電氣控制與PLC應用（第2版）課件：三相異步電動機的調(diào)速控制

三相異步電動機的調(diào)速控制學習目標（1）了解三相異步電動機調(diào)速的方法、特點及使用條件；（2）了解三相籠型異步電動機變極調(diào)速控制電路的組成，并能講述線路的工作原理；（3）掌握三相繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速控制電路的組成，并能講述線路的工作原理。一、任務導入

在電力拖動控制系統(tǒng)中，根據(jù)控制設備的工藝要求，經(jīng)常需要調(diào)整電動機的轉(zhuǎn)速。由三相異步電動機的轉(zhuǎn)速公式行n=60f(1-s)／p可知，改變電動機的磁極對數(shù)P、轉(zhuǎn)差率s及電源頻率f都可以實現(xiàn)調(diào)速。對籠型異步電動機可采用改變磁極對數(shù)、改變定子電壓和改變電源頻率的方法；而對繞線式異步電動機除可采用變頻外，常用的方法是轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速或串級調(diào)速。由三相異步電動機的轉(zhuǎn)速公式:

可知，通過改變電源頻率f、改變轉(zhuǎn)差率s、改變磁極對數(shù)P這3種方法可改變?nèi)喈惒诫妱訖C的轉(zhuǎn)速。改變異步電動機磁極對數(shù)來調(diào)整電動機轉(zhuǎn)速稱為變極調(diào)速，它是通過改變定子繞組連接方式來實現(xiàn)的，一般適用于鼠籠式異步電動機。改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速是通過調(diào)節(jié)定子電壓、改變轉(zhuǎn)子電路中的電阻以及采用串級調(diào)速來實現(xiàn)的。變極調(diào)速是通過接觸器觸頭改變電動機繞組的外部接線方式，改變電動機的極對數(shù)從而達到調(diào)速目的的。改變鼠籠式異步電動機定子繞組的極數(shù)以后，轉(zhuǎn)子繞組的極數(shù)隨之變化，而改變繞線式異步電動機定子繞組的極數(shù)以后，它的轉(zhuǎn)子繞組必須進行相應的新組合，無法滿足極數(shù)能夠隨之變化的要求，因此變極調(diào)速只適用于鼠籠式異步電動機。凡磁極對數(shù)可以改變的電動機稱為多速電動機，常見的多速電動機有雙速、三速、四速之分。雙速電動機定子裝有一套繞組，而三速、四速電動機則為兩套繞組。二、相關知識（一）雙速異步電動機控制線路

雙速異步電動機三相繞組的接線方式如圖2.32所示。（a）圖為電動機定子繞組的△/YY接線方式，它屬于恒功率調(diào)速。當定子繞組1、2、3的接線端接電源，4、5、6接線端懸空時，三相定子繞組接成了三角形，每相繞組具有4個極，同步轉(zhuǎn)速為1

500

r/min（低速）。為提高電動機的轉(zhuǎn)速，將定子繞組的1、2、3端相連，4、5、6端接電源，將原來的三角形轉(zhuǎn)換成雙星形接線，每相繞組具有2個極，同步轉(zhuǎn)速為3

000

r/min（高速）。（b）圖為電動機定子繞組的Y/YY接線方式，它屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。同理分析，定子繞組的磁場極數(shù)從4極變?yōu)?極，分別對應電動機的低速和高速。（a）△/YY（b）Y/YY圖2.32雙速異步電動機三相繞組的接線方式雙速異步電動機的調(diào)速控制電路如圖

2.33

所示。KM1

為電動機的三角形聯(lián)結(jié)接觸器，KM2、KM3為電動機雙星形聯(lián)結(jié)接觸器，KT為電動機低速轉(zhuǎn)換為高速的時間繼電器。SB2、KM1控制電動機低速運轉(zhuǎn)，SB3、KM2、KM3控制電動機高速運轉(zhuǎn)。電路的工作原理：按下△形低速啟動按鈕SB2，其常閉輔助觸頭先斷開，常開輔助觸頭后閉合，使KM1線圈得電。KM1線圈得電，常開輔助觸頭閉合，形成自鎖；常閉輔助觸頭打開，對KM2、KM3線圈進行互鎖；主觸頭閉合，使電動機定子繞組接成△形低速啟動運轉(zhuǎn)。當按下YY形高速啟動按鈕SB3時，KT線圈得電，KT-1常開觸頭瞬時閉合自鎖。KT延時一段時間后，KT-2觸頭先斷開，KT-3觸頭后閉合。KT-2觸頭斷開，使KM1線圈失電，KM1常開輔助觸頭斷開，KM1常閉輔助觸頭恢復閉合。KM1觸頭的釋放、KT-3觸頭的閉合，使KM2、KM3線圈得電，它們的常閉輔助觸頭打開，對KM1線圈進行互鎖；主觸頭的閉合使電動機接成YY形高速運轉(zhuǎn)。當按下停止按鈕SB1時，電動機停止運轉(zhuǎn)。圖2.33雙速異步電動機的調(diào)速控制電路原理圖（二）繞線式電動機改變轉(zhuǎn)子外加電阻的調(diào)速控制改變轉(zhuǎn)子外加電阻的調(diào)速方法只能適用于繞線式異步電動機，它通常是在轉(zhuǎn)子繞組上串入不同的電阻，使電動機工作在不同的人為特性上，從而獲得不同的轉(zhuǎn)速以達到調(diào)速的目的。改變轉(zhuǎn)子外加電阻的大小可進行調(diào)速，雖然這種調(diào)速方法將一部分電能消耗在電阻上，降低了電動機的效率，但是這種方法簡單、易操作，所以目前在吊車、起重機等生產(chǎn)機械上仍普遍采用。

（三）欠電壓保護實現(xiàn)欠電壓保護的電器是接觸器和電磁式電壓繼電器。在機床電氣控制線路中，只有少數(shù)線路專門裝置了電磁式電壓繼電器起欠壓保護作用，而大多數(shù)控制線路，由于接觸器已兼有欠電壓保護功能，因此不必再加設欠電壓保護電器。

（四）過電壓保護電磁鐵、電磁吸盤等大電感負載及直流電磁機構(gòu)、直流繼電器等，在能斷時會產(chǎn)生較高的電動勢，使電磁線圈絕緣擊穿而損壞，因此必須采用過電壓保護措施。通常過電壓保護是在線圈兩端并聯(lián)一個電阻、電阻串電容或二極管串電阻，以形成一個放電回路，實現(xiàn)過電壓保護。（五）直流電動機的弱磁保護直流電動機必須在磁場具有一定強度時才能啟動、正常運行。若在啟動時，電動機的勵磁電流太小，產(chǎn)生的磁場太弱，將會使電動機的啟動電流很大；若電動機在正常運轉(zhuǎn)過程中，磁場突然減弱或消失，電動機的轉(zhuǎn)速將會迅速升高，甚至發(fā)生“飛車”現(xiàn)象，因此在直流電動機的電氣控制線路中要采取弱磁保護。弱磁保護是通過在電動機勵磁線圈回路中串入欠電流繼電器來實現(xiàn)的。在電動機運行過程中，當勵磁電流過小時，欠電流繼電器釋放，其觸頭斷開電動機電樞回路的接觸器線圈電路。接觸器線圈斷電釋放，接觸器主觸頭斷開電動機電樞回路，切斷電動機電源，從而達到保護電動機的目的。思考題與習題1.試為某設備的兩臺電動機設計一個電氣控制電路，其中一臺為雙速電動機。2.兩臺三相籠型異步電動機M1、M2，要求既可實現(xiàn)