中、大功率三相交流異步電動(dòng)機(jī)幾種降壓?jiǎn)?dòng)方式之比較

河南技師學(xué)院 李永際

在企業(yè)生產(chǎn)中，中、大功率三相交流異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組通常接成△接法，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中定子繞組中的電流大、電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩大，電動(dòng)機(jī)以較小的體積輸出大的功率，所以電動(dòng)機(jī)的這種接法對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)比較經(jīng)濟(jì)。但電動(dòng)機(jī)以△接法啟動(dòng)時(shí)電流較大，大約是正常運(yùn)行時(shí)電流（即電動(dòng)機(jī)的額定電流）的4～7倍，這樣大的電流流過(guò)輸電線時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的電壓降，當(dāng)電壓降到電源電壓的85%時(shí)，就會(huì)影響這一個(gè)輸電線路中其它電動(dòng)機(jī)的工作，這樣就需對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行降壓?jiǎn)?dòng)。電動(dòng)機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)的方法很多，有串電阻降壓?jiǎn)?dòng)、串自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)、定子繞組Y-△降壓?jiǎn)?dòng)、定子繞組延邊三角形降壓?jiǎn)?dòng)。其中Y-△降壓?jiǎn)?dòng)是最經(jīng)濟(jì)、最方便的啟動(dòng)方法。

全壓?jiǎn)?dòng)：?jiǎn)?dòng)時(shí)加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓為電動(dòng)機(jī)的額定電壓，叫全壓?jiǎn)?dòng)；降壓?jiǎn)?dòng)：利用啟動(dòng)設(shè)備將電壓適當(dāng)降低后，加到電動(dòng)機(jī)的定子繞組上進(jìn)行啟動(dòng)，待電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)后，再使其電壓恢復(fù)到額定電壓正常運(yùn)轉(zhuǎn)；通常規(guī)定：電源容量在180kVA 以上，電動(dòng)機(jī)容量在7kW 以下的三相異步電動(dòng)機(jī)可采用全壓?jiǎn)?dòng)，否則需進(jìn)行降壓?jiǎn)?dòng)。

1 時(shí)間繼電器自動(dòng)控制的三相電機(jī)定子繞組串接電阻降壓?jiǎn)?dòng)電路

如圖1所示。L1、L2、L3為三相電源；QF 為低壓斷路器作電源開關(guān)用；FU1為主電路熔斷器，為電動(dòng)機(jī)作短路保護(hù)用；FU2為控制電路熔斷器，為控制電路作短路保護(hù)用；R 為電阻，起降壓作用；KH 為熱繼電器，為電動(dòng)機(jī)作過(guò)載保護(hù)用；SB1為電動(dòng)機(jī)停止按鈕；SB2為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)按鈕，KM1為降壓?jiǎn)?dòng)交流接觸器，KM2為全壓運(yùn)行交流接觸器，KT 為通電延時(shí)型時(shí)間繼電器；M 為三相交流異步電動(dòng)機(jī)PE 為接地保護(hù)線，防止電動(dòng)機(jī)漏電傷人用。

圖1 時(shí)間繼電器自動(dòng)控制的定子繞組串接電阻降壓?jiǎn)?dòng)電路

時(shí)間繼電器自動(dòng)控制的三相電機(jī)定子繞組串接電阻降壓?jiǎn)?dòng)工作原理如下：

先將電源開關(guān)QF 合上，按下啟動(dòng)按鈕SB2，KM1線圈得電，KM1（3～4）輔助常開觸頭閉合自鎖，松開啟動(dòng)按鈕SB1，KM1線圈通過(guò)閉合的KM1（3～4）輔助常開觸頭繼續(xù)得電，KM1主觸頭閉合，電動(dòng)機(jī)串聯(lián)電阻R 降壓?jiǎn)?dòng)，KM1（4～6）輔助常開觸頭閉合，時(shí)間繼電器KT 線圈得電，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)一段時(shí)間，延時(shí)時(shí)間到后，時(shí)間繼電器KT的通電延時(shí)常開觸頭KT（4～7）閉合，接通KM2線圈，KM2（4～5）輔助常閉觸頭斷開，KM1線圈失電，這時(shí)KM2（3～7）輔助常開觸頭已經(jīng)閉合自鎖，KM2主觸頭閉合，短接電阻R，KM1主觸頭斷開，降壓?jiǎn)?dòng)完成。

KM1（3～4）輔助常開觸頭斷開，KM1（4～6）輔助常開觸頭斷開，時(shí)間繼電器KT 線圈失電，KT的通電延時(shí)常開觸頭KT（4～7）斷開，電動(dòng)機(jī)全壓運(yùn)行。啟動(dòng)時(shí)在電動(dòng)機(jī)的定子繞組上串聯(lián)電阻，由于電阻的分壓作用，使加在電動(dòng)機(jī)的定子繞組上的電壓低于電源電壓，減小了啟動(dòng)電流，從而減小了對(duì)其它電氣設(shè)備的影響，待電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)起來(lái)后自動(dòng)全壓運(yùn)行。

串電阻降壓?jiǎn)?dòng)的缺點(diǎn)：減小了電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，同時(shí)啟動(dòng)時(shí)電阻上的功率消耗也較大。如啟動(dòng)頻繁則電阻的溫度很高，對(duì)于精密的機(jī)床會(huì)產(chǎn)生一定影響，故這種降壓?jiǎn)?dòng)的方法在生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用正在逐步減少。

2 時(shí)間繼電器自動(dòng)控制自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)電路

如圖2所示。L1、L2、L3為三相電源；QS 為組合開關(guān)，作電源開關(guān)用；FU1為主電路熔斷器，為電動(dòng)機(jī)作短路保護(hù)用；FU2為控制電路熔斷器，為控制電路作短路保護(hù)用；KH 為熱繼電器，為電動(dòng)機(jī)作過(guò)載保護(hù)用，KM1、KM2為交流接觸器，作為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)自耦變壓器接入電路用，KM3為交流接觸器，作為電動(dòng)機(jī)接成全壓運(yùn)行時(shí)用，KT 為通電延時(shí)型時(shí)間繼電器,作為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)與全壓運(yùn)行的延時(shí)自動(dòng)切換用，TM 為自耦變壓器（補(bǔ)償器），起降壓作用；SB1為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)按鈕，SB2為電動(dòng)機(jī)停止按鈕，M 為三相異步電動(dòng)機(jī)，PE 為接地保護(hù)線，防止電動(dòng)機(jī)漏電傷人用。

圖2 時(shí)間繼電器自動(dòng)控制的三相電機(jī)自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)電路

時(shí)間繼電器自動(dòng)控制的三相電機(jī)自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)工作原理：先將電源開關(guān)QS 合上，按下啟動(dòng)按鈕SB2，時(shí)間繼電器KT、交流接觸器KM1、KM2線圈得電，KM1常開觸頭閉合自鎖，松開啟動(dòng)按鈕SB2，KT、KM1、KM2線圈仍然得電，KM1、KM2主觸頭閉合，電動(dòng)機(jī)接入自耦變壓器啟動(dòng)，利用自耦變壓器的反電動(dòng)勢(shì)，來(lái)降低加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的啟動(dòng)電壓。待電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)一段時(shí)間后，時(shí)間繼電器KT 延時(shí)時(shí)間到時(shí)，KT 延時(shí)常閉觸頭（5～6）斷開，KM1、KM2線圈失電，KM1、KM2主觸頭斷開，自耦變壓器被斷開電路，降壓?jiǎn)?dòng)結(jié)束；KT 延時(shí)常開觸頭（3～7）閉合，KM3線圈得電閉合，KM3常閉觸頭（4～5）斷開，KT 線圈失電，KT 延時(shí)常閉觸頭（5～6）恢復(fù)閉合；KM3常開觸頭（3～7）閉合自鎖，KT 延時(shí)常開觸頭（3～7）恢復(fù)斷開，KM3線圈仍然能夠持續(xù)得電，KM3主觸頭閉合，電動(dòng)機(jī)便在額定電壓下正常運(yùn)行。需要電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，按下停止按鈕SB1即可。這種降壓?jiǎn)?dòng)比較節(jié)能，但用的設(shè)備費(fèi)用較高。

3 時(shí)間繼電器自動(dòng)控制的三相電機(jī)Y—△降壓?jiǎn)?dòng)電路

中、大功率電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，把電動(dòng)機(jī)的定子繞組接成Y 形，電動(dòng)機(jī)定子繞組相電壓低于電源電壓?jiǎn)?dòng)，運(yùn)行時(shí)再恢復(fù)成△形，使電動(dòng)機(jī)全壓運(yùn)行，這種啟動(dòng)方法稱為Y—△降壓?jiǎn)?dòng)。電動(dòng)機(jī)采用Y—△降壓?jiǎn)?dòng)，可使啟動(dòng)時(shí)電源線上的電流減少為△形接法的1/3，有效避免了過(guò)的電流對(duì)供電電路的影響。在控制電路中，常利用時(shí)間繼電器完成Y—△接法的自動(dòng)切換。

時(shí)間繼電器自動(dòng)控制的三相電機(jī)Y—△降壓?jiǎn)?dòng)的工作原理：三相交流異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組接成△接法運(yùn)行時(shí)，每相繞組上的電壓等于電源的線電壓；當(dāng)電動(dòng)機(jī)的定子繞組接成Y 接法啟動(dòng)時(shí)，每相繞組上的電壓等于電源線電壓的1/，所以定子繞組接成Y 接法時(shí)每相繞組的電流，等于定子繞組接成△接法時(shí)每相繞組電流的1/倍。

根據(jù)Y 接法時(shí)三相電源每相的線電流，等于電動(dòng)機(jī)定子繞組的相電流，即IY線=IY相，△接法時(shí)三相電源每相的線電流，等于每相定子繞組的相電流的倍，即IΔ線=IΔ相，而定子繞組接成△接法時(shí)每相繞組的相電流，等于定子繞組接成Y 接法時(shí)每相繞組的相電流的倍即IΔ相=IY相，所以即IY線=1/3IΔ線。所以定子繞組接成Y 接法時(shí)三相電源每相電源的線電流，等于電動(dòng)機(jī)的定子繞組接成△接法時(shí)三相電源每相電源的線電流的1/3。這樣電動(dòng)機(jī)定子繞組接成Y 接法啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)每相繞組上的電壓降低了，三相電源每相電源的線電流就減小了，減小了對(duì)這一個(gè)輸電線路中其它電動(dòng)機(jī)工作的影響。

圖3 電動(dòng)機(jī)三相繞組的Y 形接法與△形接法

3.1 時(shí)間繼電器自動(dòng)控制的三相電機(jī)Y-△形降壓?jiǎn)?dòng)控制電路

時(shí)間繼電器自動(dòng)控制的三相電機(jī)Y-△形降壓?jiǎn)?dòng)控制電路原理如圖4，圖中L1、L2、L3為三相電源，QF 為低壓斷路器，作電源開關(guān)用；FU1為主電路熔斷器，為電動(dòng)機(jī)作短路保護(hù)用；FU2為控制電路熔斷器，為控制電路作短路保護(hù)用；KH 為熱繼電器，作電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)用；KM 為交流接觸器，作電動(dòng)機(jī)接通三相電源用；KMY為交流接觸器，作電動(dòng)機(jī)繞組接成Y 降壓?jiǎn)?dòng)用；KMΔ為交流接觸器，作電動(dòng)機(jī)繞組接成△全壓運(yùn)行用；KT 為時(shí)間繼電器，作電動(dòng)機(jī)由Y 降壓?jiǎn)?dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成△全壓運(yùn)行用；SB1為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)按鈕；SB2為電動(dòng)機(jī)停止按鈕；M 為三相異步電動(dòng)機(jī)；PE 為接地保護(hù)線，防止電動(dòng)機(jī)漏電傷人員。

圖4 時(shí)間繼電器自動(dòng)控制的三相電機(jī)Y-△降壓?jiǎn)?dòng)電路

時(shí)間繼電器自動(dòng)控制的三相電機(jī)Y-△降壓?jiǎn)?dòng)的工作原理如下：

合上電源開關(guān)QF，按下啟動(dòng)按鈕SB1，時(shí)間繼電器KT 的線圈和交流接觸器KMY的線圈得電，KMY的主觸頭閉合，緊接著由于交流接觸器KMY的輔助常開觸頭（5～7）閉合而使交流接觸器KM的線圈得電，KM 的主觸頭閉合，交流接觸器KM的輔助常開觸頭（3～7）閉合自鎖，這時(shí)交流接觸器KMΔ的線圈由于交流接觸器KMY的輔助常閉觸頭（7～8）的聯(lián)鎖斷開而不能得電。電動(dòng)機(jī)定子繞組接成Y 形降壓?jiǎn)?dòng)，時(shí)間繼電器延時(shí)時(shí)間到時(shí)，時(shí)間繼電器KT 的延時(shí)常閉觸頭（5～6）斷開交流接觸器KMY的線圈，使交流接觸器KMY 線圈斷電，KMY的主觸頭斷開，KMY的輔助常開觸頭（5～7）斷開使時(shí)間繼電器KT 線圈斷電，交流接觸器KMΔ的線圈由于交流接觸器KMY的常閉觸頭（7～8）復(fù)位閉合而得電，交流接觸器KMΔ的主觸頭閉合，電動(dòng)機(jī)定子繞組接成△形而全壓運(yùn)行。停止時(shí)，按下停止按鈕SB2，交流接觸器KM 的線圈和交流接觸器KMΔ的線圈均失電，它們的主觸頭均斷開，電動(dòng)機(jī)失電停轉(zhuǎn)。

這個(gè)Y～△形降壓?jiǎn)?dòng)控制電路，能夠?qū)崿F(xiàn)降壓?jiǎn)?dòng)，比較節(jié)能，時(shí)間繼電器控制電動(dòng)機(jī)由Y 形降壓?jiǎn)?dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)化成△接法全壓運(yùn)行。美中不足的是，電動(dòng)機(jī)全壓運(yùn)行時(shí)，熱繼電器KH 的熱元件流過(guò)的電流，是電動(dòng)機(jī)每相繞組相電流的√3倍。這樣就加大了熱繼電器的規(guī)格，增加了就企業(yè)的成本。為此，可以采用下面電路。

3.2 改進(jìn)后的時(shí)間繼電器自動(dòng)控制的三相電機(jī)Y-△形降壓?jiǎn)?dòng)電路

如圖5所示，這個(gè)電路克服了第一個(gè)電路的缺點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)全壓運(yùn)行時(shí)，熱繼電器KH 的熱元件流過(guò)的電流，等于電動(dòng)機(jī)每相繞組的相電流，這樣就不需要加大熱繼電器的規(guī)格，降低了企業(yè)的成本。

圖5 改進(jìn)后的時(shí)間繼電器自動(dòng)控制的三相電機(jī)Y-△形降壓?jiǎn)?dòng)電路

改進(jìn)后的時(shí)間繼電器自動(dòng)控制的三相電機(jī)Y-△降壓?jiǎn)?dòng)的工作原理，與圖4的工作原理相同，這里不再贅述。

4 時(shí)間繼電器自動(dòng)控制的三相電機(jī)延邊△降壓?jiǎn)?dòng)電路

圖6 三相電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)延邊三角形接法（左）和正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)三相繞組三角形接法（右）

如圖7所示，L1、L2、L3為三相電源，QF 為低壓斷路器，作電源開關(guān)用；FU1為主電路熔斷器，作電動(dòng)機(jī)短路保護(hù)用；FU2為控制電路熔斷器，作控制電路短路保護(hù)用；KH 為熱繼電器，作電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)用；KM 為交流接觸器，作電動(dòng)機(jī)接通三相電源用；KM1為交流接觸器，作電動(dòng)機(jī)繞組接成延邊三角形降壓?jiǎn)?dòng)用；KM2為交流接觸器，作電動(dòng)機(jī)繞組接成△全壓運(yùn)行用；KT 為時(shí)間繼電器，作電動(dòng)機(jī)由延邊三角形降壓?jiǎn)?dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成△全壓運(yùn)行的延時(shí)用；SB1為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)按鈕；SB2為電動(dòng)機(jī)停止按鈕；M 為三相異步電動(dòng)機(jī)。PE 為接地保護(hù)線，防止電動(dòng)機(jī)漏電傷人用。

圖7 時(shí)間繼電器自動(dòng)控制的三相電機(jī)延邊三角形降壓?jiǎn)?dòng)電路

時(shí)間繼電器自動(dòng)控制的三相電機(jī)延邊△降壓?jiǎn)?dòng)工作原理如下：

啟動(dòng)時(shí)合上電源開關(guān)QF，按下啟動(dòng)按鈕SB1，時(shí)間繼電器KT 的線圈、交流接觸器KM1的線圈得電，KM1的主觸頭閉合，緊接著由于交流接觸器KM1的輔助常開觸頭（5～7）閉合而使交流接觸器KM 的線圈得電，KM 的主觸頭閉合，交流接觸器KM 的輔助常開觸頭（3～7）閉合自鎖，這時(shí)交流接觸器KM2的線圈由于交流接觸器KM1的輔助常閉觸頭（7～8）的聯(lián)鎖斷開而不能得電。

電動(dòng)機(jī)定子繞組接成延邊三角形降壓?jiǎn)?dòng)，松開SB1啟動(dòng)按鈕，因自鎖觸頭KM（3～7）閉合，使得KM 線圈、KT 線圈、KM1線圈繼續(xù)得電。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)一段時(shí)間，等時(shí)間繼電器延時(shí)時(shí)間到時(shí)，時(shí)間繼電器KT 的延時(shí)常閉觸頭（5～6）斷開交流接觸器KM1的線圈，使交流接觸器KM1線圈斷電，KM1的主觸頭斷開，KM1的輔助常開觸頭（5～7）斷開，使時(shí)間繼電器KT 線圈斷電，交流接觸器KM2的線圈由于交流接觸器KM1的常閉觸頭（7?～8）復(fù)位閉合而得電，交流接觸器KM2的主觸頭閉合，電動(dòng)機(jī)定子繞組接成△形而全壓運(yùn)行。停止時(shí)，按下停止按鈕SB2，交流接觸器KM 的線圈和交流接觸器KM2的線圈均失電，KM、KM2的主觸頭均斷開，電動(dòng)機(jī)失電停轉(zhuǎn)。

三相電機(jī)延邊△降壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，把電動(dòng)機(jī)定子三相繞組的一部分聯(lián)接成三角形，另一部分聯(lián)接成星形，每相繞組上所承受的電壓，比三角形聯(lián)接時(shí)的相電壓要低，比星形聯(lián)接時(shí)的相電壓要高。電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩比三角形聯(lián)接時(shí)要低，比星形聯(lián)接時(shí)要大。

通過(guò)對(duì)三相交流異步電動(dòng)機(jī)幾種降壓?jiǎn)?dòng)方式的分析和探討，可以得出如下結(jié)論：定子繞組串接電阻降壓?jiǎn)?dòng)方式，電阻消耗電能，浪費(fèi)能源；自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)方式，需要自耦變壓器設(shè)備，增加了生產(chǎn)成本；延邊△降壓?jiǎn)?dòng)方式，電動(dòng)機(jī)構(gòu)造復(fù)雜；Y—△降壓?jiǎn)?dòng)方式，普通的三相異步電動(dòng)機(jī)通過(guò)改變接線方式就能實(shí)現(xiàn)，不需要額外設(shè)備，是最經(jīng)濟(jì)適用的啟動(dòng)方式，所以得到了廣泛采用。