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鼠籠式異步電動機降壓起動控制線路

交流鼠籠式電動機全壓起動時的起動電流約為其額定電流的五至七倍左右。這在許多場所是不允許的。為此,人們設計出許多種方法,來降低電動機起動時的電流。其中最常用的方法就是降壓起動(也稱減壓起動)。所謂降壓起動,就是將電源電壓適當降低后,再加到電動機定子繞組上進行起動,當電動機轉速升到接近正常值時,再使電壓恢復到額定值。降壓起動雖然降低了起動時的電流值,但是,起動時電動機的轉矩也大大降低了。因此,降壓起動法僅適用于:電動機空載或輕載起動的場所。

常用的減壓起動方法有:

一、串聯電阻降壓起動;

二、星/角降壓起動;

三、自耦變壓器降壓起動;

四、延邊三角形降壓起動。

下面,分別介紹如下:

 一、串聯電阻降壓起動

 電動機起動時,在其定子繞組回路中串接電阻(RST),由于在電阻上產生電壓降,將使加至電動機繞組上的電壓低于電源電壓,此時的電動機的起動電流也隨之減小。待起動完成后,再將所串聯的電阻短接,電動機便在額定電壓下正常運行。

串聯電阻降壓起動的控制電路有接觸器控制和時間繼電器控制兩種。接觸器控制也稱為手動控制;而時間繼電器控制也稱為自動控制(為敘述方便,以后都采用后一種名稱)。

在前面所給出的四十二個圖中,我們把新舊兩種符號的線路圖都畫出。通過對這些圖中新、舊符號的學習,我們對新舊符號都已比較熟習,所以,本節以后的控制線路圖,都不再畫出舊的符號圖,而只畫出新符號圖。

一)、串電阻降壓起動,手動控制線路

(一)、串電阻降壓起動手動控制線路之一

串電阻降壓起動手動控制線路之一的主回路如圖21601所示:

串電阻降壓起動手動控制線路之一的控制回路如圖21602所示:

  

圖21602中RST為起動電阻;RST一般采用ZX1、ZX2系列鑄鐵電阻,鑄鐵電阻功率大,能允許通過較大的電流。三相所串的電阻值應相等,起動電阻RST的阻值可用下列近似公式確定:

RST =190(Ist-Istˊ)/IstIstˊ(2—1)

公式中:

Ist—為串聯電阻前的起動電流(安培)一般取:Ist=(4—7)In;

Istˊ—串聯電阻后的起動電流(既允許的起動電流值,一般。

Ist=(2—3)In。

起動電阻的功率:Pr=(1/3—1/4)Istˊ2 RST

例如,一臺三相鼠籠式異步電動機,功率為20千瓦,額定工作電流為38.4安培,額定工作電壓為380伏特,求起動時需串聯多大的起動電阻?起動電阻的功率為多少?

解:Ist=6In=6×38.4=230.4A(取230)

Istˊ=2In=2×38.4=76.8 A(取77)

RST =190×(230-77)/230×77≈1.64Ω

Pr=(1/3—1/4)Istˊ2 RST =1/3×77×2×1.64≈3.2KW

經過以上計算可知,這臺電動機可串聯1.64歐姆,額定功率3千瓦的鑄鐵電阻。

圖21601中TA為電流互感器;A為電流表。加裝電流互感器和電流表的目的是為了更好地監測電動機在啟動和正常運行時的電流值,以利電動機的正常使用和維護。

電流互感器TA按電壓分類有高壓互感器和低壓電流互感器,它們分別用于高壓和低壓;按電流變比分有:50/5、100/5、150/5、200/5、300/5、400/5等等多種規格,分式中分子為一次電流,分母為二次電流(一般都為5安培),如100/5就表示電流互感器TA中的一次側流過100安培電流時;二次側流過5安培電流。對于電流表A也有:50/5、100/5、150/5、200/5、300/5、400/5等等多種規格與電流互感器配套。電流表A的變比應與電流互感器TA的變比相同。

下面以一個低壓電動機的具體例子來簡單介紹選擇電流互感器和電流表的估算選用方法。

一臺三相鼠籠式異步電動機,功率為30千瓦,額定工作電壓為380伏特,這臺電動機采用降壓起動,請為其選擇電流互感器和電流表。

在本章的第2節中我們已經介紹:對于額定電壓為380伏特的鼠籠式三相異步電動的額定電流,可按其額定容量的二倍來估算。所以這臺電動機的額定工作電流In可估算為:2×30(千瓦)=60(安培)

電流互感器一次側電流I1可按式下估算:“I1=3/2In”

所以互感器一次側電流I1=3/2 × 60=90(安培),選最接近的標準值100/5的電流互感器。

經過以上估算可知,這臺電動機應選擇100/5的電流互感器,電流表與電流互感器相同,也選擇其變比為:100/5。

圖21602的工作原理簡述如下:

1、降壓起動

按起動按鈕SB2→接觸器KM1獲電→1)KM1的主觸頭閉合,電動機串電阻Rst降壓起動;2)KM1自鎖觸頭閉合自鎖。

2、全壓運行(當電流表指針穩定不變或電動機轉速不再上升時):

按運轉按鈕SB3→接觸器KM2獲電吸合→1)KM2主觸頭閉合,電動機全壓運行(此時,電阻Rst被短接);2)KM2的自鎖觸頭閉合自鎖;3)KM2常閉觸頭斷開,接觸器KM1斷電釋放。

常見故障及排除

故障現象:電動機有時能夠正常起動和運轉;有時則只能起動而不能正常運轉。即:按起動按鈕SB2能夠起動,但按運轉按鈕SB3后,接觸器KM1和KM2均斷電釋放,電動機失電停轉。仔細檢查接線無任何錯誤。

故障分析:這種“故障”是由于圖21602控制線路有競爭現象而產生的,尤其是在電源電壓較低的情況下,更容易發生這種故障。

為了說明問題,我們先討論一下接觸器中輔助觸頭的變化規律(請參看圖21603)。

圖中常閉動觸頭和常開動觸頭用兩個彈簧聯在一起,成為一體。當接觸器獲電吸合時,常閉動觸頭和常開動觸頭一同向下運動;此時常閉輔助觸頭先斷開,常開輔助觸頭后閉合,我們把常閉輔助觸頭斷開至常開輔助觸頭閉合這一小段時間定義為“Δt吸”,“Δt吸”的長短與電源電壓有關,電壓越高“Δt吸”越短電壓越低“Δt吸”越長;當接觸器失電釋放時,常閉動觸頭和常開動觸頭在反作用彈簧(圖中未畫出)的作用下一同向上運動;此時常開輔助觸頭先斷開,常閉輔助觸頭后閉合,我們把常開輔助觸頭斷開至常閉輔助觸頭閉合這一小段時間定義為“Δt放”,“Δt放”的長短只與接觸器的反作用彈簧有關,而與電源電壓無關,它不隨電壓的變化而變化,是一個定值。

下面以圖21602b)控制回路原理圖為例分析一下控制線路中的競爭現象。

在電動機起動過程完成后,按動運轉按鈕SB3,接觸器KM2獲電的這一時刻,接觸器KM2的常閉和常開輔助觸頭的狀態都要發生變化,首先是在接觸器KM1線圈回路中的常閉輔助觸頭KM2先斷開,切斷接觸器KM1的線圈回路,使其自鎖觸頭KM1斷開,然后是自鎖觸頭KM2后閉合使KM2自鎖。自鎖觸頭KM1斷開所需的時間大約是:“KM1的Δt放”;而自鎖觸頭KM2閉合所需的時間是:KM2的     “Δt吸”一般KM1與KM2是同一型號的接觸器,所以接觸器KM1的“Δt吸”和“Δt放”與KM2的“Δt吸”和“Δt放”是基本相同的。

如果自鎖觸頭KM2閉合前接觸器KM1的自鎖觸頭KM1已斷開,則必然發生兩個接觸器均斷開的故障,如果接觸器KM1的自鎖觸頭KM1前接觸器KM2的自鎖觸頭KM2已閉合,則控制線路就能正常運行。當電源電壓較低時,接觸器KM2的“Δt吸”由于電源電壓較低而增大,而接觸器KM1的“Δt放”卻不因電源電壓較低而變化,所以在電源電壓較低時,更容易產生兩個接觸器均斷開的故障。

故障排除:

方法1:在電動機起動過程完成后,首先按下起動按鈕SB2不松開,然后按下運轉按鈕SB3,接觸器KM2閉合后再將按鈕SB2和SB3同時松開即可。只要電源電壓不是低到不能使接觸器吸合,此法總能有效。

方法2:參見圖21604,將接觸器KM2中的常閉動觸頭向上彎曲而常開動觸頭向下彎曲,這樣做的目地是使KM2的常開觸頭早一點閉合,而使其常閉觸頭晚一點斷開;將接觸器KM1中的自鎖觸頭KM1的常開動觸頭向下彎曲,這樣做的目地是使KM1中的自鎖觸頭KM1晚一點斷開。如果電源電壓不是太低,此法很有效。

說明:方法2也可以應用于其它有競爭現象的控制線路。

(二)、串電阻降壓起動手動控制線路之二

串電阻降壓起動手動控制線路之二如圖21605所示。

 

圖21605控制線路的工作原理如下:

按下起動按扭SB2且不松開→接觸器KM1獲電吸合→電動機串電阻RST降壓起動。當電流表指針穩定不變或電動機轉速不再上升時,再按下運轉按鈕SB3(此時SB2不能松開)!保┙佑|器KM1斷電釋放;2)接觸器KM2獲電吸合→自鎖觸頭KM2閉合自鎖,主觸頭閉合,→電動機全壓運轉。此時,將SB2與SB3均放松,由于有自鎖觸頭KM2自鎖,故接觸器KM2仍保持吸合,電動機仍然獲全壓運行。

圖21602控制線路,由于起動用接觸器KM1使用了自鎖觸頭,故起動時只需點動一下起動按鈕SB2即可,而不必象第二種手動控制線路那樣,在整個起動時間內,都需要按住SB2不放。所以,如以操作是否方便來判定,則圖21602優于圖21605;但這種接觸器KM1具有自鎖的控制線路是不宜使用的。因為在實際工作中,經常出現誤操作而使電阻器RST乃至電動機被燒毀的事故。此處的誤操作就是:“操作者只按動了起動按鈕SB2而由于遺忘或不熟習;沒有按動運轉按鈕SB3!贝藭r,電動機將長期串電阻在低電壓下運行。由電機學知識我們知道:“電動機在接近滿負荷情況下運行,如實際電壓低于額定電壓,電動機的工作電流要大于其額定電流的”。所以電動機在起動狀態下串電阻長時間運行,電動機是必然燒毀的。

為防止這種誤操作,而導致燒毀電動機的事故,建議讀者在采用手動控制線路時,優先選用第二種線路。已經采用第一種線路的,只要將KM1自鎖線摘掉一側就與第二種線路的功能一樣了。這樣一改,起動期間手不能松開起動按鈕,操作不太方便,但是電動機的起動時間很短,大多數為十幾秒鐘時間,所以這種操作不方便,影響不大。

(二)、串電阻降壓起動的手動控制線路之三

串電阻降壓起動手動控制線路之三如圖21606所示。它的主回路及工作原理和功能與圖21605完全相同,請參閱圖21605的有關說明。

二)、串聯電阻降壓起動,自動控制線路。

串電阻降壓起動自動控制線路如圖21607所示:

  

因主回路與圖21602中的主回路完全相同,故圖21607僅畫出控制線路。

圖21607的工作原理如下:

按起動按鈕SB2→接觸器KM1線圈獲電;1)KM1自鎖觸頭閉合自鎖;2)KM1主觸頭閉合,電動機串電阻Rst降壓起動;3)串接在時間繼電器KT線圈回路中的常開觸頭KM1閉合,使時間繼電器KT線圈獲電,待過了時間繼電器預先整定的時間后,KT常開觸頭閉合→KM2線圈獲電:1)KM2自鎖觸頭閉合自鎖;2)KM2主觸頭閉合→電動機全壓運行;3)在接觸器KM1線圈回路中的KM2常閉觸頭斷開,切斷KM1線圈的供電回路,KM1斷電釋放。在時間繼電器KT線圈回路中的常開觸頭KM1斷開,時間繼電器KT也斷電釋放,所以,在電動機全壓運行后只有接觸器KM1一個線圖獲電。

常見故障及排除

故障現象:按起動按鈕電動機能夠起動,但過了時間繼電器KT預先整定的時間后,電動機突然失電停轉。

故障分析:這種“故障”是由于圖21607控制線路有競爭現象而產生的。參見圖21607,如果接觸器KM2線圈回路中的自鎖觸頭KM2在還沒有閉合時,延時常開觸頭KT已因接觸器KM1線圈和時間繼電器KT線圈先后失電而斷開,則會造成起動失敗,圖21607中的三個線圈均會失電,尤其當電源電壓較低時,更容易發生這種情況。

故障排除:將接觸器KM2中的常閉動觸頭向上彎曲而常開動觸頭向下彎曲,這樣做的目地是使KM2的常開觸頭早一點閉合,而使其常閉觸頭晚一點斷開;將接觸器KM1中的自鎖觸頭KM1的常開動觸頭向下彎曲,這樣做的目地是使KM1中的自鎖觸頭KM1晚一點斷開。詳見圖21602中的故障排除方法二。

二、星形/三角形(Y/Δ)降壓起動線路

星形/三角形降壓起動是指電動機起動時,將定子繞阻接線星形(Y形)起動;起動結束后再將它換接成三角形(Δ)運轉。所以,星形/三角形起動方法只能用于正常工作時定子繞組為三角形聯接法的電動機(為了配合星形/三角形降壓起動,電動機生產廠家將功率較大的電動機,基本都設計為三角形接法)。

由于星/角降壓起動方法簡便易行而且經濟,所以這種降壓起動方法使用非常普遍,但是,這種起動方法的起動轉距僅為全壓起動的三分之一,所以,星/角起動方法只適用于空載或輕載起動的電動機。

Y/Δ降壓起動也分為手動和自動兩類,許許多多種不同的接線方案。下面選擇常用的控制線路分別介紹如下:

一)、手動控制星/角降壓起動

(一)、手動控制星/角降壓起動線路之一

手動控制星/角降壓起動線路之一如圖21608所示:

圖21608控制線路的工作原理如下:

起動時,按下起動按鈕SB2,交流接觸器KM1和KM同時獲電吸合,電動機接成星形降壓起動。待起動過程結束后,按下運轉按鈕SB3,交流接觸器KM1首先斷電釋放,然后KM2獲電吸合,與已獲電吸合的KM共同作用,將電動機接成三角形,全壓運行。

此電路中兩個常閉觸頭,KM1與KM2互相串接在對方的線圈回路內,組成接觸器聯鎖,保證了KM1與KM2兩個接觸器不能同時獲電吸合。

圖21608的主回路部分接線較簡單,需注意的是電動機部分的接線,星形接法時,電動機的引出的端子U1(D1)、V1(D2)、W1(D3)、接電源L1(A)、L2(B)、L3(C);U2(D4)、V2(D5)、W2(D6)三個端子短接在一起;三角形接法時:U1(D1)與W2(D6)短接后接L1(A);V1(D2)、U2(D4)短接后接L2(B)、W1(D3)、V2(D5)短接后接L3(C)。因為主回路的電流較大,所以要特別注意各接線點,務必保證接觸良好。

圖21608的控制回路部分,請按下述步驟接線:

1、按鈕開關部分:

1)首先把按鈕開關的接點向上(即按鈕開關的接點正對著操作者),并且使停止按鈕(多為紅色)在下方。

2)將停止按鈕SB1右側的常閉接點與SB2右側的常開接點用短導線(也叫跳線)連接起來。

3)將起動按鈕SB2、SB3左側的常開接點、SB3左側的常閉接點,用短導線連接起來。 

2、接觸器部分:

1)首先將接觸器電源側L2、L3與兩個熔斷器FU2的連接,從兩個熔斷器FU2的空閑端各引出一根導線,分別接至熱繼電器FR和按鈕開關SB1左側常閉接點。此處雖然接線圖中是電源L2接熱繼電器FR;電源L3接按鈕開關,但也可以電源L3接熱繼電器FR;電源L2接按鈕開關,這樣做對控制線路的功能沒有任何影響。

2)從熱繼電器FR的空閑接點引出一根導線,接至接觸器KM線圈接點上,從剛接過線的KM線圈接點上并接出一根導線接至接觸器KM1線圈接點上;從剛接過線的KM1線圈接點上并接出一根導線接至接觸器KM2線圈接點上。

注:此步驟也可從熱繼電器FR的空閑接點直接引出三根導線,分別接到接觸器KM、KM1、KM2的線圈接點上。

3)由線圈KM的空閑點,引出一長二短三根導線。兩根短導線分別接KM、KM2的自鎖觸頭(常開),長導線作為KM的線圈線,接至按鈕開關中SB2的左側常開接點(也可接至SB3左側常開閉接點或SB3左側常閉接點)上。

4)將線圈KM1與KM2的空閑接點與對方的常閉觸頭用短導線連接起來(KM1的線圈接KM2的常閉觸頭,KM2的線圈接KM1的常閉觸頭),從KM1的空閑常閉接點,引出一長一短的兩根導線:其中短線接至KM2自鎖觸頭空閑接點;長線作為KM2的線圈線,接至按鈕開關SB3右側常開接點;從KM2的空閑常閉接點接出一根長線(KM1的線圈線),接至SB3右側常閉接點上。

5)從KM自鎖觸頭空閑接點接出一根長線(KM的自鎖線),接至SB1右側常閉接點(也可接至SB2右側常開接點)上。

注:各長線的長度相等,均為接觸器至按鈕開關的距離加20厘米。

3、對照接線圖仔細檢查全部接線(包括主回路)確認無誤后,送電試機。 

(二)手動控制星/角降壓起動線路之二 

手動控制星/角降壓起動線路之二如圖21609所示:

圖21609手動控制星/角降壓起動線路的工作原理簡述如下:

起動時,按下起動按鈕SB2,交流接觸器KM1和KM“先、后”獲電吸合,電動機接成星形降壓起動。待起動過程結束后,按下運轉按鈕SB3,交流接觸器KM1“先斷電”釋放,KM2“后獲電”吸合。此時KM仍保持吸合狀態,電動機接成三角形全壓運行。

這種線路的另一個特點是,起動時,閉合三相繞組中性點的交流接觸器KM1(俗稱封星接觸器)先獲電吸合,然后接通電源的交流接觸器KM才吸合;這樣,KM1的主觸頭是在無負載的情況下閉合的。所以,KM1的選擇可比KM和KM2小一個等級,以節約成本。而圖21608所示線路無此功能。建議讀者在實際工作中優先選用圖21609控制線路。

圖21609的主回路部分與圖21608完全相同?蓞⒖紙D21608a)。

 

圖2-47在實踐工作中的接線步驟如下:

1、按鈕開關部分:

1)將右側的:SB1常閉接點與SB2常開接點用短導線連接起來。2)將左側的:SB2、SB3的常開接點、SB3的常閉接點用短導線連接起來。

2、接觸器部分:

1)首先將接觸器電源側L2、L3與兩個熔斷器FU2的連線,從兩個熔斷器FU2的空閑端各引出一根導線,分別接至熱繼電器FR和按鈕SB1左側常閉接點。此處雖然接線圖中是電源L2接熱繼電器FR;電源L3接按鈕開關,但也可以電源L3接熱繼電器FR;電源L2接按鈕開關,這樣做對控制線路的功能沒有任何影響。

2)從熱繼電器FR的空閑接點引出一根導線,接至接觸器KM線圈接點上,從剛接過線的KM線圈接點上并接出一根導線接至接觸器KM1線圈接點上;從剛接過線的KM1線圈接點上并接出一根導線接至接觸器KM2線圈接點上。

注:此步驟也可從熱繼電器FR的空閑接點直接引出三根短導線,分別接到接觸器KM、KM1、KM2的線圈接點上。

2)由線圈KM的空閑端引出兩根導線,分別接至KM、KM1的常開接點上;將線圈KM1、KM2的空閑接點與對方的常閉接點連接起來(即KM1的線圈接KM2的常閉觸頭,KM2的線圈接KM1的常閉觸頭);

3)從KM1的空閑常閉接點引出一長一短兩根導線:短線接至KM2自鎖觸頭;長線作為“KM2的線圈線”,接至按鈕開關SB3右側常開接點上;從KM2的空閑常閉接點引出一根長線,作為“KM1的線圈線”,接至SB3右側常閉接點上。

4)從KM2自鎖觸頭的空閑接點上,引出一長兩短三根導線,長線作為“KM2自鎖線”,接至SB2左側常開接點上;短線1:接至KM1空閑常開接點上;短線2:接至KM右側常開觸頭的空閑接點上,并從這一點再接出一根短線,接KM左側未接過線的常開觸頭;從KM左側常開觸頭的空閑端,引出一根長線,作為“KM的自鎖線”,接至SB2右側常開接點上(也可以接至SB1右側常閉接點上)。

注:長線的長度為:接觸器至按鈕開關的距離加20厘米。

3、對照接線圖仔細檢查全部接線(包括主回路)確認無誤后,送電試機。

星/角降壓起動與用電阻降壓起動,以及以后將要介紹的自耦變壓器等所有的降壓起動線路,都不允許在降壓起動狀態下長時間運行,否則將燒毀電動機及起動設備,為防止因這種誤操作而燒毀電動機及起動設備,可將圖21608及圖21609中的控制回路,仿照圖21605稍作改動即可。

二)、自動控制星/角降壓起動 

(一)星/角降壓起動的自動控制線路之一 

星/角降壓起動的自動控制線路之一如圖21610所示:

 

因其主回路與手動控制線路的主回路完全相同,故圖21610僅畫出控制回路;接線圖中僅畫出與控制回路有關的元件;在一個虛線框內僅標出一個文字符號,用其來表示該原件的安裝位置,虛線框內線圈,常開觸頭及常閉觸頭等均屬該元件所有,以后各圖的接線圖均按此方法畫,以后就不再說明了。

圖21610的工作原理如下:

按起動按鈕SB2→接觸器KM1、時間繼電器KT同時獲電吸合→1)接觸器KM1吸合后→其常開觸頭KM1接通接觸器KM的線圈,使接觸器KM獲電吸合,并經其自鎖觸頭KM自鎖。接觸器KM1、KM將電動機M接成星形接法降壓起動;接觸器KM1的常閉觸頭斷開,切斷接觸器KM2的線圈回路。2)KT吸合后→其常閉觸頭經過預先整定的延時時間后斷開→切斷接觸器KM1線圈回路,使KM1斷電釋放→其常閉觸頭KM1恢復閉合→接通接觸器KM2線圈回路,使接觸器KM2獲電吸合→接觸器KM2、KM將電動機接成三角形接法全壓運行;接觸器KM2的常閉觸頭斷開,切斷時間繼電器KT的線圈供電回路,使其斷電釋放。

圖21610控制回路的參考接線步驟如下:

1、按鈕開關部分:

將按鈕開關右側,SB1的常閉接點、SB2的常開接點用短線連接。

2、接觸器部分:

1)首先將接觸器電源側L2、L3與兩個熔斷器FU2的連線,從兩個熔斷器FU2的空閑端各引出一根導線,分別接至熱繼電器FR和按鈕SB1左側常閉接點。此處雖然接線圖中是電源L2接熱繼電器FR;電源L3接按鈕開關,但也可以電源L3接熱繼電器FR;電源L2接按鈕開關,這樣做對控制線路的功能沒有任何影響。

2)從熱繼電器FR的空閑接點引出一根導線,接至接觸器KM線圈接點上,從剛接過線的KM線圈接點上并接出一根導線接至接觸器KM1線圈接點上;從剛接過線的KM1線圈接點上并接出一根導線接至接觸器KM2線圈接點上;從剛接過線的KM2線圈接點上并接出一根導線接至時間繼電器KT線圈接點上。

注:此處也可從熱繼電器FR的空閑接點直接引出四根短導線,分別接到接觸器KM、KM1、KM2和時間繼電器KT的線圈接點上。

3)從線圈KM的空閑接點,引出三根短導線,分別接至KM1常開觸頭和常閉觸頭以及KM的自鎖觸頭。

4)將線圈KM1的空閑接點與KT的延時常開觸頭用導線連接。

5)將KM2的線圈的空閑接點與KM1常閉觸頭相連。

6)將KT線圈空閑接點與KM1常開、KM2常閉、KT延時常閉這四個接點連接在一起。

7)從KM自鎖觸頭的空接點,引出KM自鎖線接至按鈕SB2右側常開接點(或SB1右側常閉接點);

8)從KM2常閉空接點引出“KT線圈線”,接到SB2左側常開接點上。

3、對照接線圖仔細檢查全部接線(包括主回路)確認無誤后,送電試機。

注:長線的長度為:接觸器至按鈕開關的距離加20厘米。

星/角自動控制器有成品出售,其型號有QX3-13、QX3-30、QX3-55、QX3-125四種,QX3后邊的數字是指:當額定電壓為380伏時,起動器可控制電動機的最大功率值(單位為KW)。

(二)自動控制星/角降壓起動控制線路之二

功率大于55KM以上的電動機,起動電流比較大,接觸器所需的滅弧時間較長。為了防止在星、角轉換時,因為來不及熄滅的弧光引起相同短路,從星形接法換為三角形接法時,需要延時0.5~1秒的時間,以保證在電弧徹底熄滅后,才換接成三角形。按照圖21611的控制線路接線則可以實現上述要求。

自動控制星/角降壓起動控制線路之二如圖21611所示。

 

圖中KA為中間繼電器,其作用是控制電動機由星形接法轉換為三角形接法;KT1為通電延時型時間繼電器,其作用是控制星形接法起動的時間;KT2為斷電延時型時間繼電器,其作用是控制電動機由星形接法轉換為三角形接法的延時。圖21611的主回路與圖21608完全相同。

圖21611控制線路的工作原理簡述如下:

起動時,按下起動按鈕SB2后,接觸器KM、KM1及時間繼電器KT1、KT2均獲電吸合,將電動機M接成星形降壓起動。待過了KT1的預先整定時間后:

KT1的延時常閉觸頭斷開,切斷KM1線圈回路;

KT1的延時常開觸頭閉合,接通中間繼電器KA的線圈供電回路,使KA獲電吸合并自鎖。KA的兩個常閉觸頭斷開,其一:切斷KM1線圈電回路使KM1電斷釋放;其二:切斷KT2線圈回路,使KT2斷電釋放,KT2延時閉合常閉觸頭延時閉合,這時KM2才通電吸合,電動機轉為三角形接法,全壓運行,KM2吸合后,其常閉觸頭KM2切斷了KT1和KM1的線圈回路。

從上述工作過程看出。KM1斷電后KM2并不能瞬間吸合,而由KT2的常閉觸頭延時一小段時間后才接通KM2線圈電路(此時KM1的主觸頭弧光已熄滅),電動機才轉換為三角形接法運行。

圖21611的控制線路安全可靠。缺點是所用元件多而且復雜,不易維修。該線路適用于功率大于55KW的電動機上,而圖21608、21609、21610則適用于功率較小的電動機。

圖21611參考接線步驟如下:

1、按鈕開關部分:

將右側的:SB1常閉接點與SB2常開接點用短導線連接起來。

2、接觸器部分:

1)首先將接觸器電源側L2、L3與兩個熔斷器FU2的連線,從兩個熔斷器FU2的空閑端各引出一根導線,分別接至熱繼電器FR和按鈕SB1左側常閉接點。此處雖然接線圖中是電源L2接熱繼電器FR;電源L3接按鈕開關,但也可以電源L3接熱繼電器FR;電源L2接按鈕開關,這樣做對控制線路的功能沒有任何影響。

2)從熱繼電器FR的空閑接點引出一根導線,將其接至接觸器KM線圈接點上,從剛接過線的KM線圈接點上并接出一根導線,將其接至時間繼電器KT2線圈接點上;從剛接過線的KT2線圈接點上并接出二根導線,分別接至接觸器KM1、KM2的常閉觸頭上;從KM1的空閑常閉接點上并接出二根導線,分別接至接觸器KM2和中間繼電器KA的線圈上;從KM2的空閑常閉接點上并接出二根導線,分別接至接觸器KM1和時間繼電器KT1的線圈上。

3)從KM線圈空閑端引出兩短一長三根線:其中長線作為“KM和KT1的共用線圈線”接至按鈕開關SB2左側常開接點上;一根短線接至自鎖觸頭KM,另一根短線接至時間繼電器KT2的常閉接點上,在剛接過線的KT2常閉接點上并接出二根導線,分別接至中間繼電器KA的左側的常閉、常開觸頭;從時間繼電器KT1線圈空閑端點并接出三根短線,一根接至剛接過線的KA左側常閉(或常開)接點;另兩根短線分別接至時間繼電器KT1的延時閉合常開觸頭和延時斷開常閉觸頭。

4)從KM1線圈空閑端接出一根短線.接至中間繼電器KA右側的常閉觸頭,將KA右側的常閉觸頭的空閑接點與KA右側的常開觸頭用短線連接,將KA右側的常開觸頭空閑接點與接觸器KM2線圈的空閑接點用短線連接。

5)將時間繼電器KT2線圈空閑端與KA左側的常閉觸頭空閑端用短線連接。

6)從中間繼電器KA線圈空閑端并接出兩根短線,分別接至KA左側的常開觸頭空閑端和時間繼電器KT2常開空閑端。

7)由接觸器KM常開觸頭空閑端,引出一根長線接至按鈕SB2右側常開觸頭或SB1右側常閉觸頭,此線為“KM的自鎖線”。

3、對照接線圖仔細檢查全部接線(包括主回路)確認無誤后,送電試機。

4、試機確認無問題后,將所有控制導線捆扎成束,整理美觀,如有條件要給控制線做好標號,以利將來維修。

注:長線的長度為:接觸器至按鈕開關的距離加20厘米。

 三、自耦變壓器降壓起動控制線路

 自耦變壓器是由帶抽頭的線圈和硅鋼片的鐵芯所組成的。起動時電流通過自耦變壓器的線圈,起降低電壓的作用。一般自耦變壓器備有三組抽頭,其電壓一般是電源電壓的40%、60%、80%左右,供不同的負載選用。當電動機拖動的機械負載較大,起動困難時,選80%抽頭,當負載較小或要求起動電流小的場所,則選40%抽頭,一般情況下則選60%抽頭(自耦變壓器出廠時一般接在60%抽頭上)。

由自耦變壓器和其它元件組成的起動設備,稱作補償器、自耦降壓起動器或自耦減壓起動器(箱)。

采用自耦變壓器降壓起動的控制線路,有手動和自動兩種,下面分別介紹如下。

一)、手動控制補償器線路

經常采用的QJ3型手動補償器的外形及原理如圖21612所示:

這種QJ3型補償器內部構造,主要包括自耦變壓器、保護裝置、觸頭系統和手柄操作機構等部分,自耦變壓器的抽頭有兩種,分別是電源電壓的65%和80%(出廠時一般都接在65%抽頭上),這樣,就可以在電動機起動時,跟據機械負載的大小選擇不同的起動電壓。

須注意,自耦變壓器的線圈,是按短時工作制設計的,一般只能帶負載連續起動兩次。

保護裝置有過載保護和欠電壓保護兩種。過載保護采用熱繼電器FR;欠電壓保護采用失壓脫扣器FV,它由線圈、鐵芯和銜鐵組成,電源電壓正常時,線圈兩端電壓也正常,線圈產生的磁通能夠吸住銜鐵,當電源電壓降低到額定電壓的85%以下時,失壓脫扣器的銜鐵釋放,電動機斷電停轉。起動器的觸頭系統包括兩排靜觸頭和一排動觸頭,全部裝在補償器的下部,浸在絕緣油中。絕緣油的作用是熄滅觸頭電弧。絕緣油必須保持清潔,防止水分和雜質摻入,以保證其良好的絕緣性能。操作機構包括手柄主軸和聯鎖裝置等。

QJ3型補償器工作原理如下:

當手柄在“停止”位置時,裝在主軸上的動觸頭與兩排靜觸頭都不接觸,電動機不通電,處于停止狀態,當手柄向前推到“起動”位置時,動觸頭與上面的一排靜觸頭接通,電源通過三副軟金屬帶,動觸頭,起動靜觸頭,三個65%抽頭的自耦變壓器接至電動機,電動機降壓起動。當電動機轉速上升到穩定值時,將手柄向后迅速板到“運行”位置,此時動觸頭與下面一排運行靜觸頭接通,電源通過三副軟金屬帶、動觸頭、運行靜觸頭、熱繼電器的熱元件至電動機,使電動機在額定電壓下運行。如需要停止電動機,只要按下停止按鈕SB1,失壓脫扣器FV線圈斷電,銜鐵釋放,通過機械機構使補償器手柄自動回到“停止”位置,電動機失電停轉。

QJ3型補償器還設有聯鎖裝置(機械聯鎖)。防止誤將手柄直接扳到“運行”位置。

二)、自動控制自耦變壓器起動線路 

上述介紹的手動控制補償器線路有操作笨拙及不能遠距離控制等缺點。為此人們又設計出由交流接觸器、中間繼電器、時間繼電器等元件構成的自動控制線路。這種自動控制線路有多種型號及規格的成品補償器出售。供不同功率的電動機選配。但成品補償器一般售價較高。在實際工作中,可按下面介紹的電路自行裝配。以節約成本。

(一)自耦變壓器降壓起動線路的主回路接法

自動控制的自耦變壓器降壓起動線路的主回路一般有三種接法,如圖21613至21615所示。

 

 

自耦變壓器降壓起動線路主回路的這三種接法,在實踐中均有采用,一般圖21615的第三種接法適用于KM1、KM2采用一個具有五個主觸頭的接觸器的情況;在KM1、KM2不合用一個接觸器的情況下;使用圖21613的第一種接法較好,采用這種接法的優點是:在電動機正常運轉后,自耦變壓器與電源徹底脫離,自耦變壓器不帶電。對安全比較有利。建議讀者優先采用第一種接法。

(二)自耦變壓器降壓起動線路的控制回路接法

由接觸器等構成的自耦變壓器降壓起動控制線路和自動控制線路,雖然有許多種,但歸納起來,只有下面的四類型。

1、第一類是用按鈕的控制線路;

2、第二類增用中間繼電器的控制線路;

3、第三類是增用時間繼電器的控制線路;

4、第四類是既用時間繼電器,又用中間繼電器的較復雜的控制線路。

下面分別介紹如下,為節約篇幅,各線路圖均省略了主回路部分,如果需要,請參閱圖21613至21615。

1、補償器用按鈕的控制線路

按鈕操作的控制線路如圖21616所示。

 

圖中SB2是起動按鈕,SB3為運轉按鈕、SB1是停止按鈕。圖21616的控制原理如下:

起動時:

按起動按鈕SB2且暫不松手→接觸器KM1、KM2先后獲電吸合→電源通過自耦變壓器降壓后送給電動機,電動機降壓起動;待電動機M轉速達到穩定值時(即電動機轉速不再上升時),按運轉按鈕SB3(此時仍需按住SB2不放)→接觸器KM1、KM2斷電釋放,而接觸器KM3獲電吸合并自鎖,電動機全壓運行。因KM3具有自鎖功能,所以正常運行后,不必按任何按鈕。

停止:

如需要停止,按一下SB1即可。

圖21616控制線路的優點是簡單,容易安裝和維修,投資少而且不容易因誤操作而燒毀電機等;缺點是在電動機低壓起動的整個時間內手不能離開按鈕SB2。但大多數電動機的起動時間僅需十秒鐘左右時間,這種操作不便影響不大。

圖21616控制線路的參考接線步驟簡述如下:

1、按鈕開關部分:

1)、將SB1右側的常閉接點與SB2右側的常開接點用短導線連接起來。

2)、將SB3上側的常開接與常閉接點用短導線連接起來。

3)、將SB2和SB3左側的常開接點用短導線連接起來。

2、接觸器部分:

1)、將三個接觸器的線圈接在:與電源L1相接的熱繼電器FR的接點上(即圖中“1”點);由電源L2(即圖中“2”點)引出“電源線”將其接至按鈕開關SB1左側常閉觸頭上。

2)、從接觸器KM1常開觸頭的兩個接點引線:其中第一個接點引出兩根短線,分別接至KM1線圈空閑端與KM3的常閉觸頭;另一接點引出的短線與KM2的線圈空閑端相連;KM3線圈空閑端與KM2常閉觸頭相連。

3)、將KM2常閉觸頭空閑端與KM1常閉觸頭用短線連接;從KM1常閉觸頭的空閑端引出一長一短兩根導線,短線接KM3常開觸頭;長線作為“KM3的線圈線”接至SB3左側常開接點上。

4)、從KM3常開觸頭的空閑端引出“KM3的自鎖線”,將其接至SB2左側常開觸頭上(也可以接在SB3的左側常開接點或右側常閉接點上);從KM3常閉觸頭的空閑端引出“KM1線圈線”接至按鈕開關SB3左側常閉觸頭上。

3、對照接線圖仔細檢查全部接線(包括主回路)確認無誤后,送電試機。

2、補償器用中間繼電器的控制線路

這個控制線路是針對上一個線路在起動期間手不能離開按鈕的缺點而設計的。

用中間繼電器操作的控制線路如圖21617所示。

 

圖21617控制線路的工作原理簡述如下:

圖中接觸器KM1和KM2是起動用接觸器,KM3是運轉用接觸器。KA為中間繼電器,其作用是轉換起動、運行接觸器用。SB1是停止按鈕、SB2是起動按鈕、SB3為運轉按鈕。

起動時,按起動按鈕SB2,接觸器KM1與KM2先后獲電吸合,電動機通過自耦變壓器TM降壓起動。電動機的轉速逐漸上升,待電動機轉速不再上升時,按運轉按鈕SB3,中間繼電器KA獲電吸合,切斷接觸器KM1和KM2后,接通KM3,電動機獲全壓正常運行。如果電動機主回路安裝有檢測電動機電流用的電流表,起動時要觀察電流表。當起動瞬間,電流很大,隨著電動機轉速上升,電流很快下降,電動機轉速不變時,電流表指示也就穩定了。電動機的轉速不容易觀察,但是電流表的指針變化卻是很容易察看。所以,有電流表時,要觀看電流表,以確定電動機起動、運轉的轉換時刻(絕大多數降壓起動的電動機,都裝有電流表)。

接線步驟:請讀者按照圖21617中的接線圖,自行寫出。有一定工作經驗的讀者,可不必寫接線步驟,參照接線圖直接安裝即可。

3、補償器用時間繼電器的控制線路

補償器用時間繼電器的控制線路如圖21618所示。

 

圖21618控制線路的工作原理簡述如下:

圖中KM1和KM2是降壓起動用交流接觸器,KM3是正常運轉用交流接觸器。KT為通電延時型時間繼電器,它的作用是:自動地由起動轉換為運轉。SB1為停止按鈕,SB2為起動按鈕。

起動時按SB2,KM1、KM2和KT先后獲電吸合并自鎖,電動機通過自耦變壓器降壓起動。待過了KT預先整定的時間后,KT的延時觸頭動作,其中,常閉觸頭切斷了KM1線圈回路,使KM1斷電釋放,隨之KM2也斷電釋放;KT的常開觸頭接通了KM3的線圈回路,使KM3獲電吸合并自鎖。電動機獲全壓正常運行。圖中KM3常開觸頭為KM3的自鎖觸頭;時間繼電器KT的瞬動常開觸頭為起動時用的自鎖觸頭,常閉觸頭KM1、KM3為聯鎖觸頭。

接線步驟:請讀者按照圖21618中的接線圖,自行寫出。有一定工作經驗的讀者,可不必寫接線步驟,參照接線圖直接安裝即可。

4、采用時間繼電器與中間繼電器的控制線路

既使用時間繼電器又使用中間繼電的控制線路較前面介紹的電路略復雜一些,其工作效能也相對完善一些。下面介紹XJ01型(13—75千瓦)減壓起動器的控制線路,并加以分析。

XJ01型補償器的控制線路如圖21619所示。其主回路與圖21614相同。

  

圖21619的工作原理簡述如下:

圖中接觸器KM1、KM2仍然是起動用,而KM3是運轉用的交流接觸器;時間繼電器KT為通電延時型,在此起延時接通KA的作用;中間繼電器KA在此的作用是,負責起動和運轉之間的轉換。它在正常運行時始終獲電吸合。SB1是停止按鈕;SB2是起動按鈕。KM1、KA這兩個常開觸頭為各自的自鎖觸頭,KM1常閉觸頭為連鎖用觸頭。

起動時,按起動按鈕SB2,接觸器KM1首先獲電吸合并自鎖,然后KT、KM2同時獲電吸合,電動機通過自耦變壓器降壓起動;待過了KT預先整定的時間后,KT的延時常開觸頭閉合,接通中間繼電器KA的線圈回路,KA獲電吸合并自鎖。其常閉觸頭斷開,切斷KM1供電回路使KM1、KM2和KT先后失電釋放;其常開觸頭接通KM3線圈回路,KM3獲電吸合,電動機正常運轉。需停止運轉時,按下停止按鈕SB1即可。

(三)80KW以上的大功率補償器

以上介紹的四種補償器控制線路,僅適用于功率為75KW以下的電動機使用。當電動機功率大于75KW時應采用下面介紹的XJO1型80—300KW控制線路。

80KW以上的大功率電動機特點是額定電流很大,其起動時的電流就更大。即使是降壓起動,起動電流也達額定電流達到3—4倍。針對上述電動機起動電流大的特點,作為過載保護用的熱繼電器FR中的熱元件一般都不再直接串入主回路中;而是增加使用兩個電流互感器,并將熱繼電器的熱元件串入電流互感器的二次回路,以降低通過熱元件的電流。并在降壓起動期間,用中間繼電器的常閉接點,將熱元件短路分流。以使起動期間的大電流不致流過熱元件。正常運行時,中間繼電器的常閉觸頭斷開,使熱元件投入正常工作。熱元件及電流互感器TA的接法請參見圖21620。

主回路的其余部分的原理圖與圖21615相同,此處略去。

XJ01型80—300KW減壓起動箱的控制部分原理圖如圖21621所示。

 

圖21621控制線路的原理簡介如下:

圖中接觸器KM1是具有五個主觸頭的交流接觸器,用作降壓起動,KM2是正常運行的交流接觸器;KT是通電延時型時間繼電器,自動控制時起動KA1用;KA1、KA2為中間繼電器,KA1負責轉換起動、運行。KA2為手動起動時的起動按鈕。SB1是自動控制按鈕;SB2是手動起動按鈕;SB3是手動運轉按鈕;SB4是停止按鈕。

該補償器具有兩種控制方式,一種是自動,一種是手動。所謂自動,就是只需要按一下自動控制按鈕SB1,就可以自動完成從起動到運轉的全過程;所謂手動,就是除按動手動按鈕SB2外,還需要按運轉按鈕SB3,才能完成起動到運轉的轉換。下面將兩種控制方式分別介紹如下:

a)自動方式控制

按自動控制按鈕SB1,起動接觸器KM1獲電吸合并自鎖,電動機通過自耦變壓器TM降壓起動。同時KM1的另一個常開觸頭接通了KT的線圈回路,使KT獲電吸合,經過KT預定的時間后,延時閉合常開觸頭KT閉合,使KA1獲電吸合并自鎖,其常閉觸頭KA1斷開,切斷KM1線圈回路,使KM1斷電釋放,而其開觸頭閉合,接通KM2線圈回路,使KM2獲電吸合,其主觸頭KM2閉合,使電動機全壓正常運行。

b)手動方式控制

按起動按鈕SB2,KA2獲電吸合并自鎖,其常閉觸頭斷開,切斷KT供電回路,使KT退出工作;其常開觸頭閉合,使KM1獲電吸合并自鎖。電動機降壓起動。待電動機轉速不再上升時(或電流表指針不動時),按手動運轉按鈕SB3,使負責轉換的中間繼電器KA1獲電吸合并自鎖,KA1動作,完成起動、運轉之間的轉換,電動機正常全壓運行。

圖21619與圖21621都是工廠生產的成品補償器,它們的接線圖略去未畫;如果需要,請讀者自行畫出。

自耦變壓器降壓起動控制線路,還有許多種,但與以上介紹的五種大同小異,只要將已經介紹過的五種控制線路真正搞懂并熟練掌握,其它電路也就不難分析掌握了。

下面介紹一種調整時間繼電器KT延時時間的方法:

1)先將時間繼電器KT的時間調到最大值(大約兩分鐘左右)。

2)為保證測出的電動機起初時間的準確,電動機必須帶負荷起動,所以要接好電動機的負載。

3)記下起動時刻,起動電動機,并觀察電流表(如主回路中沒有電流表,則用鉗型電流表代替)。剛起動時,電流表指示最大,隨著電動機的轉速上升,電流表指針示數逐漸下降,記下電流表不再下降的時刻。用電流表穩定時刻減去起動的時刻,就是電動機起動過程所需的時間。

4)電動機起動所需時間再適當加上三至五秒鐘,就是時間繼電器應調整的時間。這里之所以加上三至五秒鐘的時間,是考慮當電源電壓降低,或者負載稍許增加時,有可能延長起動所需的時間所致,如果無此可能則加一至兩秒就可以了。

使用自耦變壓器降壓起動電動機時應注意以下幾項:

(1)因自耦變壓器是按短時工作制設計的,所以要求起動時間要小于二分鐘(包括一次或連續數次起動時間的總和),若連續起動時間總和已達到二分鐘,剛起動后的冷卻時間,應不少于四小時后,才能再次起動,因此,用自耦變壓器起動的方法僅適用于間歇起動之用,不適宜在頻繁操作條件下使用。

(2)從起動切換至運轉,必須待電動機接近額定轉速后進行,否則,容易損壞接觸器,對低壓配電網絡也不利。

(3)在滿足起動時間小于二分鐘的前提,以及滿足起動轉距的條件下,應盡量使用電壓較低的抽頭。這樣對減少起動電流有利。

(4)接在主回路中的熱繼電器的調整電流要等于電動機到額定電流;接在電流互感器二次回路中的熱繼電器的調整電流值,要等于電動機額定電流除以電流比的商數。

四、延邊三角形降壓起動線路

延邊三角形降壓起動的方法僅適用于:定子繞組為特殊設計的JO3系列異步電動機。通常的電動機定子為六個出線端,而這類電動機有九個出線端,如圖21622所示。

 

起動時,把定子繞組的一部分接成三角形,另一部分接成星形,使整個繞組接成延邊三角形,由于其外形象一個三角形三條邊依次延長后的圖形,所以稱之為延邊三角形。

起動時,將電源接在三個繞組的始端U1(D1)、V1(D2)、W1(D3)。電動機正常運行的接法為:三個始端分別與三個尾端連接,即U1(D1)和W2(D6)短接;V1(D2)與U2(D4)短接;W1(D3)與V2(D5)短接,然后各自與電源連接即可。

電動機接成延邊三角形時,每相繞組的相電壓、起動電流與起動轉距的大小,是根據每相繞組的兩部分阻抗的比例(稱為抽觸頭比)而變化的。具體規律如表2—2所示。 

表2—2延邊三角形起動特性表

起動方法

起動電流

起動轉矩

 

 

全壓起動時起動電流

全壓起動時起動轉矩

1:1

487%

435%

3:5

491%

48%

1:2

59%

53%

1:3

672%

645%

在實際應用中,可根據不同的使用要求,選擇不同抽頭比,進行降壓起動。

延邊三角形降壓起動的主回路如圖21623所示。

圖中交流接觸器KM1、KM2、KM依次為:起動用、運轉用和起動運轉公用的接觸器。

主回路及電動機的接法對控制線路提出的要求是:起動時,KM1、KM先后獲電吸合,將電動機接成延邊三角形降壓起動;正常運轉時,KM1斷電釋放,KM2獲電吸合,KM仍然保持吸合狀態,電動機接成三角形正常運行。

以上這些要求與星/角降壓起動電路對控制回路的要求是完全相同的。因此盡管延邊三角形降壓起動與星/角降壓起動主回路完全不同,但控制線路卻可以共用。所以,延邊三角形降壓起動的控制線路,請讀者參閱“星形/三角形”降壓起動的控制線路。

三相鼠籠式異步電動機的降壓起動方法,我們介紹了一、串電阻起動;二、星形/三角形起動;三,自耦變壓器降壓起動;四、延邊三角形降壓起動。共四類不同的起動方法。各類中又有不同的控制線路。我們介紹的控制線路雖然不少,但這些僅是實際應用線路中的一小部分,但是如果我們熟練地掌握這一小部分,則一精百通,其余的一大部分也就很容易掌握了

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