三相異步電動機Ｙ/△降壓啟動的分析與改進

摘 要：本文分析常見三相異步電動機Y/△降壓啟動電路，從而發現電路中需要考慮的主要問題，通過對主電路和控制電路的改進，從而達到實用、節能、經濟、便于教學的目的。

關鍵詞：Y/△降壓啟動 交流接觸器 線電流 相電流 節能

一、前言

三相異步電動機在啟動過程中，會產生很大的啟動電流（通常選額定電流的6倍進行計算）。為了避免電網產生較大的壓降，要求啟動電流不能太大，同時希望產生足夠大的啟動轉矩。為了降低電壓，減小電流，多種降壓啟動電路也就在我們生產中應運而生。而在眾多的降壓啟動電路中，星形—三角形（Ｙ/△）啟動是最常用的一種降壓啟動電路。Ｙ/△降壓啟動電路是指電動機啟動時，把定子繞組接成Ｙ形，以降低啟動電壓，達到減小啟動電流的目的。待電動機啟動后，再把定子繞組改接成Δ形，使電動機全壓運行。但在實習教學和維修過程中，我們發現對△形接法的電動機所采用Ｙ/△降壓啟動的不同電路中，盡管各有特點，但還存在著不盡人意的地方。針對上述問題，我們對圖1進行分析改進，與改進后的圖2進行對比。

二、主電路的分析與改進

圖1是Ｙ/△降壓啟動主電路常用的接法，它的啟動順序：首先KM1和KMY閉合，電動機定子繞組三個尾端U2、V2、W2構成Ｙ形連接，電源從定子繞組三個首端通入，即L1－U1、L2－V1、L3－W1；然后當電動機轉速達到一定時，由控制電路的時間繼電器KT延時動作→KMY失電斷開→KM△得電閉合，電動機定子繞組從U1－W2、V1－U2、W1－V2構成△形連接，最后電動機進入△形狀態下運行。從圖1中分析可知，此時接觸器KM1主觸頭通過的是電動機的線電流，因此在選用KM1接觸器時，KM1主觸頭必須根據△形連接時電動機的線電流來進行選擇：KM1應取略大于電動機的額定電流（IN），對KMY、KM△我們先做如下的分析后再選擇。因為電動機在△連接時（設定子繞組阻抗為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△線就是電動機的額定電流IN，I△相是我們此時選擇KM△的依據，故KM△取IN；電動機Ｙ形連接時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形連接時的線電流是△形連接時相電流的、（IY線＝I△相=），而△形連接時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形連接時的線電流是△形連接時線電流的，此IY線是選擇KMY的依據，所以KMY取IN。例如：一臺功率P＝51kW的三相異步電動機，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△接觸器的進線由KM1的出線端相接，改為在KM1的進線端相接，這樣KM1和KM△兩只接觸器是并聯接入△形運行，故電路從Ｙ形向△形轉換時，KM1承擔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的電流選取標準大大降低（實際是降低了成本）。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對比，以及兩種情況計算后對接觸器的選擇原則可知，改進后的主電路當Ｙ形運行轉到△形運行時，接觸器KM1、KM△主觸頭各通過56.6Ａ的相電流，這樣就大大改善了接觸器的運行狀況，降低了接觸器的損壞率，且可選小些的交流接觸器，使整個電路的體積減小、成本也相應地降低。另外從實習教學中的安裝與生產實踐的維修角度出發，一是可為學生安裝操作帶來接線的方便；二是若兩圖采用同一規格的導線，圖2的絕緣耐用度要高于

圖1。

三、控制電路的分析與改進

合理地使電動機在Y形或△狀態下運行。我國的異步電動機容量擋距很大，許多時候我們不得不選擇比我們需要的功率大十幾甚至幾十個千瓦的電動機。而有時機床或其他設備在很多時候又需輕載或空載運行，按上例對電動機定子繞組在Y形和△形連接時的有功功率進行計算：△形連接時的有功功率等于電動機的額定功率，P△=P額=51kW；而在線電壓不變時，負載在△形連接時的功率為在Y形連接時功率的3倍（《電工基礎》），亦即PY=P△=17kW。針對這種情況，如果仍讓電動機工作在△狀態下運行，將會浪費大量的電能。如果此時換為Y形運行，則可節約大量的電能。因為在Ｙ形運行時的線電流是△形運行時線電流的，換句話說，△形運行時的線電流是Ｙ形運行時線電流的3倍，即I△線＝3IY線，這時對電能的損耗可想而知。如果此時電動機能由△形轉換為Ｙ形運行，定子繞組的相電壓就降到額定電壓值的，電流降為△形運行的，雖然其轉矩也減小到原來的，但對于許多輕載和一切空載負荷來說已經足夠。筆者在教學中將改進后（圖2）的控制線路用在生產實踐中取得令人滿意的效果。那么圖2的控制部分與圖1的控制部分對比，圖2明顯多了兩個優越性：

第一，圖1中KM1和KMY同時得電，這樣KMY是在帶負載的情況下閉合，接通時會產生較大的啟動沖擊電流（這時啟動電流是根據Y形連接時的6倍進行計算的，而沖擊電流要大于Y形連接時的啟動電流），從而產生很大的火花現象，這對KMY的主觸頭是非常不利的，同時考慮Ｙ形轉換到△形運行時，KMY釋放的過程又會產生一次較大的火花現象，這樣就會縮短KMY的電氣壽命。而圖２改成KMY優先于KM1得電，彌補了圖1所述的不盡人意之處，也就延長了KMY的電氣壽命。

第二，圖2在時間繼電器KT線圈回路串聯了一個主令開關SA，當SA斷開時，則電動機只能在Y形狀態下運行，此時適用于大機床輕載或空載情況下運行；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/△啟動控制電路圖多種多樣，但只要在其時間繼電器線圈回路中串聯一個主令開關，即可達到Y形運行和△形運行的簡便切換。

四、改進后電路的效果

對以上Y/△改進后的整個電路做現場安裝應用的情況看：

第一，因主電路的改裝后，KM1選擇的原則降低了等級，使元件和導線絕緣的損壞率得到降低，安裝體積得于減小；同時給實習教學帶來方便，主要是便于學生在模擬板上的安裝。

第二，從控制電路上的改裝后可知，在應用方面，可實現Y形和△形之間的簡易切換，達到節能的目的；通過改進后的控制電路圖2，可使KMY優先于KM1動作，減少了KMY出現較大火花的次數，也就減小了維修率。

總之，改裝后的電路達到實用、節能、維修率降低效果，從而帶來經濟效益。這種電路上的改進，對于大功率電動機來說，更具有明顯的經濟性。

（作者單位：廣東省高級技工學校）