1、 - 128 -第五章 電氣控制設備及維修 第一節 電氣圖繪制標準的簡介1、生產機械電氣控制的電氣圖通常總包含有：原理圖及接線圖，以便于接線、安裝和維修電氣設備。一、圖面區域的劃分1、圖區編號 圖樣上方的1、2、3等數字是圖區編號，它是為了便于檢索電氣線路，方便閱讀電氣原理圖而設置的。圖區編號也可設置在圖的下方。2、圖區編號下方的“電源開關及保護等字樣，表明它對應的下方元件或電路的功能，使讀者能清楚地知道某個元件或某部分電路的功能，以利于理解全電路的工作原理。二、符號位置的索引1、圖5-1圖區中，的“8”為最簡的索引代號。它指出了繼電器KA線圈位置在圖區8。2、觸頭索引：圖51KM線圈及KA線

2、圈下方的是接觸器KM和繼電器KA相應觸頭的索引。 電氣原理圖中，接觸器和繼電器線圈與觸頭的從屬關系應用附圖表示。即在原理圖中相應線圈的下方，給出觸頭的圖形符號，并在其下面注明相應觸頭的索引代號，對未使用的觸頭用“”表明，有時也可采用上述省去觸頭符號的表示法。 對接觸器，上述表示法中各欄的含義如下： 左欄 中欄 右欄 主觸頭所在 圖區號 輔助動合觸頭e 所在圖區號 輔助動斷觸頭 所在圖區號 左 欄 右欄 動合觸頭所在 動斷觸頭所在 圖區號 圖區號 對繼電器，上述表示法中各欄的含義如下：圖52熱繼電器技術 數據標注三、電氣原理圖中技術數據的標注 電氣元件的數據和型號，一般用小號字體注在電器代號下面

3、，如圖52就是熱繼電器動作電流值范圍和整定值的附注。 圖中標注的15、1等字樣表明該處導線的截面積。第二節 三相異步電動機的自動控制電路1、三相異步電動機優點：具有結構簡單、價格低廉、維修方便等優點，目前廣泛用于工業生產中。2、三相異步電動機的自動控制電路：大多是由繼電器、接觸器、主令控制器等電器元件組成，用來控制電動機的起動、制動、反轉及調速等功能，它將電動機、低壓電器、測量儀表等裝置有機地結合起來，組成電力拖動的自動控制系統。一、三相籠型異步電動機的起動控制電路1、起動：是指使電動機的轉子由靜止狀態變為正常運轉的過程。2、直接起動：實際應用中，許多籠型異步電動機都是在定子三相繞組加額定電壓

4、起動，當起動轉矩大于電動機軸上的負載轉矩時，電動機便開始轉動。轉速從零(即轉差率s=1)開始逐漸增加，直至額定轉速，這個過程一般幾分之一秒到數秒鐘之內即可完成。這種方法稱為直接起動。3、直接起動缺點：采用這種方法起動時，電動機的起動電流很大，可達額定電流的47倍。如果要起動的電動機的容量較大，巨大的起動電流會引起電網電壓的過分降低，從而影響其他設備的穩定運行（一）直接起動控制電路 1、三相籠型異步電動機直接起動的控制電路如圖53所示。2、能否直接起動要考慮的兩個因素：三相籠型異步電動機能否進行直接起動，一般除考慮到電動機本身的容量外，還取決于供電電網的容量。3、判斷電網容量能否允許電動機直接起

5、動，常用如下的經驗公式： （二）減壓起動(也稱降壓起動)控制電路 1、大容量電動機一般均采用減壓起動的方法。2、減壓起動：是當電動機起動時，使加于定子繞組上的電壓低于它的額定值，經過一段時間后，再將定子繞組上的電壓提高到額定值，使電動機穩定運行。3、減壓起動能減少電動機的起動電流的原因：由于電動機的起動電流與定子繞組上的電壓成正比，所以利用減壓起動的方法，可以減少電動機的起動電流。4、常用的減壓起動的方法有：定子電路中串電阻(或串電抗器)的起動；自耦變壓器(補償器)起動；星一三角起動及延邊三角形起動。(1)串電阻(或電抗器)起動 方法：這種起動方法是在定子電路中串入電阻(或電抗器)，起動時利用

6、串入的電阻(或電抗器)起降壓的作用，限制起動電流，待電動機轉速升到一定值時，將電阻(或電抗器)短接，使電動機在額定電壓下穩定運行。 不串電阻而串電抗器的原因：由于定子電路中串入的電阻要消耗電能，所以大、中型電動機常采用串電抗器的起動方法。 串電阻起動的控制電路 如圖54所示， 線路的動作過程為：合上電源開關QS，按下起動按鈕SB2，接觸器KM1線圈和時間繼電器KT線圈同時通電，KMl的主觸頭使電動機定子繞組經起動電阻R與電源接通，電動機定子繞組在低于額定電壓下起動，與此同時，KM1的輔助觸頭自保。由于KT線圈的通電，經過預先整定的起動時間后，其延時閉合的動合觸頭閉合，使接觸器KM2線圈通電，其

7、主觸頭將起動電阻R短接，使電動機穩定運行在額定電壓下。SB1為停止按鈕。 三相定子繞組中所串電阻的選擇，常根據下述經驗公式指未串電阻時的起動電流(A)； 指串電阻后的起動電流(A)(根據實際情況可確定為額定電流的23倍)； 舉例：一臺籠型異步電動機，額定功率為22kW，額定電流為40A，額定電壓為380V，當采用串電阻減壓起動時，電路中應串多大的電阻。電路中應串電阻的阻值可根據上式計算如下： 對所串電阻的要求：在定子電路中所串的電阻，一般可選取鑄鐵電阻；且三相電路中所串的電阻應相等；選擇時還應注意到所選電阻允許通過的電流值。 (2)自耦變壓器減壓起動控制電路 電路圖如圖55所示。電路動作過程為

8、：起動時按下按鈕SB2，接觸器KM1和時間繼電器KT同時通電，電動機通過自耦變壓器作減壓起動，經過預先整定的時間以后，KT延時斷開的動斷觸頭切斷KMl的通電回路，KT另一個延時閉合的動合觸頭接通KM2的線圈，使自耦變壓器脫離電源，并將電動機直接接到電源，使電動機運行在額定電壓下。SB1為停止按鈕。 自耦變壓器減壓起動優點：采用自耦變壓器起動時，轉矩減少的比例和電流減少的比例相等，不與降低的電壓平方成正比。這樣自耦變壓器起動比定子串電阻(或電抗)起動能提供更大的起動轉矩 自耦變壓器減壓起動缺點：是自耦變壓器價格昂貴，且不充許頻繁起動。(3)星一三角起動控制電路(丫一起動) 適用的電機：凡正常運行

9、為聯結的，容量較大的電動機，可采用丫一起動法。 方法：即起動時繞組為丫形聯結，待轉速升高到一定程度時，改為形聯結，直到穩定運行。采用這種方法起動時，可使每相定子繞組所受的電壓在起動時降為電路電壓的(577電路電壓)，其電流為直接起動時的13。 缺點：由于起動電流的減小，起動轉矩也減小到直接起動時的13，所以這種起動方法只能用于空載或輕載起動的場合。兩個線路的共同點：丫一起動控制線路示于圖56a，b中。它們起動的原則是一致的。從主回路可知，當KM2接觸器的主觸頭閉合KM3接觸器主觸頭斷開時，則電動機定子接成三角形；當KM3主觸頭閉合，KM2主觸頭斷開，則電動機定子接成星形。這兩個控制線路的共同點

10、都是利用時間繼電器KT來實現丫一轉換的。 線路a工作過程：當按下起動按鈕SB2，KM1與KM3同時通電，電動機在星形聯結下作減壓起動。由于時間繼電器KT也同時通電，經一定時間后，其延時動斷的動斷觸頭斷開，使KM3失電，此時，KT的延時動合觸頭閉合，使KM2通電，即電動機定子繞組由星形聯結自動換接成三角形，而正常運轉。KM2通電后其動斷觸頭斷開，使KT失電。KM2的輔助觸頭形成自鎖，維持KM2的通電。 電路b的動作過程：與電路a的基本相同，不過a中使用的時間繼電器KT是通電延時的時間繼電器，而b則采用了斷電延時的時間繼電器。當按下起動按鈕SB2后，時間繼電器KT通電，其延時動斷的動合觸頭瞬時閉合

11、，使KM3通電，KM3的動合觸頭又使KM1通電，電動機在星形聯結方式下起動。KM1通電后，其動斷觸頭斷開，使KT斷電，經一定延時后，其延時動斷的動合觸頭斷開，使KM3失電，由KM3的動斷觸頭使KM2通電，電動機定子繞組接成三角形，起動到正常工作狀態。 (4)延邊三角形起動控制 丫一電路缺點：采用丫一起動控制，由于起動轉矩較小， 應用中有一定的限制。為克服丫一起動方法起動時轉矩小的缺點，可采用延邊三角形起動法。延邊三角形起動一般可采用XJI系列低壓起動控制箱，也可用交流接觸器等元件來實現。 延邊三角形起動方法的實質：是將電動機定子繞組中的部分繞組接成Y形，另一部分繞組接成。定子繞組有9個抽頭，其

12、接線圖如圖57所示。 從圖57可以看出其繞組的整個接法好像是一個形的三邊延長后的圖形，故稱它為延邊三角形。 優點：是在U、V、W三相接入380V電源時，每相繞組上所承受的電壓，比形聯結時的相電壓要低?？梢娪醚舆吶切畏ú坏梢赃_到減壓起動的目的，而且由于其相電壓高于丫一起動法時的電壓，因此起動轉矩也就大于丫一起動時的轉矩。 延邊三角形接法時相電壓的計算：而這時相電壓的大小，取決于每相繞組中匝數與的比值(稱為抽頭比)，所占的比例越大，相電壓就越低。如當=1：2時，則相電壓為290V，當=1：1時，相電壓為264V(計算略)。在實際應用中，可以根據不同的使用要求，選用不同的抽頭比進行減壓起動，待電

13、動機起動運轉以后，再將繞組接成，使電動機在額定電壓下正常運轉。 延邊三角形起動的控制電路如圖58所示。 電器動作過程為：按起動按鈕SB2，接觸器KMl和KM3通電吸合，把電動機定子繞組接成延邊三角形，此時時間繼電器KT也同時通電，經一定時間后，使KM3失電釋放，而使KM2通電吸合，定子繞組接成三角形正常運轉。 二、三相籠型異步電動機的正、反轉控制生產機械通常要求能對電動機進行正、反轉控制，如大多數機床的主軸或進給運動都需要兩個方向運行，故要求電動機能夠正、反轉。三相異步電動機改變方向的方法：若要使電動機改變旋轉方向，只要改變通入電動機三相定子繞組中的任意兩相的電源即可。常用的電動機正、反轉控制

14、電路有如下幾種。（一）倒順開關正、反轉控制 1、倒順開關：是一種既能接通電源，又能改變電源相序的電源開關。該開關手柄有正、停、反三個位置。2、使用倒順開關請注意：來使電動機進行正、反轉時，不要直接從正到反，最好在停的位置略微停頓一下。這樣，可避免電動機突然反接，定子繞組因電流過大造成過熱而損壞。3、適用范圍：利用倒順開關控制電動機正、反轉，一般僅適用于不需經常正、反轉的場合。（二）接觸器聯鎖的正、反轉控制電路1、電路圖：利用按鈕，接觸器可組成電動機的正、反轉控制電路其電路如圖59所示。2、動作過程為：按起動按鈕SB2，使接觸器KM1通電吸合，主觸頭閉合，使電動機按U、V、W的相序接通電源而起動

15、，電動機正轉。KM1動合輔助觸頭閉合自保，動斷輔助觸頭斷開，斷開KM2的通電回路，防止KM1與KM2同時通電而造成電源短路。若要使電動機反轉，只要按下停止按鈕SB1，接觸器KM1失電，再按反轉按鈕SB3，使接觸器KM2通電并自保，其主觸頭閉合，使電動機以W、V、U的相序接通電源而起動，電動機反轉。KM2的動斷觸頭串在KM1線圈回路亦起聯鎖作用。互鎖：利用KM1與KM2的動斷觸頭分別串聯在對方回路，以防止兩個接觸器同時通電，避免電源兩相短路，這就稱為互鎖。（三）按鈕聯鎖的正反轉控制電路 1、上圖缺點：圖59的電路操作時不大方便，從電動機正轉到反轉，必須先按下停止按鈕SB1。如果把上圖中串在KM1

16、與KM2回路中的動斷觸頭KM2和KM1換上按鈕SB3和SB2的動斷觸頭，就實現了利用按鈕聯鎖來控制電動機正反轉的要求，2、控制電路見圖510所示。 3、該電路的特點是：電動機可以利用按鈕SB2和SB3直接進行正反轉控制，不必按下停止按鈕。其聯鎖作用是利用按鈕動斷觸頭先斷開、常開后閉合的特點，來保證KM1與KM2不會同時通電，避免電源兩相短接，造成短路。4、缺點：但僅用按鈕進行聯鎖，而不用接觸器動斷觸頭之間的聯鎖，是不可靠的，在實際中可能出現；由于負載短路或大電流的長期作用，接觸器的主觸頭被強烈的電弧“燒焊”在一起，或者接觸器的機構失靈，使銜鐵卡住，總是在吸合狀態，這都可能使主觸頭即使在線圈斷電

17、的情況下，也不斷開。這時如果另一接觸器又動作，就會造成電源短路事故。為了避免出現這樣的事故，常采用雙重聯鎖的正反轉控制電路。（四）按鈕、接觸器雙重聯鎖的正反轉控制電路1、控制電路：如圖511所示，2、動作過程：與上述電路相同。三、三相籠型異步電動機的制動控制1、制動用途：許多機床，如萬能銑床、臥式鏜床、組合機床等，都要求能迅速停車和準確定位，這就要求對電動機進行制動。2、制動：就是當電動機脫離電源后，強迫其立即停車。3、制動的方法一般有兩大類： 機械制動：是采用機械裝置，來強迫電動機迅速制動 電氣制動：實質上是使電動機停止時，產生一個與原來轉子轉動方向相反的制動轉矩，迫使電動機立即停止。（一）

18、機械制動1機械制動 機械制動是當電動機切斷電源后，依靠外加制動閘輪作用于電動機軸上，使電動機迅速停轉。2、制動強度調整：可通過調整機械結構來改變。3、缺點：制動時間越短沖擊振動越大，且在電動機的軸伸端安裝這樣的制動機械，對某些空間位置比較緊湊的生產機械是有困難的。4、斷電抱閘 控制電路：如圖512a 工作原理：圖a是在電源切斷的情況下才起制動作用的，在電動機運轉時，制動電磁鐵同時被通電吸合，使抱閘松開。當電動機切斷電源時，電磁鐵同時斷電，實現抱閘制動。 斷電抱閘優點：機械制動的制動轉矩在一定范圍內可以克服任何外加轉矩，例如在提升重物時，由于抱閘的作用力可以使重物停留在需要的高度，這是電氣制動所

19、不能達到的，此外，機械制動安全可靠，不會因中途斷電或電氣故障的影響而造成事故。因此，這種制動方法普遍用于起重、卷揚等設備。 斷電抱閘缺點：圖512a電路的缺點是電源切斷后，電動機軸就被制動剎住不能轉動，對有些設備有時還需要用人工將工件或傳動軸轉動作一些調整時，該電路就不適用了，5、通電抱閘 控制電路：在圖512b中， 工作原理：按停止按鈕SB1，KMl斷電釋放，電動機斷電，KM2吸合使電磁鐵動作，抱閘抱緊使電動機停止。松開按鈕SB1，電磁鐵即釋放，抱閘松開，即可進行人工調整。（二）反接制動 1、方法：反接制動是電氣制動的一種，它利用改變定子繞組中的電源相序，使定子的旋轉磁場反向，轉子便受到與原

20、旋轉方向相反的制動力矩而迅速停轉，2、基本原理 見圖513所示。 3、反接制動注意問題：當電動機利用改變電源相序來進行反接制動時，電動機轉速迅速降低。如果電動機轉速降到零以后，不及時切斷電源，電動機就要反向起動，所以在反接制動的控制線路中，常需要有檢測電動機轉速的電器，在制動結束，電動機轉速接近零時，能自動斷開三相電源，防止電動機反向起動。4、速度繼電器 作用：它能反映電動機轉速的變化，在轉速接近零時能發出信號，使控制線路發生作用，斷開電動機的電源。 速度繼電器的結構及原理 結構：如圖514所示。它由轉子、定子及觸頭等三個主要部分構成。 轉子：是由永久磁鐵制成的圓柱形旋轉體。繼電器的轉子直接或

21、通過傳動機構與電動機的軸連接，隨著電動機的轉軸而轉動。 定子：構造與籠型電動機的轉子相似，定子內澆鑄有短路導體，定子也能圍繞著轉軸轉動。 當轉子隨電動機旋轉時，它的磁場與定子的短路導體相互切割，短路導體內就感應產生電動勢和電流，與異步電動機的作用原理相同，旋轉磁場與定子導體相互作用的結果，產生了轉矩，使定子也隨著轉子而轉動起來。轉子的轉速越高，產生的轉矩也越大， 定子轉動時帶動杠桿，杠桿推動動觸頭5，使動斷觸頭斷開，動合觸頭閉合。 反力彈簧：同時杠桿通過返回杠桿7壓縮反力彈簧，反力彈簧的阻力使定子不能繼續轉動。如果轉子的轉速降低，轉矩就減小，反力彈簧通過返回杠桿使杠桿返回到原來位置，動合觸頭斷

22、開，動斷觸頭閉合。調節螺釘可以調節反力彈簧的彈力，使觸頭閉合或斷開時的轉子轉速就隨之改變。 電動機的旋轉方向相反時，繼電器轉子的旋轉方向也隨之改變，產生的轉矩方向也改變，定子就觸動另一方向的觸頭使之斷開或閉合。5、反接制動控制電路 反接制動控制電路見圖515a、b、c所示。 電路a：動作原理很簡單：按SB2電動機正轉，速度繼電器SR動合觸頭閉合(SR隨電動機軸一起旋轉，速度達120rmin時，即動作)，為制動作好準備。當按下SB1時KM1失電，KM2通電，電動機電源反接，電動機制動，轉速迅速下降，在降至120rmin以下時，SR已閉合的觸頭分開，KM2失電，切除電源，電動機停止。該電路尚存在這

23、樣的問題：在停車期間，如為調整機構，需要用手轉動電動機軸時，速度繼電器的轉子也隨著轉動，當轉速達120rmin以上時，也會發生同樣的制動過程，不利于調整工作。而采用線路b即可克服上述缺點。 電路b:按鈕SB1采用復合按鈕，從圖中可知，只有當按下停止按鈕SB1，制動線路才接通，在調整時，就不會出現上述的現象。 電路c:是可逆制動控制電路，圖中用了兩對速度繼電器的觸頭，若電動機原處在正轉狀態，則速度繼電器SR觸頭(1113)閉合，為進行反接制動作好準備。當按下停止按鈕SB1后，接通中間繼電器KA，使KM2通電，進行反接制動。當電動機原處在反轉狀態時，速度繼電器SR(117)閉合，也為進行反接制動作

24、好準備，若按下SB1，則KA通電，使KM1通電，完成制動。6、限流電阻：因電動機反接制動電流很大，故在定子制動回路中一般應串入電阻來限制制動電流。7、反接制動的優缺點：反接制動方法比較簡單可靠，適用于電動機容量為23kW，起動與制動次數不太頻繁的場合。但是，由于反接制動時，振動和沖擊力較大，影響機床的精度，所以使用時受到一定限制。10kW以上的電動機就不大采用反接制動法。（三）能耗制動 1、應用場合：能耗制動可以彌補反接制動的不足，在一些功率較大、制動次數頻繁的生產機械上較多地采用這種方法。2、能耗制動的原理：在電動機定子繞組與交流電源斷開之后，立即在任意兩相定子繞組中通人直流電，在定子繞組中

25、產生一個靜止的磁場，由于轉子的慣性仍按原方向旋轉，而切割磁力線，在轉子電路里即產生感應電動勢和感應電流。轉子電流與靜止磁場相互作用產生一個與旋轉方向相反的制動力矩，使電動機迅速停止。這種制動方法，實質上是把轉子原來“儲存”的機械能轉變成電能，又消耗在轉子的電阻上，所以叫做能耗制動。3、控制線路見圖516所示。4、線路的動作過程為：按下起動按鈕SB2，接觸器KM1線圈得電并自保，主觸頭閉合，使電動機接通電源正常運轉。當按下停止按鈕SB1，KM1斷電，與此同時，接觸器KM2和時間繼電器KT通電，給電動機兩相定子繞組送入直流電流進行能耗制動。經過一定時間后，KT延時斷開的動斷觸頭斷開，切斷KM2的通

26、電回路，KM2失電釋放，并斷開KT通電回路，電路回復到原始狀態，作好再次起動的準備。5、電阻R作用：是用來調節電流大小的，從而調節制動的強度。也可以在變壓器的二次側設置抽頭，以達到調節制動強度的目的。6、直流電源的估算： 確定參數：先用電橋測量電動機定子繞組中任意兩相之間的冷態電阻R，或從手冊中查得； 測量空載電流(或取=3040額定電流)； 取制動電流 =(154) ，當傳動裝置轉速高、慣性大時，系數可取大一些； 取制動電壓 U=R。 開始計算：變壓器的二次電壓 變壓器的二次電流 變壓器容量 變壓器的容量修正：關于變壓器的容量，在上述原則確定后，還可根據制動時間與工作時間的長短作些修正，具體

27、修正的方法參考有關手冊。7、當采用橋式整流電路時：流過每只二極管的電流平均值反向電壓為四、三相繞線轉子異步電動機的控制1、繞線轉子異步電動機優點：與直流電動機相比結構簡單，維護方便，而調速和起動性能又優于籠型異步電動機，因此，廣泛用于不可逆軋鋼、起重運輸機、高爐料車卷揚機以及它們的輔助設備等電力拖動中。2、繞線轉子異步電動機的結構特點：轉子上繞有三相繞組，通過集電環與外電路連接。由于異步電動機的轉子電阻影響到電動機的起動電流，也影響到電動機的起動轉矩，并能用外加電阻來改變電動機的工作轉速，所以繞線轉子異步電動機常用轉子外接電阻來控制電動機的起動和速度調節。（一）轉子回路串電阻起動控制電路 1、

28、串電阻的目的：繞線轉子異步電動機常在轉子電路中串幾級起動電阻，用來限制起動電流，增大起動轉矩。橋式起重機的吊鉤電動機為繞線轉子異步電動機，常用串電阻的方法來起動。2、控制電路如圖517所示。3、切除電阻的依據：圖5一17是根據電動機在起動過程中轉子回路里電流的大小來切除電阻的。即在起動過程中，每當電流小到某一值時，就切除一級電阻，電阻一切除，起動電流就又控制在一定的范圍，不致使起動電流太小。4、KI1與KI2的選擇原則為：它們的吸合電流可以相等，但釋放電流不等，且使KI1的釋放電流大于KI2的釋放電流。5、圖517的動作過程為：按下起動按鈕SB2，接觸器KM1線圈通電，主觸頭接通電源，輔助觸頭

29、自保。與此同時，中間繼電器KA通電吸合(其作用下面再分析)。由于起動過程剛開始，故起動電流很大，足以使KI1、KI2吸合，保證接觸器KM2與KM3不被通電，這時，全部起動電阻均接入轉子回路。電動機的轉速逐漸增加，而隨著轉速的升高，轉子回路中電流逐漸減小，當小到KI1的釋放電流值時，KI1便釋放，接通接觸器KM2，切除電阻R1。由于R1的切除，轉子回路中的電流又增加。電動機的轉速繼續上升，隨著轉速的增高，電流又減小，當小到KI2的釋放電流值時。KI2便釋放，使接觸器KM3通電吸合，切除電阻R2，電流又重新增大，使電動機轉速繼續上升到額定值，完成整個起動過程。6、中間繼電器KA的作用：是保證剛開始

30、起動時接入全部起動電阻。由于電動機開始起動時，起動電流由零增大到最大值需一定的時間。這樣就有可能出現KI1與KI2還未動作、KM2與KM3反而先通電把電阻R1與R2切除，相當于電動機直接起動。線路中采用了中間繼電器KA以后，不管KI1與KI2有無動作，即可由KA的觸頭來切斷KM2和KM3的通電回路，這就保證了起動時電阻全部接入轉子回路。（二）轉子回路中串頻敏變阻器的起動控制電路1、轉子串電阻起動缺點：繞線轉子異步電動機，用轉子串電阻起動時，由于分級切除起動電阻，會造成電流與轉矩的突跳變化(增大)，對機械會產生沖擊。2、頻敏變阻器的特點：頻敏變阻器的阻抗值隨著電流頻率的變化而顯著地變化。電流頻率

31、高時，阻抗值也高，電流頻率低時，阻抗值也低。頻敏變阻器的這一頻率特性非常適合于控制異步電動機的起動過程。3、電動機轉子電勢的頻率與什么有關：由于電動機轉子電勢的頻率決定于轉差率s。這樣將頻敏變阻器串在繞線轉子異步電機的轉子回路中后，它的阻抗在起動開始時最大，隨著電動機轉速上升，轉差率s減小，變阻器的阻抗也隨之減小。這樣，頻敏變阻器就可以代替起動電阻，控制起動過程，使繞線轉子異步電動機的整個起動過程接近于恒值起動轉矩。4、采用頻敏變阻器的起動控制電路如圖518所示。 5、工作過程：圖518電路可以實現自動和手動控制。自動控制時將開關SA扳向“自動”，當按下起動按鈕SB2，利用時間繼電器KT，控制

32、中間繼電器KA和接觸器KM2的動作，在適當的時間將頻敏變阻器短接。開關SA扳到手動位置時，時間繼電器KT不起作用，利用按鈕SB3手動控制中間繼電器KA和接觸器KM2的動作。起動過程中，KA的動斷觸頭將熱繼電器FR的發熱元件短接，以免因起動時間過長而使熱繼電器誤動作。6、頻敏變阻器的調節：在使用頻敏變阻器的過程中，如遇到下列情況，可以調整匝數和氣隙。 起動電流過大或過小，可設法增加或減少匝數； 起動轉矩過大，機械有沖擊，而起動完畢時的穩定轉速又偏低，可增加上下鐵心間的氣隙，增加氣隙使起動電流略微增加，起動轉矩略微減小，但起動完畢時轉矩增大，穩定轉速可以得到提高。五、多速電動機的控制電路1、目前在

33、我國機床電力拖動中，大部分采用不調速的籠型異步電動機，2、采用多速異步電動機的好處：可以簡化機床變速箱的結構。3、電機變速的原理：即改變極對數調速的異步電動機，只要改變定子繞組的接法，就可以得到不同的工作轉速4、常用的多速電機：有雙速電動機和三速電動機。5、控制電路1 如圖519所示。 工作過程：圖中SB2和SB3為低速和高速的起動按鈕，當按下SB2時，KM1接觸器通電，將電動機定子繞組接成，電動機以低速n運轉。若按下SB3，則KM1斷電釋放，并接通KM2將電動機定子繞組接成丫丫，電動機以2n的轉速運轉。6、控制電路2 在有些場合需要電動機以起動，然后自動地將轉速加快投入丫丫運轉，從起動到運轉

34、這段時間可以有延時繼電器來調節， 控制電路如圖520所示(主電路略)。 工作過程：該線路中的時間繼電器KT，就是用來調節電動機起動到運轉的時間的。當按下SB2時，時間繼電器KT通電，KT(911)瞬時閉合，使接觸器KM1通電，將電動機定子繞組接成起動，并通過中間繼電器KA，使時間繼電器KT斷電，經過一定時間后，KT(911)斷開，接觸器KM1斷電。而使KM2通電，電動機便自動地從改變成丫丫運轉，完成了自動加速的過程。第三節 三相同步電動機的控制1、三相同步電動機用途及規格：主要用于拖動恒速旋轉的大型機械，如大型空氣壓縮機、風機及水泵等設備。其額定電壓多在33kV以上，功率多在250kW以上。2

35、、同步電動機的定子繞組同異步電動機相似，而轉子繞組則由直流電源進行勵磁。3、勵磁電源：可用直流發電機、交流發電機及晶閘管整流裝置。4、無刷勵磁系統：如果使用交流發電機及晶閘管整流裝置勵磁,交流發電機發出的交流電需經整流后成為直流電源。為了安裝簡便，常將交流發電機與同步電動機同軸聯結，并將定子做成磁極，轉子作為電樞，是旋轉電樞式結構。整流裝置也與電樞同軸，故勵磁電流直接饋送到同步電動機的勵磁繞組，從而取消了同步電動機的集電環，成為無刷勵磁系統。5、同步電動機的轉速是恒定的6、同步電動機工作中存在的問題及解決： 不能自起動：由于同步電動機的起動轉矩為零，因而要采取技術措施來解決不能自起動的問題；

36、勵磁電流的調節：為了調節勵磁電流，則勵磁電源裝置要有快速反應的調節能力 起動過程中轉子繞組感應過電壓，在起動時需采取滅磁措施。7、同步電動機的控制包括：起動、停車制動及勵磁電流的調節，其控制電路都是針對上述各項特點而設計的。一、同步電動機的起動1、同步電動機啟動方法：同步電動機起動時可采用 輔助電動機起動：同步電動機的轉軸與另一臺三相異步電動機的轉軸用傳動裝置相聯結。在定子繞組接通三相電源時，異步電動機順著同步電動機旋轉的方向拖動同步電動機旋轉而起動。缺點：這種起動方法要有原動機及其控制設備，占地面積大，而且不經濟。重載需大容量的原動機，其缺點更為明顯，故實際中較少采用。 異步起動：常用，異步

37、起動的同步電動機轉子表面上，裝有與異步電動機完全相同的籠型繞組，在同步電動機定子繞組接通電源時，轉子的籠型繞組所起的作用與異步電動機的轉子繞組相同，從而同步電動機得以起動。這種起動方法操作簡便，而且經濟，較輔助電動機起動方法要優越得多，故目前生產的同步電動機，其轉子上往往裝有籠型繞組，以便異步起動。 調頻起動：起動時利用極低頻率的電源接到同步電動機的定子繞組，以克服轉子的慣性，慢慢起動，逐漸提高電源頻率以達到同步轉速。缺點：這種起動方法需要一套大功率的變頻電源設備，使設備費用增加，技術上的難度也較大，故只有在特殊情況下才予以采用。2、啟動過程中轉子的處理： 不通入勵磁電流：不論采用何種起動方法

38、，在起動過程中，轉子繞組中是不通入勵磁電流的，否則將增加起動的困難。 用電阻短接勵磁繞組：為避免轉子繞組中感應的高壓開路電動勢擊穿絕緣、損壞元件，通常在起動過程中，用電阻將勵磁繞組加以短接。此放電電阻的阻值一般為勵磁繞組電阻的510倍。起動過程結束前再切除。 切除放電電阻，投入勵磁：待轉子的轉速接近同步轉速時(通常為同步轉速的95左右)，切除放電電阻，投入勵磁。3、同步電動機起動控制電路包括：電動機定子電源的控制及轉子繞組投入勵磁的控制。4、同步電動機起動步驟是：先接入定子電源；開始起動；當轉速達到同步轉速的95時，切除放電電阻，投入直流勵磁。（一）定子繞組電源的控制電路 1、同步電動機起動方

39、式： 全壓起動：對于重載起動的電動機常采用全壓起動。這是因為全壓起動時具有較大的起動轉矩，而且在轉子繞組投入勵磁后，能產生較大的牽入同步轉矩，便于電動機迅速起動和進入正常同步運行。但全壓起動時對電源及機械設備的沖擊大。 減壓起動：減壓起動適用于輕載起動，通常用電抗器串接在定子回路中，起動時可按電流原則或時間原則在起動過程中再切除。這樣起動時對電源及機械設備的沖擊均較小。2、高壓同步電動機所用的電氣元件：均為高壓電器，如高壓隔離開關及油斷路器等。而且其聯鎖保護等要求較高，以求安全、可靠。3、同步電動機全壓起動的控制電路：圖521所示為同步電動機全壓起動的控制電路。圖中， QS為隔離開關； QF為

40、真空斷路器； TV為電壓互感器； TA為電流互感器，它有兩組，一組供測量儀表用；另一組供繼電保護用； 為斷路器分閘線圈； 為合閘線圈；SA1 虛線框中的SA1為勵磁裝置(圖中略去未畫，下同)準備完成等待運行的開關，勵磁準備完成后SA1閉合 KA5為勵磁裝置中的勵磁保護繼電器，當勵磁裝置發生故障時KA5線圈得電； KA6為總停及失壓等保護繼電器觸頭，當低壓控制柜中的水溫、水壓不正常時，或因故障需要緊急停車時，KA6線圈得電4、電路的工作過程如下： (1) 準備起動：定子主回路的隔離開關QS、勵磁裝置的電源開關、控制柜的電源開關相繼合閘。這時勵磁準備完成等待運行的開關SA1閉合；勵磁正常，KA5觸

41、點斷開；低壓控制柜工作正常，KA6觸點閉合。KA2通電吸合。這樣，指示燈HLGN亮，表示電路等待起動。 (2)起動：按壓起動按鈕SB1，接觸器KM1吸合，于是斷路器的合閘線圈通電，斷路器QF合閘，同步電動機全壓起動。在QF合閘的同時，其輔助觸頭(57)閉合，KA1吸合并自保，其動斷觸頭斷開KM1線圈回路，KMl釋放，合閘線圈斷電，真空斷路器由其閉鎖機構維持合閘工作狀態。QF的動合觸頭(911)閉合，為分閘線圈的通電作好準備。QF的觸頭(1一17)斷開，(115)閉合。于是“準備”運行的綠色信號燈HLGN滅，而“運行”的紅色信號燈HLRD亮，表示同步電動機已處于運行狀態。 同步電動機開始起動，并

42、在具備了一定條件后對其轉子繞組施加勵磁，起動完畢，投入運行。 (3)正常停車 按壓SB2，分閘線圈通電，于是斷路器掉閘，電動機停止運轉。(4)故障停車 當勵磁裝置發生故障時，KA5(19)閉合，得電，斷路器掉閘。 當低壓控制柜中的水溫、水壓等不正常，或因故障需要緊急停車時，則KA6(113)斷開，KA2釋放，KA2的觸頭(19)閉合，使分閘線圈YAoff通電，斷路器掉閘，電動機停止。 如同步電動機過載時，電流繼電器KI1及KI2動作，其動斷觸頭也切斷KA2線圈回路，KA2釋放，和上述過程一樣，電動機將立即斷電停車。 電路所設的電氣儀表供監測同步電動機的工作狀態之用。電流互感器及電壓互感器的二次

43、側必須接地，以保證安全。（二）轉子繞組加入勵磁的控制電路（用直流發電機）1、加入勵磁需要解決的問題：同步電動機起動時，需待轉子轉速達同步轉速的95(即準同步轉速)及以上時再投入勵磁。因而其控制電路必須對轉速進行監測。轉速可由定子回路的電流或轉子回路的頻率等參數來反映。2、按轉子回路頻率原則加入勵磁的控制電路 原理：轉子回路頻率隨轉子轉速升高而降低 簡化控制電路：其簡化的原理圖如圖522所示。 KM：為轉子勵磁電源接觸器 KA：為極性繼電器 R：為轉子繞組的放電電阻 繼電器KA：是一個在鐵心上裝有阻尼銅套的電磁繼電器，其線圈通過二極管V并聯在電阻R的抽頭上。工作過程：電動機起動后，KA吸合，由于

44、阻尼銅套的作用，鐵心中的磁通不會為零，而且高于繼電器維持吸合所需的數值，故KA在起動過程中，始終保持吸合狀態，則接觸器KM斷開，在這一過程中，轉子繞組無勵磁，且通過R短接。待電動機轉速升高后，轉子滑環的電壓及頻率逐漸下降，繼電器KA中的電流值及頻率也下降。當轉速達到準同步轉速時，在V截止的半波中，KA鐵心中的磁通降到繼電器的釋放值。KA釋放，則KM通電吸合，切除轉子繞組的放電電阻和加入勵磁電流，同步電動機就牽入同步運行。 實際的加入勵磁電流的控制電路如圖523所示。 該電路中，電動機的定子側為自耦變壓器減壓起動，而轉子側為按頻率原則加入勵磁，由直流發電機提供勵磁電壓。 控制電路的工作過程為：合

45、上電源開關QF1、QF2，指示燈HL亮，按壓起動按鈕SB2，時間繼電器KT1及接觸器KM1同時通電吸合，電動機作減壓起動，極性繼電器KA吸合，觸頭(517)閉合，給定子繞組施加全壓作準備。待經過時間繼電器KT1所整定的時間以后，其延時斷開的動斷觸頭KT1(915)斷開，使接觸器KM1斷電釋放，則接觸器KM2通電吸合，定子繞組加入全電壓，轉速就進一步上升。當轉速上升到準同步速時，極性繼電器KA釋放，使接觸器KM3通電吸合，短接放電電阻R，在轉子繞組中加入直流勵磁，將同步電動機牽入同步運行，起動過程結束。 該電路的兩個特點： 1)極性繼電器KA的動合觸頭(517)：保證了必須在KA吸合后，才能使接

46、觸器KM2通電，防止由于KA未吸合，在KM2吸合后KM3立即吸合，過早加入勵磁： 2)KT2的延時斷開的動斷觸頭(35)在KM3接觸器長時不吸合時，切斷控制電源，防止電動機長期在沒有勵磁下工作，燒壞起動籠型繞組。3、按定子回路電流原則加入勵磁的控制電路 原理：同步電動機作異步起動時，定子的電流很大，當轉速達到準同步速時，電流下降。所以可用定子電流值來反映電動機的轉速狀況。 按定子電源原則投入勵磁的簡化原理圖 如圖524所示。TA為電流互感器 KI為電流繼電器 KM為直流勵磁接觸器 KT為時間繼電器。工作過程：同步電動機起動時，定子中很大的起動電流使電流互感器TA二次側回路中的電流繼電器KI吸合

47、，時間繼電器KT線圈通電吸合，其延時閉合的動斷觸頭瞬時斷開，切斷接觸器KM的線圈回路。因此，勵磁繞組中沒有電流，且通過放電電阻R1短接。當同步電動機的轉速達到準同步速時，定子電流下降到使電流繼電器KI釋放，使時間繼電器KT斷電釋放，經一定延時后，延時閉合的動斷觸頭閉合，KM通電吸合，切除放電電阻R1，并投入勵磁電流。 實際的按電流原則自動投入勵磁電流的同步電動機的控制電路如圖525所示。電路中設有一級強勵環節，即短接直流發電機分勵繞組所串接的電阻R2。 控制電路的動作過程如下：起動時：合上電源開關QF1，欠壓繼電器KA吸合，其作用是保證接觸器KM2不能吸合，以便在起動時，保證直流發電機產生正常

48、的電壓值。然后合上開關QF2，按起動按鈕SB2，接觸器KM1通電吸合并自保，電動機經電阻R1作減壓起動。由于定子回路的起動電流很大，電流互感器TA二次回路中的電流繼電器KI動作。它的動合觸頭使時間繼電器KT1通電吸合，其延時斷開的動合觸頭(2327)閉合使KT2通電吸合，而延時閉合的動斷觸頭(3一17)斷開，避免KM3、KM4通電吸合造成誤動作。當電動機轉速接近準同步速時，定子電流下降使電流繼電器KI釋放，KT1隨之釋放，經一定延時后，其觸頭(317)閉合，接通接觸器KM3并自保，同步電動機在全壓下繼續起動。而KT1的延時斷開的動合觸頭(2327)經同樣的延時后斷開KT2。KT2的延時閉合的動

49、斷觸頭(1119)經KT2所整定的延時后，使接觸器KM4通電吸合，短接放電電阻R3，給同步電動機加入勵磁。另一對動合觸頭短接電流繼電器的線圈，而其動斷觸頭(57)使接觸器KM1釋放，切斷定子起動電阻回路以及KT1、KT2線圈的電源。電動機起動過程結束。 強勵環節：當電網電壓過低時，同步電動機的輸出轉矩將下降，電動機工作就趨于不穩定。為此電路中設置了強勵環節。當電網電壓低到一定數值時，繼電器KA釋放，其觸頭(1l13)閉合，使接觸器KM2吸合，將直流發電機的磁場電阻R2短接，直流發電機輸出增加，同步電動機的勵磁電流增加，以加大同步電動機的電磁轉矩，保證其正常運轉。 停車時：按壓停止按鈕SB1。電

50、路中未設電力制動控制。電路中使KM4吸合后短接電流繼電器KI的線圈目的：是用來防止電動機運轉時因某種原因引起沖擊電流時產生誤動作。（三）同步電動機轉子加入勵磁（用晶閘管）1、晶閘管勵磁系統優點：是無觸頭連續系統，反應快，調節靈敏、方便，而且體積小，無噪聲。性能遠遠優于直流發電機勵磁系統。目前大型同步電動機采用晶閘管勵磁系統的較多。2、系列： KGLF11型：為恒定勵磁，不附裝減壓起動裝置 KGLFl2型：附裝減壓起動裝置，并可電力制動。二、三相同步電動機的制動控制電路1、同步電機制動方法：同步電動機停車時，如需要進行電力制動，則無例外地采用能耗制動。2、同步電機能耗制動的方法：將運轉中的同步電

51、動機定子電源斷開，再將定子繞組接于一個外電阻R(或頻敏變阻器)上，并保持轉子勵磁繞組的直流勵磁，同步電動機就成為電樞被R短接的同步發電機，這就能很快地將轉動的機械能變換為電能，最終成為熱能而消耗在電阻R上，電動機即被制動。3、簡化的能耗制動主電路如圖526所示。其控制電路與一般的異步電動機能耗制動電路相同。第四節 直流電動機的控制一、概述1、直流電動機分類： 他勵直流電動機：電樞電源與勵磁電源分別由兩個獨立的直流電源供電，則稱為他勵直流電動機 自勵直流電動機： 并勵 機床等設備中，以他勵直流電動機應用較多 串勵 在牽引設備中，則以串勵直流電動機應用較多 復勵2、直流電動機的電源分類 可控直流電

52、源：目前工廠常用的可控電源為直流發電機與晶閘管可控整流裝置。而磁放大器及可控離子管的直流電源，已逐漸減少。不可控的直流電源：用交流電源經整流變壓器及整流器提供。 （一）直流電動機起動1、起動：直流電動機接通電源后就由靜止狀態逐漸加速到穩定運行狀態，這個過程稱為起動。2、對直流電動機起動的基本要求是：起動電流不能過大，但要保證足夠大的起動轉矩。另外起動過程要短，起動設備要經濟，操作要方便等。實踐中，這些要求是互相矛盾的，因而只能以滿足主要的要求為主，兼顧其他要求。通常是在保證足夠大的起動轉矩下，盡可能地減少起動電流，再考慮其他要求。3、起動電流大的原因：在起動最初的一瞬間，電動機尚處于靜止狀態，

53、因而反電勢E=0，所以電源電壓全部降落在電樞繞組的電阻及線路電阻上，通常這些電阻都是極小的，這時流過電樞的電流，即起動電流可達額定電流的1020倍。4、起動電流大的后果：這樣大的電流將可能導致電動機換向器和電樞繞組的損壞，同時對電源也是沉重的負擔，大電流產生的轉矩和加速度對機械傳動部件也將產生強烈的沖擊，這也是不適合的，在選擇起動方案時必需予以考慮。5、他勵、并勵直流電動機在起動時需在施加電樞電源之前：先接上額定勵磁電壓(至少是同時)6、先接上額定勵磁電壓的原因：以保證起動過程中產生足夠大的反電動勢，迅速減少起動電流和保證足夠大的起動轉矩，加速起動過程。這樣還可以避免：電動機在沒有勵磁的狀態下

54、起動時，由于沒有足夠的起動轉矩，電動機持續處在過大的電流狀態下；或者雖能起動(空載)但產生轉速過高，即“飛車”(磁場為剩磁)的事故。7、串勵電動機的勵磁和電樞電源是同時接通的。（二）直流電動機的正反轉 1、改變直流電動機轉向的方法： 保持電動機的勵磁繞組的端電壓極性不變，改變電樞繞組端電壓的極性 保持電樞繞組端電壓極性不變，改變勵磁繞組端電壓的極性但當兩者的電壓極性同時改變時。則電動機的旋轉方向不變。2、采用改變電樞繞組端電壓極性的方法存在的問題：因主回路電流較大，故接觸器的容量較大。同時因直流電流在觸頭斷開時，會產生強烈的電弧，為此要用滅弧能力強的直流接觸器，這給使用帶來不便。3、采用改變勵

55、磁繞組端電壓極性的方法存在的問題：由于電動機的勵磁電流僅為額定電樞電流的25，故使用的接觸器容量小得多，這一優點對功率較大的電動機尤為突出。但為避免勵磁電流為零而“飛車”，通常尚需用接觸器在改變勵磁的同時切斷電樞回路電源。同時，因勵磁回路的電感量很大，所以觸頭斷開時，易產生很高的自感電動勢，故需加設阻容吸收裝置。4、制動和聯鎖電路的作用：在直流電動機正反轉控制的電路中，通常都設有制動和聯鎖電路，以確保在電動機停轉后，再行反向起動，以免直接反向產生過大的電流。（三）調速1、直流電動機的突出優點：是能在很大的范圍內具有平滑、平穩的調速性能。2、轉速調節的主要技術指標是：(1) 調速范圍D 定義及公式：某種調速方法所能得到的最高轉速與最低轉速之比稱為調速范圍D。 額定負載時的最高轉速； 額定負載時的最低轉速。 常用設備的調速范圍：調速范圍是根據生產機械工藝要求提出的，例如龍門刨床主拖動要求D=1030；螺紋磨床要求D=2060，而龍門銑床的進給系統則要求D=100或更高；坐標鏜床的主軸及導軌磨的萬能磨頭主傳動則要求D=