异步电动机 ，2、 采用多速异步电动机的好处：可以简化机床变速箱的结构。3、电机变速的原理：即改变极对数 调速的异步电动机，只要改变定子绕组的接法，就可以得到不同的工作转速4、常用的多速电机：有 双速 电动机和 三速 电动机。5、控制电路 1 如图 519所示。 工作过程： 图中 SB2 和SB3为低速和高速的起动按钮，当按下 SB2时， KM1 接触器通电，将电动机定子绕组接成，电动机以低速 n运转。若按下 SB3 ，则KM1 断电释放， 并接通 KM2

36、 将电动机定子绕组接成丫丫，电动机以2n的转速运转。6、控制电路 2 在有些场合需要电动机以起动，然后自动地将转速加快投入丫丫运转，从起动到运转这段时间可以有延时继电器来调节， 控制电路 如图 520所示 (主电路略 ) 。 工作过程： 该线路中的时间继电器KT，就是用来调节电动机起动到运转的时间的。当按下SB2时，时间继电器 KT通电， KT(911) 瞬时闭合，使接触器KM1 通电，将电动机定子绕组接成起动，并通过中间继电器 KA ，使时间继电器KT断电，经过一定时间后，KT(911) 断开，接触器 KM1 断电。而使 KM2 通电，电动机便自动地从改变成丫丫运转，完成了自动加速的过程。学

37、习必备欢迎下载第三节三相同步电动机的控制1、三相同步电动机用途及规格：主要用于拖动恒速旋转的大型机械，如大型空气压缩机、风机及水泵等设备。其额定电压多在33kV以上 ，功率多在 250kW 以上 。2、同步电动机的定子绕组同异步电动机相似，而 转子绕组则由直流电源进行励磁。3、励磁电源 ：可用 直流发电机 、交流发电机及晶闸管整流装置。4、无刷励磁系统：如果使用交流发电机及晶闸管整流装置励磁, 交流发电机发出的交流电需经整流后成为直流电源。为了安装简便，常将交流发电机与同步电动机同轴联结，并将定子做成磁极，转子作为电枢，是旋转电枢式结构。整流装置也与电枢同轴，故励磁电流直接馈送到同步电动机的励

38、磁绕组，从而取消了同步电动机的集电环，成为无刷励磁系统。5、同步电动机的转速是恒定 的6、同步电动机工作中存在的问题及解决： 不能自起动 ：由于同步电动机的起动转矩为零，因而要采取技术措施来解决不能自起动的问题； 励磁电流的调节：为了调节励磁电流，则励磁电源装置要有快速反应的调节能力 起动过程中转子绕组感应过电压，在起动时需 采取灭磁 措施。7、同步电动机的控制包括：起 动、停车制动 及励磁电流的调节，其控制电路都是针对上述各项特点而设计的。一、同步电动机的起动1、同步电动机启动方法：同步电动机起动时可采用 辅助电动机起动：同步电动机的转轴与另一台三相异步电动机的转轴用传动装置相联结。在定子绕

39、组接通三相电源时，异步电动机顺着同步电动机旋转的方向拖动同步电动机旋转而起动。缺点： 这种起动方法要有原动机及其控制设备，占地面积大 ，而且 不经济 。重载需大容量的原动机，其缺点更为明显，故实际中较少采用。 异步起动 ：常用 ，异步起动的同步电动机转子表面上，装有与异步电动机完全相同的笼型绕组，在同步电动机定子绕组接通电源时，转子的笼型绕组所起的作用与异步电动机的转子绕组相同，从而同步电动机得以起动。这种起动方法操作简便，而且经济，较辅助电动机起动方法要优越得多，故目前生产的同步电动机，其转子上往往装有笼型绕组，以便异步起动。 调频起动 ：起动时 利用极低频率的电源接到同步电动机的定子绕组，

40、以克服转子的惯性，慢慢起动，逐渐提高电源频率以达到同步转速。缺点： 这种起动方法需要一套大功率的变频电源设备，使设备 费用增加 ，技术上的难度 也较大，故只有在特殊情况下才予以采用。2、启动过程中转子的处理： 不通入励磁电流：不论采用何种起动方法，在起动过程中，转子绕组中是不通入励磁电流的，否则将增加起动的困难。 用电阻短接励磁绕组：为避免转子绕组中感应的高压开路电动势击穿绝缘、损坏元件，通常在起动过程中， 用电阻将励磁绕组加以短接。此放电电阻的阻值一般为励磁绕组电阻的5 10倍。起动过程结束前再切除。学习必备欢迎下载 切除放电电阻，投入励磁：待转子的转速接近同步转速时( 通常为同步转速的95

41、左右 ) ，切除放电电阻，投入励磁。3、同步电动机起动控制电路包括：电动机 定子电源的控制及转子绕组投入励磁的控制。4、同步电动机起动步骤是：先接入定子电源；开始起动； 当转速达到同步转速的95时，切除放电电阻，投入直流励磁。（一）定子绕组电源的控制电路1、同步电动机起动方式： 全压起动： 对于 重载起动 的电动机常采用全压起动。这是因为全压起动时具有较大的起动转矩，而且在转子绕组投入励磁后，能产生较大的牵入同步转矩，便于电动机迅速起动和进入正常同步运行。但全压起动时 对电源及机械设备的冲击大。 减压起动 ：减压起动适用于轻载起动 ，通常用 电抗器串接在定子回路中，起动时可按电流原则 或时间原

42、则 在起动过程中 再切除 。这样起动时对电源及机械设备的冲击均较小。2、高压同步电动机所用的电气元件：均为 高压电器 ，如高压隔离开关及油断路器等。而且其联锁保护等要求较高，以求安全、可靠。3、同步电动机全压起动的控制电路：图521所示为同步电动机全压起动的控制电路。图中， QS 为隔离开关； QF 为真空断路器； TV为电压互感器； TA 为电流互感器，它有两组，一组供测量仪表用；另一组供继电保护用；offYA为断路器分闸线圈；onYA为 合闸线圈；SA1 虚线框中的 SA1 为励磁装置 ( 图中略去未画，下同) 准备完成等待运行的开关，励磁准备完成后SA1闭合 KA5为励磁装置中的励磁保护

43、继电器，当励磁装置发生故障时KA5线圈得电； KA6为总停及失压等保护继电器触头，当低压控制柜中的水温、水压不正常时，或因故障需要紧急停车时，4学习必备欢迎下载(1) 准备起动： 定子主回路的隔离开关QS 、励磁装置的电源开关、控制柜的电源开关相继合闸。这时励磁准备完成等待运行的开关SA1 闭合 ；励磁正常， KA5触点断开 ；低压控制柜工作正常，KA6触点闭合 。KA2 通电 吸合。这样，指示灯HLGN 亮，表示电路等待起动。(2) 起动 ：按压起动按钮SB1 ，接触器 KM1 吸合 ，于是断路器的合闸线圈onYA通电 ，断路器 QF合闸，同步电动机全压起动。在 QF 合闸的同时，其辅助触头

44、(5 7) 闭合， KA1 吸合并自保，其动断触头断开KM1 线圈回路， KMl释放，合闸线圈onYA断电， 真空断路器由其闭锁机构维持合闸工作状态。QF的动合触头 (9 11)闭合，为分闸线圈的通电作好准备。QF 的触头 (1 一17) 断开， (1 15) 闭合。于是 “准备”运行的绿色信号灯HLGN 灭，而“运行”的红色信号灯HL RD 亮，表示同步电动机已处于运行状态。同步电动机开始起动，并在具备了一定条件后对其转子绕组施加励磁，起动完毕，投入运行。 (3)正常停车按压 SB2 ， 分闸线圈offYA通电 ，于是断路器掉闸，电动机停止运转。(4) 故障停车 当励磁装置发生故障时，KA5

45、(19) 闭合，offYA得电，断路器掉闸。 当低压控制柜中的水温、水压等不正常，或因故障需要紧急停车时，则 KA6(113) 断开， KA2释放， KA2的触头 (1 9) 闭合，使分闸线圈YAoff 通电，断路器掉闸，电动机停止。 如同步电动机过载时，电流继电器 KI1及KI2 动作，其动断触头也切断KA2 线圈回路， KA2释放，和上述过程一样，电动机将立即断电停车。电路所设的电气仪表供监测同步电动机的工作状态之用。电流互感器及电压互感器的二次侧必须接地，以保证安全。（二）转子绕组加入励磁的控制电路（用直流发电机）1、加入励磁需要解决的问题：同步电动机起动时，需待转子转速达同步转速的95

46、 ( 即准同步转速 ) 及以上时再投入励磁。因而其控制电路必须对转速进行监测。转速可 由定子回路的电流或转子回路的频率等参数来反映。2、按转子回路频率原则加入励磁的控制电路 原理： 转子回路频率随转子转速升高而降低 简化控制电路：其简化的原理图如图5 22所示。 KM：为转子励磁电源接触器 KA：为极性继电器 R ：为转子绕组的放电电阻 继电器 KA： 是一个在铁心上装有阻尼铜套的电磁继电器，其线圈通过二极管V并联在电阻 R的抽头上。工作过程： 电动机起动后，KA 吸合，由于阻尼铜套的作用，铁心中的磁通不会为零，而且高于继电器维持吸合所需的数值， 故KA 在起动过程中， 始终保持吸合状态 ，则

47、接触器 KM 断开， 在这一过程中， 转子绕组无励磁， 且通过 R短接。 待电动机转速升高后，转子滑环的电压及频率逐渐下降，继电器 KA 中的电流值及频率也下降。当转速达到准同步转速学习必备欢迎下载时， 在V截止的半波中， KA 铁心中的磁通降到继电器的释放值。KA 释放， 则KM 通电吸合，切除转子绕组的放电电阻和加入励磁电流，同步电动机就牵入同步运行。 实际的加入励磁电流的控制电路如图 523所示。该电路中， 电动机的定子侧为自耦变压器减压起动， 而转子侧为按频率原则加入励磁，由直流发电机提供励磁电压。 控制电路的工作过程为：合上电源开关 QF1 、QF2 ，指示灯 HL亮，按压起动按钮

48、SB2，时间继电器 KT1及接触器 KM1 同时通电吸合， 电动机作减压起动，极性继电器 KA 吸合，触头 (517) 闭合，给定子绕组施加全压作准备。待经过时间继电器KT1所整定的时间以后，其延时断开的动断触头 KT1(915) 断开，使接触器KM1 断电释放，则接触器KM2 通电吸合，定子绕组加入全电压，转速就进一步上升。当转速上升到准同步速时，极性继电器KA 释放，使接触器KM3 通电吸合，短接放电电阻R ，在转子绕组中加入直流励磁，将同步电动机牵入同步运行，起动过程结束。 该电路的两个特点：1) 极性继电器 KA 的动合触头 (517) ：保证了必须在KA 吸合后，才能使接触器KM2

49、通电，防止由于KA 未吸合，在 KM2 吸合后 KM3 立即吸合，过早加入励磁：2)KT2的延时断开的动断触头(3 5) 在KM3 接触器长时不吸合时，切断控制电源，防止电动机长期在没有励磁下工作，烧坏起动笼型绕组。3、按定子回路电流原则加入励磁的控制电路 原理： 同步电动机作异步起动时，定子的电流很大，当转速达到准同步速时，电流下降。所以可用定子电流值来反映电动机的转速状况。 按定子电源原则投入励磁的简化原理图如图 5 24所示。TA为电流互感器KI为电流继电器KM 为直流励磁接触器 KT为时间继电器。工作过程： 同步电动机起动时，定子中很大的起动电流使电流互感器TA二次侧回路中的电流继电器

50、KI 吸合，时间继电器 KT线圈通电吸合，其延时闭合的动断触头瞬时断开，切断接触器 KM 的线圈回路。因此，励磁绕组中没有电流，且通过放电电阻 R1短接。当同步电动机的转速达到准同步速时，定子电流下降到使电流继电器KI释放，使时间继电器KT 断电释放，经一定延时后，延时闭合的动断触头闭学习必备欢迎下载合， KM 通电吸合，切除放电电阻R1，并投入励磁电流。 实际的按电流原则自动投入励磁电流的同步电动机的控制电路如图 5 25所示。电路中设有一级强励环节，即短接直流发电机分励绕组所串接的电阻R2。控制电路的动作过程如下：起动时： 合上电源开关 QF1 ，欠压继电器KA 吸合，其作用是保证接触器K