第2章　籠型異步電動機啟動線路

2.1　直接啟動線路

2.1.1　電動機直接啟動功率的確定

雖然直接啟動方式存在著啟動電流大、啟動時電壓降較大等不利因素，但由于直接啟動方式操作簡便，不需要附加啟動設備，因此在考慮籠型異步電動機啟動方式時，仍將直接啟動方式列為首選。只有在不符合直接啟動條件時，才考慮采用降壓啟動方式。

籠型異步電動機能否直接啟動，取決于下列條件：

①電動機自身要允許直接啟動。對于慣性較大，啟動時間較長或啟動頻繁的電動機，過大的啟動電流會加快電動機絕緣老化，甚至損壞。

②所帶動的機械設備能承受電動機直接啟動時的沖擊轉矩。

③電動機直接啟動時所造成的電網電壓下降，不致影響電網上其他設備的正常運行。具體要求是：經常啟動的電動機，引起的電網電壓下降不大于10%；不經常啟動的電動機，引起的電網電壓下降不大于15%；在保證生產機械要求的啟動轉矩，且在電網中引起的電壓波動不致破壞其他電氣設備工作的條件下，電動機引起的電網電壓下降允許為20%或更大；在一臺變壓器供電給多個不同特性負載，而有些負載要求電壓變動小時，允許直接啟動的異步電動機的功率要小一些。

④電動機啟動不能過于頻繁。因為啟動越頻繁給同一電網上其他負載帶來的影響越多。

電源容量與直接啟動籠型異步電動機功率的關系見表2-1，6（10）/0.4（kV）變壓器與直接啟動籠型異步電動機功率的關系見表2-2。

2.1.2　簡單正轉啟動線路（一、二）

采用開啟式負荷開關（瓷底膠蓋刀開關）、轉換開關或鐵殼開關控制電動機啟動和停止，用熔斷器作短路保護，是最簡單的單向啟動線路。采用開啟式負荷開關控制的正轉啟動線路如圖2-1所示。

這種控制線路只適用于容量小、啟動不頻繁的電動機。熔絲的額定電流一般按電動機額定電流的2.5倍選取。常用的HK1系列和HK2系列開啟式負荷開關與電動機的配用及熔絲選擇分別見表2-3和表2-4。

采用轉換開關控制的正轉啟動線路如圖2-2所示。轉換開關采用LW8-Q1/2.2型或LW8-Q1/5.5型。將開關置于中間位置為斷開，置于“1”位為啟動運轉。也可采用LW5型轉換開關。采用轉換開關控制電動機直接啟動，需另配熔斷器作短路保護。熔絲選擇見表2-3、表2-4。

2.1.3　按鈕開關控制點動正轉啟動線路

按鈕開關控制點動正轉啟動線路如圖2-3所示。按下按鈕，電動機通電運轉；松開按鈕，電動機停止運轉。圖中，熔斷器FU₁作主回路的短路保護，FU₂作控制回路的短路保護；熱繼電器FR作電動機過載保護。

工作原理：

啟動：合上電源開關QS→按下點動按鈕SB→接觸器KM的線圈得電銜鐵吸合→KM的主觸點閉合→電動機啟動運轉。

停機：松開SB→KM的線圈失電銜鐵釋放→KM的主觸點斷開→電動機停轉。

2.1.4　具有自鎖功能的正轉啟動線路

用接觸器控制的具有自鎖功能的正轉啟動線路如圖2-4所示。

（1）控制目的和方法

控制目的：電動機正轉啟動、停止。

控制方法：由啟動按鈕SB₁和停止按鈕SB₂實現。

保護元件：熔斷器FU₁（電動機短路保護），FU₂（控制電路的短路保護）；熱繼電器FR（電動機過載保護）。

該電路還有失壓、欠壓保護功能（凡采用接觸器控制的電路都有此功能）。當某種原因使電源電壓低于額定電壓的85%或斷電時，接觸器KM的線圈失電，銜鐵自行釋放，斷開三相電源，電動機停止運轉。電源電壓恢復正常后，由于接觸器線圈不能自行通電，只有再次按下啟動按鈕SB₁后，電動機才能啟動運行，從而實現欠壓和失壓保護。

（2）線路組成

①主電路。由開關QS、熔斷器FU₁、接觸器KM主觸點和電動機M組成。

②控制電路。由熔斷器FU₂、啟動按鈕SB₁、停止按鈕SB₂、接觸器KM和熱繼電器FR常閉觸點組成。

③儀表及指示燈電路。電壓表PV——電源電壓指示；電流表PA——電動機電流指示；指示燈H₁——運行指示（綠色），H₂——停機指示（紅色）。

（3）工作原理

合上電源開關QS，電壓表PV顯示電源電壓，停機指示燈H₂通過KM的常閉輔助觸點點亮。啟動時，按下啟動按鈕SB₁，接觸器KM線圈得電銜鐵吸合并自鎖，其主觸點閉合，電動機M直接啟動運行。同時，KM的常閉輔助觸點斷開、常開輔助觸點閉合，停機指示燈H₂滅、運行指示燈H₁亮。電流表PA顯示電動機電流。

停機時，按下停止按鈕SB₂，接觸器KM失電釋放，主觸點斷開，電動機停止運轉。同時，KM常閉輔助觸點閉合、常開輔助觸點斷開，停機指示燈H₂亮，運行指示燈H₁滅。

當電動機短路時，熔斷器FU₁熔斷，電動機失電停止運轉；當電動機過載時，熱繼電器FR動作，其常閉觸點斷開，接觸器KM失電釋放，切斷電源，電動機停止運轉。

（4）元件選擇

電氣元件參數見表2-5。

2.1.5　倒順開關控制正反轉啟動線路（一、二）

倒順開關控制的正反轉啟動線路如圖2-5所示。倒順開關HK有三個操作位置，可實現電動機M正轉、停止和反轉。由圖2-5可見，倒順開關HK處于“正轉”位置時，送入電動機M接線柱U₁、V₁、W₁的電源分別為L₁、L₂、L₃，即U、V、W相，電動機M正轉；倒順開關HK處于“反轉”位置時，送入電動機M接線柱U₁、V₁、W₁的電源分別為L₂、L₁、L₃，即V、U、W相，電動機M反轉。

需要說明的是，當要改變電動機轉向時，應先把倒順開關操作手柄扳到“停止”位置，停一下后再扳到相反的位置。否則電源突然反接，會造成很大的沖擊電流和機械沖擊力。嚴重時，會導致線路過載或電動機損壞。

該控制線路只適用于容量不大于5.5kW的電動機。

采用LW8-N1/2.2或LW8-N1/5.5型轉換開關（倒順開關）控制電動機正反轉啟動的接線如圖2-6所示。置于“1”位為正轉啟動運轉，置于“2”位為反轉啟動運轉，置于中間為斷開位置。電動機需用熔斷器作短路保護。

2.1.6　正反轉點動控制線路

正反轉點動控制線路如圖2-7所示。

（1）控制目的和方法

控制目的：正轉點動和反轉點動。

控制方法：正轉點動，通過按鈕SB₁及接觸器KM₁實現；反轉點動，通過按鈕SB₂及接觸器KM₂實現。

保護元件：熔斷器FU₁（電動機短路保護），FU₂（控制電路的短路保護）。

（2）線路組成

①主電路。由開關QS、熔斷器FU₁、接觸器KM₁和KM₂主觸點及電動機M組成。

②控制電路。由熔斷器FU₂、正轉點動按鈕SB₁、反轉點動按鈕SB₂、正轉接觸器KM₁和反轉接觸器KM₂組成。

（3）工作原理

正轉點動時，按下按鈕SB₁，接觸器KM₁得電吸合，其主觸點閉合，電源以L₁、L₂、L₃相序接入電動機三相繞組，電動機正轉運行；同時其常閉輔助觸點斷開，這時即使再按下SB₂，接觸器KM₂也不會吸合。松開SB₁，KM₁失電釋放，電動機停轉。

反轉點動時，按下按鈕SB₂，接觸器KM₂得電吸合，其主觸點閉合，電源以L₃、L₂、L₁相序接入電動機三相繞組，電動機反轉運行；同時其常閉輔助觸點斷開，這時即使再按下SB₁，接觸器KM₁也不會吸合。松開SB₂，KM₂失電釋放，電動機停轉。

可見，通過KM₁、KM₂的常閉輔助觸點，實現正轉、反轉聯鎖功能，防止發生兩接觸器主觸點相互短接，造成短路事故。

（4）元件選擇

電氣元件參數見表2-6。

2.1.7　低速點動控制線路

低速點動控制線路如圖2-8所示。它一般用于機床對刀等場合。

（1）控制目的和方法

控制目的：在電動機低速范圍內點動運行。

控制方法：用點動按鈕和速度繼電器聯合作用來實現。

保護元件：熔斷器FU₁（電動機短路保護），FU₂（控制電路的短路保護）。

（2）線路組成

①主電路。由開關QS、熔斷器FU₁、接觸器KM主觸點和電動機M組成。

②控制電路。由熔斷器FU₂、點動按鈕SB、速度繼電器KV常閉觸點和接觸器KM組成。

（3）工作原理

合上電源開關QS，按下點動按鈕SB，接觸器KM得電吸合，電動機啟動運轉。當轉速超過設定值時，速度繼電器KV動作，其常閉觸點斷開，KM失電釋放，電動機作慣性運行。當轉速下降到速度繼電器復位時，其常閉觸點重新閉合，若這時仍按著按鈕SB，則KM再次得電吸合，電動機再次啟動運行，重復上述動作，使電動機在低速點動中運轉。

（4）元件選擇

電氣元件參數見表2-7。

2.1.8　接觸器聯鎖控制正反轉啟動線路

接觸器聯鎖控制正反轉啟動線路如圖2-9所示。

（1）控制目的和方法

控制目的：正轉啟動和反轉啟動。

控制方法：正轉啟動，通過按鈕SB₁及接觸器KM₁實現；反轉啟動，通過按鈕SB₂及接觸器KM₂實現。

保護元件：熔斷器FU₁（電動機短路保護），FU₂（控制電路的短路保護）；熱繼電器FR（電動機過載保護）。

（2）線路組成

①主電路。由開關QS、熔斷器FU₁、接觸器KM₁及KM₂主觸點、熱繼電器FR和電動機M組成。

②控制電路。由熔斷器FU₂、正轉啟動按鈕SB₁、反轉啟動按鈕SB₂、正轉接觸器KM₁、反轉接觸器KM₂、停止按鈕SB₃和熱繼電器FR常閉觸點組成。

（3）工作原理（合上電源開關QS）

通過KM₁、KM₂的常閉輔助觸點，實現正、反轉聯鎖功能，防止發生兩接觸器主觸點相互短接，造成短路事故。

（4）元件選擇

電氣元件參數見表2-8。

2.1.9　按鈕和接觸器雙重聯鎖控制正反轉啟動線路

按鈕和接觸器雙重聯鎖控制正反轉啟動線路如圖2-10所示。它集中了按鈕聯鎖和接觸器聯鎖的優點，即當需要改變電動機的轉向時，只要直接按一下正轉（或反轉）按鈕即可，而不必先按停止按鈕。這種雙重聯鎖的正轉、反轉控制線路，安全可靠，操作方便。它適用于功率較小、負載慣性小的場合。

（1）控制目的和方法

控制目的：電動機正轉、反轉控制，能避免接觸器主觸點熔焊時發生短路事故。

控制方法：采用按鈕、接觸器雙重聯鎖。

保護元件：熔斷器FU₁（電動機短路保護），FU₂（控制電路的短路保護）；熱繼電器FR（電動機過載保護）。

（2）線路組成

①主電路。由開關QS、熔斷器FU₁、接觸器KM₁和KM₂主觸點、熱繼電器FR及電動機M組成。

②控制電路。由熔斷器FU₂、正轉按鈕SB₁、反轉按鈕SB₂、停止按鈕SB₃、正轉接觸器KM₁、反轉接觸器KM₂和熱繼電器FR常閉觸點組成。

（3）工作原理

合上電源開關QS，正轉時，按下正轉按鈕SB₁，其常閉觸點斷開，反轉接觸器KM₂斷電，實現按鈕聯鎖。SB₁的常開觸點閉合，接觸器KM₁得電吸合并自鎖，電動機正轉啟動運行。同時KM₁的常閉輔助觸點斷開，實現觸點聯鎖。

反轉時，按下反轉按鈕SB₂，其動作情況類同正轉。

停機時，按下停止按鈕SB₃，接觸器失電釋放，電動機停轉。

（4）元件選擇

電氣元件參數見表2-9。

2.1.10　采用可逆接觸器的正反轉啟動線路

-N、3TD系列可逆接觸器是引進德國西門子技術的產品，可用于電動機正反轉啟動控制，接線方便、動作可靠。該可逆接觸器由-N或3TD系列交流接觸器與聯鎖機構組成。它們同時裝有機械及電氣兩種聯鎖機構，確保電路在頻繁換相時的可靠性。其控制線路如圖2-11所示。

-N、3TD系列可逆接觸器配用熔斷器的推薦值見表2-10。

2.1.11　接觸器控制正反轉啟動及點動線路

接觸器控制正反轉啟動及點動線路如圖2-12所示。

（1）控制目的和方法

控制目的：電動機正轉、反轉控制和正轉、反轉點動控制，能避免接觸器主觸點熔焊時發生短路事故。

控制方法：采用正、反轉按鈕和點動按鈕，以及接觸器雙重聯鎖。

保護元件：熔斷器FU₁（電動機短路保護），FU₂（控制電路的短路保護）；熱繼電器（電動機過載保護）。

（2）線路組成

①主電路。由開關QS、熔斷器FU₁、接觸器KM₁和KM₂主觸點、熱繼電器FR及電動機M組成。

②控制電路。由熔斷器FU₂、正轉按鈕SB₁、反轉按鈕SB₂、正轉點動按鈕SB₃、反轉點動按鈕SB₄、停止按鈕SB₅和熱繼電器FR常閉觸點組成。

（3）工作原理

合上電源開關QS，按下正轉按鈕SB₁，接觸器KM₁線圈得電銜鐵吸合并自鎖，電動機正轉。當按下反轉按鈕SB₂時，KM₁線圈失電銜鐵釋放，而接觸器KM₂線圈得電銜鐵吸合并自鎖，電動機反轉。當需要正向點動時，按下正向點動按鈕SB₃，接觸器KM₁線圈得電銜鐵吸合，其常閉輔助觸點斷開，KM₂線圈失電銜鐵釋放，電動機正轉。由于按下SB₃時，其常閉觸點斷開了KM₁的自鎖回路，KM₁不再自鎖，一旦放開SB₃，KM₁隨即釋放，實現正向點動。需要反向點動時，按下反向點動按鈕SB₄即可。其工作原理與正向點動類似。

（4）元件選擇

電氣元件參數見表2-11。

2.1.12　行程開關控制正反轉啟動線路

行程開關控制正反轉啟動線路如圖2-13所示。它在正反轉控制線路的基礎上增設兩個行程開關（限位開關）SQ₁和SQ₂。

（1）控制目的和方法

控制目的：電動機能正轉、反轉運行，停機受行程開關控制。

控制方法：采用兩個限位開關，當運動部件運行到規定位置時，由裝在運動部件上的擋塊碰撞，操動限位開關而啟停機作用。

保護元件：熔斷器FU₁（電動機短路保護），FU₂（控制電路的短路保護）；熱繼電器FR（電動機過載保護）。

（2）線路組成

①主電路。由開關QS、熔斷器FU₁、接觸器KM₁及KM₂主觸點、熱繼電器FR和電動機M組成。

②控制電路。由熔斷器FU₂、正轉按鈕SB₁、反轉按鈕SB₂、停止按鈕SB₃、限位開關SQ₁及SQ₂、正轉接觸器KM₁、反轉接觸器KM₂和熱繼電器FR常閉觸點組成。

（3）工作原理

合上電源開關QS，按下正轉（向前）按鈕SB₁，接觸器KM₁線圈得電銜鐵吸合并自鎖，電動機正轉，并帶動設備（小車）向前運行；當設備運行到設定位置時，設備上的擋鐵碰撞行程開關SQ₁，使SQ₁的常閉觸點斷開，KM₁線圈失電銜鐵釋放，電動機停轉，設備停止在設定的位置上。此時即使按下正轉（向前）按鈕SB₁，KM₁線圈也不會得電。

當按下反轉（向后）按鈕SB₂時，接觸器KM₂線圈得電銜鐵吸合并自鎖，電動機反轉，并帶動設備（小車）向后運行，設備一離開原停止位置，行程開關SQ₁便復位，常閉觸點閉合 。當設備運行到另一設定位置時，行程開關SQ₂的常閉觸點被撞開，KM₂線圈失電銜鐵釋放，電動機停轉，設備停止在另一設定位置上。

電動機運行中需停機時，按下停止按鈕SB₃，控制電路斷電，接觸器失電釋放，電動機停轉。

（4）元件選擇

電氣元件參數見表2-12。

2.1.13　自動往返控制線路

自動往返控制線路如圖2-14所示。它廣泛應用于銑床、磨床、刨床等。

（1）控制目的和方法

控制目的：使設備在設定的行程內自動往返運行。

控制方法：在工作臺上安裝有擋鐵1和2，機床床身上裝有行程開關SQ₁～SQ₄。在SQ₁和SQ₂的作用下，線路能自動換接電動機的轉向，使工作臺在設定的范圍內自動往返移動。

保護元件：熔斷器FU₁（電動機短路保護），FU₂（控制電路的短路保護）；熱繼電器FR（電動機過載保護）；限位開關SQ₃、SQ₄［限位保護。當SQ₁或SQ₂失效時，SQ₃、SQ₄能使工作臺（在極限位置）停止下來］。

（2）線路組成

①主電路。由開關QS、熔斷器FU₁、接觸器KM₁和KM₂主觸點、熱繼電器FR及電動機M組成。

②控制電路。由熔斷器FU₂、正轉按鈕SB₁、反轉按鈕SB₂、正轉行程開關SQ₂、反轉行程開關SQ₁、正轉接觸器KM₁、反轉接觸器、限位開關SQ₃、SQ₄和熱繼電器FR常閉觸點組成。

（3）工作原理

合上電源開關QS，按下啟動按鈕SB₁，接觸器KM₁線圈得電銜鐵吸合，電動機M正轉，并拖動工作臺向左移動。當工作臺運動到一定位置時，擋鐵1碰撞行程開關SQ₁，使其常閉觸點斷開，KM₁線圈失電銜鐵釋放，電動機M停轉。隨即行程開關SQ₁的常開觸點閉合，使接觸器KM₂線圈得電銜鐵吸合并自鎖，電動機反轉，拖動工作臺向右移動。同時，行程開關SQ₁復位，為下次正轉做好準備。當工作臺向右移動到一定位置時，擋鐵2碰撞行程開關SQ₂，使其常閉觸點斷開，KM₂線圈失電銜鐵釋放，電動機停轉。隨即行程開關SQ₂的常開觸點閉合，使接觸器KM₁再次得電吸合，電動機又開始正轉。如此往復循環，使工作臺在預定的行程內自動往返移動。按下停止按鈕SB₃，循環停止。

（4）元件選擇

電氣元件參數見表2-13。

2.1.14　帶有點動功能的自動往返控制線路

帶有點動功能的自動往返控制線路如圖2-15所示。其工作原理與本節2.1.13自動往返控制線路相同。不同的是，線路中加入了點動功能。點動功能僅供運動部件微調用。圖中，SB₃和SB₄分別為正向點動按鈕和反向點動按鈕。當按下SB₃時，KM₁自鎖觸點雖閉合，但因為SB₃的常閉觸點已斷開，故無法自鎖。一旦放開SB₃，KM₁隨即釋放，實現正向點動。SB₄的反向點動功能與SB₃相同。

2.1.15　QC12型不可逆磁力啟動器控制電動機啟動線路

磁力啟動器可以用作籠型異步電動機直接啟動控制設備。磁力啟動器實際上是由交流接觸器、熱繼電器和按鈕等組合而成的啟動控制設備，因而它具有短路保護、過載保護、失壓保護和欠壓保護等功能。常用的磁力啟動器有QC12等型，分為不可逆式和可逆式兩種。

QC12型不可逆磁力啟動器控制電動機啟動線路如圖2-16所示。圖中，虛線框內所示為QC12型不可逆磁力啟動器內部結構。

該線路的工作原理與本節2.1.4具有自鎖功能的正轉啟動線路相同。熱繼電器FR用于電動機的過載保護。當電源電壓低于額定電壓的85%或電源失電時，磁力啟動器便自動跳閘，以保護電動機不被燒毀。同時，還可避免電壓突然恢復時電動機自動啟動。

QC12系列磁力啟動器的技術數據見表2-14。

2.1.16　QC12型可逆磁力啟動器控制電動機啟動線路

QC12型可逆磁力啟動器控制電動機啟動線路如圖2-17所示。圖中，虛線框內所示為QC12型可逆磁力啟動器內部結構。其工作原理與本節2.1.8接觸器聯鎖控制正反轉啟動線路相同。

2.1.17　采用ZF型換相組件的正反轉啟動線路

ZF型換相組件的內部采用晶閘管控制。采用ZF型換相組件的正反轉啟動線路如圖2-18所示。

圖中，SB₁為正轉啟動按鈕；SB₂為反轉啟動按鈕。它們互相聯鎖，防止短路的發生。

ZF型換相組件控制電動機功率范圍為0.75～37kW。Ⅰ型適配電動機功率為0.75～5.5kW；Ⅱ型適配電動機功率為7.5～15kW；Ⅲ型適配電動機功率為18.5～37kW。

ZF型換相組件環境溫度要求：-25～+40℃；環境濕度要求：25℃時，濕度≤85%RH。其通態壓降≤1.5V；斷態漏電流≤3mA；絕緣電壓≥2000V；換相延時時間≥200ms。