电工工艺学教案 第五章 电气控制设备及维修

第五草电气控制设备及维修

第一节电气图绘制标准简介

1、生产机械电气控制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。

-、图面区域划分

1、图区编号图样上方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。图区编号也可设置在图下方。

2、图区编号下方"电源开关及保护……等字样，表明它对应下方元件或电路功

能，使读者能清楚地知道某个元件或某部分电路功能，以利于理解全电路工作

原理。

二、符号位置索引

1、图5-1图区中，3"8"为最简索引代号。它

8

K4M平

指出了继电器KA线圈位置在图区8。4

5

2'触头索引：图5—1KM线圈及KA线圈下方是

接触器KM和继电器KA相应触头索弓I。

电气原理图中，接触器和继电器线圈与触头从属关系应用附图表示。即在原理

图中相应线圈下方，给出触头图形符号，并在其下面注明相应触头索引代号，

对未使用触头用"x"表明，有时也可采用上述省去触头符号表示法。

(1)对接触器，上述表示法中各栏含义如下：

互住中不三而不三

主触头所在辅助动合触头e箫翻鹦头

图区号所在图区号

⑵对继电器，，上述表示法中各栏含义如下：

第二节三相异步电动机自动控制电路

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•组成电力拖动自动控制系统。

-、三相笼型异步电动机起

左栏右栏

动合触买所在动断触头所在动控制电路

图区号图区号

1、起动：是指使电动机转

子由静止状态变为正常运转过程。

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组加额定电

压起动，当起动转矩大于电动机轴上负载转矩时，电动机便开始转动。转速从

零（即转差率s=l）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•电动机起动电流很大，可达额定电流

4〜7倍。如果要起动电动机容量较大，巨大起动电流会引起电网电压过分降低，

从而影响其他设备稳定运行

（-）直接起动控制电路

1、三相笼型异步电动机直接起动控制电路如图5—3

所示。

2、能否直接起动要考虑两个因素：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容

量外，还取决于供电电网容量。

3、判断电网容量能否允许电动机直接起动，常用如

）八一图5-3直接起动控制电路

下经验公式：

（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方法。

2、减压起动：是当电动机起动时，使加于定子绕组上电压低于它额定值，经过

一段时间后，再将定子绕组上电压提高到额定值，使电动机稳定运行。

3、减压起动能减少电动机起动电流原因：由于电动机起动电流与定子绕组上电

压成正比，所以利用减压起动方法，可以减少电动机起动电流。

4、常用减压起动方法有：定子电路中串电阻（或串电抗器）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

①方法：这种起动方法是在定子电路中串入电阻（或电抗器），起动时利用串

入电阻（或电抗器）起降压作用，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。

②不串电阻而串电抗器原因：由于定子电路中串入电阻要消耗电能，所以

大、中型电动机常采用串电抗器起动方法。

③串电阻起动控制电路如图5T所

示，

④线路动作过程为：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•KMI

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辅助触头图5—4串电阻（电抗器）起动控制电路

自保。由于KT线圈通电•经过预先整定

起动时间后­其延时闭合动合触头闭合，使接触器KM2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。

⑤三相定子绕组中所串电阻选择，常根据下述经验公式七=i90x—a

/“——指未串电阻时起动电流（A）;

/；,―指串电阻后起动电流（A）（根据实际情况可确定为额定电流~3倍）;

举例：一台笼型异步电动机，额定功率为22kW-额定电流A,为40A，额定电压

为380V•当采用串电阻减压起动时，电路中应串多大电阻。

电路中应串电阻阻值可根据上式计算如下：

⑥对所串电阻要求：在定子电路中所串电阻，一般可选取铸铁电阻；且三相

电路中所串电阻应相等，♦选择时还应

注意到所选电阻允许通过电流值。

（2）自耦变压器减压起动控制电路

①电路图如图5—5所示。

②电路动作过程为：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，经过预先整定时间以

后，KT延时断开动断触头切断KMI通电回路，KT另一个延时闭合动合触头接通

KM2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。

③自耦变压器减压起动优点：采用自耦变压器起动时，转矩减少比例和电流减

少比例相等,不与降低电压平方成正比。这样自耦变压器起动比定子串电阻（或

电抗）起动能提供更大起动转矩

（4）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―起动）

①适用电机：凡正常运行为△联结•容量较大电动机，可采用丫一△起动

法。

②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

电压在起动时降为电路电压上（57・7%电路电压），其电流为直接起

动时1/3。

③缺点：由于起动电流

减小，起动转矩

也减小到直接

起动时1/3•

所以这种起动

方法只能用于

空载或轻载起

动场合。

图5r丫一△起动控制电路（用通龟延时时间维电器）

④两个线路共同点：Y

一△起动控制线路示于图5—6a-b中。它们起动原则是一致。从主回路可知，

当KM2接触器主触头闭合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。这两个控制线

路共同点都是利用时间继电器KT来实现丫一^转换。

⑤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

KM3KM1

于时间继电器KT也同时通电，经一定时间后­其延时

图5—6丫一△起动控制电路

（用断电延时时间继电器）

动断动断触头断开，使KM3失电•此时，KT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辅助触头形成自锁，维持KM2通电。

⑥电路b动作过程：与电路a基本相同，不过a中使用时间继电器KT是通电延

时时间继电器­而b则采用了断电延时时间继电器。当按下起动按钮SB2后，时

间继电器KT通电，其延时动断动合触头瞬时闭合，使KM3通电，KM3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，其延时动断动合触头断开，使KM3失电，由KM3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

①丫―电路缺点：采用丫一△起动控制，由于起动转矩较小，应用中有

一定限制。为克服丫一△起动方法起动时转矩小缺点，可采用延边三角形起动

法。

②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。

③延边三角形起动方法实质：是将电动机定子绕组中部

分绕组接成Y形，另一部分绕组接成△。定子绕组有9个

抽头，其接线图如图5—7所示。

从图5—7可以看出其绕组整个接法好像是一个△形

三边延长后图形，故称它为延边三角形。

④优点：是在U、V、W三相接入380V电源时，每相绕组上所承受电压，比

△形联结时相电压要低。可见用延边三角形法不但可以达到减压起动目­而且

由于其相电压高于丫一△起动法时电压•因此起动转矩也就大于丫―起动时

转矩。

⑤延边三角形接法时相电压计算：而这时相电压大小，取决于每相绕组中

匝数小与Mu比值（称为抽头比），心所占比例越大•相电压就越低。如当

小“2=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•可以根据不同使用要求•选用不同抽头比进行减压起动，

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。

⑥延边三角形起

动控制电路如图5—

8所示。

⑦电器动作过程

为：按起动按钮SB2•

接触器KMI和KM3通

电吸合，把电动机定图5—8延边三角形起动控制电路

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方法：若要使电动机改变旋转方向，只要改变通人

电动机三相定子绕组中任意两相电源即可。

常用电动机正、反转控制电路有如下几种。

(-)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

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、

反转场合。

(二)接触器联锁正、反转控制电路

1、电路图：利用按钮，接触器可组成电动机正、反转控制电路其电路如图5—9

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相序接通电源而起动■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相序接通电源而起动，电动机反转。KM2动断触头串

在KM1线圈回路亦起联锁作用。

互锁：利用KM1与KM2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）按钮联锁正反转控制电路

1、上图缺点：图5—9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。如果把上图中串在KM1与KM2回路中动断触头KM2和KM1换上

联锁作用是利用按钮动断触头先图5-10利用按钮联镇的正反转控制电路

断开、常开后闭合特点•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联锁，是不可靠，

在实际中可能出现；由于负载短路或大电流长期作用，接触器主触头被强烈电

弧"烧焊"在一起，或者接触器机构失灵，使衔铁卡住，总是在吸合状态，这

都可能使主触头即使在线圈断电情况下■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。为了避免出现这样事故，常采用双重联锁正反转

控制电路。

（四）按钮、接触器双重联锁正反转控制电路

1、控制电路：如图5—n所示，

2、动作过程：与上述电路相同。

三、三相笼型异步电动机制动

控制

1、制动用途：许多机床，如万

能铳床、卧式锋床、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、制动方法一般有两大类：

⑴机械制动：是采用机械装置，来强迫电动机迅速制动

⑵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制

动转矩，迫使电动机立即停止。

（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，且在电动机轴伸端安装这样制动机械，

对某些空间位置比较紧凑生产机械是有困难。

4、断电抱闸

(1)控制电路：如图5—12a

⑵工作原理：图a是在电源切断情况下才起制动作

用，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。

图5—12机械制动

③断电抱闸优点：机械制动制动转矩在一定范围内可断电抱惘

以克服任何外加转矩，例如在提升重物时，由于抱闸作用力可以使重物停留在

需要高度，这是电气制动所不能达到，此外，机械制动安全可靠，不会因中途

断电或电气故障影响而造成事故。因此，这种制动方法普遍用于起重、卷扬等

设备。

⑷断电抱闸缺点：图5—12a电路缺点是电源切断后•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

(1)控制电路：在图5—12b中，

(2)工作原理：按停止按钮SB1KMI断电释放•

通电抱M

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一种，它利用改变定子绕组中电源相序，使定子

旋转磁场反向­转子便受到与原旋转方向相反制动力矩而迅速停转，

2、基本原理见图5—13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，所以在反接制动控制

线路中，常需要有检测电动机转速电器，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。动基本原理

4、速度继电器

⑴作用：它能反映电动机转速变化•在转速接近零时能发出信号，使控制线

路发生作用•断开电动机电源。

（2）速度继电器结构及原理

①结构：如图5—14所示。它由转子、定子

及触头等三个主要部分构成。

②转子：是由永久磁铁制成圆柱形旋转体。

继电器转子直接或通过传动机构与电动

机轴连接，随着电动机转轴而转动。

图5-14速度继电器工作原理

1一调节爆钉2—反力弹簧3一动断触头

4一动合触头5一动触头6—按钮7一返回杠杆

8一杠杆9一短路导体10一定于11一转轴

12一转子

③定子：构造与笼型电动机转子相似，定子内浇铸有短路导体，定子也能围

绕着转轴转动。

④当转子随电动机旋转时•它磁场与定子短路导体相互切割，短路导体内就

感应产生电动势和电流•与异步电动机作用原理相同，旋转磁场与定子导

体相互作用结果，产生了转矩，使定子也随着转子而转动起来。转子转速

越高，产生转矩也越大，

⑤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。

⑥反力弹簧：同时杠杆通过返回杠杆7压缩反力弹簧，反力弹簧阻力使定子

不能继续转动。如果转子转速降低，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，动合触头断开，动断触头闭合。调节螺钉可以调

节反力弹簧弹力，使触头闭合或断开时转子转速就随之改变。

⑦电动机旋转方向相反时，继电器转子旋转方向也随之改变•产生转矩方向

也改变，定子就触动另一方向触头•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5—15a、b、c所示。

⑴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120r/min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•

图5—15反接制动控制电路

a）单方向运转锯动电路

转速迅速下降，在降至120r/min以下时，SR已闭合触头分开•KM2失电，切

除电源，电动机停止。

该电路尚存在这样问题：在停车期间，如为调整机构，需要用手转动电动机轴

时，速度继电器转子也随着转动，当转速达120r/min以上时，也会发生同样制

动过程，不利于调整工作。而采用线路b即可克服上述缺点。

（2）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

现上述现象。

⑶电路c:是可逆制动控制电

路，图中用了两对速度继电器触头，若电动机原

处在正转状态，则速度继电器SR触头（11—13）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SRQ1—7）闭合•也为进行反接制动作好

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、反接制动优缺点：反接制动方法比较简单可靠，适用于电动机容量为2~3kW-

起动与制动次数不太频繁场合。但是，由于反接制动时，振动和冲击力较大，

影响机床精度，所以使用时受到一定限制。10kW以上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不足，在一些功率较大、制动次数频

繁生产机械上较多地采用这种方法。

2、能耗制动原理：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，在定子绕组中产生一个静止磁场，由于转子惯性仍按原

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"机械能转变成电能，又消耗

在转子电阻上，所以叫做能耗制动。

3、控制线路见图5—16所示。

4'线路动作过程为：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延时断开动断触头断开，切断KM2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，作好再次起动准备。

5、电阻R作用：是用来调节电流大小，从而调节制动强度。也可以在变压器二

次侧设置抽头，以达到调节制动强度目。

6'直流电源估算:

⑴确定参数：先用电桥测量电动机定子绕组中任意两相之间冷态电阻R•或从手

册中查得；

⑵测量空载电流（或取=30%~40%额定电流）;

⑶取制动电流//=（1•5~4）/。，当传动装置转速高'惯性大时•系数可取大一

些;

（4）取制动电压U=/zR。

（5）开始计算：变压器二次电压.=111。尺

变压器一次电流/2=1.11/z

变压器容量S

（6）变压器容量修正：关于变压器容量，在上述原则确定后，还可根据制动时

间与工作时间长短作些修正,具体修正方法参考有关手册。

7'当采用桥式整流电路时：流过每只二极管电流平均值4”

2Z

反向电压为圆2

四、三相绕线转子异步电动机控制

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辅助设备等电力拖动中。

2、绕线转子异步电动机结构特点：转子上绕有三相绕组，通过集电环与外电路

连接。由于异步电动机转子电阻影响到电动机起动电流，也影响到电动机起动

转矩，并能用外加电阻来改变电动机工作转速，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起动和速度调节。

(-)转子回路串电阻起动控制电路

1、串电阻目：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。桥式起重机吊钩电动机为绕线转子异步电动机，常

用串电阻方法来起动。

2'控制电路如图5—17所示。

3'切除电阻依据：图5—17是根据

电动机在起动过程中转子回路里

电流大小来切除电阻。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范围­不致使

起动电流太小。

图5-17烧线转子异步电动机转子回路串电阻

4、KI1与KI2选择原则为：它们吸

起动的控制电路

合电流可以相等，但释放电流不等，且使KI1释放电流大于KI2释放电流。

5、图5—17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。电动机转速逐渐增加，

而随着转速升高，转子回路中电流逐渐减小，当小到KI1释放电流值时，KI1便

释放，接通接触器KM2-切除电阻R1。由于R1切除，转子回路中电流又增加。

电动机转速继续上升，随着转速增高，电流又减小，当小到KI2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作用：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触

头来切断KM2和KM3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，会造成电流与转矩突跳变化（增大），对机械会产生冲击。

2、频敏变阻器特点：频敏变阻器阻抗值随着电流频率变化而显著地变化。电流

频率高时，阻抗值也高，电流频率低时•阻抗值也低。频敏变阻器这一频率特

性非常适合于控制异步电动机起动过程。3、电动机转子电势频率与什么有关:

由于电动机转子电势频率决定于转差率s。这样将频敏变阻器串在绕线转子异步

电机转子回路中后，它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整个起动过程接近于恒值起动转矩。

4、采用频敏变阻器起动控制电路如图5—18所示。

5、工作过程：图5—18电路可以实现自

LlL2L3

动和手动控制。自动控制时将开今SA扳

向"自动"，当按下起动按钮SB2，利用

时间继电器KT，控制中间继电器KA和接

触器KM2动作，在适当时间将频敏变阻器

短接。开关SA扳到手动位置时，时间继

图5-18烧线转子异步电动机应用频敏变阻器

电器KT不起作用，利用按钮SB3手动控制

的控制电路

中间继电器KA和接触器KM2动作。起动过程中•KA动断触头将热继电器FR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、频敏变阻器调节：在使用频敏变阻器过程中，如遇到下列情况，可以调整匝

数和气隙。

(1)起动电流过大或过小，可设法增加或减少匝数；

(2)起动转矩过大，机械有冲击，而起动完毕时稳定转速又偏低•可增加上下铁

心间气隙，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'多速电动机控制电路

1、目前在我国机床电力拖动中•大部分采用

不调速笼型异步电动机，

2、采用多速异步电动机好处：可以简化机床

变速箱结构。

3、电机变速原理：即改变极对数调速异步电动机，只要改变定子绕组接法•就

可以得到不同工作转速

4、常用多速电机：有双速电动机和三速电动机。

5、控制电路1

(1)如图5—19所示。

⑵工作过程：图中SB2和SB3为低速和高速起动按

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

Y，电动机以2rl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，从起动到运转这段

时间可以有延时继电器来调节•

动加速的控制电路

⑴控制电路如图5—20所示(主电路略)。

(2)工作过程：该线路中时间继电器KT，就是用来调节电动机起动到运转时间。

当按下SB2时，时间继电器KT通电，KT(9—11)瞬时闭合，使接触器KM1通电，

将电动机定子绕组接成4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(9—11)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，完成了自动加速过程。

第三节三相同步电动机控制

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3-3kV以上，功率多在250kW以

上°

2'同步电动机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

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励磁绕组，从而取消了同

步电动机集电环，成为无刷励磁系统。

5、同步电动机转速是恒定

6、同步电动机工作中存在问题及解决：

(1)不能自起动：由于同步电动机起动转矩为零•因而要采取技术措施来解决

不能自起动问题；

⑵励磁电流调节：为了调节励磁电流，则励磁电源装置要有快速反应调节能

力

(3)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'同步电动机控制包括：起动、停车制动及励磁电流调节，其控制电路都是针

对上述各项特点而设计。

-'同步电动机起动

1'同步电动机启动方法：同步电动机起动时可采用

⑴辅助电动机起动：同步电动机转轴与另一台三相异步电动机转轴用传动装置

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。

重载需大容量原动机，其缺点更为明显，故实际中较少采用。

⑵异步起动：常用，异步起动同步电动机转子表面上，装有与异步电动机完全

相同笼型绕组，在同步电动机定子绕组接通电源时，转子笼型绕组所起作用与

异步电动机转子绕组相同，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，故目前生产同步电动机，其转

子上往往装有笼型绕组，以便异步起动。

（3）调频起动：起动时利用极低频率电源接到同步电动机定子绕组，以克服

转子惯性，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变频电源设备，使设备费用增加，技术

上难度也较大'故只有在特殊情况下才予以采用。

2、启动过程中转子处理：

（1）不通入励磁电流：不论采用何种起动方法，在起动过程中，转子绕组中是

不通人励磁电流，否则将增加起动困难。

⑵用电阻短接励磁绕组：为避免转子绕组中感应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。此放电电阻阻值一

般为励磁绕组电阻5~10倍。起动过程结束前再切除。

⑶切除放电电阻,投入励磁待转子转速接近同步转速时（通常为同步转速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：电动机定子电源控制及转子绕组投入励磁控

制。

4、同步电动机起动步骤是：①先接入定子电源；②开始起动；③当转速达到同

步转速95%时，切除放电电阻，投入直流励磁。

(-)定子绕组电源控制电路

1、同步电动机起动方式：

(1)全压起动：对于重载起动电动机常采用全压起动。这是因为全压起动时具

有较大起动转矩，而且在转子绕组投入励磁后，能产生较大牵入同步转矩，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冲击

大。

(2)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

械设备冲击均较小。

2、高压同步电动机所用电气元件：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控制电路：图5—21所示为同步电动机全压起动控制电

路。

图中•①QS为隔离开关；②QF为真空断路器；③TV为电压互感器；④TA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；⑤K4物为断

路器分闸线圈；⑥风“为合闸线圈；

⑦SA1虚线框中SA1为励磁装置(图中略去未画，下同)准备完成等待运行开关•

励磁准备完成后SA1闭合

⑧KA5为励磁装置中励磁保护继电器，当励磁装置发生故障时KA5线圈得电；

⑨KA6为总停及失压等保护继电器触头，当低压控制柜中水温、水压不正常时，

图5-21同步电动机定子全压起动的控制电蹈

或因故障需要紧急停车时，KA6线圈得电

4、电路工作过程如下：

(1)准备起动：定子主回路隔离开关QS、励磁装置电源开关、控制柜电源开关相

继合闸。这时励磁准备完成等待运行开关SA1闭合;励磁正常，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HL-GN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，于是断路器合闸线圈出““通电，

断路器QF合闸，同步电动机全压起动。在QF合闸同时，其辅助触头(5—7)闭合，

KA1吸合并自保，其动断触头断开KM1线圈回路，KMI释放，合闸线圈风“断电■

真空断路器由其闭锁机构维持合闸工作状态。QF动合触头(9—11)闭合，为分闸

线圈通电作好准备。QF触头(1—17)断开，(1—15)闭合。于是"准备"运行绿

色信号灯HL—GN灭•而"运行"红色信号灯HL—RD亮•表示同步电动机已处

于运行状态。

同步电动机开始起动，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，分闸线圈以叨通电，于是断路器掉闸，电动机停止运转。

(4)故障停车

①当励磁装置发生故障时，KA5(1—9)闭合•以。『得电•断路器掉闸。

②当低压控制柜中水温、水压等不正常，或因故障需要紧急停车时，则KA6(1

—13)断开，KA2释放，KA2触头Q—9)闭合，使分闸线圈YAoff通电，断路器掉

闸，电动机停止。

③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。

电路所设电气仪表供监测同步电动机工作状态之用。电流互感器及电压互感器

二次侧必须接地，以保证安全。

(二)转子绕组加入励磁控制电路(用直流发电机)

1、加入励磁需要解决问题：同步电动机起动时，需待转子转速达同步转速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

速可由定子回路电流或转子回路频率等参数来反映。

2'按转子回路频率原则加入励磁控制电路

⑴原理：转子回路频率随转子转速升高而降低

⑵简化控制电路：其简化原理图如图5—22所示。

①KM:为转子励磁电源接触器②KA:为极

性继电器③R:为转子绕组放电电阻④继电器

KA:是一个在铁心上装有阻尼铜套电磁继电器•

其线圈通过二极管V并联在电阻R抽头上。

工作过程：电动机起动后，KA吸合，由于阻尼

图5—22用极性维电器按转子

铜套作用•铁心中磁通不会为零•回路频率原则加入励碳的原理图

而且高于继电器维持吸合所需数

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，转子滑环电压及频率逐渐下降，继电器KA中电流值及频

率也下降。当转速达到准同步转速时，在V截止半波中，KA铁心

中磁通降到继电器释放值。KA释放，则KM通电吸合，切除转子

绕组放电电阻和加入励磁电流，同步电动机就牵入同步运行。

(3)实际加入励磁电流控制电路

如图5—23所示°

该电路中，电动机定子侧为自

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。

①控制电路工作过程为：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(5—17)闭合，给定子绕组施加全压作

准备。待经过时间继电器KT1所整定时间以后，其延时断开动断触头KT1(9—15)

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。

②该电路两个特点：

1)极性继电器KA动合触头(5—17):保证了必须在KA吸合后，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延时断开动断触头(3—5)-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控制电路

⑴原理：同步电动机作异步起动时•定子

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转速状况。

⑵按定子电源原则投入励磁简化原理图如

图5—24所示。

图5—24按定子电流原则加入励

①TA为电流互感器②KI为电流继电器

破的原理图

③KM为直流励磁接触器④KT为时间继电器。

工作过程：同步电动机起动时，定子中很大起动电流使电流互感器TA二次侧

回路中电流继电器KI吸合，时间继电器KT线圈通电吸合，其延时闭合动断触头

瞬时断开，切断接触器KM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。

③实际按电流原则自动投入励磁电流同步电动机控制电路如图5—25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电阻R2。

图5-25按定子电流原剜加入励磁的起动控制电路

控制电路动作过程如下：

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，保证直流发电机产生正常电压值。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。

由于定子回路起动电流很大•电流互感器TA二次回路中电流继电器KI动作。它

动合触头使时间继电器KT1通电吸合­其延时断开动合触头(23—27)闭合使KT2

通电吸合•而延时闭合动断触头(3—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(3—17)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延时断开动合触头(23—27)经同样延时后断开

KT2。KT2延时闭合动断触头(11—19)经KT2所整定延时后，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

电器线圈，而其动断触头（5—7）使接触器KM1释放，切断定子起动电阻回路以

及KT1、KT2线圈电源。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QI—13）闭合，使接触器KM2吸合，将直流发电机磁场电阻

R2短接，直流发电机输出增加，同步电动机励磁电流增加，以加大同步电动机

电磁转矩，保证其正常运转。

停车时：按压停止按钮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线圈目：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

用晶闸管励磁系统较多。

2'系列:

①KGLF11型：为恒定励磁，不附装减压起动装置

②KGLFI2型：附装减压起动装置，并可电力制动。

二'三相同步电动机制动控制电路

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、同步电机能耗制动方法：将运转中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直流励磁，同步电动

机就成为电枢被R短接同步发电机，这就能很快地将转动机械能变换为电能，最

终成为热能而消耗在电阻R上，电动机即被制动。

3、简化能耗制动主电路如图526所示。其控制电路与一般异步电动机能耗制动

电路相同。

第四节直流电动机控制

-、概述

1'直流电动机分类：

⑴他励直流电动机：电枢电源与励磁电源分别由两个独立直流电源供电，则

称为他励直流电动机

（2）自励直流电动机：

①并励机床等设备中，以他励直流电动机应用较多

②串励在牵引设备中'则以串励直流电动机应用较多

③复励

2'直流电动机电源分类

⑴可控直流电源：目前工厂常用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直流电源•已逐渐减少。

⑵不可控直流电源：用交流电源经整流变压器及整流器提供。

（-）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'对直流电动机起动基本要求是：起动电流不能过大，但要保证足够大起动转

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，因而只能以满足主要要求为主，兼顾其他要求。

通常是在保证足够大起动转矩下，尽可能地减少起动电流，再考虑其他要求。

3、