三相异步电动机降压启动控制线路优化方案

学习目标

（1）会正确识别、选用、安装、使用时间和中间继电器，熟悉它们的功能、基本结构、工作原理及型号意义，熟记它们的图形符号和文字符号。

（2）会正确安装定子绕组串接电阻降压启动控制线路。

（3）会正确安装与检修星形—三角形降压启动控制线路。

任务分析

前面介绍的各种控制电路启动时，加在电动机定子绕组上的电压为电动机的额定电压，属于全压启动，也称直接启动。直接启动优点是电气设备少，线路简单，维修量较小。但是异步电动机直接启动时，启动电流一般为额定电流的4～7倍，电源变压器容量不够，电动机功率较大的情况下会使变压器输出电压下降，影响本身的启动转矩，也会影响同一供电线路中其他电气设备的正常工作。所以要掌握异步电动机的降压启动的各种方法和线路的安装。

知识链接

交流电动机从接入电源开始，转速由零上升到某一稳定转速为止的过程称为启动过程或启动。10 kW及其以下容量的三相异步电动机，通常采用全压启动，即启动时电动机的定子绕组直接接在额定电压的交流电源上。但当电动机容量超过10 kW时，因启动电流较大，线路压降大，负载端电压降低，影响启动电动机附近电气设备的正常运行，所以一般采用减压启动。所谓减压启动，是指启动时降低加在电动机定子绕组上的电压，待电动机启动起来后再将电压恢复到额定值，使之运行在额定电压下。减压启动可以减少启动时对线路的影响。但电动机的电磁转矩与定子端电压平方成正比，所以使得电动机的启动转矩相应减小，故减压启动方式有星形—三角形减压启动、自耦变压器减压启动、软启动、延边三角形减压启动、定子串电阻减压启动等。常用的有星形—三角形减压启动与自耦变压器减压启动，软启动是一种当代电动机控制技术，正在一些场合推广使用，后两种已很少采用。

1.定子电路串电阻启动

定子电路串电阻启动是指在电动机启动时，把电阻串接在电动机定子绕组与电源之间，通过电阻的分压作用来降低定子绕组上的启动电压。待电动机启动后，再将电阻短接，使电动机在额定电压下正常运行。常见的控制电路有手动控制、时间继电器自动控制和手动自动混合控制等，下面以自动控制为例进行介绍。

定子电路串电阻启动自动控制电路如图5－15所示。

图5－15　定子电路串电阻启动自动控制电路

电路工作原理：先合上电源开关QS。

停止时：

按下停止按钮SB3→控制电路失电→KM1（或KM2）主触点分断→电动机M失电停转。

2.星形—三角形减压启动控制

如果电动机在正常运转时做三角形连接，启动时先把它改接成星形，使加在绕组上的电压降低到额定值的1/3，启动电流为星形接法。待电动机的转速升高后，再通过开关把它改接成三角形，使它在额定电压下运转。利用这种方法启动时，其启动转矩只有直接启动的1/3。所以用这种启动方法，只适用于轻载或空载下启动。常见的启动线路有以下几种：

1）按钮、接触器控制星形—三角形降压手动启动电路

按钮、接触器控制星形—三角形降压手动启动电路如图5－16所示。

图5－16　按钮、接触器控制星形—三角形降压手动启动电路

电路工作原理：先合上电源开关QS。

电动机星形接法降压启动。

电动机三角形接法全压运行。

停止按下SB1即可实现。

星形—三角形启动的优点是启动设备的费用小，在启动过程中没有电能损失。

2）时间继电器自动控制星形—三角形降压启动电路

图5－17所示为QX4系列自动星形—三角形启动器电路，适用于125 kW及以下的三相笼型异步电动机做星形—三角形减压启动和停止的控制。该电路由接触器KM1、KM2、KM3，热继电器FR，时间继电器KT，按钮SB1、SB2等元件组成，具有短路保护、过载保护和失压保护等功能。

图5－17　QX4系列自动星形—三角形启动器电路

电路工作原理：先合上电源开关Q，按下启动按钮SB2，KM1、KT、KM3线圈同时通电并实现KM1的自锁，电动机三相定子绕组接成星形接入三相交流电源进行减压启动，当电动机转速接近额定转速时，通电延时型时间继电器动作，KT常闭触头断开，KM3线圈断电释放；同时KT常开触头闭合，KM2线圈通电吸合并自锁，电动机绕组接成三角形全压运行。当KM2通电吸合后，KM2常闭触头断开，使KT线圈断电，避免时间继电器长期工作。KM2、KM3常闭触头为互锁触头，以防同时接成星形和三角形造成电源短路。

3.自耦变压器减压启动控制

电动机自耦变压器减压启动是将自耦变压器一次侧接在电网上，启动时定子绕组接在自耦变压器二次侧上。这样，启动时电动机获得的电压为自耦变压器的二次电压。待电动机转速接近电动机额定转速时，再将电动机定子绕组接在电网上即电动机额定电压上进入正常运转。这种减压启动适用于较大容量电动机的空载或轻载启动，自耦变压器二次绕组一般有三个抽头，用户可根据电网允许的启动电流和机械负载所需的启动转矩来选择。

图5－18所示为XJ01系列自耦减压启动电路图，图中KM1为减压启动接触器，KM2为全压运行接触器，KA为中间继电器，KT为减压启动时间继电器，HL1为电源指示灯，HL2为减压启动指示灯，HL3为正常运行指示灯。

图5－18　XJ01系列自耦减压启动电路图

电路工作原理：合上主电路与控制电路电源开关，HL1灯亮，表明电源电压正常。按下启动按钮SB2，KM1、KT线圈同时通电并自锁，将自耦变压器接入，电动机由自耦变压器二次电压供电做减压启动，同时指示灯HL1灭，HL2亮，显示电动机正进行减压启动。当电动机转速接近额定转速时，时间继电器KT通电延时闭合、触头闭合，使KA线圈通电并自锁，其常闭触头断开KM1线圈电路，KM1线圈断电释放，将自耦变压器从电路切除；KA的另一对常闭触头断开，HL2指示灯灭；KA的常开触头闭合，使KM2线圈通电吸合，电源电压全部加在电动机定子上，电动机在额定电压下进入正常运转，同时HL3指示灯亮，表明电动机减压启动结束。由于自耦变压器星形连接部分的电流为自耦变压器一、二次电流之差，故用KM2辅助触头来连接。

4.延边三角形降压启动(www.xing528.com)

延边三角形降压启动时，把定子绕组的一部分接成“三角形”，另一部分接成“星形”，使整个绕组接成延边三角形，如图5－19所示。

图5－19　定子绕组接线图

（a）未连接；（b）延边三角形连接；（c）三角形连接

延边三角形降压启动是在星形—三角形降压的基础上加以改进而形成的一种启动方式，它把星形和三角形两种接法结合起来，使电动机每相定子绕组承受的电压小于三角形接法时的相电压，而大于星形接法时的相电压，并且每相绕组电压的大小可随电动机绕组的抽头位置的改变而调节，从而克服了星形—三角形降压启动时的启动电压偏低、启动转矩偏小的缺点。

由连接图和特性表可以看出，采用延边三角形启动的电动机需要有9个出线端，这样不用自耦变压器，通过调节定子绕组的抽头比K，就可以得到不同数值的启动电流和启动转矩，从而满足了不同的使用要求。延边三角形降压启动控制电路如图5－20所示。

图5－20　延边三角形降压启动控制电路

项目技能实训三　三相异步电动机星形—三角形启动控制

1.实训目的

（1）熟悉空气阻尼式时间继电器的结构、原理及使用方法。

（2）掌握异步电动机星形—三角形启动控制电路的工作原理及接线方法。

（3）进一步熟悉电路的接线方法、故障分析及排除方法。

2.实训仪器和设备

（1）交流接触器3个；

（2）热继电器1个；

（3）二联按钮1个；

（4）时间继电器1个；

（5）三相转换开关1个；

（6）三相电动机（三角形接法）1台；

（7）电工工具1套。

3.实训原理及线路

图5－21所示为异步电动机星形—三角形启动的控制电路。

图5－21　异步电动机星形—三角形启动的控制电路

4.实训内容和步骤

（1）检查电气元件是否良好，要弄清时间继电器的类型。

（2）用粗线接好主回路，用细线接好控制电路，经老师检查后进行下列操作。

（3）合上Q，按下SB2，观察各电气元件的动作。

（4）调节KT的延时，观察其动作时间和电动机的启动情况。

5.思考题

（1）异步电动机星形—三角形启动控制电路有何优点、缺点？适用于什么情况。

（2）时间继电器KT的延时太短有何影响？

（3）若延时常开、常闭触点接反会发生什么现象？为什么？

6.技能训练考核评分标准（表5－3）

表5-3　技能训练考核评分标准