三速电动机与控制线路
教案8第三章第五、六节三相异步电动机转速控制线路,电气控制线路的设计方法.doc
（含主要教学环节、讲授内容、授课方法、课堂教学内容的组织与安排、辅助教学及板书设计、作业与思考题、教学反思与小结等）回顾上节课教学内容：新教学课堂引入：电器控制线路设计主要指的是控制电路的设计新内容：第六节电气控制线路的设计方法电器控制线路设计方法一般设计法（经验设计法）逻辑设计法—、一般设计法简介一般设计法又称经验设计法，主要原则如下：1•最大限度地实现生产机械和工艺对电气控制电路的要求。
2.电路图中的图形符号及文字符号一律按国家标准绘制。
3.在满足生产要求的前提下，控制电路力求简单、经济、安全可靠。
简化电气控制线路方法：（1）合并同类触点。
（2）利用带转换触点的中间继电器将两对触点合并。
KA1/KA?KM2pKM】a) b) a) b)（3） 利用二极管单向导电性减少触点数量。
（4） 尽量减少连接导线数量和长度。
（5） 交流线路中，不允许两个电器元件线圈串联。
由于它们的阻抗不尽相同，会造成两个线圈上的电压分配不等。
即使外加电压是同 型号线圈电压的额定电压之和，也是不允许。
因为电器动作总有先后，当有一个接触器 先动作时，则其线圈阻抗增大，该线圈上的电压降增大，使另一个接触器不能吸合，严重 时将使电路烧毁。
（6） 为了工作可靠性，尽量减少多个电器元件依次通电后才接通另一个电器元件。
a ）b ） “ “（7）避免出现寄生电路。
寄生电路是电路动作过程中意外接通的电路。
如图所示具有指示灯HL 和热保护的 正反向电路。
正常工作时，能完成正反向起动、停止和信号指示。
当热继电器FR 动作时，电路就出现了寄生电路，如图中虚线所示，使正向接触器 KM1不能有效释放，起不了保护作用。
二、逻辑设计法方法：将控制电路中接触器、继电器线圈的通电、断电，触点的闭合、断开，主令元件 的接通、断开看成逻辑变量，列出逻辑函数式。
运用逻辑函数基本公式和运算规律，对 逻辑函数式进行化简。
再画出电路结构图，获得最佳设计方案。
O ------- -------- -------- O- a) b) KMKM 2 KM]環3逻辑变量：具有两种互为对立的工作状态的物理量。
船舶电动三速锚机电气线路图逆向分析法
船舶电动三速锚机电气线路图逆向分析法从锚机实际工作状况，推想“主电路”的结构船舶锚机是船舶必备的甲板机械，用于船舶安全停泊在水面上。
它的实际工作状况就是抛锚、起锚，并且有三速的选择，对锚机电动机方向控制而言就是正反转的控制。
由于锚机工作过程中，负载转矩是变化的，则电动机的转速就不能采用单一速度。
控制电动机，就是通过控制方向的接触器的主触点和控制速度的接触器的主触点的通断来实现。
选择好方向、速度，电动机就可以工作。
就电机的速度调节原理，变极调速的方法是：三速电机备有三套“极对数”P1、P2、P3供选择的独立定子绕组，对应电机就有三个速度n1、n2、n3，锚机电动机实际定子绕组有两套独立绕组组成，其中一套绕组由“三角形连接”换接成“双星型连接”，变化前后对应两个速度——低速（三角形）n1、中速（双星型）n2；另一套绕组固定接成“单星型连接”实现高速n3。
这样一来控制方向的二只接触器KM1、KM2和控制速度的四只接触器KM3、KM4-1、KM4-2、KM5（KM3对应低速，KM4-2完成把“三角形”转接成“双星行”，KM4-1负责双星行绕组接电源对应中速，KM5对应高速）一共有六只接触器，从电动机机电保护来看，有主保险、热继电器，这样一来“主电路”的构成就非常清楚。
从锚机的“主电路”组成，可推想出“控制电路”组成电动机的起动、运行、制动停止、正反转、多速度的控制是通过接触器的主触点的通断来实现，而接触器的主触点的动作是受接触器中线圈控制的，线圈有电或无电是受控制元件（按钮或主令开关）、接触器副触点、各种继电器的触点共同决定的。
对于控制电动机单一功能的控制线路，一般用按钮操作，而对于控制电动机多种功能组合的操作，采用主令开关就显得简单、方便、可靠。
锚机电路就是采用主令开关，采用主令开关操作的好处：（1）主令开关中的所有开关都是受单一手柄操作带动同轴旋转而一起变化的，操作一次可同时完成方向的确定，速度的选择。
三速电动机控制线路34
三速电动机控制线路
1）三速异步电动机定子绕组的连接
三速异步电动机是在双速异步电动机的基础上发展起来的。它有两套定子绕组,分两层安放在定子槽内,第一套绕组(双速)有七个出线端U1，V1、W1、U3、U2、V2、W2,可作△或YY形连接;第二套绕组(单速)有三个出线端U4、V4、W4 ,只作Y形连接,如图2-61a所示。当分别改变两套定子绕组的连接方式(即改变极对数)时,电动机就可以得到三种不同的运转速度。
--ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ-
Y
高速
U2
V2
W2
U1V1W1U3
YY
2）接触器控制的三速异步电动机的控制线路
3）时间继电器控制的三速异步电动机的控制线路
三速异步电动机定子绕组的接线方法如图2-61b、c、d所示和见表2-51.图中W1和U3出线端分开的目的是当电动机定子绕组接成Y形中速运转时,避免在△接法的定子绕组中产生感生电流。
表2-51三速异步电动机定子绕组接线方法
转速
电源接线
并头
连接方式
L1L2L3
低速
U1
V1
W1
U3、W1
△
中速
U4
V4
W4
三速电机
三速电动机是在双速电动机的基础上发展而来的。
在三速电动机的定子槽内安放两套绕组，一套为三角形绕组，另一套是星形绕组。
适当变换这两套绕组的联结方法，就可以改变电动机的磁极对数。
使电动机具有高速、中速、和低速三种不同的转速。
三速电动机共有十个引出端子，它们的新旧文字符号对照为：U1（D1）、U 2（D4）、U3（D7）、U4（D11）、V1（D2）、V2（D5）、V4（D12）、W1（D3）、W2（D6）、W4（D13）。
一）三速电动机定子绕组的接法低速、中速、高速，三种速度的电动机定子绕组接线方法，示于图21311中。
由图21311可知，三速电动机的接法为：1）低速三角形接法是：U1（D1）接L1（A）相；V1（D2）接L2（B）相；W 1(D3)与U3(D7)短接后接L3（C）相；其余端子空着不接。
2）中速星形接法是：U4（D11）接L1（A）相；V4（D12）接L2（B）相；W 4（D13）接L3（C）相；其余端子空着不接。
3）高速双星形接法是：U1（D1）、V1（D2）、W1（D3）、U3（D7），四个接线端子短接起来；U2（D4）接L1（A）相；V2（D5）接L2（B）相、W2（D6）接L3（C）相；剩余的三个端子空着不接。
二）三速电动机的控制线路三速电动机的新符号控制线路如图21312所示。
三速电动机的旧符号控制线路如图21313所示。
三速电动机的控制线路中的KM1与KM3（旧符号中的C1与C3）比较特殊。
其中KM1需要具有四个主触头的接触器；而KM3则需要具有六个主触头的接触器。
如果买不到多主触头的接触器时，可用两个接触器代替。
图21312三速电动机的控制线路部分的原理非常简单，它实际上就相当于三个正转控制线路的组合。
图21312三速电动机控制线路在各速度之间相互转换时都必须先按停止按钮SB1，然后再按动需转换速度的控制按钮。
二）三速电动机的自动加速控制线路三速电动机的自动加速控制线路如图21314所示。
三速电动机与控制线路
（2）△/YY接变极调速
A U N IN
BC 3IN
A 2IN IN
IN
BC
A IN
B
C
2IN
IN
2p
p
p
P 2 P 2YY
33 U U N N ((23 IIN N ))ccoo 1 1 s s230.866
T2(95P 2 5)0 /9 ( 5P 2 5 YY )03
T2YY
ns
2ns
结论：△/YY接变极调速属于近似恒功率调速方式，
KT2 KM2
KM2
KM1
低速
KT1 KM2 KT2
KM237 KM4
Y 中速 YY 高速
QS
FU2
L1 L2 L3
FU1
经KT2整定时间 KT2延时断开触头 分断,KM2线圈失电
KH KT2延时闭合触头
闭合,
KM3,KM4线圈得
SB4
电
KT1
SB1
SB2
KM2 SB3
KM3
KM2 KM3
KM1 KT2
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小结
(1) 调速方向 YY→Y (△)：n Y (△) →YY ： n
(2) 调速范围 D = 2 ~ 4
(3) 调速的平滑性 平滑性差。
(4) 调速的稳定性 稳定性好。
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控制线路
△形低速启动 Y形中速运转过渡
YY形高速运转
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21
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M
3～
KM2 KM3 KM4
KT1
KT1 KM1
KT2 KM3
KM1
项目4三相异步电动机控制线路的安装与调试（教材）.
项目四三相交流异步电动机及其控制线路[项目概述]现代各种生产机械都广泛使用电动机来驱动。
根据产生或使用电能种类的不同，旋转的电磁机械可分为直流电机和交流电机两大类。
交流电机可分为异步电机和同步两种。
异步电机主要作为电动机使用。
异步电动机又有单相和三相两种，而三相异步电动机又分笼型和绕线式。
三相异步电动机是所有电动机中应用最广泛的一种。
据有关资料统计，现在电网中的电能2/3以上是由三相异步电动机消耗的，而且工业越发达，现代化程度越高，其比例也越大。
三相异步电动机具有结构简单、工作可靠、价格低廉、维修方便、效率较高、体积小、重量轻等一系列优点，应用非常广泛。
例如:普通机床、起重机、生产线、鼓风机、水泵以及各种农副产品的加工机械等。
以农村中常见抽水机（水泵）为例，它的主传动设备就是一台三相异步电动机，为了完成水泵的运行，增加了外围的电气控制线路，这就是一个典型的三相异步电动机的电气控制电路。
下图是农村中常用的抽水机电气原理图，它由主电路和控制电路两部分组成。
图 4-1抽水机的电气原理图通过以上对电路的分析可知水泵的工作情况：先是KM1通电，电动机串入电阻R起动，这时R上有一定电压降，使加到定子绕组端的电压降低，从而限制起动电流使之在允许范围之内。
经过一定时间后，KM2通电，再将电动机直接与电源接通，使电动机在额定电压下正常运转。
电动机进入正常运转后， KM1和KT都不起作用了，故让它们断电释放，以节约用电。
这是一种简单的降压起动方法，缺点是起动时电阻R上要消耗一定电能，所以常用于不经常起动停止的场合。
通过此例可以看出，很多机械设备的动力传动都来自三相异步电动机，再配合相应的电气控制线路，就可以制造出各种功能的机械设备。
这里就必须学习三相异步电动机的相关知识以及三相异步电动机的启动、运行控制、制动、调速的知识。
4．1 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的定子绕组是一个空间位置对称的三相绕组，如果在定子绕组通入三相对称的交流电流，就会在电动机内部建立起一个恒速旋转的磁场，称为旋转磁场，它是异步电动机工作的基本条件。
三相异步电动机调速控制电路
U1 V1 U2 V2
W1 W2
U2 V2
L1
L2
L3
1、接触器手动控制的双速电动机调速电路
三只交流接触器双速控制 1、工作原理
低速启动：按下低速启动按钮SB2，其一组常闭触点断开，切断高速控制交 流接触器KM2，KM3线圈回路电源，起到停止高速及按钮互锁作用；其另一组常 开触点闭合，低速交流接触器KM1线圈得电吸和，KM1并联在低速启动按钮SB2 两端的辅助常开触点闭合，自锁，KM1三相主触点闭合，电动机得电为三角形低 速运行，同时指示灯HL1灭，HL2亮，说明电动机已经低速运转了。
按下中速启动按钮SB3的两组常闭触点断开，其中SB3 的一组常闭触点切断交 流接触器KM1线圈电源，KM1线圈断电释放，KM1三相主触点 断开，电动机绕 组U1、V1、W1失电而停止低速运转，KM1辅助常开触点断开，低速运转指示 灯HL2灭。其中串联在交流接触器KM2、KM4线圈回路中的另一组SB3常闭触点 断开，对KM2、KM4起互锁作用，在SB3启动按钮按下的同时，SB3常闭触点 闭合，接通中速交流接触器KM3线圈回路电源，KM3线圈得电闭合，KM3辅助 常开触点闭合自锁，KM3三相主触点闭合。电动机绕组U2、V2、W2通以三相 380V交流电源，结成Y型中速启动，与此同时KM3 的两组辅助常闭触点断开起 互锁作用。KM3辅助常开触点闭合，指示灯HL3亮，说明电动机以中速启动运 转了。
3、外加电阻调速控制电路
THE
END
Thank you!
高速启动：直接按下高速启动按钮SB3，其一组常闭触点断开，切断低速控制 交流接触器K行停止；其中SB3另一组常开触点闭合，高速交流接触器KM2，KM3 线圈得电吸和，KM2，KM3并联在高速启动按钮SB3 两端的辅助常开触点闭合， 自锁， KM2,三相主触点闭合，接通高速绕组电源， KM3,三相主触点闭合，电动 机得电为双星型连接高速运行；同时指示灯HL2灭，HL3亮，说明电动机已经高 速运转了。
三速电动机控制
三速电动机控制
一：控制原理图
注：如无三速电动机可用9只220V灯泡代替二：以下是主电路的简化图和三速电动机定子绕组接线图：
三：动作原理
1、低速运行：按下SB1，KM1、KM2线圈得电，KM1、KM2主触头闭合，KM1自锁触头闭合，KM1常开触头闭合，KA线圈得电并自锁，电动机作三角形连接，此时电动机低速运行（此时6盏灯泡发亮但是较暗）。
2、中速运行：按下SB2，KM
3、KT线圈得电，同时KM1、KM2线圈失电，低速停止运行（此时6盏灯泡熄灭），电动机作单星形连接，此时电动机中速运行（此时另外3盏灯泡正常发亮），KT线圈开始延时。
3、高速运行：电动机中速运行到KT线圈设定的时间后，KT触点动作，KT常闭触头断开，KM3线圈失电，中速停止运行（3盏灯泡熄灭）。
而同时KT常开触头闭合，KM
4、KM5线圈得电并自锁，电动机作双星形连接，此时电动机高速运行（此时原来的6盏灯泡正常发亮）。
4、停止运行：按下SB，KM4、KM5线圈失电，其主触头断开，KM4的自锁触头也断开，电动机停止运行（此时6盏灯泡全部熄灭）。
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KM2
KH KM4 U1
3
3
3
V1 W1
U4 V4 W4 U3 U2 V2 W2 M 3～
KM3
KM1
KM2
KM1
低速
Y 中速
YY 高速
QS L1 L2 L3 FU1
FU2
KM1触头动作 △形低速启动 松开SB3 KH
SB4 KT1 SB1 KM1 SB2 KM2 SB3 KM3 KT2 KT2 KT1 KM3 KM3 KM4 KM3 KM1 KT2 KM2 KM2 KT1 KM4 KM1 KT1 KM2 KT2 KM3 KM4
2 UN 2 m1 2 Tm 3 s 2 R R 2 X X 2 3 1 1 2 1
2
TmYY
Tst
2 UN R2 m1 s R1 R2 2 X1 X 2 2
Tst YY
Tst YY
/ 4) (U N / 3 ) 2 ( R2 m1 2 s R1 / 4 R2 / 42 X 1 / 4 X 2 / 42
KM2
KH KM4 U1
3
3
3
V1 W1
U4 V4 W4 U3 U2 V2 W2 M 3～
KM3
KM1
KM2
KM1
低速
Y 中速
YY 高速
QS L1 L2 L3 FU1
FU2
KT1瞬时闭合触头 闭合
KM1线圈得电
KH
SB4 KT1 SB1 KM1 SB2 KM2 SB3 KM3 KT2 KT2 KT1 KM3 KM3 KM4 KM3 KM1 KT2 KM2 KM2 KT1 KM4 KM1 KT1 KM2 KT2 KM3 KM4
从2p→p，因电动机的转差率很小，认为 nYY=2nY=2nS
T2Y 9550P2Y 9550P2YY ( ) /( ) 1 T2YY ns 2ns
结论：Y/YY接变极调速属于恒转矩调速方式，适 用于恒转矩负载。
（2）△/YY接变极调速
U A N B
C A
B C
3I N
I N
2I N I N
KM2
KH KM4 U1
3
3
3
V1 W1
U4 V4 W4 U3 U2 V2 W2 M 3～
KM3
KM1
KM2
KM1
低速
Y 中速
YY 高速
QS L1 L2 L3 FU1
FU2
KT2瞬时闭合触头 闭合
KT1线圈得电
KH
SB4 KT1 SB1 KM1 SB2 KM2 SB3 KM3 KT2 KT2 KT1 KM3 KM3 KM4 KM3 KM1 KT2 KM2 KM2 KT1 KM4 KM1 KT1 KM2 KT2 KM3 KM4
1 变极原理
τ
①
N
τ
S
τ
②
N
τ
S
a1
x1 a2
X
x2
τ
①
N
τ
②
S
A
τ
①
N
τ
②
S
(a) 2P=4
a1
A
x1 a2
X
a1 x2
x1 a2
x2
A
X
(b) 2P=2
(c) 2P=2
上图a、b、c分别为三相异步电动机变极前后定子绕组 的接线图。其中，a1 x1 代表A相的半相绕组， a2 x2代表A相 的另一半相绕组。 结论: 只要改变定子半相绕组的电流方向便可以实 现极对数的改变。 为了确保定子、转子绕组极对数的同时改变以产生有 效的电磁转矩，变极调速一般仅适用于鼠笼式异步电动 机。 结论: 对于三相异步电动机，为了确保变极前后转子的 转向不变，变极的同时必须改变三相绕组的相序。这主 要是极对数的改变会引起相序发生改变所致。
I N
2I N I N
A
B
C
I N
I N
2I N I
N
2p
p
p
三速电动机定子绕组接线图
三速电动机的两套定子绕组
低速—△接法
中速—Y接法
高速—YY接法
变极调速时容许输出 容许输出时是指保持电流为额定值条件下，调速 前、后电动机轴上输出的功率和转矩。 从充分利用电动机的角度出发，电动机在各种转速 下的电流均为额定电流（每个支路的电路）。设电源电 压UN不变，变极前后电动机的效率和功率因数不变。 （1）Y/YY接变极调速
变极调速是一种通过改变定子绕组极对数来实现转 子转速调节的调速方式。在一定电源频率下，由于同步 转速 ns 60 f1 与极对数成反比，因此，改变定子绕组极 p 对数便可以改变转子转速。 改变定子的极对数，通常采用改变定子绕组联结的 方法来实现。转子为笼型，由于各根导条电流的空间分 布取决于气隙主磁场的分布，故笼型转子所产生磁动势 的极对数与感生它的气隙磁场的极对数总是相等。也可 以在电动机上安装两组独立的绕组，各个绕组联结法不 同构成不同的极对数。 改变极对数p都是成倍的变化，转速也是成倍的变化， 故为有级调速。
/4 R2
2
R12 X 1 X 2
R2
2
sm Y
2 m1 U TmY s 2 R R 2 X X 2 1 1 2 1 2 m1 U TmYY 2 s 2 R / 4 ( R / 4) 2 X / 4 X / 4 2 1 1 2 1
Tst YY
④TmYY (TstYY) → 2 TmY (TstY) 。
⑤ nsY－nmY = smY nsY = sm nsY = sm ns nsYY－nmYY = smYY nsYY = sm nsYY = sm 2ns
YY
nmYY sm 2ns sm 2ns sm ns nmY Y TmYY TmYY 2TmY TmY TmY
控制线路
△形低速启动 Y形中速运转过渡 YY形高速运转
QS L1 L2 L3 FU1
FU2
按下SB3 KT2线圈得电 KH
SB4 KT1 SB1 KM1 SB2 KM2 SB3 KM3 KT2 KT2 KT1 KM3 KM3 KM4 KM3 KM1 KT2 KM2 KM2 KT1 KM4 KM1 KT1 KM2 KT2 KM3 KM4
FU2
KM2触头动作,
电动机接成Y形,
KH 中速过渡
SB4 KT1 SB1 KM1 SB2 KM2 SB3 KM3 KT2 KT2 KT1 KM3 KM3 KM4 KM3 KM1 KT2 KM2 KM2 KT1 KM4 KM1 KT1 KM2 KT2 KM3 KM4
KM2
KH KM4 U1
3
3
3
V1 W1
A A
C
B
B
C
(a) P对极
(b) 2P对极
变极接线方法 (1)三相异步电动机Y/YY 接变极调速的接线
A
U N B
C
A B IN
C
A
B
C
I N
2I N I
N
I N
2I N I
N
2p
p
p
(2)三相异步电动机△ /YY 接变极调速的接线
U A N B
C A
B C
3I N
U4 V4 W4 U3 U2 V2 W2 M 3～
KM3
KM1
KM2
KM1
低速
Y 中速
YY 高速
QS L1 L2 L3 FU1
FU2
经KT2整定时间 KT2延时断开触头 分断,KM2线圈失电 KH KT2延时闭合触头 闭合, KM3,KM4线圈得 电
KT1 SB1 KM1 SB2 KM2 SB3 KM3 KT2 KT2 KT1 KM3 KM3 KM4 KM3 KM1 KT2 KM2 KM2 KT1 KM4 KM1 KT1 KM2 KT2 KM3 KM4
/4 R2
2
R12 X 1 X 2
R2
2
sm
Tm
UN m1 s 2 R R 2 X X 2 1 1 2 1 (U N / 3 ) 2 m1 2 s 2 R / 4 ( R / 4) 2 X / 4 X / 42 1 1 2 1
KM2KH KM4 U13源自33V1 W1
U4 V4 W4 U3 U2 V2 W2 M 3～
KM3
KM1
KM2
KM1
低速
Y 中速
YY 高速
QS L1 L2 L3 FU1
FU2
经KT1整定时间 KT1延时断开触头 分断, KH KM1线圈失电
SB4 KT1 SB1 KM1 SB2
KT1延时闭合触头 闭合, KM2线圈得电
n
2ns
ns O
YY
Y
T
(2) △ － YY 变极 ① 2p → p ，ns → 2ns。 ② N1→N1 /2 ，R，X→ (R，X) /4 。 ③ sm 不变，UN→ UN / 3
sm smYY R2
R12 X 1 X 2
2
/ 4 ( R / 4) 2 X 1 / 4 X 2
A
B
C
I N
I N
2I N I
N
2p
p
p
3U N ( 3I N ) cos1 P2 3 0.866 P2YY 2 3U N (2 I N ) cos1
T2 9550P2 9550P2YY ( ) /( ) 3 T2YY ns 2ns