1.4　三相異步電動機的基本控制電路

1.4.1　基本控制環節

（1）自鎖控制

自鎖控制電路如圖1-32所示。

當按下SB2啟動按鈕時，電流經SB1、SB2到達線圈KM，接觸器動作，接觸器的主觸點和輔助觸點均閉合，電動機開始運轉。松開SB2時，電流經SB1、KM的輔助觸點到達線圈KM，線圈保持一直得電。這種依靠接觸器的輔助觸點使線圈保持一直得電的方式稱為自鎖控制。當按下SB1停止按鈕時，線圈KM失電，所有觸點返回，電動機停止轉動。

這個電路是單向自鎖控制電路，它的特點是啟動、保持、停止，所以稱為“啟、保、停”控制電路。

（2）點動控制

實際生產中，生產機械常需點動控制，如機床調整對刀和刀架、立柱的快速移動等。所謂點動，指按下啟動按鈕，電動機轉動；松開按鈕，電動機停止運動。與之對應的，若松開按鈕后能使電動機連續工作，則稱為長動。區分點動與長動的關鍵是控制電路中控制電器通電后能否自鎖，即是否具有自鎖觸點。控制電路如圖1-33所示。

（3）點動/長動混合控制

生產實際中，有的生產機械既需要連續運轉進行加工生產，又需要在進行調整工作時采用點動控制，這就產生了點動、長動混合控制電路。常用控制線路如圖1-34所示。

（4）多地點與多條件控制線路

多地點控制是指在兩個或兩個以上地點進行的控制操作，多用于規模較大的設備，為了操作方便常要求能在多個地點進行操作。在某些機械設備上，為保證操作安全，需要多個條件滿足，設備才能工作。這樣的控制要求可通過在電路中串聯或并聯電器的常閉觸點和常開觸點來實現。

多地點控制按鈕的連接原則為：常開按鈕均相互并聯，組成“或”邏輯關系，常閉按鈕均相互串聯，組成“與”邏輯關系，任一條件滿足，結果即可成立。遵循以上原則還可實現三地及更多地點的控制，電氣控制線路如圖1-35（a）所示。多條件控制按鈕的連接原則為：常開按鈕均相互串聯，常閉按鈕均相互并聯，所有條件滿足，結果才能成立，遵循以上原則還可實現更多條件的控制，電氣控制線路如圖1-35（b）所示。

（5）順序控制線路

有多臺電動機拖動的機械設備，在操作時為了保證設備的運行和工藝過程的順利進行，對電動機的啟動、停止必須按一定順序來控制，這就稱為電動機的順序控制。這種情況在機械設備中是常見的。例如，有的機床的油泵電動機要先于主軸電動機啟動，主軸電動機又先于切削液電動機啟動等。電氣控制線路如圖1-36所示。

（6）正反轉控制線路

生產實踐中，許多設備均需要兩個相反方向的運行控制，如機床工作臺的進退、升降以及主軸的正反向運轉等。此類控制均可通過電動機的正轉與反轉來實現。由電動機原理可知，電動機三相電源進線中任意兩相對調，即可實現電動機的反向運轉，電氣控制線路如圖1-37所示。

接觸器KM1和KM2觸點不能同時閉合，以免發生相間短路故障，因此需要在各自的控制電路中串接對方的常閉觸點，構成互鎖。

電動機由正轉到反轉，需先按停止按鈕SB1，在操作上不方便，為了解決這個問題，可利用復合按鈕進行控制，采用復合按鈕，還可以起到聯鎖作用，這是由于按下SB2時，只有KM1可得電動作，同時KM2回路被切斷。同理按下SB3時，只有KM2可得電動作，同時KM1回路被切斷。電氣控制線路如圖1-38所示。

但只用按鈕進行聯鎖，而不用接觸器常閉觸點之間的聯鎖，是不可靠的。在實際中可能出現這樣的情況，由于負載短路或大電流的長期作用，接觸器的主觸點被強烈的電弧“燒焊”在一起，或者接觸器的機構失靈，使銜鐵卡住總是在吸合狀態。這都可能使主觸點不能斷開，這時如果另一接觸器動作，就會造成電源短路事故。

如果用的是接觸器常閉觸點進行聯鎖，不論什么原因，只要一個接觸器是吸合狀態，它的聯鎖常閉觸點就必然將另一接觸器線圈電路切斷，這就能避免事故的發生。

1.4.2　三相異步電動機啟動控制

（1）籠型異步電動機直接啟動控制線路

對容量較小并且工作要求簡單的電動機，如小型臺鉆、砂輪機、冷卻泵的電動機，可用手動開關在動力電路中接通電源直接啟動。

一般中小型機床的主電動機采用接觸器直接啟動，接觸器直接啟動電路分為兩部分，主電路由接觸器的主觸點接通與斷開，控制電路由按鈕和輔助常開觸點控制接觸器線圈的通斷電，實現對主電路的通斷控制。電氣控制線路如圖1-39所示。

直接啟動的優點是電氣設備少，線路簡單。實際的直接啟動電路一般采用空氣開關直接啟動控制。對于容量大的電動機來說，由于啟動電流大，會引起較大的電網壓降，因此必須采用減壓啟動的方法，以限制啟動電流。

（2）籠型異步電動機降壓啟動控制線路

容量大于10kW的籠型異步電動機直接啟動時，啟動沖擊電流為額定值的4～7倍，故一般均需采取相應措施降低電壓，即減小與電壓成正比的電樞電流，從而在電路中不至于產生過大的電壓降。常用的降壓啟動方式有定子電路串電阻降壓啟動、星形-三角形（Y-△）降壓啟動和自耦變壓器降壓啟動。

①星形-三角形降壓啟動控制電路　正常運行時，定子繞組為三角形連接的籠型異步電動機，可采用星形-三角形的降壓啟動方式來達到限制啟動電流的目的。啟動時，定子繞組首先連接成星形，待轉速上升到接近額定轉速時，將定子繞組的連接由星形連接成三角形，電動機便進入全壓正常運行狀態。電氣控制線路如圖1-40所示。

②定子串電阻降壓啟動控制電路　電動機串電阻降壓啟動是電動機啟動時，在三相定子繞組中串接電阻分壓，使定子繞組上的壓降降低，啟動后再將電阻短接，電動機即可在全壓下運行。這種啟動方式不受接線方式的限制，設備簡單，常用于中小型設備和用于限制機床點動調整時的啟動電流。電氣控制線路如圖1-41所示。

③自耦變壓器降壓啟動控制電路　在自耦變壓器降壓啟動的控制線路中，電動機啟動電流的限制，是依靠自耦變壓器的降壓作用來實現的。電動機啟動的時候，定子繞組得到的電壓是自耦變壓器的二次電壓。一旦啟動結束，自耦變壓器便被切除，額定電壓通過接觸器直接加于定子繞組，電動機進入全壓運行的正常工作。電氣控制線路如圖1-42所示。

1.4.3　三相異步電動機制動控制

三相異步電動機從切除電源到完全停止運轉，由于慣性的關系，總要經過一段時間，這往往不能適應某些生產機械工藝的要求。如萬能銑床、臥式鏜床、電梯等，為提高生產效率及準確停位，要求電動機能迅速停車，對電動機進行制動控制。制動方法一般有兩大類：機械制動和電氣制動。電氣制動中常用反接制動和能耗制動。

（1）反接制動控制線路

反接制動控制的工作原理：改變異步電動機定子繞組中的三相電源相序，使定子繞組產生方向相反的旋轉磁場，從而產生制動轉矩，實現制動。反接制動要求在電動機轉速接近零時及時切斷反相序的電源，以防止電動機反向啟動。

反接制動過程為：當想要停車時，首先將三相電源切換，然后當電動機轉速接近零時，再將三相電源切除。電氣控制線路如圖1-43所示。

控制線路中停止按鈕使用了復合按鈕SB1，并在其常開觸點上并聯了KM2的常開觸點，使KM2能自鎖。這樣在用手轉動電動機時，雖然KS的常開觸點閉合，但只要不按復合按鈕SB1，KM2就不會通電，電動機也就不會反接于電源，只有按下SB1，KM2才能通電，制動電路才能接通。因電動機反接制動電流很大，故在主回路中串入電阻R，可防止制動時電動機繞組過熱。

（2）能耗制動控制線路

能耗制動控制的工作原理：在三相電動機停車切斷三相交流電源的同時，將一直流電源引入定子繞組，產生靜止磁場。電動機轉子由于慣性仍沿原方向轉動，則轉子在靜止磁場中切割磁力線，產生一個與慣性轉動方向相反的電磁轉矩，實現對轉子的制動。電氣控制線路如圖1-44所示。

反接制動時，制動電流很大，因此制動力矩大，制動效果顯著，但在制動時有沖擊，制動不平穩且能量消耗大。能耗制動與反接制動相比，制動平穩，準確，能量消耗少，但制動力矩較弱，特別在低速時制動效果差，并且還需提供直流電源。在實際使用時，應根據設備的工作要求選用合適的制動方法。

1.4.4　三相異步電動機調速控制線路

實際生產中，對機械設備常有多種速度輸出的要求，通常采用單速電動機時，需配有機械變速系統以滿足變速要求。當設備的結構尺寸受到限制或要求速度連續可調時，常采用多速電動機或電動機調速。

根據三相異步電動機的轉速公式：

得出三相異步電動機的調速可使用改變電動機定子繞組的磁極對數，改變電源頻率或改變轉差率的方式。

三相籠型電動機采用改變磁極對數調速。當改變定子極數時，轉子極數也同時改變。籠型轉子本身沒有固定的極數，它的極數隨定子極數而定。電動機變極調速的優點是，它既適用于恒功率負載，又適用于恒轉矩負載，線路簡單，維修方便；缺點是有級調速且價格昂貴。

改變定子繞組極對數的方法有：

①裝一套定子繞組，改變它的連接方式，得到不同的極對數。

②定子槽里裝兩套極對數不一樣的獨立繞組。

③定子槽里裝兩套極對數不一樣的獨立繞組，而每套繞組本身又可以改變它的連接方式，得到不同的極對數，如圖1-45所示。

調速控制線路如圖1-46所示。