三相异步电动机的起动与制动控制电路剖析

三相异步电动机的起动与制动控制电路（一）三相笼型异步电动机降压起动鼠笼式异步电动机采用全压直接起动时，控制线路简单，维修工作量较少。但是，并不是所有异步电动机在任何情况下都可以采用全压起动。这是因为异步电动机的全压起动电流一般可达额定电流的4-7倍。较大容量的鼠笼电机（大于10KW）因为起动电流大，应采用减压启动。过大的起动电流会降低电动机寿命，由于电枢电流和电压成正比，所以降低电压可以减少启动电流，从而减少对线路电压的影响，以免变压器二次电压大幅度下降。起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，待启动后全压使其正常工作；一、定子串电阻降压起动控制在电动机起动过程中，常在三相定子电路中串接电阻（或电抗）来降低定子绕组上的电压，使电动机在降低了的电压下起动，以达到限制起动电流的目的。一旦电动机转速接近额定值时，切除串联电阻（或电抗），使电动机进入全电压正常运行。KM1QM3~KM2FU1FRFRKM2KM2KTKM1KTKM1KM2SB1SB2控制过程：按SB2后KM1得电（电动机串电阻启动）,KT得电延时后KM2得电（短接电阻，电动机正常运行）按SB1，KM2断电，其主触点断开，电动机停车。串电阻起动的优点是控制线路结构简单，成本低，动作可靠，提高了功率因数，有利于保证电网质量。但是，由于定子串电阻降压起动，起动电流随定子电压成正比下降，而起动转矩则按电压下降比例的平方倍下降。同时，每次起动都要消耗大量的电能。因此，三相鼠笼式异步电动机采用电阻降压的起动方法，仅适用于要求起动平稳的中小容量电动机以及起动不频繁的场合。大容量电动机多采用串电抗降压起动。二、星型—三角形降压起动控制线路Y—Δ降压起动的原理：把正常运行时，定子绕组应作三角形联接的笼型异步电动机在起动时接成Y形，起动电压从380V→220V，从而减小起动电流。待转速上升后，再改接成Δ联结，投入正常运行。这是一种最常用的降压起动。（起动电压）（起动转矩）（起动电流）UUY31MMY31IIY31工作原理：按下起动按钮SB2，接触器KM1线圈得电，电动机M接入电源。同时，时间继电器KT及接触器KM2线圈得电。接触器KM2线圈得电，其常开主触点闭合，电动机M定子绕组在星形连接下运行。KM2的常闭辅助触点断开，保证了接触器KM3不得电。时间继电器KT的常开触点延时闭合；常闭触点延时继开，切断KM2线圈电源，其主触点断开而常闭辅助触点闭合。接触器KM3线圈得电，其主触点闭合，使电动机M由星形起动切换为三角形运行。按SB1辅助电路断电各接触器释放`电动机断电停车,线路在KM2与KM3之间设有辅助触点联锁，防止它们同时动作造成短路；此外，线路转入三角接运行后，KM3的常闭触点分断，切除时间继电器KT、接触器KM2,避免KT、KM2线圈长时间运行而空耗电能，并延长其寿命。三相鼠笼式异步电动机采用Y—△降压起动的优点在于：定子绕组星形接法时，起动电压为直接采用三角形接法时的1/1.732，起动电流为三角形接法时的1/3，因而起动电流特性好，线路较简单，投资少。其缺点是起动转矩也相应下降为三角形接法的1/3，转矩特性差。所以该线路适用于轻载或空载起动的场合。三、自耦变压器降压起动在自耦变压器降压起动的控制线路中，限制电动机起动电流是依靠自耦变压器的降压作用来实现的。自耦变压器的一次侧和电源相接，自耦变压器的二次侧与电动机相联。自耦变压器的次级一般有3个抽头，可得到3种数值不等的电压。使用时，可根据起动电流和起动转矩的要求灵活选择。电动机起动时，定子绕组得到的电压是自耦变压器的二次电压，一旦起动完毕，自耦变压器便被切除，电动机直接接至电源，即得到自耦变压器的一次电压，电动机进入全电压运行。线路工作原理：闭合开关QS,起动按下按钮SB2，KM1和时间继电器KT同时得电，KM1常开主触点闭合，电动机经星形连接的自耦变压器接至电源降压起动。时间继电器KT经一定时间到达延时值，其常开延时触点闭合，中间继电器KA得电并自锁，KA的常闭触点断开，使接触器KM1线圈失电，KM1主触点断开，将自耦变压器从电网切除,KM1常开辅助触点断开，KT线圈失电，KM1常闭触点恢复闭合，在KM1失电后，使接触器KM2线圈得电，KM2的主触点闭合，将电动机直接接入电源，使之在全电压下正常运行。在自耦变压器降压起动过程中，起动电流与起动转矩的比值按变比平方倍降低。在获得同样起动转矩的情况下，采用自耦变压器降压起动从电网获取的电流，比采用电阻降压起动要小得多，对电网电流冲击小，功率损耗小。所以自耦变压器被称之为起动补偿器。换句话说，若从电网取得同样大小的起动电流，采用自耦变压器降压起动会产生较大的起动转矩。这种起动方法常用于容量较大、正常运行为星形接法的电动机。其缺点是自耦变压器价格较贵，相对电阻结构复杂，体积庞大，且是按照非连续工作制设计制造的，故不允许频繁操作。（二）三相绕线异步电动机起动控制三相绕线异步电机的转子绕组可以通过滑环串电阻以达到减少起动电流、提高转子电路功率因数和起动转矩的目的。在一般要求起动转矩较高的场合，绕线转子异步电动机得到了广泛的应用。按照绕线转子异步电动机转子绕组在起动过程中串接的装置不同，分为串电阻起动和串频敏变阻器起动两种控制电路。一、频敏变阻器的工作原理：频敏变阻器实际上是一个特殊的三相铁芯电抗器，它有一个三柱铁芯，每个柱上有一个绕组，三相绕组一般接成星形。频敏变阻器的阻抗随着电流频率的变化而有明显的变化电流频率高时，阻抗值也高，电流频率低时，阻抗值也低。频敏变阻器的这一频率特性非常适合于控制异步电动机的启动过程。启动时，转子电流频率最大。电阻与电抗最大,电动机可以获得较大起动转矩。启动后，随着转速的提高转子电流频率逐渐降低，等效电阻和电抗都自动减小，所以电动机可以近似地得到恒转矩特性，实现了电动机的无级启动。启动完毕后，频敏变阻器应短路切除。M3~NFU1FRSB1SB2KM1SA自动手动KAKASB3SA自动手动KTKM2KM1KM2KAKTRFKM2KM2KAKAFRKM1Q二、启动电路原理：启动过程可分为自动控制和手动控制。由转换开关SA完成。1、自动控制合上空气开关Q接通三相电源。将SA板向自动位置，按SB2交流接触器KM1线圈得电并自锁，主触头闭合，动机定子接入三相电源开始启动。（此时频敏变阻器串入转子回路）。此时时间继电器KT也通电并开始计时，达到整定时间后KT的延时闭合的常开接点闭合，接通了中间继电器KA线圈回路，KA其常开接点闭合，使接触器KM2线圈回路得电，KM2的常开触点闭合，将频敏变阻器短路切除，启动过程结束。线路过载保护的热继电器接在电流互感器二次侧，这是因为电动机容量大。为了提高热继电器的灵敏的度和可靠性，故接入电流互感器的二次侧。另外在启动期间，中间继电器KA的常闭接点将继电器的热元件短接，是为了防止启动电流大引起热元件误动作。在进入运行期间KA常闭触点断开，热元件接入电流互感器二次回路进行过载保护.2、手动控制合上空气开关Q接通三相电源将SA搬至手动位置按下启动按钮SB2,接触器KM1线圈得电，吸合并自锁，主触头闭合电动机带频敏变阻器启动。待转速接近额定转速或观察电流表接近额定电流时，按下按钮SB3中间继电器KA线圈得电吸合并自锁，KA的常开触点闭合接通KM2线圈回路，KM2的常开触点闭合将频敏变阻器短路切除。KA的常闭触点断开，将热元件接入电流互感器二次回路进行过载保护（二）转子串电阻起动控制串接在三相转子绕组中的起动电阻一般都接成星形。起动前，起动电阻全部接入，起动过程中将电阻依次短接，，起动结束时，转子电阻全部被短接。短接起动电阻的方式有不平衡短接法和平衡短接法两种。在此介绍接触器控制的平衡短接法起动控制电路。在电动机的起动过程中，采用逐段短接电阻，会使电流及转矩突然增大，产生较大的机械冲击。在华新武穴公司行车与浮吊都是采用的这种起动方式。KM1QM3~KM4KM3R3R2R1KM2FRSB1SB2KM2KM3KM4NKM1KT1KM2KT2KM3KT3KM4KM2KM3KM4KT1KM2KM2KT2KM3KM3KT3KM4KM1FU控制原理：合上空开接通电源按下起动按钮SB2，KM1线圈得电并自锁，电动机转子接入三段电阻起动，同时KT1得电动作，当延时时间到，KM2线圈得电并自锁，KM2主触头闭合，短接电阻R1，KM2常开触头闭合，KT2得电，当延时时间到延时闭合触头闭合，KM3线圈得电并自锁，短接R2，KM3常开触头闭合，KT3得电，当延时时间到延时闭合触头闭合，KM4线圈得电并自锁，短接R3，电动机起动过程结束。闭点串联起电路检测保护作用。三相异步电动机的制动控制三相异步电动机脱离电源，由于惯性的作用，转子要经过一段时间才能完全停止旋转，由于生产机械工艺的要能迅速停车。一般采取的制动方法有两大类：机械制动和电气制动。机械制动是利用电磁抱闸等机械装置来强迫电动机迅速停车；电气制动是使电动机工作在制动状态，使电动机的电磁转矩方向与电动机的旋转方向相反，从而起制动作用。电气制动包括反接制动和能耗制动。一、反接制动控制电路电源反接制动即改变电动机电源的相序，使定子绕组产生反向的旋转磁场，从而产生制动转矩，使电动机转子迅速降速。为防止转子降速后反向起动，当电机转速接近于零时迅速切断电源。另外转子与突然反向的旋转磁场的相对速度接近于两倍的同步转速，所以绕组中流过的反接制动电流相当于全电压起动时的电流的两倍。为了减小冲击电流，通常在电动机主电路中串接电阻来限制反接制动电流。反接制动特点：制动迅速，效果好冲击大，通常仅适应于10KW以下的小容量电机。为免引起反向起动，采用速度继电器来检测电动机转速的变化，一般转速在120~3000r/min动作，当转速低于100r/min时触头复位。KM1QM3~FRKSKM2RFU1FRKM2KM2NKSKM1SB1SB2KM2nKM1KM1起动时按下SB2，接触器KM1得电并自锁，电动机全压起动。在电动机正常运行时，速度继电器KS的常开触头闭合，为反接制动做好了准备。停车时，按下停止按钮SB1，KM1断电，电动机脱离电源，由于惯性，电机的转速还很高，KS的常开触头闭合，反接制动接触器KM2得电，电动机进入反接制动状态，转速迅速下降，当电动机转速接近于零时（转速小于100r/min），速度继电器的常开触头复位，KM2断电，反接制动结束。二、能耗制动就是将运行中的电动机，从交流电源上切除并立即接通直流电源，在定子绕组接通直流电源时，直流电流会在定子内产生一个静止的直流磁场，转子因惯性在磁场内旋转，并在转子导体中产生感应电势有感应电流流过。并与恒定磁场相互作用消耗电动机转子惯性能量产生制动力矩，使电动机迅速减速，最后停止转动。控制原理：合上空气开关QF接通三电源按下启动按钮SB2，接触器KM1线圈通电并自锁，主触头闭合电动机接入三相电源而启动运行。当需要停止时，按下停止按钮SB1，KM1线圈断电，其主触头全部释放电动机脱离电源。此时，接触器KM2和时间继电器KT线圈通电并自锁，KT开始计时KM2主触点闭合将直流电源接入电动机定子绕组，电动机在能耗制动下迅速停车。另外，时间继电器KT的常闭触点延时断开时接触器KM2线圈断电，KM2常开触点断开直流电源，脱离电源及脱离定子绕组，能耗制动及时结束，保证了停止准确。该电路的过载保护由热继电器完成。互锁环节：KM2常闭触点与KM1线圈回路串联，KM1常闭触点与KM2线圈回路串联。保证了KM1与KM2线圈不可能同时通电，也就是在电动机没脱离三相交流电源时，直流电源不可能接入定子绕组。按纽SB1的常闭触点接入KM1线圈回路，SB1的常开触点接入KM2线圈回路，这是按钮互锁也保证了KM1、KM2不可能同时通电，与上面的互锁触点起到同样作用。谢谢！