《电机拖动及控制》-第八章

8.1电动机的控制和接线

8.1.1电动机运行的控制

电动机的控制内容有:启动、运行、停车、调速、反转、保护。为实现对电动机的以上控制目标，设置了各种各样的控制系统和装置。控制系统按照原理分为:(1)手动控制—最原始的方法，人工去操作开关和调速、正反转的电器，如拉合刀闸、操作按钮。

(2)继电器一接触器控制系统—利用电磁原理制作成各种装置。继电器能在控制电路上实现命令信号的通、断、延时、报警(音响、灯光)等功能，而接触器则实现电动机主回路的通断功能，基本实现了对电动机控制的自动化和远程操作、集中控制。

(3)顺序控制—对一个多台电动机的拖动系统，按照工艺要求依一定上一页下一页返回8.1电动机的控制和接线

的逻辑程序控制各台电动机的开、停、调速等。利用电子技术、电子元件组成逻辑控制电路。系列化、集成化的可编程序控制器(PLC)在工业过程控制中得到广泛的应用。由于数字逻辑系统的运算精确性和运行的高速性能(按照不同设计，被控参数可以精确到10-8单位，速度可以达到1010次/s)，因此在产品质量和产量控制过程中能够达到人工根本无法达到的程度。【例8-1】一条用于输送石灰石的输送式皮带长廊，运输距离为21km，共分为10段皮带，每段由3台155kW电动机拖动，3台电动机分别承担张紧皮带、启动皮带和维持运转的任务。从长廊首端的装料站到末端的卸料机，10站的皮带必须严格按照预定程序开停。整个系统只需在中央控制室由操作人员通过控制按钮下达运行命令，堆料机上一页下一页返回8.1电动机的控制和接线

系统首先启动，而后从下到上依次启动各站皮带的电动机，全系统完成启动后，延时2min，高压电动机带动的破碎机开启，即开始喂料，系统进入正常生产运行状态。自动化系统对各台电动机的运行状态具备检测和自我诊断功能，如某台电动机出现过负荷跳闸，中央控制机立即发出声光报警信号，并显示出故障的位置和类型，由维护人员去排除。上一页下一页返回8.1电动机的控制和接线

8.1.2电动机的接线图对电动机的控制原理，常用接线图来说明。接线图一般分主回路接线图和控制回路接线图。主回路接线图包括电动机绕组的连接形式(Y或△)、主回路的隔离开关、负荷开关、电压电流检测装置和保护装置的连接方式。主回路接线也称为一次接线，而控制、检测、显示、报警等回路称为二次接线。下面给出常用的电动机基本控制电路。1.接触器点动单向旋转的控制电路如图8-1所示为接触器点动单向旋转的控制电路，电流从三相电源L1,L2,L3，经过电源开关QS、熔断器FU1和接触器KM到电动机M，这个电路叫做主电路。另一个是由按钮SB、接触器KM线圈及熔断器FU2所组成的电路，它控制主电路的通或断，称为控制电路或控制回路，又称辅助电路。上一页下一页返回8.1电动机的控制和接线

当电源开关QS合上后，按下启动按钮SB，接触器KM的线圈获电，接触器的铁心对衔铁产生电磁吸力，衔铁使接触器KM的三付常开触头闭合，电动机M接通电源，按照正转方向启动运行。当松开按钮SB时，接触器KM的线圈失电，衔铁释放，使三付主触头断开，电动机M断电停转。要使电动机M长期运行，启动按钮SB必须一直按着，否则接触器KM的线圈无法长期通电，电动机M也就不可能继续不断地运转。这种依靠启动按钮始终按着，电动机才能持续运转的控制电路，称为点动控制电路。各种绕线车、小型车等就经常采用这种点动控制电路。利用接触器来控制电动机的优点是:上一页下一页返回8.1电动机的控制和接线

(1)可以大大减轻工人的劳动强度，提高劳动生产率。(2)只要操纵小电流的控制电路就可以控制大电流的主电路。(3)可以用来实现远距离控制和自动化。2.单方向运转的启动控制电路如图8-2所示为单方向运转的启动控制电路。本电路是一个具有过载保护的单向启动控制电路。合上电源开关QS后，当按下启动按钮SB2时，接触器KM线圈得电吸合，使其二付常开主触头闭合，电动机M获电运转。当需要停机时，按下SB1，接触器KM线圈失电，其三付主触头断开，电动机即断电停转，与此同时，其自锁触头也断开。所以，电动机M失电停转。上一页下一页返回8.1电动机的控制和接线

图8-2中FR为热继电器的热元件，负荷电流流过热元件，正常工作时，热元件不动作，继电器的常闭触点是闭合状态，当电动机过载时，电流增大，经过一段时间，热元件受热变形，通过机械杠杆，将常闭触点断开，切断KM的线圈回路，接触器断开，从而起到了过载保护的作用。如果要使电动机M再次启动，必须等双金属片(即电热元件)冷却并恢复原状后，再按复位按钮(也有自动复位型号的)使热继电器FR的常闭触点闭合。3.正反向启动控制电路

图8-3(a)是正反向启动控制电路。控制电路中，KM1与KM2两副常闭触头作为连锁触头。当按下按钮SB2后，接触器KMl线圈获电吸合，其三副常开主触头KM1闭合，电动机M正向启动，同时串接在上一页下一页返回8.1电动机的控制和接线

接触器KM2电路中的一副KM1常闭触头断开，保证了当按下按钮SB3时，接触器KM2线圈不会获电吸合。同理，如果接触器KM2线圈获电吸合，接触器KMl线圈也不会获电吸合，故能确保主电路的相间不会发生短路。此种电路的不足之处是操作不方便，因为要改变电动机的转向，必须按两次按钮。图8-3(b)是用按钮的常闭触头作为连锁保护的正反向启动控制电路。当接触器KMl线圈获电吸合后，电动机正向启动。若要电动机反向启动，只要按下SB3，则串接在接触器KM1线圈电路中的一副SB3常闭触头先断开，使接触器KMl线圈失电释放，电动机M断电惯性运转，但随即按钮SB3的一副常开触头闭合，接触器KM2线圈获电吸合，电动机M立即获电做反向启动。因此，这样既保证了接触器KMl和KM2上一页下一页返回8.1电动机的控制和接线

不会同时通电，又可不按停止按钮而直接按反转按钮进行反向启动。此种电路的优点是操作方便，缺点是若正转接触器KM1的主触头一旦发生熔焊而不能分断时，如再直接按反转按钮SB3，就会发生短路故障。如果将图8-3(a)和图8-3(b)两个电路的优点结合起来，可组成图8-3(c)所示的复合连锁正反向启动控制电路。4.交流电动机的基本控制电路应用举例

CA6140型车床应用较广，其控制电路如图8-4所示。CA6140型车床的主轴电动机容量为7.5kW，冷却泵电动机的容量为90W，刀架快速移动电动机的容量为250W。其工作原理如下:合上电源开关QSl，按下启动按钮5132，接触器KM1线圈获电吸合，其三副常开上一页下一页返回8.1电动机的控制和接线

主触头闭合，电动机M得电启动运转。与此同时，接触器KM1的两只常开触点闭合，达到自锁和做好接触器KM2的吸合准备工作。将转换开关SA接通，接触器KM2线圈获电吸合，其三副常开主触头闭合，冷却泵电动机得电运转。当需刀架快速移动时，只要按下按钮SB3，接触器KM3线圈获电，其三副主触头闭合，电动机运转，拖动刀架快速移动。电路中热继电器FR1和FR2作电动机的过载保护。上一页返回8.2电动机安装注意事项

(1)开箱运输中注意事项:附件(轴键、地脚螺栓、专用套筒、电刷、弹簧等)齐全。

(2)打开轴承端盖，检查润滑脂是否足量、符合牌号，有些电动机出厂时所加润滑脂过量，会导致运行中发热。

(3)地脚螺栓或滑道尺寸的测量和校准。

(4)电源线的位置必须保证人身安全和维修方便，预埋管线必须和电动机接线盒的位置相配合。(5)采用联轴节的电动机必须校正联轴节两侧轴的中心线是否完全重合，否则会引起振动。校正完成后，用人工盘车至少两圈。

(6)待装电动机的检查项目。

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①外观有无碰撞或跌落造成的损伤或变形，端盖螺栓、风罩螺栓、接线盒等有无松动。②电动机必须做的预防性试验如绝缘电阻、耐压、绕组首尾的校对、直流电阻等记录是否齐全准确。③对经过大修或重新组装的电动机，必须测量定子和转子的气隙，并做记录。

(7)接线。定子接入电源线时要注意定子绕组的接线方式必须和名牌标注的方式一致，实际上经常发生将星形和三角形接错的情况。特别是采用Y/△变换降压启动装置6个线头和两台接触器的连接，一定要将绕组头尾顺序正确连接。上一页下一页返回8.2电动机安装注意事项

①定子绕组头尾判别方法如下:首先用万用表找出同一相绕组的两个端子，做出记号。然后将任意两相的绕组串联，第三相接220V灯泡，从串联的两相加220V电压，灯亮，说明串联的两相为正序连接，即是头尾相连，任意选头尾做出对应的记号，如用布条写A-X,B-Y,C-Z等拴好。调换第三相，即可找出头尾。其原理很简单，不转的电动机是一个变压器，正序连接，第二相感应出100V电压。反序连接感应电压为零。②绕线电动机转子的外部连线，一般因电动机容量大，采用多根导线并接，容易发生不同相的导线连到短接接触器的同一接线柱造成短接启动。上一页返回8.3通电和试运转

通电试车的顺序如下所述。1.空载运转将联轴节打开，电动机空转。其目的是:(1)检查操作控制电路是否灵敏可靠。(2)判断电动机旋转方向是否正确。(3)测量空载电流是否正常。(4)观察电动机运行是否平稳。对功率较大的电动机，必须检查冷却风的风向，正确的风向应当是从电动机的两端进风，从中间排风，否则，带负荷以后会影响电动机的温升。下一页返回8.3通电和试运转

2.带负荷运转将联轴节恢复连接，按照操作规程的开机顺序启动电动机。眼看电压表、电流表，耳听声音，手摸振动，鼻闻气味。感觉冷却风向、地脚振动、轴承温升。下面以实例说明试车过程中如何发现问题并加以排除。

【例8-2】一台45kW鼠笼电动机，经减速机拖动螺旋输送泵。电动机完成安装后，空转正常。连接减速机以后，电动机启动困难，甚至堵转。检查设备，用手可以轻松盘动，排除了机械负载的问题。检查电动机定子接线，原来是误将三角形接成星形，电动机的功率降到额定功率的三分之一，改接后试车正常。

表8-1列出了试车过程中常见故障和处理方法。上一页返回8.4电动机的保护和试验

8.4.1电动机的保护种类及试验1.电动机的保护种类低压电动机一般设有:过负荷保护、过电流保护、短路保护、失压保护。高压电动机除以上4种保护外，还有低电压保护、接地保护、绝缘保护。2.电动机试验电动机试验包括完成安装通电试车前的试验和日常维护中的试验，应当进行的步骤有以下几个。

(1)绝缘测试。

(2)相序和绕组头尾的测试。下一页返回8.4电动机的保护和试验

(3)直流电阻的测量。(4)运行中的电流、电压和功率的测量。(5)空载试验以测定铁损耗、励磁电阻、励磁电抗。(6)堵转试验以测定铜损耗和短路电阻、短路电抗。3.电动机维护常用的仪器仪表(1)万用表;(2)钳形电流表;(3)直流双臂电桥;(4)兆欧表。上一页下一页返回8.4电动机的保护和试验

8.4.2测试1.测试方法

(1)绝缘水平:测量绕组相间、对地的绝缘电阻值，一般采用兆欧表(摇表)进行，注意正确选择兆欧表的额定电压和电动机电压的匹配500V,1000V兆欧表只适用于低压电动机(380V),2500V兆欧表适用于高压电动机(6kV\10kV)，这是经常进行的检测。一般低压电动机，其对地绝缘电阻在0.5MΩ以上即认为合格;高压电动机其绝缘电阻在2MΩ以上为合格。(2)耐压和泄流:是在出厂试验和定期预防试验中必须进行的项目。给电动机定子加上2倍以上的额定交流电压，持续1min，观察是否有击穿现象。如果由于试验变压器容量有限，可以不做交流耐压，而以直上一页下一页返回8.4电动机的保护和试验

流泄流测定代替。此时，应当将试验电压分成5段，逐次加压，每加一段，停留1min，读取泄漏电流数值，如果泄漏电流增加很快，则应中断试验，分析检查原因，不能贸然加压，以免将设备绝缘击穿。

(3)直流电阻测定:用双臂电桥测量各相的直流电阻是否平衡。

(4)空载试验:测定电动机的铁损耗、计算励磁电抗和电阻。判断内部接线及匝数是否正确以及铁心的质量、定子转子的气隙是否符合标准。一般对低压电动机不做空载试验。2.空载试验步骤

(1)按图接线。由于电动机的空载损耗包括励磁损耗和摩擦、风阻等机械损耗，比变压器的空载损耗大得多(约为额定功率的30%左右)，所以仪表的损耗可忽略不计，接入的顺序无关紧要，而变压器的空载试验接入表计的顺序却很重要。上一页下一页返回8.4电动机的保护和试验

(2)电动机空载，将电流互感器的二次短路刀闸K合上，给电动机通入额定电压、额定频率的交流电源。

(3)拉开电流互感器短路刀闸K，读出线电压、相电流、输人的功率等数值。(4)通过空载试验可检查内部接线及匝数是否正确，铁心质量以及定子转子气隙是否合格等。3.注意事项(1)如果试验时电压与额定值有偏差，可通过换算折合为额定条件下的电流和功率，即额定电压下的空载电流上一页下一页返回8.4电动机的保护和试验

额定条件下的输入功率式中,UN为额定电压(V);Us为试验时的电压(V);Is为试验时测得的空载电流(A);Ps为测量时功率表的读数(W)。(2)定子绕组的损耗。定子为星形接法时定子为三角形接法时式中，RD为在做空载试验后，立即用电桥测得各相电阻的平均值。上一页下一页返回8.4电动机的保护和试验

(3)试验时确保电源电压的对称和频率稳定。4.短路试验在转子短路而且堵转的情形下，给定子通入电源测定铜损耗，计算短路电阻和电抗。电动机空载试验和短路试验接线图如图8-5、图8-6所示。短路试验是指当转子短路而且被堵转的情况下，给定子通入电源。短路试验接线与空载试验接线完全相同。由于要堵转，为保证安全，试验时外加电压值等于额定电压的15%~30%，使电流最大不超过额定电流的200%。可以用单相进行试验，解决了堵转问题。高压电动机一般也可通入380V电压进行三相或单相试验。由于三相对称性，电压、电流、输入功率均可由单相算出。上一页返回8.5电动机的运行及故障排除

8.5.1电动机启动困难、堵转故障的排除一般电动机的控制电路，都能保证电动机正常加速到额定转速，完成启动过程进入运行状态。电动机启动困难或堵转是电动机启动时的常见故障。所谓出现启动困难，是指按下启动按钮，电动机加速缓慢，启动过程延长，甚至未完成启动，因时间超出保护定值而跳闸。堵转是指按下启动按钮后电动机只是嗡嗡响而不转动。排除方法

(1)确认故障不是负载造成的。一般是打开联轴节，电动机空载启动，听声音、看电流、摸振动。如果正常，多数是由于负载或联轴节故障造成启动困难。下一页返回8.5电动机的运行及故障排除

(2)由于电动机方面造成启动困难的原因如下:①电源电压过低，低于额定电压10%，必造成启动困难。②定子或转子的绕组发生相间、匝间或接地的局部短路故障。③控制线路接线错误。④继电保护装置的整定值发生了变动，如过载、过流、低电压的动作值或整定时间发生了变化。

(3)笼条断裂。铸铝转子的鼠笼电动机，在启动时有个别笼条开裂，启动转矩下降，只是启动时间延长，启动时也不打火，看不出异常现象，因为启动完成后，电流下降，熔化断裂的笼条又连上了。如果怀疑有笼条断裂，可采用以下方法:用三相调压器将电压降到100V左右，在一相上接入电流表，用手慢慢转动电动机，如果笼条没有断裂现象，则电流表指不基本不变;如果有断裂笼条，在转动中电流表会发生大幅度的摆动。此方法适用于电动机功率大、拆装困难的场合。上一页下一页返回8.5电动机的运行及故障排除

8.5.2温升、噪声等故障的排除

电动机在运行中温升增大、噪声增加、手感机座振动大，这3种现象往往联系在一起同时出现。1.判断故障的方法

(1)温升高的原因:从发热部位判断，轴承缺油或跑内外套，从轴承盖即可确定。绕组有局部短路，从出风口可感到明显发热，过载则可从电流表看出。

(2)声音不正常，往往伴随着振动，如果及时处理，会发现轻微的事故隐患，避免重大事故。

【例8-3】1000kW绕线式电动机，正常运转中，巡检工人听声音不正常，但电流变化不大，也不发热，但手感振动大，当机立断停机上一页下一页返回8.5电动机的运行及故障排除

检查，经详细检查发现主轴有制造质量隐患，锻造时有夹层，在停机后起吊时，即发生断轴事故，而且同期购进的7台电动机经详细检查均发现同样的质量隐患。

(3)在电动机带正常负载的情况下，错将三角形接线误接为星形，或星形误接为三角形，都会使电动机发热超出允许范围。

(4)电动机的轴弯曲、转子扫铿、轴承损坏或卡死都会引起异常发热。

(5)通风冷却方面，环境温度过高，电动机内部积灰严重，散热困难引起过热。有些电动机的风叶是倾斜的，具有方向性，如果电动机实际转向与要求相反，冷却风量和风压大大降低，造成电动机过热，电动机的通风口被异物或灰尘堵塞，引起电动机发热严重。上一页下一页返回8.5电动机的运行及故障排除

2.三相电流不平衡电动机三相电流不平衡达到误差超过10%即属于故障，其原因有以下几个。

(1)相电源电压不平衡，相电压偏差超过1000，最严重的是一相缺电，造成单相运转，很快导致电动机烧毁。

(2)绕组并联电路中有一条支路开路，二相阻抗不平衡，电流必然不平衡。

(3)电动机工作环境恶劣，灰尘或固体异物进入绕组，引起相间、匝间、对地短路，但未严重到故障相电流达到跳闸的程度，此时的表现是电流不平衡。

(4)修过的电动机第一次带负荷运行，即出现电流不平衡，最先应怀疑内部绕组某个线圈头尾接反，应打开检查。上一页下一页返回8.5电动机的运行及故障排除

3.拒绝停车这是一种非常危险的故障，因为停车的原因无非是正常停机或因其他环节出现故障，需要紧急停车(如人身事故、机械事故、工艺质量事故)，电动机停不了，势必造成事故扩大，造成严重后果。造成此类故障的原因包括:(1)操作回路保险丝熔断。接触器辅助接点、串联的连锁接点接触不良，甚至接点脱落。

(2)主开关电磁铁剩磁严重，反作用弹簧失效，力量不足。

(3)主触点烧蚀粘连。

【例8-4】一台3400kW绕线电动机，转子回路串接15挡电阻启动，完成启动后，短接接触器主接点被脱落的螺栓帽卡住，电阻长时间接上一页下一页返回8.5电动机的运行及故障排除

在转子回路，发热。温度报警时，盛放电阻器的油箱(内装6t变压器油)已向外冒烟，接触空气，明火火苗达2m多。爆炸危险迫在眉睫。在操作台、机旁、控制站停不了车。迫不得已，操作者在高压开关柜带负荷拉闸(这是操作规程不允许的)。他希望弧光短路使电动机越级跳闸。结果，的确实现了越级跳闸，但弧光造成操作者严重烧伤。虽然避免了严重的爆炸事故，却造成一次工伤事故。最后查明，主开关是少油断路器，导电杆严重弯曲，和梅花接点死死卡在一起，无法断开。正确的做法应该是，紧急断开该变电所上级配电站内到这个变电所的出线开关(少油断路器)。

【例8-5】一台630kW同步电动机拖动100m3空气压缩机，在运转中，值班人员发现电动机冒烟，紧急停车，停不了，立即打电话到厂配电站，值班站长在控制盘上停机，仍不停，电流表急剧摆动，该上一页下一页返回8.5电动机的运行及故障排除

站长果断地跑到高压室，手动打掉开关跳闸铁心，开关跳开，电动机停止转动，现场