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1、电机与电气控制案例教程电机与电气控制案例教程 第二章 三相交流异步电动机与拖动控制2.3 案例案例3：两地对同一台电动机：两地对同一台电动机的起停控制的起停控制 【案例说明】【案例说明】 现实中为了控制的方便，有时会出现在不同的地方对同一台电动机的起停进行控制，如每一层都要对同一电梯的起动和停止进行控制。图2-47是一台X53K立式铣床，它是一种常用的加工设备，由底座、床身、悬梁、工作台、升降台等组成，其电源开关安装在图中所示床身A处，按钮分别位于床身和工作台前的A、B两处。当需要进行铣削加工时，必须先在A处合上总电源，而起动和停止可在A、B任意一处进行，即可在A处起动，A或B处停止，也可在B
2、处起动，A或B处停止。是一种典型的两地控制方式。2.3.1【解决方案】控制电路的实现【解决方案】控制电路的实现L1 L2 L3QSQSFU1FU1KMKMFRFR M3KMKMSB2SB2SB3SB3FRFRFU2FU2KMKMSB1SB1SB4SB4图2-48 两地对同一台电动机的起停控制电路该电路所具有的保护环节：（1）短路保护 （2）欠压保护（3）失压保护（4）过载保护2.3.2【知识进阶】电路故障诊断【知识进阶】电路故障诊断与维修与维修1.检查线路检查线路2.试车与调整试车与调整3.仪表测量检查仪表测量检查【问题探讨】【问题探讨】 1.线圈电压为220V的交流接触器，误接到交流380V
3、电源上会发生什么问题？为什么？ 2.三相异步电动机运行中一相断路后，会表现出什么故障现象？ 3.如果要实现3地对同一台电动机进行控制，在图2-48中如何修改？2.4 案例案例4：多台电动机顺序控制：多台电动机顺序控制【案例说明】【案例说明】 实际生产中，某一系统常有多台电动机，而某些电动机的起停要求按一定的顺序进行，如空调设备中，要求压缩机必须在风机之后起动；铣床上起动主电动机后才能起动进给电动机。总之，对几台电动机的起停要求一般有：正序起动，同时停止；正序起动，正序停止；正序起动，逆序停止。2.4.1【解决方案】控制电路的实现【解决方案】控制电路的实现L1 L2 L3QSQSFU1FU1KM
4、1KM1FR1FR1 M13KM2KM2FR2FR2 M23KM1KM1SB2SB2SB1SB1FR1FR1FU2FU2KM2KM2SB4SB4KM1KM1KM2KM2FR2FR2SB3SB3KM1KM1KM1KM1SB2SB2SB1SB1FR1FR1KM2KM2SB4SB4KM1KM1KM2KM2FR2FR2SB3SB3KM1KM1FU2FU2KM2KM2 实现顺序起动的方法是实现顺序起动的方法是：将控制前一台电动机的接触器的常开辅助触点串联在控制后一台电动机的接触器线圈支路中。 实现正序起动、逆序停止的方法是实现正序起动、逆序停止的方法是：将控制后一台电动机的接触器常开辅助触点与前一台电动
5、机的停止按钮并联。 1.检查线路检查线路 2.试车与调整试车与调整 3.仪表测量检查仪表测量检查2.4.2【知识进阶】电路故障诊断【知识进阶】电路故障诊断与维修与维修 2.4.3【应用拓展】主电路实现的【应用拓展】主电路实现的顺序控制电路顺序控制电路（a a） (b)(b)图图2 250 50 主电路实现的顺序控制电路主电路实现的顺序控制电路M2M1KM1FR1FR2SB3SB1FR2FR1FU2FU1QSL3L2L1SB2KM2KM1KM2KM2L1L2L3QSFU1FU2KMFR1FR2SB1SB2FR2FR1KMKMM1M2X 如图2-49（c）所示电路，如果不能实现顺序起动控制，可能的
6、故障在哪？ 如图2-49(c)所示，如果不能实现顺序停止控制，可能的故障在哪？ 如图2-49（c）所示电路起动都正常，但按SB3停止按钮失灵，可能的故障在哪？ 多台电动机顺序起动的接线原则是什么？ 多台电动机顺序停止的接线原则是什么？ 【问题探讨】【问题探讨】 【案例说明】【案例说明】 之前介绍的电动葫芦、小型台钻等机械设备的都只要求电动机朝一个方向旋转，而许多机械设备要求实现正反2个方向运行。如机床控制台的前进与后退、小型升降机、起重机吊钩的上升与下降、机械手的夹紧与放松等，都要求拖动电动机能够正反转。以下部分是解决可逆直接起动控制电路的方案及相关知识。2.5 案例案例5：三相笼型异步电动机
7、：三相笼型异步电动机的可逆直接起动控制的可逆直接起动控制2.5.1【解决方案】控制电路的实现【解决方案】控制电路的实现 (a) (b) 图图2-51 接触器互锁的可逆直接起动控制电路接触器互锁的可逆直接起动控制电路 在同一时间里2个接触器只允许其中一个工作，即在接通其中一个之后就要设法保证另一个不能接通。这种相互制约的控制称为“互锁互锁”（联锁）控制（联锁）控制。 由接触器（或继电器）辅助常闭触点构成的互锁称为电气互锁电气互锁。 其辅助常闭触点称为互锁触点。互锁触点。2.5.2 【知识进阶】电路故障诊断【知识进阶】电路故障诊断与维修与维修 2.5.3 【应用拓展】双重互锁的【应用拓展】双重互锁
8、的可逆直接起动控制电路可逆直接起动控制电路 (a) (b)图2-52 双重互锁的可逆直接起动控制电路1.在电动机正反转直接起动控制电路中，为什么正反转接触器必须互锁？有几种互锁，分别什么场合采用？2.采用什么方法让电动机实现正反转？3.在电动机正反转直接起动电路中需采取怎样的保护环节？4.具有双重联锁的正反转电路如图2-52所示，按下按钮后，发生如下故障，试分析故障原因。（1）按正转，电动机正转；按反转，电动机停住不转。（2）按正转，电动机正转；按反转，电动机仍正转。（3）按正反转都能正常工作，按停车按钮失灵。 【问题探讨】【问题探讨】 【案例说明】【案例说明】 如电梯行驶到一定位置要停下来，
9、起重机将重物提升到一定高度要停止上升，停的位置必须在一定范围内，否则可能造成危险事故；还有些生产机械，如高炉的加料设备、龙门刨床等需自动往返运行。电动机的停可以通过控制电路中的停止按钮SB1停，这属于手动控制，也可用行程开关控制电动机在规定位置停则属于自动控制。 实现行程位置控制的电器主要是行程开关。即用行程开关中机械设备运动部件的位置或机件的位置变化来进行控制，称为按行程原则的自动控制，也称为行程控制。行程控制是机械设备中应用较广泛的控制方式之一。 电动机的正反转可通过SB2、SB3手动控制，也可用行程开关实现自动控制。2.6 案例案例6：电动机行程控制电路：电动机行程控制电路2.6.1【解
10、决方案】控制电路的实【解决方案】控制电路的实现现 图图2-53 电动机行程控制电路电动机行程控制电路 1.行程开关 行程开关又称限位开关或位置开关，它利用生产机械运动部件的碰撞，使其内部触点动作，分断或切换电路，从而控制生产机械行程、位置或改变其运动状态 2.6.2【知识进阶【知识进阶1】涉及的低压】涉及的低压电器电器 （1）结构及工作原理图2-54 JLXKl系列行程开关a）JLXK1311直动式；b)JLXK1111单轮旋转式；c)JLXK1211双轮旋转式 a）结构； b)动作原理； c)符号 图2-55 JLXK1-111型行程开关的结构和动作原理图2-56 LX19K型行程开关的动作
11、原理（2）型号 常用的行程开关有LX19和JLXL1等系列，其型号及含义如下：2.6.3【知识进阶【知识进阶2】电路故障】电路故障诊断与维修诊断与维修2.6.4【应用拓展】自动往返控制【应用拓展】自动往返控制电路电路BSQ1SQ2SQ3SQ4 图2-57 运动部件自动往返示意图 L1 L2 L3QSQSFU1FU1KM1KM1FRFR M3KM1KM1SB2SB2SB3SB3FRFRFU2FU2KM2KM2KM1KM1SB2SB2SQ1SQ1SQ2SQ2SQ4SQ4KM2KM2KM2KM2SB3SB3KM2KM2SQ2SQ2SQ1SQ1SQ3SQ3KM1KM1SB1SB1图2-58 电动机自动
12、往返电路图 按钮、行程开关都是开关，它们的作用有何不同？ 可否用行程开关直接控制三相异步电动机的起动和停止，为什么？ 在起重机的电气控制电路中，为了防止吊钩上升到接近最高位二发生事故，常设置的保护电器是什么？如何实现？ 如果限位开关SQ2常闭触点接线断开，这种接法对电路有何影响？【问题探讨】【问题探讨】 【案例说明】【案例说明】 某些生产机械上的电动机要求运行一段时间，停止一段时间，即间歇运行，如车床的润滑电动机。2.7 间歇运行控制间歇运行控制2.7.1【解决方案】控制电路的实现【解决方案】控制电路的实现 图2-59 电动机间歇运行控制电路 时间继电器时间继电器是一种利用电磁原理或机械地动作
13、原理实现触点延时接通和断开的自动控制电器 . 常用的时间继电器主要有常用的时间继电器主要有电磁式、电动式、空气阻尼式、电子式等。 延时方式延时方式有通电延时和断电延时两种。 2.7.2【知识进阶【知识进阶1】涉及的低压】涉及的低压电器电器 1.JS7A系列空气阻尼式时间继电器系列空气阻尼式时间继电器 a)外形 b)结构图2-60 JS7A系列时间继电器的外形与结构1）结构 （1）电磁系统：（2）触点系统（3）空气室（4）传动机构（5）基座：2）工作原理 JS7A系列时间继电器的工作原理示意图，如图2-61所示。 （1）时间继电器的工作原理 图2-61 空气阻尼式时间继电器的结构a）通电延时型；
14、b）断电延时型 空气阻尼式时间继电器的优点是优点是：延时范围较大(0.4s180s)，且不受电压和频率波动的影响；可以做成通电和断电两种延时形式；结构简单、寿命长、价格低。 其缺点是其缺点是：延时误差大，难以精确地整定延时值，且延时值易受周围环境温度、尘埃等的影响。因此，对延时精度要求较高的场合不宜采用。 图2-62 时间继电器的符号触点动作情况：触点动作情况：通电延时常闭触点是指线圈得电触点延时断开，而线圈失电，触点瞬时复位（闭合）通电延时常开触点是指线圈得电触点延时闭合，而线圈失电，触点瞬时复位（断开）断电延时常闭触点是指线圈得电触点瞬时断开，而线圈失电，触点延时复位（闭合）断电延时常开触
15、点是指线圈得电触点瞬时闭合，而线圈失电，触点延时复位（断开） 3）型号2.电子式时间继电器电子式时间继电器电子式时间继电器也称为半导体时间继电器，具有机械结构简单、延时范围广（可达0.1s9999min）、精度高、消耗功率小、调整方便及寿命长等优点，其应用越来越广泛。电子式时间继电器按结构分为阻容式和数字式两类；按延时方式分为通电延时型、断电延时型及带瞬动触点的通电延时型 （1）结构 图2-63 JS20系列时间继电器的外形与接线a）外形；b) 接线示意图2.型号 2.7.3【知识进阶【知识进阶2】电路故障】电路故障诊断与维修诊断与维修 空气阻尼式时间继电器利用什么原理达到延时的空气阻尼式时间
16、继电器利用什么原理达到延时的目的？目的？ 通电延时型时间继电器的线圈得失电与触点动作通电延时型时间继电器的线圈得失电与触点动作的关系如何？的关系如何？ 时间继电器的主要用途是什么？如何从时间继电时间继电器的主要用途是什么？如何从时间继电器的图形符号上区分是通电延时类型还是断电延器的图形符号上区分是通电延时类型还是断电延时类型时类型 何谓间歇运行？何谓间歇运行？【问题探讨】【问题探讨】 【案例说明】【案例说明】某企业风机系统的鼓风机功率为50 kW，且该企业鼓风机较多，为限制电流，所有鼓风机都采用降压起动。控制M7475B型磨床的主电动机功率为25kW，由于砂轮一般是空载起动，所以采用由控制电路
17、实现的星形三角形降压起动控制。 2.8 案例案例8：三相鼠笼式异步电动：三相鼠笼式异步电动机的降压起动控制机的降压起动控制2.8.1【解决方案】星【解决方案】星-三角降压三角降压起动控制电路的实现起动控制电路的实现 KM1KM1 SB2SB2 SB1SB1 FRFR FU2FU2 KM1KM1 KM2KM2 KTKT KTKT KM2KM2 KM2KM2 L1 L2 L3 QSQS FU1FU1 KM1KM1 FRFR M 3 KM2KM2 KM3KM3 U1U1 V1V1 W1W1 W2W2 U2U2 V2V2 KTKT KM3KM3 KM3KM3 图图2-64 自动星形自动星形三角形降压起
18、动控制电路三角形降压起动控制电路 图2-64所示为使用三个接触器和一个时间继电器的按时间原则控制的电动机星形三角形降压起动控制电路。电气控制电路中需要自动实现电路的切换时常使用时间继电器，此种控制称为时间控制原则时间控制原则 1.三相异步电动机的人为机械特性三相异步电动机的人为机械特性人为改变电动机的某个参数后所得到的机械特性，称为人为改变电动机的某个参数后所得到的机械特性，称为人为机械特性人为机械特性 .电动机的其他参数都与固有特性相同，仅降低定子端电压，这样所得电动机的其他参数都与固有特性相同，仅降低定子端电压，这样所得到的人为特性，称为到的人为特性，称为降低定子端电压的人为特性降低定子端
19、电压的人为特性 2.8.2【知识进阶【知识进阶1】三相鼠笼型异步】三相鼠笼型异步电动机的拖动方式（降压起动）电动机的拖动方式（降压起动）降低定子端电压的人为特降低定子端电压的人为特性的特点性的特点：当定子电压U1降低时，起动电流变小，最大转矩Tm与起动转矩TS都随电压平方降低。同步点不变，临界转差率Sm与电压无关，也保持不变。其特性曲线如图265所示。该起动方法主要用于电机空载或轻载起动，此时起动转矩不需太大，而起动电流则可以得道较好的控制。 图2-65 异步电动机降低电压时的人为特性2.三相鼠笼式异步电动机的降压起动三相鼠笼式异步电动机的降压起动图2-66 星/三角起动的原理线路图凡是正常运
20、行时定子绕组接成三角形接法的三相笼型感应电动机，都可采用星形三角形（Y-D）降压起动。起动时，定子绕组先接成星形（Y形），由于每相绕组的电压下降为正常工作电压的1/3，故起动电流下降为直接起动的1/3。当转速接近一定值时，电动机定子绕组改接成三角形（D形），进入正常运行，故称这种起动方式为星/三角（Y-D）降压起动，其接线原理线路如图2-66所示。此种降压起动能限制电流的作用，起动方法简便、经济，可用于轻载、空载或操作较频繁的场合，但其起动转矩只有直接起动时的1/3。 2.8.3【知识进阶2】涉及的低压电器 中间继电器实质上一个电压线圈继电器，是用来增加控制电路中的信号数量或将信号放大的继电器
21、。其输入信号是线圈的通电和断电，输出信号是触点的动作。它具有触点多，触点容量大，动作灵敏等特点。由于触点的数量较多，所以用来控制多个元件或回路。1.中间继电器中间继电器 （1）结构及工作原理）结构及工作原理 a结构 b）符号图2-67 JZ7系列中间继电器 （2）型号 2.8.3【知识进阶【知识进阶3】电路故障】电路故障诊断与维修诊断与维修 2.8.4【应用拓展】三相鼠笼型异步【应用拓展】三相鼠笼型异步电动机其他的降压起动控制电路电动机其他的降压起动控制电路1.自耦变压器降压起动控制2.定子绕组串电阻降压起动控制定子绕组串电阻降压起动控制图2-69 时间继电器控制的串电阻降压起动控制电路 3.
22、延边三角形降压起动控制延边三角形降压起动控制 4.软起动控制软起动控制前述几种传统三相异步电动机的起动线路比较简单，不需要增加额外起动设备，但其起动电流冲击一般还很大，起动转矩比较小。在直接起动方式下，起动电流为额定值的48倍，起动转矩为额定值的0.51.5倍；在定子串电阻降压起动方式下，起动电流为额定值的4.5倍，起动转矩为额定值的0.50.75倍；在星形一三角形起动方式下，起动电流为额定值的1.82.6倍，在星形一三角形切换时会出现电流冲击，起动转矩为额定值的0.5倍；自耦变压器降压起动，起动电流为额定值的1.74.0倍，在电压切换时会出现电流冲击，起动转矩为额定值的0.40.85倍。因而
23、上述这些方法经常用于对起动特性要求不高的场合。 在一些对起动要求较高的场合，可选用软起动装置，它采用电子起动方法，其基本原 理是利用品闸管的移相调压方式来控制起动电压和起动电流。其主要特点是：具有软起动和软停车功能，起动电流、起动转矩可调节，另外还具有电动机过载保护等功能。图2-72 三相异步电动机用软起动器起动控制电路 鼠笼式异步电动机有哪几种降压起动方法？各有什么特点？适用于什么场合？ 星-三角降压起动适合于哪种类型的电动机？ 当电源相电压为380V时，若要采用Y/D起动，只有定子绕组额定电压为660380V的三相异步电动机才能使用，为什么? 中间继电器有何用途？试比较中间继电器和交流接触
24、器的相同之处和不同之处。 【问题探讨】【问题探讨】 【案例说明】【案例说明】 起重机由于其工作性质，经常需要重载起动，因此提升机构和平移机构的电动机一般采用起动转矩较大的绕线转子异步电动机，以减小电流而增加起动转矩。绕线转子异步电动机由于其独特的结构，一般不采取定子绕组降压起动，而在转子回路外接变阻器。因此绕线转子异步电动机的起动控制方式和笼型异步电动机有所不同。 2.9 案例案例9：三相绕线式异步电：三相绕线式异步电动机的起动控制动机的起动控制2.9.1【解决方案】控制电路的实现【解决方案】控制电路的实现1.时间原则控制电路时间原则控制电路图图2-73 时间原则控制的转子电路串电阻起动控制电
25、路时间原则控制的转子电路串电阻起动控制电路2.电流原则控制电路电流原则控制电路F U1K M1F RM3 K M1F RS B1S B2K A1K M1K I1K I2K I3K M1K A1K M2K M3K M4K I1K I2K I3K M2K M3K M4IIIR1R2R3F U2UVW图2-74 电流原则控制转子电路串电阻起动控制电路2.9.2【知识进阶【知识进阶1】三相绕线式异步电动机】三相绕线式异步电动机的结构和工作原理的结构和工作原理图2-75 三相绕线式异步电动机结构图图2-76 绕线式异步电动机的转子 绕线型转子的优点是：绕线型转子的优点是：可以通过滑环及电刷在转子回路中引
26、入外加电阻，以改善电动机的起动和调速性能。因此常应用在要求起动电流小，起动转矩大的重载负荷中，或需要调节转速的场合。在正常运行是，如果外加电阻已全部切除，转子绕组便直接短路，此时可用提刷短路装置把电刷举起，以减少摩擦损耗，从而提高电动机的效率。与鼠笼式异步电动机相比，绕线型转子电动机的缺点是：转子绕组的结构复杂，价格较高，运行可靠性较差。其应用相对要少一些。由于鼠笼式电机结构简单、价格低,控制电机运行也相对简单,所以得到广泛采用2.9.3【知识进阶【知识进阶2】涉及的低压电器】涉及的低压电器1.电流继电器电流继电器根据继电器线圈中电流的大小而接通或断开电路的继电器叫做电流继电器。使用时，电流继
27、电器的线圈串联在被测电路中，用来反映电路电流的变化。为了使串入电流继电器线圈后不影响电路正常工作，电流继电器线圈的匝数要少，导线要粗，阻抗要小 1）过电流继电器当流过继电器中的电流超过预定值时，引起开关电器有延时或无延时动作的继电器叫过电流继电器。它主要用于频繁起动和重载起动的场合，作为电动机和主电路的过载和短路保护。（1）结构及工作原理 a)外形 b)结构 c)符号 图2-77 JT4系列过电流继电器 （2）型号2）欠电流继电器当通过继电器的电流减小到低于其整定值时动作的继电器称为欠电流继电器。在线圈电流正常时这种继电器的衔铁与铁芯是吸合的。它常用于直流电动机励磁电路和电磁吸盘的弱磁保护。
28、2.万能转换开关万能转换开关 万能转换开关实际是多档位、控制多回路的组合开关，主要用作控制线路的转换及电气测量仪表的转换，也可用于控制小容量异步电动机的起动、换向及调速。由于触点挡数多、换接线路多、能控制多个回路，适应复杂线路的要求，故称为万能转换开关。 1）结构与工作原理）结构与工作原理 图2-78 LW5系列万能转换开关万能转换开关在电路图中的符号如图2-79a所示。图中“-”代表一路触点，竖的虚线表示手柄位置。当手柄置于某一位置上时，就在处于接通状态的触点下方的虚线上标注黑点“”表示。触点的通断也可用如图2-79b所示的触点分合表来表示。表中“”号表示触点闭合，空白表示触点分断。 2）型
29、号）型号 2.9.4【知识进阶【知识进阶3】三相绕线型异】三相绕线型异步电动机的拖动方式步电动机的拖动方式 对于需要大、中容量电动机带动重载起动的生产机械或者需要频繁起动的电力拖动系统，不仅要限制起动电流，而且还要有足够大的起动转矩。这就需要用三相绕线异步电动机转子接入电阻或频敏变阻器来改善起动性能 1.转子回路串对称三相电阻的人为机械特性转子回路串对称三相电阻的人为机械特性 图图2-80 2-80 转子串接对称电阻转子串接对称电阻时的人为特性时的人为特性对于绕线转子异步电动机，如果其他参数都与固有特性时一样，仅在转子回路中串入对称三相电阻，所得的人为特性，称转子回路串对称转子回路串对称三相电
30、阻的人为特性三相电阻的人为特性 。特点特点：图2-80 转子串接对称电阻时的人为特性在转子回路内适当串入一定数值的三相对称电阻时，电动机起动转矩增大，起动电流减小， 但同步点不变。临接转差率sm会随转子电阻的增加而增加，但是Tmax不变。当1 时，起动转矩Tst随着的增加而增加；但是，当1 时，起动转矩Tst随的增加反而减小。 2。转子串联电阻起动方法。转子串联电阻起动方法 为了使起动过程平滑，需分几级切除起动电阻 为了在整个起动过程中得到比较大的起动转矩，并使起动过程比较平滑，需分几级切除起动电阻。三相电阻短接的方式有平衡短接法与不平衡短接法。平衡短接法是指每相起动电阻被同时短接相同阻值，不
31、平衡短接是每相的起动电阻轮流被短接。采用接触器控制短接电阻时，一般为平衡短接法。 3.转子串联电阻起动过程转子串联电阻起动过程如图如图2-73所示，先将所示，先将3个接触器的主触点断开，个接触器的主触点断开，使其转子串全电阻起动，使其转子串全电阻起动，随着转速的升高依次闭随着转速的升高依次闭合合KM1、KM2、KM3，最后将起动电阻全切除，最后将起动电阻全切除，电机转速上升到稳定运电机转速上升到稳定运行点，完成启动过程。行点，完成启动过程。 2.9.5【知识进阶【知识进阶4】电路故障诊断与维修】电路故障诊断与维修 频敏变阻器的阻抗能随着转子电流的频率下降而自动频敏变阻器的阻抗能随着转子电流的频
32、率下降而自动下降，所以能克服串电阻分级起动过程中产生机械冲下降，所以能克服串电阻分级起动过程中产生机械冲击的缺点，实现平滑起动。转子回路串频敏变阻器常击的缺点，实现平滑起动。转子回路串频敏变阻器常用于大容量绕线转子异步电动机的起动控制。用于大容量绕线转子异步电动机的起动控制。频敏变阻器的结构特点：它是一个三相铁心线圈频敏变阻器的结构特点：它是一个三相铁心线圈，其铁心不用硅钢片而用厚钢板迭成。铁心中产生涡，其铁心不用硅钢片而用厚钢板迭成。铁心中产生涡流损耗和一部分磁滞损耗，铁心损耗相当一个等值电流损耗和一部分磁滞损耗，铁心损耗相当一个等值电阻，其线圈又是一个电抗，故电阻和电抗都随频率变阻，其线圈
33、又是一个电抗，故电阻和电抗都随频率变化而变化，故称频敏变阻器，相当于一种无触点的变化而变化，故称频敏变阻器，相当于一种无触点的变阻器。它与绕线转子异步电动机的转子绕组相接。阻器。它与绕线转子异步电动机的转子绕组相接。2.9.6【应用拓展】三相绕线式异步【应用拓展】三相绕线式异步电动机其他起动控制电路电动机其他起动控制电路图2-81 绕线转子异步电动串频敏变阻器起动 在起动过程中，它能自动、无级的减小电阻，如果参数选择适当，可以在起动过程中保持转矩近似不变，使起动过程平滑、快速。频敏变阻器的主要不足之处是由于有电感的存在，功率因数较小，起动转矩并不是很大。因此当绕线式异步电动机在轻载起动时，采用
34、频敏变阻器起动的优点比较明显，而重载时一般采用串电阻起动的方法 图2-82所示为转子绕组串频敏变阻器的起动控制电路 【问题探讨】【问题探讨】1.简述频敏变阻器的作用？2.转子串电阻降压起动适用于哪种类型的电动机？3.能否用过电流继电器来作电动机的过载保护？为什么？4.如图2-73所示，起动按钮SB1串接的接触器KM1、KM2和KM3常闭辅助触点的作用是什么？接触器KM常开辅助触点的作用是什么？5.如图2-73所示，接触器KM3损坏后，电动机能否正常运行，为什么？6.如图2-73所示，若接触器KM1、KM2和KM3中任一触点因熔焊或机械故障吸合后，对电路的运行有何影响？7.如图2-73所示，时间
35、继电器KT1损坏后，对电路的运行有何影响？2.10 案例10：三相异步电动机的制动控制 【案例说明】【案例说明】 电动机自由停车的时间较长，随惯性大小而不同，而某些生产机械要求迅速、准确地停车，如镗床、车床的主电动机需快速停车；起重机为使重物停位准确及现场安全要求，也必须采用快速、可靠的制动方式。2.10.1【解决方案】控制电路的【解决方案】控制电路的实现实现图2-83 速度原则控制的电动机反接制动控制电路2.10.2 【知识进阶【知识进阶1】涉及的低】涉及的低压电器压电器 速度继电器是反映转速和转向的继电器，其主要作用是以旋转速度的快慢为指令信号，与接触器配合实现对电动机的反接制动控制，故又
36、称为反接制动继电器。 图2-84 速度继电器的外形a) JY1型；b）JFZD型 1.结构及工作原理结构及工作原理 速度继电器的动作转速一般为120 r/min，复位转速约在100r/min以下 2.型号型号 2.10.3 【知识进阶【知识进阶2】三相异步】三相异步电动机的拖动方式（制动）电动机的拖动方式（制动） 电机制动是电机控制中经常遇到的问题，一般电机制动会出现在两种不同的场合，一是为了达到迅速停车的目的，以各种方法使电机旋转磁场的旋转方向和转子旋转方向相反，从而产生一个电磁制动转矩，使电机迅速停车转动；另一是在某些场合，当转子转速超过旋转磁场转速时，电机也处于制动状态。例如起重机下放重
37、物时，运输工具在下坡运行时（负载转矩为位能转矩的机械设备），使设备保持一定的运行速度；在机械设备需要减速或停止时，电动机能实现减速和停止的情况下，电动机的运行属于制动状态。 1.反接制动 当异步电动机转子的旋转方向与定子磁场的旋转方向相反时，电动机便处于反接制动状态。这时有两种情况：一是在电动状态下突然将电源两相反接，使定子旋转磁场的方向由原图2-86 电源反接制动来的顺转子转向改为逆转子转向，这种情况下的制动称为电源两相反接制动；二是保持定子磁场的转向不变，而转子在位能负载作用下倒拉反转，这种情况下的制动称为倒拉反转制动。 1）电源两相反接的反接制动 如图2-86所示，电动机在停机后因机械惯
38、性仍继续旋转，此时如果和控制电动机反转一样改变三相电源的相序，电动机的旋转磁场随即反向，产生的电磁转矩与电动机的旋转方向相反，为制动转矩，使电动机很快停下来，这就是反接制动。问题是在开始制动的瞬间，电动机的转子电流比启动时还要大，为限制电流的冲击，往往在定子绕组中串入限流电阻R。电源反接制动时，要从电网中吸取电能，又要从轴上吸取机械能，因此能耗大，经济性较差。但该制动方法的制动转矩即使在转速降至很小时仍较大，因此制动迅速。图2-86 电源反接制动2）倒拉反接制动 当绕线转子异步电动机拖动位能性负载时，在其转子回路串入很大的电阻。在位能负载的作用下，使电动机反转。因这是由于重物倒拉引起的，所以称
39、为倒拉反接制动。这种方法常用于起重机低速下放重物时获得稳定的下放速度。原理电路如图285（a）所示（a）制动原理图 (b) 机械特性图285 倒拉反接制动 反接制动有一个最大的缺点缺点，就是：当电机转速为0时，如果不及时撤除反相后的电源，电机会反转。解决此问题的方法有以下两种方法有以下两种： (1)在电机反相电源的控制回路中，加入一个时间继电器，当反相制动一段时间后，断开反相后的电源，从而避免电机反转。但由于此种方法制动时间难于估算，因而制动效果并不精确。 (2)在电机反相电源的控制回路中加入一个速度继电器，当传感器检测到电机速度为0时，及时切掉电机的反相电源。由于此种方法速度继电器实时监测电
40、机的转速，因而制动效果较上一种方法要好的多。 正是由于反接制动有此特点，因此，不允许反转的机械，如一些车床等，制动方法就不能采用反接制动了，而只能采用能耗制动或机械制动 2.能耗制动 能耗制动是单纯依靠电机来消耗动能来达到停车的目的，因而制动效果和精度并不理想。在一些要求制动时间短和制动效果好的场合，一般不使用此制动方法。如起重机械，其运行特点是电机转速低，频繁地起动、停止和正反转，而且拖着所吊重物运行。为了实现准确而又灵活的控制，电机经常处于制动状态，并且要求制动力矩大。而能耗制动则达不到上述要求。故起重机械一般采用反接制动，且要求有机械制动，以防在运行过程中或失电时，重物滑落。3. 回馈制
41、动使电动机在外力(如起重机下放重物)作用下，其电动机的转速超过旋转磁场的同步转速，如图2-88所示。起重机下放重物，在下放开始时，nn1电动机处于电动状态，如2-82(a)所示。在位能转矩作用下，电动机的转速大于同步转速时，转子中感应电动势、电流和转矩的方向都发生了变化，如图2-84(b)所示，转矩方向与转子转向相反，成为制动转矩。此时电动机将机械能转化为电能馈送电网，达到节能的目的，所以回馈制动又称再生制动。 (a) 电动运行 (b) 回馈制动图2-88回馈制动原理图 在生产实践中，异步电动机的回馈制动会出现在以下两种场合： (1)起重机重物下降时，电机转子在重物重力的手动下，转子的转速有可
42、能超过同步转速，此时，电机处于再生制动状态。这时，电机的制动转矩是阻止重物的下落，直至制动转矩和重力形成的转矩相等时，重物才会停止下落。 (2)当变频调速时，当变频器把频率降低时，同步转速也随之降低。但转子转速由于负载惯性的作用，不会马上降低，此时，电机也会处于再生制动状态，直至拖动系统的速度也下降为止。 2.10.4 【知识进阶【知识进阶3】电路故障】电路故障诊断与维修诊断与维修2.10.5【应用拓展】三相异步电动机【应用拓展】三相异步电动机其他的制动控制电路其他的制动控制电路三相异步电动机的制动方法有下列两类：1.电气制动电气制动是使异步电动机所产生的电磁转矩和电动机的旋转方向相反。（1）
43、反接制动（2）能耗制动（3）回馈制动 2.机械制动机械制动是利用机械装置使电动机从电源切断后能迅速停转 。（1）电磁抱闸制动线路断电电磁抱闸制动 通电电磁抱闸制动 （2）电磁离合器制动线路 .1.电气制动（1）反接制动控制电路见图2-83所示。（2）能耗制动将运行着的异步电动机的定子绕组从三相交流电源上断开后，立即接到直流电源上，由于能耗制动采用直流电源，故也称为直流制动。图2-89 异步电动机能耗制动原理图 这种制动方法是利用转子转动的惯性切割恒定磁场的磁通而产生制动转矩，把转子的动能消耗在转子回路的电阻上，所以称为能耗制动。三相异步电动机采用能耗制动方式时，制 动平稳，能准确快速地停车。另
44、外由于定子绕组与电网脱开，电动机不从电网中吸收交流电 能，从能量的角度看，能耗制动比较经济。 能耗制动的优点是制动力强，制动较平稳。缺点是需要一套专门的直流电源供制动用 （1）三相异步电动机单向运行能耗制动控制电路图2-90 按速度原则控制的电动机能耗制动控制电路 （2）三相异步电动机双重联锁正反转起动能耗制动控制电路 图2-91 三相异步电动机双重联锁正反转起动能耗制动控制线路 2.机械制动 电磁抱闸制动是机械制动，其设计思想是利用外加的机械作用力，使电动机迅速停止转动。由于这个外加的机械作用力，是靠电磁制动闸紧紧抱住与电动机同轴的制动轮来产生的，所以叫做电磁抱闸制动。它主要用于起重机械上吊
45、重物时，使重物迅速而又准确地停留在某一位置上 断电电磁抱闸制动图2-92 断电电磁抱闸的制动控制电路 这种断电抱闸制动的结构形式，在电磁铁线圈一旦断电或未接通时电动机都处于制动状态，故称为断电制动方式。 通电电磁抱闸制动 制动闸平时总是处于松开状态 图293 通电电磁抱闸制动控制电路 电磁抱闸制动的优点是制动力矩大，制动迅速，安全可靠，停车准确。其缺点是制动 愈快，冲击振动就愈大，对机械设备不利。由于这种制动方法较简单，操作方便，所以在生 产现场得到广泛应用。至于选用哪种电磁抱闸制动方式，要根据生产机械工艺要求来定。 一般在电梯、吊车、卷扬机等一类升降机械上，应采用断电电磁抱闸制动方式；像机床
46、一类 经常需要调整加工件位置的机械设备，往往采用通电电磁抱闸制动方式。 （2）电磁离合器制动线路 图294所示是电磁离合器制动控制电路 电磁离合器的优点是体积小，传递转矩大，操作方便，运行可靠，制动方式比较平稳且迅速，并易于安装在机床一类的机械设备内部。【问题探讨】【问题探讨】1.何谓反接制动？常用什么来控制？2.如果速度继电器SR在反接制动控制电路中控制失灵，对电路的运行有何影响？3.如图2-91所示能耗制动电路中，时间继电器KT线圈断路损坏后，对电路的运行有何影响？4.如图2-91所示电路中KM1、KM2的常闭触点各起什么作用？KM3的常开触点又起什么作用？5.如图2-91所示电路中时间继
47、电器KT的整定时间是根据什么来调整的？6.如图2-91所示电路中制动直流电流的大小，对电动机是否有影响？该如何调节？ 2.11 案例案例11：三相异步电动机的调：三相异步电动机的调速控制速控制 【案例说明】【案例说明】 在实际生产的很多领域中，要求三相鼠笼式异步电动机的速度为无极调节，其目的是实现自动化控制、节能、提高产品质量和生产效率。如钢铁行业的轧钢机、鼓风机，机床行业中的车床、机械加工中心等，都要求三相鼠笼式异步电动机可调速。2.11.1【解决方案】控制电路的实现 图2- 95 双速电动机调速控制电路2.11.2【知识进阶1】双速异步电动机的工作原理 双速异步电动机的连接形式有两种：Y-
48、YY和-YY。这两种形式都能使电动机极数减少一半。 变极前后电动机转向相反，因此，若要使变极后电动机保持原来转向不变，应调换电源相序。 图2-96(a)为三角形(四极，低速)与双星 形(二极，高速)接法，图296(b)所示为星形(四极，低速)与双星形(二极，高速)接法。（a） (b)图2-96 双速异步电动机定子绕组接线图2.11.3【知识进阶【知识进阶2】三相异步电动】三相异步电动机的拖动方式（调速）机的拖动方式（调速） 电动机调速可分为两大类，即定速电动机与变速联轴节配合的调速方式和自身可调速的电动机。如果采用单速电动机时，则需配有机械变速系统（如齿轮、皮带、调速器等机械设备）以满足变速要
49、求，这是机械调速；由电动机直接调速（在负载转矩不变的情况下，人为的改变电动机的参数，使电动机运行于不同的人为特性上，得道不同的运行速度），这是电气调速。 从异步电动机的转速关系式 可以看出，异步电动机的调速可分以下三大类：(1) 改变定子绕组的磁极对数p，称为变极调速； (2) 改变供电电源的频率f1，称为变频调速； (3) 改变电动机的转差率s，其方法有改变电压调速、绕线式电动机转子串电阻调速和串级调速。 s1p60fs1nn111.变极调速变极调速 在电源频率不变的条件下，改变电动机的极对数，电动机的同步转速就会发生变化，从而改变电动机的转速。若极对数减少一半，同步转速就提高一倍，电动机转
50、速也几乎升高一倍。通常用改变定子绕组的接法来改变极对数，这种电动机称多速电动机。 图2-97 三相四极电动机定子U相绕组图2-98 三相两极电动机U相绕组 2.变频调速变频调速 三相异步电动机的同步转速为 。因此，改变三相异步电动机的电源频率，可以改变旋转磁场的同步转速，达到调速的目的。 额定频率称为基频，变频调速时，可以从基频向上调，也可以从基频向下调。 11fp60fn 变频调速由于其调速性能优越，能平滑调速、调速范围广、效率高，又不受直流电动机换向带来的转速与容量的限制，故已经在很多领域获得广泛应用 ，如轧钢机、工业水泵、鼓风机、起重机、纺织机、球磨机化工设备及家用空调器等方面。主要缺点