電氣控制與PLC應(yīng)用（第2版）課件：三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制

三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制學(xué)習(xí)目標(biāo)（1）了解三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的方法、特點(diǎn)及使用條件；（2）了解三相籠型異步電動(dòng)機(jī)變極調(diào)速控制電路的組成，并能講述線路的工作原理；（3）掌握三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速控制電路的組成，并能講述線路的工作原理。一、任務(wù)導(dǎo)入

在電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)中，根據(jù)控制設(shè)備的工藝要求，經(jīng)常需要調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。由三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式行n=60f(1-s)／p可知，改變電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)P、轉(zhuǎn)差率s及電源頻率f都可以實(shí)現(xiàn)調(diào)速。對(duì)籠型異步電動(dòng)機(jī)可采用改變磁極對(duì)數(shù)、改變定子電壓和改變電源頻率的方法；而對(duì)繞線式異步電動(dòng)機(jī)除可采用變頻外，常用的方法是轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速或串級(jí)調(diào)速。由三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式:

可知，通過(guò)改變電源頻率f、改變轉(zhuǎn)差率s、改變磁極對(duì)數(shù)P這3種方法可改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。改變異步電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)來(lái)調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速稱為變極調(diào)速，它是通過(guò)改變定子繞組連接方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，一般適用于鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速是通過(guò)調(diào)節(jié)定子電壓、改變轉(zhuǎn)子電路中的電阻以及采用串級(jí)調(diào)速來(lái)實(shí)現(xiàn)的。變極調(diào)速是通過(guò)接觸器觸頭改變電動(dòng)機(jī)繞組的外部接線方式，改變電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)從而達(dá)到調(diào)速目的的。改變鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的極數(shù)以后，轉(zhuǎn)子繞組的極數(shù)隨之變化，而改變繞線式異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的極數(shù)以后，它的轉(zhuǎn)子繞組必須進(jìn)行相應(yīng)的新組合，無(wú)法滿足極數(shù)能夠隨之變化的要求，因此變極調(diào)速只適用于鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。凡磁極對(duì)數(shù)可以改變的電動(dòng)機(jī)稱為多速電動(dòng)機(jī)，常見(jiàn)的多速電動(dòng)機(jī)有雙速、三速、四速之分。雙速電動(dòng)機(jī)定子裝有一套繞組，而三速、四速電動(dòng)機(jī)則為兩套繞組。二、相關(guān)知識(shí)（一）雙速異步電動(dòng)機(jī)控制線路

雙速異步電動(dòng)機(jī)三相繞組的接線方式如圖2.32所示。（a）圖為電動(dòng)機(jī)定子繞組的△/YY接線方式，它屬于恒功率調(diào)速。當(dāng)定子繞組1、2、3的接線端接電源，4、5、6接線端懸空時(shí)，三相定子繞組接成了三角形，每相繞組具有4個(gè)極，同步轉(zhuǎn)速為1

500

r/min（低速）。為提高電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，將定子繞組的1、2、3端相連，4、5、6端接電源，將原來(lái)的三角形轉(zhuǎn)換成雙星形接線，每相繞組具有2個(gè)極，同步轉(zhuǎn)速為3

000

r/min（高速）。（b）圖為電動(dòng)機(jī)定子繞組的Y/YY接線方式，它屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。同理分析，定子繞組的磁場(chǎng)極數(shù)從4極變?yōu)?極，分別對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)的低速和高速。（a）△/YY（b）Y/YY圖2.32雙速異步電動(dòng)機(jī)三相繞組的接線方式雙速異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制電路如圖

2.33

所示。KM1

為電動(dòng)機(jī)的三角形聯(lián)結(jié)接觸器，KM2、KM3為電動(dòng)機(jī)雙星形聯(lián)結(jié)接觸器，KT為電動(dòng)機(jī)低速轉(zhuǎn)換為高速的時(shí)間繼電器。SB2、KM1控制電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)，SB3、KM2、KM3控制電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)。電路的工作原理：按下△形低速啟動(dòng)按鈕SB2，其常閉輔助觸頭先斷開(kāi)，常開(kāi)輔助觸頭后閉合，使KM1線圈得電。KM1線圈得電，常開(kāi)輔助觸頭閉合，形成自鎖；常閉輔助觸頭打開(kāi)，對(duì)KM2、KM3線圈進(jìn)行互鎖；主觸頭閉合，使電動(dòng)機(jī)定子繞組接成△形低速啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)按下YY形高速啟動(dòng)按鈕SB3時(shí)，KT線圈得電，KT-1常開(kāi)觸頭瞬時(shí)閉合自鎖。KT延時(shí)一段時(shí)間后，KT-2觸頭先斷開(kāi)，KT-3觸頭后閉合。KT-2觸頭斷開(kāi)，使KM1線圈失電，KM1常開(kāi)輔助觸頭斷開(kāi)，KM1常閉輔助觸頭恢復(fù)閉合。KM1觸頭的釋放、KT-3觸頭的閉合，使KM2、KM3線圈得電，它們的常閉輔助觸頭打開(kāi)，對(duì)KM1線圈進(jìn)行互鎖；主觸頭的閉合使電動(dòng)機(jī)接成YY形高速運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)按下停止按鈕SB1時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。圖2.33雙速異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制電路原理圖（二）繞線式電動(dòng)機(jī)改變轉(zhuǎn)子外加電阻的調(diào)速控制改變轉(zhuǎn)子外加電阻的調(diào)速方法只能適用于繞線式異步電動(dòng)機(jī)，它通常是在轉(zhuǎn)子繞組上串入不同的電阻，使電動(dòng)機(jī)工作在不同的人為特性上，從而獲得不同的轉(zhuǎn)速以達(dá)到調(diào)速的目的。改變轉(zhuǎn)子外加電阻的大小可進(jìn)行調(diào)速，雖然這種調(diào)速方法將一部分電能消耗在電阻上，降低了電動(dòng)機(jī)的效率，但是這種方法簡(jiǎn)單、易操作，所以目前在吊車、起重機(jī)等生產(chǎn)機(jī)械上仍普遍采用。

（三）欠電壓保護(hù)實(shí)現(xiàn)欠電壓保護(hù)的電器是接觸器和電磁式電壓繼電器。在機(jī)床電氣控制線路中，只有少數(shù)線路專門(mén)裝置了電磁式電壓繼電器起欠壓保護(hù)作用，而大多數(shù)控制線路，由于接觸器已兼有欠電壓保護(hù)功能，因此不必再加設(shè)欠電壓保護(hù)電器。

（四）過(guò)電壓保護(hù)電磁鐵、電磁吸盤(pán)等大電感負(fù)載及直流電磁機(jī)構(gòu)、直流繼電器等，在能斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生較高的電動(dòng)勢(shì)，使電磁線圈絕緣擊穿而損壞，因此必須采用過(guò)電壓保護(hù)措施。通常過(guò)電壓保護(hù)是在線圈兩端并聯(lián)一個(gè)電阻、電阻串電容或二極管串電阻，以形成一個(gè)放電回路，實(shí)現(xiàn)過(guò)電壓保護(hù)。（五）直流電動(dòng)機(jī)的弱磁保護(hù)直流電動(dòng)機(jī)必須在磁場(chǎng)具有一定強(qiáng)度時(shí)才能啟動(dòng)、正常運(yùn)行。若在啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流太小，產(chǎn)生的磁場(chǎng)太弱，將會(huì)使電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流很大；若電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，磁場(chǎng)突然減弱或消失，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將會(huì)迅速升高，甚至發(fā)生“飛車”現(xiàn)象，因此在直流電動(dòng)機(jī)的電氣控制線路中要采取弱磁保護(hù)。弱磁保護(hù)是通過(guò)在電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁線圈回路中串入欠電流繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)勵(lì)磁電流過(guò)小時(shí)，欠電流繼電器釋放，其觸頭斷開(kāi)電動(dòng)機(jī)電樞回路的接觸器線圈電路。接觸器線圈斷電釋放，接觸器主觸頭斷開(kāi)電動(dòng)機(jī)電樞回路，切斷電動(dòng)機(jī)電源，從而達(dá)到保護(hù)電動(dòng)機(jī)的目的。思考題與習(xí)題1.試為某設(shè)備的兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)電氣控制電路，其中一臺(tái)為雙速電動(dòng)機(jī)。2.兩臺(tái)三相籠型異步電動(dòng)機(jī)M1、M2，要求既可實(shí)現(xiàn)