三相绕线转子电动机的启动控制优化

三相绕线转子电动机的优点之一是可以在转子绕组中串接电阻或频敏变阻器进行启动，由此达到减小启动电流，提高转子电路的功率因数和启动转矩的目的。在启动转矩要求较高的场合，绕线转子异步电动机得到了广泛的应用。

（1）转子绕组串接电阻启动控制

串接在三相转子电路中的启动电阻，一般都接成星形。在启动前，启动电阻全部接入电路，启动过程中电阻逐段地短接。电阻被短接的方式有三相电阻不平衡短接法和三相电阻平衡短接法两种，所谓不平衡短接是每相的启动电阻轮流被短接，而平衡短接是三相的启动电阻同时被短接。使用凸轮控制器来短接电阻宜采用不平衡短接法，因为凸轮控制器中各对触点闭合顺序一般是按不平衡短接法来设计的，故控制线路简单，如桥式起重机就是采用这种控制方式。使用接触器来短接电阻时宜采用平衡短接法。下面介绍使用接触器控制的平衡短接法启动控制。

转子绕组串接电阻启动控制线路如图8.14所示。该线路按照电流原则实现控制，利用电流继电器根据电动机转子电流大小的变化来控制电阻的分级切除。KI1～KI3为欠电流继电器，其线圈串接于转子电路中。KI1～KI3这3个电流继电器的吸合电流值相同，而释放电流值不同，KI1的释放电流最大，先释放，KI2次之，KI3的释放电流值最小，最后释放。电动机刚启动时启动电流较大，KI1～KI3同时吸合动作，使全部电阻投入。随着电动机转速升高电流减小，KI1～KI3依次释放，分别短接电阻，直到将转子串接的电阻全部短接。

启动过程如下：

合上刀开关QK→按下启动按钮SB2→接触器KM通电，电动机M转子电路串入全部电阻（R1+R2+R3）启动→中间继电器KA通电，为接触器KM1～KM3通电作准备→随着转速的升高，启动电流逐步减小，首先KI1释放→KI1常闭触点闭合→KM1通电，转子电路中KM1常开触点闭合→切除第一级电阻R1→然后KI2释放→KI2常闭触点闭合→KM2通电，转子电路中KM2常开触点闭合→切除第二级电阻R2→KI3最后释放→KI3常闭触点闭合→KM3通电，转子电路中KM3常开触点闭合→切除最后一级电阻R3，电动机启动过程结束。

控制线路中设置中间继电器KA，是为了保证转子串入全部电阻后电动机才能启动。若没有KA，当启动电流由零上升在尚未到达电流继电器的吸合电流值时，KI1～KI3不能吸合，将使接触器KM1～KM3同时通电，则转子电路中的电阻（R1+R2+R3）全部被切除，则电动机直接启动。设置KA后，在KM通电后才能使KA通电，KA常开触点闭合，此时启动电流已达到欠电流继电器的吸合值，其常闭触点全部断开，使KM1～KM3均处于断电状态，确保转子电路中串入全部电阻，防止电动机直接启动。

图8.14　转子绕组串接电阻启动控制线路

（2）转子绕组串接频敏变阻器启动控制

在绕线转子电动机的转子绕组串接电阻启动过程中，由于逐级减小电阻，启动电流和转矩突然增加，故产生一定的机械冲击力。同时由于串接电阻启动线路复杂，工作不可靠，而且电阻本身比较笨重，能耗大，使控制箱体积较大。因此，从20世纪60年代开始，我国开始推广应用自己研制的频敏变阻器。频敏变阻器的阻抗能够随着转子电流频率的下降自动减小，所以它是绕线转子异步电动机较为理想的一种启动设备。常用于较大容量的绕线式异步电动机的启动控制。(www.xing528.com)

图8.15　频敏变阻器的等效电路

频敏变阻器实质上是一个铁芯损耗非常大的三相电抗器。它由数片E形钢板叠成，具有铁芯和线圈两个部分，分为三相三柱式，每个铁芯柱上套有一个绕组，三相绕组连接成星形，将其串接于电动机转子电路中，相当于转子绕组接入一个铁损较大的电抗器。频敏变阻器的等效电路如图8.15所示。图中Rd为绕组直流电阻，R为铁损等效电阻、L为等效电感，R，L值与转子电流频率有关。

在启动过程中，转子电流频率是变化的。刚启动时，转速等于0，转差率S=1，转子电流的频率f2与电源频率f1的关系为f2=Sf1，所以刚启动时f2=f1，频敏变阻器的电感和电阻为最大，转子电流受到抑制。随着电动机转速的升高而S减小，f2下降，频敏变阻器的阻抗也随之减小。所以，绕线转子电动机转子串接频敏电阻器启动时，随着电动机转速的升高，变阻器阻抗也自动逐渐减小，实现了平滑的无级启动。此种启动方式在桥式起重机和空气压缩机等电气设备中获得广泛的应用。

转子绕组串接频敏变阻器的启动控制线路如图8.16所示。该线路可以实现自动和手动控制，自动控制时将开关SC置“自动”位置，手动控制时将开关SC置“手动”位置。在主电路中，TA为电流互感器，作用是将主电路中的大电流变换成小电流进行测量。另外，在启动过程中，为避免因启动时间较长而使热继电器FR误动作，因而在主电路中，用KA的常闭触点将FR的发热元件短接，启动结束投入正常运行时FR的发热元件才接入电路。

图8.16　转子绕组串接频敏变阻器的启动控制线路

启动过程如下：

自动控制：将转换开关SC置于“Z”位置→合上刀开关QK→按下启动按钮SB2→接触器KM1和时间继电器KT同时得电→接触器KM1主触点闭合→电动机M转子电路串入频敏变阻器启动。时间继电器设置时间到达时延时常开触点闭合→中间继电器KA得到自锁→KA的常开触点闭合→接触器KM2通电→KM2主触点闭合→切除频敏变阻器→时间继电器KT断电，启动过程结束。

手动控制：将转换开关SC置于“S”位置→按下启动按钮SB2→接触器KM1通电→KM1主触点闭合，电动机M转子电路中串入频敏变阻器启动→待电动机启动结束。按下启动按钮SB3→中间继电器通电并自锁→接触器KM2通电→KM2主触点闭合→切除频敏变阻器，启动过程结束。