三相異步電動(dòng)機(jī)Ｙ/△降壓?jiǎn)?dòng)的分析與改進(jìn)

摘 要：本文分析常見(jiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)Y/△降壓?jiǎn)?dòng)電路，從而發(fā)現(xiàn)電路中需要考慮的主要問(wèn)題，通過(guò)對(duì)主電路和控制電路的改進(jìn)，從而達(dá)到實(shí)用、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、便于教學(xué)的目的。

關(guān)鍵詞：Y/△降壓?jiǎn)?dòng) 交流接觸器 線電流 相電流 節(jié)能

一、前言

三相異步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生很大的啟動(dòng)電流（通常選額定電流的6倍進(jìn)行計(jì)算）。為了避免電網(wǎng)產(chǎn)生較大的壓降，要求啟動(dòng)電流不能太大，同時(shí)希望產(chǎn)生足夠大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。為了降低電壓，減小電流，多種降壓?jiǎn)?dòng)電路也就在我們生產(chǎn)中應(yīng)運(yùn)而生。而在眾多的降壓?jiǎn)?dòng)電路中，星形—三角形（Ｙ/△）啟動(dòng)是最常用的一種降壓?jiǎn)?dòng)電路。Ｙ/△降壓?jiǎn)?dòng)電路是指電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，把定子繞組接成Ｙ形，以降低啟動(dòng)電壓，達(dá)到減小啟動(dòng)電流的目的。待電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，再把定子繞組改接成Δ形，使電動(dòng)機(jī)全壓運(yùn)行。但在實(shí)習(xí)教學(xué)和維修過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)對(duì)△形接法的電動(dòng)機(jī)所采用Ｙ/△降壓?jiǎn)?dòng)的不同電路中，盡管各有特點(diǎn)，但還存在著不盡人意的地方。針對(duì)上述問(wèn)題，我們對(duì)圖1進(jìn)行分析改進(jìn)，與改進(jìn)后的圖2進(jìn)行對(duì)比。

二、主電路的分析與改進(jìn)

圖1是Ｙ/△降壓?jiǎn)?dòng)主電路常用的接法，它的啟動(dòng)順序：首先KM1和KMY閉合，電動(dòng)機(jī)定子繞組三個(gè)尾端U2、V2、W2構(gòu)成Ｙ形連接，電源從定子繞組三個(gè)首端通入，即L1－U1、L2－V1、L3－W1；然后當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定時(shí)，由控制電路的時(shí)間繼電器KT延時(shí)動(dòng)作→KMY失電斷開(kāi)→KM△得電閉合，電動(dòng)機(jī)定子繞組從U1－W2、V1－U2、W1－V2構(gòu)成△形連接，最后電動(dòng)機(jī)進(jìn)入△形狀態(tài)下運(yùn)行。從圖1中分析可知，此時(shí)接觸器KM1主觸頭通過(guò)的是電動(dòng)機(jī)的線電流，因此在選用KM1接觸器時(shí)，KM1主觸頭必須根據(jù)△形連接時(shí)電動(dòng)機(jī)的線電流來(lái)進(jìn)行選擇：KM1應(yīng)取略大于電動(dòng)機(jī)的額定電流（IN），對(duì)KMY、KM△我們先做如下的分析后再選擇。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)在△連接時(shí)（設(shè)定子繞組阻抗為Z），U△線＝U△相，則I△相＝U△相/Z相，而I△線＝I△相，從而可推出I△線＝U△相／Z相＝U△線／Z相，I△線就是電動(dòng)機(jī)的額定電流IN，I△相是我們此時(shí)選擇KM△的依據(jù)，故KM△取IN；電動(dòng)機(jī)Ｙ形連接時(shí)的相電流即為線電流（IY相＝IY線），UY相＝U△線／，IY線＝IY相=UY相／Z相＝（U△線／）／Z相＝U△線／（Z△相），Ｙ形連接時(shí)的線電流是△形連接時(shí)相電流的、（IY線＝I△相=），而△形連接時(shí)的線電流又是其相電流的倍（I△線=I△相=U△線/Z相），所以有，即在同一線電壓下Ｙ形連接時(shí)的線電流是△形連接時(shí)線電流的，此IY線是選擇KMY的依據(jù)，所以KMY取IN。例如：一臺(tái)功率P＝51kW的三相異步電動(dòng)機(jī)，額定電流為IN=98A，如果按圖1接入電路，則KM1選100A，KMY選32.7A，KM△選56.6A。

但是，改用圖2所示的主電路后，僅將KM△接觸器的進(jìn)線由KM1的出線端相接，改為在KM1的進(jìn)線端相接，這樣KM1和KM△兩只接觸器是并聯(lián)接入△形運(yùn)行，故電路從Ｙ形向△形轉(zhuǎn)換時(shí)，KM1承擔(dān)的電流就不再是線電流，而是比圖1減小了的相電流，這也就使KM1的電流選取標(biāo)準(zhǔn)大大降低（實(shí)際是降低了成本）。改裝后接觸器選用原則：KM1與KM△均取（）IN，KMY取（1/3）IN。同用以上例子：則KM1選56.6Ａ，KMY選32.7A，KM△選56.6A。

圖1與圖2對(duì)比，以及兩種情況計(jì)算后對(duì)接觸器的選擇原則可知，改進(jìn)后的主電路當(dāng)Ｙ形運(yùn)行轉(zhuǎn)到△形運(yùn)行時(shí)，接觸器KM1、KM△主觸頭各通過(guò)56.6Ａ的相電流，這樣就大大改善了接觸器的運(yùn)行狀況，降低了接觸器的損壞率，且可選小些的交流接觸器，使整個(gè)電路的體積減小、成本也相應(yīng)地降低。另外從實(shí)習(xí)教學(xué)中的安裝與生產(chǎn)實(shí)踐的維修角度出發(fā)，一是可為學(xué)生安裝操作帶來(lái)接線的方便；二是若兩圖采用同一規(guī)格的導(dǎo)線，圖2的絕緣耐用度要高于

圖1。

三、控制電路的分析與改進(jìn)

合理地使電動(dòng)機(jī)在Y形或△狀態(tài)下運(yùn)行。我國(guó)的異步電動(dòng)機(jī)容量擋距很大，許多時(shí)候我們不得不選擇比我們需要的功率大十幾甚至幾十個(gè)千瓦的電動(dòng)機(jī)。而有時(shí)機(jī)床或其他設(shè)備在很多時(shí)候又需輕載或空載運(yùn)行，按上例對(duì)電動(dòng)機(jī)定子繞組在Y形和△形連接時(shí)的有功功率進(jìn)行計(jì)算：△形連接時(shí)的有功功率等于電動(dòng)機(jī)的額定功率，P△=P額=51kW；而在線電壓不變時(shí)，負(fù)載在△形連接時(shí)的功率為在Y形連接時(shí)功率的3倍（《電工基礎(chǔ)》），亦即PY=P△=17kW。針對(duì)這種情況，如果仍讓電動(dòng)機(jī)工作在△狀態(tài)下運(yùn)行，將會(huì)浪費(fèi)大量的電能。如果此時(shí)換為Y形運(yùn)行，則可節(jié)約大量的電能。因?yàn)樵冢傩芜\(yùn)行時(shí)的線電流是△形運(yùn)行時(shí)線電流的，換句話說(shuō)，△形運(yùn)行時(shí)的線電流是Ｙ形運(yùn)行時(shí)線電流的3倍，即I△線＝3IY線，這時(shí)對(duì)電能的損耗可想而知。如果此時(shí)電動(dòng)機(jī)能由△形轉(zhuǎn)換為Ｙ形運(yùn)行，定子繞組的相電壓就降到額定電壓值的，電流降為△形運(yùn)行的，雖然其轉(zhuǎn)矩也減小到原來(lái)的，但對(duì)于許多輕載和一切空載負(fù)荷來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠。筆者在教學(xué)中將改進(jìn)后（圖2）的控制線路用在生產(chǎn)實(shí)踐中取得令人滿意的效果。那么圖2的控制部分與圖1的控制部分對(duì)比，圖2明顯多了兩個(gè)優(yōu)越性：

第一，圖1中KM1和KMY同時(shí)得電，這樣KMY是在帶負(fù)載的情況下閉合，接通時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的啟動(dòng)沖擊電流（這時(shí)啟動(dòng)電流是根據(jù)Y形連接時(shí)的6倍進(jìn)行計(jì)算的，而沖擊電流要大于Y形連接時(shí)的啟動(dòng)電流），從而產(chǎn)生很大的火花現(xiàn)象，這對(duì)KMY的主觸頭是非常不利的，同時(shí)考慮Ｙ形轉(zhuǎn)換到△形運(yùn)行時(shí)，KMY釋放的過(guò)程又會(huì)產(chǎn)生一次較大的火花現(xiàn)象，這樣就會(huì)縮短KMY的電氣壽命。而圖２改成KMY優(yōu)先于KM1得電，彌補(bǔ)了圖1所述的不盡人意之處，也就延長(zhǎng)了KMY的電氣壽命。

第二，圖2在時(shí)間繼電器KT線圈回路串聯(lián)了一個(gè)主令開(kāi)關(guān)SA，當(dāng)SA斷開(kāi)時(shí)，則電動(dòng)機(jī)只能在Y形狀態(tài)下運(yùn)行，此時(shí)適用于大機(jī)床輕載或空載情況下運(yùn)行；如遇重載，則合上SA，那么圖2的控制電路功能就和通常的Y/△控制電路基本一樣。雖然，Y/△啟動(dòng)控制電路圖多種多樣，但只要在其時(shí)間繼電器線圈回路中串聯(lián)一個(gè)主令開(kāi)關(guān)，即可達(dá)到Y(jié)形運(yùn)行和△形運(yùn)行的簡(jiǎn)便切換。

四、改進(jìn)后電路的效果

對(duì)以上Y/△改進(jìn)后的整個(gè)電路做現(xiàn)場(chǎng)安裝應(yīng)用的情況看：

第一，因主電路的改裝后，KM1選擇的原則降低了等級(jí)，使元件和導(dǎo)線絕緣的損壞率得到降低，安裝體積得于減小；同時(shí)給實(shí)習(xí)教學(xué)帶來(lái)方便，主要是便于學(xué)生在模擬板上的安裝。

第二，從控制電路上的改裝后可知，在應(yīng)用方面，可實(shí)現(xiàn)Y形和△形之間的簡(jiǎn)易切換，達(dá)到節(jié)能的目的；通過(guò)改進(jìn)后的控制電路圖2，可使KMY優(yōu)先于KM1動(dòng)作，減少了KMY出現(xiàn)較大火花的次數(shù)，也就減小了維修率。

總之，改裝后的電路達(dá)到實(shí)用、節(jié)能、維修率降低效果，從而帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益。這種電路上的改進(jìn)，對(duì)于大功率電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，更具有明顯的經(jīng)濟(jì)性。

（作者單位：廣東省高級(jí)技工學(xué)校）