中、大功率三相交流异步电动机几种降压启动方式之比较

河南技师学院 李永际

在企业生产中，中、大功率三相交流异步电动机的定子绕组通常接成△接法，电动机运行中定子绕组中的电流大、电动机输出转矩大，电动机以较小的体积输出大的功率，所以电动机的这种接法对企业来说比较经济。但电动机以△接法启动时电流较大，大约是正常运行时电流（即电动机的额定电流）的4～7倍，这样大的电流流过输电线时会产生较大的电压降，当电压降到电源电压的85%时，就会影响这一个输电线路中其它电动机的工作，这样就需对电动机进行降压启动。电动机降压启动的方法很多，有串电阻降压启动、串自耦变压器降压启动、定子绕组Y-△降压启动、定子绕组延边三角形降压启动。其中Y-△降压启动是最经济、最方便的启动方法。

全压启动：启动时加在电动机定子绕组上的电压为电动机的额定电压，叫全压启动；降压启动：利用启动设备将电压适当降低后，加到电动机的定子绕组上进行启动，待电动机启动运转后，再使其电压恢复到额定电压正常运转；通常规定：电源容量在180kVA 以上，电动机容量在7kW 以下的三相异步电动机可采用全压启动，否则需进行降压启动。

1 时间继电器自动控制的三相电机定子绕组串接电阻降压启动电路

如图1所示。L1、L2、L3为三相电源；QF 为低压断路器作电源开关用；FU1为主电路熔断器，为电动机作短路保护用；FU2为控制电路熔断器，为控制电路作短路保护用；R 为电阻，起降压作用；KH 为热继电器，为电动机作过载保护用；SB1为电动机停止按钮；SB2为电动机启动按钮，KM1为降压启动交流接触器，KM2为全压运行交流接触器，KT 为通电延时型时间继电器；M 为三相交流异步电动机PE 为接地保护线，防止电动机漏电伤人用。

图1 时间继电器自动控制的定子绕组串接电阻降压启动电路

时间继电器自动控制的三相电机定子绕组串接电阻降压启动工作原理如下：

先将电源开关QF 合上，按下启动按钮SB2，KM1线圈得电，KM1（3～4）辅助常开触头闭合自锁，松开启动按钮SB1，KM1线圈通过闭合的KM1（3～4）辅助常开触头继续得电，KM1主触头闭合，电动机串联电阻R 降压启动，KM1（4～6）辅助常开触头闭合，时间继电器KT 线圈得电，电动机启动一段时间，延时时间到后，时间继电器KT的通电延时常开触头KT（4～7）闭合，接通KM2线圈，KM2（4～5）辅助常闭触头断开，KM1线圈失电，这时KM2（3～7）辅助常开触头已经闭合自锁，KM2主触头闭合，短接电阻R，KM1主触头断开，降压启动完成。

KM1（3～4）辅助常开触头断开，KM1（4～6）辅助常开触头断开，时间继电器KT 线圈失电，KT的通电延时常开触头KT（4～7）断开，电动机全压运行。启动时在电动机的定子绕组上串联电阻，由于电阻的分压作用，使加在电动机的定子绕组上的电压低于电源电压，减小了启动电流，从而减小了对其它电气设备的影响，待电动机启动起来后自动全压运行。

串电阻降压启动的缺点：减小了电动机的启动转矩，同时启动时电阻上的功率消耗也较大。如启动频繁则电阻的温度很高，对于精密的机床会产生一定影响，故这种降压启动的方法在生产实际中的应用正在逐步减少。

2 时间继电器自动控制自耦变压器降压启动电路

如图2所示。L1、L2、L3为三相电源；QS 为组合开关，作电源开关用；FU1为主电路熔断器，为电动机作短路保护用；FU2为控制电路熔断器，为控制电路作短路保护用；KH 为热继电器，为电动机作过载保护用，KM1、KM2为交流接触器，作为电动机启动时自耦变压器接入电路用，KM3为交流接触器，作为电动机接成全压运行时用，KT 为通电延时型时间继电器,作为电动机启动与全压运行的延时自动切换用，TM 为自耦变压器（补偿器），起降压作用；SB1为电动机启动按钮，SB2为电动机停止按钮，M 为三相异步电动机，PE 为接地保护线，防止电动机漏电伤人用。

图2 时间继电器自动控制的三相电机自耦变压器降压启动电路

时间继电器自动控制的三相电机自耦变压器降压启动工作原理：先将电源开关QS 合上，按下启动按钮SB2，时间继电器KT、交流接触器KM1、KM2线圈得电，KM1常开触头闭合自锁，松开启动按钮SB2，KT、KM1、KM2线圈仍然得电，KM1、KM2主触头闭合，电动机接入自耦变压器启动，利用自耦变压器的反电动势，来降低加在电动机定子绕组上的启动电压。待电动机启动一段时间后，时间继电器KT 延时时间到时，KT 延时常闭触头（5～6）断开，KM1、KM2线圈失电，KM1、KM2主触头断开，自耦变压器被断开电路，降压启动结束；KT 延时常开触头（3～7）闭合，KM3线圈得电闭合，KM3常闭触头（4～5）断开，KT 线圈失电，KT 延时常闭触头（5～6）恢复闭合；KM3常开触头（3～7）闭合自锁，KT 延时常开触头（3～7）恢复断开，KM3线圈仍然能够持续得电，KM3主触头闭合，电动机便在额定电压下正常运行。需要电动机停止运行时，按下停止按钮SB1即可。这种降压启动比较节能，但用的设备费用较高。

3 时间继电器自动控制的三相电机Y—△降压启动电路

中、大功率电动机启动时，把电动机的定子绕组接成Y 形，电动机定子绕组相电压低于电源电压启动，运行时再恢复成△形，使电动机全压运行，这种启动方法称为Y—△降压启动。电动机采用Y—△降压启动，可使启动时电源线上的电流减少为△形接法的1/3，有效避免了过的电流对供电电路的影响。在控制电路中，常利用时间继电器完成Y—△接法的自动切换。

时间继电器自动控制的三相电机Y—△降压启动的工作原理：三相交流异步电动机的定子绕组接成△接法运行时，每相绕组上的电压等于电源的线电压；当电动机的定子绕组接成Y 接法启动时，每相绕组上的电压等于电源线电压的1/，所以定子绕组接成Y 接法时每相绕组的电流，等于定子绕组接成△接法时每相绕组电流的1/倍。

根据Y 接法时三相电源每相的线电流，等于电动机定子绕组的相电流，即IY线=IY相，△接法时三相电源每相的线电流，等于每相定子绕组的相电流的倍，即IΔ线=IΔ相，而定子绕组接成△接法时每相绕组的相电流，等于定子绕组接成Y 接法时每相绕组的相电流的倍即IΔ相=IY相，所以即IY线=1/3IΔ线。所以定子绕组接成Y 接法时三相电源每相电源的线电流，等于电动机的定子绕组接成△接法时三相电源每相电源的线电流的1/3。这样电动机定子绕组接成Y 接法启动时，电动机每相绕组上的电压降低了，三相电源每相电源的线电流就减小了，减小了对这一个输电线路中其它电动机工作的影响。

图3 电动机三相绕组的Y 形接法与△形接法

3.1 时间继电器自动控制的三相电机Y-△形降压启动控制电路

时间继电器自动控制的三相电机Y-△形降压启动控制电路原理如图4，图中L1、L2、L3为三相电源，QF 为低压断路器，作电源开关用；FU1为主电路熔断器，为电动机作短路保护用；FU2为控制电路熔断器，为控制电路作短路保护用；KH 为热继电器，作电动机的过载保护用；KM 为交流接触器，作电动机接通三相电源用；KMY为交流接触器，作电动机绕组接成Y 降压启动用；KMΔ为交流接触器，作电动机绕组接成△全压运行用；KT 为时间继电器，作电动机由Y 降压启动自动转换成△全压运行用；SB1为电动机启动按钮；SB2为电动机停止按钮；M 为三相异步电动机；PE 为接地保护线，防止电动机漏电伤人员。

图4 时间继电器自动控制的三相电机Y-△降压启动电路

时间继电器自动控制的三相电机Y-△降压启动的工作原理如下：

合上电源开关QF，按下启动按钮SB1，时间继电器KT 的线圈和交流接触器KMY的线圈得电，KMY的主触头闭合，紧接着由于交流接触器KMY的辅助常开触头（5～7）闭合而使交流接触器KM的线圈得电，KM 的主触头闭合，交流接触器KM的辅助常开触头（3～7）闭合自锁，这时交流接触器KMΔ的线圈由于交流接触器KMY的辅助常闭触头（7～8）的联锁断开而不能得电。电动机定子绕组接成Y 形降压启动，时间继电器延时时间到时，时间继电器KT 的延时常闭触头（5～6）断开交流接触器KMY的线圈，使交流接触器KMY 线圈断电，KMY的主触头断开，KMY的辅助常开触头（5～7）断开使时间继电器KT 线圈断电，交流接触器KMΔ的线圈由于交流接触器KMY的常闭触头（7～8）复位闭合而得电，交流接触器KMΔ的主触头闭合，电动机定子绕组接成△形而全压运行。停止时，按下停止按钮SB2，交流接触器KM 的线圈和交流接触器KMΔ的线圈均失电，它们的主触头均断开，电动机失电停转。

这个Y～△形降压启动控制电路，能够实现降压启动，比较节能，时间继电器控制电动机由Y 形降压启动自动转化成△接法全压运行。美中不足的是，电动机全压运行时，热继电器KH 的热元件流过的电流，是电动机每相绕组相电流的√3倍。这样就加大了热继电器的规格，增加了就企业的成本。为此，可以采用下面电路。

3.2 改进后的时间继电器自动控制的三相电机Y-△形降压启动电路

如图5所示，这个电路克服了第一个电路的缺点，电动机全压运行时，热继电器KH 的热元件流过的电流，等于电动机每相绕组的相电流，这样就不需要加大热继电器的规格，降低了企业的成本。

图5 改进后的时间继电器自动控制的三相电机Y-△形降压启动电路

改进后的时间继电器自动控制的三相电机Y-△降压启动的工作原理，与图4的工作原理相同，这里不再赘述。

4 时间继电器自动控制的三相电机延边△降压启动电路

图6 三相电动机启动时延边三角形接法（左）和正常运转时三相绕组三角形接法（右）

如图7所示，L1、L2、L3为三相电源，QF 为低压断路器，作电源开关用；FU1为主电路熔断器，作电动机短路保护用；FU2为控制电路熔断器，作控制电路短路保护用；KH 为热继电器，作电动机的过载保护用；KM 为交流接触器，作电动机接通三相电源用；KM1为交流接触器，作电动机绕组接成延边三角形降压启动用；KM2为交流接触器，作电动机绕组接成△全压运行用；KT 为时间继电器，作电动机由延边三角形降压启动自动转换成△全压运行的延时用；SB1为电动机启动按钮；SB2为电动机停止按钮；M 为三相异步电动机。PE 为接地保护线，防止电动机漏电伤人用。

图7 时间继电器自动控制的三相电机延边三角形降压启动电路

时间继电器自动控制的三相电机延边△降压启动工作原理如下：

启动时合上电源开关QF，按下启动按钮SB1，时间继电器KT 的线圈、交流接触器KM1的线圈得电，KM1的主触头闭合，紧接着由于交流接触器KM1的辅助常开触头（5～7）闭合而使交流接触器KM 的线圈得电，KM 的主触头闭合，交流接触器KM 的辅助常开触头（3～7）闭合自锁，这时交流接触器KM2的线圈由于交流接触器KM1的辅助常闭触头（7～8）的联锁断开而不能得电。

电动机定子绕组接成延边三角形降压启动，松开SB1启动按钮，因自锁触头KM（3～7）闭合，使得KM 线圈、KT 线圈、KM1线圈继续得电。电动机启动一段时间，等时间继电器延时时间到时，时间继电器KT 的延时常闭触头（5～6）断开交流接触器KM1的线圈，使交流接触器KM1线圈断电，KM1的主触头断开，KM1的辅助常开触头（5～7）断开，使时间继电器KT 线圈断电，交流接触器KM2的线圈由于交流接触器KM1的常闭触头（7¬～8）复位闭合而得电，交流接触器KM2的主触头闭合，电动机定子绕组接成△形而全压运行。停止时，按下停止按钮SB2，交流接触器KM 的线圈和交流接触器KM2的线圈均失电，KM、KM2的主触头均断开，电动机失电停转。

三相电机延边△降压启动时，把电动机定子三相绕组的一部分联接成三角形，另一部分联接成星形，每相绕组上所承受的电压，比三角形联接时的相电压要低，比星形联接时的相电压要高。电动机的启动转矩比三角形联接时要低，比星形联接时要大。

通过对三相交流异步电动机几种降压启动方式的分析和探讨，可以得出如下结论：定子绕组串接电阻降压启动方式，电阻消耗电能，浪费能源；自耦变压器降压启动方式，需要自耦变压器设备，增加了生产成本；延边△降压启动方式，电动机构造复杂；Y—△降压启动方式，普通的三相异步电动机通过改变接线方式就能实现，不需要额外设备，是最经济适用的启动方式，所以得到了广泛采用。