江 利

（宁夏共享铸钢有限公司，宁夏银川 750021）

由于绕线式异步电动机在桥式起重机上应用非常广泛，若对其原理和工作特性掌握不够，会给日常维修带来困难。转子是电动机的重要组成部分，外接电阻是电动机用来减少启动电流和利用接触器切除或增加电阻调速部分。它具有调速控制简单、维修和操作方便、安全运行制动可靠、效率较高，以及制造容易、成本低廉等优点。

1 工作原理

同步电动机的同步转速公式和转差率公式[1]

可得出异步电动机的转速公式

式中n——转速，单位为r／min；

f——定子供电频率，单位为Hz；

p——极对数；

S——转差率；

由上式可见，起重机异步电动机的调速，可采用接触器切除电阻或定子调压改变转差率S、（变频器）改变电源频率f和磁场磁极对数P这三种方法。

在起重机上改变转差率调速的方法只能用于绕线式转子异步电动机（现今起重机上使用YZR系列）。通常利用转子回路外接串联启动电阻，采取改变转子回路中的电阻值，来改变转差率可以减少启动电流并调速。目前也只有绕线式异步电动机转子带绕组，才可以通过电机尾端的滑环和碳刷在机外连接启动、调速电阻，改变转差率，进行调速。这种调速方法功率损耗大、效率低，很少用来调整机床电动机的转速。

图1 绕线式异步电动机转子

绕线式异步电动机转子如图1所示，绕线式异步电机是在转子回路串进附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。串进的电阻越大，电动机的转速越低。此方法设备简单，控制方便，转差功率以发热的形式消耗在电阻上，属有级调速，机械特性较软。电动机外接串联电阻接到电源上，因电阻上有电动势电压降，加到电动机上的电压减去电阻上电动势的压降，电动机启动时启动电流减小。绕线式异步电动机转子串联外接电阻方式启动，就是在转子绕组外接串联一级或若干级外接电阻，用来控制减小启动电流的目的。启动后再逐级利用接触器（或凸轮控制器）切除电阻，使电动机正常运转，改善起重机机械特性，并且提高了启动转矩。

绕线式异步电机可以在起重机上使用，就是因为它可以提供比普通电机（转子无绕组）大的多的起动转矩，适应起重机带负载的启动力矩大的要求。通过调节转子回路中增加的外电阻可以获得起动电流小而起动力矩大的优点。为此转子转动需要增加碳刷与转子滑环相连接。

2 电机铭牌及主要参数

起重机绕线式异步电动机铭牌上主要标记以下数据（用以下6个数据为例），并解释其意义如下[1]：

（1）型号：例如 YZR335M-10中“Y”表示 Y系列异步电动机（YZR表示绕线式异步电动机），“335M”表示电机的中心高为335mm，“M”表示中机座（L表示长机座，S表示短机座），“10”表示10极电机。

（2）额定功率：电动机在额定电压正常状态下运行时，轴上所输出的机械功率称为额定功率。

（3）额定速度：在额定状态下运行时的转速称为额定转速。

（4）额定电压：让电动机在额定正常转速运行状态下，线电压值加在电动机定子绕组上所应加的额定值。

（5）额定电流：额定电压通过加在电动机定子上，在其轴上输出额定功率时，定子从电源所得线电流值称为额定电流。

（6）工作制：运行方式在起重机的电动机上也极为重要。一般分为水泵、风机为（S1）“连续”、“短时”（代号为 S2）、起重机一般（代号 S3）“断续”,电动机工作制式S3代表断续周期工作制，指电机在铭牌规定的额定条件下只能断续运行。

电机的铭牌就相当于电机的说明书，上面标注着电机的各种信息，比如功率，电压，电流，接法等。而对于电工或机修来说，这些都是必不可少的，一台没有铭牌的电机就如一只断了线的风筝，可知铭牌对电工和机修的重要性。

3 绕线式异步电动机在起重机上的调速控制方式

3.1 转子串电阻

绕线式异步电动机如图2所示，电机转子串入附加电阻，可以得到较好的启动特性，也可以调速，这就是转子串电阻调速。它广泛应用于起重机上[2]。

图2 绕线式异步电动机串电阻原理

起动时，将起动电阻一次切除，势必引起较大的电流，起动电阻切除过晚，又影响起动的加速度，所以采用分级调速，电阻全加进速度最慢，切一级快一步，全部切除完毕速度达到额定速度。

3.1.1 线路特点

以32/5主钩为例，其线路特点：（1）可逆不对称电路；（2）主令控制器档数为3-0-3,十二个回路；（3）串接启动电阻级数为4级。第一第二级为手动切除，三四级为自动切除其延时整定值为0.6s和0.3s。下降工作原理（上升线路简单些，以下降为例）：（1）下降一档为反接制动。可实现重载（半载以上）慢速下降，当主令控制器的手柄从零位到下降一档线路不动作，只有从下降第二或第三档打回第一档时，才能动作，以保证避免和轻载反而提升现象。（2）下降第二档为单向制动。可实现轻载（半载以下）慢速下降。当手柄推向下降第二位时，转子短去反接制动电阻，制动器打开，电机处于单相制动状态，放下重物。单相制动优点：1）克服反接制动出现轻载货物下降时电机反而上升的缺点；2）克服再生发电制动没有低速段的缺点；3）选择适当的转子附加电阻，单相制动机械特性硬度比反接制动大，负荷冲击引起的速度波动比反接制动小；4）其接线方式和控制设备较简单；5）操作方便，特别适用于在同步转速下下放货物。（3）下降第三档为额定转速下放货物。（注：只例举了一部分主钩电气工作状态为例）。3.1.2 调速原理

转子串入电阻后，在转矩一定时，转差率与转子电阻成正比，转子串入电阻越大，电机转速越低。改变转子串入电阻的电阻值，即可调节转速。

（1）机械特性变软，转速稳定性变差，通常调速范围不大于2。

（2）只能够从基速向下调速。

（3）空载时几乎不能调速。

（4）调速电阻分段不宜过细，调速平滑性较差。

（5）增大了转差率，从而增大了铜耗（Pcu=sp），转速越低铜耗越大。

（6）提高起动转矩的方式，主要采取适当增加转子电阻的方法，转子电阻有限度的增大，起动转矩也会随之增大；当起动转矩增大到一定程度，电阻串接的太多，反而会随着转子串接电阻值的增大而减小了，所以，需特别注意测量准确拐点数值。

（7）由于设备简单，投资少，调速电阻做起动电阻，故在起重机上广泛应用。

3.2 定子调压调速

3.2.1 调压调速原理

绕线异步电动机定子调压调速电路也是变转差率调速的一种，为了提高调压调速系统机械特性的硬度及电动机转速的稳定性，常采用闭环控制系统。

由电力绕线式电机拖动原理可知，当绕线式异步电动机等效电路及其参数不变时，在相同的转速下，转差率一定时，电磁转矩和定子电压的平方成正比，所以，改变定子输入电压就可以改变机械特性，从而改变绕线式电机在一定负载转矩下的转速。上世纪80年代以前，改变交流电压的方式，多采用自耦变压器或电抗器以及定子串接电阻启动再切除等方式，自从上世纪末电力电子技术应用以后，傻大笨粗电磁装置就被窈窕淑女式的晶闸管（可控硅）交流调压装置所取代。

定子调压调速行车原理如图3所示，完整的讲是叫做晶闸管定子调压调速起重机，调速系统由调压调速控制柜和外围电气：断路器、主令控制器、换向继电器、过热继电器、切除电阻接触器、转子外接电阻器等组成。其中调压调速控制柜又分为控制部分和晶闸管模块单元两部分。主功率晶闸管模块串接在绕线电动机机定子主回路，其转子回路串接有比例限度的电阻器，用控制线路调节三相反并联晶闸管导通角的大小，并且控制晶闸管（可控硅）的开放程度，有级或无极档位控制增大或减少定子电压，因为电机电磁转矩与定子电压平方成正比例，从而达到控制绕线式异步电动机转速的目的。电动机旋转速度由人工通过控制器（遥控器或主令控制器）设定，再由直流测速发电机实现速度反馈的闭环控制，电机运转方向可以通过切换换向控制器，改变晶闸管导通顺序来实现。主令控制器，档位分为四档，其中档位1、2、3档是闭环控制的调速档，档位4档是开环控制，叫作高速档或者全速档。

图3 定子调压调速行车原理图

调压调速又称降压调速。因为电动机工作电压不允许超过额定值，降低定子绕组的端电压进行调速的方式称为调压调速。因其不改变同步转速也属于改变转差率的调速方法。

现起重机调压调速控制有4个速度，10%、25%、50%、100%，下降时有超同步下降。

实现正反转交流调压器如图4所示，一般用三对晶闸管反并联或三个双向晶闸管分别串接在三相电路中，主电路接法主要采取有正向和反向双向晶闸管方案，用相位控制改变输出电压。起重机上的电机在正反转运行时，除正转工作的晶闸管1-6外，尚须供给逆相序电源的晶闸管7-10，它们和1、4一起，在反转工作时，电路还可以实现电机的反转制动和能耗制动。反转制动时，工作的晶闸管也就是上面所说的反转工作的六个器件。当需要电动机进行能耗制动时，可以根据制动电路的形式，有选择性的使某几个晶闸管不对称地工作，例如让1、2、6三个晶闸管导通，其它晶闸管都关断，就可使电机定子绕组中产生并流过直流电流，旋转着的电动机就会对转子产生制动作用。达到先电气制动后机械制动合理的配合，减少对制动器的磨损，避免对起重机的冲击。

图4 可以正反转交流调压器

3.2.2 定子调压调速控制方式的优点

（1）平稳地加速与减速，合理的斜坡时间，减少对电动机及机械构件，齿轮及联轴器的冲击。

（2）起重机电器制动和液压机械制动进行合理配合，减少了对制动器闸轮及闸瓦的磨损，先电器制动后机械制动。定子调压调速以优异的性能、良好的环境适应能力受到欢迎。

（3）具有扭矩保护、相序保护、欠压保护，更好的解决了外部故障带来的危险。

4 故障的排除

4.1 温差

起重机应用绕线电机，温度异常升高应注意以下事项[3]。

各地环境温度的不同，绕线式电机相应的设计了标准温度，过去设计的电动机一般采用35℃，而从上世纪70年代后设计的Y系列绕线电动机则用40℃。

起重机正常的工作环境对于正常运行的电动机，在额定负荷最高转速下电动机的温升应与环境温度的高低关系不大，如果当环境温度低于40℃时，其额定运行温升也不允许超出铭牌规定值。当环境温度比一台正在额定运行的A级绝缘电动机额定值降到10℃时，温升允许并不认为可以扩大到80℃。有的维修工把绕组温度不超过额定所允许的90℃就认为正常，这不一定对，如果未超过额定负荷，但是温度已经达到限定80℃，电动机本身说明有可能出现电压不平衡、闷车或轴承等故障。

有时在额定载荷下正常运行的绕线电动机，气温和电机温升等相关因素也并不一定没有关系。

（1）正常电动机运行的温升在气温下降时会相应的减少一些。绕组电阻值下降，因为铜耗发生减少。温度如果每降1℃，电阻值会下降0.4%。

（2）电动机风扇降温（或自冷）在环境温度每增加10℃，则温升增2℃左右。主要因素是绕组铜损会随着温度上升会有所增加。在封闭室内空间狭小等空气流通不好的场所，气温变化影响对绕线式电机还是比较大的。

（3）在南方空气湿度升高，会使电机导热加强，温升可降0.3℃左右。

（4）海拔以1000m为标准，每升100m，温升增加其极限值的1%。

4.2 电动机本身故障

当发生以下任何一种情况时，说明电动机本身有故障：

（1）最高限定温度已达到上限，并且电机是正常运行。

（2）电机运行过程中环境温度没超过规定，负载很小但是电机温升过高增大。

这两样电机温升故障的判断和排故可以用检查环境温升、电气和机械的方式：在额定负荷下电机正常运行温升未超过其限度，但是环境温度超过40℃而使电动机温度超过最大允许工作温度。这种现象说明电动机本身是正常的，可以采取用人工方法加开风扇给电机强迫降温，再让环境温度下降。若无法运行，必须减负荷运行。环境温度适宜而电机温度过高检查电机有无杂音，电气有无故障。

4.3 转子开路

转子绕组线路有断开点，电机声音大，转矩不够。

4.4 转子短路

转子绕组回路有短路的地方，会出现一档就是全速，易把轴扭断、全速易带来操作危险。

4.5 转矩故障

这类故障，有可能是电动机尾端采用闭环控制的测速发电机轴断。如果排除了电气问题，那么将会是发生堵转（又叫闷车）。

5 结束语

绕线式电机在起重机的安全使用十分重要，做好维护保养工作，选型时注意铭牌上的数据。滑环碳刷易出故障，做到勤检查，禁止带病作业，合理利用切除电阻调速和定子调压调速。维修和设计人员需注意，大小车和主副钩的控制方式、电阻切除方式不同。调压调速控制系统较为复杂，因此出现故障要用替代法快速解决。可以将接触器切除电阻调速方式改成定子调压调速方式，更加安全可靠。