绕线转子异步电动机的基本控制线路简介

学习目标

（1）熟悉电流继电器、凸轮控制器及频敏变阻器的结构和工作原理，熟记它们的作用和符号，并会正确选用、安装、使用和检测维修；

（2）熟悉绕线转子异步电动机基本控制线路的构成，会分析其工作原理；

（3）会安装、调试与检修三相绕线转子异步电动机的基本控制线路。

任务分析

在实际生产中对启动转矩大，而且能平滑调速的场合，异步电动机就往往力不从心，不能很好的适用，所以常常采用三相绕组转子异步电动机。它可以通过滑环在转子绕组中串联电阻来改善电动机的机械特性，从而达到减小启动电流、增大启动转矩以及平滑调速的目的。

知识链接

三相绕线转子异步电动机转子绕组可通过铜环和电刷与外电路电阻相接，以减小启动电流，提高转子电路功率因数和启动转矩，适用于重载启动的场合。

按绕线转子异步电动机转子在启动过程串接装置不同，启动方式可分为串接电阻启动和串接频敏变阻器启动。

1.转子绕组串接电阻启动控制

三相绕组转子异步电动机启动时，在转子回路中接入作星形连接、分级切换的三相启动电阻器，并把可变电阻放到最大位置，以减小启动电流、获得较大的启动转矩。随着电动机转速的升高，可变电阻逐级减小。启动完毕后，可变电阻减小到零，转子绕组被直接短接，电动机便在额定状态下运行。

电动机转子绕组中串联的外加电阻在每段切除前和切除后，三相电阻始终是对称的称为三相对称电阻器，如图5－28所示。启动过程依次切除R1、R2、R3，最后全部被切除。与上述相反，启动时串入的全部三相电阻是不对称的，而每段切除后三相仍不对称，称为三相不对称电阻器，如图5－28所示。启动过程依次切除R1、R2、R3、R4，最后全部电阻被切除。

如果电动机要调速，则将可变电阻调到相应的位置即可，这时可变电阻便成为调速电阻。

1）按钮操作控制电路

按钮操作转子绕组串接电阻启动控制电路如图5－28所示。

图5－28　按钮操作转子绕组串接电阻启动控制电路

电路工作原理：先合上电源开关QS。

停止时，按下停止按钮SB5，控制线路失电，电动机M停转。

2）时间继电器自动控制电路

按钮操作控制电路的缺点是操作不便，工作也不安全可靠，所以在实际中采用时间继电器自动控制短接启动电阻控制电路，如图5－29所示。

图5－29　时间继电器转子绕组串接电阻启动控制电路

电路工作原理：先合上电源开关QS。

值得注意的是：电动机启动后进入正常运行时，只有两个接触器处于长期通电状态，而与线圈的通电时间均压缩到最低限度。一方面从电路工作要求出发，没必要让这些电器都处于通电状态，另一方面也为节省电能，延长电器使用寿命，更为重要的是减少电路故障，保证电路安全可靠地工作。但电路也存在下列问题：一旦时间继电器损坏，电路将无法实现电动机的正常启动和运行；在电动机的启动过程中，由于逐级短接转子电阻，将使电动机电流与电磁转矩突然增大，产生机械冲击。

2.转子绕组串接频敏变阻器启动控制电路

绕线转子异步电动机采用转子绕组串接电阻的启动方法，要获得良好的启动特性，一般需要较多的启动级数，所用电器较多，控制线路复杂，设备投资大，维修不便，同时由于逐级切除电阻，会产生一定的机械冲击。因此，在工矿企业中对于不频繁启动设备，广泛采用频敏变阻器代替启动电阻来控制绕线转子异步电动机的启动。

频敏变阻器是一种阻抗随频率明显变化、静止的无触点电磁元件。它实质上是一个铁芯损耗非常大的三相电抗器。在电动机启动时，将频敏变阻器RF串接在转子绕组中，由于频敏变阻器的等值阻抗随转子电流频率的减小而减小，从而达到自动变阻的目的。因此，只需要用一级频敏变阻器就可以平稳地把电动机启动起来。启动完毕短接切除频敏变阻器。

频敏启动控制箱是由断路器、接触器、频敏变阻器、电流互感器、时间继电器、电流继电器与中间继电器等元器件组合而成。常用的有XQP系列频敏启动控制箱、CTT6121系列频敏启动控制柜、TG1系列控制柜等。其中TG1系列控制柜广泛应用于冶金、矿山、轧钢、造纸、纺织等厂矿企业。图5－30所示为TG1－K21型频敏启动控制柜电路图，可用来控制低压、45～280 kW绕线转子型三相异步电动机的启动。图5－30中RF为频敏变阻器，KM1为线路接触器，KM2为短接频敏变阻器接触器，KT为启动时间继电器，KT为防止在启动时误动作的时间继电器，KA为启动中间继电器，KA为短接线圈的中间继电器，FR为过电流继电器，QS为断路器。(www.xing528.com)

图5－30　TG1－K21型频敏启动控制柜电路图

电路工作原理：先合上电源开关QS。

停止时，按下SB3即可。

时间继电器延时时间要略大于电动机实际启动时间，一般大于电动机启动时间为最佳。过电流继电器出厂时按线路接触器的额定电流来整定，在使用时应根据电动机实际负载大小来调整，以便起到过电流速断保护的作用。

3.电气控制系统常用的保护环节

电气控制系统必须在安全可靠的前提下来满足生产工艺要求，为此，在电气控制系统的设计与运行中，必须考虑系统发生各种故障和不正常工作情况的可能性，在控制系统中设置有各种保护装置以实现各种保护。所以，保护环节是所有电气控制系统不可缺少的组成部分。常用的保护环节有过电流、过载、短路、过电压、失电压、断相、弱磁与超速保护等。本节主要介绍低压电动机常用的保护环节。

1）短路保护

当电器或线路绝缘遭到损坏，负载短路、接线错误时将产生短路现象。短路时产生的瞬时故障电流可达到额定电流的十几倍到几十倍，使电气设备或配电线路因过电流而产生电动力损坏，甚至因电弧放电引起火灾。短路保护要求具有瞬动特性，即要求在很短时间内切断电源。短路保护的常用方法有熔断器保护和低压断路器保护。熔断器熔体的选择见第一章有关内容。低压断路器动作电流按电动机启动电流的1.2倍来整定，相应低压断路器切断短路电流的触头容量应加大。

2）过电流保护

过电流保护是区别于短路保护的一种电流型保护。所谓过电流是指电动机或电气元件超过其额定电流的运行状态，其一般比短路电流小，不超过6倍额定电流。在过电流情况下，电气元件没有损坏，只要在达到最大允许温升之前，电流值能恢复正常，还是允许的。但过大的冲击负载，使电动机流过过大的冲击电流以致损坏电动机。同时，过大的电动机电磁转矩也会使机械的传动部件受到损坏，因此要瞬时切断电流。电动机在运行中产生过电流的可能性要比发生短路的可能性大，特别是在频繁启动和正反转、重复短时工作电动机中更是如此。

过电流保护常用过电流继电器来实现，通常过电流继电器与接触器配合使用，即将过电流继电器线圈串接在被保护电路中，当电路电流达到其整定值时，过电流继电路动作，而过电流继电器常闭触头串接在接触器线圈电路中，使接触器线圈断电释放，接触器主触头断开来切断电动机来源。这种过电流保护环节常用于直流电动机和三相绕线转子电动机的控制电路中。若过电流继电器动作电流为1.2倍电动机启动电流，则过流继电器亦可实现短路保护作用。

3）过载保护

过载保护是过电流保护中的一种。过载是指电动机的运行电流大于其额定电流，但在1.5倍额定电流以内。引起电动机过载的原因很多，如负载的突然增加，缺相运行或电源电压降低等。若电动机长期过载运行，其绕组的温升将超过允许值而使绝缘老化、损坏。过载保护装置要求具有反时限特性，且不会受电动机短时过载冲击电流或短路电流的影响而瞬时动作，所以通常用热继电器做过载保护。当有6倍以上额定电流通过热继电器时，需经5 s后才动作，这样在热继电器未动作前，可能使热继电器发热元件先烧坏，所以在使用热继电器做过载保护时，还必须装有熔断器或低压断路器等短路保护装置。由于过载保护特性与过电流保护不同，故不能用过电流保护方法来进行过载保护。

对于电动机进行缺相保护，可选用带断相保护的热继电器来实现过载保护。

4）失压保护

电动机应在一定的额定电压下才能正常工作，电压过高、过低或者工作过程中非人为因素的突然断电，都可能造成生产机械损坏或人身事故，因此在电气控制电路中，应根据要求设置失压保护、过电压保护和欠电压保护。

电动机正常工作时，如果因为电源电压消失而停转，一旦电源电压恢复时，有可能自行启动，电动机的自行启动将造成人身事故或机械设备损坏。为防止电压恢复时电动机自行启动或电气元件自行投入工作而设置的保护称为失电压保护。采用接触器和按钮控制的启动、停止，就具有失压保护作用。这是因为当电源电压消失时，接触器就会自动释放而切断电动机电源，当电源电压恢复时，由于接触器自锁触头已断开，不会自行启动。如果不是采用按钮而是用不能自动复位的手动开关、行程开关来控制接触器，必须采用专门的零电压继电器。工作过程中一旦失电，零压继电器释放，其自锁电路断开，电源电压恢复时，不会自行启动。

5）欠电压保护

电动机运转时，电源电压过分降低引起电磁转矩下降，在负载转矩不变情况下，转速下降，电动机电流增大。此外，由于电压降低引起控制电器释放，造成电路不正常工作。因此，当电源电压降到60％～80％额定电压时，将电动机电源切除而停止工作，这种保护称欠电压保护。

除上述采用接触器及按钮控制方式，利用接触器本身的欠电压保护作用下，还可采用欠电压继电器来进行欠电压保护，吸合电压通常整定为0.8～0.85UN，释放电压通常整定为UN。其方法是将电压继电器线圈跨接在电源上，其常开触头串接在接触器线圈电路中，当电源电压低于释放值时，电压继电器动作使接触器释放，接触器主触头断开电动机电源实现欠电压保护。

6）过电压保护

电磁铁、电磁吸盘等大电感负载及直流电磁机构、直流继电器等，在通断时会产生较高的感应电动势，将使电磁线圈绝缘击穿而损坏。因此，必须采用过电压保护措施。通常过电压保护是在线圈两端并联一个电阻，电阻串电容或二极管电阻以形成一个放电回路，实现过电压的保护。

7）直流电动机的弱磁保护

直流电动机磁场的过度减少会引起电动机超速，需设置弱磁保护，这种保护是通过在电动机励磁线圈回路中串入欠电流继电器来实现的。在电动机运行时，若励磁电流过小，欠电流继电器释放，其触头切断主回路接触线圈电路，接触器线圈断电释放，接触器主触头断开电动机电枢回路，电动机断开电源，实现保护电动机之目的。

8）其他保护

除上述保护外，还有超速保护、行程保护、油压保护等，这些都是在控制电路中串接一个受这些参量控制的常开触头或常闭触头来实现对控制电路的电源控制的。这些装置有离心开关、测速发电机、行程开关、压力继电器等。