项目6 三相笼型异步电动机降压起动控制（课件）-《工厂电气控制设备》同步教学（清华大学出版社）

项目6 三相笼型异步电动机降压起动控制 知识要求 掌握三相笼型异步电动机降压起动控制线路的工作原理。 掌握降压起动控制线路的安装操作方法。 技能要求 掌握三相异步电动机降压起动控制线路的安装与调试。 培养对电气控制线路的了解和电器故障分析及排除能力。 学习情景6.1 串电阻(电抗器)起动控制 【问题的提出】 一般容量小的电动机通常直接起动，若不满足条件时，则必须采用降压起动。有时为了减小和限制起动时对机械设备的冲击，即使允许直接起动的电动机，也往往采用降压起动。降压起动方法的实质，就是在电源电压不变的情况下，起动时减小加在电动机定子绕组上的电压，以限制起动电流，而在起动以后再将电压恢复至额定值，电动机进入正常运行状态。 【相关知识】 笼型异步电动机采用全压直接起动时，控制线路简单，维修工作量较少。但是，并不是所有的异步电动机在任何情况下都可以采用全压起动，这是因为在电源变压器容量不是足够大的情况下，由于异步电动机起动电流一般可达其额定电流的4～7倍，致使变压器二次侧电压大幅度下降，这样不但会减小电动机本身的起动转矩，甚至导致电动机无法起动，还要影响同一供电网路中其他设备的正常工作。 判断一台电动机能否采用全压起动，可以用下面的经验公式来确定 (6-1) 式中：IST —— 电动机全压起动电流(A)； IN —— 电动机额定电流(A)； S —— 电源变压器容量(kVA)； P —— 电动机容量(kW)。 三相笼型异步电动机降压起动的方法有：定子绕组串电阻(或电抗器)；Y/△换接；延边三角形和使用自耦变压器起动等。这些起动方法的实质，都是在电源电压不变的情况下，起动时减小加在电动机定子绕组上的电压，以限制起动电流，而在起动以后再将电压恢复至额定值，电动机进入正常运行状态。 图6-1所示是定子串电阻降压起动控制线路图。电动机起动时在三相定子电路中串接电阻，使电动机定子绕组电压降低，起动结束后再将电阻短接，电动机在额定电压下正常运行，这种起动方式由于不受电动机接线形式的限制，设备简单，因而在中小型机床中也有应用。图中KM1为接通电源接触器，KM2为短接电阻接触器，KT为起动时间继电器，R为降压起动电阻。 图6-1 定子串电阻降压起动控制线路 图6-1(a)控制线路工作情况如下：合上电源开关QS，按起动按钮SB2，KM1通电并自锁，同时KT通电，电动机定子串入电阻R进行降压起动，经时间继电器KT延时，其常开延时闭合触点闭合，KM2通电，将起动电阻短接，电动机进入全电压正常运行。 电动机进入正常运行后，KM1、KT始终通电工作，不但消耗了电能，而且增加了出现故障的几率。若发生时间继电器触点不动作故障，将使电动机长期在降压下运行，造成电动机无法正常工作，甚至烧毁电动机。 图6-1(b)为具有手动和自动控制串电阻降压起动电路，它是在图6-1(a)电路的基础上增设了一个选择开关SA，其手柄有两个位置，当手柄置于M位时为手动控制；当手柄置于A位时为自动控制。一旦发生KT触点闭合不上，可将SA扳至M位置，按下升压按钮SB3，KM2通电，电动机便可进入全压下工作，使电路更加安全可靠。 学习情景6.2 星形/三角形起动控制 【问题的提出】 正常运行时，定子绕组接成三角形的笼型步电动机，可采用星形/三角形的降压换接起动的方法来达到限制起动电流的目的。 【相关知识】 起动时，定子绕组首先接成星形(Y)，待转速上升到接近额定转速时，将定子绕组的接线由星形换接成三角形(△)，电动机便进入全电压正常运行状态。因功率在4kW以上的三相笼型异步电动机均为三角形接法，故都可以采用星形/三角形起动方法。 1．按钮切换星形/三角形降压起动控制线路 图6-2所示为按钮切换星形/三角形降压起动控制电路。 电动机星形接法起动：先合上电源开关QS，按下SB2，接触器KM1线圈通电，KM1自锁触点闭合，同时KM2线圈通电，KM2主触点闭合，电动机Y接法起动，此时，KM2常闭互锁触点断开，使得KM3线圈不能得电，实现电气互锁。 电动机三角形接法运行：当电动机转速升高到一定值时，按下SB3，KM2线圈断电，KM2主触点断开，电动机暂时失电，KM2常闭互锁触点恢复闭合，使得KM3线圈通电，KM3自锁触点闭合，同时KM3主触点闭合，电动机三角形接法运行，此时，KM3常闭互锁触点断开，使得KM2线圈不能得电，实现电气互锁。 按钮切换星形/三角形降压起动控制电路由起动到全压运行，需要两次按动按钮不太方便，并且，切换时间也不易掌握。为了克服上述缺点，也可采用时间继电器自动切换控制电路。 2．时间继电器自动切换星形/三角形降压起动控制电路 图6-3所示是采用时间控制环节自动切换星形/三角形降压起动控制电路。 电路工作原理：合上QS，按下SB2，接触器KM1线圈通电，KM1常开主触点闭合，KM1辅助触点闭合并自锁。同时星形控制接触器KM2和时间继电器KT的线圈通电，KM2主触点闭合，电动机作星形连接起动。KM2常闭互锁触点断开，使三角形控制接触器KM3线圈不能得电，实现电气互锁。经过一定时间后，时间继电器的常闭延时触点打开，常开延时触点闭合，使KM2线圈断电，其常开主触点断开，常闭互锁触点闭合，使KM3线圈通电，KM3常开触点闭合并自锁，电动机恢复三角形连接全压运行。KM3的常闭互锁触点分断，切断KT线圈电路，并使KM2不能得电，实现电气互锁。 SB1为停止按钮，必须指出，KM2和KM3实行电气互锁的目的，是为了避免KM2和KM3同时通电吸合而造成的严重的短路事故。 三相笼型异步电动机采用星形/三角形降压起动时，定子绕组星形连接状态下起动电压为三角形连接直接起动的电压的。起动转矩为三角形连接直接起动的1/3，起动电流也为三角形连接直接起动电流的1/3。与其他降压起动相比，星形/三角形降压起动投资少，线路简单，但起动转矩小。这种起动方法适用于空载或轻载状态下起动，同时，这种降压起动方法只能用于正常运转时定子绕组接成三角形的异步电动机。 学习情景6.3 延边三角形起动控制 【问题的提出】 采用星形/三角形降压起动时，可以在不增加专用起动设备的条件下实现降压起动，但是其起动转矩较小，仅适用于空载或轻载状态下的起动。而延边三角形降压起动是既不增加专用起动设备，还可适当提高起动转矩的一种降压起动方法。 【相关知识】 延边三角形起动，是在电动机起动过程中将绕组接成延边三角形，待起动完毕后，将其绕组接成三角形进入正常运行。为此，电动机每相绕组有三个接线头，其连接情况如图6-4所示。 图6-4 延边三角形起动电动机绕组接线示意图 电动机定子绕组接线作延边三角形连接时，每相绕组承受的电压比三角形连接时低，又比星形连接时高，这样既可实现降压起动，又可提高起动转矩。接成延边三角形时，每相绕组的相电压、起动电流和起动转矩的大小是根据每相绕组的两部分阻抗的比例(称为抽头比)的改变而变化的。在实际应用中，可根据不同的使用要求，选用不同的抽头比进行降压起动，待电动机起动旋转以后，再将绕组接成三角形，使电动机在额定电压下正常运行。 延边三角形降压起动控制线路如图6-5所示。 图6-5 延边三角形降压起动控制线路 在图6-5中，KM1为延边三角形连接接触器，KM2为线路接触器，KM3为三角形连接接触器，KT为起动时间继电器。起动时，KM1、KM2通电并自锁，电动机接成延边三角形起动，经过一定延时后，KT动作使KM1断电，KM3通电，电动机接成三角形连接正常运转。 学习情景6.4 自耦变压器起动控制 【问题的提出】 在自耦变压器降压起动控制线路中，电动机起动电流的限制是依靠自耦变压器的降压作用来实现的。电动机起动的时候，定子绕组得到的电压是自耦变压器的二次电压，一旦起动完毕，自耦变压器便被短接，额定电压即自耦变压器的一次电压直接加在定子绕组上，电动机进入全压正常工作。 【相关知识】 自耦变压器一次侧电压、电流和二次侧电压、电流的关系为 (6-2) 起动转矩正比于电压的平方，定子每相绕组上的电压降低到直接起动的1/K，起动转矩也将降低到直接起动的1/K2。因此，起动转矩的大小可通过改变电压比K得到调整。 1．两个接触器控制的自耦变压器降压起动控制电路 图6-6所示为两个接触器控制的自耦变压器降压起动控制电路。在图6-6中，KM1为降压接触器，KM2为正常运行接触器，KT为起动时间继电器。 图6-6 两个接触器控制的自耦变压器降压起动控制电路 电路工作情况：合上电源开关QS，按下起动按钮SB2，KM1通电并自锁，将自耦变压器T接入，电动机定子经自耦变压器供电作降压起动，同时KT通电，经延时KT延时断开的常闭触点使KM1断电，KT延时闭合的常开触点使KM2通电，自耦变压器切除，电动机在全压下正常运行。该电路在电动机起动过程中会出现二次涌流冲击，仅适用于不频繁、电动机容量在30kW以下的设备中。 2．三个接触器控制的自耦变压器降压起动控制电路 图6-7所示为三个接触器控制的自耦变压器降压起动控制电路。图中选择开关SA有自动与手动位置，KM1、KM2为降压起动接触器，KM3为正常运行接触器，KA为起动中间继电器，KT为时间继电器，HL1为电源指示灯，HL2为降压起动指示灯，HL3为正常运行指示灯。 图6-7 三个接触器控制的自耦变压器降压起动控制电路 电路工作情况：当SA置于自动控制位置A时，HL1亮，表明电源正常。按下起动按钮SB2，KM1、KM2相继通电并自锁，HL1暗，KM1触点先将自耦变压器作星形连接，再由KM2触点接通电源，电动机定子绕组经自耦变压器实现降压起动。同时KA通电并自锁，KT也通电，此时HL2亮，表示正在进行降压起动，在起动过程中由KA触点将电动机主电路电流互感器二次侧的热继电器FR发热元件短接。当时间继电器KT延时已到，相应延时触点动作，使KM1、KM2、KA、KT相继断电，而KM3通电并自锁，指示灯HL3亮，进入正常运行状态，降压起动过程结束。 若将选择开关SA扳在手动控制M位置，当按下起动按钮SB2，电动机降压起动过程的电路工作情况与自动控制时工作过程相同，只是在转接全压运行时，尚需再按下SB3，使KM1断电，KM3通电并自锁，实现全压下正常运行。 电路的联锁环节：电动机起动完毕投入正常运行时，KM3常闭触点断开，使KM1、KM2、KA、KT电路切断，确保正常运行时自耦变压器切断，只在起动时短时接入。 中间继电器KA断电后，将热继电器FR发热元件接入定子电路，实现长期过载保护。 在操作按钮SB2时，要求按下时间稍长一点，待KM2通电并自锁后才可松开，否则，自耦变压器无法接入，不能实现正常起动。 自耦变压器降压起动常用于电动机容量较大的场合，因无大容量的热继电器，故采用电流互感器后使用小容量的热继电器来实现过载保护。 实 训 操 作 1．实训目的 (1) 掌握三相异步电动机星形/三角形降压起动控制电路的安装操作方法。 (2) 掌握三相异步电动机自耦变压器降压起动控制电路的安装操作方法。 2．实训设备和器件 接触器、热继电器、熔断器、断路器、按钮、电动机、端子排、时间继电器、自耦变压器、电工常用工具、万用表、导线、回路标号管、电工装配实训台。 3．实训内容 (1) 时间继电器自动切换星形/三角形降压起动控制电路安装与调试。 (2) 自耦变压器降压起动控制电路安装与调试。 4．实训步骤 (1) 分析三相异步电动机星形/三角形降压起动控制电路、自耦变压器降压起动控制电路。 (2) 绘制电气安装接线图，正确标注线号。 (3) 检查各电器元件，特别是时间继电器的检查，对其延时类型、延时器的动作是否灵活，将延时时间调整为5s(调节延时器上端的针阀)左右。 (4)固定电器元件，安装接线。要注意时间继电器的安装方位。如果设备安装底板垂直于地面，则时间继电器的衔铁释放方向必须指向下方，否则就是违反安装规程。 (5) 按电气安装接线图连接导线。注意接线要牢固，接触要良好，文明操作。 (6) 在接线完成后，用万用表检查线路的通断。分别检查主电路，辅助电路的起动控制、联锁线路、KT的控制作用等，若检查无误，经指导老师检查允许后方可通电调试。 在进行时间继电器自动切换星形/三角形降压起动控制电路的安装时注意事项如下。 (1) 进行星形/三角形起动控制的电动机，接法必须是三角形连接。额定电压必须等于三相电源线电压。其最小容量为2、4、8极的4kW。 (2)接线时要注意电动机的三角形连接不能接错，同时应该分清电动机的首端和尾端的连接。 (3) 电动机、时间继电器、接线端板的不带电的金属外壳或底板应可靠接地。 在进行自耦变压器降压起动控制电路的安装时注意事项如下。 (1) 进行自耦变压器降压起动控制电路的电动机，接法必须是三角形连接。额定电压必须等于三相电源线电压。其最小容量为2、4、8极的4kW。 (2) 接线时要注意电动机的三角形连接不能接错，同时应该分清电动机的首端和尾端的连接。 (3) 电动机、时间继电器、接线端板的不带电的金属外壳或底板应可靠接地。 5．实训考核 课 后 练 习 1．三相异步电动机星形/三角形降压起动的目的是什么？ 2．采用星形/三角形降压起动对电动机有什么要求？ 3．一台电动机为星形/三角形连接，允许轻载起动，设计满足下列要求的控制电路：采用手动和自动控制降压起动；实现连续运转和点动工作，且当点动工作时应处于降压状态下；具有必要的联锁与保护环节。 4．在图6-7中，中间继电器起什么作用？ $$