减压起动控制电路设计与优化

减压起动是指在电源电压不变的情况下，起动电动机时通过某种方法（改变连接方式或增加起动设备），降低加在电动机定子绕组上的电压，待电动机转速接近额定转速后，再将电压恢复到额定值。由于电动机的起动电流与电压成正比，所以降低起动电压可以减小起动电流，也就减小了对电网的影响。但电动机的转矩与电压的平方成正比，将使电动机的起动转矩也大为降低，因而减压起动只适用于对起动转矩要求不高或空载、轻载下起动的设备。一般情况下，当电动机功率大于7.5kW时，应考虑对电动机采取减压起动控制，以减小电动机的起动电流，保证电网的正常供电。常用的减压起动方式有定子电路串电阻（或电抗）减压起动、星形-三角形（-△）减压起动、自耦变压器减压起动和延边三角形减压起动等。

1.定子串电阻（或电抗）减压起动控制电路

图2-7所示为定子绕组串接电阻减压起动控制电路。电动机起动时在定子绕组中串接电阻，使定子绕组电压降低，从而限制了起动电流。待电动机转速接近额定转速时，再将串接电阻短接，电动机即可在额定电压下运行。该电路是根据起动过程中时间的变化，利用时间继电器延时动作来控制各电气元件的先后顺序动作，时间继电器的延时时间按起动过程所需时间整定。

图2-7 定子绕组串接电阻降压起动控制电路

主电路由转换开关QS、熔断器FU1、接触器KM1和KM2主触点、电阻R、热继电器FR、电动机M组成，如图2-7a所示；控制电路由熔断器FU2、热继电器FR常闭触点、停车按钮SB1常闭触点、起动按钮SB2常开触点、时间继电器KT线圈及延时闭合常开触点、接触器KM1和KM2线圈及辅助常开常闭触点组成，如图2-7b所示。图2-7c所示为改进的控制电路。

图2-7b部分控制电路工作原理如下：合上刀开关QS，按下起动按钮SB2时，KM1线圈立即通电吸合并自锁，电动机M串联电阻减压起动，与此同时，时间继电器KT线圈得电吸合并开始计时，当电动机M的转速上升到一定值（即启动达到一定时间）时，时间继电器KT也达到整定的延时值，其延时闭合的动合触点闭合，使KM2通电吸合，KM2的主触点闭合，将起动电阻R短接，电动机在额定电压下进入稳定正常运转。

此电路虽然简单，但KM1线圈及KT线圈始终得电，既不安全（一般时间继电器线圈按短时工作设计），也没必要，且会使能耗增加，缩短接触器与继电器的使用寿命缩短。为了提高控制电路的安全性、可靠性和经济性，设计的改进控制电路如图2-7c所示。

图2-7c所示的控制电路的工作原理如下：合上电源总开关QS，按下起动按钮SB2，接触器KM1线圈通电自锁，电动机M串电阻减压起动。同时时间继电器KT线圈得电吸合并开始计时，当电动机M的转速上升到一定值时，即KT延时时间到，KT的延时闭合常开触点闭合，接通KM2线圈的电源，接触器KM2线圈通电自锁，其主触点将限流电阻R短接，电动机M全压运转。同时，串接在KM1线圈回路的KM2常闭触点断开，使接触器KM1和时间继电器KT断电，从而延长了接触器KM1和时间继电器KT的使用寿命，节省了电能，提高了电路的可靠性。停车时，按下停车按钮SB1，线圈KM2断电释放，电动机M停转。

串电阻减压起动的起动电阻一般采用由电阻丝绕制的板式电阻或铸铁电阻，电阻功率大、通流能力强，为减少起动过程中能量损耗，往往将电阻改成电抗器。此种启动方法不受定子绕组接线形式的限制，设备简单，启动过程平滑，但也有起动过程中能量损耗较大的缺点。故适用于起动要求平稳、电动机轻载或空载及起动不频繁的场合。

2.星-三角（-△）减压起动控制电路

图2-8 电动机定子绕组和△联结电路

-△减压起动控制电路是在电动机起动时将定子绕组接成星（）形，每相绕组承受的电压为电源的相电压（220V），随着电动机转速的升高，到起动结束后再将定子绕组换接成三角形（△）联结，每相绕组承受的电压为电源线电压（380V），此时电动机进入额定电压下正常运行。笼型异步电动机采用-△减压起动时，由于加在每相绕组上的起动电压只有三角形接法的1/3，启动电流为三角形接法的1/3，起动转矩也只有△联结的1/3。与其他减压起动方法相比，-△减压起动投资少，电路简单，凡是正常运行时定子绕组接成的△联结的笼型异步电动机，均可采用这种减压起动方法。但因起动转矩特性较差，故只适用于轻载或空载起动的场合。图2-8所示为电动机定子绕组和△联结电路。

图2-9 -△减压起动控制电路

-△减压起动电路中应用最广的是使用接触器、时间继电器自动控制电路，其控制电路如图2-9所示。电路中除有熔断器、热元件外，还有三个接触器KM1、KM2、KM3。其中KM1电源接触器，用于通断主电路，KM3和KM2分别为控制接触器和运行接触器。当KM3吸合时电动机为联结，实现减压起动。在起动结束后KM2动作，电动机电源变为△联结，实现正常运行。其工作原理如下：

合上电源开关QS后，按下起动按钮SB2，接触器KM1、时间继电器KT、接触器KM3线圈通电吸合。KM1的常开辅助触点闭合自锁，接触器KM1、KM3主触点将电动机M绕组接成联结减压起动。同时，接触器KM3的常闭辅助触点断开，切断接触器KM2线圈回路电源，使得在接触器KM3吸合时，接触器KM2不能吸合。经过一定时间后电动机转速升高至一定值时，电动机电流下降，时间继电器KT延时达到整定值，KT的延时断开常闭触点断开，切断接触器KM3线圈回路的电源，接触器KM3失电释放，KM3的常闭辅助触点复位闭合，接通接触器KM2线圈回路电源，同时KT的延时闭合常开触点闭合。接触器KM2线圈通电吸合自锁，其主触点与接触器KM1主触点将电动机M绕组接成△联结全压运行。而接触器KM2的常闭辅助触点断开，切断时间继电器KT和接触器KM3线圈的电源通路，时间继电器KT失电释放，并保障在接触器KM2吸合时接触器KM3不能吸合。利用KM2的常闭辅助触点断开时间继电器KT线圈的电源，使KT退出运行，这样可延长时间继电器KT的寿命并节约电能。停车时按下SB1，接触器KM1、KM2的线圈相继断电释放，电动机M停转。(www.xing528.com)

3.自耦补偿减压起动控制电路

自耦补偿降压启动是利用自耦变压器TM来进行减压的。在自耦变压器减压起动控制电路中，电动机起动电流的限制是依靠自耦变压器的减压作用来实现的。自耦变压器按星形联结，电动机起动时，将电源电压加到自耦变压器一次侧，电动机定子绕组接到自耦变压器二次侧，构成减压起动电路。起动一定时间，当电动机转速升高到预定值后，将自耦变压器切除，电源电压通过接触器直接加于定子绕组，电动机进入全压运行。

自耦补偿减压起动控制电路的优点是起动转矩和起动电流可以调节，缺点是设备庞大，成本较高。因此，这种方法适用于额定电压220V/380V、接法为/△、容量较大的三相交流笼型异步电动机的不频繁起动。常用的自耦补偿起动装置分为手动和自动两种操作形式。手动操作的自耦补偿起动器有QJ3、QJ5等型号；自动操作的自耦补偿起动装置有XJ01、CTZ等系列。在实际应用中，自耦变压器二次侧有三个抽头，使用时应根据负载情况及供电系统要求选择一个合适抽头。下面以XJ01系列自耦补偿起动器的控制电路为例，介绍自耦补偿起动器的工作原理。

图2-10 自耦补偿减压起动电路

图2-10所示为使用XJ01系列自耦补偿起动电路，自耦补偿减压起动电路由主电路、控制电路和指示电路所组成。主电路由转换开关QS、熔断器FU1、接触器KM1和KM2主触点、自耦变压器TM、热继电器FR、电动机M组成；控制电路由熔断器FU2、热继电器FR常闭触点、停车按钮SB1常闭触点、起动按钮SB2常开触点、时间继电器KT线圈及延时闭合常开触点、中间继电器KA线圈及常开常闭触点、接触器KM1和KM2线圈及辅助常开常闭触点组成。指示电路由KA常闭触点、KM1辅助常开常闭触点、KM2辅助常开触点、指示灯HL1、HL2和HL3组成。其中主电路中自耦变压器TM和接触器KM1的三对常开主触点构成自耦变压器的减压起动电路，接触器KM2主触点用以实现电动机全压运行。控制电路中选用中间继电器KA，用以增加触点个数和提高控制电路设计的灵活性。指示电路中用三个信号灯作电路工作状态指示，HL1灯亮，显示电动机全压运行状态；HL2灯亮，显示减压起动过程；HL3灯亮，显示电源有电，电动机处于停车状态。

自耦补偿减压起动控制电路工作原理如下：合上电源开关QS后，指示灯HL3亮。按下起动按钮SB2，接触器KM1线圈通电自锁，三对常开主触点闭合，电动机M经自耦变压器TM降压启动。KM1的常闭触点断开，对接触器KM2实现互锁；KM1的常闭触点断开，切断指示灯HL3回路电源，指示灯HL3熄灭；KM1的常开触点闭合，指示灯HL2亮，显示减压起动。同时，时间继电器KT线圈通电延时，为电动机正常运转做准备，经过一定时间，电动机M转速升高至一定值，电动机电流下降，时间继电器KT延时达到整定值，KT的延时闭合常开触点闭合，中间继电器KA线圈通电，KA的常开触点闭合自锁，同时KA的常闭触点断开，切断指示灯HL2、HL3回路电源，指示灯HL2、HL3熄灭。KA的常闭触点断开，切断时间继电器KT和接触器KM1线圈的电源通路，接触器KM1线圈断电释放，所有触点复位，其主触点断开，将自耦变压器TM切除。当接触器KM1的常闭触点复位后，接触器KM2线圈立即通电，其主触点闭合，电动机M全压运行。接触器KM2的常开触点闭合，指示灯HL1亮，显示全压运行。利用KA的常闭触点断开KT线圈，使KT退出运行，这样可延长时间继电器的寿命并节约电能。停车时，按下停车按钮SB1，使KM2、KA的线圈相继断电释放，电动机M停转。

4.延边三角形减压起动控制电路

图2-11 延边三角形电动机定子绕组示意图

a）原始状态 b）起动时 c）正常运转

延边三角形减压起动的方法是在每相定子绕组中引出一个抽头，电动机起动时将一部分定子绕组接成△联结，另一部分定子绕组接成联结，使整个绕组接成延边三角形联结，其绕组连接情况如图2-11所示。经过一段时间，电动机起动结束后，再将定子绕组接成△联结全压运行。电动机定子绕组作延边三角形接线时，每相定子绕组所承受的电压大于联结时的相电压，而小于△联结时的相电压。这样，在不增加其他起动设备的前提下，既起到减压限流的作用，又不致使电动机起动转矩太低。并且电动机每相绕组电压的大小可随电动机绕组抽头位置的改变而调节，从而克服了-△减压起动时启动电压偏低、起动转矩偏小的缺点。但延边三角形减压起动方法仅适用于定子绕组有抽头的特殊三相交流异步电动机。

图2-12所示为延边三角形减压起动控制电路。主电路中接触器KM1和KM3主触点闭合，电动机作延边三角形联结起动；接触器KM1和KM2主触点闭合时，电动机作三角形接法全压运行。

图2-12 延边三角形减压起动控制电路

控制电路工作原理如下：合上电源开关QS后，按下起动按钮SB2，接触器KM1、时间继电器KT、接触器KM3线圈通电吸合。KM1的常开辅助触点闭合自锁，接触器KM1、KM3主触点闭合将电动机M绕组接成延边三角形减压起动。同时，接触器KM3的常闭辅助触点断开，切断接触器KM2线圈回路电源，使得在接触器KM3吸合时，接触器KM2不能吸合。经过一定时间后电动机转速升高至一定值时，电动机电流下降，时间继电器KT延时达到整定值，KT的延时闭合常开触点闭合，延时断开常闭触点断开，切断接触器KM3线圈回路的电源，接触器KM3线圈失电释放，同时KM3的常闭辅助触点复位闭合，接通接触器KM2线圈回路电源，接触器KM2线圈通电吸合自锁，其主触点闭合与接触器KM1主触点将电动机M绕组接成△联结全压运行。而接触器KM2的常闭辅助触点断开，切断时间继电器KT和接触器KM3线圈的电源通路，时间继电器KT失电释放，触点瞬时复位，并保障接触器KM2对接触器KM3实现互锁。图中利用接触器KM2的常闭辅助触点断开KT线圈的电源，使KT退出运行，这样可延长时间继电器的寿命并节约电能。停车时，按下SB1停车按钮，接触器KM1、KM2线圈相继断电释放，电动机M停转。