2.2 三相笼型异步电动机全压起动控制电路

三相笼型异步电动机以其结构简单、价格便宜、坚固耐用和维修方便等优点获得广泛应用。它的起动方式有直接起动和降压起动两种。

全压起动又称为直接起动，指将电源电压通过刀开关、接触器等直接加至电动机定子绕组进行起动，是一种简便、经济的起动方法，但是起动电流较大，可达到电动机额定电流的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上的其他电气设备的正常工作，对电动机本身也有不利影响，所以直接起动电动机的容量受到一定限制。判断一台交流电动机能否采用直接起动，可根据下面的经验公式来确定：

式中 K_I——电动机的起动电流倍数；

I_q——电动机的起动电流，单位为A；

I_N——电动机的额定电流，单位为A。

符合本公式，可以直接起动；不符合本公式，则应降压起动。通常容量小于10kW的笼型异步电动机可采用直接起动。

2.2.1 单向运行控制电路

单向运行控制电路是生产机械电气控制中最基本也最典型的控制电路，同时也是生产机械电气控制中的最基本的组成环节。

1．开关控制电路

用刀开关或低压断路器直接控制电动机的起动和停止，是最简单的手动控制电路，此方法适用于不频繁起停的小容量异步电动机，但不能实现远距离控制和自动控制。普通机床上的冷却泵、小型台钻等常采用此种控制方法。

2．接触器控制电路

图2-4所示为接触器控制电动机单向运行电路，它是最常用，最简单的单向运行控制电路。图中由电源L1、L2、L3经电源开关QS、熔断器FU1、接触器KM的3个常开主触点、热继电器FR的热元件到电动机的三相定子绕组构成主电路部分，它流过的电流较大；由起动按钮SB2、停止按钮SB1、接触器KM的线圈及其常开辅助触点、热继电器FR的常闭触点和熔断器FU2构成控制电路部分，它流过的电流较小。

电动机的起动控制：合上电源开关QS，按下起动按钮SB2，接触器KM线圈通电吸合，其主触点闭合，电动机定子绕组接通三相电源在全压下起动运转。同时，KM自锁触点闭合，从而使电动机保持连续运行。

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，其常开主触点与辅助触点同时复位断开，切断了电动机主电路及控制电路，电动机停止运转。

电路中采用熔断器FU1、FU2分别实现主电路与控制电路的短路保护；并由热继电器FR实现电动机的长期过载保护；由于此控制电路是具有自锁的按钮控制，因而电路本身还具有失电压和欠电压保护功能。关于电动机控制电路的保护环节将在2.7中详细介绍。

3．点动控制电路

生产机械不仅需要连续运转，而且经常需要试车或调整，即所谓点动控制。点动控制多用于机床刀架、横梁及立柱等运动部件的快速移动和机床对刀等场合。图2-5a所示为基本点动控制电路，其工作原理如下：

起动时，先合上电源开关QS，按下按钮SB，接触器KM线圈通电吸合，其主触点闭合，电动机M全压起动运转；停止时，松开按钮SB，接触器KM线圈断电释放，其主触点断开，电动机M停止运转。

图2-5b与图2-5c所示是两种既可点动又可连续运行的控制电路，这种电路既可用于机床的连续运行加工，又可满足短时的调整动作，操作非常方便。

2.2.2 可逆运行控制电路

生产机械的运动部件往往要求实现正反两个方向的运动，如主轴的正反转、起重机的升降、机械装置的夹紧和放松等，这就要求拖动电动机可作正反向运转。由电机原理可知，若将电动机三相电源中的任意两相对调，即可改变电动机的旋转方向。常用的电动机可逆运行控制电路有以下几种。

1．倒顺开关控制电路

倒顺开关属于组合开关，用倒顺开关直接控制电动机正反转，这种控制电路简单、经济，但不具备失电压和欠电压保护等基本保护功能，所以仅适用于5.5kW以下的小容量电动机的正反转控制。机床控制中，有时仅采用倒顺开关来预选正反转，而由接触器来接通与断开电源，倒顺开关预选可逆运行控制电路如图2-6所示，此种控制在万能铣床中即有采用。

2．接触器互锁可逆运行控制电路

图2-7a所示为接触器控制电动机可逆运行控制电路，采用了两个接触器KM1和KM2分别控制电动机的正转、反转运行。需要注意，电路中KM1和KM2不可同时通电，若二者同时通电，两接触器的主触点同时闭合，将造成两相电源短路。为此，需将接触器KM1、KM2的常闭触点串接在对方线圈电路中，形成相互制约的控制，这种相互制约关系称为互锁控制。由接触器或继电器常闭触点构成的互锁称为电气互锁，起互锁作用的触点称为互锁触点。该控制电路在进行正反转切换时，必须先按停止按钮SB1，而后再起动相反方向的控制，这就构成了正—停—反的操作顺序。

3．按钮和接触器双重互锁可逆运行控制电路

为缩短辅助工时，提高生产效率，就要求电动机能直接进行正反转的切换，可采用图2-7b所示的电路进行控制。它是在图2-7a的基础上增设了起动按钮的常闭触点作互锁，构成了具有电气（接触器）和机械（按钮）双重互锁的控制电路。该电路既可实现正—停—反操作，又可实现正—反—停操作，使得控制方便，安全可靠。

除上述几种单向、可逆运行控制电路外，还可采用磁力起动器控制电动机的单向或可逆运行。磁力起动器是一种直接起动器，是将接触器、热继电器和按钮等元件组合在一起的一种用于全压起动的起动装置，分为可逆和不可逆两种。不可逆磁力起动器工作原理与图2-4所示控制电路相同；可逆磁力起动器工作原理与图2-7a所示控制电路相同。常用的磁力起动器有QC10、QC12等系列，适用于直接起动容量在75kW以下的笼型异步电动机。

2.2.3 行程控制电路

某些生产机械的运动机构需要在一定距离内自动往复运行，以使工件能得到连续地加工，如龙门刨床、导轨磨床工作台的自动往复运行、刀架的快速移动，又如运料机的自动循环控制、自动生产线上的自动定位和工序转换等都需要根据生产机械运动部件的位置变化来控制电动机的运行状态。通常采用行程开关作为控制元件来控制电动机的正反转，这种控制方式称为行程原则的自动控制。行程控制是机械设备自动化及生产过程自动化中应用最广泛的控制方式之一。

图2-8所示为工作台自动往复运行的示意图。在工作台两侧分别装有挡铁1和2，机床床身上装有行程开关SQ1和SQ2，工作台的行程可通过移动挡铁或行程开关的位置来调节，以适应加工零件的不同要求。SQ3和SQ4用来作为限位保护，即防止工作台运行超出其极限位置而引发事故。

图2-9所示为电动机自动往复运行控制电路。合上电源开关QS，按下起动按钮SB2，接触器KM1线圈通电吸合并自锁，电动机正转起动，拖动工作台左移。当工作台运动到一定位置时，挡铁1压下行程开关SQ1，其常闭触点断开，使接触器KM1断电释放，电动机暂时脱离电源，同时SQ1常开触点闭合，使接触器KM2通电吸合并自锁，电动机反向起动拖动工作台右移。当工作台运动到挡铁2压下行程开关SQ2时，使KM2断电释放，KM1重新通电吸合，电动机又开始正转运行。如此往复循环，直至按下停止按钮SB1，电动机停止运行，加工结束。

由上述控制情况可以看出，工作台往返运行一次，电动机要进行两次反向起动，反向起动时将会出现较大的电流，不仅会使电动机过热，而且较强的机械冲击还会损坏电动机的转轴。因此，这种电路只适用于电动机容量较小，循环周期较长和电动机转轴具有足够刚性的拖动系统，而且接触器的容量，应比一般情况下选择的大些。

2.2.4 顺序控制电路

在多台电动机拖动的生产机械上，有时需要按一定的顺序起动和停车，才能保证操作过程的合理和工作的安全可靠，这些顺序关系反映在控制电路上，称为顺序控制。如铣床起动时，要求先起动主轴电动机，然后才能起动进给电动机。又如带有液压系统的机床，在液压泵电动机起动后，才能起动其他电动机。

1．手动控制顺序起停控制电路

如图2-10所示，为两台电动机M1和M2的手动控制顺序起动控制电路。合上电源开关QS，先按下按钮SB2，接触器KM1线圈通电吸合并自锁，其主触点闭合，电动机M1起动运转；再按下按钮SB4，接触器KM2线圈通电吸合并自锁，其主触点闭合，电动机M2起动运转。停车时，如先按下停止按钮SB1，由于并联其两端的KM2常开触点为闭合状态，因此KM1不能断电释放；所以只有先按下停止按钮SB3，KM2断电释放即电动机M2停止后，再按下SB1才能断开KM1线圈，使电动机M1停止运转。

该电路将接触器KM1的常开触点串联在电动机M2的控制电路中，这就保证了只有当KM1接通，M1起动后，M2才能起动。将接触器KM2的常开触点并联在停止按钮SB1两端，则保证了只有M2停止后才能停止M1。

顺序起停控制的要求多种多样，但多数要求为顺序起动、逆序停止。手动控制顺序起停控制电路的一般变化规律是：顺序起动要求将控制电动机先起动的接触器常开触点串联在后起动电动机的接触器线圈电路中；逆序停止要求将先停止电动机的控制接触器常开触点与后停电动机的停止按钮并联即可。

2．自动控制顺序起停控制电路

顺序起停控制除手动控制方式外，还有时间继电器控制的自动控制方式，如图2-11所示。其控制过程如下：

合上电源开关QS，按下按钮SB2，接触器KM1线圈通电吸合并自锁，其主触点闭合，电动机M1全压起动运转；同时时间继电器KT线圈也通电吸合并开始延时。延时到，其常开触点闭合，使接触器KM2线圈通电吸合并自锁，KM2主触点闭合，电动机M2全压起动运转；KM2常闭辅助触点断开，KT线圈断电释放。按下按钮SB1，两台电动机同时停止。

2.2.5 多地点控制电路

对于大型生产机械，为了操作方便，常常要求在两个或两个以上的地点都能进行操作，统称为多地点控制。实现这种控制的电路，如两地运行控制电路如图2-12所示，即在每一操作地点各安装一组起停按钮。其接线原则是：各起动按钮应并联连接，各停止按钮应串联连接。

大部分多地点控制电路按以上原则进行设计，但在某些重要的大型设备中，为保证操作安全，要求多个操作者同时发出控制信号（按下各自起动按钮）后，设备才能起动，此时多个起动按钮的常开触点均应串联连接。