1.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的基本控制電路

1.4.1 基本控制環(huán)節(jié)

（1）自鎖控制

自鎖控制電路如圖1-32所示。

當(dāng)按下SB₂啟動(dòng)按鈕時(shí)，電流經(jīng)SB₁、SB₂到達(dá)線(xiàn)圈KM，接觸器動(dòng)作，接觸器的主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)均閉合，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)。松開(kāi)SB₂時(shí)，電流經(jīng)SB₁、KM的輔助觸點(diǎn)到達(dá)線(xiàn)圈KM，線(xiàn)圈保持一直得電。這種依靠接觸器的輔助觸點(diǎn)使線(xiàn)圈保持一直得電的方式稱(chēng)為自鎖控制。當(dāng)按下SB₁停止按鈕時(shí)，線(xiàn)圈KM失電，所有觸點(diǎn)返回，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

這個(gè)電路是單向自鎖控制電路，它的特點(diǎn)是，起動(dòng)、保持、停止，所以稱(chēng)為“起、保、停”控制電路。

（2）點(diǎn)動(dòng)控制

實(shí)際生產(chǎn)中，生產(chǎn)機(jī)械常需要進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)控制，如機(jī)床調(diào)整對(duì)刀和刀架、立柱的快速移動(dòng)等。所謂點(diǎn)動(dòng)，指按下起動(dòng)按鈕，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；松開(kāi)按鈕，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)動(dòng)。與之對(duì)應(yīng)的，若松開(kāi)按鈕后能使電動(dòng)機(jī)連續(xù)工作，則稱(chēng)為長(zhǎng)動(dòng)。區(qū)分點(diǎn)動(dòng)與長(zhǎng)動(dòng)的關(guān)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(diǎn)。控制電路如圖1-33所示。

生產(chǎn)實(shí)際中，有的生產(chǎn)機(jī)械既需要連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行加工生產(chǎn)，又需要在進(jìn)行調(diào)整工作時(shí)采用點(diǎn)動(dòng)控制，這就產(chǎn)生了點(diǎn)動(dòng)、長(zhǎng)動(dòng)混合控制電路。

（3）點(diǎn)動(dòng)/長(zhǎng)動(dòng)混合控制

生產(chǎn)實(shí)際中，有的生產(chǎn)機(jī)械既需要連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行加工生產(chǎn)，又需要在進(jìn)行調(diào)整工作時(shí)采用點(diǎn)動(dòng)控制，這就產(chǎn)生了點(diǎn)動(dòng)、長(zhǎng)動(dòng)混合控制電路。常用控制方式如圖1-34所示。

（4）多地點(diǎn)與多條件控制線(xiàn)路

多地點(diǎn)控制是指在兩地或兩個(gè)以上地點(diǎn)進(jìn)行的控制操作，多用于規(guī)模較大的設(shè)備，為了操作方便常要求能在多個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行操作。在某些機(jī)械設(shè)備上，為保證操作安全，需要多個(gè)條件滿(mǎn)足，設(shè)備才能工作。這樣的控制要求可通過(guò)在電路中串聯(lián)或并聯(lián)電器的常閉觸點(diǎn)和常開(kāi)觸點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

多地點(diǎn)控制按鈕的連接原則為：常開(kāi)按鈕均相互并聯(lián)，組成“或”邏輯關(guān)系，常閉按鈕均相互串聯(lián)，組成“與”邏輯關(guān)系，任一條件滿(mǎn)足，結(jié)果即可成立。遵循以上原則還可實(shí)現(xiàn)三地及更多地點(diǎn)的控制，電氣控制線(xiàn)路如圖1-35a所示。多條件控制按鈕的連接原則為：常開(kāi)按鈕均相互串聯(lián)，常閉按鈕均相互并聯(lián)，所有條件滿(mǎn)足，結(jié)果才能成立，遵循以上原則還可實(shí)現(xiàn)更多條件的控制，電氣控制線(xiàn)路如圖1-35b所示。

（5）順序控制線(xiàn)路

有多臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的機(jī)械設(shè)備，在操作時(shí)為了保證設(shè)備的運(yùn)行和工藝過(guò)程的順利進(jìn)行，對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、停止，必須按一定順序來(lái)控制，這就稱(chēng)為電動(dòng)機(jī)的順序控制，這種情況在機(jī)械設(shè)備中是常見(jiàn)的。例如，有的機(jī)床的油泵電動(dòng)機(jī)要先于主軸電動(dòng)機(jī)起動(dòng)，主軸電動(dòng)機(jī)又先于切削液電動(dòng)機(jī)起動(dòng)等。電氣控制線(xiàn)路如圖1-36所示。

（6）正反轉(zhuǎn)控制線(xiàn)路

生產(chǎn)實(shí)踐中，許多設(shè)備均需要兩個(gè)相反方向的運(yùn)行控制，如機(jī)床工作臺(tái)的進(jìn)退、升降以及主軸的正反向運(yùn)轉(zhuǎn)等。此類(lèi)控制均可通過(guò)電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。由電動(dòng)機(jī)原理可知，電動(dòng)機(jī)三相電源進(jìn)線(xiàn)中任意兩相對(duì)調(diào)，即可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的反向運(yùn)轉(zhuǎn)，電氣控制線(xiàn)路如圖1-37所示。

接觸器KM₁和KM₂觸點(diǎn)不能同時(shí)閉合，以免發(fā)生相間短路故障，因此需要在各自的控制電路中串接對(duì)方的常閉觸點(diǎn)，構(gòu)成互鎖。

電動(dòng)機(jī)由正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)，需先按停止按鈕SB₁，在操作上不方便，為了解決這個(gè)問(wèn)題，可利用復(fù)合按鈕進(jìn)行控制，采用復(fù)合按鈕，還可以起到聯(lián)鎖作用，這是由于按下SB₂時(shí)，只有KM₁可得電動(dòng)作，同時(shí)KM₂回路被切斷。同理按下SB₃時(shí)，只有KM₂可得電動(dòng)作，同時(shí)KM₁回路被切斷。電氣控制線(xiàn)路如圖1-38所示。

但只用按鈕進(jìn)行聯(lián)鎖，而不用接觸器常閉觸點(diǎn)之間的聯(lián)鎖，是不可靠的。在實(shí)際中可能出現(xiàn)這樣的情況，由于負(fù)載短路或大電流的長(zhǎng)期作用，接觸器的主觸點(diǎn)被強(qiáng)烈的電弧“燒焊”在一起，或者接觸器的機(jī)構(gòu)失靈，使銜鐵卡住總是在吸合狀態(tài)。這都可能使主觸點(diǎn)不能斷開(kāi)，這時(shí)如果另一接觸器動(dòng)作，就會(huì)造成電源短路事故。

如果用的是接觸器常閉觸點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)鎖，不論什么原因，只要一個(gè)接觸器是吸合狀態(tài)，它的聯(lián)鎖常閉觸點(diǎn)就必然將另一接觸器線(xiàn)圈電路切斷，這就能避免事故的發(fā)生。

1.4.2 三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制

（1）籠型異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)控制線(xiàn)路

對(duì)容量較小，并且工作要求簡(jiǎn)單的電動(dòng)機(jī)，如小型臺(tái)鉆、砂輪機(jī)、冷卻泵的電動(dòng)機(jī)，可用手動(dòng)開(kāi)關(guān)在動(dòng)力電路中接通電源直接起動(dòng)。

一般中小型機(jī)床的主電動(dòng)機(jī)采用接觸器直接起動(dòng)，接觸器直接起動(dòng)電路分為兩部分，主電路由接觸器的主觸點(diǎn)接通與斷開(kāi)，控制電路由按鈕和輔助常開(kāi)觸點(diǎn)控制接觸器線(xiàn)圈的通斷電，實(shí)現(xiàn)對(duì)主電路的通斷控制。電氣控制線(xiàn)路如圖1-39所示。

直接啟動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是電氣設(shè)備少，線(xiàn)路簡(jiǎn)單。實(shí)際的直接啟動(dòng)電路一般采用空氣開(kāi)關(guān)直接啟動(dòng)控制。對(duì)于容量大的電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，由于啟動(dòng)電流大，會(huì)引起較大的電網(wǎng)壓降，所以必須采用減壓?jiǎn)?dòng)的方法，以限制啟動(dòng)電流。

（2）籠型異步電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)控制線(xiàn)路

容量大于10kW的籠型異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)沖擊電流為額定值的4～7倍，故一般均需采取相應(yīng)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(chǎn)生過(guò)大的電壓降。常用的降壓起動(dòng)方式有定子電路串電阻降壓起動(dòng)、星形-三角形（Y-△）降壓起動(dòng)和自耦變壓器降壓起動(dòng)。

①星形-三角形降壓起動(dòng)控制電路

正常運(yùn)行時(shí)，定子繞組為三角形聯(lián)結(jié)的籠型異步電動(dòng)機(jī)，可采用星形-三角形的降壓起動(dòng)方式來(lái)達(dá)到限制起動(dòng)電流的目的。起動(dòng)時(shí)，定子繞組首先聯(lián)結(jié)成星形，待轉(zhuǎn)速上升到接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，將定子繞組的聯(lián)結(jié)由星形聯(lián)結(jié)成三角形，電動(dòng)機(jī)便進(jìn)入全壓正常運(yùn)行狀態(tài)。電氣控制線(xiàn)路如圖1-40所示。

②定子串電阻降壓起動(dòng)控制電路

電動(dòng)機(jī)串電阻降壓起動(dòng)是電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，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，起動(dòng)后再將電阻短接，電動(dòng)機(jī)即可在全壓下運(yùn)行。這種起動(dòng)方式不受接線(xiàn)方式的限制，設(shè)備簡(jiǎn)單，常用于中小型設(shè)備和用于限制機(jī)床點(diǎn)動(dòng)調(diào)整時(shí)的起動(dòng)電流。電氣控制線(xiàn)路如圖1-41所示。

③自耦變壓器降壓起動(dòng)控制電路

在自耦變壓器降壓起動(dòng)的控制線(xiàn)路中，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流的限制，是依靠自耦變壓器的降壓作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的時(shí)候，定子繞組得到的電壓是自耦變壓器的二次電壓。一旦起動(dòng)結(jié)束，自耦變壓器便被切除，額定電壓通過(guò)接觸器直接加于定子繞組，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入全壓運(yùn)行的正常工作。電氣控制線(xiàn)路如圖1-42所示。

1.4.3 三相異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)控制

三相異步電動(dòng)機(jī)從切除電源到完全停止運(yùn)轉(zhuǎn)。由于慣性的關(guān)系，總要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，這往往不能適應(yīng)某些生產(chǎn)機(jī)械工藝的要求。如萬(wàn)能銑床、臥式鏜床、電梯等，為提高生產(chǎn)效率及準(zhǔn)確停位，要求電動(dòng)機(jī)能迅速停車(chē)，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)控制。制動(dòng)方法一般有兩大類(lèi)：機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)。電氣制動(dòng)中常用反接制動(dòng)和能耗制動(dòng)。

（1）反接制動(dòng)控制線(xiàn)路

反接制動(dòng)控制的工作原理：改變異步電動(dòng)機(jī)定子繞組中的三相電源相序，使定子繞組產(chǎn)生方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。反接制動(dòng)要求在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近零時(shí)及時(shí)切斷反相序的電源，以防止電動(dòng)機(jī)反向起動(dòng)。

反接制動(dòng)過(guò)程為：當(dāng)想要停車(chē)時(shí)，首先將三相電源切換，然后當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近零時(shí)，再將三相電源切除。電氣控制線(xiàn)路如圖1-43所示。

控制線(xiàn)路中停止按鈕使用了復(fù)合按鈕SB₁，并在其常開(kāi)觸點(diǎn)上并聯(lián)了KM₂的常開(kāi)觸點(diǎn)，使KM₂能自鎖。這樣在用手轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，雖然KS的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，但只要不按復(fù)合按鈕SB₁，KM₂就不會(huì)通電，電動(dòng)機(jī)也就不會(huì)反接于電源，只有按下SB₁，KM₂才能通電，制動(dòng)電路才能接通。因電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)電流很大，故在主回路中串入電阻R，可防止制動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)繞組過(guò)熱。

（2）能耗制動(dòng)控制線(xiàn)路

能耗制動(dòng)控制的工作原理：在三相電動(dòng)機(jī)停車(chē)切斷三相交流電源的同時(shí)，將一直流電源引入定子繞組，產(chǎn)生靜止磁場(chǎng)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子由于慣性仍沿原方向轉(zhuǎn)動(dòng)，則轉(zhuǎn)子在靜止磁場(chǎng)中切割磁力線(xiàn)，產(chǎn)生一個(gè)與慣性轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子的制動(dòng)。電氣控制線(xiàn)路如圖1-44所示。

反接制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)電流很大，因此制動(dòng)力矩大，制動(dòng)效果顯著，但在制動(dòng)時(shí)有沖擊，制動(dòng)不平穩(wěn)且能量消耗大。能耗制動(dòng)與反接制動(dòng)相比，制動(dòng)平穩(wěn)，準(zhǔn)確，能量消耗少，但制動(dòng)力矩較弱，特別在低速時(shí)制動(dòng)效果差，并且還需提供直流電源。在實(shí)際使用時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的工作要求選用合適的制動(dòng)方法。

1.4.4 三相異步電機(jī)調(diào)速控制線(xiàn)路

實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)機(jī)械設(shè)備常有多種速度輸出的要求，通常采用單速電動(dòng)機(jī)時(shí)，需配有機(jī)械變速系統(tǒng)以滿(mǎn)足變速要求。當(dāng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸受到限制或要求速度連續(xù)可調(diào)時(shí)，常采用多速電動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)調(diào)速。

根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：

得出三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速可使用改變電動(dòng)機(jī)定子繞組的磁極對(duì)數(shù)，改變電源頻率或改變轉(zhuǎn)差率的方式。

三相籠型電動(dòng)機(jī)采用改變磁極對(duì)數(shù)調(diào)速。當(dāng)改變定子極數(shù)時(shí)，轉(zhuǎn)子極數(shù)也同時(shí)改變。籠型轉(zhuǎn)子本身沒(méi)有固定的極數(shù)，它的極數(shù)隨定子極數(shù)而定。電動(dòng)機(jī)變極調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是，它既適用于恒功率負(fù)載，又適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，線(xiàn)路簡(jiǎn)單，維修方便；缺點(diǎn)是有級(jí)調(diào)速且價(jià)格昂貴。

改變定子繞組極對(duì)數(shù)的方法如下。

1）裝一套定子繞組，改變它的連接方式，得到不同的極對(duì)數(shù)。

2）定子槽里裝兩套極對(duì)數(shù)不一樣的獨(dú)立繞組。

3）定子槽里裝兩套極對(duì)數(shù)不一樣的獨(dú)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(duì)數(shù)，如圖1-45所示。

調(diào)速控制線(xiàn)路如圖1-46所示。