1、浙江工貿職業技術學院單元教學設計201 201 學年 第 學期課程名稱： 激光設備控制技術 授課班級： 任課教師： 所在系部及教研室：電子工程系機電一體化技術教研室 單元序號及單元標題：三相繞線型異步電動機起動控制電路 、三相感應電動機電氣制動控制電路授課班級上課時間第 周 月 日第 節上課地點教學目的1. 掌握三相繞線型異步電動機起動方法，控制電路的工作原理；2. 掌握三相感應電動機電氣制動控制的方法，實現電氣制動的電路和工作原理。教學目標能力（技能）目標知識目標1.會選擇三相繞線型異步電動機的啟動方法并實現之。1.時間原則和電流原則電路的工作原理，頻敏變阻器的作用。2. 掌握電氣制動的理論

2、基礎。重點及解決方法重點：時間原則和電流原則電路的工作原理；三相感應電動機實現電氣制動的電路和工作原理。難點:同上解決方法:結合電機的機械特性進行分析。參考資料單元教學設計基本框架第一部分：組織教學和復習上次課主要內容 （時間： 3分鐘）籠型電機降壓啟動的方法。第二部分：學習新內容【步驟一】說明主要教學內容、目的 （時間： 4分鐘）掌握三相繞線型異步電動機起動方法，控制電路的工作原理。【步驟二】 新知識的引入 （時間： 3分鐘）籠型電機降壓啟動的方法能否使用在繞線式電機上？【步驟三】三相繞線型異步電動機起動控制電路 （時間：30分鐘） 一、轉子繞組串接電阻起動控制電路串接在三相轉子回路中的起動

3、電阻，一般都接成星形。起動前，外串電阻全部接入電路，以減小電流獲得較大的起動轉矩。隨著電動機轉速的升高，電阻被逐級短接。起動完畢，外串電阻全部切除，轉子繞組被直接短接，電動機便在額定狀態下運行。電動機轉子繞組中串接的電阻在被短接時，有兩種方式：一種是三相電阻不平衡短接法，另一種是三相電阻平衡短接法。圖3-21是時間原則控制的繞線型感應電動機轉子電路串接電阻的起動控制電路。轉子回路三段起動電阻的短接是依靠三個時間繼電器KT1、KT2、KT3和三個接觸器KM2、KM3、KM4的相互配合來完成的。電路的工作原理是：先合上電源開關QS，按下起動按鈕SB2，接觸器KM1線圈得電，KM1主觸頭閉合，電動機

4、M串接全部電阻起動；在KM1動作以后，時間繼電器KT1線圈得電，經過KT1的延時時間以后，KT1的常開觸頭閉合，使得KM2線圈得電，KM2主觸頭閉合，切除第一組電阻1R，電動機串接2組電阻繼續起動；KM2常開輔助觸頭的閉合使時間繼電器KT2線圈得電，經過KT2的延時時間以后，KT2的常開觸頭閉合，使KM3線圈得電，KM3主觸頭閉合，切除第二組電阻2R，電動機串接1組電阻繼續起動；KM3常閉輔助觸頭分斷，切斷KT1和KM2線圈回路，KT1和KM2斷電釋放；KM3常開輔助觸頭閉合，使時間繼電器KT3線圈得電，經過KT3的延時時間以后，KT3常開觸頭閉合，使KM4線圈得電，KM4主觸頭閉合，切除第三

5、組電阻3R，電動機M起動結束進入正常運行；KM4常閉輔助觸頭分斷，時間繼電器KT2、KT3和接觸器KM3全部斷電釋放。電路中只有KM1和KM4是長期通電的，而KT1、KT2、KT3以及KM2、KM3線圈的通電時間均被壓縮到最低限度。這樣做一方面節省了電能，更重要的是延長了它們的使用壽命。而與起動按鈕SB2串接的接觸器KM2、KM3和KM4的常閉輔助觸頭的作用是保證電動機在轉子繞組中接入全部外加電阻的條件下才能起動。若接觸器KM2、KM3和KM4中任何一個觸頭因熔焊或機械故障而沒有釋放時，電動機就不可能接通電源而直接起動。但圖3-21控制電路也存在兩個問題：一是如果時間繼電器損壞時，電路將無法實

6、現電動機的正常起動和運轉；二是在電動機起動過程中逐漸減小電阻時，電流和轉矩反復突然增大，頻繁產生機械沖擊。圖3-22利用三個欠電流繼電器KA1、KA2、KA3，根據電動機轉子電流的變化，控制接觸器KM2、KM3和KM4依次得電動作，來逐級切除外加電阻的。欠電流繼電器KA1、KA2和KA3的線圈串接在電動機轉子回路中，這三個繼電器的吸合電流都一樣，但釋放電流不同，其中KA1的釋放電流最大，KA2次之， KA3最小。電動機剛起動時，因為起動電流很大，KA1、KA2和KA3都會吸合，它們的常閉觸頭都斷開，接觸器KM2、KM3、KM4都不動作，電動機串入全部電阻起動。隨著電動機轉速升高，電流開始減小，

7、KA1首先釋放，它的常閉觸頭閉合，使KM2線圈通電，短接第一組轉子電阻1R，這時轉子電流又重新增加，隨著轉速的升高，電流又逐漸下降，使KA2釋放，KM3線圈通電，短接第二組電阻2R，如此繼續，直到將轉子全部電阻短接，電動機進入正常運行狀態。KA的作用是保證電動機在轉子電路中接入全部電阻的情況下開始起動。電動機剛起動時，起動電流由零增大到最大值有一個時間，這樣就有可能造成KA1KA3沒來得及動作，KM2KM4得電動作把電阻1R、2R、3R短接，電動機直接起動。引入KA后，無論KA1、KA3有無動作，開始起動時，KA的常開觸頭切斷KM1KM3線圈的通電回路，保證串入全部電阻。二、轉子繞組串接頻敏變

8、阻器起動控制電路轉子繞組串接電阻的起動方法，要獲得良好的起動特性，一般需要較多級數的起動電阻，所用電器多、控制電路較復雜、設備投資大、維修不夠方便，而且在逐級減小電阻的過程中，電流及轉矩反復變化，會產生一定的機械沖擊力。所以從二十世紀六十年代開始，我國開始推廣使用頻敏變阻器來控制繞線型感應電動機的起動。頻敏變阻器實質上是一個鐵心損耗非常大的三相電抗器。它由數片E型鋼板疊成，具有線圈和鐵心兩部分，一般作星形接法，并制成開啟式，將其串接在轉子回路中，相當于轉子繞組接入一個鐵損很大的電抗器，這時的轉子等效電路(一相)如圖3-23所示。圖中Rd為繞組直流電阻，R為鐵損等值電阻，L為等值電感，R、L值與

9、轉子電流頻率相關。當電動機起動時，頻敏變阻器通過轉子電流得到交變磁通，其電抗為X。交變的磁通在鐵心中產生很大的渦流損耗和較小的磁滯損耗，此渦流損耗在變阻器電路中相當于一個等值電阻R。由于電抗X和電阻R都是由交變磁通產生的，其大小都隨轉子電流頻率變化而變化（與f2平方成正比）。在繞線型感應電動機的轉子回路中串接頻敏變阻器起動時，由于頻敏變阻器的等值阻抗隨起動過程而減小，從而得到自動變阻的目的，因此只需用一級頻敏變阻器就可以平穩地把電動機起動起來了。這種起動方式在空氣壓縮機與橋式起重機等設備中獲得了廣泛應用。圖3-24為繞線型感應電動機轉子繞組串接頻敏變阻器起動控制電路。起動過程由轉換開關SA實現

10、自動控制和手動控制。采用自動控制時，將轉換開關SA扳到“自動”位置，按下起動按鈕SB2時，接觸器KM1通電并自鎖，電動機M串接頻敏變阻器RF起動，此時，時間繼電器KT線圈也動機通電，經過KT的延時時間以后，KT常開觸頭閉合，中間繼電器KA線圈通電并自鎖。KA常開觸頭的閉合使接觸器KM2線圈通電，KM2常開觸頭閉合將頻敏變阻器RF短接，電動機M起動結束，進入正常運行。電動機起動過程中，中間繼電器KA的線圈未通電，其兩對常閉觸頭將熱繼電器FR的熱元件短接，以免因起動時間較長而使熱繼電器產生誤動作。電流互感器TA的作用是將主電路中的大電流變成小電流。采用手動控制時，將轉換開關SA扳到“手動”位置。時

11、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。【步驟四】知識和能力的歸納 （時間： 5分鐘）三相繞線型感應電動機適用于一些要求起動轉矩較大，且能平滑調速的場合。其優點是可以在轉子繞組中串接電阻來改善電動機的機械特性，從而達到減小起動電流，提高轉子電路功率因數，增大起動轉矩的目的。【步驟五】三相感應電動機電氣制動控制電路 （時間：35分鐘） 一、反接制動控制電路反接制動是依靠改變電動機定子繞組的電源相序來產生制動力矩，迫使電動機迅速停轉。其制動原理如圖3-25所示。當QS向上投合時，電動機定子繞組的電源相序為L1-L2-L3，電動機將沿旋轉磁場方向以n<n

12、1的轉速正常運轉。當需要電動機停轉時，可斷開開關QS，使電動機先脫離電源（此時轉子憑慣性仍按原方向旋轉），隨后，將開關QS迅速向下投合，此時L1、L3兩相電源線對調，電動機定子繞線組的電源相序變為L3-L2-L1，旋轉磁場反轉，此時轉子將以n1+n的相對轉速沿原轉動方向切割旋轉磁場，在轉子繞組中產生感生電流，其方向用右手定則判斷，如圖4-25b所示。而轉子繞組一旦產生電流又受到旋轉磁場的作用產生電磁轉矩，其方向由左手定則判斷。可見此轉矩方向與電動機的轉動方向相反，使電動機制動而迅速停轉。當電動機轉速接近零值時，應立即切斷電動機電源，否則電動機將反轉。常利用速度繼電器來地切斷電源。通常情況下，在

13、120-3000r/min范圍內速度繼電器觸頭動作，當轉速低于100r/min時，其觸頭恢復原位。另外，反接制動時，由于旋轉磁場與轉子的相對轉速（n1+n）很高，故轉子繞組中感生電流很大，致使定子繞組中的電流也很大，因此反接制動適用于10KW以下小容量電動機的制動。同時，為了減小沖擊電流，通常要求對4.5KW以上的電動機進行反接制動時，在定子回路中串入一定的電阻R，以限制反接制動電流。 如圖3-26，該線路的主電路和正反轉控制線路的主電路相同，只是在反接制動時增加了三個限流電阻R。線路中KM1為正轉運行接觸器，KM2為反接制動接觸器，KS為速度繼電器，它與電動機同軸聯接。起動時，按下起動按鈕S

14、B1，接觸器KM1通電并自鎖，電動機M起動運轉，當轉速上升到一定值（約120r/min）時，速度繼電器KS常開觸頭閉合，為反接制動接觸器KM2線圈通電作好準備。停車時，按下停止按鈕SB2，其常閉觸頭先斷開，接觸器KM1線圈斷電，電動機M暫時脫離電源，此時由于慣性，KS的常開觸頭依然處于閉合狀態，所以當SB2常開觸頭閉合時，反接制動接觸器KM2線圈通電并自鎖，其主觸頭閉合，使電動機定子繞組得到與正常運轉相序相反的三相交流電源，電動機進入反接制動狀態，轉速迅速下降，當轉速下降到一定值（約100r/min左右）時，速度繼電器KS常開觸頭恢復斷開，接觸器KM2線圈失電，制動結束。圖3-28中R既是反接

15、制動限流電阻，又是正反向起動的限流電阻。需正轉運行時按下正轉起動按鈕SB2，其閉觸頭先斷開，對中間繼電器KA4聯，鎖，SB2的常開觸頭后閉合，中間繼電器KA3線圈通電并自鎖，其另一組常開觸頭閉合，使接觸器KM1線圈通電，KM1的主觸頭閉合，使定子繞組經電阻R接通正序電源，電動機開始減壓起動，此時，雖然KA1線圈電路中KM1常開輔助觸頭已閉合，因為KS的正轉常開觸頭尚未閉合， KA1線圈并不能通電，當電機轉速上升到一定值時（約120r/min左右），KS的正轉常開觸頭閉合，KA1線圈通電并自鎖，此時，由于KA1、KA3等中間繼電器的常開觸頭均處于閉合狀態，KM3線圈回路被接通，KM3主觸頭閉合，

16、短接限流電阻R，電機開始進入全壓正常運轉狀態。若按下SB1，則KA3、KM1和KM3三只線圈都斷電。但由于慣性，此時電機的轉速仍然很高， KS的正轉常開觸頭并未復位，中間繼電器KA1的線圈仍維持繼續通電，所以當KM1的常閉觸頭復位后，KM2線圈便得電，其常開主觸頭閉合，使定子繞組經電阻R得到反相序的電源，對電動機進行反接制動。當速度繼續下降到一定值（約低于100r/min）時，KS的正轉常開觸頭恢復斷開狀態，KA1線圈斷電，KM2釋放，反接制動過程結束。二、能耗制動控制電路所謂能耗制動，就是當電動機切斷三相交流電源之后，立即在定子繞組的任意兩相中通入直流電，來迫使電動機迅速停轉。如圖3-29所

17、示，先斷開電源開關QS1，切斷通入電機定子繞組中的三相交流電源，這時轉子仍按原旋轉方向慣性運轉，隨后立即合上QS2，并將QS1向下投合，電動機V、W兩相定子繞組通入直流電，在定子中產生一個恒定的靜止磁場，轉子就會因切割磁力線而在轉子繞組中感生電流，并受到靜止磁場的作用產生電磁轉矩，方向正好與電動機的轉向相反，使電機受制動迅速停轉。（1）無變壓器單相半波整流能耗制動電路圖3-30為無變壓器單相半波整流能耗制動自動控制電路。在電動機正常運行時，若按下停止按鈕SB2，SB2的常閉觸頭先分斷，切斷接觸器KM1線圈回路，電動機由于KM1的斷電釋放，而脫離三相交流電源，暫時失電并慣性運轉，而SB1的常開觸

18、頭后閉合，接通KM2線圈回路，KM2線圈和KT線圈相繼得電并自鎖，直流電通過KM2主觸頭的閉合加入定子繞組，電動機M接入直流電進行能耗制動，當電動機轉子的轉速接近于零時，時間繼電器延時結束，其常閉觸頭打開，切斷KM2線圈回路。由于KM2常開輔助觸頭的復位，也切斷了時間繼電器KT的電源，同時，KM2主觸頭的斷開，使電動機切斷了直流電源并停轉，能耗制動結束。圖4-30中KT瞬時閉合常開觸頭的作用是當KT出現線圈斷線或機械卡住等故障時，按下SB2后能使電動機制動后脫離直流電源。（2）有變壓器單相橋式整流能耗制動電路圖3-31為有變壓器單相橋式整流能耗制動自動控制電路。圖3-31和圖3-30的控制電路

19、完全相同，所以其工作原理也相同。有變壓器單相橋式整流能耗制動自動控制電路適用于容量在10KW以上的電動機。在圖4-30中，直流電源由單相橋式整流器VC供給，TC是整流變壓器，電阻R是用來調節直流電流的，從而調節制動強度，整流變壓器一次側與整流器的直流側同時進行切換，有利于提高觸頭的使用壽命。圖3-30和圖3-31都屬于時間原則控制的單向能耗制動控制電路。（3）速度原則控制的單向能耗制動控制電路圖4-32為速度繼電器控制的單向能耗制動控制電路。該電路與圖3-30控制電路也基本相同，僅僅是把控制電路中KT的線圈回路以及觸頭回路取消，而在電動機軸上安裝了速度繼電器KS，并且用KS的常開觸頭取代了KT的通電延時斷開的常閉觸頭。（1）時間原則控制的可逆運行的能耗制動控制電路圖3-33為電動機按時間原則控制的可逆運行能耗制動控制電路。在電動機正常運行過程中，按下停止按鈕SB1，SB1常閉觸頭先分斷，使接觸器KM1線圈斷電，SB1常開觸頭后閉合，接通接觸器KM3和時間繼電器KT的 線 圈回路，其觸頭動作，其中KM3常開輔助觸頭的閉合起著自鎖的作用，鎖住電動機起動電路；KM3常開主觸頭的閉合，使直流電壓加在電動機定子繞組上，電動機進行正向能耗制動，電動機轉速迅速下降，當接近零時，KT延時結束，其通電延時打開的常閉觸頭斷開，切斷KM3的線圈回路。此時KM3的常開輔助觸頭恢復斷開，