【正文】 課 題 二 電氣控制電路的基本環(huán)節(jié) 建筑電氣控制技術(shù) 課 題 二 電氣控制電路的基本環(huán)節(jié) 建筑電氣控制技術(shù) 繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串頻敏變抗器起動(dòng) 在繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組串電阻的起動(dòng)方法中， 由于轉(zhuǎn)子電阻的切除是分段進(jìn)行的，在切除電阻的瞬間 定子電流及電磁轉(zhuǎn)矩將突然增大，會(huì)產(chǎn)生一定的機(jī)械沖 擊力。如果希望減小沖擊，必須增加電阻的級(jí)數(shù)，使每 級(jí)電阻值減少，而增加級(jí)數(shù)將使控制電器的數(shù)量增多、 起動(dòng)電阻的體積加大，控制電路將變得復(fù)雜，并且會(huì)降 低控制系統(tǒng)的可靠性。在實(shí)際應(yīng)用中，如果電動(dòng)機(jī)沒(méi)有 調(diào)速要求，常采用轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器起動(dòng)。 課 題 二 電氣控制電路的基本環(huán)節(jié) 建筑電氣控制技術(shù) 頻敏變阻器是一種阻抗隨頻率變化的電器元件。由于 轉(zhuǎn)子回路電流的頻率為 f2=sf1，在電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程中， 轉(zhuǎn)子回路的頻率將隨轉(zhuǎn)速的逐漸升高而逐漸降低，頻敏 變阻器的阻抗能夠隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的上升、轉(zhuǎn)子電流頻率 的減小而自動(dòng)減小。采用轉(zhuǎn)子繞組串頻敏變阻器起動(dòng)可以 在增加系統(tǒng)平穩(wěn)起動(dòng)的情況下，減少控制電器的使用數(shù)量 ，提高系統(tǒng)的可靠性。 1 頻敏變阻器簡(jiǎn)介 頻敏變阻器是由幾片或十幾片較厚的鋼板或鐵板再繞上 三組線圈構(gòu)成的。為了增大阻抗，鐵芯為開(kāi)啟式，三個(gè)繞 組按星形連接后串聯(lián)在轉(zhuǎn)子電路中，如圖 （ a）所示。 圖 （ b）為每一相轉(zhuǎn)子回路的等效電路。 課 題 二 電氣控制電路的基本環(huán)節(jié) 建筑電氣控制技術(shù) 圖 頻敏變阻器 課 題 二 電氣控制電路的基本環(huán)節(jié) 建筑電氣控制技術(shù) 圖 ， r2為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的電阻， rp為頻敏變阻 器繞組的電阻， Rmp為頻敏變阻器鐵損的等值電阻， Xmp為電動(dòng)機(jī)靜態(tài)時(shí)的電抗， s為轉(zhuǎn)差率， sXmp為運(yùn)轉(zhuǎn) 時(shí)的電抗。當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，頻敏變阻器通過(guò)轉(zhuǎn)子電路 得到交變電動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生交變磁通，轉(zhuǎn)子繞組的電抗為 sXmp，頻敏變阻器鐵芯由較厚的鋼板制成，在交變磁通 作用下會(huì)產(chǎn)生很大的渦流損耗和較小的磁滯損耗 (渦流損 耗占總損耗的 80％以上 )，此渦流損耗在電路中以一個(gè)等 效電阻 Rmp表示。頻敏變阻器的電抗 sXmp和電阻 Rmp與 轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)通過(guò)的電流的頻率有關(guān)。 課 題 二 電氣控制電路的基本環(huán)節(jié) 建筑電氣控制技術(shù) 在電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，轉(zhuǎn)子電流頻率 f2與電源頻率 f1的關(guān) 系為： f2=sf1，其中 s為轉(zhuǎn)差率。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為零時(shí)， 轉(zhuǎn)差率 s=1，即 f2=f1；當(dāng) s隨著轉(zhuǎn)速上升而減小時(shí)， f2便 下降，頻敏變阻器的 Rmp與 sXmp也相應(yīng)下降。由此可 見(jiàn)，起動(dòng)開(kāi)始，頻敏變阻器的等效阻抗很大，限制了電 動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流。隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，轉(zhuǎn)子電流頻 率降低，等效阻抗自動(dòng)減小，從而達(dá)到了自動(dòng)改變電動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)子阻抗的目的，實(shí)現(xiàn)了平滑無(wú)級(jí)起動(dòng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)正 常運(yùn)行時(shí)， f2很低（為 f1的 5％～ 10％），其阻抗很小。 另外，在起動(dòng)過(guò)程中，轉(zhuǎn)子等效阻抗及轉(zhuǎn)子回路感應(yīng)電 動(dòng)勢(shì)都是由大到小，實(shí)現(xiàn)了近似恒轉(zhuǎn)矩的起動(dòng)特性。 課 題 二 電氣控制電路的基本環(huán)節(jié) 建筑電氣控制技術(shù) 2 轉(zhuǎn)子繞組串頻敏變阻器起動(dòng)控制電路分析 圖 。圖中 RF為頻敏變阻器， KM1為連接電源的接觸器， KM2為短 接切除頻敏變阻器的接觸器， KT為控制起動(dòng)時(shí)間的通電 延時(shí)型時(shí)間繼電器， KA為中間繼電器。由于是大電流系 統(tǒng)，所以熱繼電器 FR接在電流互感器 TA的二次側(cè)。 圖 課 題 二 電氣控制電路的基本環(huán)節(jié) 建筑電氣控制技術(shù) 起動(dòng)過(guò)程分析如下： ① 合上電源開(kāi)關(guān) QS 課 題 二 電氣控制電路的基本環(huán)節(jié) 建筑電氣控制技術(shù) 圖 轉(zhuǎn)子繞組串頻敏變阻器起動(dòng)控制電路 課 題 二 電氣控制電路的基本環(huán)節(jié) 建筑電氣控制技術(shù) 圖 ，熱繼電器的熱元件安裝在電流互感器的二次 側(cè)有兩個(gè)原因，一是大容量電動(dòng)機(jī)的主電路電流比較 大，要求熱繼電器熱元件的額定電流也要大，如果應(yīng)用 電流互感器，其副邊的額定電流為 5 A，熱繼電器熱元件 的額定電流就可以按 5 A及以下選擇，另外還可以用一個(gè) 5 A的電流表來(lái)觀察起動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程中的電流；二是在起 動(dòng)過(guò)程中，為了避免起動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而使熱繼電器誤動(dòng) 作，可以用只能通過(guò)較小電流的中間繼電器 KA的常閉觸 頭將熱繼電器 FR的發(fā)熱元件短接，起動(dòng)完成后再接入。 課 題 二 電氣控制電路的基本環(huán)節(jié) 建筑電氣控制技術(shù) 3 頻敏變阻器的調(diào)整 選擇頻敏變阻器要考慮電動(dòng)機(jī)的額定功率、負(fù)載特性、 起動(dòng)運(yùn)行方式等因素。電動(dòng)機(jī)的功率、負(fù)載性質(zhì)或工作 方式不同，選擇的頻敏變阻器的型號(hào)也不同。例如， BP1 200、 BP1 300型適用于短時(shí)工作制，容量為 22～ 2240 kW的傳動(dòng)設(shè)備； BP1 000、 BP1 400、 BP1 500型適用于反復(fù)短時(shí)工作制，容量為 ～ 125 kW的設(shè) 備。因此，在頻敏變阻器選用和調(diào)整得當(dāng)?shù)那闆r下，電 動(dòng)機(jī)可以獲得恒轉(zhuǎn)矩的起動(dòng)特性；反之，則會(huì)出現(xiàn)起動(dòng) 電流過(guò)大或起動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)甚至起動(dòng)困難的情況。 課 題 二 電氣控制電路的基本環(huán)節(jié) 建筑電氣控制技術(shù) 頻敏變阻器是針對(duì)一般使用要求設(shè)計(jì)的定型產(chǎn)品，在實(shí) 際使用過(guò)程中由于使用環(huán)境與負(fù)載不同，以及不同電動(dòng) 機(jī)的參數(shù)存在差異，直接使用時(shí)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性往往 不太理想，所以需要結(jié)合電動(dòng)機(jī)的實(shí)際使用情況對(duì)頻敏 變阻器進(jìn)行調(diào)整，以充分發(fā)揮頻敏變阻器的作用，滿足 電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)要求。調(diào)整頻敏變阻器主要包括如下內(nèi)容： （ 1） 改變線圈匝數(shù) 頻敏變阻器線圈大多留有幾組抽頭，增加或減少匝數(shù)將 改變頻敏變阻器的等效阻抗，可以達(dá)到調(diào)整電動(dòng)機(jī)起動(dòng) 電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的目的。如果實(shí)際使用中電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電 流過(guò)大，起動(dòng)過(guò)程太短，應(yīng)增加匝數(shù)；反之，應(yīng)減少匝 數(shù)。 課 題 二 電氣控制電路的基本環(huán)節(jié) 建筑電氣控制技術(shù) （ 2） 磁路調(diào)整 如果剛起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩過(guò)大，對(duì)拖動(dòng)的機(jī)械有劇烈 沖擊；起動(dòng)完畢后，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速較多，短接 頻敏變阻器時(shí)電流沖擊過(guò)大。遇到這些情況時(shí)，應(yīng)調(diào)整 磁路，增加磁路的氣隙。 課 題 二 電氣控制電路的基本環(huán)節(jié) 建筑電氣控制技術(shù) 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制 電氣設(shè)備在工作過(guò)程中，根據(jù)工作狀態(tài)的不同，對(duì)設(shè) 備有不同的速度要求。例如，為了提高工作效率，要求 起重機(jī)的吊鉤在吊起重物后要有較快的運(yùn)行速度；重物 在接近目的地時(shí)，為了減小停止運(yùn)行時(shí)的機(jī)械沖擊，速 度又要放慢。因此，針對(duì)電氣設(shè)備在不同工作情況下的 速度變化要求，需要控制系統(tǒng)采取相應(yīng)措施，改變電動(dòng) 機(jī)的轉(zhuǎn)速，這種在負(fù)載過(guò)程中改變電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度的方 法稱為電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。三相交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有變 極調(diào)速、變頻調(diào)壓調(diào)速和轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速。轉(zhuǎn)子回 路串電阻調(diào)速只能應(yīng)用于繞線式電動(dòng)機(jī)，變極調(diào)速、變 頻調(diào)壓調(diào)速多應(yīng)用于三相鼠籠式電動(dòng)機(jī)。 課 題 二 電氣控制電路的基本環(huán)節(jié) 建筑電氣控制技術(shù) 三相異步電動(dòng)機(jī)變極調(diào)速 變極調(diào)速就是在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中改變電動(dòng)機(jī)磁極對(duì) 數(shù)的調(diào)速方法。 根據(jù)電機(jī)學(xué)理論，三相電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速 n1=60f1p,式 中 f1為電源頻率， p為磁極對(duì)數(shù)。當(dāng)變更電動(dòng)機(jī)定子繞組 的磁極對(duì)數(shù)時(shí)，同步轉(zhuǎn)速便會(huì)隨之改變，進(jìn)而改變轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)速。 變極調(diào)速既可應(yīng)用于三相鼠籠式電動(dòng)機(jī)，也可應(yīng)用于三 相繞線式電動(dòng)機(jī)。根據(jù)電機(jī)原理可知，電動(dòng)機(jī)定子電流 產(chǎn)生的磁極與轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的磁極必須對(duì)應(yīng)，鼠籠式電 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的磁極可以自動(dòng)與定子繞組變極前后的磁 課 題 二 電氣控制電路的基本環(huán)節(jié) 建筑電氣控制技術(shù) 極對(duì)應(yīng)變化。而對(duì)于繞線式電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，在改變定子繞 組的磁極時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組的磁極也要做出相應(yīng)改變，這往 往在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)較難實(shí)現(xiàn)，因此，變極調(diào)速多應(yīng)用于鼠籠 式電動(dòng)機(jī)。 1 變極調(diào)速的控制要求 三相異步電動(dòng)機(jī)往往采用兩種方法變更繞組磁極對(duì)數(shù) ：一種是改變每相定子繞組的連接關(guān)系；另一種是在定 子上設(shè)置具有不同磁極對(duì)數(shù)的兩套互相獨(dú)立的繞組。這 兩種方法也可以應(yīng)用在同一臺(tái)電動(dòng)機(jī)上，以獲得較多的 速度變化，例如，電梯專用電動(dòng)機(jī) JTD系列的變極調(diào)速可 以實(shí)現(xiàn)三速和四速調(diào)速。改變每相定子繞組的連接關(guān)系 實(shí)現(xiàn)變極的方法如圖 。 課 題 二 電氣控制電路的基本環(huán)節(jié) 建筑電氣控制技術(shù) 圖 4/2極的單繞 組雙速電動(dòng)機(jī)定子繞組接線示意 圖，其中圖 （ a）將電動(dòng)機(jī)定子繞組的 U V W1 三個(gè)接線端子接三相電源，而將電動(dòng)機(jī)定子繞組的 U V W2三個(gè)接線端子懸空，每相繞組的兩個(gè)線圈串聯(lián) ，三相定子繞組為△連接，此時(shí)磁極為 4極，同步轉(zhuǎn)速為 1500 r/min，為低速接法。 課 題 二 電氣控制電路的基本環(huán)節(jié) 建筑電氣控制技術(shù) 若要電動(dòng)機(jī)高速工作時(shí)，可接成圖 （ b）形式，將 電動(dòng)機(jī)定子繞組的 U V W2三個(gè)接線端子接三相電 源，而將另外 3個(gè)接線端子 U V W1分別連在一起， 這樣連接以后原來(lái)三相定子繞組的△連接立即變?yōu)殡p Y連 接，此時(shí)每相繞組的兩個(gè)線圈為并聯(lián)，磁極為 2極，同步 轉(zhuǎn)速為 3000 r/min。此種接法電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是低速時(shí)的 2 倍。 從圖 ，要實(shí)現(xiàn) 4/2極的 變化，需要三個(gè)接 觸器，分別用做 4 YY變換 和 YY運(yùn)行時(shí)的電源連接。顯然，前一個(gè)接觸器與后兩個(gè) 接觸器分別在不同速度下通電。 課 題 二 電氣控制電路的基本環(huán)節(jié) 建筑電氣控制技術(shù) 圖 電動(dòng)機(jī)三相定子繞組 /YY接線圖 (a) 低速 — △ 接法 (4極 )。(b) 高速 — YY接法 (2極 ) 課 題 二 電氣控制電路的基本環(huán)節(jié) 建筑電氣控制技術(shù) 2 控制電路分析 合上電源開(kāi)關(guān) QS，按下低速起動(dòng)按鈕 SB1，低速接觸 器 KM1線圈通電，其觸頭動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)定子繞組作△連 接，電動(dòng)機(jī)以 1500 r/min低速起動(dòng)。 當(dāng)需要換成 3000 r/min的高速時(shí)，按下高速起動(dòng)按鈕 SB2，接觸器 KM1先斷電釋放，高速接觸器 KM2和 KM3 的線圈同時(shí)通電，電動(dòng)機(jī)定子繞組換接成雙 Y連接，電動(dòng) 機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)。為了保證 KM2和 KM3同時(shí)通電，控制電路 的自鎖是由 KM1與 KM2的輔助常開(kāi)觸頭串聯(lián)來(lái)完成的。 圖 ，在實(shí) 際應(yīng)用中也可以通過(guò)時(shí)間繼電器自動(dòng)控制。采用時(shí)間繼 電器自動(dòng)控制雙速電動(dòng)機(jī)的控制電路如圖 。 課 題 二 電氣控制電路的基本