三相绕线式异步电动机的启动控制系统设计.docx

三相绕线式异步电动机的启动控制系统设计.docx

《三相绕线式异步电动机的启动控制系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三相绕线式异步电动机的启动控制系统设计.docx（70页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

三相绕线式异步电动机的启动控制系统设计

前言

绕线式三相异步电动机，转子回路中可以外串三相对称电阻，以增大电动机的启动转矩，启动结束后可以切除外串电阻，电动机的效率不受影响。

它可用在重载和频繁启动的生产机械上.

1。

设计要求

三相绕线式异步电动机的起动控制系统设计，学习和掌握三相异步电动机的启动特性，起动是指电动机从静止状态开始转动起来,直至最后达到稳定运行.对于任何一台电动机,在起动时，都有下列两个基本的指标要求：

（1）起动转矩要足够大

堵转状态时电动机刚接通电源,转子尚未转动时的工作状态，工作点在特性曲线上的S点。

这时的转差s=1，转速n=0，对应的电磁转矩T

称为起动转矩。

堵转状态说明了电动机的直接起动能力.因为只有在T

>T

<一般要求T

〉（1.1～1。

2）T

，电动机才能起动起来。

T

大，电动机才能重载起动；T

小,电动机只能轻载,甚至空载起动。

所以只有T

≧T

时,电动机才能改变原来的静止状态，拖动生产机械运转.一般要求T

>（1.1~1.2）T

。

T

越大于T

起动过程所需要的时间就越短。

（2）起动电流不要超过允许范围

对三相异步电动机来说,由于起动瞬间s=1，旋转磁场于转子之间的相对运动速度很大，转子电路的感应电动势及电流都很大,所以起动电流远大于额定电流。

在电源容量与电动机的额定功率相比不是足够大时，会引起输电线路上电压的增加，造成供电电压的明显下降，不仅影响了同一供电系统中其他负载的工作，而且会延长电动机本身的起动时间.此外在起动过于频繁时，还会引起电动机过热。

在这两种情况下，就必须设法减小起动电流。

2.方案设计

常见的三相绕线转子异步电动机的起动方法：

（1）转子回路串接频敏电阻器起动

对于单纯限制启动电流、增大启动转矩的绕线式异步电机，可采用转子串频敏变阻器启动。

频敏变阻器是由三相铁芯线圈组成，每一相的等效电路与变压器空载运行的等效电路一致。

（2）转子串电阻分级起动

一方面可以减小起动电流，另一方面可以增加最初起动转矩，当串入某一合适电阻时，还能使电动机以它的最大转矩T起动.当然，所串联的电阻超过一定数值后，最初起动转矩反而会减小。

由于绕线异步电动机的转子串联合适的电阻，不但可以减少起动电流，而且可以增大起动转矩，因而,要求起动的转矩大或起动频繁的生产机械常用绕线型异步电动机。

3。

单元电路设计、参数计算和器件选择

3.1单元电路设计

（1）转子回路串接频敏电阻器起动的电路设计

接触器触点K断开时,电机转子串入频敏变阻器启动。

启动过程结束后，接触器触点K再闭合，切除频敏变阻器，电机进入正常运行.

图3.1绕线式异步电动机

转子串频敏变阻器启动

与一般变压器励磁阻抗不完全相同，励磁阻抗由励磁电阻与励磁电抗串联组成,用表示。

主要表现在以下两点：

1）频率为50Hz的电流通过时，阻抗比一般变压器励磁阻抗小得多。

这样串在转子回路中，即限制了启动电流,又不至于使启动电流过小而减少启动转矩。

2）频率为50Hz的电流通过时，。

因频敏变阻器中磁密取得较高，铁芯处于饱和状态，励磁电流较大,因此励磁电抗较小,启动转矩高。

这样，转子回路功率因数提高了。

频敏变阻器在启动过程中始终保持较大电磁转矩。

启动结束后，转子回路电流频率很低，很小，近似为零，频敏变阻器自动不起作用。

这时，可闭合接触器触点K来切除频敏变阻器。

图3。

2转子串频敏变阻器的机械特性

1—固有机械特性2—人为特性

（2）转子串电阻分级起动

为使整个启动过程中尽量保持较大起动转矩,绕线式异步电动机看采用逐级切除转子起动电阻的分级启动。

起动接线图和特性曲线如图8.13所示。

1）接触器触点K1、K2、K3全断开，电动机定子接额定电压，转子每相串入全部电阻，电动机开始启动。

启动点为机械特性曲线3上的a点，启动转矩T〈Tm。

2）由于Ts1>TL（负载转矩）电动机加速到b点时，T=T2〉TL，为了加速起动过程，接触器K3闭合，切除起动电阻R3,特性变为曲线1，因机械惯性,转速瞬时不变,工作点水平过渡到c点，使该点T=T1。

3）因Ts1〉TL，转速沿曲线1继续上升，到d点时K2闭合，R2被切除，电动机运行点从d转变到特性曲线1上的e点.依次类推，直到切除全部电阻,电动机便沿着固有特性曲线3加速,经h点,最后稳定运行于j点（T=TL）。

3。

2参数计算

转子串电阻起动电阻的计算：

起动电阻的计算有两种方法：

作图法和解析法。

下面仅对解析法进行分析.为简

化计算，机械特性采用实用表达式简化后的近似表达式为

根据转子回路串电阻后的机械特性和近似表达式,在线性段有下列两个结论：

三相异步电动机各阻值电阻若干频敏电阻器

4.电路的工作原理

三相绕组接通三相电源产生的磁场在空间旋转，称为旋转磁场，转速的大小由电动机极数和电源频率而定。

转子在磁场中相对定子有相对运动,切割磁杨,形成感应电动势.转子铜条是短路的，有感应电流产生。

转子铜条有电流，在磁场中受到力的作用。

转子就会旋转起来。

第一：

要有旋转磁场,第二：

转子转动方向与旋转磁场方向相同,第三：

转子转速必须小于同步转速，否则导体不会切割磁场，无感应电流产生,无转矩，电机就要停下来，停下后，速度减慢，由于有转速差，转子又开始转动,所以只要旋转磁场存在，转子总是落后同步转速在转动.

5．总结

采用频敏变阻器起动，具有起动平滑、操作简便、运行可靠、成本低廉等优点，因此在绕线式电动机中应用较广.

绕线式三相异步电动机转子回路串接电阻，一方面可以减小起动电流，另一方面可以增加最初起动转矩,当串入某一合适电阻时,还能使电动机以它的最大转矩T起动.

总之，转子回路串三相对称可变电阻起动,这种方法既可限制起动电流，又可增大起动转矩,串接电阻值取得适当，还可使起动转矩接近最大转矩起动,适当增大串接电阻的功率，使起动电阻兼作调速电阻,一物两用,适用于要求起动转矩大，并有调速要求的负载。

缺点：

多级调速控制电路较复杂,电阻耗能大。

通用桥式起重机

使

用

维

护

说

明

书

洛阳起重机厂

洛阳起重机厂

-1—

第一章起重机概述………………………………………1

第一节：

结构概述……………………………………………2

第二节:

电气系统……………………………………………4

第三节：

控制原理……………………………………………5

第二章起重机的使用规则与操作要点………………12

第一节：

起重机使用规则……………………………………13

第二节：

起重机的安全操作要点………………………………16

第三章起重机的维护与调整…………………………20

第一节：

金属结构的检查与调整…………………………20

第二节：

机构的维修、检查与调整…………………………21

第三节：

供电、电气元件及控制系统检查………………24

第四节：

定期负荷试验…………………………26

第五节：

安全装置的检查…………………………27

第六节：

零部件的使用要求与调整………………………27

第七节：

电气设备的维护…………………………36

第四章起重机常见故障及排除方法…………………41

洛阳起重机厂

-2—

第一章起重机概述

第一节结构概述

整台起重机是由桥架、小车（装有起升机构和运行机构）、起重机运行机构和电气设备四大部分

组成。

结构示意图见图一。

起升机构、小车运行机构和大车运行机构是起重机的三个工作机构,各机构都备有单独的电动机，

进行各自的驱动。

起重机分为单钩起重机、双钩起重机。

单钩仅有一套起升机构；双钩有两个吊钩，即有主副两套

独立的起升机构。

主钩用来提升重的物件.副钩提升在其额定起重量范围内的物件，在它额定的负荷范

围内也可协同主钩倾转或翻到工件之用。

当两个吊钩一起工作时，物件重量不应超过主钩的额定起重量，

同时保证副钩起吊重量不超过副钩的额定起重量。

但必须注意，不允许两个吊钩同时提升两个物件.每

个吊钩在单独工作时均只能起吊重量不超过起重量的物件。

一、金属结构

金属结构包括桥架、小车架和操作室。

1、桥架由两根箱形主梁、两根箱形端梁和主梁两侧的走台所组成。

在主梁的上盖板铺设轨道,

供小车运行之用.一侧走台上安装起重机运行机构,另一侧走台安装小车挂缆导电.走台的外侧都有栏

杆。

主梁与端梁采用钢性联接。

两根端梁用螺栓（或平衡梁）连接起来的。

使整个桥架可以拆开成两

洛阳起重机厂

—3-

部分，便于运输。

2、小车架是由钢板焊接而成的框架结构.车架上装由起升机构和小车运行机构。

3、操纵室悬装在桥架下面，内装有起重机的电气控制设备，主要是供驾驶员操纵之用。

操纵室

有开式和闭式，对在高温有尘、有毒环境下，应用闭式操纵室，当工作温度高于35℃的高温环境下，

还可采用降温操纵室。

二、大车运行机构

起重机有四个（或八个）车轮,安装在两根端梁的两端。

其中两个是主动车轮，两个（或六个）

是被动车轮.

主动车轮的驱动机构安装在走台上，由两套独立驱动装置驱动,称为分别驱动。

本机构采用液压推杆制动器或交流电磁铁块式制动器.

机构部件之间采用齿轮联轴器或万向轴连接。

这样,即使在制造和安装时所产生的误差,或者由

于载荷所引起的桥架变形而产生的部件之间的彼此变位,也可以由齿轮联轴器或万向轴得到补偿,不致

影响机构工作.

三、起升机构

在小车架上安装起升机构，单独时为一套独立的驱动装置.当有主、副两个吊钩时，安装两套各

自独立驱动的起升机构。

起升机构有YZR绕线式电动机的高速旋转，经齿轮联轴器带动减速器。

减速器的低速轴又转动绕

有钢丝绳的卷筒。

只要控制电动机的正反转，就可以达到吊钩的升降作用.

为了保证起升机构工作的安全和可靠性，在减速器高速轴上装有制动器，支撑卷筒一端的轴承座

上装有上升或上升、下降限位器或超载限制器，上升、下降限位器是吊钩上升或下降至极限位置时的安

全保护装置。

20t以上（含20t）行车配有超载限制器，超载限制器是当载荷达到额定起重量的90％,

开始发出预报警。

当起重量超过额定起重量的10%时，切断起升动力电源的安全保护装置。

四、小车运行机构

小车运行机构是由电动机带动立式减速器.减速器的低速轴以集中驱动的方式连接装在小车架上

的主动车轮.电动机采用了双端出轴,轴的一端装有制动器。

五、其它设备

1、缓冲器

在起重机两根端梁的两端，装有大车弹簧缓冲器或液压缓冲器或聚氨脂缓冲器.在小车车架的底

部装有小车弹簧缓冲器或聚氨脂缓冲器，用以降低同跨内的两台起重机可能相碰或是起重机及小车行至

两端极限位置时的冲击影响。

2、大车导电线挡架

为了防止当小车行驶到极限位置时吊具或钢丝绳与高压电源相碰，在桥梁的两根主梁下面附近电

源的一端安置了导电线挡架。

3、大车导电架及检修平台

大车导电架及检修平台在桥架的主梁底部,电源线经装在检修平台的外侧角钢上的三套集电拖,

以供整台起重机的电源.检修平台供维修集电拖之用。

洛阳起重机厂

—4—

第二节电气系统

起重机各个机构的运转，均在操纵室内进行操纵。

操纵室悬挂在起重机桥架靠端梁附件传动侧走

台下面，操纵室内装有各机构的操纵控制器，总电源开关、紧急开关,电铃、脚踏开关、超载仪表、声

光报警器、风扇或空调等装置.桥架走台装有电源控制屏、主副起升控制屏、大小车控制屏、主副起升

电阻器、大小车电阻器和走线槽等电气设备.现将电气设备分述如下：

一、凸轮控制器或联动控制台

凸轮控制器（联动控制台）用于直接操纵平移机构和起升机构的启动、制动、停止、正反转和短

时间调整转速之用，它布置在操纵室内前方靠周围。

二、电源控制屏

电源控制屏是用来对起重机上交流电动机的过载保护,以及失压、零位、安全和各机构限位保护

的。

它还提供动力，控制和照明回路的电源。

电源控制屏内装有断路器、接触器、过流继电器、时间继

电器、熔断器、控制变压器、检修插座等。

三、起升、运行控制屏

当电动机容量大时，凸轮控制器容量不够，起重机工作繁忙和要求起重机有较好的起动调速性能

时采用。

它与主令控制器相配合用来控制电动机的起动、调速、换向和制动.起升、运行控制屏安装在

走台上。

四、主令控制器

当电动机容量大、凸轮控制器体积庞大，操作不便时采用。

它与起重机控制屏配合用来控制电动

机的起动、调速、换向和制动。

五、限位和安全开关:

起重机运行,小车运行和起升机构均装有限位开关,以限制各机构的运动行程。

当限位开关断开

后，相应的电路被切断，机构停止运转。

再次接通电源时，机构只能向相反的方向运转，从而保障了安

全.

为了防止驾驶人员和检修人员发生意外事故,在驾驶室平台门上，驾驶室通往走台和通往端梁

栏杆的门上均装有安全开关,当门开关打开时，安全开关动作,切断电路，以保护人员安全.

洛阳起重机厂

-5—

第三节控制原理

起重机的电气系统由动力回路和控制回路组成，其保护控制回路原理见（图二、图三）。

接入控制回路的有：

1、装置在操纵室扶梯上的安全开关LAK及操纵室平台时的平台门安全开关MAK和起重机端梁门

上的安全开关1LAK、2LAK.只要任意打开一只安全开关都使主接触其XC自动断开，从而切断电源，以

防止检修人员发生触电和意外事故。

2、起重机限位开关1DXK、2DXK；小车限位开关1XXK、2XXK和起升限位开关FAK。

当大车或小车

行至极限位置或当吊具上升超过规定高度时,限位开关，接触器XC断开,电源被切断,以保证起重机

安全工作.必须将控制手柄扳回零位，并按下起动按钮QA才能接通电源,使电机向相反方向起动运转.

3、主回路总过流继电器LJ和各机构电动机的过流继电器的触点1LJ、2LJ、3LJ、4LJ等。

是用

来保护各电动机发生短路或过载之用.当电动机电流超过过流继电器的整定值时,继电器动作，把它的

触点打开，使接触器XC断开。

4、各机构控制器的零位触点是用来保证主接触器当控制手柄未放回零位时不能接通，以避免电

动机在转子电阻切除的情况下启动。

5、紧急开关JK是供驾驶人员遇有紧急情况下切断总电源。

载荷限制器常闭触点DZC-2、DZC—1串入相应的起升回路，当超载时DZC-1、DZC—2动作起升回路

断电，对应回路的电源断电.重新接通电源后,吊物只有向相反的方向下降。

6、起重机运行电机容量较大时，电动机定子回路采用正反接触器DZ、DF控制,见图三,控制回

路同上

图二、保护控制回路原理

洛阳起重机厂

—6—

图三、保护控制回路原理

当电动机容量很大时,需用主令控制器与起重机控制箱相配合,用来控制电动机的起动、调速、

换向和制动。

系统概述如下：

常用线路分二极反接、单相制动及六挡控制三种。

一、二极反接（电气原理见图四，机械特性见图五）

1、起升线路特点

①可逆不对称电路，主令控制器挡数为3－0－3，十个回路。

②电动机转子回路串接起动（不包括软化数）级数：

根据电动机的功率分为四级和五级，第

一、二级电阻手动切除,其余由延时继电器控制自动切除。

其延时整定值均为0。

5s

③下降第一、二挡为反接制动,第一挡可实现重载（0。

6Me以上）慢速下降。

第二挡，可实

现轻载（0.6Me以下）慢速下降，下降持续时间不应超过30s。

④下降第三挡为动力下降或反馈制动下降，可使任何负载以额定速度下降。

⑤当主令控制器手柄回零位停车时,线路保证制动器比电动机先停电0。

4~0.6s，防止溜钩.

⑥当主令控制器手柄从下降任何一挡直接打上升任何档位时，线路保证切换电流和切换转矩

不大于2。

5Ie和2.5Me.

2、工作原理简述

①提升工作原理：

合上Q11、F30，主令控制器LK1手柄置于零位。

K7、K8回路触点闭合，

K00通电自锁，K02、K44通电，LK1手柄置于上升“1”档时，K4、K6、K7、K8回路触点闭合，接

触器K11通电，K71通电，K07通电自锁电动机工作在机械特性上升“1"上，手柄置于第二档，K9

回路触点闭合，擾_F朹卂__因K11,K44已闭合，所以K43立即通电,电动机工作在上升特性“2”上。

LK1手柄

洛阳起重机厂

—7-

置于第“3”档，K10回路触点闭合，如K03已通电延时闭合，K42通电自锁，随后，K40、K41分别

延时通电，电动机加速，最后工作在特性“3"上，当1LK手柄回零位时，K11仍接通，K71断电,

K01断电，经延时K07断电，K01断电，最后K11断电，以保证制动器比电动机先停电0。

4－0。

6s，

防止溜钩。

②下降工作原理，1LK手柄置于下降第“1”档，K4、K6、K7、K8回路触点闭合,K11、K71、

K44通电，如载荷大于0.6Me电动机工作在下降特性“1”上，载荷慢速下降.1LK手柄置于第“2”

档，K7、K8回路触点断开，K44断电，电机转子回路串入全部电阻,如载荷大于0.4Me电动机工作

在特性“2”上,载荷慢速下降。

1LK手柄置于第“3”上。

K6回路触点断开，K5、K9、K10回路触

点闭合，K21通电，K43通电,经K03、K04、K05先后分别通电延时K42、K41、K40按顺序接通，

电动机工作在特性“3"上.

③下降各档位直接打至上升各档：

以额定载荷下降第“3”档直接打至上升第“3”档为例，

1LK在下降3时,K21、K43、K42、K41、K40通电,K02断电，电动机工作在下降特性“3”a点上，

当1LK手柄打至上升“3"档时，在此过程中，K21断电,K11通电,K02通电延时,1LK手柄至上

升第“3”档时,因K02通电延时，触点K02断开，K43不通电，电机工作在下降特性“1"b点并

减速至c点上.K02延时结束,K02触点接通,K43通电，K03通电延时载荷从c点跳至d点，进行

减速，K03延时结束,触点K42通电,电动机工作在上升3＇特性上，而后电机自动加速.

注：

电气原理可能有所变动，以随机图纸为准.

图四起升电气原理图

洛阳起重机厂

—8-

图五起升机构电动机机械特性

二、单相制动（电气原理见图六，机械特性见图七）

1、工作原理

①从图六控制线路的LKS主令控制器触点闭合表可以知道，主令控制器向上位置打到第一档

时，3、4、8、11接通，控制器线圈ZC、ZDC动作,制动器松闸，电动机启动。

同时使2LSJ时间继

电器通电，副触头延时0。

3～0。

5秒闭合，电动机转子外接电阻第一段被切除。

以此类推，1JSC等

接通,使时间继电器3LSJ、4LSJ、5LSJ通电，接点逐个延时闭合，电动机转子的外接电阻逐个延

时被切除.最后电机趋向正常运转。

②上升限位开关XJK打开时（相当于接点3断开）使接触器ZC、FJC、1JSC、2JSC和3JSC、

4JSC全部断电，只有把控制器手柄搬到下降第2、3挡才能重新启动电机.

③LKS主令控制器向下降位置打到第一挡时，接点5、11接通，由于1LSJ触点打开ZC不通

电，因此ZDC接触器不通电，制动器不松闸。

当LKS打到下降位置第二挡时，接点2、7、8、11接

通，接触器C动作、HXJ动作,从而DC动作、FJC、ZDC动作，电动机在机械特性下降2上运行.

如这时把LKS打到下降第一挡,因1LSJ已动作，所以ZC动作，这时电动机在机械特性下降1上运

行。

④LKS打到下降位置第三挡时,接点3、6、8、9、10、11接通,FC动作，2LSJ通电延时，

FJC动作，1JSC、2JSC动作，经4LSJ通电延时后，3JSC动作,转子回路电阻全部切除，电动机运

行在机械特性下降3上。

2、可逆不对称线路,主令控制器挡数为3－0－3.

3、下降第一挡为反接制动,可实现重载（半载以上）慢速下降.当主令控制器手柄从零位打到

下降第一挡时，线路不动作,只有从下降第二挡或第三挡打回第一挡时才动作。

主令控制器第5个回路，

用于防止下降开始时出现轻载上升,停车时保证准确停车,防止溜钩。

4、下降第二挡为单相制动，可实现轻载（0.56MH以下）慢速下降。

5、下降第三挡为动力下降或反馈制动下降,可实现任何负载以额定速度下降。

6、操作方式:

轻载或重载高速下降时，主令控制器打到下降第三挡。

轻载（小于额定负载56%

之间）低速下降时，主令控制器推到下降第二挡，时间不超过50s。

重载（额定负载及额定负载56%之

间）低速下降时，主令控制器推倒下降第二挡，然后回到第一挡。

7、各时间继电器整定时间参考值如下：

1LSJ0。

6秒，2LSJ0.2～0。

3秒，3LSJ0。

6秒，4LSJ0。

3秒。

图六起升电气原理

洛阳起重机厂

—10-

图七起升机构电动机机械特性

三、上升六挡（电气原理见图八，机械特性见图九）

上升六挡的机械特性如图五－2中第一象限的六条曲线，电动机处于电动工作状态。

下降共有六挡，其中第“1”挡除K3接通控制电源外,K6接通接触器ZC,使电动机与电源接通，

K7、K8接通接触器1F、2F，切除两段反接电阻,使电动机运行在重物下降时的强烈制动中，其特性如

图2－12的第七条曲线，接触器ZDC不动作，说明有机械抱闸。

这一挡的作用是当手柄由下降方向向零

位扳动时，重物应由下降到停止，这时电动机反接制动。

减轻机械抱闸负担，避免溜钩,以实现准确停

车.控制手柄扳至下降1挡、2挡，K3仍接通控制电源,K3接通接触器ZC使电动机与电源接发与起升

时相同，重物在位势转矩作用下,强迫电动机反转，它的运行特性在第四象限，是制动状态。

下降1

挡与2挡的区别仅在于K7是否闭合，使1F切除还是不切除第一段反接电阻.1挡串一段反接电阻，2

挡串两段反接电阻,其特性如图五－2中曲线8及9。

显然在轻载或空钩下放情况下，位势转矩不能使

电动机运行在第四象限,电动机克服负载转矩将转矩将运行在第一象限,使吊具上升。

因而轻载或空钩

应强力下放，不应在下降的1挡、2挡、3挡停留。

为防止误操作使空钩上升超过向上极限位置，只要

电机旋转磁场正转，控制电源都由触点K3通过限位开关XJK控制，K5闭合，使反转接触器FC吸合，

电动机被接成反转状态,可以将吊钩强力下放，机械特性处于第三象限。

K7、K8接通，接触器1F、2F

动作切除反接制动电阻。

下降第三挡与上升第二挡特性类似，如图五－2中曲线10，下降第四挡，K9

闭合，接触器1JSC动作，切除一段电阻，特性与上升三挡类似，如图五－2中曲线11;下降第五挡，

K10、K11、K12闭合，接触器2JSC、3JSC、4JSC动作,切除最后三段电阻,特性类似于上升第六挡,

如图五－2中曲线12。

显然，对于特性10、11、12，除可以工作在电动状态强力下放重物外，在位势负载转矩作用,特

性也可延伸至第四象限，成为发电制动状态，高速放下重物.

2

2。

5

3＇

1.25

1

1。

5

0。

56

0

3

3＇

3＂

M

n

2

上升

3

洛阳起重机厂