三相绕线转子异步电动机的降压启动及相关链接

三相绕线转子异步电动机(以下简称电动机) 结构简单、 维护方便, 其转子中绕有三相绕组, 通过集电环可以串联电阻或频敏变阻器, 从而减小启动电流和提高启动转矩, 适用于要求启动转矩较高的场合。

1. 转子绕组串电阻启动控制电路

采用转子绕组串电阻启动时, 转子回路串联启动电阻, 且一般采用Y 形连接分成若干段, 启动时启动电阻全部接入, 启动过程中逐段切除启动电阻。 切除启动电阻的方法有三相平衡切除法和三相不平衡切除法, 常用的接触器控制切除启动电阻多为三相平衡切除法, 即每次每相切除的启动电阻相同。 图2 -6 -8 为转子绕组串电阻启动控制电路。

图2-6-8　转子绕组串电阻启动控制电路

其工作原理是: 合上刀开关QS, 按下启动按钮SB2, 接触器KM4 的线圈得电并自锁, 电动机以转子绕组串电阻启动的方式启动, 同时时间继电器KT1 得电, 定时时间结束后, 时间继电器KT1 的常开触点闭合, 接触器KM1 得电动作, 使转子回路中接触器KM1 的常开触点闭合, 切除第一级启动电阻R1, 同时使时间继电器KT2 得电, 时间继电器KT2 的常开触点延时闭合, 接触器KM2 得电动作, 切除第二级启动电阻R2, 同时使时间继电器KT3 得电, 时间继电器KT3 的常开触点延时闭合, 接触器KM3 得电并自锁, 切除第三级启动电阻R3, 接触器KM3 的另一对常闭触点断开, 使时间继电器KT1 的线圈失电, 进而时间继电器KT1 的常开触点立即断开, 使接触器KM1、 KM2 和时间继电器KT2、KT3 依次失电, 只有接触器KM3 保持工作状态, 电动机的启动过程结束, 进行正常运转。

2. 转子绕组串电阻启动控制电路

转子绕组串电阻启动控制电路, 如图2 -6 -9 所示。 下图的电路中, KA1、 KA2、 KA3为电流继电器, 其中KA1 释放的电流最大, KA2 次之, KA3 最小。

图2-6-9　转子绕组串电阻启动控制电路

电路工作原理为:

合上刀开关QS, 按下启动按钮SB2, 接触器KM4 的线圈得电并自锁, 电动机定子绕组接通三相电源, 转子串联全部启动电阻, 同时中间继电器KA4 的线圈得电, 为接触器KM1、KM2、 KM3 得电做好准备。 刚启动时, 电动机转子中电流很大, 电流继电器KA1、 KA2、KA3 会同时吸合, 使其常闭触点均断开, 接触器KM1、 KM2、 KM3 处于失电状态, 启动电阻全部串联, 电动机降压启动; 随着电动机转速升高, 电流逐渐减小, 电流继电器KA1 首先释放, 其常闭触点恢复闭合, 接触器KM1 得电, 短接第一级启动电阻R1, 由于电阻短接, 转子电流增加, 启动转矩增大, 致使转速加快上升, 这又使电流下降, 当降低至电流继电器KA2 的释放电流时, 电流继电器KA2 的常闭触点恢复闭合, 使接触器KM2 得电, 切断第二级启动电阻R2, 如此继续, 直至启动电阻全部短接, 电动机启动过程结束。

中间继电器KA4 的作用是防止电动机直接启动。 若无中间继电器KA4, 当启动电流上升, 在未达到电流继电器KA1、 KA2、 KA3 的吸合值时, 将使接触器KM1、 KM2、 KM3 同时得电, 电动机将直接启动; 而设置了中间继电器KA4 后, 在接触器KM4 得电后才会使中间继电器KA4 得电, 并闭合它的常开触点, 在这之前, 启动电流已到达电流继电器吸合值并已动作, 使其常闭触点已将接触器KM1、 KM2、 KM3 电路断开, 确保启动电阻串联启动电路。

转子绕组串电阻启动时, 在启动过程中启动电阻逐级切除, 在切除的瞬间电流及转矩会突然增大, 并产生一定的机械冲击力。 同时其控制电路复杂、 工作不可靠, 而且电阻本身较粗笨, 所以控制箱的箱体较大。 而采用转子绕组串频敏变阻器启动的方式可有效地减小启动时的冲击。(www.xing528.com)

3. 转子绕组串频敏变阻器启动控制电路

20 世纪60 年代开始, 我国电气工程技术人员就开始应用和推广自己独创的频敏变阻器。 频敏变阻器的阻抗能够随着转子电流频率的下降而自动减小, 是三相绕线转子异步电动机较为理想的一种启动装置, 常用于较大容量的三相绕线转子异步电动机中。

频敏变阻器实质上是一个铁芯损耗(铁损) 很大的三相电抗器,其结构类似于没有二次绕组的三相变压器。 它有一个三柱铁芯, 每个柱上有一个绕组, 三相绕组一般采用星形连接。 图2 -6 -10 为频敏变阻器一相的等效电路。

图中,Rb 为绕线电阻,R 为频敏变阻器的铁损等值电阻,X 为交流电抗。R 和X 是由交变磁通产生的, 其大小与转子电流频率f1 的平方成正比, 而f1 = sf2 , 其中s 为转差率,f2 为电源频率。 启动开始时, 电动机转速为零, 转差率s =1 , 此时f1 = f2 ; 当转差率s随着转速上升而减小时, 转子电流频率f1 也随之减小, 即R 和X 将随着转速上升逐渐减小, 从而达到了自动改变电动机转子阻抗的目的, 实现了平滑无级启动。 另外, 在启动过程中, 转子等效阻抗及转子回路感应电动势都是由大到小, 所以实现了近似恒转矩的启动特性。

图2 -6 -11 为转子绕组串频敏变阻器启动控制电路。 由于该电路为大电流系统, 所以热继电器FR 的热元件通过电流互感器接入电路, 并使用继电器KA 在启动开始时将其短接,以防热继电器误动作。

电路工作原理为: 合上刀开关QS, 按下启动按钮SB2, 接触器KM1 的线圈得电自锁,电动机接通三相交流电源, 电动机以转子绕组串频敏变阻器启动的方式启动; 同时时间继电器KT 的线圈得电计时, 定时时间结束后, 时间继电器KT 的触点闭合, 继电器KA 的线圈得电并自锁, 其动断触点断开, 使热继电器FR 投入电路做过载保护, 其动合触点闭合, 一个用于自锁, 另一个接通接触器KM2 的线圈, 将频敏变阻器切除, 电动机进入正常运行状态。

图2-6-10　频敏变阻器一相的等效电路

图2-6-11　转子绕组串频敏变阻器启动控制电路

思考与练习

1. 三相异步电动机有哪些降压启动的方式? 各有什么特点?

2. 三相异步电动机在什么情况下应采用降压启动?

3. 定子串电阻降压启动中所串联的电阻起到什么作用?