第七章 三相异步电动机的控制和保护电路

1、第七章 三相异步电动机的控制和保护电路教学重点：三相异步电动机的降压启动控制电路，正、反转控制电路及其工作原理。以及三相异步电动机的保护环节。教学难点：能熟练分析三相异步电动机的降压启动控制电路和正、反转控制电路的工作过程和基本原理。教学目标：通过本章的学习能正确、熟练分析三相异步电动机的基本控制电路的构成及其工作原理，学会安装和调试各类三相异步电动机的基本控制电路。了解三相异步电动机常用的保护电路。在各行各业广泛使用的电气设备和生产机械中，其自动控制电路大多以各类电动机和继电器、接触器、按钮、保护元件等器件组成。这些控制电路无论是简单还是复杂，一般都是由一些基本控制环节组成，在分析电路原理和

2、判断其故障时，一般都是从这些基本控制环节入手。因此我们本章着重介绍三相异步电动机的控制和保护电路。7.1 三相异步电动机的启动控制电路启动是指异步电动机接通电源后转速从零逐渐上升到稳定转速的过程。异步电动机启动时，电流为额定电流的57倍（Ist=(57)In）。将对电网及其他设备造成一定的影响。因此拖动系统要求异步电动机在满足启动转速的前提下，尽量降低启动电流。实际应用中，三相异步电动机常用的启动方法有直接启动和降压启动。7.1.1直接启动及控制电路直接启动指的是电动机直接电源进行启动。这种启动方法简单、经济，启动时间短，但是启动电流大。一般只适用于小容量电动机。如图71所示是三相异步电动机直

3、接启动的控制电路图。如图71（a）所示为刀开关控制电路，电路中的熔断器用作短路保护。生产车间中常使用这种控制电路。如图71（b）所示为单向点动控制电路，它由主电路和控制电路两部分组成。主电路是指电动机所在的电路，一般工作电流较大，由刀开关、熔断器、交流接触器的主触点及电动机组成；控制电路工作电流较小，由按钮和接触器的线圈组成。（a）刀开关控制电路 （b）单向点动控制电路 （c）单向连续运行控制电路图71 三相异步电动机单向控制电路电路工作原理为：先合上电源开关QS启动过程：按下启动按钮SB2接触器KM线圈通电KM主触点闭合电动机M启动运行停止过程：松开按钮SB2接触器KM线圈断电KM主触点断开

4、电动机M失电停转点动控制电路在工业生产中应用较多，电动葫芦和机床工作台的上、下移动等控制电路通常采用点动控制电路。如图71(c)所示为单向连续运行控制电路。其电路工作原理为：先合上电源开关QS启动过程：按下启动按钮SB2接触器KM线圈通电KM主触点闭合电动机M启动运行。停止过程：松开按钮SB2接触器KM线圈断电KM主触点断开电动机M失电停转。如图71(c)所示为单向连续运行控制电路。其电路工作原理为：先合上电源开关QS启动过程：KM主触点闭合按下启动按钮SB2接触器KM线圈通电 电动机通电工作 KM常开辅助触点闭合当松开SB2时，由于KM的常开辅助触点闭合，控制电路仍然保持接通，所以KM线圈继

5、续得电，电动机M实现连续运转。我们把这种利用接触器KM本身常开触点而使线圈保持得电的控制方式叫做自锁。与启动按钮SB2并联的常开辅助触点称为自锁触点。停止过程： KM主触点断开按下停止按钮SB1接触器KM线圈断电 电动机失电停转 KM常开辅助触点断开电路具有熔断器进行的短路保护，热继电器进行的过载保护，接触器兼有的欠压、失压保护。7.1.2 降压启动及控制电路所谓降压启动，就是利用某些设备或者采用电动机定子绕组换接的方法，启动时降低加在电动机定子绕组上的电压，启动后再将电压恢复到额定值，使之全压运行。对于较大容量（大于10KW）的电动机一般采用降压启动。三相异步电动机常用的降压启动方法有定子串

6、电阻降压、-降压、自耦变压器降压启动几种。虽然方法各异，但目的都是为了减小启动电流。下面详细介绍-降压启动。三相笼型异步电动机-降压启动控制电路如图72所示。（a）主电路 （b）控制电路图72 -降压启动控制电路图72所示为-降压启动控制电路，图中主电路由3组接触器组成。主触点分别将电动机的定子绕组接成形和形。即KM1、KM3主触点闭合时，绕组接成形；KM1、KM2闭合时，绕组接成形。两种接线方式的切换要在很短的时间内完成。因此在控制电路中采用时间继电器实现定时自动切换。电路工作原理为：先合上电源开关QS(1) 降压启动运行 KM1自锁触点闭合 KM1线圈通电吸合 KM1主触点闭合 定子绕组接

7、成Y按下启动按钮SB2 电动机降压启动 KM3主触点闭合 KM3线圈通电吸合 KM3联锁触点断开保证KM2线圈断电 KT常闭触点延时断开保证KM3线圈断电 KT线圈通电吸合 KT常开触点延时闭合 KM2自锁触点闭合 KM2主触点闭合 定子绕组接成， KM2线圈通电吸合 电动机全压运行 KM1主触点已闭合 KM2联锁触点断开（1） 停止按下停止按钮SB2控制电路断电KM1、KM2、KM3线圈断电电动机M断电停转。（2） 电路中，如果线圈KM2、KM3同事得电，其主触点都将闭合，造成电源短路。因此把KM2常闭触点串入KM3线圈回路，把KM3常闭触点串入KM2线圈回路。我们把这种联锁称为互锁。KM2

8、、KM3的常闭触点称为互锁触点。7.2 三相异步电动机的正、反转控制电路生产实践中，许多生产机械要求电动机能反转，从而实现可逆运行。如机床主轴的正向和反向运动，工作台的前后运动等。由电动机原理可知，三相异步电动机的三相电源进线中任意两相对调，电动机就可反向运转。实际运用中，通过两个接触器改变定子绕组相序来实现正反转。如图73所示。三相异步电动机的正反转控制电路如图73所示。图73 三相异步电动机的正反转控制电路电路工作原理为：先合上电源开关QS1、 正转控制： SB2常闭触点先分断，切断反转控制电路，对KM2联锁按下正转启动按钮SB2 SB2常开触点闭合KM1线圈得电 KM1自锁触点闭合自锁

9、电动机M启动 KM1主触点闭合 连续正转 KM1联锁触点分断，切断反转控制电路，起到对KM2联锁作用 2、 反转控制： KM1自锁触点解除自锁 电动机M SB3常闭触点KM1线圈失电 KM1主触点分断 失电停转按下反转 先分断启动按钮SB3 KM1联锁触点恢复闭合 SB3常开触点后闭合 KM2自锁触点闭合 电动机M启动连续反转KM2线圈得电 KM2主触点闭合 KM2联锁触点分断，切断正转控制电路，起到对KM1联锁作用3、 停止控制：停止时，按下停止按钮SB1,控制电路失电，接触器KM1或KM2主触点分断，电动机M失电停转。此正反转电路具有双重联锁功能，集中了电气联锁和机械联锁的两种正反转电路的

10、优点。此电路可以直接实行“正反停”的控制。不但操作简单方便，而且能安全可靠地实现正反转运行。是机床电气控制中经常采用的电路。7.3 三相异步电动机的调速控制电路调速是指用人为地方法来改变异步电动机的转速。由转差率的计算公式可得：nn0(1-s)=(1-s)由上式可知，改变三相异步电动机的转速方法有：改变磁极对数P,改变转差率S,改变电源频率飞f。目前广泛使用的调速方法是变更定子绕组的极对数，因为极对数的改变必须在定子和转子上同时进行，因此对于绕线式转子异步电动机不太适用。由于鼠笼转子异步电动机的转子极数是随定子极数的改变而自动改变的。变极时只需要考虑定子绕组的极数即可。因此，这种调速方法只适用

11、于鼠笼转子异步电动机。常用的多速电动机有双速、三速、四速电动机，下面以双速电动机为例来分析这类电动机的变速控制。1、双速电动机定子绕组的连接这种电动机定子绕组有6个出线端。若将电动机定子绕组三个出线端U1、V1、W1分别接三相电源，而将U2、V2、W2三个出线端悬空，如图74（a）所示，则电动机的三相定子绕组接成三角形，此时每相得两个绕组相互串联，电流方中的虚线箭头所示。磁极为4极，同步转速为1500r/min；为低速。 (a) 低速形接法 （b）高速YY形接法图74 4/2极/YY形的双速电动机定子绕组接线图若将电动机电子绕组的U2、V2、W2三个出线端分别接三相电源，而将U1、V1、W1三

12、个出线端接成双YY形，此时每相两个绕组并联。电流方向如图中实线箭头所示，磁极数为2极，同步转速为3000r/min；为高速。可见双速电动机高速运转时的转速时低速的二倍。2、双速电动机控制电路如图75所示。图75 双速电动机控制电路电路工作原理为：低速运行时：合上电源开关QS SB2常闭触点先分断，对KM2、KM3联锁 按下低速 KM1联锁触点分断对按钮SB2 KM2、KM3联锁 SB2常开触点后闭合KM1线圈得电 KM1主触点闭合 KM1自锁触点闭合 电动机M接成形低速运行高速运行时：合上电源开关QS KM1自锁触点解除自锁 SB3常闭触点先分断KM1线圈失电 KM1主触点分断 按下高速按钮S

13、B3 KM1联锁触点恢复闭合 SB3常开触点后闭合 KM2、KM3联锁触点分断解除对KM1联锁 KM2、KM3线圈同时得电 KM2、KM3自锁触点闭合自锁KM2、KM3主触点闭合 电动机接成YY形高速运行 停转时，只需按下停止按钮SB1就可。7.4 保护电路三相异步电动机控制电路除了能满足被控设备生产工艺的控制要求外，还必须考虑到电路有发生故障和不正常工作情况的可靠性。因为发生这些情况时会引起电流增大，电压和频率降低或升高、损毁。因此，控制电路中的保护环节是电动机控制系统中不可缺少的组成部分。常用的保护电路有短路保护、过载保护、过电流保护、失电压保护和欠电压保护等。1、短路保护在电动机控制系统

14、中，最常用和最危险的故障是多种形式的短路。如电器或线路绝缘遭到损坏、控制电器及线路出现故障、操作或接线错误等，都可能造成短路事故。发生短路时，线路中产生的瞬时故障电流可达到额定电流的十几倍道几十倍，过大的短路电流将会使电器设备或配电设备受到损坏，甚至因电弧而引起火灾。因此，当电路出现短路电流时，必须迅速、可靠地断开电源，这就要求短路保护装置应具有瞬时动作的特性。短路保护的常用方法是采用熔断器和低压断路器保护装置。2、过电流保护过电流保护是区别于短路保护的一种电流型保护。所谓过电流是指电动机或电器元件在超过其额定电流的状态下运行，一般比短路电流小，不超过6倍的额定电流。在电动机的运行过程中产生这

15、种过电流，比发生短路的可能性要大，特别是对于频繁起动和正反转、重复短时工作时的电动机更是如此。过电流保护常用过电流继电器来实现，通常过电流继电器与接触器配合使用，即将过电流继电器线圈串接在被保护电路中，当电路电流达到其整定值时，过电流继电器动作，而过电流继电器常闭触点串接在接触器线圈电路中，使接触器线圈断电释放，接触器主触点断开来切断电动机电源。这种过电流保护环节常用于直流电动机和三相绕线转子异步电动机的控制电路中。3、过载保护过载是指电动机在大于其额定电流的情况下运行，但过载电流超过额定电流的倍数要小些。通常在额定电流的1.5倍以内。引起电动机过载的原因很多，如负载的突然增加，缺相运行以及电

16、网电压降低等。若电动机长期过载运行，其绕组的温升将超过允许值而使绝缘材料变脆、老化、寿命缩短，严重时会使电动机损坏。过载保护装置要求具有反时限特性，且不会受电动机短时过载冲击电流或短路电流的影响而瞬时动作，所以通常用热继电器作过载保护。当有6倍以上额定电流通过热继电器时，需经5秒后才动作，这样在热继电器未动作前，可能使热继电器的发热元件先烧坏，所以在使用热继电器作过载保护时，还必须装有熔断器或抵压断路器的短路保护装置。由于过载保护特性与过电流保护不同，故不能用过电流保护方法来进行过载保护。4、失电压保护当电动机正常工作时，如果由于某种原因而发生电网突然断电，这时电源电压下降为零，电动机停转，生

17、产设备的运动部件也随之停止。由于一般情况下操作人员不可能及时拉开电源开关。如不采取措施，当电源恢复供电时，电动机便会自动启动运转，可能造成人身及设备事故，并引起电网过电流和瞬间网络下降。为防止电压恢复时电动机的自行启动或电器元件自行投入工作而设置的保护，称为失电压保护。采用接触器和按钮控制的启动、停止，就具有失电压保护作用。这时因为当电源电压消失时，接触器就会自动释放而切断电动机电源，当电源电压恢复时，由于接触器自锁触点已断开，不会自行启动。如果不是采用按钮而是用不能自动复位的手动开关、形成开关来控制接触器，必须采用专门的零电压继电器。工作过程中一旦断电，零电压继电器释放，其自锁电路断开，电源

18、电压恢复时，不会自行启动。5、欠电压保护当电网电压降低时，电动机在欠电压下运行，在负载一定的情况下，电动机主磁通下降，电流增强。时间过长将会使电动机过热损坏同时欠压还会导致一些电器元件释放，使线路不能正常工作。因此，当电源电压降到60%80%额定电压时，将电动机电源切除而停止工作，这种保护成为欠电压保护。除上述采用的接触器及按钮控制方式，利用接触器本身的欠电压保护作用外，还可采用欠电压继电器来进行欠电压保护。其方法是将欠电压继电器线圈跨接在电源上，其常开触点串接在接触器控制回路中。当电网电压低于欠电压继电器整定值时，（吸合电压通常整定值为0.80.85N,释放电压通常整定值为0.50.7N）欠电压继电器动作试接触器释放，接触器主触点断开电动机电源实现欠电压保护。6、断相保护电动机运行时，如