2.3 三相笼型异步电动机减压起动控制电路（课件）《工厂电气控制设备》同步精品课堂（机械工业出版社·第3版）

2.3 三相笼型异步电动机减压起动控制电路 工厂电气控制设备（第3版） 同步精品课堂 1 目录 01 一 、定子绕组串接电阻器或电抗器减压起动控制 02 二、自耦变压器减压起动控制 03 三 、星一三角减压起动控制电路 04 四、延边三角形减压起动控制 一 、定子绕组串接电阻器或电抗器减压起动控制 01 新知学习 一 、定子绕组串接电阻器或电抗器减压起动控制 三相笼型异步电动机采用全压起动，控制电路简单，但当电动机容量较大，不允许采用 全压直接起动时，应采用减压起动。 有时，即便是允许采用直接起动的电动机，但为了减小 起动时对机械的冲击，往往也采用减压起动。所谓减压起动，就是利用某些设备或者采用电 动机定子绕组换接的方法 使电动机起动时，定子绕组的端电压低于额定电压，从而减小了 起动电流。不过，因为电动机的电磁转矩和端电压平方成正比，所以电动机的起动转矩也就 减小了。 新知学习 一 、定子绕组串接电阻器或电抗器减压起动控制 三相笼型异步电动机减压起动方法有：定子电路串电阻或电抗器减压起动、自耦变压器 减压起动、Y-△ 减压起动、延边三角形减压起动等。 虽然方法各异，但都是为了减小起动 电流，从而减小电路电压降，而当电动机转速上升到接近额定转速时，再将电动机定子绕组 电压恢复到额定电压，电动机进入正常运行。 在起动过程中，时间、转速、电流等参量都发 生变化，根据所选用控制信号不同，有时间原则、转速原则、电流原则的控制电路。 新知学习 一 、定子绕组串接电阻器或电抗器减压起动控制 在三相笼型异步电动机定子绕组串接电阻或电抗起动时，起动电流在电阻或电抗上产生 电压降，使加在电机定子绕组上的电压低于电源电压，使起动电流减小。 待电动机转速接近 额定转速时，再将电阻或电抗短接，使电动机在额定电压下运行，电抗减压起动通常用于高 压电动机，电阻减压起动通常用于低压电动机。 这种起动方式不受电动机接线型式的限制， 较为方便。但串电阻起动时，将在电阻上消耗大量的电能，所以不宜用在经常起动的电动机 上。若用电抗代替电阻，虽能克服这一缺点，但设备费用较大。 新知学习 一 、定子绕组串接电阻器或电抗器减压起动控制 图2-13所示为按时间原则自动短接电阻减压起动电路。图2-13a 所示为自动短接电阻起动电路，图中KM1为起动接触器， KM2为运行接触器，KT 为时间继电器。 a) 自动短接电阻减压起动 b) 自动与手动短接电阻减压起动 新知学习 一 、定子绕组串接电阻器或电抗器减压起动控制 图2-13b 所示为自动与手动短接电阻减压起动电路。图中SA 为选择开关，当SA 置于 “A” 位时为自动控制，电路情况与图2-13a电路完全相同。 a) 自动短接电阻减压起动 b) 自动与手动短接电阻减压起动 新知学习 一 、定子绕组串接电阻器或电抗器减压起动控制 若SA 置于 “M” 位时，则为手 动控制，此时将时间继电器 KT 断开，且引入加速按钮 SB3。起动时按下起动按钮 SB2 后， 电动机经KM1 主触头串入电阻R 减压起动，当电动机转速接近额定转速时，再按下加速按 钮 SB3, 接触器 KM2 通电并自保，KM1 断电释放，使R 先短接后断开，电动机在全压下 a) 自动短接电阻减压起动 b) 自动与手动短接电阻减压起动 二、自耦变压器减压起动控制 02 新知学习 二、自耦变压器减压起动控制 电动机自耦变压器减压起动是将自耦变压器一次绕组接在电网上，二次绕组接在电动机 定子绕组上。 这样电动机定子绕组得到的电压是自耦变压器的二次电压U₂, 自耦变压器的 电压比为K=U₁/U₂>1 。 由电动机原理可知：当利用自耦变压器起动时的电压为电动机额定 电压的1/K 时，电网供给的起动电流减小为直接起动时的1/K², 由于起动转矩正比于U², 所以起动转矩降为直接起动时的1/K²。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进入正常运转。 新知学习 二、自耦变压器减压起动控制 自耦变压器减压起动有手动与自动控制两种。 1. 手动控制的自耦变压器减压起动 常用的QJ10 系列空气式手动自耦减压起动器适用于电压在380V 及以下、容量在75kW及以下的三相笼型异步电动机，做不 频繁减压起动和停止用。图所示为 QJ10 系列空气式 手动自耦减压起动器电气原理图。它 由起动触头、运行触头、 Y 接触头、 手动操作机构、自耦变压器、保护元 件与箱体等部分组成，具有过负荷、 断相和欠压等保护装置。 新知学习 二、自耦变压器减压起动控制 QJ10 系列空气式手动自耦减压起动器技术数据见表。 型号 额定电压/V 控制电动机 功率/kW 电动机额定 电流/A 过载保护整定 电流/A 最大起动 时间/s QJ10-10 QJ10-13 QJ10-17 QJ10-20 QJ10-30 QJ10-40 QJ10-55 QJ10-75         380 10 13 17 20 30 40 55 75 20.7 25.7 34 43 58 77 105 142 20.7 25.7 34 43 58 77 105 142 30   40 60 新知学习 二、自耦变压器减压起动控制 2. 自动控制的自耦减压起动 自动控制的自耦减压起动是由自耦变压器、交流接触器、热继电器、时间继电器、按钮等元 器件组成的减压起动控制电路。根据主电路采用接触器数目不同有两接触器控制与三接触器 控制的自耦减压起动电路。 图所示为XJ01 系列自耦减压起动器电路图。适用于被控制电动机功率14~ 300kW 减压起动，为两接触器控制型。表24列出了部分XJ01 系列自耦减压起动器的 技术数据。 新知学习 二、自耦变压器减压起动控制 XJ01 系列部分自耦减压起动器技术数据 型 号 被控制电动机 功率/kW 最大工作 电流/A 自耦变压器 功率/kW 电流互感器 变压比 热继电器整定 电流/A XJ01-14 XJ01-20 XJ01-28 XJ01-40 XJ01-55 XJO1-75 XJ01-80 XJ01-95 XJ01-100 14 20 28 40 55 75 80 95 100 28 40 58 77 110 142 152 180 190 14 20 28 40 55 75 115 115 115           一 300/5 300/5 300/5 32 40 63 85 120 142 2.8 3.2 3.5 新知学习 二、自耦变压器减压起动控制 2. 自动控制的自耦减压起动 自动控制的自耦减压起动是由自耦变压器、交流接触器、热继电器、时间继电器、按钮等元 器件组成的减压起动控制电路。根据主电路采用接触器数目不同有两接触器控制与三接触器 控制的自耦减压起动电路。 图中KM1为减压起动接触器， KM2 为运行接触器，KA 为中间继电器， KT 为减压 起动时间继电器，HL1 为电源指示灯， HL2 为减压起动指示灯，HL3 为正常运行指示灯。 新知学习 二、自耦变压器减压起动控制 图所示为JIB-11~75/380-1 、-2型自耦减压起动控制柜电气原理图。 系三接触器 控制型，适用于容量在11~75kW 三相笼型电动机，作不频繁自耦减压起动。该起动柜为柜 式防护结构，由自耦变压器、断路器、交流接触器、热继电器、时间继电器、过电流继电 器、电流表及工作方式选择开关等元件组成。工作方式有手动与自动两种。 新知学习 二、自耦变压器减压起动控制 J1系列自耦变 压器减压起动控制柜(部分)技术数据见表。 型 号 额定电 压/V 被控电动 机功率/kW 最大工作 电流/A 自耦变压器保护时间 继电器最大整定值/s 转换电流继电器 整定电流值/A   热继电器整 定电流/A 断路器脱扣 器额定电流/A JJIB-11/380-1                 380 11 22 40 3.3 22 25 JJ1B-11/380-2 100 JJ1B-15/380-1 15 29 40 4.4 29 30 JJ1B-15/380-2 100 J1B-18.5/380-1 18.5 36 40 5.3 36 40 JJ1B-18.5/380-2 100 JJIB-22/380-1 22 42 40 4.2 42 50 JJ1B-22/380-2 100 JJ1B-30/380-1 30 57 40 5.7 57 60 JJ1B-30/380-2 100 JJ1B-37/380-1 37 70 40 5.3 70 80 JJIB-37/380-2 100 JJ1B-45/380-1 45 84 40 6.3 84 100 JJ1B-45/380-2 100 JJ1B-55/380-1 55 103 40 3.8 103 120 JJ1B-55/380-2 100 JJIB-75/380-1 75 140 40 5.2 140 140 JJ1B-75/380-2 100 新知学习 二、自耦变压器减压起动控制 当SA 置于自动位置时，按下减压起动按钮 SB3,KM1 、KM2 、KT 相继通电并自保，电 动机经自耦变压器起动，起动时电流继电器 KA2 经电流互感器 TA 接入电动机定子电路中。 起动时，起动电流较大，使KA2 动 作 ，KA2(51-53) 触头断开，随着电动机转速升高，电 动机定子电流减小，待电动机转速接近额定转速时，定子电流已到达 KA2 的释放电流值 KA2(51-53) 闭合，KA1 通电，使KM1断 电 ，KM3通电，自耦减压起动结束，电动机进入 正常运行。所以，自动工作是由转换电流继电器KA2 自动控制的。 JJ1系列自耦减压起动控制柜具有过载保护、断相保护和短路保护等功能。 三 、星一三角减压起动控制电路 03 新知学习 三 、星一三角减压起动控制电路 对于正常运行时电动机定子绕组接成三角形联结的三相笼型异步电动机，起动时均可采 用星一三角起动。 02 01 起动时，先将定子绕组按星形联结，接入三相交流电源。此时，由于电动 机每相绕组电压只为正常工作电压的1//3,故起动电流下降到电动机额定电压下起动时的 电流的1//3,起动转矩也只有额定电压下起动时的转矩的1/3。 这种起动方法简便、经济，对于Y 系列笼型异步电动机，由于其起动转矩为额定转矩 的1.4~2.2倍，即便采用星一三角起动，起动转矩减小至1/3,那也有额定转矩的0.47~ 0.73倍，所以Y 系列电动机采用星一三角起动不仅适用于轻载起动，也适用于较重负载下 的起动 。 待电动机转速接近额定转速 时，再将电动机定子绕组改成三角形联结，各相绕组承受额定工作电压，电动机进入正常运转。 03 新知学习 三 、星一三角减压起动控制电路 1. 两接触器式星一三角起动控制电路 图所示为用两接触器和一个时间继电器实现星一三角起动的控制电路。图中KM1 为电路接触器，KM2 为星一三角转换接触器，KT 为减压起动时间继电器。 新知学习 三 、星一三角减压起动控制电路 2. 三接触器式星一三角减压起动控制 图2- 18所示为QX4 系列自动星一三角起动器电路图。该电路适用于交流50Hz 、电 压 380V 、容量125kW 及以下的三相笼型异步电动机的星一三角起动和停止。它是由交流接触 器、热继电器、时间继电器、控制按钮及信号灯等元器件组成，具有过载保护和失压保护等 功能。 新知学习 三 、星一三角减压起动控制电路 QX4 系列自动星一三角起动器技术数据 型号 控制电动机功率/kW 额定电流/A 热继电器整定电流/A 时间继电器整定值/s QX4-17 13 17 26 33 15 19 11 13 QX4-30 22 30 42.5 58 25 34 15 17 QX4-55 40 55 77 105 45 61 20 24 QX4-75 75 142 85 30 QX4-125 125 260 100~160 14~60 四 、延边三角形减压起动控制 04 新知学习 四、延边三角形减压起动控制 图2-19所示为延边三角形起动电路。图2-19a 所示为延边三角形起动电动机定子绕组联 接图。各相绕组端头分别为 U1 、U2 、U3 与 V1 、V2 、V3 以及 W1 、W2 、W3。其 中 U2、 V2、W2 分别为各相绕组的抽头；U1 、V1 、W1 为首端；U3 、V3 、W3 为尾端。 当KM1、 KM2 触头闭合，KM3 触头断开时，U2U3-V2V3-W2W3联结成一个三角形，三角形的各联结 点再经U1U2、V1V2、W1W2延伸出去，构成延边三角形接到三相电源上。当KM2、KM3 触头闭合、KM1 断开时，则U1U3-V1V3-W1W3 构成三角形接于三相电源上。 新知学习 四、延边三角形减压起动控制 不同抽头比时的延边三角形起动特性 N₁/N₂ 每相绕组电压/V Is/IN 1 264 3~3.5 0.5 290 3.6~4.2 2 230 2.6~3.1 三相笼型异步电动机采用延边三角形减压起动，其起动转矩比采 用星一三角减压起动时大，并可在一定范围内选择。所以延边三角形减压起动具有星一 三角减压起动不需增加专用设备的优点，又在一定程度上吸取了自耦变压器减压起动 时起动转矩较大且可调节的优点。 新知学习 四、延边三角形减压起动控制 不同抽头比时的延边三角形起动特性 但要求电动机至少有9个接线端钮，并且接线比较 麻烦。常用的延边三角形起动器有 XJ1 系列低压起动控制箱，该系列起动控制箱，可 用作延边三角形减压起动，也可用作星一三角减压起动，适用于容量在11~132kW 的 电动机的起动控制。 N₁/N₂ 每相绕组电压/V Is/IN 1 264 3~3.5 0.5 290 3.6~4.2 2 230 2.6~3.1 随堂练习 三相笼型异步电动机减压起动控制电路中，常用的减压起动方法是（ ）。 A. 直接起动 B. 星-三角起动 C. 自耦变压器起动 D. 定子串电阻起动 答案： B 解析： 星-三角起动是常用的减压起动方法之一，通过改变电动机定子绕组的接法来降低起动电流。 随堂练习 在三相笼型异步电动机减压起动控制电路中，星-三角起动适用于正常运行时定子绕组为（ ）接法的电动机。 A. 星形 B. 三角形 C. 双星形 D. 双三角形 答案： B 解析： 星-三角起动要求电动机在正常运行时定子绕组为三角形接法，起动时切换为星形接法以降低起动电流。 随堂练习 三相笼型异步电动机减压起动控制电路中，自耦变压器起动的优点是（ ）。 A. 起动电流大 B. 起动转矩大 C. 电网冲击小 D. 设备简单 答案： C 解析： 自耦变压器起动通过降低加在定子绕组上的电压，减少起动电流，从而减小对电网的冲击。 随堂练习 在三相笼型异步电动机减压起动控制电路中，时间继电器的作用是（ ）。 A. 控制起动时间 B. 控制运行时间 C. 实现延时切换 D. 实现过载保护 答案： C 解析： 时间继电器在减压起动电路中用于实现延时切换，确保电动机在起动完成后切换到全压运行。 随堂练习 三相笼型异步电动机减压起动控制电路中，实现短路保护的元件是（ ）。 A. 熔断器 B. 热继电器 C. 接触器 D. 中间继电器 答案： A 解析： 熔断器在电路中用于短路保护，当电路中出现短路时，熔断器熔断，切断电路。 随堂练习 在三相笼型异步电动机减压起动控制电路中，实现过载保护的元件是（ ）。 A. 熔断器 B. 热继电器 C. 接触器 D. 时间继电器 答案： B 解析： 热继电器用于过载保护，当电动机过载时，热继电器动作，切断控制电路，使接触器释放。 随堂练习 三相笼型异步电动机减压起动控制电路中，接触器的作用是（ ）。 A. 控制电动机的起动和停止 B. 实现短路保护 C. 实现过载保护 D. 实现欠压保护 答案： A 解析： 接触器用于控制电动机的起动和停止，通过其主触点的闭合和断开来接通或切断电动机的主电路。 课堂小结 课后练习 (1)简述不同抽头比时的延边三角形起动特性。 (2)简述三接触器式星一三角减压起动控制。 感谢观看 $$