217 绕线式异步电动机起动和调速控制线路绕线式异步电动机的特点是：它的转子上绕有绕组，并且通过转子上的集电环（俗称滑环）在转子绕组中串接附加的电抗。当转子回路中的电抗改变时，电动机的力矩特性将改变，适当地调节转子回路中的电阻，可以得到理想的起动状态。用绕线式异步电动机可以得到很大的起动转距，同时起动时的电流也减少很多。所以在对起动转距，调速特性要求较高的机械中（如卷扬机、桥式起动机等），常常使用绕线式异步电动机。绕线式异步电动机的缺点是：电动机比较复杂、造价也高、耐用性能较差、效率也稍低。绕线式异步电动机的起动方法有如下三种：一、转子绕组串接电阻；二、转子绕组串接频敏变阻器；三、用凸轮控制器。下面分别具体介绍绕线式电动机的三种起动方法：一、转子绕组串接电阻起动控制线路转子绕组串接电阻控制绕线式异步电动机的线路又分为:用按钮开关、用时间继电器、用电流继电器三种不同的控制线路，下面依次介绍如下：1、用按钮开关控制绕线式异步电动机的控制线路。用按钮开关控制绕线式电动机的控制线路如图21701所示：图21701的工作原理简述如下：图中：KM1、KM2、KM3、KM4、四个接触器除KM1作接通电源用外，其余三个均是短路转子回路中的起动电阻用的。SB1为停止按钮；SB2为起动按钮，SB3、SB4、SB5均为切除电阻用的按钮开关。起动电动机时，按下SB2，KM1获电吸合并自锁，电动机转子绕组内串入R1、R2、R3全部电阻起动。按下SB3，KM2获电吸合并自锁，其主触头KM1闭合，短路R1，电动机加速运转；同理，按SB4、SB5分别短路R2及R3，电动机一级、一级加速运转。并且当KM3闭合时，其常闭触头KM3切断KM2的线圈回路；KM4闭合时，其常闭触头KM4切断KM3、（包括KM2）的线圈回路。当电动机全速运转时，只有KM1、KM4两个接触器获电工作，其余均断开。接触器，KM2、KM3、KM4的常闭触头串联在KM1线圈回路中的作用是，保证电动机在转子回路中电阻全部加入的条件下才能起动。当KM2、KM3、KM4的任一个常闭触头因熔焊或其它原因没有恢复闭合时，KM1线圈因无通路而不能获电，这样电动机也就不能获电起动。2、用时间继电器控制绕线式异步电动机的控制线路。用时间继电器控制绕线式电动机的控制线路如图21702所示：该控制线路的工作原理如下：图21702控制线路是由三个通电延时型时间继电器，KT1、KT2、KT3和三只接触器，KM2、KM3、KM4相互配合来实现转子回路的三段起动电阻R1、R2、R3的短接，在此三个延时闭合的常开触头的作用相当于图21701电路中的三个按钮开关SB3、SB4、SB5。工作时，按起动按钮SB2，接触器KM1获电吸合并自锁，KM1主触头闭合，电动机定子绕组接通电源，转子绕组串接全部电阻起动。KM1获电的同时，时间继电器KT1也获电，经过预先整定的时间后，时间继电器的延时常开触头KT1闭合，接通接触器KM2线圈回路，使接触器KM2获电吸合，转子回路中的两副主触头KM1闭合，短接第一级起动电阻R1，接触器KM2吸合后，其常开触头KM2又接通时间继电器KT2的线圈回路，使KT2获电；经过KT2预先整定的时间后，时间继电器KT2的延时常开触头闭合，接通线圈KM3回路，使接触器KM3在转子回路中的主触头闭合，短接第二级起动电阻R2。同时接触器KM3的常开触头KM3闭合，使时间继电器KT3线圈获电；经过KT3的预先整定时间后，时间继电器KT3延时常开触头闭合，使KM4线圈获电，其两副在转子回路中的主触头闭合，短接第三级起动电阻R3；同时KM4的自锁触头闭合自锁；KM4常闭触头断开，使KT1失电释放，KT1的常开触头瞬间断开，使KM2、KT2、KM3、KT3依次断电释放，恢复原位。只有KM1与KM4因它们具有自锁功能，所以保持在工作状态。电动机的起动过程结束，进行正常运转。接触器KM2、KM3、KM4常闭触头的作用与图21701中的相同，此处不再重复。3、用电流继电器自动控制绕线式异步电动机控制线路用电流继电器自动控制绕线式异步电动机的控制线路如图21703所示：该控制线路中，转子回路的原理图如图21703a）所示，主回路的其余部分与图21701中的主回路完全相同。图21703控制线路是根据电动机转子回路电流的变化，利用电流继电器FA来控制起动电阻的短接。FA1、FA2、FA3是电流继电器，它们的线圈，都串连在转子回路中。电流继电器触头的动作取决于通过线圈的电流的大小。这三个电流继电器的吸合电流都相同，但是它们的释放电流不同。其中FA1的释放电流最大；FA2次之，FA3最小。电动机刚起动时因电流很大，它们接在控制电路中的常闭触头断开，这时接触器KM4、KM2、KM3、的线圈回路都被切断，不工作，它们接在转子电路中的主触头都处于断开状态，使转子回路的电阻R1、R2、R3都接入。随着电动机转速的升高，转子电流逐渐减少，电流继电器FA1首先释放，它的常闭触头恢复闭合，使接触器KM2获电吸合，其主触头闭合，把第一级电阻R1短接切除；当R1被切除后，转子电流因电阻的减少而重新增大，但当电动机转速继续上升时，转子电流又会减少，使电流继电器FA2释放，其常闭触头FA2也恢复闭合，使KM3获电吸合，其主触头KM3闭合，把第二级电阻R2短接切除，如此继续下去，直至全部电阻都短接切除。电动机起动完毕，正常运转。中间继电器KA的作用是为KM2、KM3、KM4线圈提供通路，而且保证起动开始时，全部电阻都接入转子电路。因为只有中间继电器KA获电，且KA的常开触头闭合后，才能为电流继电器FA1、FA2、FA3的常闭触头提供通路，然后才能逐级短路切除电阻，这样就保证了电动机在串入全部电阻条件下起动。二、转子绕组串接频敏变阻器的起动控制线路。上述的绕线式电动机在转子绕组中串接电阻的起动方法，在电动机起动过程中，由于逐级减少电阻，使电阻的变化较大，致使电动机的电流及转距有突变的过程，产生一定的机械冲击力，同时串接电阻的控制线路复杂，使用的电器元件多，且起动电阻的体积也很大。从60年代开始，我国开始应用和推广自己独创的频敏变阻器。频敏变阻器实质上是一个铁芯损耗非常大三相电抗器。它由数片E性钢板迭成，具有铁心和线圈两部分，并制成开启式，星形接法。将频敏变阻器串接在转子回路中，相当于转子绕组接入一个铁损很大的电器。由于频敏变阻器的阻抗能够随着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起动装置。目前较大容量的绕线式异步电动机常采用这种装置。如在空气压缩机与桥式起动机等设备上已获得了广泛的应用。1、频敏变阻器在转子电路中的接法频敏变阻器在转子电路中的接法有四种，如图21704所示：在图21704中，这四种接法以单组接法最为常见，主要用在较小功率的电动机上，其余三种接法则用于功率较大的电动机。2、用频敏变阻器起动绕线式电动机的控制线路绕线式异步电动机频敏变阻器起动控制线路如图21705所示：图中，转换开关SA用来进行手动控制与自动控制的选择；接触器KM1为定子绕组电源通断开关；KM2用于起动过程结束后短接切除频敏变阻器UT；中间继电器KA的常闭触头短接热元件FR，是为了热继电器FR躲开起动期间的大电流；通电延时型时间继电器KT在此，起自动短接切除频敏变阻器的控制作用。采用自动控制方式时，将转换开关SA拨至自动位置（既Z位置），然后按起动按钮SB2，接触器KM1线圈获电吸合并自锁，其主触头闭合，使电动机接通电源起动。此时转子回路中的频敏变阻器阻抗最大，所以起动电流最小。与此同时，时间继电器KT线圈获电，经过整定时间后，KT的延时常开触头闭合，中间继电器KA线圈获电吸合并自锁，其常开触头闭合，使KM2获电吸合，KM2主触头闭合，将转子上的三个滑环短接，起动过程结束。起动过程中，中间继电器KA未获电，其常闭触头将热继电器FR热元件短路，以免起动时的大电流通过热继电器FR的热元件，而使其误动作。起动结束后，中间继电器KA获电，其常闭触头断开，使热元件串入电流互感器的二次回路中，以使热继电器正常工作。3、频敏变阻器的调整频敏变阻器上备有四个抽头，其中一个抽头在绕组的背面，标号为N，另外三个抽头在绕组的正面，抽头1N之间为100匝数；2N之间为85匝数；3N之间为71匝数，出厂时一般接在2N抽头上，即：85匝数。电阻器上下铁芯由两面四个拉紧螺栓固定，拧开拉紧螺栓上的螺母，可以在上、下铁心之间增减非磁性垫片，即可调整空气隙。出厂时，上、下铁芯间气隙为零 如在使用中遇到下列情况，应调整频敏变阻器的匝数和气隙。1）当起动电流过大，起动过快时应增加匝数，换接抽头。匝数增加，使起动电流减少，但起动转距也同时减少。2）当起动电流过小，起动转距过小，起动太慢时，应减少匝数，使起动电流增大，起动转距也同时增大。3）如果刚起动时，起动转距过大，有冲击现象；起动完毕后，稳定转速又偏低，这时可在上、下铁芯间增加气隙，使起动电流有所增加，起动转距稍有减小，但起动完毕时，转距有所增加，可以提高稳定转速。三、用凸轮控制器控制绕线式异步电动机绕线式异步电动机的起动、调速及正反转控制线路，除以上介绍的电路外，还经常采用凸轮控制器来实现。尤其对一些容量不太大的绕线式异步电动机，用得更多，因为它运行可靠，维修方便。一些小型卷扬机及桥式起重机上大部分都采用这种控制线路。1、凸轮控制器的结构和工作原理凸轮控制器的外形如图21706所示。凸轮控制器的结构如图21707所示。凸轮控制器是由手轮、转轴、凸轮、触头等部分组成。通过手轮转动转轴2时，固定在轴上的凸轮就转动。在凸轮 3压在滚轮4上时，使杠杆5绕轴0轴转动，把垫片8压缩，使触头6与7断开。这种触头有多对，每对触头相应有一凸轮。由于凸轮的形状及其安装的角度不同，因此当手轮转到不同位置时，将有不同的触头闭合或断开，以控制电动机有不同的工作状态。滚轮4在换接时为滚动接触，摩损小，转动轻。它允许接通次数多达每小时800次。控制电动机的容量达11千瓦。国产常用凸轮控制器的型号有，KTJ15型、KT1225J/2等型号。欲正确使用凸轮控制器，必须首先看懂凸轮控制器的触头分合表。凸轮控制器触头分合表 如图21708所示：凸轮控制器的手轮共有11个位置，中间为“0”位，电动机不转动。其左右各有五个位置，表示正，、反转时，触头的分合状态。凸轮控制器共有12副触头。控制器最上面的四副触头SA1SA4，是控制电动机正反转用的，4个触头上都装有灭弧罩；中间的五副触头XZZX5做切换电阻用；最下面的三副触头SA5SA7都用于控制电路中。表中带“ ”标记的表示触头闭合，无此标记则表示断开。2、绕线式步电动机用凸轮控制器的控制线路.绕线式异电动机用凸轮控制器的控制线路如图21709所示:图中M是小容量绕线式异步电动机，R是起动用电阻器，QS是转换开关，FU1、FU2分别是保护主电路和控制电路的短路保护熔断器；FA是过流继电器，作为电动机过载保护用；行程开关SQ1、SQ2分别是正转和反转的限位保护开关；SA为凸轮控制器。电动机欲工作时，闭合QS，将手柄转至“0”位置，这时最下边的三副触头AS5SA7闭合，为控制电路接通作好准备。按动起动按钮SB2，接触器KM线圈获电工作，其主触头闭合， 接通电源，为电动机起动作好准备，其常开触头KM闭合自锁。然后将手柄扳至正转“1”位置，这时触头SA1、SA3、SA5闭合，控制电路接通，电动机与三相电源接通，电动机正转起动。此时电动机转子绕组接入了全部电阻R，所以起动电流较小，起动转矩也较小，此时，如果电动机的负载很重，则不能起动，但可以起到消除传动齿轮间隙的作用。当手柄板至正转“2”位置时，SA1、S