降压启动控制电路及故障分析的优化标题

直接启动方式虽然控制电路简单，但当电动机容量较大时，由于启动电流过大，会对电网产生巨大的冲击，所以一般采用降压启动方式。所谓降压启动，是指启动时降低加在电动机定子绕组上的电压，待启动后再将电压恢复至额定值，使之在正常电压下运行。因电枢电流和电压成正比，所以降低电压可以减小启动电流，防止在电路中产生过大的电压降，减少对线路电压的影响。常用的降压启动方法有Y/△降压启动、定子串电阻降压启动、自耦变压器降压启动以及使用软启动器等。其中，软启动器是一种新兴的弱电降压启动方法，随着科学技术的发展在实际中使用越来越多，将在2.3.3中作详细介绍。

2.3.2.1　Y/△降压启动控制电路及故障分析

凡是正常运行时三相定子绕组连接成三角形接法的三相笼型电动机，都可以采用Y/△降压启动。启动时，先将定子绕组接成Y形，接入三相交流电源，由于每相绕组的电压下降至正常工作电压的1/，故启动电流下降到全压启动时的1/3，当转速接近额定转速时，再将电动机定子绕组改接成△形，电动机进入正常运转。下面介绍两种有代表性的控制电路。

1.用于13kW以下电动机的降压启动电路。

图2.5为用两个接触器实现的Y/△降压启动控制电路。图中，KM1为线路接触器，KM2为Y/△变换接触器，通电延时型时间继电器KT为降压启动时间继电器。

图2.5　两个接触器控制的Y/△降压启动控制电路

（1）电路工作情况分析。首先合上电源开关QF，为启动作准备。启动时，按下启动按钮SB2，KM1、KT线圈同时通电吸合并形成自锁电路，KM1主触头闭合接入三相交流电源，时间继电器KT开始计时。由于串接在KM2线圈回路中的KM1（11-13）辅助常闭触头断开使得KM2线圈处于失电状态，电动机连接成Y形开始降压启动并升速。当电动机转速接近额定转速时，时间继电器的计时时间也达到设定值，KT延时触头动作，延时断开的常闭触头KT（5-9）断开使得KM1线圈断电释放，其主触头断开切断电动机电源，而触头KM1（11-13）复位闭合；延时闭合的常开触头KT（5-11）闭合使KM2线圈通电吸合并形成自锁电路，其在主电路中的辅助常闭触头断开使电动机三相绕组末端脱离短接状态，且其主触头闭合将电动机定子绕组连接成△形，同时触头KM2（5-7）断开使KT线圈断电释放，延时断开的常闭触头KT（5-9）复位闭合使得KM1线圈重新通电吸合，并通过辅助触头KM2（3-5）和KM2（5-13）闭合形成自锁，延时闭合的常开触头KT（5-11）复位断开对电路正常工作没有影响，于是电动机在△形连接下正常运转。同样，该电路设有短路、过载、失压或欠压保护。

注意：1）主电路中电动机的三相绕组末端采用KM2常闭触头来短接，由于容量有限，故该电路仅适用于13kW以下电动机的启动控制。

2）在Y形启动结束向△形换接过程中，接触器KM1存在瞬间的断开现象（断开电动机电源），防止了在换接过程中电流过大而对电动机造成的冲击，起到了保护电动机的作用。

3）时间继电器的设定值应该等于电动机从零转速开始到达额定转速所需要的时间，即整个降压启动过程所需要的时间。

4）电动机启动过程完成之后，时间继电器KT处于失电状态，达到了节电的效果。

思考：如果不使时间继电器KT节电的话，电路应该有什么变化？和节电状态相比，有什么优点？

答：可以节省KM2的触头。

（2）电路故障分析。

1）按下启动按钮SB2后，接触器KM1和时间继电器KT都通电动作，但达到设定的时间后，电路没有实现切换。这时可能是时间继电器机械部位的问题，应检查它的电磁机构位置是否安装准确。

2）按下启动SB2后，接触器KM1和时间继电器KT都通电动作，但电动机发出异常响声，转子向正反两个方向颤动。这时应立即停车，按下停止按钮SB1，接触器KM1和时间继电器KT都断电释放，但是接触器出现较强的电弧。可能原因是KM2辅助常闭触头的Y形连接的短接线接触不良，使电动机一相绕组引线未接入电路中，电动机形成单相启动，重新接线使电路正常运行。

3）合上电源开关，老是烧坏熔断器FU1或FU2。可能原因是接线时除了用接触器控制电动机的形状外，还直接将电动机的下面3个端子用线短接，即直接连接成Y形，导致电动机三相短路，拆除多余接线即可。

4）Y形/△形不能切换。可能原因是时间继电器的工作失灵，也可能忘了设定时间值。

5）合上电源开关后，电路不能正常工作。除了上述器件的原因外，有可能是电动机容量太大，致使接触器KM2辅助常闭触头不能正常工作，调整电动机容量到合适值，同时检查KM2辅助常闭触头有无受损。

2.用于13kW以上电动机的降压启动电路

图2.6为3个接触器控制实现的Y/△降压启动控制电路。与图2.5相比，多用一个接触器KM3来短接电动机三相绕组的末端以构成Y连接，故该接触器也称为Y连接接触器。

图2.6　3个接触器控制的Y/△降压启动控制电路

（1）电路工作情况分析。首先合上电源开关QF，为启动做准备。按下启动按钮SB2，KM1、KT和KM3线圈同时通电吸合并形成自锁电路，主电路中KM1、KM3主触头闭合，电动机接成Y形，接入三相交流电源开始进行降压启动并升速，同时时间继电器开始计时，触头KM3（3-11）断开使得KM2线圈在KM3通电吸合时不会得电。当电动机转速接近额定转速时，时间继电器达到设定值，KT动作，延时断开的常闭触头KT（7-9）断开使得KM3线圈断电释放，触头KM3（5-11）复位闭合，延时闭合的常开触头KT（11-13）闭合使得KM2线圈通电吸合，触头KM2（5-7）断开使KT线圈断电释放，电动机由Y形改接成△形进入正常运转。同样，电路中设有短路、过载、失压或欠压保护。

注意：1）像这种将对方的辅助常闭触头串接在自己的线圈回路中构成的联锁，称为电气互锁，即两者存在相互制约的关系，可以提高电路工作的可靠性，图2.6中的辅助触头KM2（5-7）和KM3（5-11）之间就是电气互锁关系。

2）主电路中用KM3的主触头代替了图2.5中KM2的常闭触头来短接电动机的三相绕组末端，触头的容量增大了，故该电路用于13kW以上电动机的启动控制。

（2）电路故障分析。

1）按下启动按钮SB2后，接触器KM1、KM3和时间继电器KT都通电动作，但达到设定的时间后，电路没有实现切换。这时可能是时间继电器机械部位的问题，应检查它的电磁机构位置是否安装准确。

2）按下启动SB2后，接触器KM1、KM3和时间继电器KT都通电动作，但电动机发出异常响声，转子向正反两个方向颤动；这时应立即停车，按下停止按钮SB1，接触器KM1、KM3和时间继电器KT都断电释放，但是接触器出现较强的电弧。可能原因是KM3主触头的Y形连接的短接线接触不良，使电动机一相绕组引线未接入电路中，电动机形成单相启动，重新接线使电路正常运行。

3）Y形启动后，换接成△形，过一会儿重新换接一次，如此重复。可能原因是接在KM3线圈回路中的接触器KM2的互锁触头工作失灵，不能正常工作，即一会儿吸合，一会儿断开，只要检查该触头即可。

4）合上电源开关，老是烧坏熔断器FU1或FU2。可能原因是接线时除了用接触器控制电动机的形状外，还直接将电动机的下面3个端子用线短接，即直接连接成Y形，导致电动机三相短路，拆除多余接线即可。第二原因是互锁触头出现问题，致使接触器KM2和KM3同时通电，检查互锁触头即可。(www.xing528.com)

5）Y形/△形不能切换。可能原因是时间继电器的工作失灵，也可能忘了设定时间值。

2.3.2.2　定子串电阻降压启动控制电路及故障分析

这种启动方式不受电动机接线形式的限制，且设备简单、经济，故在实际中应用广泛。三相笼型电动机定子绕组串电阻启动，因电阻在电路中有分压的作用，使绕组电压降低，从而减小了启动电流；待电动机转速接近额定转速时，再将串接电阻短接，使电动机在额定电压下正常运行。图2.7为定子串电阻降压启动控制电路。图中KM1为启动接触器，KM2为运行接触器，通电延时型时间继电器KT用来短接定子电阻。

（1）电路工作情况分析。首先合上电源开关QF，为启动作准备。按下启动按钮SB2，KM1和KT线圈通电吸合并通过KM1辅助触头形成自锁电路，主电路中KM1主触头闭合，电动机定子三相绕组串入电阻R并接通三相交流电源开始降压启动并升速，同时KT开始计时。当电动机转速接近额定转速时，KT的计时时间到达设定值，KT动作，其延时闭合的常开触头KT闭合，使接触器KM2线圈通电吸合并形成自锁电路，控制电路中的两个KM2辅助常闭触头断开使KT和KM1线圈断电释放，主电路中KM1主触头断开，KM2主触头闭合，电阻R被短接，电动机在额定电压下正常运行。电路中同样设有短路、过载、失压或欠压保护。

图2.7　定子串电阻降压启动控制电路

思考：如果不考虑时间继电器KT的节电作用的话，电路怎么变化？变化后的电路有什么优点？

注意：1）启动电阻R一般采用电阻丝绕制的板式电阻或铸铁电阻，电阻功率大，能够通过较大电流，但能量损耗较大。为了节省能量，某些场合如大功率电动机可采用电抗器代替电阻，但其价格较贵，成本较高。在实际中，要根据工艺要求选择适合的电阻形式。

2）定子串电阻降压启动控制电路仅在中小容量电动机不经常启停时采用。

（2）电路故障分析。

1）按下启动按钮SB2后，电动机不转，但是接触器KM1发出噪声，也可能出现时间继电器KT工作不正常的情况。应根据第1章中接触器和时间继电器的故障情况进行分析并处理。

2）当降压启动完成后，电路不能按正常情况切除接触器KM1和时间继电器KT的电源，同时电动机也不能按正常运转。应考虑接触器KM2的各部分故障情况。

3）时间继电器计时不准确。校准时间继电器。

4）如果合上电源开关QF，启动按钮不起作用。应考虑是否存在接线端子断路的情况和电线断开的情况，用万用表测量。

2.3.2.3　自耦变压器降压启动控制电路及故障分析

在自耦变压器降压启动的控制线路中，电动机启动电流的限制是依据自耦变压器降压作用来实现的。其工作原理为：电动机经自耦变压器降压启动时，定子绕组得到的电压是自耦变压器的二次侧电压U2，由于自耦变压器的电压变比为K=U1/U2＞1，所以当利用自耦变压器降压启动时，启动时电压为额定电压的1/K，电网供给的启动电流降为1/K2，待电动机转速接近额定转速时，再将自耦变压器切除，使电动机在额定电压下正常运行。

图2.8为两个接触器控制的自耦变压器降压启动控制电路，KM1为降压启动接触器，KM2为正常运转接触器，KA为启动用中间继电器，KT为降压启动用通电延时型时间继电器。

图2.8　两个接触器控制的自耦变压器降压启动控制电路

（1）电路工作情况分析。首先合上电源开关QF，为启动作准备。按下启动按钮SB2，KM1和KT线圈同时通电吸合并形成自锁电路，主电路中KM1主触头闭合，将自耦变压器T接入，电动机定子绕组经自耦变压器二次侧电压供电实现降压启动并升速，同时KT开始计时。当电动机转速接近额定转速时，时间继电器计时到达设定值，KT动作，其延时闭合的常开触头KT（3-9）闭合使中间继电器KA线圈通电吸合并形成自锁电路，触头KA（5-7）断开使KM1线圈断电释放，主电路中KM1主触头断开，切除自耦变压器；而触头KA（3-11）闭合使接触器KM2线圈通电吸合，主电路中KM2主触头闭合，电动机接入三相交流电源在额定电压下正常运转。

注意：1）由于流入自耦变压器公共部分的电流为一、二次电流之差，所以允许KM2辅助常闭触头接入。

2）自耦变压器降压启动控制电路主要用于启动较大容量的电动机，一般用于10kW以上的三相异步电动机，以减小启动电流对电网的影响。

3）在这个电路中要学会使用中间继电器KA的中间过渡作用。

（2）电路故障分析。仿照前面电路的故障分析，本电路除了可能出现的前述故障之外，还需要考虑以下几点：

1）由于接触器KM2的辅助常闭触头用在主电路中，要避免由于电动机容量过大而造成该触头的损坏故障。

2）电路中采用了中间继电器KA，要考虑中间继电器机械和电气方面可能引起的故障。

3）要考虑自耦变压器的故障情况。

图2.9为3个接触器控制的自耦变压器降压启动控制电路。当SA位于“M”时为手动方式，按下启动按钮SB2后，进行降压启动，待电动机转速接近额定转速时，需按下正常运行按钮SB3，方可由降压启动换接成全压运行；当SA位于“A”时为自动方式，原理同图2.8，该电路适用于30kW以上电动机。由于该电路控制电动机容量较大，故采用电流互感器TA后使用小容量热继电器实现过载保护。

图2.9　3个接触器控制的自耦变压器降压启动控制电路

电路故障分析：在图2.8的基础上，还应增加考虑主电路中可能由于中间继电器的失灵造成电流表的损坏故障，主电路中由于电动机容量选择不当可能引起中间继电器的常开触头损坏；控制电路中由于增加了万能转换开关SA和接触器KM3，还应考虑由它们可能引起的故障，尤其是接触器KM3的故障。