激光設(shè)備控制技術(shù)教材——第三章第四節(jié)講解

1、1第四節(jié) 三相繞線型感應(yīng)電動機(jī)起動控制電路三相繞線型感應(yīng)電動機(jī)適用于一些要求起動轉(zhuǎn)矩較大，且能平滑調(diào)速的場合。其優(yōu)點(diǎn)是可以通過滑環(huán)在轉(zhuǎn)子繞組中串接電阻來改善電動機(jī)的機(jī)械特性，從而達(dá)到減小起動電流， 提高轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù)，增大起動轉(zhuǎn)矩的目的。一、轉(zhuǎn)子繞組串接電阻起動控制電路串接在三相轉(zhuǎn)子回路中的起動電阻，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(zhuǎn)矩。隨著電動機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，電阻被逐級短接。起動完畢，外 串電阻全部切除，轉(zhuǎn)子繞組被直接短接， 電動機(jī)便在額定狀態(tài)下運(yùn)行。電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組中串接的電阻在被短接時(shí)， 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

2、法。所謂不平衡短接是每相的起動電阻輪流被短接，而平衡短接是三相的起動電阻同時(shí)被短接。圖3-21是時(shí)間原則控制的繞線型感應(yīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子電路串接電阻的起動控制電路。轉(zhuǎn)子回路三段起動電阻的短接是依靠三個(gè)時(shí)間繼電器KT1、KT2、KT3和三個(gè)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(guān)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(jī)M串接全部電阻起動；在KM1動作以后， 時(shí)間繼電器 KT1線圈得電，經(jīng)過 KT1的延時(shí)時(shí)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 R1，電動機(jī)串接 2組電阻繼續(xù)起動；

3、KM2 常開輔助觸頭的閉合使時(shí)間繼電器 KT2線圈得電，經(jīng)過 KT2的延時(shí)時(shí)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 R2，電動機(jī)串接1組電 阻繼續(xù)起動；KM3常閉輔助觸頭分?jǐn)?，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(shí)間繼電器 KT3線圈得電，經(jīng)過 KT3的延時(shí)時(shí)間以后，KT3 常開觸頭閉合，使 KM4線圈得電，KM4主觸頭閉合，切除第三組電阻 R3，電動機(jī)M起動 過程結(jié)束進(jìn)入正常運(yùn)行； KM4常閉輔助觸頭分?jǐn)?，時(shí)間繼電器 KT2、KT3和接觸器 KM3 全部斷電釋放。QS Ull rFU2FUI |U12&

4、#165;11Wilii m oV12A12FRVI fflVI3-KM4KM3R2KM2U13 h l3IW130KN1 KTl KNIEKT2 KM3KT3 KN4圖 3-21時(shí)間原則控制轉(zhuǎn)子電路串電阻起動控制電路從上述分析中可以看出，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(shí)間均被壓縮到最低限度。這樣做一方面節(jié)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(jī)在轉(zhuǎn)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(gè)觸頭因熔焊或機(jī)械

5、故障而沒有釋放時(shí)，電動機(jī)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(gè)問題：一是如果時(shí)間繼電器損壞時(shí)，電路將無法實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的正常起動和運(yùn)轉(zhuǎn)； 二是在電動機(jī)起動過程中逐漸減小電阻時(shí)，電流和轉(zhuǎn)矩反復(fù)突然增大，頻繁產(chǎn)生機(jī)械沖擊。圖3-22是電流原則控制的繞線型感應(yīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子電路串接電阻的起動控制電路。它是利用三個(gè)欠電流繼電器 KA1、KA2、KA3，根據(jù)電動機(jī)轉(zhuǎn)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(jī)轉(zhuǎn)子回路中，這三個(gè)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

6、次之，KA3最小。電動機(jī)剛起動時(shí)，因?yàn)槠饎与娏骱艽螅?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(jī)串入全部電阻起動。隨著電動機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸升高，電流開始減小，KA1首先釋放，它的常閉觸頭閉合，使接觸器 KM2線圈通電，短接第一組轉(zhuǎn)子電阻R 1,這時(shí)轉(zhuǎn)子電流又重新增加，隨著轉(zhuǎn)速的升高，電流又逐漸下降，使KA2釋放，接觸器 KM3線圈通電，短接第二組電阻R2，如此繼續(xù)下去，直到將轉(zhuǎn)子全部電阻短接，電動機(jī)起動完畢，進(jìn)入正常運(yùn)行 狀態(tài)。QS VIIFU2圖3-22電流控制轉(zhuǎn)子電路串電阻起動控制電路中間繼電器KA的作用是保證電動機(jī)在轉(zhuǎn)子電路中接入全

7、部電阻的情況下開始起動。因?yàn)殡妱訖C(jī)剛起動時(shí)，起動電流由零增大到最大值有一個(gè)時(shí)間，這樣就有可能造成 KA1、KA2和KA3沒來得及動作，KM2、KM3和KM4得電動作把電阻 R1、R2、R3短接，電動機(jī)直 接起動。引入 KA后，無論KA1、KA2、KA3有無動作，開始起動時(shí)，可由KA的常開觸頭來切斷KM1、KM2、KM3線圈的通電回路，保證電動機(jī)開始起動時(shí)串入全部電阻。為達(dá)到繞線型感應(yīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組中串接電阻減小起動電流，提高轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù)和增加起動轉(zhuǎn)矩的目的， 要求外加電阻必須具有合適的值。外加電阻各級阻值的大小，必須經(jīng)過計(jì)算確定。在計(jì)算起動電阻值的大小時(shí)， 要以起動電阻的級數(shù)為前提條件，電

8、阻級數(shù)愈多，電動機(jī)起動時(shí)的轉(zhuǎn)矩波動愈小，即起動愈平滑，同時(shí)，電氣控制電路也會相對愈復(fù)雜。各級起動電阻的計(jì)算方法可參見其他教材。二、轉(zhuǎn)子繞組串接頻敏變阻器起動控制電路轉(zhuǎn)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(shù)的起動電阻， 所用電器多、控制電路較復(fù)雜、設(shè)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(zhuǎn)矩反復(fù)變化， 會產(chǎn)生一定的機(jī)械沖擊力。所以從二十世紀(jì)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(yīng)電動機(jī)的起動。頻敏變阻器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)鐵心損耗非常大的三相電抗器。它由數(shù)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(zhuǎn)子回

9、路中， 相當(dāng)于轉(zhuǎn)子繞組接入一個(gè)鐵損很大的電抗器，這時(shí)的轉(zhuǎn)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值與轉(zhuǎn)子電流頻率相關(guān)。L1 12 L3圖3-23頻敏變阻器的等效電路當(dāng)電動機(jī)起動時(shí)，頻敏變阻器通過轉(zhuǎn)子電流得到交變磁通， 其電抗為X。由于變阻器鐵 心是用厚鋼板制成，交變的磁通在鐵心中產(chǎn)生很大的渦流損耗和較小的磁滯損耗（其中渦流損耗占總損耗的80%以上），此渦流損耗在變阻器電路中相當(dāng)于一個(gè)等值電阻R。由于電抗X和電阻R都是由交變磁通產(chǎn)生的，其大小都隨轉(zhuǎn)子電流頻率變化而變化（與f2平方成正比）。在電動機(jī)起動過程中，轉(zhuǎn)子頻率是變化的。剛起動時(shí)，轉(zhuǎn)

10、速n等于零，轉(zhuǎn)子電動勢頻率f2最高（f2=fi=50Hz），此時(shí)頻敏變阻器的電感與電阻均為最大，相當(dāng)于在轉(zhuǎn)子電路中串入較大的電阻，因此，轉(zhuǎn)子電流相應(yīng)受到抑制。由于定子電流取決于轉(zhuǎn)子電流，所以定子電流受到限制。而前面我們已提到過，串入轉(zhuǎn)子電路中的頻敏變阻器的等效電阻和等效電抗，在電動機(jī)起動過程中是同步變化的，因而其轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)基本不變，從而保證有足夠的起動轉(zhuǎn)矩。隨著電動機(jī)轉(zhuǎn)速的逐漸升高，轉(zhuǎn)子頻率逐漸下降，當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速接近額定值時(shí)，轉(zhuǎn) 子頻率很低，約為fi的5%10%，又由于其阻抗與 f2平方成正比，所以其阻抗變得很小， 相當(dāng)于串入轉(zhuǎn)子電路中的電阻被切除。從以上分析可以看出， 在繞線型感應(yīng)電

11、動機(jī)的轉(zhuǎn)子回路中串接頻敏變阻器起動時(shí)，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(wěn)地把電動機(jī)起動起來了。這種起動方式在空氣壓縮機(jī)與橋式起重機(jī)等設(shè)備中獲得了廣泛應(yīng)用。頻敏變阻器有各種結(jié)構(gòu)型式。其中BP1系列各種型號的頻敏變阻器，可用應(yīng)用于繞線式異步電動機(jī)的偶然起動或重復(fù)起動。重復(fù)短時(shí)工作時(shí)，常采用串接方式，不必用接觸器及 短接設(shè)備。在偶然起動時(shí)，一般只需一臺接觸器，在起動結(jié)束時(shí)將變阻器短接。4圖3-24為繞線型感應(yīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組串接頻敏變阻器起動控制電路。VI2 VI2 W12乎jH hojr- 仁 KM1 KNI2自動S丸°書

12、手動S陽KAKT5#圖3-24繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)應(yīng)用頻敏變阻器的控制電路起動過程由轉(zhuǎn)換開關(guān) SA實(shí)現(xiàn)自動控制和手動控制。采用自動控制時(shí)，將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA扳到“自動”位置，按下起動按鈕SB2時(shí)，接觸器KM1通電并自鎖，電動機(jī) M串接頻敏變阻器RF起動，此時(shí)，時(shí)間繼電器 KT線圈也通電，經(jīng)過 KT的延時(shí)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(jī) M起動結(jié)束，進(jìn)入正常運(yùn)行。電動機(jī)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(shí)間較長而使熱繼電器產(chǎn)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(shí)，將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA扳到“手動”位置。時(shí)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。頻敏變阻器上設(shè)有四個(gè)抽頭。一個(gè)抽頭在繞組的背面，標(biāo)號為N。另外三個(gè)抽頭在繞組 的正面，標(biāo)號分別為 1、2、3。抽頭1N之間為100%匝數(shù)，2-N之間為85%匝數(shù)，3-N之 間為71%匝數(shù)。出廠時(shí)接在 2N抽頭上。頻敏變阻器上下鐵心由兩面四個(gè)拉緊螺栓固定， 擰開拉緊螺栓上的螺母，可以在上下鐵心之間墊非磁性墊片，以調(diào)整空氣隙。出廠時(shí)上下鐵心間氣隙為零。如果在使用中