任务四 三相异步电动机调速控制电路的分析与调试

一、任务内容

在生产过程中，很多设备都要求运行速度可调。如车床在粗加工和精加工过程中，由于切削用量的不同，主轴的转速要求也是不同的。为了节能环保的需要，在商场中运行的自动扶梯在有40乘客和没乘客的时候，运行的速度也是不同的。要实现生产设备运行速度的可调主要有两种方法，一是通过机械变速箱换挡实现调速，二是通过电气控制实现调速，如采用多速电动机、变频调速等。现要求对几种常用的电气控制调速电路进行分析并按照控制电路完成电路接线与调试。

二、任务分析

电气调速是指在同一负载下，通过改变电动机电气参数而得到不同转速的方法。三相异步电动机转速公式为

式中 f——电源频率；

s——转差率；

p——电动机磁极对数。

根据上式可知，三相异步电动机调速方法有变极调速、变差调速和变频调速三种。

三、任务实施

1.双速电动机变极调速控制电路分析

由电工学原理可知，电动机的转速与电动机的磁极对数p有关，改变电动机的磁极对数即可改变其转速。对于笼型感应电动机来讲，可通过改变定子绕组的连接，即改变定子绕组中电流流动的方向，形成不同的磁极对数，来改变电动机的转速。

双速电动机定子绕组的每相由两个线圈连接而成，线圈之间有导线引出，如图2-16a所示，也就是说，定子绕组有6个引出端，即U1（W2）、V1（U2）、W1（V2）、U3、V3、W3。图2-16b和图2-16c为△/Υ（4极/2极）定子绕组接线示意图。其中，图2-16b表示三相定子绕组按△联结（U1、V1、W1接电源L1、L2、L3，而接线端U3、V3、W3悬空），此时每相绕组中的线圈①、②串联，电流方向如图2-16b中虚线箭头所示，此时电动机以4极运行，为低速。转子同步转速为

n=60f（1-s）/p=60×50×（1-0）/2=1500r/min

若将电动机定子绕组的3个接线端子U3、V3、W3接三相交流电源，而将另外三个引线U1、V1、W1连接在一起，则原来三相定子绕组的△联结变为Υ联结，如图2-16c所示，此时每相绕组中的线圈①、②并联，电流方向如图2-16c中的实线箭头所示，于是电动机以2极高速运行。所以转子同步转速变换成3000r/min。必须注意，为保证单绕组双速异步电动机变极调速时转向不变，必须将三相电源线中的任意两相换接。

在图2-17中，KM1为电动机定子绕组△联结，KM2、KM3为定子绕组Υ联结。

在某些场合，有时需要电动机先以低速起动，然后再自动切换到高速运转，这个过程可以用时间继电器控制。图2-17b所示为△起动，然后，自动地将速度加快，利用时间继电器投入Υ运转的控制电路。

在图2-17b所示电路中，按下起动按钮SB2，使接触器KM1得电吸合并自锁，电动机定子绕组按△联结低速起动运行，KM1的常闭辅助触点KM1（13-15）断开，确保KM2、KM3不能得电，实现互锁；同时通电延时时间继电器KT也得电并自锁，一旦KT延时时间到，其延时断开的常闭触点KT（9-11）断开，使KM1失电释放。低速起动运行停止，同时KM1的常闭辅助触点KM1（13-15）复位闭合，而KT的延时闭合的常开触点KT（3-13）也闭合，使接触器KM2、KM3得电吸合并自锁，其主触点闭合，电动机便由低速自动转换为高速运行，实现了自动加速控制，其常闭辅助触点KM3（3-5）、KM2（5-7）断开，使KT失电释放，并确保KM1不能得电，实现互锁。

图2-16 双速电动机定子绕组变极调速接线

a）绕组形式 b）△联结 c）Υ联结

图2-17 双速电动机变极调速控制电路

a）主电路 b）控制电路

2.13 电动机变极调速电路

时间继电器KT自锁触点KT（7-9）的作用是，在KM1失电释放后，KT仍然保持有电，直至进入高速运行，即KM2、KM3得电后，KT才失电，这样一方面使控制电路工作可靠，另一方面使KT只在换接过程中短时得电，减少KT线圈的能耗。

电器元件动作顺序为：

2.双速电动机变极调速控制电路调试

（1）选择电器元件和导线 根据图2-17所示双速电动机变极调速控制电路原理图，以给定的三相异步电动机的额定功率、额定电压和额定电流为主要参数，依据项目一中讲述的各类常用低压电器元件的选用依据并结合工程经验合理选择所需的电器元件。

（2）安装电器元件 按图样的要求，正确使用安装工具，将电器元件固定在配电板上。本例中，电器元件的安装以图2-18所示的布置图为依据，用安装工具将相应电器元件固定在网孔板上。在电器元件安装时，要检查熔断器、交流接触器、热继电器、时间继电器、起停按钮有无损坏，操作按钮和接触器触点动作是否灵活可靠。

图2-18 双速电动机变极调速电器元件布置图

（3）连接电路 电路接线应严格按照接线工艺规则，根据图2-17控制原理图，分主电路和控制电路两部分来连接。主电路接线时，应确保接触器KM2、KM3在接入电动机绕组时能构成绕组Υ联结。在控制电路接线时，要确保接触器KM1与KM2、KM3之间的互锁。

（4）通电调试 在完成任务一中讲述的电压确认、线路检查后，就可接通电源进行调试。按下起动按钮SB2，观察电动机的转速和时间继电器KT延时触点的动作。待KT延时触点动作后，接触器KM1主触点断开，KM2、KM3线圈得电，主触点闭合，电动机由低速运行变为高速运行。停止时，按下停止按钮SB1，电动机停转。

在调试过程中，如电动机转速较低或不转，且有“嗡嗡”杂声，则有可能电动机发生缺相，应立即切断电源并仔细排查故障。在调试过程中，如有闻到异味或听到异响的情况，则应立即切断电源，排查、分析故障并消除。

拓展知识点——三相异步电动机变差调速控制电路

绕线式异步电动机可采用转子回路串电阻的方法来实现变差（指转差率s的改变）调速。电动机的转差率s随着转子回路所串电阻的变化而变化，使电动机工作在不同的人为特性上，以获得不同转速，从而实现调速的目的。

图2-19是绕线转子三相异步电动机转子回路串电阻变差调速的控制电路。按下SB2，KM1线圈得电，并通过KM1常开辅助触点自锁，此时由于KM2、KM3、KM4线圈均处于失电状态。主回路中KM1主触点闭合，KM2、KM3、KM4等主触点均断开，三相转子绕组中都串接了电阻R1、R2和R3。由于转子绕组中串接电阻值最大，电动机以最低速运转。

图2-19 绕线转子串电阻变差调速控制电路

当按下SB3时，KM2线圈得电，并通过KM2常开辅助触点自锁。主电路中三相转子绕组中的串接电阻减去了R1，使电动机转速调高一档。

当按下SB4时，KM3线圈得电，通过KM3常开辅助触点自锁，并通过KM2线圈所在支路的KM3常闭辅助触点的断开而使KM2线圈失电。主电路中KM2主触点断开，KM3主触点闭合，三相转子绕组中串接电阻又减去了R2，电动机转速又被调高一档。

同理，按下SB5时，主电路KM4主触点闭合，三相转子绕组中已无任何串接电阻，电动机以最高转速运转。

上述过程可用电器元件动作顺序表示为：