鼠笼式异步电动机降压起动控制线路

鼠笼式异步电动机降压起动控制线路交流鼠笼式电动机全压起动时的起动电流约为其额定电流的五至七倍左右。这在许多场所是不允许的。为此，人们设计出许多种方法，来降低电动机起动时的电流。其中最常用的方法就是降压起动（也称减压起动）。所谓降压起动，就是将电源电压适当降低后，再加到电动机定子绕组上进行起动，当电动机转速升到接近正常值时，再使电压恢复到额定值。降压起动虽然降低了起动时的电流值，但是，起动时电动机的转矩也大大降低了。因此，降压起动法仅适用于：电动机空载或轻载起动的场所。常用的减压起动方法有：一、串联电阻降压起动；二、星/角降压起动；三、自耦变压器降压起动；四、延边三角形降压起动。下面，分别介绍如下：一、串联电阻降压起动电动机起动时，在其定子绕组回路中串接电阻（RST），由于在电阻上产生电压降，将使加至电动机绕组上的电压低于电源电压，此时的电动机的起动电流也随之减小。待起动完成后，再将所串联的电阻短接，电动机便在额定电压下正常运行。串联电阻降压起动的控制电路有接触器控制和时间继电器控制两种。接触器控制也称为手动控制；而时间继电器控制也称为自动控制（为叙述方便，以后都采用后一种名称）。在前面所给出的四十二个图中，我们把新旧两种符号的线路图都画出。通过对这些图中新、旧符号的学习，我们对新旧符号都已比较熟习，所以，本节以后的控制线路图，都不再画出旧的符号图，而只画出新符号图。一）、串电阻降压起动，手动控制线路（一）、串电阻降压起动手动控制线路之一串电阻降压起动手动控制线路之一的主回路如图21601所示:串电阻降压起动手动控制线路之一的控制回路如图21602所示:图21602中RST为起动电阻；RST一般采用ZX1、ZX2系列铸铁电阻，铸铁电阻功率大，能允许通过较大的电流。三相所串的电阻值应相等，起动电阻RST的阻值可用下列近似公式确定：RST=190(Ist-Istˊ)/IstIstˊ(2—1)公式中：Ist—为串联电阻前的起动电流（安培）一般取:Ist=（4—7）In；Istˊ—串联电阻后的起动电流（既允许的起动电流值，一般取：Ist=（2—3）In。起动电阻的功率：Pr=（1/3—1/4）Istˊ2RST例如，一台三相鼠笼式异步电动机，功率为20千瓦，额定工作电流为38.4安培，额定工作电压为380伏特，求起动时需串联多大的起动电阻？起动电阻的功率为多少？解：Ist=6In=6×38.4=230.4A（取230）Istˊ=2In=2×38.4=76.8A（取77）RST=190×（230-77）／230×77≈1.64ΩPr=（1／3—1／4）Istˊ2RST=1／3×77×2×1.64≈3.2KW经过以上计算可知，这台电动机可串联1.64欧姆，额定功率3千瓦的铸铁电阻。图21601中TA为电流互感器；A为电流表。加装电流互感器和电流表的目的是为了更好地监测电动机在启动和正常运行时的电流值，以利电动机的正常使用和维护。电流互感器TA按电压分类有高压互感器和低压电流互感器，它们分别用于高压和低压；按电流变比分有：50/5、100/5、150/5、200/5、300/5、400/5等等多种规格，分式中分子为一次电流，分母为二次电流（一般都为5安培），如100/5就表示电流互感器TA中的一次侧流过100安培电流时；二次侧流过5安培电流。对于电流表A也有：50/5、100/5、150/5、200/5、300/5、400/5等等多种规格与电流互感器配套。电流表A的变比应与电流互感器TA的变比相同。下面以一个低压电动机的具体例子来简单介绍选择电流互感器和电流表的估算选用方法。一台三相鼠笼式异步电动机，功率为30千瓦，额定工作电压为380伏特，这台电动机采用降压起动，请为其选择电流互感器和电流表。在本章的第2节中我们已经介绍：对于额定电压为380伏特的鼠笼式三相异步电动的额定电流，可按其额定容量的二倍来估算。所以这台电动机的额定工作电流In可估算为：2×30（千瓦）=60（安培）电流互感器一次侧电流I1可按式下估算：“I1=3/2In”所以互感器一次侧电流I1=3/2×60=90（安培），选最接近的标准值100/5的电流互感器。经过以上估算可知，这台电动机应选择100/5的电流互感器，电流表与电流互感器相同，也选择其变比为：100/5。图21602的工作原理简述如下：１、降压起动按起动按钮ＳB2→接触器KM1获电→１）KM1的主触头闭合，电动机串电阻Ｒst降压起动；2)KM1自锁触头闭合自锁。２、全压运行（当电流表指针稳定不变或电动机转速不再上升时）：按运转按钮SB3→接触器KM2获电吸合→１）KM2主触头闭合，电动机全压运行（此时，电阻Ｒst被短接）；２）KM2的自锁触头闭合自锁；３）KM2常闭触头断开，接触器KM1断电释放。常见故障及排除故障现象：电动机有时能够正常起动和运转；有时则只能起动而不能正常运转。即：按起动按钮SB2能够起动，但按运转按钮SB3后，接触器KM1和KM2均断电释放，电动机失电停转。仔细检查接线无任何错误。故障分析：这种“故障”是由于图21602控制线路有竞争现象而产生的，尤其是在电源电压较低的情况下，更容易发生这种故障。为了说明问题，我们先讨论一下接触器中辅助触头的变化规律（请参看图21603）。图中常闭动触头和常开动触头用两个弹簧联在一起，成为一体。当接触器获电吸合时，常闭动触头和常开动触头一同向下运动；此时常闭辅助触头先断开，常开辅助触头后闭合，我们把常闭辅助触头断开至常开辅助触头闭合这一小段时间定义为“Δt吸”，“Δt吸”的长短与电源电压有关，电压越高“Δt吸”越短电压越低“Δt吸”越长；当接触器失电释放时，常闭动触头和常开动触头在反作用弹簧（图中未画出）的作用下一同向上运动；此时常开辅助触头先断开，常闭辅助触头后闭合，我们把常开辅助触头断开至常闭辅助触头闭合这一小段时间定义为“Δt放”，“Δt放”的长短只与接触器的反作用弹簧有关，而与电源电压无关，它不随电压的变化而变化，是一个定值。下面以图21602b）控制回路原理图为例分析一下控制线路中的竞争现象。在电动机起动过程完成后，按动运转按钮SB3，接触器KM2获电的这一时刻，接触器KM2的常闭和常开辅助触头的状态都要发生变化，首先是在接触器KM1线圈回路中的常闭辅助触头KM2先断开，切断接触器KM1的线圈回路，使其自锁触头KM1断开，然后是自锁触头KM2后闭合使KM2自锁。自锁触头KM1断开所需的时间大约是：“KM1的Δt放”；而自锁触头KM2闭合所需的时间是：KM2的“Δt吸”一般KM1与KM2是同一型号的接触器，所以接触器KM1的“Δt吸”和“Δt放”与KM2的“Δt吸”和“Δt放”是基本相同的。如果自锁触头KM2闭合前接触器KM1的自锁触头KM1已断开，则必然发生两个接触器均断开的故障，如果接触器KM1的自锁触头KM1前接触器KM2的自锁触头KM2已闭合，则控制线路就能正常运行。当电源电压较低时，接触器KM2的“Δt吸”由于电源电压较低而增大，而接触器KM1的“Δt放”却不因电源电压较低而变化，所以在电源电压较低时，更容易产生两个接触器均断开的故障。故障排除：方法1：在电动机起动过程完成后，首先按下起动按钮SB2不松开，然后按下运转按钮SB3，接触器KM2闭合后再将按钮SB2和SB3同时松开即可。只要电源电压不是低到不能使接触器吸合，此法总能有效。方法2：参见图21604，将接触器KM2中的常闭动触头向上弯曲而常开动触头向下弯曲，这样做的目地是使KM2的常开触头早一点闭合，而使其常闭触头晚一点断开；将接触器KM1中的自锁触头KM1的常开动触头向下弯曲，这样做的目地是使KM1中的自锁触头KM1晚一点断开。如果电源电压不是太低，此法很有效。说明：方法2也可以应用于其它有竞争现象的控制线路。（二）、串电阻降压起动手动控制线路之二串电阻降压起动手动控制线路之二如图21605所示。图21605控制线路的工作原理如下：按下起动按扭SB2且不松开→接触器KM1获电吸合→电动机串电阻RST降压起动。当电流表指针稳定不变或电动机转速不再上升时，再按下运转按钮SB3（此时SB2不能松开）。→１）接触器KM1断电释放；２）接触器KM2获电吸合→自锁触头KM2闭合自锁，主触头闭合，→电动机全压运转。此时，将SB2与SB3均放松，由于有自锁触头KM2自锁，故接触器KM2仍保持吸合，电动机仍然获全压运行。图21602控制线路，由于起动用接触器KM1使用了自锁触头，故起动时只需点动一下起动按钮SB2即可，而不必象第二种手动控制线路那样，在整个起动时间内，都需要按住SB2不放。所以，如以操作是否方便来判定，则图21602优于图21605；但这种接触器KM1具有自锁的控制线路是不宜使用的。因为在实际工作中，经常出现误操作而使电阻器RST乃至电动机被烧毁的事故。此处的误操作就是：“操作者只按动了起动按钮SB2而由于遗忘或不熟习；没有按动运转按钮SB3。”此时，电动机将长期串电阻在低电压下运行。由电机学知识我们知道：“电动机在接近满负荷情况下运行，如实际电压低于额定电压，电动机的工作电流要大于其额定电流的”。所以电动机在起动状态下串电阻长时间运行，电动机是必然烧毁的。为防止这种误操作，而导致烧毁电动机的事故，建议读者在采用手动控制线路时，优先选用第二种线路。已经采用第一种线路的，只要将KM1自锁线摘掉一侧就与第二种线路的功能一样了。这样一改，起动期间手不能松开起动按钮，操作不太方便，但是电动机的起动时间很短，大多数为十几秒钟时间，所以这种操作不方便，影响不大。（二）、串电阻降压起动的手动控制线路之三串电阻降压起动手动控制线路之三如图21606所示。它的主回路及工作原理和功能与图21605完全相同，请参阅图21605的有关说明。二）、串联电阻降压起动，自动控制线路。串电阻降压起动自动控制线路如图21607所示：因主回路与图21602中的主回路完全相同，故图21607仅画出控制线路。图21607的工作原理如下：按起动按钮SB2→接触器KM1线圈获电；１）KM1自锁触头闭合自锁；２）KM1主触头闭合，电动机串电阻Ｒst降压起动；３）串接在时间继电器KT线圈回路中的常开触头KM1闭合，使时间继电器KT线圈获电，待过了时间继电器预先整定的时间后，KT常开触头闭合→KM2线圈获电：１）KM2自锁触头闭合自锁；２）KM2主触头闭合→电动机全压运行；３）在接触器KM1线圈回路中的KM2常闭触头断开，切断KM1线圈的供电回路，KM1断电释放。在时间继电器KT线圈回路中的常开触头KM1断开，时间继电器KT也断电释放，所以，在电动机全压运行后只有接触器KM1一个线图获电。常见故障及排除故障现象：按起动按钮电动机能够起动，但过了时间继电器KT预先整定的时间后，电动机突然失电停转。故障分析：这种“故障”是由于图21607控制线路有竞争现象而产生的。参见图21607，如果接触器KM2线圈回路中的自锁触头KM2在还没有闭合时，延时常开触头KT已因接触器KM1线圈和时间继电器KT线圈先后失电而断开，则会造成起动失败，图21607中的三个线圈均会失电，尤其当电源电压较低时，更容易发生这种情况。故障排除：将接触器KM2中的常闭动触头向上弯曲而常开动触头向下弯曲，这样做的目地是使KM2的常开触头早一点闭合，而使其常闭触头晚一点断开；将接触器KM1中的自锁触头KM1的常开动触头向下弯曲，这样做的目地是使KM1中的自锁触头KM1晚一点断开。详见图21602中的故障排除方法二。二、星形/三角形（Ｙ／Δ）降压起动线路星形/三角形降压起动是指电动机起动时，将定子绕阻接线星形（Ｙ形）起动；起动结束后再将它换接成三角形(Δ)运转。所以，星形/三角形起动方法只能用于正常工作时定子绕组为三角形联接法的电动机（为了配合星形/三角形降压起动，电动机生产厂家将功率较大的电动机，基本都设计为三角形接法）。由于星/角降压起动方法简便易行而且经济，所以这种降压起动方法使用非常普遍，但是，这种起动方法的起动转距仅为全压起动的三分之一，所以，星/角