第二章 继电-接触控制电路基本环节

第二章继电—接触器控制第一节电气图第二节三相笼型感应电动机全压起动控制电路第三节三相笼型感应电动机减压起动控制电路第四节三相绕线转子感应电动机起动控制电路第五节三相感应电动机电制动控制电路第六节三相感应电动机调速控制电路第七节触头的连锁思考题与习题第二章继电-接触器控制电路基本环节电力拖动自动控制设备在国民经济各行业的生产机械中得到广泛使用。它们是以各类电动机或其他执行电器为控制对象，采用电气控制的方法来实现对电动机或其他执行电器的启动、停止、正反转、调速、制动等运行方式的控制。并以次来实现生产过程自动化，满足生产加工工艺的要求。电气控制电路是用上一章讲的开关电器按照一定逻辑规律组合而成。不同生产机械的控制要求是不同的，其相应的控制电路也是千变万化各不相同的。但是，这些控制电路都是由一些具有基本功能的基本环节或基本单元，按一定的控制原则和逻辑规律组合而成。所以，深入的分析这些基本单元电路，掌握其逻辑关系是进一步学习和掌握电器控制电路的基础。电气控制的方法有继电接触控制法、可编程逻辑控制法和计算机（单片机、可编程控制器等）控制法等，其中继电接触控制法仍是最基本的、应用最广泛的方法，也是其它控制方法的基础。在工业、农业、交通运输各部门中，广泛使用各种生产机械，它们一般都采用电动机拖动，而电动机是通过各种控制方式来进行控制的，最常见的是继电接触器式控制。继电接触器式控制是由各种开关电器经导线连接来实现各种逻辑控制的一个方法。其优点是电路图直观形象、控制装置结构简单、价格便宜、抗干扰能力强，广泛应用于各类生产设备的控制中。其缺点是由于采用的是有触头的开关电器，触头易发生故障，维修量大等。尽管如此，目前继电接触器控制仍是各类机械设备最基本的电气控制形式。

第一节电气图电气控制系统是由许多电气控制元件按一定要求连接而成。为了清晰的表达生产机械电气控制系统的工作原理，便于电气元件的安装、调试、使用和维修，故将电气控制系统中各电气元器件用一定的图形符号和文字符号表示出来，再将其连接情况用一定的图形表达出来，这种图形就是电气控制系统图。常用的电气控制系统图有电器控制原理图、电器布置图与电气安装接线图等。一、电气图的图形符号、文字符号及接线端子标记（一）图形符号目前，我国已有一整套图形符号（graphicalsymbolo）国家标准GB4728.1~GB4728.13《电气图用图形符号》，在绘制电气图时必须遵循。在该标准中，除分专业规定了各类图形符号外，还规定了符号要素、限定符号和常用的其它符号。有些符号规定了几种形式，有的符号分优选形和其它形，在绘制时可根据需要选用。对符号的大小取向、引出线位置等可按照使用规则作某些变化，以达到图面清晰、减少图线交叉或突出某个电路的目的。对标准中没有规定的符号，可选取GB4728中给定的符号要素，限定符号和一般符号，按其中规定的原则进行组合。（二）文字符号文字符号（lettersymbolo）用于电气技术领域中技术文件的编制、也可表示在电气设备、装置和元器件上或近旁，以标明电气设备、装置和元器件的名称、功能、状态和特征。文字符号分为基本文字符号和辅助文字符号。1、基本文字符号基本文字符号包括单字母符号与双字母符号。单字母符号是按照拉丁字母将各种电气设备、装置和元器件划分为23类，每一大类用一个专用单字母符号表示。双字母符号是由一个表示种类的单字母符号与另一个字母组成，其组合型式应以单字母符号在前，另一字母在后的次序列出。只有当单字母符号不能满足要求，需要将大类进一步划分时，才采用双字母符号，以便较详细和更具体地表述电气设备、装置和元器件。如变压器类用单字母“T”表示，进一步划分有电流互感器、电力变压器、磁稳压器与电压互感器，它们分别用双字母符号TA、TC、TM、TS、TV来表示。2、辅助文字符号辅助文字符号是用来表示电气设备、装置和元器件以及电路的功能、状态和特征。如“SYN”表示同步，“L”表示限制，“RD”表示红色等。辅助文字符号也可放在表示种类的单字母符号后面组成双字母符号，如“SP”表示压力传感器，“YB”表示电磁制动器。若辅助文字符号由两个以上字母组成时，为简化文字符号起见，允许只采用第一位字母进行组合，如“MS”表示同步电动机等。辅助字母还可单独使用，如“ON”表示接通，“M”表示中间线，“PE”表示保护接地等。3、补充文字符号的原则当国家标准中已规定的基本文字符号和辅助文字符号不敷使用时，可按GB7159-87《电气技术中文字符号制定通则》这一标准中规定的文字符号的组成和补充文字符号的原则进行。这些原则是：（1）在不违背国家标准文字符号编制原则下，可采用国际标准中规定的电气技术文字符号。（2）在优先采用标准中规定的单字母符号、双字母符号和辅助文字符号前提下，可补充国家标准中未被列出的双字母符号和辅助文字符号。（3）文字符号应按有关电器名词术语国家标准或专业标准中规定的英文术语缩写而成。（4）基本文字符号不得超过两位字母，辅助文字符号一般不能超过三位字母。文字符号的字母采用拉丁字母大写正体字。且拉丁字母中的“I”，“O”不允许单独做为文字符号使用。电气图常用图形符号及文字符号见附录。（三）接线端子标记电气图中各电器接线端子（terminal）用字母数字符号标记。按国家标准GB4026-83《电器接线端子的识别和用字母符号标志接线端子的通则》规定：三相感应电动机的绕组首端分别用U1、V1、W1标记，绕组尾端分别用U2、V2、W2标记，电动机绕组中间抽头分别用U3、V3、W3标记。对于数台电动机，在字母前冠以数字来区别。如对M1电动机其三相绕组接线端标以1U、1V、1W，对M2电动机其三相绕组接线端则标以2U、2V、2W来区别。两三相供电系统的导线与三相负荷之间有中间单元时，其相互连接线用字母U、V、W后面加数字来表示，且从上至下由小至大的数字表示。控制电路各线号采用数字标志，其顺序一般为从左到右、从上到下，凡是被线圈、触点、电阻、电容等元件所间隔的接线端点，都应标以不同的线号。二、电气图常用的电气图有系统图、框图、电路图、位置图与接线图等。在保证图面布置紧凑、清晰和使用方便的前提下，图样幅面应按国家标准GB2988.2-86推荐的两种尺寸系列，及基本幅面尺寸或优选幅面尺寸系列和加长幅面尺寸系列选取，如下表所示。当图是绘制在几张图样上时，为了便于装订，应尽量使用同一幅面的图样。（一）系统图和框图系统图（systemdiagram）或框图（llockdiagram）是用符号或带注释的框概略的表示系统或分系统的基本组成、相互关系及其主要特征的一种电气图。国家标准GB6988.3-86《电气制图系统图和框图》具体规定了系统图和框图的绘制方法，并且阐述了它的用途。系统图或框图是从总体上来描述系统或分系统的，它是系统或分系统设计初期的产物，它是依据系统或分系统按功能依次分解的层次来绘制的。有了系统图或框图，就为编制更为详细的电气图，如电路图、逻辑图等提供了基础。

系统图或框图还是操作、培训和维修不可缺少的文件。因为只有通过阅读系统图或框图，对系统或分系统的总体情况有所了解后，才能正确地进行操作和维修。例如，一个系统或分系统发生故障时，维修人员借助于系统图或框图初步确定故障发生的部位，进而阅读电路图或框图初步确定故障发生的部位，进而阅读电路图和接线图来确定故障的具体位置。（二）电路图电路图（circuitdiagram）是用来详细表示实际的电路、设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的一种电气图。它通常是在系统图或框图基础上，采用图形符号并按功能布局绘制的，是电气技术中使用最广的电气图。电路图的主要用途是：详细理解设备或组成部分的作用原理；为测试和寻找故障提供信息；为绘制接线图提供依据。由于电路图描述的连接关系仅仅是功能关系，而不是实际的连接导线，因此，电路图不能替代接线图。国家标准GB6988.4-86《电气制图电路图》规定了电路图的绘制规则，由于电路图结构简单、层次分明，适用于研究和分析电路工作原理，在设计部门和生产现场获得广泛应用，其绘制原则是：（1）电路图在布局上采用功能布局法。即把电路划分为若干功能组，按照因果关系从左到右或从上到下布置，并尽可能按工作顺序排列。（2）电路图中各电气元器件，一律采用国家标准规定的图形符号绘出，用国家标准文字符号标记。对于继电器、接触器、制动器和离合器等按处在非激励状态绘制。机械控制的行程开关应按其未受机械压合的状态绘制。（3）电路图应按主电路、控制电路、照明电路及信号电路分开绘制。主电路中三相电路导线按相序从上到下或从左到右排列，中性线应排在相线的下方或右方。并用L1、L2、L3及N标记。电路可采用水平布置或垂直布置。当电路水平布置时，相似元件宜纵向对齐；当电路垂直布置时，相似元件宜横向对齐。图2-1为CW6132型车床电路图。（三）位置图位置图（Locationdiagram）是表示成套装置、设备或装置中各个项目位置的一种图。如电器位置图详细绘出了电气设备中各电器的相对位置，图中各电器文字代号应与有关电路图中电器元器件代号相同。图2-2为CW6132型车床电器位置图。图2-2CW6132型车床电器位置图（四）接线图为了进行装置、设备或成套装置的布线或布缆，必须提供其中各个项目（包括元件、器件、设备等）之间电气连接的详细信息，包括连接关系、线缆种类和敷设路线等。用电气图的方式表达的图称为接线图（connectiondiagram）、互连接线图（interconnectiondiagram）和端子接线图（terminalconnectiondiagram）等。它们都是在电路图基础上编制的，是按项目所在的实际位置来绘制的。国家标准GB6988.5-86《电气制图接线图和接线表》详细的规定了接线图的编制规则。其主要有：（1）在接线图中一般都应标出：项目的相对位置，项目代号；端子之间的电连接关系，端子号、导线号；导线类型、截面积等。（2）同一控制盘上的电器元器件可直接连接，而盘内元器件与外部元器件连接时必须经接线端子板进行。（3）接线图中电器元器件图形符号与文字符号均应以电路图为准，并保持一致。（4）互连接线图中的互连关系可用连续线、中断线或线束表示，连接导线应注明导线根数、导线截面积等。一般不表示导线实际走线途径，施工时由操作者根据实际情况选择最佳走线方式。图2-3为CW6132型车床电气互连接线图。图2-3CW6132型车床电气互连接线图第二节三相笼型感应电动机全压起动控制电路三相笼型感应电动机具有结构简单、价格便宜、坚固耐用、维修方便等优点，获得广泛应用。据统计，在一般工矿企业中，笼型感应电动机的数量占电力拖动设备总台数的85％左右。笼型感应电动机的起动方式有直接起动与降压起动两种。笼型感应电动机直接起动（direct-on-linestarting）是一种简便、经济的起动方法。但直接起动时的起动电流为电动机额定电流的4～7倍，过大的起动电流会造成电网电压明显下降，直接影响在同一电网工作的其它负载的正常工作，所以直接起动电动机的容量受到一定限制。可根据电动机起动频繁程度、供电变压器容量大小来决定允许直接起动电动机的容量对于起动频繁，允许直接起动电动机容量不大于变压器容量的20％；对于不经常起动者，直接起动电动机容量不大于变压器容量的30％。通常容量小于11KW的笼型电动机可采用直接起动。一、单相旋转控制电路三相笼型电动机单相旋转可用开关或接触器控制，相应为开关与接触器控制电路。（一）开关控制电路图2-4为电动机单相旋转开关控制电路，L1L2L3FU1M3～QUVWPEL1L2L3M3～QFUVWPEab图2-4电动机单向旋转开关控制电路a刀开关控制电路b断路器控制电路其中图a为刀开关控制电路；图b为断路器控制电路。它们适用于不频繁起动的小容量电动机，但不能实现远距离控制和自动控制。（二）接触器控制电路图2-5为电动机单相旋转接触器控制电路。图中Q为电源开关，FU1、FU2为主电路与控制电路熔断器，KM为接触器，FR为热继电器，SB1、SB2分别为停止按钮与起动按钮，M为图2-5电动机单向旋转接触器控制电路三相笼型感应电动机。电动机起动控制：合上电源开关Q，按下起动按钮SB2，其常开触点闭合，接触器KM线圈通电吸合，其主触点闭合，电动机接通三相电源起动。同时，与起动按钮SB2并联的接触器常开辅助触点闭合，使KM线圈经SB2触点与KM自身常开辅助触点通电，当松开SB2时，KM线圈仍通过自身常开辅助触点继续保持通电，从而使电动机获得连续运转。这种依靠接触器自身辅助触点保持线圈通电的电路，称为自保电路，而这对常开辅助触点称为自保触点。电动机需停转时，可按下停止按钮SB1，接触器KM线圈断电释放，KM常开主触点与辅助触点均断开，切断电动机主电路及控制电路，电动机停止旋转。电路保护环节：（1）短路保护由熔断器FU1、FU2分别实现主电路与控制电路的短路保护。（2）过载保护由热继电器FR实现电动机的长期过载保护。当电动机出现长期过载时，串接在电动机定子电路中的发热元件使双金属片受热弯曲。使串接在控制电路中的常闭触点断开，切断KM线圈电路，使电动机断开电源，实现保护的目的。（3）欠压和失压保护当电源电压严重下降或电压消失时，接触器电磁吸力急剧下降或消失，衔铁释放，各触点复原，断开电动机电源，电动机停止旋转。一旦电源电压恢复时，电动机也不会自行起动，从而避免事故发生。因此，具有自保电路的接触器控制具有欠压与失压保护作用。二、电动控制电路生产机械不仅需要连续运转，同时还需要作点动（cnchiny）控制。图2-6为电动机点动控制电路。其中图a为点动控制电路的基本型。按下SB按钮，KM线圈通电吸合，主触点闭合，电动机起到旋转。松开SB时，KM线圈断电释放，主触点断开，电动机停止旋转。图b为既可实现电动机连续运转又可实现点动控制的电路，并由手动开关SA选择。当SA闭合时，为连续控制，SA断开时，则为点动控制。图c为采用两个按钮，分别实现连续与点动的控制电路，其中SB2为连续运转起动按钮，SB3为点动起动控制按钮，利用SB3的常闭触点来断开自保电路，实现点动控制。SB1为连续运转的停止按钮。图2-6三、可逆旋转控制电路生产机械的运动部件往往要求实现正反两个方向的运动，这就要求拖动电动机能作正反向运转。从电机原理可知，改变电动机三相电源相序即可改变电动机旋转方向。由此出发，常用的电动机可逆旋转控制电路有以下几种。（一）倒顺转换开关可逆旋转控制电路图2-7为倒顺转换开关控制电动机正反转控制电路。其中图a为直接操作倒顺开关实现电动机正反转的电路，由于倒顺开关无灭弧装置，所以仅适用于电动机容量为5.5KW以下的控制。对于容量大于5.5KW的电动机，则用图b所示电路控制，在此倒顺开关仅用预选电动机的旋转方向，而由接触器KM来接通与断开电源，控制电动机的图2-7倒顺开关控制电动机正反转电路a倒顺开关直接控制b倒顺开关、接触器控制起动与停止。由于采用接触器控制，并且接入热继电器FR，所以电路具有长期过载保护和欠压与零压保护。（二）按钮控制的可逆旋转控制电路图2-8为按钮控制电动机正反转控制电路。其中图a由两组单向旋转控制电路组合而成。但图a若发生已按下正向起动按钮SB2后又按下反向起动按钮SB3的误操作时，将发生电源两相短路的图2-8故障，致使熔丝烧断，无法正常工作。为此，将KM1、KM2正反转接触器的常闭触点串接在对方线圈电路中，形成相互制约的控制。如图b所示。这种相互制约关系称为互锁控制。这种由接触器（或继电器）常闭触点构成的互锁称为电气互锁。但是这一电路在进行电动机由正转变反转或由反转变正转的操作控制中必须先按下停止按钮SB1，而后再进行反向或正向起动的控制。这就构成正-停-反的操作顺序。对于要求电动机直接由正转变反转或反转直接变正转时，可采用图c电路控制。它是在图b基础上增设了起动按钮的常闭触点作互锁，构成具有电气、按钮互锁的控制电路，该电路既可实现正-停-反操作，又可实现正-反-停的操作。（三）具有自动往返的可逆旋转电路生产机械的运动部件往往有行程限制，为此常用行程开关作控制元件来控制电动机的正反转。图2-9为电动机自动往返可逆旋转电路。图中SQ1为反向转正向行程开关，SQ2为正向转反向行程开关，SQ3、SQ4分别为正向、反向极限保护用限位开关。当按下正向（或反向）起动按钮SB2（或SB3）时，电动机正向（或反向）起动旋转，拖动运动部件前进（或后退），当运动部件上的撞块压下换向行程开关时，将使电动机改变转向，图2-9使运动部件反向。当反向撞块压下反向行程开关时，又使电动机再反向，如此循环往复，实现电动机的可逆旋转控制，拖动运动部件实现自动往返运动。当按下停止按钮SB1时，电动机便停止旋转。四、电磁起动器控制电磁起动器（electromagneticstarter）是将交流接触器、热继电器、按钮等元件组合而成。按防护型式可分为开启式（不带外壳）和保护式（带外壳）；按电动机的运行方式可分为可逆的和不可逆的；按有无过载保护可分为带热继电器和不带热继电器等。常用的电磁起动器有QC10、QC12、QC17和QC20系列，引进的MSB型电磁起动器由B系列交流接触器与T系列热继电器组成，其中QC12系列额定电压为系列额定电压为380V，控制电动机容量4～7.5KW。可根据电动机额定电压、控制电动机容量及可逆式或不可逆式的要求来选择电磁起动器。图2-10为可逆带热保护型电磁起动器接线图。第三节三相笼型感应电动机减压起动控制电路

三相笼型感应电动机采用全电压起动，控制电路简单，但当电动机容量较大，不允许采用全压直接起动时，应采用减压起动。有时为了减小或限制起动时机械设备的冲击，即便是允许采用直接起动的电动机，也往往采用减压起动。三相笼型感应电动机减压起动方法有：定子串电阻或电抗器减压起动、自耦变压器减压起动、Y-D减压起动、延边三角形减压起动等。尽管方法各异，目的都是为了限制电动机起动电流，减小供电线路因电动机起动引起的电压降。但当电动机转速上升到接近额定转速时，再将电动机定子绕组电压恢复到额定电压，电动机进入正常运行。下面讨论几种常用的减压起动控制电路。一、定子绕组串接电阻的减压起动控制三相笼型感应电动机定子绕组串电阻起动（statorresistancestarting），使绕组电压降低，从而减小起动电流。待电动机转速接近额定转速时，再将串接电阻短接，使电动机在额定电压下运行。这种起动方式由于不受电动机接线型式的限制，设备简单、经济，故获得广泛应用。对于作点动控制的电动机，也常用串电阻降压方式来限制电动机起动电流。图2-11为自动短接电阻减压起动电路。其中图a为自动短接电阻起动控制电路，图中KM1为起动接触器，KM2为运行接触器，KT为时间继电器。电路工作情况是：合上电源开关Q，按下起动按钮SB2，KM1、KT线圈同时通电并自保，此时电动机定子串接电阻R降压起动。当电动机转速接近额定转速时，时间继电器KT动作，其触点KT闭合，KM2线圈图2-11定子串电阻减压起动控制电路a自动短接电阻减压起动b自动与手动短接电阻减压起动通电并自保。触点KM2断开，使KM1、KT线圈断电释放，KM2主触点短接电阻，KM1主触点已断开，于是电动机经KM2主触点在全压下进入正常运转。图b为自动与手动短接电阻减压起动电路。图中SA为选择开关，当SA置于“A”位置时为自动控制（automaticcontral）,电路情况与图a完全相同。若SA置于“M”位置时为手动控制（manaalcontrol），则将KT切除，此时按下起动按钮SB2后，电动机经KM1主触点串入电阻R减压起动。当电动机转速接近额定转速时，再按下加速按钮SB3，使KM2线圈通电并自保，电阻R被短接，电动机在全压下运行。常用的电阻减压起动器有QJ7型，用于控制20KW电动机的减压起动。由于串接之电阻在起动过程中有能量损耗，往往将电阻改成电抗，其起动情况相同，这两种方法，电压降低后，起动转矩与电压的平方称比例地减小，因此适用于空载或轻载起动的场合。二、自耦变压器减压起动控制电动机经自耦变压器减压起动（acto-tronstomerstarting）时，定子绕组得到的电压是自耦变压器的二次侧电压U2，自耦变压器的电压变比为K=U1/U2>1。由电机原理可知：当利用自耦变压器减压起动时的电压为额定电压的1/K时，电网供给的起动电流减小到1/K2。所以，自耦变压器减压起动常用于空载或轻载起动。自耦变压器减压起动有手动与自动控制两种：（一）手动控制的自耦变压器减压起动器常用的QJ10系列手动自耦变压器减压起动器用于控制10～75KW八种容量的电动机。它是起动触点、运转触点、手动操作机构、自耦变压器、保护元件与箱体等组成。自耦变压器、保护元件和手动操作机构均装在箱体的上部。自耦变压器的高压边接电源，低压边接电动机，并且有几个分接头，一般为80％，65％UN。选择不同抽头，由于电压比不同，可获得不同的起动转矩，可根据需要选择。保护元件有过载保护与欠压保护。过载保护采用带断相保护的热继电器，欠压保护采用欠压脱扣器。手动操作机构包括操作手柄、主轴和机械联锁装置等。触头系统在箱体的下部，由两排静触点与一排动触点组成。上面一排为起动静触点，共有五个，其中三个在起动时与动触点闭合，另外两个在起动时将自耦变压器的三相绕组接成星形；下面一排静触点为运行触点，共有三个触点。中间一排是动触点，有共五个，其中三个经软金属带接于接线端子板上与三相电源相接，另两个触点自行连接。图2-12为QJ10系列自耦减压起动器电路图。图2-12当操作手柄置于“停止”位置时，装在主轴上的动触点与上、下两排静触点都不接触，电动机不通电，处于停止状态；当手柄置于“起动”位置时，动触点与上面一排静触点接触，电源经自耦变压器抽头供电给电动机，获得减压起动。当电动机转速接近额定转速时，将手柄迅速扳到“运行”位置，三相电源直接送入电动机定子，在额定电压下正常运转。若需停止，按下停止按钮SB，欠电压脱扣器（动作电压≥75％UN；释放电压≤35％UN）FV线圈断电释放，通过机械操作机构使操作手柄返回“停止”位置，为下次起动作准备，电动机停转。（二）自动控制的自耦减压起动器自动控制的自耦减压起动器由交流接触器、热继电器、时间继电器、按钮和自耦变压器等元件组成。图2-13为两个接触器控制的自耦减压图2-13T1起动控制电路。图中KM1为减压起动接触器，KM2为正常运转接触器，KA为起动中间继电器，KT为减压起动时间继电器，HL1为电源指示灯，HL2为减压起动指示灯，HL3为正常运转指示灯。电路工作情况：合上电源开关Q，HL1灯亮，表明电源电压正常。按下起动按钮SB2，KM1、KT线圈同时通电并自保，将自耦变压器T接入，电动机定子绕组经自耦变压器供电作减压起动，同时指示灯HL1灭，HL2亮，显示电动机正作减压起动。当电动机转速接近额定转速时，时间继电器KT动作，其触点KT（3-7）闭合，使KA线圈通电并自保，触点KA(4-5)断开，使KM1线圈断电释放；触点KA（10-11）断开，使HL2断电熄灭；而触点KA（3-8）闭合，使KM2线圈通电吸合，将自耦变压器切除，电动机在额定电压下正常运装，同时HL3指示灯亮，表明电动机进入正常运转。由于流过自耦变压器公共部分电流为一、二次电流之差，因此允许辅助触点KM2接入。图2-14为三个接触器控制自耦减压起动控制电路。与图2-13相比增加了一个接触器和一个选择开关SA，具有手动与自动两种控制方式。当SA置于“M”位时，按下起动按钮SB2后，进行减压起动，待电动机转速接近额定转速时，需再按下正常运行按钮SB3，方可由减压起动换接成全压运行。又由于该电路控制电动机容量较大，故采用电流互感器TA后使用小容量热继电器实现过载保护。

电路工作情况读者可自行分析。常用的有JJ1系列自耦减压起动器，可用于11～315KW三相笼型感应电动机的自耦减压起动，其中30KW及以下为自动式，30KW以上有手动与自动两种控制方式，控制电路如图2-13、图2-14。三、星-三角（Y-Δ）减压起动控制电路凡是正常运行时三相定子绕组接成三角形运转的三相笼型感应电动机，都可采用Y-Δ

减压起动（star-deltastarting）。起动时，定子绕组先成Y联结，接入三相交流电源。由于每相绕组的电压下降到正常工作电压的1/√3，故起动电流则下降到全压起动的1/3，对于Y系列电动机直接起动时起动电流为（5.5～7）IN。电动机起动旋转，当转速接近额定转速时，将电动机定子绕组改成Δ

联结，电动机接入正常运行。这种减压起动方法简便、经济，可用在操作较频繁的场合，但其起动转矩只有全压起动的1/3。Y系列电动机起动转矩为额定转矩的1.4～2.2倍，所以Y系列电动机Y-Δ起动不仅适用于轻载起动，也适用于较重负载下的起动。Y-Δ起动电路有多种，现仅介绍二个有代表性的电路。（一）用于13KW以下电动机的起动电路图2-15为用两个接触器和一个时间继电器实现Y-Δ起动的控制电路。图中KM1为线路接触器、KM2为Y-Δ变换接触器，KT为减压起动时间继电器。电路工作情况：合上电源开关Q，为起动作图2-15用于13KW以下电动机Y-Δ起动电路准备。按下起动按钮SB2，KM1、KT线圈同时通电吸合并自保，KM1主触点闭合接入三相交流电源，由于触点KM1（8-9）断开，使KM2线圈处于断电状态，电动机联结成Y形，减压起动并升速。当电动机转速接近额定转速时，时间继电器KT动作，触点KT（3-7）断开，KT（3-8）闭合。前者使KM1线圈断电释放，其主触点断开，切断电动机电源，而触点KM1（8-9）闭合。KT（3-8）闭合，使KM2线圈通电吸合并自保，其主触点KM1（3-4）断开，使KT线圈断电释放。由于触点KT（3-7）闭合，使KM1线圈重新通电吸合，于是电动机在Δ形联结下正常运转。由于电动机主电路中采用KM2常闭辅助触点来短接电动机三相绕组末端，因容量有限，故该控制电路仅适用于13KW以下电动机的起动控制。（二）用于13KW以上电动机的起动电路图2-16为用三个接触器和一个时间继电器控制电动机Y-Δ起动的控制电路，与上一电路相比，多用了一个接触器KM3，用来短接电动机末端以构成Y联结，故称Y联结接触器。电路工作情况：合上电源开关Q，按下起动按钮SB2，KM1、KT、KM3线圈同时通电并自保，图2-16用于13KW以上电动机Y-Δ起动电路电动机成Y联结，接入三相电源进行减压起动，当电动机转速接近额定转速时，通电延时型时间继电器KT动作，触点KT（6-7）断开，KT（8-9）闭合。前者使KM3线圈断开释放，后者使KM2线圈经触点KM3（3-8）通电吸合，电动机由Y联结改为Δ联结，进入正常运行。而触点KM2（3-6）使KT线圈断电释放，使KT在电动机Y-Δ起动完成后断电，并实现KM2与KM3的电气互锁。常用的自动Y-Δ起动器有QJ3系列，控制电动机的最大功率有13、30KW两种，其中QX3-13型Y-Δ起动器控制电路如图2-16所示。由于KM1及FR均在Δ内，因而它们的额定电流为接在Δ外时的1/√3。

四、延边三角形减压起动控制电路三相笼型感应电动机采用Y-Δ起动，可在不增加专用起动设备的情况下实现减压起动，但其起动转矩只为额定电压下起动转矩的1/3。而延边三角形减压起动是一种既不增加专用起动设备，又可提高起动转矩的减压起动方法。图2-17为延边三角形减压起动电路，其中的电动机定子绕组拥有9个端头。各相绕组的出线头编号分别为U(U1、U2、U3)、V（V1、V2、V3）、W（W1、W2、W3），其中U3、V3、W3为绕组中间的抽头。当电动机定子绕组作延边三角形联结时，每相图2-17延边三角形减压起动a延边三角形定子联结图b延边三角形减压起动电路绕组承受的电压比三角形联结时低，此时定子绕组相电压与线电压的关系取决于每相定子绕组两部分的匝数比。延边部分的匝数N1与三角形内匝数N2之比为1：1，且当线电压为380V时，此时相电压为264V，若N1：N2＝1：2时，则相电压则为290V。因此，改变延边部分与三角形联结部分的匝数比就可改变电动机相电压的大小，从而达到改变起动电流的目的。但在一般情况下，电动机的抽头比与确定，故不可能获得更多或任意的匝数比。电动机绕组各抽头匝数比时的起动特性见表2-2。N1/N2每相绕组电压（V）IST/IN12643~3.50.52903.6~4.222302.6~3.1表2-2不同抽头比时的延边三角形起动特性延边三角形减压起动电路如图2-17b所示。图中KM1为延边三角形联结接触器，KM2为线路接触器，KM3为三角形联结接触器，KT为起动时间继电器。电路工作情况：合上电源开关Q，按下起动按钮SB2，KM1、KM2、KT线圈同时通电并自保，电动机联结成延边三角形减压起动。当电动机转速接近额定转速时，时间继电器KT动作，其相应触点闭合或断开，使KM1线圈断电释放，KM3线圈通电吸合并自保，电动机成三角形联结正常运转。图中KM1与KM3之间设有电气互锁。由上分析可知，三相笼型感应电动机采用延边三角形减压起动，其起动转矩比采用Y-D减压起动时大，并且可在一定范围内选择。所以延边三角形减压起动具有Y-D减压起动时不增加专用设备的优点，又在一定程度上吸取了自耦变压器减压起动时转矩较大并可调节的优点。但要求电动机有9个出线头，接线麻烦等缺点。常用的延边三角形起动器有XJ1系列低压起动控制箱，可用作延边三角形减压起动，也可用作Y-D减压起动，适用于11～132KW电动机的起动控制。第四节三相绕线转子感应电动机起动控制电路三相绕线转子感应电动机转子绕组可通过滑环串接起动电阻（rolorresislancestaring）达到减小起动电流、提高转子电路的功率因数和提高起动转矩的目的。在一般要求起动转矩较高的场合，绕线转子感应电动机得到了广泛的应用。按照绕线转子感应电动机转子绕组在起动过程中串接装置不同分串电阻起动与串频敏变阻器起动两种控制电路。一、转子绕组串电阻起动控制电路串接在三相转子绕组中的起动电阻，一般都联结成星形。在起动前，起动电阻全部接入，随着起动过程的进行，起动电阻依次被短接，起动结束时，转子电阻全部被短接。短接电阻的方法有三相电阻不平衡短接法和三相电阻平衡短接图2-18法两种。所谓不平衡短接法是每一相的各级起动电阻是轮流被短接的。而平衡短接法是三相中的各级起动电阻同时被短接。本节仅介绍用接触器控制的平衡电阻短接法起动控制电路。图2-18为转子串入三级电阻按时间原则控制的起动电路。图中KM1为线路接触器，KM2、KM3、KM4为短接各级起动电阻接触器，KT1、KT2、KT3为起动时间继电器。电路工作情况可自行分析，值得注意的是，电路中只有KM1、KM4线圈长期通电，而KT1、KT2、KT3与KM2、KM3线圈的通电时间，均压缩到最低限度。这一方面是没有必要都通电。另一方面节省电能，延长电器寿命，更为重要的是减小电路故障，保证电路安全可靠地工作。但电路也存在一些问题：一旦时间继电器损坏，电路将无法实现电动机的正常起动和运行。另一方面，在电动机的起动过程中，由于逐段减小电阻，将使电流及转矩突然增大，产生较大的机械冲击。图2-19为按电流原则短接起动电阻的起动电路。它是利用电动机在起动过程中转子电流的变化来控制起动电阻的切除。图中KA1、KA2、KA3为电流继电器，其线圈串接在电动机转子电路中，并调节其吸合电流相同，而释放电流不同，其中KA1释放电流最大，KA2次之，KA3为最小。刚起动时电流大，三个电流继电器同时吸合动作，其常图2-19电流原则短接起动电阻控制电路闭触点全断开，使接触器KM1～KM3线圈全处于断电状态，转子起动电阻全部接入。当电动机转速升高，转子电流减小后，KA1首先释放，其常闭触点闭合，使KM1线圈通电吸合，短接一段起动电阻R1，转子电流重新增加，起动转矩增大，转速再上升，这又使转子电流下降，到达KA2释放值时，KA2释放，常闭触点闭合，使KM2线圈通电吸合，短接第二段起动电阻R2。如此继续，直至起动电阻全部短接，电动机起动过程结束。在转子电路中，串接起动电阻为实现减小起动电流、提高转子电路功率因数和增加起动转矩的目的，在计算起动电阻时，应首先决定起动电阻级数，然后按电力拖动基础有关内容计算各级起动电阻，选择电阻的功率。二、转子绕组串接频敏变阻器起动控制电路三相绕线转子感应电动机转子串接电阻起动时存在一定的冲击，同时铸铁电阻片或镍铬电阻丝比较粗笨，控制箱体体积大。从60年代开始，我国开始应用和推广自己独创的频敏变阻器（freguencysensituerheostat）。频敏变阻器的阻抗随转子电流频率的减小而自动减小，是绕线转子感应电动机较为理想的起动装置，常用于2.2～3300KW的380V低压绕线转子感应电动机的起动控制。频敏变阻器是一种由铸铁或钢板叠成铁心，外面再套上绕组的三相电抗器。将其接于绕线转子电动机转子回路中，由其绕组电抗和铁心损耗（主要是涡流损耗）决定的等效阻抗随着转子电流频率而变化。在电动机起动过程中，随着转子频率减小，其等效阻抗也减小，即随着电动机转速的增高，自动平滑地减小阻抗值，从而可以限制起动电流，并得到大致恒定的起动转矩。频敏变阻器结构简单，占地面积小，运行可靠，无需经常维修，但其功率因数低，起动转矩小，对于要求有低速运转和起动转矩大的机械不宜采用。当电动机反接时，频敏变阻器的等效阻抗最大。当反接制动到反向起动过程中，其等效阻抗随转子电流频率的减小而减小，使电动机在反接过程中转矩亦接近恒定。因此频敏变阻器尤为适用于反接制动和需要频繁正反转工作的机械。常用频敏变阻器轻载起动用BP1、BP2、BP3系列，重载起动用BP4、BP6系列。变阻器出厂时上下铁心间气隙为零，使用中可在上下铁心间增设非磁性垫片来调整气隙。气隙大，电感小，起动电流可以提高。变阻器绕组有三个抽头，分别为100％、85％、71％匝数。出厂时接在85％匝数上。当起动电流过大，起动太快，可增加匝数，使用100％匝数，匝数增加的效果是阻抗增加，起动电流减小。当起动电流过小，起动转矩不够，起动太慢时，则换接到71％匝数抽头处。将断路器、接触器、频敏变阻器、电流互感器、时间继电器、电流继电器与中间继电器等组合而成TG1系列绕线转子感应电动机用频敏变阻器起动控制柜，它广泛应用于冶金、矿山、轧钢、造纸、食品、纺织与发电等厂矿企业，作为交流50HZ，额定电压为380V的低压绕线转子感应电动机的控制及转子电压为1200V的高压绕线转子感应电动机的起动控制。图2-20为TG1-K21型频敏变阻器起动控制柜电路图。可用来控制低压、45～280KW绕线转子感应电动机的起动。图中KM1为电源接触器，KM2为短接频敏变阻器接触器，KT1为起动时间继电器，KT2为防止KA3起动时误动作的时间继电器，KA1为起动中间继电器，KA2为短接KA3的中间继电器，KA3为过电流继电器，RD红灯为电源指示灯，GN绿灯为起动结束指示灯，QF为断路器。电路工作情况：合上断路器QF，RD灯亮电路电压正常，按下起动按钮SB2，KT1、KM1线圈同时通电并自保，电动机电阻接通电源，转子接入频敏变阻器起动。随着电动机转速上升，转子电流频率减小，频敏变阻器阻抗逐渐下降。当转速接近额定转速时，时间继电器KT动作，其触点闭合，使KA1线圈通电吸合，KA1的一触点使KM2线圈通电吸合并自保，同时指示灯GN亮，KM2主触点将频敏变阻器短接，电动机起动过程结束；KA1的另一触点闭合，使KT2线圈通电吸合，经延时KT2动作，使KA2线圈通电吸合并自保，其触点断开，将过流继电器KOC串入定子电路，对电动机进行过流保护。表2-3为TG1系列控制柜主要技术参数。调节时间继电器KT1，使其延时时间略大于电动机实际起动时间，一般延时时间大于电动机起动时间2～3s为最佳。过流保护继电器KOC为过流速断保护，出厂时整定电流整定为定子接触器额定电流，在使用时应根据电动机实际负载进行精心调整，以便使保护换接的效能得到充分发挥。第五节三相感应电动机制动控制电路三相感应电动机的定子绕组脱离电源，由于惯性作用，转子需经一定时间才停止旋转，这往往不能满足某些生产机械的工艺要求，也影响生产率的提高，并造成运动部件停位不准确，工作不安全。为此，应对拖动电动机采取有效的制动措施。一般采用的制动方法有机械制动与电制动（electricbraking）。所谓机械制动，是利用外加的机械作用力使电动机转子迅速停止的一种方法。电制动是使电动机工作在制动状态，即使电动机电磁转矩方向与电动机旋转方向相反，起制动作用。电制动有反接制动、直流制动、电容制动与超同步制动。前三种制动能够使电动机转速迅速下降至零，而超同步制动是电动机运行在再生发电状态，即其转子在外加转矩作用下超过同步转速，使电动机电磁转矩方向与转子旋转方向相反，从而限制电动机转速不致过高，即不致搞出电动机同步转速过多。也就是说，超同步制动仅起稳定运行的作用。此内容将在桥式起重机电气控制中讨论。一、反接制动控制电路三相感应电动机反接制动（plugbraking）有两种情况：一种是在负载转矩作用下使正转接线的电动机出现反转的到拉反接制动，它往往出现在重力负载的场合，这一制动不能实现电动机转速为零，将在桥式起重机电气控制中讲述。另一种是电源反接制动，即改变电动机电源相序，使电动机定子绕组产生的旋转磁场与转子旋转方向相反，产生制动，使电动机转速迅速下降。当电动机转速接近零时应迅速切断三相电源，否则电动机将反向起动。另外，反接制动时，转子与定子旋转磁场的相对速度接近于2倍的同步转速，以致反接制动电流相当于电动机全压起动时起动电流的2倍。为防止绕组过热和减小制动冲击，一般应在电动机定子电路中串入反接制动电阻。反接制动电阻的接法有对称接法与不对称接法两种。由于在反接制动过程中，由电网供给的电磁功率和拖动系统的机械功率，全部转变为电动机的热损耗，对于笼型感应电动机转子内部无法串接外加电阻，这就限制了笼型感应电动机每小时反接制动的次数。（一）电动机单向运转反接制动控制电路由上分析可知反接制动的关键在于改变电动机的电源相序，并在转速下降接近于零时，迅速将三相电源切除，以免引起反向起动。为此采用速度继电器来检测电动机的转速变化，并将速度继电器调整在n>130r/min时速度继电器触点动作，而当n<100r/min时，触点复原。图2-21为电动机单向旋转反接制动控制电路。图中KM1为电动机单向旋转接触器，KM2为反接制动接触器，KV为速度继电器，R为反接制动电阻。电动机单向旋转时，KM1通电吸合并自保，KV相应触点闭合，为反接制动作准备。当按下停止按钮SB1时，KM1线圈断电释放，电动机三相电源被切除，电动机以惯性旋转。当将SB1按到底时，其常闭触点闭合，使KM2线圈通电并自保,电动机M3~KV图2-21电动机单向旋转反接制动控制电路定子串入不对称电阻接入反相序三相电源进行反接制动，使电动机转速迅速下降，当电动机转速低于100r/min时，速度继电器释放，其常开触点复位，使KM2线圈断电释放，电动机断开三相电源，以后自然停车至零。（二）电动机可逆运行反接制动电路图2.22为电动机可逆运行反接制动电路。图中KM1、KM2为电动机正、反转接触器，KM3为短接反图2-22KV接制动电阻接触器，KA1～KA3为中间继电器，KV为速度继电器，其中KV-1为正转触点，KV-2为反转触点，R为反接制动电阻。当电动机需正向运转时，合上电源开关Q，按下正转起动按钮SB2，KM1线圈通电并自保，电动机定子串入电阻，接入正相序电源减压起动，当电动机转速n>130r/min时，速度继电器动作，其正转触点KV-1闭合，使KM3线圈通电，短接电阻，电动机在全压下起动并进入正常运行。当需停车时，按下停止按钮SB1，KM1、KM2线圈相继释放，电动机脱离正相序电源并接入电阻。当SB1按到底时，KA3线圈通电，其触点KA3（13-14）再次切断KM3电路，确保KM3线圈处于断电状态，保证反接制动电阻的接入；而另一触点KA3（6-7）闭合，由于此时电动机因惯性转速仍大于速度继电器释放值，使触点KV-1仍处于闭合状态，从而使KA1线圈仍保持通电状态，KA1的另一触点KA1（1-17）闭合，确保停止按钮SB1松开后KA3线圈仍保持通电状态，KA1的另一触点KA1(1-10)闭合，又使KM2线圈通电。于是，电动机定子串入反接制动电阻接入反相序电源进行反接制动，使电动机转速迅速下降，当电动机转速低于100r/min时，速度继电器释放，触点KV-1断开，KA1、KM2、KA3线圈相继断电，反接制动结束，电动机自然停车至零。电动机反向起动和停车反接制动过程与上述情况相似，读者可自行分析。

由上分析可知，电阻R具有限制起动电流和反接制动电流的双重作用；停车制动时必须将停止按钮SB1按到底，否则将无反接制动效果，热继电器FR发热元件接于图中位置，可避免起动电流和制动电流的影响。电动机反接制动效果与速度继电器触点反力弹簧调整的松紧程度有关。当反力弹簧调得过紧时，电动机转速较高时，其触点在反力弹簧作用下使其断开，过早切断反接制动电路，使反接制动效果明显减弱；若反力弹簧调得过松，则速度继电器触点断开过于迟缓，使电动机制动停止后将出现短时反转现象。因此，必须适当调整速度继电器反力弹簧的松紧程度。二、直流制动控制电路直流制动（jectionbraking）是在三相感应电动机脱离三相交流电源后，迅速在定子绕组上加一直流电源，产生恒定磁场，利用转子感应电流与恒定磁场的作用达到制动目的。按直流制动时间的控制方法，有时间继电器与速度继电器控制。（一）按速度原则控制的电动机单向运行直流制动电路图2-23为速度原则控制电动机单向运行直流制动电路。图中KM1为单向运行接触器，KM2为制动接触器，T为整流变压器，UR为桥式整流器，KV为速度继电器。电动机单向运行时，KM1线圈通电并自保，KV动作，其触点闭合，为直流制动作准备。停车时，按下停止按钮SB1，KM1线圈断电释放，主触点断开电动机三相电源，同时使KM2线圈通电并自保，直流电源送入定子绕组，建立恒定磁场，转子依惯性旋转，切割磁场，产生感应电动势，流过感应电流，该电流与恒定磁场作用产生电磁转矩，这时一个制动转矩，使转子转速迅速下降。当电动机转速低于100r/min时，速度继电器KV释放，使KM2线圈断电释放，断开直流电源，直流制动结束，电动机自然停车至零。（二）按时间原则控制电动机可逆运行直流制动电路图2-24为电动机可逆运行时间原则控制直流制动电路。图中KM1、KM2为正、反转接触器，KM3为制动接触器，KT为制动时间继电器。当电动机正向运转时，KM1线圈通电吸合并自保。当需停车时，按下停止按钮SB1，KM1线圈断电释放，切断电动机三相电源。同时，KM3、KT线圈同时通电并自保，KM3常闭触点断开电动机起动电路，KM3主触点将直流电流送入定子绕组，实现直流制动，使电动机转速迅速降低，当接近零时，时间继电器KT动作，其常闭触点断开，使KM3、KT线圈相继断电释放，切断直流电源，直流制动结束，电动机自然停车。时间原则控制的直流制动，一般适用于负载转速较为稳定的电动机，这样对时间继电器的调整值比较固定。而对于那些能够通过传动系统来实现负载速度变换的生产机械，采用速度原则控制较为合适。（三）无变压器的单管直流制动电路上述直流制动均为带整流变压器的单相桥式整流电路，其制动效果较好，对于功率较大的电动机则应采用三相整流电路。而对于10KW以下电动机，在制动要求不高的场合，为减少设备，降低成本，减小体积，可采用无变压器的单管直流制动。图2-25为无变压器单管直流制动电路，其整流电源为220V，由制动接触器KM2主触点接至电动机定子任二相绕组，经整流二极管V接至中线构成回路。制动时U、V被KM2短接，如果不加短接，则只能有单方向制动转矩。直流制动比反接制动消耗的能量少，其制动电流也比反接制动时小得多，但需增加一套整流装置。一般来说，直流制动适用于容量较大的电动机和起制动频繁的场合。三、电容制动电容器制动（capacilorbraking）又称电容制动，其主电路见图2-26。自动控制电路读者可自行拟制。接触器KM断开电源后，电动机接线端通过电容器而成闭合状态。电动机在降速过程中，电容器产生的自励电流建立一个磁场，这个磁场与转子感应电流相作用，产生一个与旋转方向相反的制动转矩。紧接着KM常闭触点恢复闭合，电动机定子绕组进行短接，实现短接制动。所以这种制动又可称为电容-短接制动。如果没有短接制动，则后期制动效果较差。这种制动多用于10KW以下的小容量电动机。四、双流制动双流制动主电路如图2-27所示，其中KM1为正常运行接触器，KM2为制动接触器，使电机反相序接上电源，并串入整流二极管。由运行转入制动时，由于二极管的整流作用，其中交流成分产生