第五草電氣控制設備及維修

第一節電氣圖繪制標準簡介

1、生產機械電氣控制電氣圖通?？偘校涸韴D及接線圖，以便于接線、安

裝和維修電氣設備。

-、圖面區域劃分

1、圖區編號圖樣上方1、2、3…等數字是圖區編號，它是為了便于檢索電氣線

路?方便閱讀電氣原理圖而設置。圖區編號也可設置在圖下方。

2、圖區編號下方"電源開關及保護……等字樣，表明它對應下方元件或電路功

能，使讀者能清楚地知道某個元件或某部分電路功能，以利于理解全電路工作

原理。

二、符號位置索引

1、圖5-1圖區中，3"8"為最簡索引代號。它

8

K4M平

指出了繼電器KA線圈位置在圖區8。4

5

2'觸頭索引：圖5—1KM線圈及KA線圈下方是

接觸器KM和繼電器KA相應觸頭索弓I。

電氣原理圖中，接觸器和繼電器線圈與觸頭從屬關系應用附圖表示。即在原理

圖中相應線圈下方，給出觸頭圖形符號，并在其下面注明相應觸頭索引代號，

對未使用觸頭用"x"表明，有時也可采用上述省去觸頭符號表示法。

(1)對接觸器，上述表示法中各欄含義如下：

互住中不三而不三

主觸頭所在輔助動合觸頭e簫翻鸚頭

圖區號所在圖區號

⑵對繼電器，，上述表示法中各欄含義如下：

第二節三相異步電動機自動控制電路

1、三相異步電動機優點：具有結構簡單'價格低廉、維修方便等優點，目前廣

泛用于工業生產中。

2、三相異步電動機自動控制電路：大多是由繼電器、接觸器、主令控制器等電

器元件組成，用來控制電動機起動、制動、反轉及調速等功能，它將電動機、

低壓電器、測量儀表等裝置有機地結合起來?組成電力拖動自動控制系統。

-、三相籠型異步電動機起

左欄右欄

動合觸買所在動斷觸頭所在動控制電路

圖區號圖區號

1、起動：是指使電動機轉

子由靜止狀態變為正常運轉過程。

2、直接起動：實際應用中，許多籠型異步電動機都是在定子三相繞組加額定電

壓起動，當起動轉矩大于電動機軸上負載轉矩時，電動機便開始轉動。轉速從

零（即轉差率s=l）開始逐漸增加，直至額定轉速?這個過程一般幾分之一秒到數

秒鐘之內即可完成。這種方法稱為直接起動。

3、直接起動缺點：采用這種方法起動時?電動機起動電流很大，可達額定電流

4?7倍。如果要起動電動機容量較大，巨大起動電流會引起電網電壓過分降低，

從而影響其他設備穩定運行

（-）直接起動控制電路

1、三相籠型異步電動機直接起動控制電路如圖5—3

所示。

2、能否直接起動要考慮兩個因素：三相籠型異步電

動機能否進行直接起動，一般除考慮到電動機本身容

量外，還取決于供電電網容量。

3、判斷電網容量能否允許電動機直接起動，常用如

）八一圖5-3直接起動控制電路

下經驗公式：

（二）減壓起動（也稱降壓起動）控制電路

1、大容量電動機一般均采用減壓起動方法。

2、減壓起動：是當電動機起動時，使加于定子繞組上電壓低于它額定值，經過

一段時間后，再將定子繞組上電壓提高到額定值，使電動機穩定運行。

3、減壓起動能減少電動機起動電流原因：由于電動機起動電流與定子繞組上電

壓成正比，所以利用減壓起動方法，可以減少電動機起動電流。

4、常用減壓起動方法有：定子電路中串電阻（或串電抗器）起動；自耦變壓器（補

償器）起動；星一三角起動及延邊三角形起動。

（1）串電阻（或電抗器）起動

①方法：這種起動方法是在定子電路中串入電阻（或電抗器），起動時利用串

入電阻（或電抗器）起降壓作用，限制起動電流，待電動機轉速升到一

定值時，將電阻（或電抗器）短接，使電動機在額定電壓下穩定運行。

②不串電阻而串電抗器原因：由于定子電路中串入電阻要消耗電能，所以

大、中型電動機常采用串電抗器起動方法。

③串電阻起動控制電路如圖5T所

示，

④線路動作過程為：合上電源開關

QS，按下起動按鈕SB2，接觸器KM1線

圈和時間繼電器KT線圈同時通電?KMI

主觸頭使電動機定子繞組經起動電阻R

與電源接通電動機定子繞組在低于額定

電壓下起動，與此同時，KM1輔助觸頭圖5—4串電阻（電抗器）起動控制電路

自保。由于KT線圈通電?經過預先整定

起動時間后-其延時閉合動合觸頭閉合，使接觸器KM2線圈通電?其主觸頭將

起動電阻R短接，使電動機穩定運行在額定電壓下。SB1為停止按鈕。

⑤三相定子繞組中所串電阻選擇，常根據下述經驗公式七=i90x—a

/“——指未串電阻時起動電流（A）;

/；,―指串電阻后起動電流（A）（根據實際情況可確定為額定電流~3倍）;

舉例：一臺籠型異步電動機，額定功率為22kW-額定電流A,為40A，額定電壓

為380V?當采用串電阻減壓起動時，電路中應串多大電阻。

電路中應串電阻阻值可根據上式計算如下：

⑥對所串電阻要求：在定子電路中所串電阻，一般可選取鑄鐵電阻；且三相

電路中所串電阻應相等，?選擇時還應

注意到所選電阻允許通過電流值。

（2）自耦變壓器減壓起動控制電路

①電路圖如圖5—5所示。

②電路動作過程為：起動時按下

按鈕SB2，接觸器KM1和時間繼電器

KT同時通電，電動機通過自耦變壓

器作減壓起動，經過預先整定時間以

后，KT延時斷開動斷觸頭切斷KMI通電回路，KT另一個延時閉合動合觸頭接通

KM2線圈，使自耦變壓器脫離電源，并將電動機直接接

到電源，使電動機運行在額定電壓下。SB1為停止按鈕。

③自耦變壓器減壓起動優點：采用自耦變壓器起動時，轉矩減少比例和電流減

少比例相等,不與降低電壓平方成正比。這樣自耦變壓器起動比定子串電阻（或

電抗）起動能提供更大起動轉矩

（4）自耦變壓器減壓起動缺點：是自耦變壓器價格昂貴，且不充許頻繁起動。

（3）星一三角起動控制電路（丫―起動）

①適用電機：凡正常運行為△聯結?容量較大電動機，可采用丫一△起動

法。

②方法：即起動時繞組為丫形聯結，待轉速升高到一定程度時，改為△形

聯結，直到穩定運行。采用這種方法起動時，可使每相定子繞組所受

電壓在起動時降為電路電壓上（57?7%電路電壓），其電流為直接起

動時1/3。

③缺點：由于起動電流

減小，起動轉矩

也減小到直接

起動時1/3?

所以這種起動

方法只能用于

空載或輕載起

動場合。

圖5r丫一△起動控制電路（用通龜延時時間維電器）

④兩個線路共同點：Y

一△起動控制線路示于圖5—6a-b中。它們起動原則是一致。從主回路可知，

當KM2接觸器主觸頭閉合KM3接觸器主觸頭斷開時?

則電動機定子接成三角形；當KM3主觸頭閉合?KM2

主觸頭斷開，則電動機定子接成星形。這兩個控制線

路共同點都是利用時間繼電器KT來實現丫一^轉換。

⑤線路a工作過程：當按下起動按鈕SB2-KM1與

KM3同時通電，電動機在星形聯結下作減壓起動。由

KM3KM1

于時間繼電器KT也同時通電，經一定時間后-其延時

圖5—6丫一△起動控制電路

（用斷電延時時間繼電器）

動斷動斷觸頭斷開，使KM3失電?此時，KT延時動合觸頭閉合，使KM2通電?

即電動機定子繞組由星形聯結自動換接成三角形，而正常運轉。KM2通電后其

動斷觸頭斷開，使KT失電。KM2輔助觸頭形成自鎖，維持KM2通電。

⑥電路b動作過程：與電路a基本相同，不過a中使用時間繼電器KT是通電延

時時間繼電器-而b則采用了斷電延時時間繼電器。當按下起動按鈕SB2后，時

間繼電器KT通電，其延時動斷動合觸頭瞬時閉合，使KM3通電，KM3動合觸頭

又使KM1通電，電動機在星形聯結方式下起動。KM1通電后，其動斷觸頭斷開，

使KT斷電，經一定延時后，其延時動斷動合觸頭斷開，使KM3失電，由KM3動

斷觸頭使KM2通電，電動機定子繞組接成三角形，起動到正常工作狀態。

(4)延邊三角形起動控制

①丫―電路缺點：采用丫一△起動控制，由于起動轉矩較小，應用中有

一定限制。為克服丫一△起動方法起動時轉矩小缺點，可采用延邊三角形起動

法。

②延邊三角形起動一般可采用XJI系列低壓起動控制

箱，也可用交流接觸器等元件來實現。

③延邊三角形起動方法實質：是將電動機定子繞組中部

分繞組接成Y形，另一部分繞組接成△。定子繞組有9個

抽頭，其接線圖如圖5—7所示。

從圖5—7可以看出其繞組整個接法好像是一個△形

三邊延長后圖形，故稱它為延邊三角形。

④優點：是在U、V、W三相接入380V電源時，每相繞組上所承受電壓，比

△形聯結時相電壓要低?？梢娪醚舆吶切畏ú坏梢赃_到減壓起動目-而且

由于其相電壓高于丫一△起動法時電壓?因此起動轉矩也就大于丫―起動時

轉矩。

⑤延邊三角形接法時相電壓計算：而這時相電壓大小，取決于每相繞組中

匝數小與Mu比值（稱為抽頭比），心所占比例越大?相電壓就越低。如當

小“2=1:2時，則相電壓為290V，當=1:1時?相電壓為264V（計算

略）。

在實際應用中?可以根據不同使用要求?選用不同抽頭比進行減壓起動，

待電動機起動運轉以后，再將繞組接成△，使電動機在額定電壓下正常運轉。

⑥延邊三角形起

動控制電路如圖5—

8所示。

⑦電器動作過程

為：按起動按鈕SB2?

接觸器KMI和KM3通

電吸合，把電動機定圖5—8延邊三角形起動控制電路

子繞組接成延邊三角形，此時時間繼電器KT也同時通電，經一定時間后，使KM3

失電釋放，而使KM2通電吸合?定子繞組接成三角形正常運轉。

二、三相籠型異步電動機正'反轉控制

生產機械通常要求能對電動機進行正、反轉控制，如大多數機床主軸或進給

運動都需要兩個方向運行?故要求電動機能夠正、反轉。

三相異步電動機改變方向方法：若要使電動機改變旋轉方向，只要改變通人

電動機三相定子繞組中任意兩相電源即可。

常用電動機正、反轉控制電路有如下幾種。

(-)倒順開關正、反轉控制

1、倒順開關:是一種既能接通電源?又能改變電源相序

電源開關。該開關手柄有正'停'反三個位置。

2'使用倒順開關請注意：來使電動機進行正、反轉時，

不要直接從正到反，最好在停位置略微停頓一下。這樣，

可避免電動機突然反接，定子繞組因電流過大造成過熱而

損壞。

3、適用范圍：利用倒順開關控制電動機正、反轉，一般僅適用于不需經常正、

反轉場合。

(二)接觸器聯鎖正、反轉控制電路

1、電路圖：利用按鈕，接觸器可組成電動機正、反轉控制電路其電路如圖5—9

所示。

2、動作過程為：按起動按鈕SB2，使接觸

器KM1通電吸合，主觸頭閉合，使電動機按

U、V、W相序接通電源而起動■電動機正

轉。KM1動合輔助觸頭閉合自保，動斷輔助

觸頭斷開，斷開KM2通電回路，防止KM1

與KM2同時通電而造成電源短路。若要使電動機反轉，只要按下停止按鈕SB1，

接觸器KM1失電?再按反轉按鈕SB3，使接觸器KM2通電并自保?其主觸頭閉

合，使電動機以W、V、U相序接通電源而起動，電動機反轉。KM2動斷觸頭串

在KM1線圈回路亦起聯鎖作用。

互鎖：利用KM1與KM2動斷觸頭分別串聯在對方回路，以防止兩個接觸器同時

通電，避免電源兩相短路，這就稱為互鎖。

（三）按鈕聯鎖正反轉控制電路

1、上圖缺點：圖5—9電路操作時不大方便，從電動機正轉到反轉，必須先按下

停止按鈕SB1。如果把上圖中串在KM1與KM2回路中動斷觸頭KM2和KM1換上

聯鎖作用是利用按鈕動斷觸頭先圖5-10利用按鈕聯鎮的正反轉控制電路

斷開、常開后閉合特點?來保證KM1與KM2不會同時通電，避免電源兩相短接，

造成短路。

4、缺點：但僅用按鈕進行聯鎖，而不用接觸器動斷觸頭之間聯鎖，是不可靠，

在實際中可能出現；由于負載短路或大電流長期作用，接觸器主觸頭被強烈電

弧"燒焊"在一起，或者接觸器機構失靈，使銜鐵卡住，總是在吸合狀態，這

都可能使主觸頭即使在線圈斷電情況下■也不斷開。這時如果另一接觸器又動

作，就會造成電源短路事故。為了避免出現這樣事故，常采用雙重聯鎖正反轉

控制電路。

（四）按鈕、接觸器雙重聯鎖正反轉控制電路

1、控制電路：如圖5—n所示，

2、動作過程：與上述電路相同。

三、三相籠型異步電動機制動

控制

1、制動用途：許多機床，如萬

能銃床、臥式鋒床、組合機床

等，都要求能迅速停車和準確

定位，這就要求對電動機進行制動。

2、制動：就是當電動機脫離電源后，強迫其立即停車。

3、制動方法一般有兩大類：

⑴機械制動：是采用機械裝置，來強迫電動機迅速制動

⑵電氣制動：實質上是使電動機停止時，產生一個與原來轉子轉動方向相反制

動轉矩，迫使電動機立即停止。

（一）機械制動

1?機械制動機械制動是當電動機切斷電源后，依靠外加制動閘輪作用于電動機

軸上，使電動機迅速停轉。

2、制動強度調整：可通過調整機械結構來改變。

3、缺點：制動時間越短沖擊振動越大，且在電動機軸伸端安裝這樣制動機械，

對某些空間位置比較緊湊生產機械是有困難。

4、斷電抱閘

(1)控制電路：如圖5—12a

⑵工作原理：圖a是在電源切斷情況下才起制動作

用，在電動機運轉時?制動電磁鐵同時被通電吸合，使

抱閘松開。當電動機切斷電源時，電磁鐵同時斷電，實

現抱閘制動。

圖5—12機械制動

③斷電抱閘優點：機械制動制動轉矩在一定范圍內可斷電抱惘

以克服任何外加轉矩，例如在提升重物時，由于抱閘作用力可以使重物停留在

需要高度，這是電氣制動所不能達到，此外，機械制動安全可靠，不會因中途

斷電或電氣故障影響而造成事故。因此，這種制動方法普遍用于起重、卷揚等

設備。

⑷斷電抱閘缺點：圖5—12a電路缺點是電源切斷后?電動機軸就被制動剎住不

能轉動，對有些設備有時還需要用人工將工件或傳動軸轉動作一些調整時，該

電路就不適用了?

5、通電抱閘

(1)控制電路：在圖5—12b中，

(2)工作原理：按停止按鈕SB1KMI斷電釋放?

通電抱M

電動機斷電，KM2吸合使電磁鐵動作，抱閘抱緊使電動機停止。松開按鈕SB1，

電磁鐵即釋放，抱閘松開，即可進行人工調整。

（二）反接制動

1、方法：反接制動是電氣制動一種，它利用改變定子繞組中電源相序，使定子

旋轉磁場反向-轉子便受到與原旋轉方向相反制動力矩而迅速停轉，

2、基本原理見圖5—13所示。

3、反接制動注意問題：當電動機利用改變電源相序來進行反接

制動時，電動機轉速迅速降低。如果電動機轉速降到零以后，

不及時切斷電源，電動機就要反向起動，所以在反接制動控制

線路中，常需要有檢測電動機轉速電器，在制動結束?電動機

轉速接近零時，能自動斷開三相電源，防止電動機反向起動。動基本原理

4、速度繼電器

⑴作用：它能反映電動機轉速變化?在轉速接近零時能發出信號，使控制線

路發生作用?斷開電動機電源。

（2）速度繼電器結構及原理

①結構：如圖5—14所示。它由轉子、定子

及觸頭等三個主要部分構成。

②轉子：是由永久磁鐵制成圓柱形旋轉體。

繼電器轉子直接或通過傳動機構與電動

機軸連接，隨著電動機轉軸而轉動。

圖5-14速度繼電器工作原理

1一調節爆釘2—反力彈簧3一動斷觸頭

4一動合觸頭5一動觸頭6—按鈕7一返回杠桿

8一杠桿9一短路導體10一定于11一轉軸

12一轉子

③定子：構造與籠型電動機轉子相似，定子內澆鑄有短路導體，定子也能圍

繞著轉軸轉動。

④當轉子隨電動機旋轉時?它磁場與定子短路導體相互切割，短路導體內就

感應產生電動勢和電流?與異步電動機作用原理相同，旋轉磁場與定子導

體相互作用結果，產生了轉矩，使定子也隨著轉子而轉動起來。轉子轉速

越高，產生轉矩也越大，

⑤定子轉動時帶動杠桿，杠桿推動動觸頭5，使動斷觸頭斷開，動合觸頭閉

合。

⑥反力彈簧：同時杠桿通過返回杠桿7壓縮反力彈簧，反力彈簧阻力使定子

不能繼續轉動。如果轉子轉速降低，轉矩就減小，反力彈簧通過返回杠桿

使杠桿返回到原來位置，動合觸頭斷開，動斷觸頭閉合。調節螺釘可以調

節反力彈簧彈力，使觸頭閉合或斷開時轉子轉速就隨之改變。

⑦電動機旋轉方向相反時，繼電器轉子旋轉方向也隨之改變?產生轉矩方向

也改變，定子就觸動另一方向觸頭?使之斷開或閉合。

5、反接制動控制電路反接制動控制電路見圖5—15a、b、c所示。

⑴電路a:動作原理很簡單：按SB2電動機正

轉，速度繼電器SR動合觸頭閉合（SR隨電動機

軸一起旋轉?速度達120r/min時?即動作）?

為制動作好準備。當按下SB1時KM1失電，

KM2通電，電動機電源反接，電動機制動?

圖5—15反接制動控制電路

a）單方向運轉鋸動電路

轉速迅速下降，在降至120r/min以下時，SR已閉合觸頭分開?KM2失電，切

除電源，電動機停止。

該電路尚存在這樣問題：在停車期間，如為調整機構，需要用手轉動電動機軸

時，速度繼電器轉子也隨著轉動，當轉速達120r/min以上時，也會發生同樣制

動過程，不利于調整工作。而采用線路b即可克服上述缺點。

（2）電路b:按鈕SB1采用復

合按鈕，從圖中可知，只有當

按下停止按鈕SB1，制動線路

才接通，在調整時，就不會出

現上述現象。

⑶電路c:是可逆制動控制電

路，圖中用了兩對速度繼電器觸頭，若電動機原

處在正轉狀態，則速度繼電器SR觸頭（11—13）閉合，為進行反接制動作好準備。

當按下停止按鈕SB1后，接通中間繼電器KA，使KM2通電，進行反接制動。當

電動機原處在反轉狀態時-速度繼電器SRQ1—7）閉合?也為進行反接制動作好

準備，若按下SB1，則KA通電，使KM1通電，完成制動。

6、限流電阻：因電動機反接制動電流很大，故在定子制動回路中一般應串入電

阻來限制制動電流。

7、反接制動優缺點：反接制動方法比較簡單可靠，適用于電動機容量為2~3kW-

起動與制動次數不太頻繁場合。但是，由于反接制動時，振動和沖擊力較大，

影響機床精度，所以使用時受到一定限制。10kW以上電動機就不大采用反接制

動法。

（三）能耗制動

1、應用場合：能耗制動可以彌補反接制動不足，在一些功率較大、制動次數頻

繁生產機械上較多地采用這種方法。

2、能耗制動原理：在電動機定子繞組與交流電源斷開之后，立即在任意兩相定

子繞組中通人直流電，在定子繞組中產生一個靜止磁場，由于轉子慣性仍按原

方向旋轉?而切割磁力線?在轉子電路里即產生感應電動勢和感應電流。轉子

電流與靜止磁場相互作用產生一個與旋轉方向相反制動力矩，使電動機迅速停

止。這種制動方法，實質上是把轉子原來"儲存"機械能轉變成電能，又消耗

在轉子電阻上，所以叫做能耗制動。

3、控制線路見圖5—16所示。

4'線路動作過程為：按下起動按鈕SB2

接觸器KM1線圈得電并自保-主觸頭閉

合，使電動機接通電源正常運轉。當按

下停止按鈕SB1，KM1斷電，與此同時

接觸器KM2和時間繼電器KT通電，給電動機兩相定子繞組送入直流電流進行能

耗制動。經過一定時間后，KT延時斷開動斷觸頭斷開，切斷KM2通電回路，KM2

失電釋放，并斷開KT通電回路，電路回復到原始狀態，作好再次起動準備。

5、電阻R作用：是用來調節電流大小，從而調節制動強度。也可以在變壓器二

次側設置抽頭，以達到調節制動強度目。

6'直流電源估算:

⑴確定參數：先用電橋測量電動機定子繞組中任意兩相之間冷態電阻R?或從手

冊中查得；

⑵測量空載電流（或取=30%~40%額定電流）;

⑶取制動電流//=（1?5~4）/。，當傳動裝置轉速高'慣性大時?系數可取大一

些;

（4）取制動電壓U=/zR。

（5）開始計算：變壓器二次電壓.=111。尺

變壓器一次電流/2=1.11/z

變壓器容量S

（6）變壓器容量修正：關于變壓器容量，在上述原則確定后，還可根據制動時

間與工作時間長短作些修正,具體修正方法參考有關手冊。

7'當采用橋式整流電路時：流過每只二極管電流平均值4”

2Z

反向電壓為圓2

四、三相繞線轉子異步電動機控制

1、繞線轉子異步電動機優點：與直流電動機相比結構簡單?維護方便-而調速

和起動性能又優于籠型異步電動機'因此'廣泛用于不可逆軋鋼、起重運輸機'

高爐料車卷揚機以及它們輔助設備等電力拖動中。

2、繞線轉子異步電動機結構特點：轉子上繞有三相繞組，通過集電環與外電路

連接。由于異步電動機轉子電阻影響到電動機起動電流，也影響到電動機起動

轉矩，并能用外加電阻來改變電動機工作轉速，所以繞線轉子異步電動機常用

轉子外接電阻來控制電動機起動和速度調節。

(-)轉子回路串電阻起動控制電路

1、串電阻目：繞線轉子異步電動機常在轉子電路中串幾級起動電阻，用來限制

起動電流，增大起動轉矩。橋式起重機吊鉤電動機為繞線轉子異步電動機，常

用串電阻方法來起動。

2'控制電路如圖5—17所示。

3'切除電阻依據：圖5—17是根據

電動機在起動過程中轉子回路里

電流大小來切除電阻。即在起動過

程中，每當電流小到某一值時，就

切除一級電阻?電阻一切除?起動

電流就又控制在一定范圍-不致使

起動電流太小。

圖5-17燒線轉子異步電動機轉子回路串電阻

4、KI1與KI2選擇原則為：它們吸

起動的控制電路

合電流可以相等，但釋放電流不等，且使KI1釋放電流大于KI2釋放電流。

5、圖5—17動作過程為：按下起動按鈕SB2，接觸器KM1線圈通電，主觸頭接

通電源，輔助觸頭自保。與此同時，中間繼電器KA通電吸合(其作用下面再分析)。

由于起動過程剛開始，故起動電流很大，足以使KI1、KI2吸合，保證接觸器KM2

與KM3不被通電?這時，全部起動電阻均接入轉子回路。電動機轉速逐漸增加，

而隨著轉速升高，轉子回路中電流逐漸減小，當小到KI1釋放電流值時，KI1便

釋放，接通接觸器KM2-切除電阻R1。由于R1切除，轉子回路中電流又增加。

電動機轉速繼續上升，隨著轉速增高，電流又減小，當小到KI2釋放電流值時。

KI2便釋放，使接觸器KM3通電吸合，切除電阻R2，電流又重新增大，使電動機

轉速繼續上升到額定值，完成整個起動過程。

6、中間繼電器KA作用：是保證剛開始起動時接入全部起動電阻。由于電動機

開始起動時，起動電流由零增大到最大值需一定時間。這樣就有可能出現KI1與

KI2還未動作、KM2與KM3反而先通電把電阻R1與R2切除，相當于電動機直接

起動。線路中采用了中間繼電器KA以后，不管KI1與KI2有無動作，即可由KA觸

頭來切斷KM2和KM3通電回路，這就保證了起動時電阻全部接入轉子回路。

（二）轉子回路中串頻敏變阻器起動控制電路

1、轉子串電阻起動缺點：繞線轉子異步電動機，用轉子串電阻起動時，由于分

級切除起動電阻，會造成電流與轉矩突跳變化（增大），對機械會產生沖擊。

2、頻敏變阻器特點：頻敏變阻器阻抗值隨著電流頻率變化而顯著地變化。電流

頻率高時，阻抗值也高，電流頻率低時?阻抗值也低。頻敏變阻器這一頻率特

性非常適合于控制異步電動機起動過程。3、電動機轉子電勢頻率與什么有關:

由于電動機轉子電勢頻率決定于轉差率s。這樣將頻敏變阻器串在繞線轉子異步

電機轉子回路中后，它阻抗在起動開始時最大?隨著電動機轉速上升，轉差率s

減小?變阻器阻抗也隨之減小。這樣?頻敏變阻器就可以代替起動電阻，控制

起動過程，使繞線轉子異步電動機整個起動過程接近于恒值起動轉矩。

4、采用頻敏變阻器起動控制電路如圖5—18所示。

5、工作過程：圖5—18電路可以實現自

LlL2L3

動和手動控制。自動控制時將開今SA扳

向"自動"，當按下起動按鈕SB2，利用

時間繼電器KT，控制中間繼電器KA和接

觸器KM2動作，在適當時間將頻敏變阻器

短接。開關SA扳到手動位置時，時間繼

圖5-18燒線轉子異步電動機應用頻敏變阻器

電器KT不起作用，利用按鈕SB3手動控制

的控制電路

中間繼電器KA和接觸器KM2動作。起動過程中?KA動斷觸頭將熱繼電器FR發

熱元件短接，以免因起動時間過長而使熱繼電器誤動作。

6、頻敏變阻器調節：在使用頻敏變阻器過程中，如遇到下列情況，可以調整匝

數和氣隙。

(1)起動電流過大或過小，可設法增加或減少匝數；

(2)起動轉矩過大，機械有沖擊，而起動完畢時穩定轉速又偏低?可增加上下鐵

心間氣隙，增加氣隙使起動電流略微增加，起動轉矩略微減小，但起動完畢時

轉矩增大，穩定轉速可以得到提高。

五'多速電動機控制電路

1、目前在我國機床電力拖動中?大部分采用

不調速籠型異步電動機，

2、采用多速異步電動機好處：可以簡化機床

變速箱結構。

3、電機變速原理：即改變極對數調速異步電動機，只要改變定子繞組接法?就

可以得到不同工作轉速

4、常用多速電機：有雙速電動機和三速電動機。

5、控制電路1

(1)如圖5—19所示。

⑵工作過程：圖中SB2和SB3為低速和高速起動按

鈕，當按下SB2時，KM1接觸器通電，將電動機定子

繞組接成^，電動機以低速n運轉。若按下SB3■則

KM1斷電釋放，并接通KM2將電動機定子繞組接成丫

Y，電動機以2rl轉速運轉。

6、控制電路2在有些場合需要電動機以△起動，然后

自動地將轉速加快投入丫丫運轉，從起動到運轉這段

時間可以有延時繼電器來調節?

動加速的控制電路

⑴控制電路如圖5—20所示(主電路略)。

(2)工作過程：該線路中時間繼電器KT，就是用來調節電動機起動到運轉時間。

當按下SB2時，時間繼電器KT通電，KT(9—11)瞬時閉合，使接觸器KM1通電，

將電動機定子繞組接成4起動?并通過中間繼電器KA，使時間繼電器KT斷電?

經過一定時間后，KT(9—11)斷開?接觸器KM1斷電。而使KM2通電?電動機便

自動地從^改變成丫丫運轉，完成了自動加速過程。

第三節三相同步電動機控制

1、三相同步電動機用途及規格：主要用于拖動恒速旋轉大型機械，如大型空氣

壓縮機、風機及水泵等設備。其額定電壓多在3-3kV以上，功率多在250kW以

上°

2'同步電動機定子繞組同異步電動機相似，而轉子繞組則由直流電源進行勵磁。

3、勵磁電源：可用直流發電機、交流發電機及晶閘管整流裝置。

4'無刷勵磁系統：如果使用交流發電機及晶閘管整流裝置勵磁，交流發電機發出

交流電需經整流后成為直流電源。為了安裝簡便，常將交流發電機與同步電動

機同軸聯結?并將定子做成磁極，轉子作為電樞，是旋轉電樞式結構。整流裝

置也與電樞同軸，故勵磁電流直接饋送到同步電動機勵磁繞組，從而取消了同

步電動機集電環，成為無刷勵磁系統。

5、同步電動機轉速是恒定

6、同步電動機工作中存在問題及解決：

(1)不能自起動：由于同步電動機起動轉矩為零?因而要采取技術措施來解決

不能自起動問題；

⑵勵磁電流調節：為了調節勵磁電流，則勵磁電源裝置要有快速反應調節能

力

(3)起動過程中轉子繞組感應過電壓-在起動時需采取滅磁措施。

7'同步電動機控制包括：起動、停車制動及勵磁電流調節，其控制電路都是針

對上述各項特點而設計。

-'同步電動機起動

1'同步電動機啟動方法：同步電動機起動時可采用

⑴輔助電動機起動：同步電動機轉軸與另一臺三相異步電動機轉軸用傳動裝置

相聯結。在定子繞組接通三相電源時，異步電動機順著同步電動機旋轉方向拖

動同步電動機旋轉而起動。

缺點：這種起動方法要有原動機及其控制設備，占地面積大?而且不經濟。

重載需大容量原動機，其缺點更為明顯，故實際中較少采用。

⑵異步起動：常用，異步起動同步電動機轉子表面上，裝有與異步電動機完全

相同籠型繞組，在同步電動機定子繞組接通電源時，轉子籠型繞組所起作用與

異步電動機轉子繞組相同，從而同步電動機得以起動。這種起動方法操作簡便，

而且經濟，較輔助電動機起動方法要優越得多，故目前生產同步電動機，其轉

子上往往裝有籠型繞組，以便異步起動。

（3）調頻起動：起動時利用極低頻率電源接到同步電動機定子繞組，以克服

轉子慣性，慢慢起動?逐漸提高電源頻率以達到同步轉速。

缺點：這種起動方法需要一套大功率變頻電源設備，使設備費用增加，技術

上難度也較大'故只有在特殊情況下才予以采用。

2、啟動過程中轉子處理：

（1）不通入勵磁電流：不論采用何種起動方法，在起動過程中，轉子繞組中是

不通人勵磁電流，否則將增加起動困難。

⑵用電阻短接勵磁繞組：為避免轉子繞組中感應高壓開路電動勢擊穿絕緣、損

壞元件，通常在起動過程中，用電阻將勵磁繞組加以短接。此放電電阻阻值一

般為勵磁繞組電阻5~10倍。起動過程結束前再切除。

⑶切除放電電阻,投入勵磁待轉子轉速接近同步轉速時（通常為同步轉速95%

左右），切除放電電阻，投入勵磁。

3、同步電動機起動控制電路包括：電動機定子電源控制及轉子繞組投入勵磁控

制。

4、同步電動機起動步驟是：①先接入定子電源；②開始起動；③當轉速達到同

步轉速95%時，切除放電電阻，投入直流勵磁。

(-)定子繞組電源控制電路

1、同步電動機起動方式：

(1)全壓起動：對于重載起動電動機常采用全壓起動。這是因為全壓起動時具

有較大起動轉矩，而且在轉子繞組投入勵磁后，能產生較大牽入同步轉矩，便

于電動機迅速起動和進入正常同步運行。但全壓起動時對電源及機械設備沖擊

大。

(2)減壓起動：減壓起動適用于輕載起動，通常用電抗器串接在定子回路中，

起動時可按電流原則或時間原則在起動過程中再切除。這樣起動時對電源及機

械設備沖擊均較小。

2、高壓同步電動機所用電氣元件：均為高壓電器，如高壓隔離開關及油斷路器

等。而且其聯鎖保護等要求較高，以求安全、可靠。

3、同步電動機全壓起動控制電路：圖5—21所示為同步電動機全壓起動控制電

路。

圖中?①QS為隔離開關；②QF為真空斷路器；③TV為電壓互感器；④TA為

電流互感器，它有兩組-一組供測量儀表用；另一組供繼電保護用；⑤K4物為斷

路器分閘線圈；⑥風“為合閘線圈；

⑦SA1虛線框中SA1為勵磁裝置(圖中略去未畫，下同)準備完成等待運行開關?

勵磁準備完成后SA1閉合

⑧KA5為勵磁裝置中勵磁保護繼電器，當勵磁裝置發生故障時KA5線圈得電；

⑨KA6為總停及失壓等保護繼電器觸頭，當低壓控制柜中水溫、水壓不正常時，

圖5-21同步電動機定子全壓起動的控制電蹈

或因故障需要緊急停車時，KA6線圈得電

4、電路工作過程如下：

(1)準備起動：定子主回路隔離開關QS、勵磁裝置電源開關、控制柜電源開關相

繼合閘。這時勵磁準備完成等待運行開關SA1閉合;勵磁正常，KA5觸點斷開；

低壓控制柜工作正常，KA6觸點閉合。KA2通電吸合。這樣，指示燈HL-GN亮?

表示電路等待起動。

(2)起動：按壓起動按鈕SB1，接觸器KM1吸合，于是斷路器合閘線圈出““通電，

斷路器QF合閘，同步電動機全壓起動。在QF合閘同時，其輔助觸頭(5—7)閉合，

KA1吸合并自保，其動斷觸頭斷開KM1線圈回路，KMI釋放，合閘線圈風“斷電■

真空斷路器由其閉鎖機構維持合閘工作狀態。QF動合觸頭(9—11)閉合，為分閘

線圈通電作好準備。QF觸頭(1—17)斷開，(1—15)閉合。于是"準備"運行綠

色信號燈HL—GN滅?而"運行"紅色信號燈HL—RD亮?表示同步電動機已處

于運行狀態。

同步電動機開始起動，并在具備了一定條件后對其轉子繞組施加勵磁，起動完

畢，投入運行。

(3)正常停車按壓SB2，分閘線圈以叨通電，于是斷路器掉閘，電動機停止運轉。

(4)故障停車

①當勵磁裝置發生故障時，KA5(1—9)閉合?以?！旱秒?斷路器掉閘。

②當低壓控制柜中水溫、水壓等不正常，或因故障需要緊急停車時，則KA6(1

—13)斷開，KA2釋放，KA2觸頭Q—9)閉合，使分閘線圈YAoff通電，斷路器掉

閘，電動機停止。

③如同步電動機過載時，電流繼電器KI1及KI2動作，其動斷觸頭也切斷KA2線圈

回路，KA2釋放，和上述過程一樣，電動機將立即斷電停車。

電路所設電氣儀表供監測同步電動機工作狀態之用。電流互感器及電壓互感器

二次側必須接地，以保證安全。

(二)轉子繞組加入勵磁控制電路(用直流發電機)

1、加入勵磁需要解決問題：同步電動機起動時，需待轉子轉速達同步轉速95%

(即準同步轉速)及以上時再投入勵磁。因而其控制電路必須對轉速進行監測。轉

速可由定子回路電流或轉子回路頻率等參數來反映。

2'按轉子回路頻率原則加入勵磁控制電路

⑴原理：轉子回路頻率隨轉子轉速升高而降低

⑵簡化控制電路：其簡化原理圖如圖5—22所示。

①KM:為轉子勵磁電源接觸器②KA:為極

性繼電器③R:為轉子繞組放電電阻④繼電器

KA:是一個在鐵心上裝有阻尼銅套電磁繼電器?

其線圈通過二極管V并聯在電阻R抽頭上。

工作過程：電動機起動后，KA吸合，由于阻尼

圖5—22用極性維電器按轉子

銅套作用?鐵心中磁通不會為零?回路頻率原則加入勵碳的原理圖

而且高于繼電器維持吸合所需數

值，故KA在起動過程中，始終保持吸合狀態，則接觸器KM斷開，

在這一過程中，轉子繞組無勵磁，且通過R短接。待電動機轉速

升高后，轉子滑環電壓及頻率逐漸下降，繼電器KA中電流值及頻

率也下降。當轉速達到準同步轉速時，在V截止半波中，KA鐵心

中磁通降到繼電器釋放值。KA釋放，則KM通電吸合，切除轉子

繞組放電電阻和加入勵磁電流，同步電動機就牽入同步運行。

(3)實際加入勵磁電流控制電路

如圖5—23所示°

該電路中，電動機定子側為自

耦變壓器減壓起動，而轉子側

為按頻率原則加入勵磁,由直

流發電機提供勵磁電壓。

①控制電路工作過程為：合上

電源開關QF1、QF2，指示燈

HL亮，按壓起動按鈕SB2?時間繼電器KT1及接觸器KM1同時通電吸合?電動

機作減壓起動，極性繼電器KA吸合，觸頭(5—17)閉合，給定子繞組施加全壓作

準備。待經過時間繼電器KT1所整定時間以后，其延時斷開動斷觸頭KT1(9—15)

斷開，使接觸器KM1斷電釋放?則接觸器KM2通電吸合?定子繞組加入全電壓?

轉速就進一步上升。當轉速上升到準同步速時，極性繼電器KA釋放，使接觸器

KM3通電吸合?短接放電電阻R-在轉子繞組中加入直流勵磁，將同步電動機牽

入同步運行，起動過程結束。

②該電路兩個特點：

1)極性繼電器KA動合觸頭(5—17):保證了必須在KA吸合后，才能使接觸器KM2

通電,防止由于KA未吸合,在KM2吸合后KM3立即吸合,過早加入勵磁：

2)KT2延時斷開動斷觸頭(3—5)-在KM3接觸器長時不吸合時-切斷控制電源?

防止電動機長期在沒有勵磁下工作，燒壞起動籠型繞組。

3、按定子回路電流原則加入勵磁控制電路

⑴原理：同步電動機作異步起動時?定子

電流很大，當轉速達到準同步速時，電流下降。

所以可用定子電流值來反映電動機轉速狀況。

⑵按定子電源原則投入勵磁簡化原理圖如

圖5—24所示。

圖5—24按定子電流原則加入勵

①TA為電流互感器②KI為電流繼電器

破的原理圖

③KM為直流勵磁接觸器④KT為時間繼電器。

工作過程：同步電動機起動時，定子中很大起動電流使電流互感器TA二次側

回路中電流繼電器KI吸合，時間繼電器KT線圈通電吸合，其延時閉合動斷觸頭

瞬時斷開，切斷接觸器KM線圈回路。因此，勵磁繞組中沒有電流，且通過放電

電阻R1短接。當同步電動機轉速達到準同步速時，定子電流下降到使電流繼電

器KI釋放，使時間繼電器KT斷電釋放，經一定延時后，延時閉合動斷觸頭閉合■

KM通電吸合，切除放電電阻R1，并投入勵磁電流。

③實際按電流原則自動投入勵磁電流同步電動機控制電路如圖5—25所示。

電路中設有一級強勵環節，即短接直流發電機分勵繞組所串接電阻R2。

圖5-25按定子電流原剜加入勵磁的起動控制電路

控制電路動作過程如下：

起動時：合上電源開關QF1，欠壓繼電器KA吸合，其作用是保證接觸器KM2

不能吸合，以便在起動時，保證直流發電機產生正常電壓值。然后合上開關QF2?

按起動按鈕SB2，接觸器KM1通電吸合并自保，電動機經電阻R1作減壓起動。

由于定子回路起動電流很大?電流互感器TA二次回路中電流繼電器KI動作。它

動合觸頭使時間繼電器KT1通電吸合-其延時斷開動合觸頭(23—27)閉合使KT2

通電吸合?而延時閉合動斷觸頭(3—17)斷開?避免KM3、KM4通電吸合造成誤

動作。當電動機轉速接近準同步速時，定子電流下降使電流繼電器KI釋放-KT1

隨之釋放?經一定延時后，其觸頭(3—17)閉合，接通接觸器KM3并自保，同步

電動機在全壓下繼續起動。而KT1延時斷開動合觸頭(23—27)經同樣延時后斷開

KT2。KT2延時閉合動斷觸頭(11—19)經KT2所整定延時后，使接觸器KM4通電

吸合，短接放電電阻R3?給同步電動機加入勵磁。另一對動合觸頭短接電流繼

電器線圈，而其動斷觸頭（5—7）使接觸器KM1釋放，切斷定子起動電阻回路以

及KT1、KT2線圈電源。電動機起動過程結束。

強勵環節：當電網電壓過低時，同步電動機輸出轉矩將下降，電動機工作就

趨于不穩定。為此電路中設置了強勵環節。當電網電壓低到一定數值時，繼電

器KA釋放，其觸頭QI—13）閉合，使接觸器KM2吸合，將直流發電機磁場電阻

R2短接，直流發電機輸出增加，同步電動機勵磁電流增加，以加大同步電動機

電磁轉矩，保證其正常運轉。

停車時：按壓停止按鈕SB1。電路中未設電力制動控制。

電路中使KM4吸合后短接電流繼電器KI線圈目：是用來防止電動機運轉時因

某種原因引起沖擊電流時產生誤動作。

（三）同步電動機轉子加入勵磁（用晶閘管）

1、晶閘管勵磁系統優點：是無觸頭連續系統，反應快，調節靈敏、方便，而且

體積小，無噪聲。性能遠遠優于直流發電機勵磁系統。目前大型同步電動機采

用晶閘管勵磁系統較多。

2'系列:

①KGLF11型：為恒定勵磁，不附裝減壓起動裝置

②KGLFI2型：附裝減壓起動裝置，并可電力制動。

二'三相同步電動機制動控制電路

1'同步電機制動方法：同步電動機停車時，如需要進行電力制動，則無例外地

采用能耗制動。

2、同步電機能耗制動方法：將運轉中同步電動機定子電源斷開?再將定子繞組

接于一個外電阻R（或頻敏變阻器）上?并保持轉子勵磁繞組直流勵磁，同步電動

機就成為電樞被R短接同步發電機，這就能很快地將轉動機械能變換為電能，最

終成為熱能而消耗在電阻R上，電動機即被制動。

3、簡化能耗制動主電路如圖526所示。其控制電路與一般異步電動機能耗制動

電路相同。

第四節直流電動機控制

-、概述

1'直流電動機分類：

⑴他勵直流電動機：電樞電源與勵磁電源分別由兩個獨立直流電源供電，則

稱為他勵直流電動機

（2）自勵直流電動機：

①并勵機床等設備中，以他勵直流電動機應用較多

②串勵在牽引設備中'則以串勵直流電動機應用較多

③復勵

2'直流電動機電源分類

⑴可控直流電源：目前工廠常用可控電源為直流發電機與晶閘管可控整流裝

置。而磁放大器及可控離子管直流電源?已逐漸減少。

⑵不可控直流電源：用交流電源經整流變壓器及整流器提供。

（-）直流電動機起動

1、起動：直流電動機接通電源后就由靜止狀態逐漸加速到穩定運行狀態，這個

過程稱為起動。

2'對直流電動機起動基本要求是：起動電流不能過大，但要保證足夠大起動轉

矩。另外起動過程要短，起動設備要經濟，操作要方便等。

實踐中，這些要求是互相矛盾，因而只能以滿足主要要求為主，兼顧其他要求。

通常是在保證足夠大起動轉矩下，盡可能地減少起動電流，再考慮其他要求。

3、