三相绕线式异步电动机启动控制电路

在实际生产中，对启动转矩值要求较大且需能平滑调速的场合，常常采用三相绕线式异步电动机。三相绕线式异步电动机可以通过滑环在转子绕组中串接外加电阻，来减小启动电流，提高转子电路的功率因数，增加启动转矩，并且还可通过改变所串电阻的大小进行调速。

三相绕线式异步电动机的启动有在转子绕组中串接启动电阻和接入频敏变阻器等方法。

2.3.1 转子绕组串接电阻启动控制电路

根据转子电流变化及启动时间两方面，可以采用按电流原则和按时间原则两种控制电路。

1.按电流原则控制绕线式电动机转子串电阻启动控制电路

控制电路如图2-13所示。启动电阻接成星形，串接于三相转子电路中。启动时，启动电阻全部接入电路。启动过程中，电流继电器根据电动机转子电流大小的变化控制电阻的逐级切除。图中，KA1～KA3为欠电流继电器，这3个继电器的吸合电流值相同，但释放电流不一样。KA1的释放电流最大，KA2次之，KA3的释放电流最小。刚启动时，启动电流较大， KA1～KA3同时吸合动作，使全部电阻接入。随着转速升高，电流减小，KA1～KA3依次释放，分别短接电阻，直到转子串接的电阻全部短接。

图2-13 按电流原则控制绕线式电动机转子串电阻启动控制电路

电路的工作过程如图2-14所示。

电路中中间继电器KA的作用，是保证启动刚开始时接入全部启动电阻，以免电动机直接启动。由于电动机刚开始启动时，启动电流由零增大到最大值需一定的时间，如果电路中没有KA，则可能出现KA1～KA3还没有动作，而KM1～KM3的吸合将把转子电阻全部短接的情况，则电动机相当于直接启动。加入中间继电器KA以后，只有KM线圈通电动作，KA线圈才通电，KA的常开触点闭合。在这之前，启动电流已达到电流继电器吸合值并已动作，其常闭触点已将KM1～KM3电路断开，确保转子电路的电阻被串接，这样电动机就不会出现直接启动的现象了。

2.按时间原则控制绕线式电动机转子串电阻启动控制电路

图2-15所示电路是利用3个时间继电器KT1～KT3和3个接触器KM1～KM3的相互配合来依次自动切除转子绕组中的三级电阻的。

图2-14 电路的工作过程

图2-15 按时间原则控制绕线式电动机转子串电阻启动控制电路

电路的工作过程如图2-16所示。

与启动按钮SB2串接的接触器KM1～KM3常闭辅助触点的作用是保证电动机在转子绕组中接入全部外加电阻的条件下才能启动。如果接触器KM1～KM3中任何一个触点因熔焊或机械故障而没有释放，启动电阻就没有被全部接入转子绕组中，从而使启动电流超过规定的值。把KM1～KM3的常闭触点与启动按钮SB2串接在一起，就可避免这种现象的发生，因3个接触器中只要有一个触点没有恢复闭合，电动机就不可能接通电源直接启动。

2.3.2 转子绕组串接频敏变阻器启动控制电路

绕线式异步电动机转子串电阻的启动方法，由于在启动过程中逐渐切除转子电阻，在切除的瞬间电流及转矩会突然增大，产生一定的机械冲击力。如果想减小电流的冲击，必须增加电阻的级数，这将使控制电路复杂，工作不可靠，而且启动电阻体积较大。

图2-16 电路的工作过程

频敏变阻器的阻抗能够随着电动机转速的上升、转子电流频率的下降而自动减小，所以它是绕线式异步电动机较为理想的一种启动装置，常用于较大容量的绕线式异步电动机的启动控制。

1.频敏变阻器简介

频敏变阻器是一种静止的、无触点的电磁元件，其电阻值随频率变化而变化。它是由几块30～50mm厚的铸铁板或钢板叠成的三柱式铁芯，在铁芯上分别装有线圈，3个线圈连接成Y连接，并与电动机转子绕组相接。

电动机启动时，频敏变阻器通过转子电路获得交变电动势，绕组中的交变电流在铁芯中产生交变磁通，呈现出电抗X。由于变阻器铁芯是用较厚钢板制成，因此交变磁通在铁芯中产生很大的涡流损耗(占总损耗的80%以上)和少量的磁滞损耗。涡流损耗在变阻器电路中相当于一个等值电阻R。由于电抗X与电阻R都是由交变磁通产生的，其大小又都随着转子电流频率的变化而变化。因此，在电动机启动过程中，随着转子频率的改变，涡流集肤效应的强弱也在改变。转速低时频率高，涡流截面小，电阻就大。随着电动机转速升高、频率降低，涡流截面自动增大，电阻减小。同时频率的变化又引起电抗的变化。所以，绕线式异步电动机串接频敏变阻器启动开始时，频敏变阻器的等效阻抗很大，限制了电动机的启动电流，随着电动机转速的升高，转子电流频率降低，等效阻抗自动减小，从而达到了自动改变电动机转子阻抗的目的，实现了平滑无级启动。图2-17所示为频敏变阻器等效电路及其与电动机的连接。

图2-17 频敏变阻器等效电路及其与电动机的连接

(a)等效电路;(b)与电动机连接

2.转子绕组串接频敏变阻器的启动控制电路

按电动机的不同工作方式，频敏变阻器有两种使用方式。当电动机是重复短时工作制时，只需将频敏变阻器直接串在电动机转子回路中，不需用接触器控制;当电动机是长时运转工作制时，可采用如图2-18所示的电路进行控制。该电路可利用转换开关SA实现自动控制和手动控制。

图2-18 转子绕组串接频敏变阻器的启动控制电路

(1)自动控制。将转换开关SA扳到自动位置(即A位置)，时间继电器KT将起作用。此时的电路工作过程如图2-19所示。

图2-19 电路的工作过程

(2)手动控制。将转换开关SA扳到手动位置(即M位置)，时间继电器KT不起作用。利用按钮开关SB3手动控制，使中间继电器KA和接触器KM2动作，从而控制电动机的启动和正常运转过程。其工作过程读者可自行分析。

此电路适用于电动机的启动电流大、启动时间长的场合。主电路中电流互感器TA的作用是将主电路中的大电流变换成小电流进行测量。为避免因启动时间较长而使热继电器FR误动作，在启动过程中，用KA的常闭触点将FR的加热元件短接，待启动结束，电动机正常运行时才将FR的加热元件接入电路，从而起到过载保护的作用。