下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
由于大容量笼型异步电动机的启动电流很大，会引起电网电压降低，使电动机转矩减小，甚至启动困难，而且还会影响同一供电网络中其他设备的正常工作，因此其启动电流应限制在一定的范围内，不允许直接启动。
电动机可否直接启动，应根据启动次数、电网容量和电动机的容量来决定。一般规定是：启动时供电母线上的电压降不得超过额定电压的10%～15%；启动时变压器的短时过载不超过最大允许值，即电动机的最大容量不超过变压器容量的20%～30%。
由于机床电动机一般都为空载启动，所以常采用降低电动机定子绕组电压的方法来减小启动电流。常用的有定子绕组串电阻、星形-三角形（Y △）降压、自耦变压器降压及软启动器的使用。
启动时，在三相定子电路中串入电阻，从而降低了电动机绕组上的电压。待启动后，将电阻短接，使电动机在额定电压下正常工作。
这一电路的设计思想通常都是采用时间原则按时切除启动时串入的电阻以完成启动过程。在具体电路中可采用时间继电器来实现上述设计思想。用时间继电器控制串电阻降压启动的控制电路如图2.10所示。
图2.10 定子绕组串电阻降压启动控制电路
当按下启动按钮SB2后，接触器KM1线圈获电吸合，KM1主触头闭合，电动机串电阻R降压启动；与此同时，时间继电器KT线圈获电吸合，启动电阻R被短接，电动机全压运行，同时KM2的常闭触头断开，时间继电器KT线圈断电释放。
启动电阻一般采用ZX1、ZX2系列铸铁电阻。铸铁电阻功率大，能够通过较大电流，三相所串的电阻值相等。启动电阻 R st 可通过以下近似公式计算：
式中 I st ——未串电阻前的启动电流，A；
I′ st ——串联电阻后的启动电流，A；
I N ——电动机的额定电流，A。
启动电阻的功率
若启动电阻仅在电动机的两相定子绕组中串联，则选用的启动电阻应为上述计算值的1.5倍。
串电阻启动的优点在于，按时间原则切除电阻，动作可靠；降压启动提高了功率因数，有利于电网质量；电阻价格低廉、结构简单。缺点是电阻上功率消耗大。通常仅在中小容量电动机不经常启停时采用这种方式。
这一电路的设计思想仍是按时间原则控制启动过程，所不同的是启动时将电动机定子绕组接成星形（Y形）。加在电动机每相绕组上的电压为额定值，从而减小了启动电流对电网的影响。待启动后期按预先整定的时间换接成三角形（△形）接法，使电动机在额定电压下正常运转。
Y_△降压启动适用于正常工作时定子绕组为三角形连接的电动机。由于其方法简便且经济，因此使用较普遍。Y_△启动器有QX3—13、QX3—30、QX3—55、QX3—125型等。QX3后面的数宇是指额定电压为380V时，启动器可控制电动机的最大功率值（以kW计量）。
以QX3—13型Y_△自动启动器为例，其控制电路如图2.11所示。合上电源开关QS后，按下启动按钮SB2，接触器KM1和KM2线圈同时获电吸合，KM1和KM2主触头闭合，电动机Y形连接降压启动，与此同时，时间继电器KT的线圈同时获电，KT常闭触头延时断开，KM2线圈断电释放，KT常开触头延时闭合，KM3线圈获电吸合，电动机定子绕组由Y形连接自动换接成△形连接，时间继电器KT的触头延时动作时间由电动机的容量及启动的快慢等决定。
图2.11 QX3—13型Y △自动启动器控制电路
Y_△启动的优点在于Y形启动电流只是原来△形接法的l/3，启动电流特性好；结构简单、价格最低。缺点是启动转矩也相应下降为原来△形接法的1/3，转矩特性差。因而本电路适用于电网电压380V，额定电压660/380V ，Y/△接法的电动机，轻载启动的场合。
1.手动控制
常用的QJ3型手动控制补偿器如图2.12所示，其内部构造主要包括自耦变压器、保护装置、触点系统和手柄操作机构等。自耦变压器的抽头电压有两种，分别是电源电压的65%和80%（出厂时一般接在65%），可根据电动机启动时负载的大小选择不同的启动电压。线圈是按短时通电设计的，只能连续带负载启动两次。保护装置有过载保护和欠电压保护两种。过载保护采用热继电器FR；欠电压保护采用失电压脱扣器KV，它由线圈、铁芯和衔铁组成。电源电压正常时，线圈获电使铁芯吸住衔铁，当电源电压降低到额定电压的85%以下或热继电器FR的常闭触头断开时，失电压脱扣器的衔铁释放，电动机断电停转。触头系统包括两排静触头和一排动触头，全部装在补偿器的下部，浸在绝缘油内，绝缘油必须保持清洁，防止水分和杂物掺入，以保证有良好的绝缘性能。当手柄向前推到“启动”位置时，动触头与上面一排启动静触头接触，电源通过三条软金属带、动触头、启动静触头、自耦变压器接至电动机，使电动机降压启动。当电动机转速上升到一定值时，将手柄向后迅速扳到“运行”位置，此时动触头与下面一排运行静触头接触，电源通过三条软金属带、动触头、运行静触头、热继电器热元件至电动机，使电动机在额定电压下全压运行。如要停止，只要按下按钮SB，失电压脱扣器KV线圈断电，衔铁释放，通过机械机构使补偿器手柄回到“停止”位置，使电动机停转。如误将手柄直接推向“运行”位置，机械联锁装置就会挡住手柄，防止误操作。
图2.12 QJ3型手动控制补偿器
1—启动静触头；2—热继电器；3—自耦变压器；4—欠电压保护装置；5—停止按钮；6—操纵手柄；7—油箱
2.时间继电器自动控制电路
时间继电器自动控制电路的设计思想和串电阻启动电路基本相同，也是采用时间继电器完成按时动作，所不同的是启动时串入自耦变压器，启动结束自动切除。
时间继电器自动控制串自耦变压器降压启动控制电路如图2.13所示。当按下启动按钮SB2时，接触器KM1和KM2的线圈先后获电吸合，电动机串自耦变压器降压启动，时间继电器KT线圈与KM2线圈同时获电吸合，KT常闭触头延时断开，KM1线圈断电释放，KT常开触头延时闭合，KM3线圈获电吸合，电动机脱离自耦变压器进入全压运行。串接在按钮SB2和接触器KM2的自锁触头之间的KM1常开触头的作用是：当接触器KM1线圈断路时，按下按钮SB2，KM3线圈不会获电，即电动机不会全压启动。
图2.13 时间继电器自动控制串自耦变压器降压启动控制电路
串联自耦变压器启动的优点和串电阻启动相比，在同样的启动转矩时，对电网的电流冲击小；功率损耗小。缺点是自耦变压器相对电阻结构复杂，价格较高。这种电路主要用于启动较大容量的电动机，以减小启动电流对电网的影响。
在一些对启动要求较高的场合，可选用软启动装置，它采用电子启动方法。其主要特点是具有软启动和软停车功能，启动电流、启动转矩可调节，此外还具有电动机过载保护等功能。软启动器是一种新型的节能产品，与国内目前仍大量使用的传统继电控制方式的磁控式、自耦式及Y_△等降压启动器相比，具有十分显著的优点，并且是这些传统降压启动器的理想换代产品。
软启动器主要由三相交流调压电路和控制电路构成。如图2.14所示，软启动器的基本工作原理是利用晶闸管的移相控制原理，通过控制晶闸管的导通角，改变其输出电压，达到通过调压方式来控制启动电流和启动转矩的目的。控制电路按预定的不同启动方式，通过检测主电路的反馈电流，控制其输出电压，可以实现不同的启动特性。最终软启动器输出全压，电动机全压运行。由于软启动器为电子调压并对电流进行检测，因此还具有对电动机和软启动器本身的热保护、限制转矩和电流冲击，以及对三相电源不平衡、缺相、断相等的保护功能，可实时检测并显示电流、电压、功率因数等参数。
图2.14 软启动器内部原理示意图
启动器逻辑输出部分的外接输入电源，在图2.15中直接由PL提供。
图2.15 电动机单向运行、软启动、软停车或自由停车控制电路
STOP、RUN分别为软停车和软启动控制信号，软启动器接线方式分为三线制控制、二线制控制和通信远程控制。三线制控制要求输入信号为脉冲输入型；二线制控制要求输入信号为电平输入型；通信远程控制时，应将图2.15中的PL端子与STOP端子短接，启/停要使用通信口远程控制。图2.15所示接线方式为三线制控制接线。
KA1和KA2为输出继电器。KA1为可编程输出继电器，可设置成故障继电器或隔离继电器。若KA1设置为故障继电器，则当软启动器控制电源上电时，KA1闭合；当软启动器发生故障时，KA1断开。若KA1设置为隔离继电器，则当软启动器接收到启动信号时，KA1闭合；当软启动器停车结束时或软启动器在自由停车模式下接收到停车信号时，或在运行过程中出现故障时，KA1断开。KA2为启动结束继电器，当软启动器完成启动过程后，KA2闭合；当软启动器接收到停车信号或出现故障时，KA2断开。
图2.15中的KA1设置为隔离继电器，此软启动器接有进线接触器KM1。当开关QS合上，按下启动按钮SB2，则KA1触头闭合，KM1线圈得电，使其主触头闭合，主电源加入软启动器。电动机按设定的启动方式启动，当启动完成后，内部继电器KA2常开触头闭合，KM2接触器线圈得电，主触头闭合，电动机转由旁路接触器KM2触头供电，同时将软启动器内部的功率晶闸管短接，电动机通过接触器由电网直接供电。但此时过载、过电流等保护仍起作用，KA1相当于保护继电器的触点。若发生过载、过电流，则切断接触器KM1电源，软启动器进线电源切除。因此电动机不需要额外增加过载保护电路。正常停车时，按停车按钮SB1，停止指令使KA2触头断开，旁路接触器KM2跳闸，使电动机软停车，软停车结束后，KA1触头断开。按钮SB3为紧急停车用，当按下SB3时，接触器KM1线圈失电，软启动器内部的KA1和KA2触头复位，KM2线圈失电，电动机自由停转。
由于带有旁路接触器，该电路有如下优点：在电动机运行时可以避免软启动器产生的谐波；软启动器仅在启动和停车时工作，可以避免长期运行使晶闸管发热，延长了使用寿命。