第五章交直流电动机控制线路

第五章交直流电动机控制线路 第一节他励直流电动机基本控制线路第二节他励直流电动机制动运行控制线路第三节并励直流电动机调速控制电路第四节笼型异步电动机的控制第五节绕线型异步电动机的控制

第一节他励直流电动机基本控制线路 一、单向运转降压起动控制电路 1、工作原理合上Q1、Q2，励磁回路有电流通过、 KT1通电、KT1动断触点断开，断开KM2、KM3电路；按下启动按钮SB2，线圈KM1通电，KM1主触点闭合，电动机串两段电阻启动，同时KM1动合触点闭合形成自锁，且KM1动断触点断开，KT1断电其触点延时闭合，KM2通电，短接R1，随着转速的升高，电流减小KT2释放，其触点延时闭合，KM3得电，短接R2，电动机全压运行。

2、保护环节（过载和短路保护、欠磁保护、过电压保护）2、保护环节（过载和短路保护、欠磁保护、过电压保护）过载和短路保护：电动机工作正常时，过流继电器KA1不动作，其动断触点闭合，控制电路正常工作。当发生过载或短路时，电枢电流超过KA1的整定値时，过流继电器KA1动作，其动断触点断开，控制电路断电，直流电动机从电源切除，起到过载和短路保护的作用。欠磁保护：他励直流电动机在正常运转状态下，如果励磁电路的电压下降较多或突然断电，会引起电动机的转速急剧上升，出现“飞车”现象。他励直流电动机为了防止失去励磁或削弱励磁，采用欠电流继电器来实现欠磁保护。图5-1在励磁电路串联欠电流继电器KA2，当励磁电流正常时，KA2吸合，其动合触点闭合，控制电路有电。当励磁电流减小到KA2的释放值时，KA2释放，其动合触点断开，控制电路断电，电动机断电，起到励磁保护的作用过电压保护：设置电阻R3与二极管VD串接构成励磁绕组放电吸收回路，以避免在电动机停机时所产生的过大自感电动势导致励磁绕组绝缘击穿和其它元件损坏。

二、可逆旋转启动控制电路 改变直流电动机旋转方向的方法：1.改变电枢绕组电压的极性（多采用）。2.改变励磁电流的方向。

工作原理 合上Q1和Q2，励磁回路有电流通过、 KT1通电, KT1动断触点断开，切断KM3、KM4电路；按下正转启动按钮SB2，线圈KM1得电，KM1主触点闭合，电动机串两级电阻正向启动，同时KM1动合触点闭合形成自锁，且KM1动断触点断开，KT1断电其触点延时闭合，KM3通电，短接R1，随着转速升高电流下降，KT2释放动断触点延时闭合，短接R2，电动机正向全压运行。按下停止按钮SB1，线圈KM1失电，电动机停止转动。按下反转启动按钮SB3，线圈KM2得电，KM2主触点闭合，KM2得电过程同KM1一样。

第二节他励直流电动机制动运行控制线路 他励直流电动机的制动方法：能耗制动、反接制动、回馈制动。下面以直流他励电动机能耗制动和反接制动的控制电路为例，讲解一下。

一、能耗制动控制电路

二、反接制动控制电路

第三节并励直流电动机调速控制电路 并励直流电动机的调速方法：改变电枢电阻、改变励磁电流和改变电枢电压调速改变励磁电流来实现并励直流电动机调速的控制电路图

一、起动过程 按下起动按钮SB2，KM2、KT得电吸合并自锁，电动机M串电阻R起动，KT得电，其触点延时闭合，使KM3得电并自保，切除起动电阻R，起动过程结束。二、调速过程该电路采用调节电位器R3，改变电动机的励磁电流,达到改变电动机转速的目的。减速停车：正常运行时，按下按钮SB1，KM2和KM3断电，电动机从电网上切除，KM1通电吸合，通过R4实现能耗制，同时短接电容C，电源电压全部作用于励磁绕组，实现制动强励磁，使制动转矩增大，转速快速下降。松开按钮SB1，制动结束，电动机处于电动运行状态。

第四节笼型异步电动机的控制 1、交流电动机，尤其是笼型异步电动机，与直流电动机相比，具有以下优点：重量轻、造价低、惯性小、效率高、坚固耐用、维护方便。而且笼型电动机没有换向器和电刷，能适用于灰尘多、有爆炸危险的环境，因此笼型电动机在煤矿中获得了广泛的应用。 2、笼型电动机拖动的适用范围：煤矿井下采、掘、运机械以及地面上一些不需要调速的中、小型生产机械 3、由于这些机械一般都不需要调速，对制动也没有特殊的要求，所以笼型电动机的控制主要是起动控制。电抗器降压起动的电控系统 4、笼型电动机的起动控制自耦变压器降压起动的电控系统

一、串电抗器降压起动电控系统 QZO-6型高压综合起动器笼型电动机电抗器降压起动装置（配QKSQ型气冷三相电抗器，可控1000 kW以下的电动机） GKF-H型电抗起动柜（配QKSJ型三相油浸电抗器，可控电动机容量达1500kW） QZO-6A型高压综合起动器电控系统图

工作过程如下： 起动前：先合上高压隔离开关QS，再闭合刀开关QK1，QK2。此时绿色信号灯HLG亮，表示控制回路已接通电源，电压表V指出电源电压起动时：用操作手柄使高压油断路器QF合闸，这时电动机串电抗器L接人电网，开始降压起动。由于高压油断路器的辅助动合触点比主触点稍后闭合，因此当断路器主触点闭合时三相电流继电器KA1先吸合，其动断触点断开，保证接触器KM的线圈在起动过程中处于无电状态。随着转速的上升，起动电流逐渐下降，当转速接近稳定转速时，即当起动电流下降到KA1的释放值时，KA1继电器释放，动断触点KA1恢复闭合，使接触器KM带电吸合，其主触点将电抗器L短接，此时红色信号灯HLR亮，绿色信号灯HLG灭，表示起动过程结束。如果接触器KM发生故障，起动一分钟后尚不能短接电抗器，则红灯HLR不亮，这时必须按下停止按钮SB，使油断路器的失压脱扣线圈KV断电，油断路器QF跳闸，停止起动，以免电抗器长时串入而被烧坏。

二、串自耦变压器降压起动电控系统 自耦变压器降压起动又称为自耦减压起动，常用的自耦减压起动器有QJ2A型、QJ3型和XJ01型几种系列，可控电动机容量可达300kW。下图所示：XJ01型自耦减压起动器的电控系统，有手动和自动两种控制方式，用转换开关QC进行转换。

工作过程 如采用手动起动，将工作方式转换开关置“手动位置”，则时间继电器回路断开。手动起动时：先按下起动按钮SB3，接触器KM2吸合，电动机串自耦变压器降压动起动，绿灯H LG熄灭，黄灯H LY亮。待电机转速接近稳定转速时，即电流表A的指针逐渐下降至接近电动机额定电流时，再按下“运转"按钮SB2，切除自耦变压器，线路接触器KM1吸合，起动结束，电动机进人全压运行。此时黄灯HLY熄灭，红灯HLR亮。如采用自动起动，将工作方式转换开关置于“自动"位置，则把时间继电器回路接通自动起动时，按下起动按钮SB3，起动接触器KM2带电，在主回路中的KM2主触点闭合，电动机串自耦变压器开始降压起动，由于KM2带电时其辅助动合触点KM2(29～39)闭合，使中间继电器(电压继电器)KV1线圈带电吸合，其动合触点KV1(28～30)闭合，时间继电器KT带电吸合，由此可见，时间继电器基本上和电动机同时接通电源。KT吸合后，其延时闭合的动合触点（延时的时间即为整定的降压起动时间）延时闭合，使中间继电器KV2带电吸合，动合触点KV2（30－33）闭合，又使线路接触器KM1带电吸合，闭合主触点，自动切除自耦变压器，起动结束，电动机进入正常运转状态。过载保护装置选用热继电器FR。

第五节绕线型异步电动机的控制 1、绕线型异步电动机特点：具有良好的起动与调速性能，在煤矿中一般应用在需要调速的设备上，如矿井提升机、起重机等。在一些大型不需要调速的设备上，为了改善起动性能，也常选用绕线型异步电动机，如扇风机、压风机、大型皮带输送机等。 2、绕线型异步电动机的起动目前多采用两种方法：转子串频敏变阻器和金属电阻，在需要调速的设备上一般采用金属电阻。 3、频敏变阻器是一种无级起动设备，具有接近恒转矩的起动特性，而且结构简单，便于维护，因而得到了广泛的应用。

一、频敏变阻器的特性 1、结构和三相电抗器相似，也是一个三相铁心线圈，但铁心是用厚钢板(8～12 mm)叠成，也可以直接用方钢或钢管制成。 ①如果把频敏变阻器看成一个无铁损的理想铁心，当线圈通过交流电时，其等值电路如图5-8（a）所示，其中r1为线圈电阻，x1为漏抗，xm为对应铁心中主磁通的电抗。 ②由于频敏变阻器铁心基本为整体，故有很大的涡流，涡流的作用相当于在铁心上有一个短路的二次绕组，由于涡流没有漏磁故无漏抗(x2＝0)。根据变压器折算原理，把涡流电阻r2折算到一次侧其等值电路如图5-8(b)所示。其中r2′为折算到一次侧的涡流电阻。 ③一般情况下r1和x1很小，可以忽略，则频敏变阻器可简化成图5-8(c)所示的等值电路。

2、特性 ①电动机开始起动时，由于转子感应电势频率较高，电抗很大，电流几乎全部通过电阻r2′；而此时因为较高的频率引起的集肤效应，相当导体截面减小，电阻增大，如同在转子中串人了一个电阻，所以既减小了起动电流，又增大了起动转矩。（转速升高，转子电势频率逐渐降低，集肤效应消失，xm减小，一部分转子电流将从电阻r2′转移到电抗xm；同时r2′也相应减小，相当于逐渐切除电阻。） ②频敏变阻器接线及机械特性如图5-9所示。起动完毕后，为了提高电动机运行效率，可用滑环短接或用接触器KM2将频敏变阻器RF切除。从图5-9(b)机械特性可以看出，串频敏变阻器的起动电流IRF较固有特性起动电流I小，且变化不大；起动转矩MRF接近恒定，故有恒转矩之称。

二、频敏变阻器的调整 频敏变阻器是一个非线性元件。在使用时为了获得良好的性能，应加以调整，具体方法如下：（1）调整线圈抽头，改变线圈的匝数当匝数减少时，频敏变阻器等值阻抗减小，起动电流和起动转矩均相应增加，电动机机械特性变硬。在起动过程中，若起动过快或起动电流过大，可增加匝数，若起动过慢，且起动电流尚有增大的可能时，可减少匝数。（2）调整轭铁与铁心柱间的气隙当气隙增大时频敏变阻器的电抗减小，涡流损失减小，所以起动电流增加，起动转矩略降低，机械特性变硬。（3）改变频敏变阻器的接线方法，采用串、并联由于单台频敏变阻器的体积和重量都不宜过大，当电动机容量较大时，可将多台频敏变阻器联接起来使用。

下图所示：一台Y型接线、铁心片数为P、导线截面为S、线圈匝数为N的频敏变阻器与各种接法的等效关系。下图所示：一台Y型接线、铁心片数为P、导线截面为S、线圈匝数为N的频敏变阻器与各种接法的等效关系。

三、频敏变阻器的选用 1、煤矿常用的频敏变阻器有BP1-200、BP1-300和BP2-700型等系列产品。 2、适用范围：轻载或重载起动的负载，功率在1000KW范围内有几十个级别可供选用。具体选择时可根据电动机功率、转子电流、电压、从煤矿电工手册中查表确定其型号、组数和接法。四、频敏变阻器的电控系统为了与频敏变阻器配套使用，我国已生产了低压GTT6121系列控制柜、TPH13控制屏和高压KRG-6B型综合起动器等系列产品。

1．GTT6121系列低压绕线型电动机控制柜 用于交流380V绕线型电动机不可逆控制。利用时间控制原则自动短接频敏变阻器，电路图如图5-11所示。工作过程：起动时首先闭合自动开关QA和刀开关SA，此时由于接触器KM2无电，其辅助动断触点闭合，信号灯HLG点亮。按下起动按钮SB1，线路接触器KM1通电吸合，主回路接通电源，电动机转子串频敏变阻器RF开始起动。接触器KM1有三个辅助触点，一个用于自保；一个使信号灯HLR亮；另一个接通时间继电器KT的电源。经过一段起动延时后，KT接通了中间继电器K1的电路，由于K1的触点接通了接触器KM2的电源，使KM2通电吸合，主触点短接了频敏变阻器，辅助触点使信号灯HLG断电，起动完毕。停机时按下停止按钮SB2即可。

2．KRG-6B型高压综合起动器 KRG-6B型起动器供6kV、1000kW以下的绕线型电动机不经常起动用。采用电流控制原则短接频敏变阻器，在频敏变阻器完全冷却的情况下可连续起动2～3次。图5-12为起动器电路图。

工作过程： 起动前，先闭合高压隔离开关QS，然后再闭合转换开关SA，此时，电压表有读数，绿色信号灯HLG亮，表示电源接通。起动开始时，用油开关QF手柄合闸，电动机定子接通电源，转子串人频敏变阻器RF开始起动。由于油开关辅助触点QF(404～600)比主触点稍后接通，因此当油开关接通电源时电流继电器KA动作，使其触点打开，待油开关手柄完全合上时，其辅助触点闭合，使接触器KM此时处于断电状态。当起动电流随着转速升高而逐渐下降至电流继电器KA释放值时，衔铁释放，其触点闭合，使接触器KM通电动作，主触点将频敏变阻器RF短接，辅助触点接通红色信号灯HLR，表示完成起动。如果因接触器KM线圈发生故障，经过1min后尚不能短接频敏变阻器，则红灯不亮。此时，必须按停止按钮SB，使油开关脱扣线圈KV断电而跳闸，以免频敏变阻器长时间接入而烧坏。电流互感器TA2的副边按两相差电流方式接线，用过电流继电器KA1作反时限特性保护，保护继电器的触点串于失压脱扣线圈KV的回路中，当线路发生短路和过负荷时进行保护。SL为限位开关，其触点串接在KV回路中，可用于安全闭锁。

第五章 交直流电动机控制线路