任务二 三相异步电动机减压起动控制电路的分析与调试

一、任务内容

三相异步电动机的起动主要有全压直接起动和减压起动两种。定子绕组直接连在额定电压的交流电源上的起动方式称为全电压直接起动。定子绕组起动时接入的电压不是电动机额定电压，而是经某种手段减压后的电压，待电动机的转速接近额定转速时，再换接额定电压的起动方式，称为减压起动。现对几种常用的减压起动控制电路进行分析，并按照控制电路完成电路接线与调试。

二、任务分析

由于三相异步电动机起动电流I_st为额定电流I_n的4～7倍，起动时过大的电流将导致绕组因严重发热而损坏，甚至还会造成电网电压显著下降及邻近其他电气设备工作不正常。所以全电压直接起动的电动机容量受到一定的限制，需要符合下面的经验公式或电动机容量在10kW以下。

式中 I_st——电动机直接起动电流，单位为A；

I_n——电动机额定电流，单位为A；

S——电源变压器容量，单位为kV·A；

P——电动机容量，单位为kW。

在很多机电设备中，由于电动机容量较大，不适合采用全电压直接起动，需要采用减压起动。常用的减压起动方法有Υ-△减压起动、定子串电阻减压起动、自耦变压器减压起动等。

三、任务实施

1.三相异步电动机Υ-△减压起动控制电路分析

用于Υ-△减压起动的三相异步电动机的定子绕组中有6个接线端子U1、V1、W1、W2、U2及V2，如图2-4所示。起动时KM主触点和KM1主触点闭合、KM2主触点断开，接线端子W2-U2-V2互连，定子绕组暂接成星形（Υ），这时定子绕组相电压仅为电动机额定电压的倍，电动机起动。待电动机转速升到一定值时，再换接成KM主触点和KM2主触点闭合、KM1主触点断开的状态，接线端子U1-V2、V1-W2、W1-U2互连，定子绕组换接成三角形（△），电动机在额定电压下正常运转。

2.5 电动机绕组Υ-△联结

图2-4 定子绕组Υ-△换接

a）定子绕组接线示意图 b）Υ联结 c）△联结

图2-5是Υ-△自动换接减压起动控制电路。电路控制过程分析如下。

图2-5　Υ-△自动换接减压起动电路

2.6 电动机Υ-△减压控制原理

按下SB2，KM线圈得电，并通过常开辅助触点KM自锁，同时，KM1线圈得电、KT线圈也得电。主电路中的KM主触点与KM1主触点都闭合，定子绕组接成Υ。KT线圈延时到达后，KT常开延时闭合触点闭合，KM2线圈得电，并通过常开辅助触点KM2形成自锁。与此同时，KM1线圈因所在支路中的KT常闭延时断开触点断开而失电，KM线圈则保持得电。上述结果导致主电路中KM1主触点断开，KM主触点与KM2主触点闭合，定子绕组自动换接成△。上述过程可用电器元件动作顺序表示为：

Υ-△减压起动的优点在于定子绕组为Υ接法时，起动电压为△接法的，起动电流为△接法的1/3，起动电流特性好，电路比较简单。缺点是起动转矩下降为△接法的1/3，转矩特性差。

相关知识点——时间继电器

在自动控制系统中，需要有瞬时动作的继电器，也需要延时动作的继电器。时间继电器就是利用某种原理实现触点延时动作的自动电器，经常用于以时间控制原则进行控制的场合。其种类主要有空气阻尼式、电磁阻尼式、电子式和电动式。

时间继电器的延时方式有以下两种。

2.7 时间继电器

1）通电延时。接收输入信号后延迟一定的时间，输出信号才发生变化。当输入信号消失后，输出瞬时复原。

2）断电延时。接收输入信号时，瞬时产生相应的输出信号。当输入信号消失后，延迟一定的时间，输出才复原。

1.空气阻尼式时间继电器

空气阻尼式时间继电器是利用空气阻尼原理获得延时的，其结构由电磁系统、延时机构和触点三部分组成。电磁机构为双正直动式，触点系统用LX5型微动开关，延时机构采用气囊式阻尼器。图2-6为JS7系列空气阻尼式时间继电器外形图。

空气阻尼式时间继电器的电磁机构可以是直流的，也可以是交流的；既有通电延时型，也有断电延时型。只要改变电磁机构的安装方向，便可实现不同的延时方式：当衔铁位于铁心和延时机构之间时为通电延时，如图2-7a所示；当铁心位于衔铁和延时机构之间时为断电延时，如图2-7b所示。

图2-6 JS7系列空气阻尼式时间继电器外形

图2-7 JS7-A系列空气阻尼式时间继电器结构原理图

a）通电延时型 b）断电延时型

1—线圈 2—铁心 3—衔铁 4—反力弹簧 5—推板 6—活塞杆 7—杠杆 8—塔形弹簧 9—弱弹簧

10—橡皮膜 11—空气室壁 12—活塞 13—调节螺钉 14—进气孔 15、16—微动开关

空气阻尼式时间继电器的特点是延时范围较大（0.4～180s），结构简单，寿命长，价格低。但其延时误差较大，无调节刻度指示，难以确定整定延时值。在对延时精度要求较高的场合，不宜使用这种时间继电器。

2.时间继电器的图形符号和文字符号

时间继电器的图形符号和文字符号如图2-8所示。

图2-8 时间继电器的图形符号和文字符号

2.三相异步电动机Υ-△减压起动控制电路调试

（1）选择电器元件和导线 根据图2-5所示电动机Υ-△减压起动控制电路原理图，以给定的三相异步电动机的额定功率、额定电压和额定电流为主要参数，根据项目一中讲述的各类常用低压电器元件的选用依据，并结合工程经验合理选择所需的电器元件。

（2）安装电器元件 按图样的要求，正确使用安装工具，将电器元件固定在配电板上。电器元件的安装以图2-9所示的布置图为依据，用安装工具将相应电器元件固定在网孔板上。在电器元件安装时，要检查熔断器、交流接触器、热继电器、时间继电器、起停按钮有无损坏，操作按钮和接触器触点动作是否灵活可靠。

图2-9 电动机Υ-△减压起动电器元件布置图

（3）连接电路 电路接线应严格按照接线工艺规则，根据图2-5控制原理图，分主电路和控制电路两部分来连接。主电路接线时，应确保接触器KM与KM1在接入电动机绕组时构成Υ联结，接触器KM与KM2在接入电动机绕组时构成△联结，实现电动机减压起动。在控制电路接线时，要确保接触器KM1、KM2的常闭辅助触点互相串接在对方电路中，实现电气互锁。

（4）通电调试 在完成任务一中讲述的电压确认、线路检查后，就可接通电源进行调试。按下启动按钮SB2，观察接触器KM、KM1、KM2触点的动作顺序，特别要注意在时间继电器延时时间到后，接触器KM1线圈是否断电，KM2线圈是否通电，即电动机是否由Υ起动换成△运行。如果没有实现，就要判断时间继电器工作是否正常，或者时间继电器的触点接线是否正确。停止时，则按下停止按钮SB1。在调试过程中，如电动机转速较低或不转，且有“嗡嗡”杂音，则有可能是电动机发生缺相，应立即切断电源仔细排查故障。在调试过程中，如闻到异味或听到异响，应立即切断电源，排查、分析故障并消除。

拓展知识点——定子绕组串电阻减压起动控制电路

图2-10所示是定子绕组串电阻减压起动控制电路。电动机起动时，在电路中串电阻，可使电动机定子绕组电压降低，起动结束后再将电阻切除，使电动机在额定电压下运行。

图2-10 定子绕组串电阻减压起动

2.8 定子绕组串电阻减压起动

当按下SB2时，KM1线圈得电，常开辅助触点KM1闭合，形成对SB2的自锁。主电路中主触点KM1接通，电动机进入减压起动状态。

按下SB2时，KT线圈同时得电，经一段延时时间（延时时间至接近电动机额定转速时结束）后，常开延时闭合触点KT闭合，KM2线圈得电。

KM2线圈一旦得电，KM1线圈因所在支路中的常闭触点KM2立即断开而失电，此时主电路中KM1主触点断开，KM2主触点闭合，引入的电源电流不经过电阻R直接接入电动机的三相绕组，电动机切换成全压运转状态。

上述过程可用电器元件动作顺序表示为：

串电阻减压起动的优点是控制电路简单、成本低、动作可靠、功率因数高。但由于串电阻减压起动时电流随定子电压成正比下降，起动转矩按电压的平方成正比下降，且每次起动都要消耗大量电能，仅适用于要求起动平稳的中小容量电动机，且起动不宜频繁。