繞線式電動機的控制研究

【摘 要】與鼠籠式異步電動機相比，繞線式異步電動機具有良好的啟動和調速性能，一般用于需要經常啟動、調速和啟動轉矩較大的生產機械上，如礦井提升機、帶式輸送機及礦井大中型絞車等。

【關鍵詞】繞線式；電動機控制

0.前沿

繞線式異步電動機常用的啟動方法是在轉子回路串人三相電阻或串人頻敏變阻器，前看多用于需要調速的場合。

1.繞線式電動機串電阻啟動工作原理

繞線式異步電動機的轉子繞組可通過3個滑環與外電路連接。所以，啟動時可在電動機外電路串人不同的電阻，以改善它的啟動性能。

電動機啟動時轉子回路接人全部電阻。在啟動過程中，隨著電動機轉速的升高，逐段將轉子電阻切除（通過控制接觸器將電阻短接），最后將轉：子繞組短接。根據電阻切除的方法不同，可分為三相平衡切除和不平衡切除兩種。如果三相啟動電阻對稱，每次切除量也對稱，稱為平衡啟動電阻，如果三相電阻不對稱，每次切除量也不對稱，稱為不平衡啟動電阻。不平衡啟動電阻一般用于不經常啟動的小容量電動機，且多為手動控制。大容量電動機則多采用平衡啟動電阻啟動。

轉子串入電阻后，一方面使轉子電流減小，從而使啟動電流減小：另一方面轉子回路的功率因數得到改善，因而使啟動轉矩增大。所以這種方式允許在重載下啟動。

電動機轉串平衡啟動電阻啟動時的特性曲線。啟動時，轉子串入全部電阻，電動機工作在R1特性曲線的1點，對應的啟動轉矩為M1。因為啟動轉矩M1大于電動機負載轉矩ML，所以電動機開始加速，工作點沿R1特性曲線上升。隨著轉速的升高，電動機轉矩減小，當運行到2點時，由外電路控制使接觸器觸點1KM閉合，切除第一段電阻，此時2點對應酶轉矩稱為切換轉矩M2。由于轉速慣性，電動機將工作在R2曲線上的3點，對應轉矩為M1，則電動機加速。當轉速上升到4點時，又對應電動機的切換轉矩，外電路控制使觸點2KM閉合，切除第二段電阻，工作點平移至5點后沿R3特性曲線上升。如此一段一段地切除電阻，電動機就在不同的曲線上加速，最后將所有串接電阻全部切除，電動機穩定工作在固有特性曲線的額定工作點N，從而完成啟動過程。

啟動電阻根據需要分成若干段，段數越多，平均啟動轉矩越大，啟動時的轉矩波動越小，啟動越平穩。

繞線式電動機轉子串電阻的控制電路。它是按電流（轉矩）的變化控制接觸器動作來逐段切除啟動電阻的。

電路中電動機電流由主電路電流互感器TA二次所接的三相電流繼電器KA取得，繼電器的吸合電流整定為切換轉矩M2對應的電流I2。

啟動前，閉合電源隔離開關QS，接通控制回路，各接觸器和繼電器均為無電狀態。

啟動時，按下啟動按鈕SBq，主接觸器KM閉合，電動機串人全部電阻啟動；輔助觸點KM1閉合，形成自保；觸點KM2閉合，為中間繼電器1K通電做準備。

電動機啟動瞬間，由于啟動電流I大于切換轉矩對應的電流I2，使電流繼電器KA吸合，其觸點KA2打開，各加速接觸器（控制啟動電阻的接觸器）暫不能送電；觸點KA1閉合，電流從控制電源Ll端→觸點KA1→2K2→1K2→KM2→中間繼電器1K→電源L3端，使中間繼電器1K有電吸合。

繼電器1K有電吸合后，引起以下觸點變化：

（1）觸點1K1閉合，形成自保；

（2）觸點1K2打開，切斷以上繼電器1K通路，保證繼電器2K仍受電流繼電器常開觸點KAl控制；

（3）觸點1K3閉合，使第一級加速接觸器1KM處于待通狀態。

電動機啟動后，隨著轉速的上升，啟動電流（轉矩）下降到I2時，電流繼電器KA釋放，其觸點KA1打開，暫緩中間繼電器2K通電；觸點KA2閉合，電流從電源Ll端→KA2→2KM2→1KM2→已閉合的1K3→接觸器1KM→電源L3端，使第一級加速接觸器1KM有電吸合，引起以下觸點變化：

（1）主觸頭閉合，切除第一段加速電阻。

（2）觸點1KM1閉合，形成自保。

（3）觸點1KM2打開，切斷以上電流通路，保證接觸器2KM仍受電流繼電器常閉觸點KA2控制。

（4）觸點1KM3閉合，使中間繼電器2K處于待接通狀態。

電動機切除第一段電阻后，主電路電流又一次增大，使I>I2電流繼電器KA又一次吸合，其觸點KA2打開，保證接觸器2KM和3KM暫不通電；常開觸點KA1閉合，處于待接通狀態的中間繼電器2K有電吸合：其觸點2K1自保，觸點2K2打開，作用同于1K2；觸點2K3，閉合，使第二段加速接觸器2KM待接通。

隨著轉速的上升，主電路電流I下降到I2時，電流繼電器KA又一次釋放，其觸點KAl打開，暫緩繼電器3K通電；觸點KA2閉合，第二段加速接觸器2KM有電吸合，主觸頭閉合，切除第二段電阻；觸頭2KM1閉合，形成自保，觸頭2KM2打開，作用同于1KM2；觸頭2KM3閉合，使中間繼電器3K處于待接通狀態。

經過相同過程切除第三段電阻后，電動機在額定狀態下穩定運行。

停車時，按下停止按鈕SBt，主接觸器KM失電，主觸頭斷開，電動機停車，觸點KM2打開，各中間繼電器、加速接觸器相繼斷電釋放，為下一次啟動做準備。

2.繞線式電動機串頻敏變阻器啟動

繞線式異步電動機串頻敏變阻器啟動，具有啟動電流小，啟動轉矩大，啟動過程損耗小等特點。

頻敏變阻器是一種特殊的鐵心電抗器，它可等效成電阻與感抗的并聯電路，所以這是一種轉子回路串接阻抗的啟動方法。

頻敏變阻器等值電路，rb為頻敏變阻器線圈電阻；Rp是反映頻敏變阻器鐵心損耗的等效電阻，頻率越高，鐵損越大，則Rp，越大；XL是頻敏感抗。

開始啟動時，電動機轉速n=o，則轉子電流頻率最高，頻敏變阻器阻抗最大；此時，XL>Rp，電流/大部分流過Rp，相當于轉子回路串接電阻啟動，因而啟動電流得到限制，且啟動轉矩較大。隨著轉速n的升高，轉子電流頻率降低，XL，Rp的值減小，相當于連續自動減小啟動阻抗。當轉速繼續上升，轉子電流頻率進一步降低，并使XL

轉子回路串接頻敏變阻器啟動的控制電路。該電路用于繞線式電動機的不可逆控制。它由主回路和控制回路兩部分組成。控制回路中的時間繼電器KT用于控制頻敏變阻器串人轉子回路啟動的時間。

啟動前，首先閉合自動開關Q，主回路有電；閉合開關SA，控制回路有電，綠色指示燈HG亮。

啟動時，按下啟動按鈕1SB，接觸器1KM有電吸合；主觸頭閉合，電動機轉子串人頻敏變阻器RF啟動；常開觸點1KM1閉合，形成自保；觸點1KM2閉合，紅色指示燈亮，表示電動機正在啟動；觸點1KM3閉合，時間繼電器KT有電，其常開觸點經一段延時后閉合，接通中間繼電器K。

中間繼電器有電后，通過其常開觸點使接觸器2KM有電吸合，其主觸頭閉合切除頻敏變阻器；同時輔助觸點2KM1打開，綠色指示燈HG滅，表示電動機降壓啟動結束且進入全壓運行狀態。

停車時，按下停止按鈕2SB，接觸器1KM失電，主觸頭斷開，電動機停轉；同時其他繼電器、接觸器恢復原態，為下次啟動做準備。

需要注意的是，由于電動機啟動電流較大，頻敏變阻器容易發熱，所以轉子回路串頻敏變阻器啟動方法只能用于電動機的偶爾啟動。