2.2 电动机直接启动控制

三相笼型异步电动机具有结构简单、坚固耐用、价格便宜、维修方便等优点，获得了广泛的应用。对它的启动控制有直接启动与降压启动两种方式。

笼型异步电动机的直接启动是一种简单、可靠、经济的启动方法。由于直接启动电流可达电动机额定电流的 4～7 倍，过大的启动电流会造成电网电压显著下降，直接影响在同一电网工作的其他电动机，甚至使它们停转或无法启动，故直接启动电动机的容量受到一定限制。可根据启动电动机容量、供电变压器容量和机械设备是否许来分析，也可用下面经验公式来确定：

式中 I _ST ——电动机全压启动电流，A；

I _N ——电动机额定电流，A；

S ——电源变压器容量，kV·A；

P ——电动机容量，kW。

通常规定：电动机容量在 10 kW以下的三相异步电动机可采用直接启动。

下面以三相笼型异步电动机的直接启动控制为例，介绍组成电器控制线路的基本环节，这些规律同样适用于绕线型异步电动机和直流电动机的控制线路。

2.2.1 自锁控制

如图2.5 所示为三相笼型异步电动机的直接启动、自由停车的控制线路，它是一个最简单的常用控制线路。其中，主电路由刀开关QS起隔离作用、熔断器FU对主电路进行短路保护、接触器KM的主触头控制电动机启动、运行和停止，热继电器FR用作过载保护。

控制电路中，FU1 作短路保护、SB2 为启动按钮，SB1 为停止按钮。

（1）线路工作原理

合上QS即引入三相电源。当按下SB2 时，交流接触器KM线圈通电，其主触点闭合，使电动机M直接启动运行。同时与SB2 并联的常开辅助触点KM闭合。这样，当手松开使SB2复位时，KM线圈仍可通过KM的辅助触点继续通电，使电动机连续运行。这种依靠接触器自身辅助动合触点使其线圈保持通电的现象称为自锁（或称自保），起自锁作用的辅助动合触点称为自锁触点（或称自保触点），这样的控制线路称为具有自锁（或自保）的连续控制线路。

要使电动机停止运转，只要按下停止按钮SB1，即可将控制电路断开。这时接触器KM断电释放，KM的主触点将三相电源切断，M立即停转。同时KM的辅助触点断开，切断线圈KM的电源。当手动松开停止按钮SB1 后，主回路和控制回路均已断电。

（2）电路保护环节

①熔断器FU1 作为电路的短路保护。

②热继电器FR具有过载保护作用。由于热继电器热惯性比较大，即使热元件流过几倍额定电流，热继电器也不会立即动作。只有在电动机长时间过载时FR才动作，断开控制电路并使电动机停转，从而实现电动机过载保护。

③欠电压保护与失压保护是依靠接触器本身的电磁机构来实现的。当电源电压由于某种原因而严重欠电压或失压时，接触器的衔铁自行释放，电动机停转，而当电源电压恢复正常时，接触器线圈也不能自动通电。只有在操作人员再次接下启动按钮SB2 后电动机才会启动，这又叫零电压保护。采用欠压和失压保护，可防止电动机超低压运行而损坏；还可以防止电源电压恢复时，电动机突然启动运转，避免损坏设备和伤人事故。

2.2.2 点动及单向连续控制线路

生产实际中，有的生产机械需要点动控制。所谓“点动”，就是按下按钮，KM通电，电动机旋转；松开按钮，KM断电，电动机停转。所以连续运行与点动的区别是启动按钮有无自锁回路。图2.5 列出了点动和连续控制的几种控制线路。主电路与图2.5 中的主电路相同。

图2.6（a）是最简单的点动控制线路。当按下SB时，交流接触器KM线圈通电，其主触点闭合，使电动机M启动运行。当手松开使SB复位时，控制电路断开。这时接触器KM断电释放，KM的主触点将三相电源切断，M立即停转。

图2.6（b）是带手动开关SA的点动控制线路。当需要点动时，将开关SA打开，取消SB2的自锁回路，即可实现点动控制。当需要连续工作时，合上SA开关，将自锁触点接入，即可实现连续控制。

图2.6（c）中增加了一个复合按钮SB3，这样点动控制时，按下SB3，其常闭触点先断开自锁电路，常开触头后闭合，接通启动控制线路，KM线圈通电，主触点闭合，电动机启动旋转。当松开SB3 时，KM线圈断电，主触点断开，电动机停止转动。若需要电动机长期工作，则按下SB2 即可，停机时需按停止按钮SB1。

图2.6（d）是利用中间继电器实现点动的控制线路。利用启动按钮SB2 控制中间继电器KA，KA的常开触点并联在SB3 两端，控制接触器KM，实现电动机连续运转。当需要点动时，按下SB3 按钮，KM通电。松开SB3，KM断电。

2.2.3 互锁控制

在实际应用中，往往要求生产机械改变运动方向，如工作台前进和后退、电梯的上升和下降等，这就要求电动机能实现正、反转控制。对于三相异步电动机来说，可通过正反向接触器改变电动机定子绕组的电源相序来实现。电动机正、反转控制线路如图2.7 所示。图中KM1、KM2 分别为正、反向接触器，它们的主触点接线的相序不同，KM1 按U-V-W相序接线，KM2 按V-U-W相序接线，即U、V两相对调，所以两个接触器分别工作时，电动机的旋转方向不一样，实现电动机的可逆运转。

如图2.7 所示控制线路虽然可以完成正反转的控制任务，但这个线路是有缺点的，在按下正转启动按钮SB1 时，KM1 线圈通电并且自锁，接通正序电源，电动机正转。若发生错误操作，在接下SB1 的同时又按下反转启动按钮SB2，KM2 线圈通电并自锁，此时在主电路中将发生U、V两相电源短路事故。

为了避免上述事故的发生，就要求保证两个接触器不能同时工作。这种在同一时间里两个接触器只允许一个工作的控制作用称为互锁或联锁。图2.8 为带接触器联锁保护的正、反转控制线路。在正、反两个接触器中互串一个对方的动断触点，这对动断触点称为互锁触点或联锁触点。这样，当按下正转启动按钮SB1 时，正转接触器KM1 线圈通电，主触点闭合，电动机正转，与此同时，由于KM1 的动断辅助触点断开而切断了反转接触器KM2 的线圈电路。因此，即使是按反转启动按钮SB2，也不会使反转接触器的线圈通电工作。同理，在反转接触器KM2 动作后，也保证了正转接触器KM1 的线圈电路不能再工作。

由以上的分析可以得出如下的规律：

①当要求甲接触器工作时，乙接触器就不能工作，此时应在乙接触器的线圈电路中串入甲接触器的动断触点；

②当要求甲接触器工作时乙接触器不能工作，而乙接触器工作时甲接触器不能工作，此时要在两个接触器线圈电路中互串对方的动断触点。

但是，如图2.8 所示的接触器联锁正反转控制线路也有个缺点，即在正转过程中要求反转时必须先按下停止按钮SB1，让KM1 线圈断电，联锁触点KM1 闭合，这样才能按反转启动按钮使电动机反转，这给操作带来了不方便。为了解决这个问题，在生产上常采用复式按钮和触点联锁的控制线路，如图2.9 所示。

在图2.9 中，保留了由接触器动断触点组成的互锁电气联锁，并添加了由按钮SB1 和SB2的动断触点组成的机械联锁。这样，当电动机由正转变为反转时，只需按下反转按钮SB2，便会接通SB2 的动断触点，断开KM1 电路，KM1 起互锁作用的触点闭合，接通KM2 线圈控制电路，实现电动机反转。

这里需注意，复式按钮不能代替联锁触点的作用。例如，当主电路中正转接触器KM1 触点发生熔焊（即静触点和动触点烧蚀在一起）现象时，由于相同的机械连接，KM1 的触点在线圈断电时不复位，KM1 的动断触点处于断开状态，可防止反转接触器KM2 通电使主触点闭合造成电源短路故障。这种保护作用仅采用复式按钮是做不到的。

这种线路既能实现电动机直接正反转的要求，又保证了电路可靠地工作，通常在电力拖动控制系统中广泛使用。

2.2.4 顺序控制与多地控制

（1）多台电动机的顺序控制

在生产实践中，常要求各种运动部件之间或生产机械之间能够按顺序工作。例如：车床主轴转动时，要求油泵先给润滑油；主轴停止后，油泵方可停止润滑，即要求油泵电动机先启动，主轴电动机后启动，主轴电动机停止后，才允许油泵电动机停止。实现该过程的控制线路如图2.10 所示。

在图2.10 中，M1 为油泵电动机，M2 为主轴电动机，分别由KM1、KM2 控制。SB1、SB3 为M1 的停止、启动按钮，SB2、SB4 为M2 的停止、启动按钮。由图可见，将接触器KM1 的动合辅助触点串入接触器KM2 的线圈电路中。只有当接触器KM1 线圈通电，动合触点闭合后，才允许KM2 线圈通电，即电动机M1 先启动后才允许电动机M2 启动。将主轴电动机接触器KM2 的动合触点并联在油泵电动机的停止按钮SB1 两端，即当主轴电动机M2 启动后，SB1 被KM2 的动合触点短路，不起作用，直到主轴电动机接触器KM2 断电，油泵停止按钮SB1 才能起到断开KM1线圈电路的作用，油泵电动机才能停止。这样就实现了按顺序启动、按顺序停止的联锁控制。

总结上述关系，可以得到如下的控制规律：

①当要求甲接触器工作后方允许乙接触器工作，则在乙接触器线圈电路中串入甲接触器的动合触点；

②当要求乙接触器线圈断电后方允许甲接触器线圈断电，则将乙接触器的动合触点并联在甲接触器的停止按钮两端。

（2）多地点控制

在大型设备中，为了操作方便，常常要求能在多个地点进行控制。如图2.11 所示为一台笼型三相异步电动机单向旋转的两地点控制线路。

在图2.11 中，各启动按钮是并联的，即当任一处按下启动按钮，接触器线圈都能通电并自锁；各停止按钮是串联的，即当任一处按下停止按钮后，都能使接触器线圈断电，电动机停转。由此可得出普遍结论：

①欲使几个电器都能控制甲接触器通电，则几个电器的常开触点应并联到甲接触器的线圈电路中；

②欲使几个电器都能控制甲接触器断电，则几个电器的常闭触点应串联到甲接触器的线圈电路中。

2.2.5 行程控制

在机床电气设备中，有时要求机床能够自动往返运动，即要求控制线路实现电动机正反转的自动切换。自动往返行程控制线路如图2.12 所示。电动机的正、反转是实现工作台自动往返循环的基本环节。控制线路按照行程控制原则，采用限位开关对生产机械运动的行程位置进行控制。

图2.12（b）中，KM2 控制电动机向右前进，KM1 控制电动机向左前进。控制线路的工作过程如下：合上开关QS，按下启动按钮SB2，接触器KM2 线圈通电，电动机M正转，工作台向右前进；前进到终点位置，挡铁 2 压动限位开关SQ2，SQ2 常闭触点断开，KM2 线圈失电，KM2常闭触点复位，同时，SQ2 常开触点闭合，使KM1 线圈通电，电动机M反转，工作台向左后退；后退到终点位置，挡铁 2 压动限位开关SQ1，SQ1 常闭触点先断开，KM1 线圈失电，KM1 常闭触点复位，同时SQ1 常开触点闭合，KM2 通电，电动机又正转，工作台又向右，如此往返循环工作，直至按下停止按钮SB1，KM1（或KM2）断电，电动机都停转。

另外，SQ4、SQ3 分别为正、反向极限保护开关，防止限位开关SQ1 和SQ2 失灵时造成工作台从床身上冲出。 6K7Syf3ke7uvH5iLxignEisdlEUukIb5cZYbo4jfJOpHbfPqlwqKIm+gO/wlxE6A