《电工工艺学》教案 第五章 电气控制设备及维修

1、 - 128 -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，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51KM线圈及KA线

2、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 左 栏 右栏 动合触头所在 动断触头所在 图区号 图区号 对继电器，上述表示法中各栏的含义如下：图52热继电器技术 数据标注三、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

3、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15、1等字样表明该处导线的截面积。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

4、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

5、电动机直接起动，常用如下的经验公式： （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(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)

6、，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， 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

7、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指未串电阻时的起动电流(A)； 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的23倍)； 举例：一台笼型异步电动机，额定功率为22kW，额定电流为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： 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

8、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 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

9、：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(577电路电压)，其电流为直接起动时的13。 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

10、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

11、触头瞬时闭合，使KM3通电，KM3的动合触头又使KM1通电，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

12、9个抽头，其接线图如图57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与的比值(称为抽头比)，所占的比例越大，相电压就越低。如当=1：2时，则相电压为290V，当=1：1时，相电压为264V(计算略)。在实际应用中，可以根据不同的使用要求，选用不同的抽头比进行减

13、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

14、正、反转控制电路有如下几种。（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59所示。2、动作过程为：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

15、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

16、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“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

17、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：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

18、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，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

19、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

20、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

21、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，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

22、，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。 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。 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120rmin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120rmin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

23、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120rmin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，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(1113)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

24、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，

25、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，使电动机迅速停止。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

26、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=3040额定电流)； 取制动电流 =(154) ，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=R。 开始计算：变压器的二次电压 变压器的二次电流 变压器容量 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

27、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反向电压为四、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

28、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阻，用来限制起动电流，增大起动转矩。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

29、源，辅助触头自保。与此同时，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：

30、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：频敏变阻器的阻抗值随着电流频率的变化而显著地变

31、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。 5、工作过程：图518电路可以实现自动和手动控制。自动控制时将开关SA扳向“自动”，当按下起动按钮SB2，利用时间继电

32、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

33、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，

34、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。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250

35、kW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

36、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

37、：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，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

38、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510倍。起动过程结束前再切除。 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

39、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

40、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； 为断路器分闸线圈； 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，KA6线圈得电4、电路的工作过程如下： (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

41、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(57)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(911)闭合，为分闸线圈的通电作好准备。QF的触头(1一17)断开，(115)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HLRD亮，表示同步电动机已处于运行状态。 同步电动机

42、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(19)闭合，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(19)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

43、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(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522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，K

44、A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

45、作过程为：合上电源开关QF1、QF2，指示灯HL亮，按压起动按钮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

46、后，才能使接触器KM2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(35)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524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

47、电器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525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KM2不能吸合，以便在起动时，保证直流发

48、电机产生正常的电压值。然后合上开关QF2，按起动按钮SB2，接触器KM1通电吸合并自保，电动机经电阻R1作减压起动。由于定子回路的起动电流很大，电流互感器TA二次回路中的电流继电器KI动作。它的动合触头使时间继电器KT1通电吸合，其延时断开的动合触头(2327)闭合使KT2通电吸合，而延时闭合的动断触头(3一17)断开，避免KM3、KM4通电吸合造成误动作。当电动机转速接近准同步速时，定子电流下降使电流继电器KI释放，KT1随之释放，经一定延时后，其触头(317)闭合，接通接触器KM3并自保，同步电动机在全压下继续起动。而KT1的延时断开的动合触头(2327)经同样的延时后断开KT2。KT2的

49、延时闭合的动断触头(1119)经KT2所整定的延时后，使接触器KM4通电吸合，短接放电电阻R3，给同步电动机加入励磁。另一对动合触头短接电流继电器的线圈，而其动断触头(57)使接触器KM1释放，切断定子起动电阻回路以及KT1、KT2线圈的电源。电动机起动过程结束。 强励环节：当电网电压过低时，同步电动机的输出转矩将下降，电动机工作就趋于不稳定。为此电路中设置了强励环节。当电网电压低到一定数值时，继电器KA释放，其触头(1l13)闭合，使接触器KM2吸合，将直流发电机的磁场电阻R2短接，直流发电机输出增加，同步电动机的励磁电流增加，以加大同步电动机的电磁转矩，保证其正常运转。 停车时：按压停止按

50、钮SB1。电路中未设电力制动控制。电路中使KM4吸合后短接电流继电器KI的线圈目的：是用来防止电动机运转时因某种原因引起冲击电流时产生误动作。（三）同步电动机转子加入励磁（用晶闸管）1、晶闸管励磁系统优点：是无触头连续系统，反应快，调节灵敏、方便，而且体积小，无噪声。性能远远优于直流发电机励磁系统。目前大型同步电动机采用晶闸管励磁系统的较多。2、系列： KGLF11型：为恒定励磁，不附装减压起动装置 KGLFl2型：附装减压起动装置，并可电力制动。二、三相同步电动机的制动控制电路1、同步电机制动方法：同步电动机停车时，如需要进行电力制动，则无例外地采用能耗制动。2、同步电机能耗制动的方法：将运

51、转中的同步电动机定子电源断开，再将定子绕组接于一个外电阻R(或频敏变阻器)上，并保持转子励磁绕组的直流励磁，同步电动机就成为电枢被R短接的同步发电机，这就能很快地将转动的机械能变换为电能，最终成为热能而消耗在电阻R上，电动机即被制动。3、简化的能耗制动主电路如图526所示。其控制电路与一般的异步电动机能耗制动电路相同。第四节 直流电动机的控制一、概述1、直流电动机分类： 他励直流电动机：电枢电源与励磁电源分别由两个独立的直流电源供电，则称为他励直流电动机 自励直流电动机： 并励 机床等设备中，以他励直流电动机应用较多 串励 在牵引设备中，则以串励直流电动机应用较多 复励2、直流电动机的电源分类

52、 可控直流电源：目前工厂常用的可控电源为直流发电机与晶闸管可控整流装置。而磁放大器及可控离子管的直流电源，已逐渐减少。不可控的直流电源：用交流电源经整流变压器及整流器提供。 （一）直流电动机起动1、起动：直流电动机接通电源后就由静止状态逐渐加速到稳定运行状态，这个过程称为起动。2、对直流电动机起动的基本要求是：起动电流不能过大，但要保证足够大的起动转矩。另外起动过程要短，起动设备要经济，操作要方便等。实践中，这些要求是互相矛盾的，因而只能以满足主要的要求为主，兼顾其他要求。通常是在保证足够大的起动转矩下，尽可能地减少起动电流，再考虑其他要求。3、起动电流大的原因：在起动最初的一瞬间，电动机尚处

53、于静止状态，因而反电势E=0，所以电源电压全部降落在电枢绕组的电阻及线路电阻上，通常这些电阻都是极小的，这时流过电枢的电流，即起动电流可达额定电流的1020倍。4、起动电流大的后果：这样大的电流将可能导致电动机换向器和电枢绕组的损坏，同时对电源也是沉重的负担，大电流产生的转矩和加速度对机械传动部件也将产生强烈的冲击，这也是不适合的，在选择起动方案时必需予以考虑。5、他励、并励直流电动机在起动时需在施加电枢电源之前：先接上额定励磁电压(至少是同时)6、先接上额定励磁电压的原因：以保证起动过程中产生足够大的反电动势，迅速减少起动电流和保证足够大的起动转矩，加速起动过程。这样还可以避免：电动机在没有

54、励磁的状态下起动时，由于没有足够的起动转矩，电动机持续处在过大的电流状态下；或者虽能起动(空载)但产生转速过高，即“飞车”(磁场为剩磁)的事故。7、串励电动机的励磁和电枢电源是同时接通的。（二）直流电动机的正反转 1、改变直流电动机转向的方法： 保持电动机的励磁绕组的端电压极性不变，改变电枢绕组端电压的极性 保持电枢绕组端电压极性不变，改变励磁绕组端电压的极性但当两者的电压极性同时改变时。则电动机的旋转方向不变。2、采用改变电枢绕组端电压极性的方法存在的问题：因主回路电流较大，故接触器的容量较大。同时因直流电流在触头断开时，会产生强烈的电弧，为此要用灭弧能力强的直流接触器，这给使用带来不便。3

55、、采用改变励磁绕组端电压极性的方法存在的问题：由于电动机的励磁电流仅为额定电枢电流的25，故使用的接触器容量小得多，这一优点对功率较大的电动机尤为突出。但为避免励磁电流为零而“飞车”，通常尚需用接触器在改变励磁的同时切断电枢回路电源。同时，因励磁回路的电感量很大，所以触头断开时，易产生很高的自感电动势，故需加设阻容吸收装置。4、制动和联锁电路的作用：在直流电动机正反转控制的电路中，通常都设有制动和联锁电路，以确保在电动机停转后，再行反向起动，以免直接反向产生过大的电流。（三）调速1、直流电动机的突出优点：是能在很大的范围内具有平滑、平稳的调速性能。2、转速调节的主要技术指标是：(1) 调速范围D 定义及公式：某种调速方法所能得到的最高转速与最低转速之比称为调速范围D。 额定负载时的最高转速； 额定负载时的最低转速。 常用设备的调速范围：调速范围是根据生产机械工艺要求提出的，例如龙门刨床主拖动要求D=1030；螺纹磨床要求D=2060，而龙门铣床的进给系统则要求D=100或更高；坐标镗床的主轴及导轨磨的万能磨头主传动则要求D=310等。(2) 静