电动机降压启动控制电路设计

1. Y-△转换降压启动

对于正常运行时的电动机, 其额定电压等于电源线电压, 定子绕组接成三角形的三相笼型异步电动机(以下简称电动机) 均可采用Y -△转换降压启动方式来达到限制启动电流的目的。

由电工理论可知, 绕组为Y 形连接时, 启动电流仅为△形连接时的1/3, 相应的启动转矩也是△形连接时的1/3, 因此, Y-△转换降压启动仅适用于电动机空载或轻载下的启动。电动机的Y-△转换降压启动控制电路如图2 -6 -1 所示。

图2-6-1　Y-△转换降压启动控制电路

合上刀开关QS, 按下启动按钮SB2, 接触器KM1、 KM3 和时间继电器KT 的线圈同时得电, 接触器KM1 的辅助触点闭合形成自锁; 接触器KM1、 KM3 的主触点闭合, 电动机以Y 形连接启动; 当时间继电器KT 的延时时间结束, 其常闭触点断开, 常开触点闭合, 接触器KM3 的线圈失电, 接触器KM2 的线圈得电自锁, 接触器KM3 的主触点断开, 接触器KM2 的主触点闭合, 电动机转为从△形连接运行。 电动机正常运行时, 接触器KM2 的常闭辅助触点断开, 可让时间继电器KT 的线圈失电, 节约电能。 停机时, 按下按钮SB1 即可。

电动机的Y-△转换降压启动控制电路并不是唯一的, 图2 -6 -2 为两接触器的Y-△转换降压启动控制电路。

该电路采用了两个接触器, 电动机进行Y -△转换是在切失电源的同一时间内完成的,即按下启动按钮SB2, 接触器KM1 得电, 电动机以Y 形连接启动。 定时时间结束后, 接触器KM1 瞬时失电, 接触器KM2 得电, 电动机转为以△形连接运行, 然后接触器KM1 再得电, 电动机全压运行。

2. 定子串电阻降压启动

对于正常运行时定子绕组接成Y 形的电动机, 不能采用Y-△转换降压启动, 此时可采用定子串电阻降压启动方式。

定子串电阻降压启动是指, 启动时在电动机定子绕组上串联电阻, 启动电流在电阻上产生电压降, 使实际加到电动机定子绕组中的电压低于额定电压, 待电动机转速上升到一定值后, 再将串联电阻短接, 使电动机在额定电压下运行。

图2-6-2　两接触器的Y-△转换降压启动控制电路

1) 定子串电阻降压启动控制电路

图2 -6 -3 为定子串电阻降压启动控制控制电路。 其工作原理为: 按下启动按钮SB1, 接触器KM1 的线圈得电自锁, 其主触点闭合, 串联电阻R 降压启动电动机M; 同时时间继电器KT 的线圈得电开始计时, 延时时间结束后, 其常开触点闭合, 接触器KM2 的线圈得电,其主触点闭合, 电阻R 短路, 电动机M全压运行。

该电路结构简单, 但电动机正常运行时接触器KM1、 KM2 和时间继电器KT的线圈均处于得电状态, 电能浪费较大,为此, 可设计图2 -6 -4 所示的定子串电阻节能降压启动控制电路。

在该电路的主电路中, 接触器KM2 的主触点的电源引入点在接触器KM1 的主触点上方, 因此, 当接触器KM1 的主触点闭合时, 电动机为定子串电阻降压启动, 接触器KM2 的主触点闭合时, 电动机为全压运行。

其工作原理为:

图2-6-3　定子串电阻降压启动控制电路

按下启动按钮SB2, 接触器KM1 的线圈得电并自锁, 电动机以定子串电阻降压启动的方式启动, 同时时间继电器KT 的线圈得电开始计时, 延时时间结束后, 接触器KM2 的线圈得电并自锁, 同时接触器KM2 的常闭辅助触点切断接触器KM1 的线圈, 使接触器KM1 的主触点断开, 电动机全压运行。 此时, 由于接触器KM1的线圈失电, 其常开辅助触点恢复断开状态, 使时间继电器KT 的线圈失电,以节省电能, 延长电气元件的使用寿命。

2) 串联电阻的选择(https://www.xing528.com)

定子串电阻降压启动时, 电阻要耗电发热, 因此该方式不适用于频繁启动电动机的场合。 串联的电阻一般采用大功率绕线电阻。 串联电阻时, 由于电阻的分压作用, 电动机的启动电压只有额定电压的50% ～80%, 由转矩正比于电压的平方可知, 此时电动机的转矩也只有全压时转矩的25% ～64%。 基于以上原因, 定子串电阻降压启动仅适用于要求启动平稳的中小容量电动机, 以及启动不频繁的场合, 大容量电动机多采用定子串电抗器降压启动的方式。

串联的电阻大小可由下面的表达式确定:

图2-6-4　定子串电阻节能降压启动控制电路

式中,Ue 、Ie 为电动机的额定相电压、 相电流;Iq 为电动机全压启动的电流;I′q 为电动机降压启动的电流。

3. 自耦变压器降压启动

对于容量较大且正常运行时定子绕组接成Y 形的电动机, 既不能使用Y-△转换降压启动, 也不能使用定子串电阻降压启动, 而需要采用自耦变压器降压启动。 即在启动时, 电源电压加在自耦变压器的高压绕组上, 电动机的定子绕组与自耦变压器的低压绕组连接, 当电动机的转速达到一定值时, 将自耦变压器切除, 电动机直接与电源相连, 且在正常电压下运行。 这样, 启动时电动机每相绕组电压为正常工作时的1/K (K 为自耦变压器匝数比), 启动转矩也将降低至直接启动的1/K2, 因此, 启动转矩可通过改变K 得到。 接触器自耦变压器降压启动控制电路如图2 -6 -5 所示。

该电路的工作原理是: 按下启动按钮SB2, 接触器KM1 与时间继电器KT 的线圈同时得电, 接触器KM1 的主触点闭合使电动机以自耦变压器降压启动的方式启动, 时间继电器KT瞬动触点闭合形成自锁; 定时时间结束后, 时间继电器KT 的常闭触点断开, 常开触点闭合, 接触器KM1 的线圈失电, 接触器KM2 的线圈得电, 电动机全压运行。 该电路中串联在接触器KM1 的线圈上方的接触器KM2 的常闭触点和串联在接触器KM2 上方的接触器KM1的触点起到互锁的作用。

自耦变压器降压启动与定子串联电阻降压启动相比, 在同样的转矩时, 自耦变压器降压启动对电网的电流冲击小, 功率损耗小。 但其缺点是结构复杂、 价格昂贵, 且不允许频繁启动。

图2-6-5　自耦变压器降压启动控制电路

4. 延边△形降压启动

延边△形降压启动是在启动时将电动机定子绕组的一部分采用Y 形连接, 而另一部分采用△形连接, 接线方式如图2 -6 -6 所示。

图2-6-6　延边△形降压启动时的绕组接线方式

(a) 原始状态; (b) 延边△形连接; (c) △形连接

该种方式集合了Y 形连接启动电流小、 △形连接启动转矩大的优点。 其控制电路如图2 -6 -7 所示。

其工作原理是: 按下启动按钮SB2, 接触器KM1、 KM3 和时间继电器KT 的线圈同时得电, 接触器KM1、 KM3 的主触点闭合使电动机以延边△形降压启动的方式启动, 时间继电器KT 计时时间结束后, 其常闭触点断开, 切断接触器KM3 的线圈, 其常开触点闭合, 接通接触器KM2 的线圈, 电动机成△形连接, 且全压运行。

综合以上几种控制电路, 可见一般降压启动均采用时间继电器, 按照时间原则切换电压。 由于这种电路工作可靠, 受外界因素如负载、 飞轮转动惯量, 以及电网电压波动的影响较小, 电路及时间继电器的结构都比较简单, 因而在电动机降压启动控制电路中多采用时间控制原则。

图2-6-7　延边△形降压启动控制电路