2.3 三相笼型异步电动机减压起动控制电路

三相笼型异步电动机容量较大，不能进行全压起动时，则应采用减压起动。减压起动的目的在于减小起动电流，以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，需将电动机定子绕组电压恢复到额定电压，使电动机进入全压正常运行状态。

三相笼型异步电动机常用的减压起动方法有：定子绕组串接电阻（或电抗器）减压起动、星形-三角形减压起动、自耦变压器减压起动和延边三角形减压起动。任何一种减压起动控制电路都是由减压起动到全压运行过程的切换。

2.3.1 定子绕组串电阻（或电抗器）减压起动控制电路

三相笼型异步电动机定子绕组串电阻减压起动，起动时，利用串入的电阻降压限流，待电动机转速升至接近额定转速时，再将起动电阻切除，使电动机在额定电压下运行。控制电路由减压起动到全压运行的切换可以手动控制也可自动控制。

图2-13所示为自动切换定子绕组串电阻减压起动控制电路。SB2为起动按钮，SB1为停止按钮，KM1为起动控制接触器，KM2为运行控制接触器，R为限流电阻。

分析各种控制电路原理时，为简便起见，也可以用符号和箭头配以少量文字说明来表示其工作原理。图2-13所示电路的工作原理可表示如下：

虽然手动切换方式在三相笼型异步电动机的减压起动控制中皆可采用，但从减压起动到全压运行的切换靠手动操作，不仅需要按两次按钮，而且需要人为控制切换时间，很不方便，故一般均采用时间继电器进行控制，即时间原则的控制方式。在配合不同电动机起动时，一旦调整好延时时间，从降压起动到全压运行的过程就能够自动、准确的完成。

定子绕组串电阻减压起动，其所串电阻在起动过程中有较大的能量损耗，所以不适于经常起动的电动机。可用三相电抗器代替电阻，其控制电路与串电阻起动相同。需点动调整的电动机，常采用串电阻减压起动方式来限制其起动电流。上述两种方法，均不受电动机接线形式的限制，但电压降低后，起动转矩与电压的平方成比例地减小，因此只适用于空载或轻载起动的场合。

2.3.2 星形-三角形（-△）减压起动控制电路

凡是正常运行时三相定子绕组成三角形联结的三相笼型异步电动机，均可采用-△减压起动的方法来达到限制起动电流的目的。起动时，定子绕组先作星形联结，待转速上升到接近额定转速时，将定子绕组的接线改为三角形联结，电动机便进入全压正常运行状态。

1．减压起动工作原理

电动机的-△联结示意图如图2-14所示。其中U1、V1、W1为电动机三相定子绕组的首端，U2、V2、W2为其尾端。所谓联结，指三个尾端短接于一点，三个首端接电源；所谓△联结，则指三相绕组首尾相连再接电源。电动机联结时每相绕组承受的电压为额定电压的，起动电流也为△联结起动电流的1/3。

2．控制电路工作过程

时间原则自动控制的三相笼型异步电动机-△减压起动控制电路如图2-15所示。电路中SB2为起动按钮，SB1为停止按钮，KM1为电源控制接触器，KM3为联结接触器，KM2为△联结接触器。当KM3主触点闭合，KM2主触点断开时，相当于U2、V2、W2联结于一点，为联结；而当KM3主触点断开，KM2主触点闭合时，相当于三相绕组首尾相连，即为△联结。

图2-15所示-△减压起动控制电路工作原理如下：

先合上电源开关QS，

目前，手动操作和时间继电器自动切换的-△起动器均有现成产品，常用的QX2系列为手动切换方式，其余皆为自动切换方式。其中QX3系列由三个接触器、一个热继电器和一个时间继电器组成，工作原理与图2-15所示控制电路相同，其控制电动机的最大容量可达125kW。

3．控制方式主要特点

三相笼型异步电动机采用-△减压起动，设备简单、经济，可频繁操作，机床中应用很多。但起动电流下降到全压起动时的1/3，其起动转矩也只有全压起动时的1/3，且起动电压不能按实际需要调节，故这种起动方法只适用于空载或轻载起动的场合。

2.3.3 自耦变压器减压起动控制电路

1．减压起动工作原理

自耦变压器减压起动控制电路是利用自耦变压器降低起动时加在电动机定子绕组上的电压，达到限制起动电流的目的。电动机起动的时候，定子绕组得到的电压是自耦变压器的二次电压，一旦起动完毕，自耦变压器便被切除，将额定电压即自耦变压器的一次电压直接加于三相定子绕组，电动机进入全压运行。

自耦变压器采用联结，各相绕组有原边电压的65%和80%两组电压抽头，可根据电动机起动时负载的大小选择适当的起动电压。

2．控制电路工作过程

图2-16所示为时间原则控制的自耦变压器减压起动控制电路。电路中，T为自耦变压器，KM1为减压起动接触器，KM2为全压运行接触器，KA为中间继电器，HL1为电源指示，HL2为减压起动指示灯，HL3为全压运行指示灯。

起动时，合上电源开关QS，指示灯HL1亮，表明电源电压正常。按下起动按钮SB2，KM1、KT线圈同时通电吸合并自锁，KM1主触点闭合，电动机定子绕组经自耦变压器作减压起动，同时指示灯HL1灭，HL2亮，表明电动机正在减压起动。时间继电器KT延时时间到，其常开触点闭合，使中间继电器KA线圈通电吸合并自锁，其常闭触点KA（4-5）断开，使KM1线圈断电释放；常闭触点KA（10-11）断开，使HL2断电熄灭；而常开触点KA（3-8）闭合，使KM2线圈通电吸合，其主触点闭合，将自耦变压器切除，电动机在额定电压下运行，同时指示灯HL3亮。

需要注意，图中接触器KM2的常闭触点用于将自耦变压器的中性点断开，由于流入自耦变压器中性点的电流是一、二次的电流之差，所以可以采用接触器的辅助触点进行分断。尽管如此，该控制电路所控制电动机的容量依然受到限制，可将电路作适当变动，选用三个接触器控制的自耦变压器减压起动控制电路。

一般工厂常用的自耦变压器减压起动是采用成品的补偿减压起动器。这种补偿起动器有手动和自动操作两种型式。手动操作的补偿器一般由自耦变压器、保护装置、触点系统和手动操作机构等组成，常用的有QJ3、QJ5等型号；自动操作的补偿器则由接触器、自耦变压器、热继电器、时间继电器和按钮等组成，常用的有XJ01等型号。

3．控制方式主要特点

电动机经自耦变压器减压起动时，加在定子绕组上的电压是自耦变压器的二次电压U₂，自耦变压器的电压变比为K=U₁/U₂＞1。由电机原理可知：自耦变压器减压起动时的电压为额定电压的1/K时，起动电流则减小到1/K²，而起动转矩也降为直接起动时的1/K²，但大于-△减压起动时的起动转矩，并且可通过抽头调节自耦变压器的变比来改变起动电流和起动转矩的大小。因此，这种方法适用于电动机容量较大（可达300kW），且正常工作时为星形联结的电动机。其主要缺点是自耦变压器价格较贵，且不允许频繁起动。

2.3.4 延边三角形减压起动控制电路

三相笼型异步电动机采用-△减压起动，可在不增加专用起动设备的情况下实现减压起动，但由于起动转矩较小，应用受到一定的限制。而延边三角形减压起动是一种既不增加专用起动设备，又能得到较高起动转矩的减压起动方法，这种起动方法适用于定子绕组为特殊设计的异步电动机，其定子绕组共有9个接线端。

起动时，把定子三相绕组的一部分接成△，另一部分接成，使整个绕组接成图2-17所示形状（此时KM1、KM2常开触点均为闭合状态）。此时，电路形状如三角形的三边延长后的形状，故称为延边三角形起动电路。待电动机起动过程结束后，再将定子绕组改为三角形联结（此时KM2、KM3常开触点均为闭合状态）。图中，U3、V3、W3为每相绕组的中间抽头。可以看出，星形联结部分的绕组，既是各相定子绕组的一部分，同时又兼作另一相定子绕组的降压绕组。其优点是在U1、V1、W1三相接入380V电源时，每相绕组所承受的电压比三角形联结时的相电压要低，比星形联结时的相电压要高，因此，起动转矩也大于-△减压起动时的转矩。接成延边三角形时，每相绕组的相电压，起动电流和起动转矩的大小，取决于每相定子绕组两部分的匝数比。在实际应用中，可根据不同的起动要求，选用不同的抽头比进行减压起动。但一般情况下，电动机的抽头比已确定，故不可能获得更多或任意的匝数比。

虽然延边三角形减压起动的起动转矩比-△减压起动的起动转矩大，但与自耦变压器减压起动时的最大转矩相比仍有一定差距，而且延边三角形接线的电动机制造工艺复杂，接线麻烦，所以目前尚未得到广泛应用。