三相鼠笼式异步电动机启动控制电路

三相异步电动机的结构简单，价格便宜，坚固耐用，运行可靠，维修方便。与同容量的直流电动机比较，异步电动机具有体积小、质量轻、转动惯量小的特点。因此，在各类企业中异步电动机得到了广泛的应用。三相异步电动机的控制电路大多采用接触器、继电器、闸刀开关、按钮等有触点电器组合而成。由于三相异步电动机的结构不同，其分为鼠笼式异步电动机和绕线式异步电动机。二者的构造不同，启动方法也不同，它们的启动控制电路差别更大。下面，首先对鼠笼式异步电动机的启动控制电路加以介绍。

2.2.1 鼠笼式异步电动机直接启动控制

所谓直接启动，就是利用刀开关或接触器将电动机定子绕组直接接到额定电压的电源上，故又称全压启动。直接启动的优点是启动设备与操作都比较简单，其缺点是启动电流大、启动转矩小。对于小容量鼠笼式异步电动机，因电动机启动电流小，且体积小、惯性小、启动快，一般来说，对电网、对电动机本身都不会造成影响。因此，可以直接启动，但必须根据电源的容量来限制直接启动电动机容量。

在工程实践中，直接启动可按下列经验公式核定:

式中，IQ——电动机的启动电流(A);

IN——电动机的额定电流(A);

PN——电动机的额定功率(k W);

PH——电源的总容量(k VA)。

1.采用刀开关直接启动控制

用瓷底胶盖刀开关、转换开关或铁壳开关控制电动机的启动和停止，是最简单的手动控制电路。

图2-4是采用刀开关直接启动电动机的控制电路，其原理是:M为被控三相异步电动机，QS是开关，FU是熔断器。合上开关QS，电动机将通电并旋转。断开QS，电动机将断电并停转。开关是电动机的控制电器，熔断器是电动机的保护电器。冷却泵、小型台钻、砂轮机的电动机一般采用这种启动控制方式。

2.采用接触器直接启动控制

图2-5为接触器控制电动机单向旋转电路。

图2-4 刀开关控制电路

图2-5 接触器控制电动机直接启动控制

(a)主电路;(b)控制电路

主电路由刀开关QS、熔断器FU1、接触器KM的主触点、热继电器FR的发热元件和电动机M组成。控制电路由熔断器FU2、热继电器FR的常闭触点(动断)、停止按钮SB1、启动按钮SB2、接触器KM的线圈及其辅助动合触点KM组成。

在主电路中，串接热继电器FR的三相热元件;在控制电路中，串接热继电器FR的常闭触点。一旦过载，FR的热元件动作，其常闭触点断开，切断控制电路，电动机失电停转。

在启动按钮两端并联有接触器KM的辅助常开(动合)触点，使该电路具有自锁功能。

电路的工作过程如图2-6所示。

图2-6 电路工作过程

电路具有以下保护功能。

1)短路保护

由熔断器FU实现主电路、控制电路的短路保护。短路时，熔断器的熔体熔断，切断电路。熔断器可作为电路的短路保护，但达不到过载保护的目的。

2)过载保护

过载保护由热继电器FR实现。由于热继电器的热惯性比较大，即使热元件流过几倍电动机额定电流，热继电器也不会立即动作。因此，在电动机启动时间不太长的情况下，热继电器是经得起电动机启动电流冲击而不动作的。只有在电动机长时间过载情况下，串联在主电路中的热继电器FR的热元件(双金属片)因受热产生变形，能使串联在控制电路中的热继电器的常闭触点断开，断开控制电路，使接触器KM线圈失电，其主触点释放，切断主电路，使电动机断电停转，实现对电动机的过载保护。

3)欠压和失压保护

欠压和失压保护依靠接触器本身的电磁机构来实现。当电源电压由于某种原因而严重下降(欠压)或消失(失压)时，接触器的衔铁自行释放，电动机失电停止运转。控制电路具有欠压和失压保护后，具有3个优点:①防止电源电压严重下降时，电动机欠压运行;②防止电源电压恢复时，电动机突然自行启动运转造成设备和人身事故;③避免多台电动机同时启动造成电网电压的严重下降。

2.2.2 鼠笼式异步电动机降压启动控制

鼠笼式异步电动机直接启动控制电路简单、经济、操作方便。但对于容量大的电动机来说，由于启动电流大，电网电压波动大，必须采用降压启动的方法，限制启动电流。

降压启动是指启动时降低加在电动机定子绕组上的电压，待电动机转速接近额定转速后再将电压恢复到额定电压下运行。由于定子绕组电流与定子绕组电压成正比，因此降压启动可以减小启动电流，从而减小电路电压降，也就减小了对电网的影响。但由于电动机的电磁转矩与电动机定子电压的平方成正比，将使电动机的启动转矩相应减小，因此降压启动仅适用于空载或轻载下启动。

常用的降压启动方法有定子电路串电阻(或电抗)降压启动、星－三角(Y－Δ)降压启动、自耦变压器降压启动等。对降压启动控制的要求:不能长时间降压运行，不能出现全压启动，在正常运行时应尽量减少工作电器的数量。

1. 定子电路串电阻(或电抗)降压启动

电动机启动时，在三相定子电路上串接电阻R，使定子绕组上的电压降低，启动后再将电阻R短路，电动机即可在额定电压下运行。

图2-7是时间继电器控制的定子电路串电阻降压启动控制电路。该电路是根据启动过程中时间的变化，利用时间继电器延时动作来控制各电器元件的先后动作顺序，时间继电器的延时时间按启动过程所需时间整定。其工作原理如下:当合上刀开关QS，按下启动按钮SB2时，KM1立即通电吸合，使电动机在串接定子电阻R的情况下启动，与此同时，时间继电器KT通电开始计时，当达到时间继电器的整定值时，其延时闭合的常开触点闭合，使KM2通电吸合，KM2的主触点闭合，将启动电阻R短接，电动机在额定电压下进入稳定正常运转。

由分析可知，图2-7(b)中在启动结束后，接触器KM1和KM2、时间继电器KT线圈均处于长时间通电状态。其实只要电动机开始全压运行，KM1和KT线圈的通电就是多余的了。因为这不仅使能耗增加，同时也会缩短接触器、继电器的使用寿命。其解决方法为:在接触器KM1和时间继电器KT的线圈电路中串入KM2的常闭触点，KM2要有自锁，如图2-7(c)中电路所示。这样当KM2线圈通电时，其常闭触点断开使KM1、KT线圈断电。电路的工作过程如图2-8所示。

定子串电阻降压启动的方法不受定子绕组接线形式的限制，启动过程平滑，设备简单，但启动转矩按电压下降比例的平方倍下降，能量损耗大。故此种方法适用于启动要求平稳、电动机轻载或空载及启动不频繁的场合。

2. 星-三角(Y-Δ)降压启动

三相鼠笼式异步电动机额定电压通常为380/660V，相应的绕组接法为三角形/星形，这种电动机每相绕组额定电压为380V。我国采用的电网供电电压为380V。所以，当电动机启动时，将定子绕组接成星形，加在每相定子绕组上的启动电压只有三角形接法的1/■3，启动电流为三角形接法的1/3，启动力矩也只有三角形接法的1/3。启动完毕后，再将定子绕组换接成三角形。星－三角(Y－Δ)降压启动控制电路如图2-9所示。电路的工作过程如图2-10所示。

图2-7 时间继电器控制的定子电路串电阻降压启动控制电路

(a)主电路;(b)控制电路1;(c)控制电路2

图2-8 电路的工作过程

星－三角(Y－Δ)降压启动方式，设备简单经济，启动过程中没有电能损耗，启动转矩较小，只能空载或轻载启动，只适用于正常运动时为三角形连接的电动机。我国设计的Y系列电动机，4k W以上的电动机的额定电压都用三角形接380V，就是为了使用星－三角(Y－Δ)降压启动而设计的。

3. 自耦变压器降压启动

这种降压启动方式是利用自耦变压器来降低加在电动机定子绕组上启动电压的。启动时，变压器的绕组连接成星形，其一次侧接电网，二次侧接电动机定子绕组。改变自耦变压器抽头的位置可以获得不同的启动电压，实际应用中，自耦变压器一般有65%、85%等抽头。启动完毕，将自耦变压器切除，电动机直接接电源，进入全压运行。控制电路如图2-11所示。

图2-9 星－三角(Y－Δ)降压启动控制电路

图2-10 电路的工作过程

电路的工作过程如图2-12所示。

在本电路中，设有信号指示灯，由电源变压器T提供工作电压。电路通电后，红灯HLR亮;启动后，由于KM1常开辅助触点的闭合，绿灯HLG亮;运转后，由于KA吸合，KA的常闭触点断开，HLR、HLG均熄灭，黄色指示灯HLY亮。按下停止按钮SB1，电动机M停机，由于KA恢复常闭状态，HLR亮。

自耦变压器降压启动适用于电动机容量较大、正常工作时接成星形或三角形的电动机。通常自耦变压器可用调节抽头变比的方法改变启动电流和启动转矩的大小，以适应不同的需要。它比串接电阻降压启动效果要好，但自耦变压器设备庞大，成本较高，而且不允许频繁启动。

图2-11 自耦变压器降压启动控制电路

图2-12 电路的工作过程