消防水泵電動機Y-Δ降壓啟動電路原理及調試分析

摘"要：本文分析了消防水泵電動機Y-△降壓啟動電路原理，對一次電路設計存在的熱繼電器整定值、接觸器降額使用、電纜截面選用及機械應急裝置畫法等問題提出建議及方案，強調現場調試的注意點。

關鍵詞：電動機降壓啟動；整定值；降額使用；調試文章編號：2095-4085（2024）07-0169-03

0"引言

在建筑電氣工程實施中，一個電路圖的設計，設備生產廠家、工程施工方均應認真審查，理解電路的原理，掌握電路的參數分布，才能在設備調試中，判斷電路運行是否正常。

1"設計方案

下圖是瑞岳華庭項目的消防水泵電動機的電氣一次接線方案圖，電動機主要參數：Pe=75kw，Ue=380V，Ie=82.2A（142.4A）。電動機的啟動方式采用Y-Δ降壓啟動，消防設備電動機主回路過載保護僅作用于報警信號。二次控制電路圖參照國標圖集16D303-3中XKF-5-2第37～40頁。圖中機械應急啟泵裝置，現場采用上海雷聯電氣有限公司（LL-YJQ1-250/6）產品（見圖1）。

下面以1#泵為例，分析該接線方案的電路原理及設備調試注意事項。

2"原理分析

2.1"繞組不同接法電路原理分析

（1）電動機起動時，接觸器KM1、KM3動作，其主觸點閉合，這時電動機三個繞組聯結成Y接法。等效電路圖（見圖2）。電路參數分布如下：

相電壓UAN=UAB3

線電流IY=UANZ=UAB3/Z=UAB3Z

Z——相阻抗。

（2）電動機降壓啟動結束，切換為全壓運行，則接觸器KM3線圈斷電，主觸頭斷開，同時接觸器KM2動作，主觸頭閉合，這時繞組結成Δ接法，電動機進入全壓長時間運行狀態。電路等效原理圖（見圖3）。

電路參數分布如下：

相電流IΔP=UABZ

線電流IΔL=3 IΔP=3UABZ

IYIΔL=UAB3Z3UABZ=UAB3Z×Z3UAB=13

IY=13IΔL

即在電動機繞組接成Y時，其線電流僅為電動機繞組接成△時的線電流的三分之一，這就是電動機采用Y-Δ降壓啟動可以減小啟動電流的原因。

2.2"一次線路電路分析

（1）電動機啟動階段，繞組Y接法，這時繞組相電壓是線電壓的1/3（即220V），線電流等于相電流，電動機的啟動電流，也是繞組Y接法的啟動相電流。接線方案中，電流流向：斷路器QF→接觸器KM1→熱繼電器KH1→電動機繞組→接觸器KM3→中性點N。即流過接觸器KM3、及KM3與KM2聯結點這段電路導體的電流是繞組Y接法的啟動相電流，因此，對接觸器KM3的選型及該段導體的選擇應有針對性［1］。

（2）電動機運行階段，繞組切換成△接法，繞組的相電壓等于線電壓，繞組兩端的電壓為380V，相電流為線電流的1/3。

則IΔP=IΔL/3=Ie/3=142.4/3=82.2A。

這時，流過電動機繞組的電流是82.2A。電流流向：斷路器QF（142.4A）→接觸器KM1（82.2A）→熱繼電器KH1（82.2A）→電動機繞組（82.2A）→接觸器KM2（82.2A）→B相構成回路。在選擇接觸器KM1、KM2、熱繼電器KH1及從熱繼電器出線至電動機的接線端子U1、V1、W1的導線、從電動機接線端U2、V2、W2至接觸器KM2的導線及接觸器KM1至接觸器KM2這段導體，其載流量均應以電流值82.2A為基數進行核驗。而斷路器QF流過的電流是電動機的額定電流（In=142.4A），選擇斷路器及斷路器QF出線至KM1與KM2的聯結點的導體，均以此電流值進行核算。再者斷路器QF下端的兩組電流互感器，其核算參數也是以電動機的線電流（142.4A）進行核算。這些量值在電路一次接線方案中分布在不同的電路段上，須明確無誤。以上參數均應作為設備調試的重要依據。

3"設計方案析議

（1）從圖3中可知，電動機運行時，接觸器KM1、熱繼電器KH1、電動機繞組線圈、接觸器KM2是接成串聯電路，該回路中流過的電流值是三相電路的相電流（IΔP），并非是線電流（IΔL），這與常見電動機控制回路中，接觸器、熱繼電器流過的是線電流值有很大區別。設計對熱繼電器的整定電流值需在設計圖中明確定值。在施工現場或控制柜生產廠家，多數會以電動機的線電流值（142.4A）進行對熱繼電器整定值進行整定。而在本方案中實際流過熱繼電器的電流值僅為82.2A，相差非常大。若電機過載，可能熱繼電器不動作報警，失去熱繼電器的功能［2］。

（2）從控制柜出線至電動機的電纜設計選用3×95，這也值得商榷。從等效電路圖3可知，從接觸器KM1、熱繼電器KH1主觸頭接線端子引出線至電動機的接線盒U1、V1、W1這段電路流過的是相電流IΔP，電流值是82.2A，不是線電流142.4A。另從電動機接線盒另一組接線端子U2、V2、W2引接一路電纜至控制柜的接觸器KM2端子處，這樣把電動機繞組接成△接法，這段電纜線路流過的電流值也是相電流IΔP（82.2A）。這個電流值，按照電纜的敷設路徑及其它條件核算，并不需要采用3×95電纜，采用3×50電纜已滿足要求。若這段電路流過的電流值為線電流IΔL（142.4A），則應選用3×95電纜。這樣的電纜規格選取，會增加工程造價，造成資源浪費。

（3）圖1中機械應急啟泵裝置的畫法不能準確體現該電動機繞組接成△接法，只能從圖中直觀看出，當手動閉合機械應急啟泵裝置時，電動機不會啟動運行。因為啟泵裝置的出線只接在電動機接線盒端子U1、V1、W1一側，而電動機繞組另一端接線端子是空置的。控制柜制造廠家或現場施工單位只是憑著經驗或推測才知道該啟泵裝置是把電動機繞組接成Δ形接法。工程設計圖紙應準確直觀地讓工程人員明確電路的功能及接線的原理，避免含糊不清，以預防工程失誤和糾紛［3］。

（4）接觸器采用降額使用是有限度的。在工程上采用對接觸器的主觸頭合理降額使用，可提高接觸器的可靠性。因為觸點的負載越大，產生的飛弧越大，觸點被燒毀的可能性越大。合理減少觸點負荷，可以減少電飛弧引起的觸點損壞，提高觸點的接觸可靠性。但是觸點不能過度降額，根據觸點失效原理，若觸點的電弧作用很弱，觸點在高溫條件下析出的含碳物質不能被電弧燒掉而沉積在觸點表面，使觸點接觸電阻增大，影響接觸可靠性。觸點過度降額使用，則是產生這種情況的原因。所以在電氣可靠性的設計中，降額設計是提高可靠性最有效的措施，但是要合理降額，不然會適得其反。設計圖中，交流接觸KM1、KM2通過的電流是電動機相電流IΔP僅82.2A，卻采用LC1-D160，額定電流為160A，觸點降額使用明顯過大，其中原因可能是認為通過接觸器的電流是線電流142.4A，故選用LC1-D160。這應值得注意［4］。

4"現場調試時的注意事項

鑒于該一次接線方案電路特點，在現場檢查時，發現現場采用額定電流100～160A的熱繼電器，并且整定值調在最大檔位160A處。在種情況下，在電動機運行時，即使出現過載狀況，熱繼電器也不能動作，無法實現過載報警功能。假如電動機過載運行，只有當電流達到160A，熱繼電器才會動作，這是錯誤的。實際應是當電動機正常運行時，熱繼電器流過的電流是相電流IΔP，電流值是82.2A，按規定熱繼電器的整定值為0.9～1.05倍的電動機額定電流值。這時熱繼電的整定值應為82.2×1.05=86.3A，而不是142.4×1.05=149.5A。即當電動機運行時，出現過載情況，當過載電流達到86.3A時，熱繼電器動作，發出過載報警信號，而不是要等到過載電流達到160A時，熱繼電器才發出過載報警信號。所以在現場調試時，務必清楚該電路特點，正確計取熱繼電器的整定值，使電路實現設計的功能。

以上分析可知，設備調試時，不僅要測線電流，其測量位置是在斷路器出線端。這個三相電流值可以判斷電動機三相電流是否平衡，不平衡度是否滿足要求，以判斷荷載情況。而在這個電路中，調試時還應用鉗形表測量電動機的相電流，測試點可以在熱繼電器的出線端，或在接觸器KM2出線端。該處測量的電流值，是電動機的相電流值（82.2A）。可以視電動機的荷載情況，進行估判，是否存在相電流值偏差超過范圍。從這個電流值可以判定電動機三相繞組是否正常。這是設備調試時需測量的數據，應做好記錄且存檔，才便于分析設備運行狀況［5］。

圖3中可知該接線方案是把電動機繞組與多個電器元件串聯成Δ接法。聯結點非常多，若有一處聯結點的接線端子接觸不良，銅鼻子壓線松動，則會造成電動機繞組斷相運行。故測試前必須仔細檢查接觸器、熱繼電器、電動機機身接線盒內端子柱等處的接線接觸情況，以確保接線質量，方可送電運行。

5"結語

本文對消防水泵電動機采用Y-△降壓啟動的電路原理進行分析，并強調現場施工、調試的注意點，以提高工程質量及設備的運行可靠性，達到預期功能的實現。

參考文獻：

［1］李新葉.星三角啟動中熱過載繼電器選型研究［J］.電氣開關，2021，59（1）：48-51.

［2］陳愛文.消防水泵電機星三角啟動系統設計［J］.電子設計工程，2019，27（8）：147-150，155.

［3］王浩然.電動機的啟動與控制電路解析［J］.建筑電氣，2018，37（2）：9-16.

［4］孫紹國.消防泵機械應急啟泵電氣裝置的研究［J］.建筑電氣，2017，36（3）：53-56.

［5］胡艷強.大功率低壓電動機啟動分析［J］.智能建筑電氣技術，2023，17（3）：88-93，99.