徐州机电工程高等职业学校课程设计

§3-2 鼠笼式电动机的控制

江苏徐州机电工程高等职业学校 王庆海

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§3-2 鼠笼式电动机的控制一、应用的广泛性

鼠笼式异步电动机是矿山生产应用较多的一种拖动电动机。根据电动 机转子结构的特点，鼠笼式电动机主要用于不需要调速的生产机械，如采 掘机械、水泵、压风机、通风机等。这些生产机械运行方式比较简单，其 运行过程主要包括起动、停车：正转、反转等。 鼠笼式电动机的起动方式主要有直接起动和降压起动两种。直接起动 具有控制设备简单、操作维护方便等优点，但它的起动电流较大，是额定 电流的4--7倍，因而对电网、电动机及其拖动设备产生较大冲击，特别是 会影响电网的正常运行。为了避免电动机起动对电网的冲击，通常规定不 经常起动的鼠笼式电动机，单机容量不要大于电源容量的30%;对经常起 动的电动机，单机容量不要大于电源容量的20%。

二、启动方式

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分为直接启动和降压启动两种。 降压起动多用于容量较大的鼠笼式电动机，以降低较大的起动电流。降压 起动的主要方法有定子绕组星形接线变三角形接线的Y一△变换起动、延边三 角形接线起动、电阻降压起动、电抗器降压起动、自耦变压器起动等方法。

(一) 直接起动控制将电源直接加在电动机定子绕组上起动的方法称为直接起动。由于电动机直 接承受了电源的额定电压，故也称全压起动。 直接起动可以通过闸刀开关、空气开关、接触器等设备进行控制。闸刀开关、 空气开关的控制是将这些控制设备直接串入电动机主回路进行就地控制，如图3— 5所示。该电路除对电动机进行起动、停车外，电路中的熔断器FU可对电路起短 路保护作用。这种方法一般用于小容量电动机的就地控制。

1.单向控制 对容量较大的电动机，常用接触器、按钮等组成的控制电路。

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图3—6中QS为手动电源隔离开关， 在开关以下部分需要电路检修及更换各 控制电器时用于断开电路；熔断器FU作 为电路的短路保护；接触器KM及其主 触头KM和辅助触点KM,用于控制电动 机的运行和停车；热继电器FR作为电动 机的过载保护；起动按钮SB1,停止按 钮SB2用于电动机的起动和停车控制。 电机起动时，首先闭合隔离开关QS, 使控制回路有电。按下起动按钮SB1, 有电流从电源L3经停止按钮SB2、接触 器线圈KM、按下的起动按钮SB1,回 到电源L11使接触器有电吸合，其主触 头KM闭合，电动机起动运行。同时接 触器辅助常开触点KM1闭合，短接起动 按钮SB1,不致使该按钮松开后，接触 器线圈回路失电，起到保持电流通路的 作用，故称该触点为自保触点。

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需要停车时，按下停止按钮SB2,

断开接触器线圈回路， 接触器KM失电，其主触头断开，切断主回路，电动机停转。 当电动机过载时，过载电流使热继电器FR动作，串 接在控制回路中的热继电器常闭触点FR打开，接触器KM失 电，主触头断开、切断电动机电源，起到保护作用。 电路的失压保护可通过接触器实现。即当正在运行中 的电动机因电网断电而停车后，电网恢复供电时，由于接 触器已断电而电动机不能因此而自行转动，故必须重新按 下起动按钮SB1,电动机才能再次起动，这就可避免因电动 机自行起动而造成不必要的人身、设备事故。 若将电路中接触器的辅助触点KM1的连线断开，即可实 现对电动机的点动控制。

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以上控制电路的工作电压与 主电路是同一等级的电压， 当电动机工作环境较差时 (如环境多水、潮湿),容易 引起触电事故。在这种情况 下可将控制电压通过变压器 降压，以确保人身安全。这 就需要增加一个变压器TC和 一个与变压器二次电压等级 相同的中间继电器K,如右 图所示。图中双极按钮3SB、 4SB是作为远方操作控制的 按钮。

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2.可逆控制 有些生产机械需要正反向运行， 如提升机、绞车等机械设备，这就要 求拖动电动机能及时改变运转方向。 采用可逆控制电路就能实现这种生产 要求。 三相异步电动机旋转方向的改变， 是将三相电源线任意两相对调，以改 变电源的相序使电动机反转。可逆控 制电路主要是实现这一目的。

触 头

真 空 接 触 器

熔 断 器 K A

J D B

护 装阻 置容 保

RC

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可逆控制电路如图3—7所示。 其中两组触头1KM、2KM就是为改 变电源相序而设置的。即当触头 IKM闭合、2KM打开时，电动机正 转；反之，电动机就反转。要特别 注意的是，两组触头绝不能同时闭 合，否则会造成电源直接短路而引 起较大事故。 电路工作时，首先闭合电源隔离 开关QS,使控制回路经主电路的II 端和13端接通电源。电动机正转时， 按下正转起动按钮SBz,有电流从 电源11端经熔断器2FU。一热继电 器常闭触点FR’停止 。

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图3--8是矿用QC83--80N型可逆起动器电气原理图。该电路与以上电路相比，控 制电路电源经变压器变为36V,并可进行远方操作。远方操作由三极按钮组成。 电动机正转起动时，按下按钮SB1,有电流从变压器T的二次5端经起动器本身 停止按钮→正转接触器1KM→联锁触点2KM1→反转起动按钮SB2的常闭触点→ 按下的正转起动按钮SB1常开触点→远方操作停止按钮SB3→变压器二次4端子， 形成电流回路，接触器IKM有电吸合，电动机正转。

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3、联锁控制 当两台生产机械需要按规 定顺序起动时，如多台输送 机的拖动系统，可采用联锁 控制，其典型控制

电路如图 3—9所示 第一台电动机控制回路中的 接触器1KM辅助常开触点串 接在第二台电动机的控制回 路中，这样只有先起动第一 台电动机M,,使触点1KM。 闭合，第二台电动机M2才 具备起动条件。当按下第一 台电动机停止按钮1SB1停 车时，由于接触器1KM失电， 串接在第二台电动机控制回 路中的常开触点1KM2打开， 使第二台电动机也随之停车。

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(二) 降压起动 在电动机起动过程中，适当降低加 在定子绕组上的电压，以此减小起 动电流，当电动机起动后，再施于 额定电压运行，这种起动方法称为 降压起动。由于降低定子绕组电压 时，电动机的起动转矩将成平方倍 降低，所以采用降压起动应首先考 虑降压后，起动转矩是否满足生产 机械的要求。

1.Y一△变换降压起动控制 这种方法仅适用于电动机 正常工作时，定子绕组为三角 形接法，且接线盒有6个绕组接线端子的电动机。

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当接线端子D6、D4、D5短接时，定子绕 组为星形接法，如图3—10a所示；当接线 端子D6、D4、D5分别与D1、D2、D3连接 时，定子绕组为三角形接法，如图3—10b 所示。 Y一△转换起动工作原理如图3—11所示。 起动时，将刀形开关2Q合至下方，使端子 D4、D6、D5短接，电动机定子绕组构成 星形联接。这时每相绕组承受的电压为额 定电压的，故起动电流将降为全压起动时 的，达到减小起动电流的目的。 起动后，当电动机转速升高到某一数值时， 再将刀形开关打至上方，定子绕组变为三 角形接法，电动机在额定电压下正常运行。 这种方法简单易行，但由于电动机起动 转矩正比于电压平方，故它的起动转矩仅 为额定状态时的，所以只适用于轻载起动。

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左电路是一种大 容量电动机控制 电路。电路采用 三个接触器 1KM~3KM,分 别作为定子绕组 的Y接、角接和电 动机的运行控制； 一个直流时间继 电器KT,用于电 动机降压延时控 制；一个联锁继 电器K。

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该控制电路采用1KM和2KM的电气闭锁，以防止两个 接触器同时闭合造成电源的短路。另外，为了保证电动 机星形触点确实断开后，三角形接触器2KM才能送电， 控制电路又设置了联锁继电器K。 控制电路中时间继电器的作用是确定电动机在Y接 状态下的运转时间。 停车时，按下停止按钮SB1,切断接触器回路电流， 接触器2KM、3KM断电释放，主触头断开，电动机停转。 该电路可用于通风机、空压机、水泵等设备的起动 控制。

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2、延边三角形起动控制 这种起动方式适用于定子绕组在正常运行时为三角接法，且有9 个接线头的电动机。其接线如图3—13a所示。 起动时，定子绕组接成图3—13b的延边三角形，即D7D6、 D4D8、D5D9分别短接

,并在D1、D2、D3上加额定电压。若三相 线电压为380V时，每相绕组承受的电压在380~220V之间，其实 际数值由绕组抽头D7、D8、D9的位置所决定。可见该电压低于 额定电压，而使起动电流降低；同时由于该电压又高于Y接时的 电压，所以电动机起动转矩要比Y一△起动时高。电动机起动后， 当转速达到某一数值时，使定子绕组的D1D6、D2D4、D3D5分别 短接，构成三角形接法，电动机在额定电压下正常运行。 延边三角形降压起动控制原理如图3—14所示。这是一种实 用电路，可用于132kW以下的电动机控制。该电路中的接触器 1KM、2KM闭合使电动机构成延边三角形起动；接触器2KM、3KM 闭合构成电动机全压起动；时间继电器KT和中间继电器K确定电 动机降压起动的时间。

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