绕线式异步电动机调速控制线路.doc

2—17  绕线式异步电动机起动和调速控制线路
绕线式异步电动机的特点是：它的转子上绕有绕组，并且通过转子上的集电环（俗称滑环）在转子绕组中串接附加的电抗。当转子回路中的电抗改变时，电动机的力矩特性将改变，适当地调节转子回路中的电阻，可以得到理想的起动状态。用绕线式异步电动机可以得到很大的起动转距，同时起动时的电流也减少很多。所以在对起动转距，调速特性要求较高的机械中（如卷扬机、桥式起动机等），常常使用绕线式异步电动机。绕线式异步电动机的缺点是：电动机比较复杂、造价也高、耐用性能较差、效率也稍低。
绕线式异步电动机的起动方法有如下三种：
一、转子绕组串接电阻；
二、转子绕组串接频敏变阻器；
三、用凸轮控制器。
下面分别具体介绍绕线式电动机的三种起动方法：
一、转子绕组串接电阻起动控制线路
转子绕组串接电阻控制绕线式异步电动机的线路又分为:用按钮开关、用时间继电器、用电流继电器三种不同的控制线路，下面依次介绍如下：
1、用按钮开关控制绕线式异步电动机的控制线路。
用按钮开关控制绕线式电动机的控制线路如图21701所示：

图21701的工作原理简述如下：
图中：KM1、KM2、KM3、KM4、四个接触器除KM1作接通电源用外，其余三个均是短路转子回路中的起动电阻用的。SB1为停止按钮；SB2为起动按钮，SB3、SB4、SB5均为切除电阻用的按钮开关。
起动电动机时，按下SB2，KM1获电吸合并自锁，电动机转子绕组内串入R1、R2、R3全部电阻起动。按下SB3，KM2获电吸合并自锁，其主触头KM1闭合，短路R1，电动机加速运转；同理，按SB4、SB5分别短路R2及R3，电动机一级、一级加速运转。并且当KM3闭合时，其常闭触头KM3切断KM2的线圈回路；KM4闭合时，其常闭触头KM4切断KM3、（包括KM2）的线圈回路。当电动机全速运转时，只有KM1、KM4两个接触器获电工作，其余均断开。
接触器，KM2、KM3、KM4的常闭触头串联在KM1线圈回路中的作用是，保证电动机在转子回路中电阻全部加入的条件下才能起动。当KM2、KM3、KM4的任一个常闭触头因熔焊或其它原因没有恢复闭合时，KM1线圈因无通路而不能获电，这样电动机也就不能获电起动。
2、用时间继电器控制绕线式异步电动机的控制线路。
用时间继电器控制绕线式电动机的控制线路如图21702所示：

该控制线路的工作原理如下：
图21702控制线路是由三个通电延时型时间继电器，KT1、KT2、KT3和三只接触器，KM2、KM3、KM4相互配合来实现转子回路的三段起动电阻R1、R2、R3的短接，在此三个延时闭合的常开触头的作用相当于图21701电路中的三个按钮开关SB3、SB4、SB5。
工作时，按起动按钮SB2，接触器KM1获电吸合并自锁，KM1主触头闭合，电动机定子绕组接通电源，转子绕组串接全部电阻起动。KM1获电的同时，时间继电器KT1也获电，经过预先整定的时间后，时间继电器的延时常开触头KT1闭合，接通接触器KM2线圈回路，使接触器KM2获电吸合，转子回路中的两副主触头KM1闭合，短接第一级起动电阻R1，接触器KM2吸合后，其常开触头KM2又接通时间继电器KT2的线圈回路，使KT2获电；经过KT2预先整定的时间后，时间继电器KT2的延时常开触头闭合，接通线圈KM3回路，使接触器KM3在转子回路中的主触头闭合，短接第二级起动电阻R2。同时接触器KM3的常开触头KM3闭合，使时间继电器KT3线圈获电；经过KT3的预先整定时间后，时间继电器KT3延时常开触头闭合，使KM4线圈获电，其两副在转子回路中的主触头闭合，短接第三级起动电阻R3；同时KM4的自锁触头闭合自锁；KM4常闭触头断开，使KT1失电释放，KT1的常开触头瞬间断开，使KM2、KT2、KM3、KT3依次断电释放，恢复原位。只有KM1与KM4因它们具有自锁功能，所以保持在工作状态。电动机的起动过程结束，进行正常运转。
接触器KM2、KM3、KM4常闭触头的作用与图21701中的相同，此处不再重复。
3、用电流继电器自动控制绕线式异步电动机控制线路
用电流继电器自动控制绕线式异步电动机的控制线路如图21703所示：

该控制线路中，转子回路的原理图如图21703a）所示，主回路的其余部分与图21701中的主回路完全相同。
图21703控制线路是根据电动机转子回路电流的变化，利用电流继电器FA来控制起动电阻的短接。
FA1、FA2、FA3是电流继电器，它们的线圈，都串连在转子回路中。电流继电器触头的动作取决于通过线圈的电流的大小。这三个电流继电器的吸合电流都相同，但是它们的释放电流不同。其中FA1的释放电流最大；FA2次之，FA3最小。电动机刚起动时因电流很大，它们接在控制电路中的常闭触头断开，这时接触器KM4、KM2、KM3、的线圈回路都被切断，不工作，它们接在转子电路中的主触头都处于断开状态，使转子回路的电阻R1、R2、R3都接入。随着电动机转速的升高，转子电流逐渐减少，电流继电器FA1首先释放，它的常闭触头恢复闭合，使接触器KM2获电吸合，其主触头闭合，把第一级电阻R1短接切除；当R1被切除后，转子电流因电阻的减少而重新增大，但当电动机转速继续上升时，转子电流又会减少，使电流继电器FA2释放，其常闭触头FA2也恢复闭合，使KM3获电吸合，其主触头KM3闭合，把第二级电阻R2短接切除，如此继续下去，直至全部电阻都短接切除。电动机起动完毕，正常运转。
中间继电器KA的作用是为KM2、KM3、KM4线圈提供通路，而且保证起动开始时，全部电阻都接入转子电路。因为只有中间继电器KA获电，且KA的常开触头闭合后，才能为电流继电器FA1、FA2、FA3的常闭触头提供通路，然后才能逐级短路切除电阻，这样就保证了电动机在串入全部电阻条件下起动。
二、转子绕组串接频敏变阻器的起动控制线路。
上述的绕线式电动机在转子绕组中串接电阻的起动方法，在电动机起动过程中，由于逐级减少电阻，使电阻的变化较大，致使电动机的电流及转距有突变的过程，产生一定的机械冲击力，同时串接电阻的控制线路复杂，使用的电器元件多，且起动电阻的体积也很大。
从60年代开始，我国开始应用和推广自己独创的频敏变阻器。频敏变阻器实质上是一个铁芯损耗非常大三相电抗器。它由数片E性钢板迭成，具有铁心和线圈两部分，并制成开启式，星形接法。将频敏变阻器串接在转子回路中，相当于转子绕组接入一个铁损很大的电器。由于频敏变阻器的阻抗能够随着转子电流频率的下降而自动减小，所以它是绕线式异步电动机较为理想的一种起动装置。目前较大容量的绕线式异步电动机常采用这种装置。如在空气压缩机与桥式起动机等设备上已获得了广泛的应用。
1、频敏变阻器在转子电路中的接法
频敏变阻器在转子电路中的接法有四种，如图21704所示：

在图21704中，这四种接法以单组接法最为常见，主要用在较小功率的电动机上，其余三种接法则用于功率较大的电动机。 
2、用频敏变阻器起动绕线式电动机的控制线路
绕线式异步电动机频敏变阻器起动控制线路如图21705所示：

图中，转换开关SA用来进行手动控制与自动控制的选择；接触器KM1为定子绕组电源通断开关；KM2用于起动过程结束后短接切除频敏变阻器UT；中间继电器KA的常闭触头短接热元件FR，是为了热继电器FR躲开起动期间的大电流；通电延时型时间继电器KT在此，起自动短接切除频敏变阻器的控制作用。
采用自动控制方式时，将转换开关SA拨至自动位置（既Z位置），然后按起动按钮SB2，接触器KM1线圈获电吸合并自锁，其主触头闭合，使电动机接通电源起动。此时转子回路中的频敏变阻器阻抗最大，所以起动电流最小。与此同时，时间继电器KT线圈获电，经过整定时间后，KT的延时常开触头闭合，中间继电器KA线圈获电吸合并自锁，，其常开触头闭合，使KM2获电吸合，KM2主触头闭合，将转子上的三个滑环短接，起动过程结束。起动过程中，中间继电器KA未获电，其常闭触头将热继电器FR热元件短路，以免起动时的大电流通过热继电器FR的热元件，而使其误动作。起动结束后，中间继电器KA获电，其常闭触头断开，使热元件串入电流互感器的二次回路中，以使热继电器正常工作。
3、频敏变阻器的调整
频敏变阻器上备有四个抽头，其中一个抽头在绕组的背面，标号为N，另外三个抽头在绕组的正面，抽头1—N之间为100％匝数；　2—N之间为85％匝数；3—N之间为71％匝数，出厂时一般接在2—N抽头上，即：85％匝数。
电阻器上下铁芯由两面四个拉紧螺栓固定，拧开拉紧螺栓上的螺母，可以在上、下铁心之间增减非磁性垫片，即可调整空气隙。出厂时，上、下铁芯间气隙为零
如在使用中遇到下列情况，应调整频敏变阻器的匝数和气隙。
1）当起动电流过大，起动过快时应增加匝数，换接抽头。匝数增加，使起动电流减少，但起动转距也同时减少。
2）当起动电流过小，起动转距过小，起动太慢时，
应减少匝数，使起动电流增大，起动转距也同时增大。
3）如果刚起动时，起动转距过大，有冲击现象；起动完毕后，稳定转速又偏低，这时可在上、下铁芯间增加气隙，使起动电流有所增加，起动转距稍有减小，但起动完毕时，转距有所增加，可以提高稳定转速。
三、用凸轮控制器控制绕线式异步电动机
绕线式异步电动机的起动、调速及正反转控制线路，除以上介绍的电路外，还经常采用凸轮控制器来实现。尤其对一些容量不太大的绕线式异步电动机，用得更多，因为它运行可靠，维修方便。一些小型卷扬机及桥式起重机上大部分都采用这种控制线路。
1、凸轮控制器的结构和工作原理
凸轮控制器的外形如图21706所示。

凸轮控制器的结构如图21707所示。

凸轮控制器是由手轮、转轴、凸轮、触头等部分组成。通过手轮转动转轴2时，固定在轴上的凸轮就转动。在凸轮 3压在滚轮4上时，使杠杆5绕轴0轴转动，把垫片8压缩，使触头6与7断开。这种触头有多对，每对触头相应有一凸轮。由于凸轮的形状及其安装的角度不同，因此当手轮转到不同位置时，将有不同的触头闭合或断开，以控制电动机有不同的工作状态。滚轮4在换接时为滚动接触，摩损小，转动轻。它允许接通次数多达每小时800次。控制电动机的容量达11千瓦。国产常用凸轮控制器的型号有，KTJ1—5型、KT12—25J/2等型号。
欲正确使用凸轮控制器，必须首先看懂凸轮控制器的触头分合表。
凸轮控制器触头分合表 如图21708所示：

凸轮控制器的手轮共有11个位置，中间为“0”位，电动机不转动。其左右各有五个位置，表示正，、反转时，触头的分合状态。凸轮控制器共有12副触头。控制器最上面的四副触头SA1—SA4，是控制电动机正反转用的，4个触头上都装有灭弧罩；中间的五副触头XZ—ZX5做切换电阻用；最下面的三副触头SA5—SA7都用于控制电路中。表中带“· ”标记的表示触头闭合，无此标记则表示断开。
2、绕线式步电动机用凸轮控制器的控制线路.
绕线式异电动机用凸轮控制器的控制线路如图21709所示:

图中M是小容量绕线式异步电动机，R是起动用电阻器，QS是转换开关，FU1、FU2分别是保护主电路和控制电路的短路保护熔断器；FA是过流继电器，作为电动机过载保护用；行程开关SQ1、SQ2分别是正转和反转的限位保护开关；SA为凸轮控制器。
电动机欲工作时，闭合QS，将手柄转至“0”位置，这时最下边的三副触头AS5─SA7闭合，为控制电路接通作好准备。按动起动按钮SB2，接触器KM线圈获电工作，其主触头闭合， 接通电源，为电动机起动作好准备，其常开触头KM闭合自锁。然后将手柄扳至正转“1”位置，这时触头SA1、SA3、SA5闭合，控制电路接通，电动机与三相电源接通，电动机正转起动。此时电动机转子绕组接入了全部电阻R，所以起动电流较小，起动转矩也较小，此时，如果电动机的负载很重，则不能起动，但可以起到消除传动齿轮间隙的作用。当手柄板至正转“2”位置时，SA1、SA3、SA5和XZ1闭合，使电阻器R上的第一级电阻被短接，电动机转速加快。同样道理，当手柄扳至“3”，“4”位置时，触头XZ2和XZ3先后闭合，使电阻器R的两级电阻相继不对称短接，电动机继续加速，当手柄扳至“5”位置时，XZ1─XZ5五副触头全部闭合，电阻器R全部电阻被短接切除，电动机起动完毕，全速运转。
当手柄扳到反转的“1─5”位置时，SA2和SA4触头闭合，三相电源的相序改变， 电动机反向旋转，这时触头SA6闭合，控制线路仍然接通，接触器KM继续获电工作。凸轮控制器反向起动切换电阻的动作原理与正转类同，不再多述。
凸轮控制器最下面的三副触头SA5、SA6、SA7只有当手柄扳到“0”位置时，才能全部闭合。而在其它各档位置均为只有一副闭合，而其余两副断开，该三副触头在控制电路中作这样的位置安排，可以保证手柄必须处在“0”位时，三副触头全部闭合之后，再按起动SB2，才能使接触器KM线圈获电工作，而达到逐级起动之目地，而其余位置，均不能使线圈KM获电。这样可避免电动机直接起动，突然快速运转。产生不良影响。