2.3　電動機啟動控制電路

2.3.1　電動機的直接啟動控制電路

電動機的直接啟動也稱全壓啟動，這種啟動方式是在電動機啟動瞬間即將額定電壓加到異步電動機的定子繞組上。

電動機選用直接啟動方案時，應考慮電力系統應有足夠的容量空間，同時，電動機的功率也不能太大。通常大于10kW的電動機不宜采用直接啟動的電路方案。

電動機選用直接啟動的電路接線圖見圖2-82。圖中按鈕SB2是啟動按鈕，點按后交流接觸器KM線圈得電，其主觸點閉合，電動機定子繞組立即獲得額定電壓開始啟動。按鈕SB1是停機按鈕。由熔斷器FU實施短路保護，熱繼電器FR進行過電流保護。電動機啟動后紅燈HR點亮，停機時綠燈亮。

2.3.2　兼具點動和長動功能的控制電路

有時候電動機需要在點動與長動（持續運行）兩種狀態之間進行切換，圖2-83的電路即具有這樣的功能。圖中SB2是長動啟動按鈕；SB3是點動按鈕。點動時，SB3的常閉觸點切斷了交流接觸器KM輔助觸點KM-1的自保持功能，所以松開SB3后，電動機隨即斷電停機。電路中的熔斷器FU實施短路保護，熱繼電器FR進行過電流保護。電動機啟動后紅燈HR點亮，停機時綠燈HG亮，用于信號指示。

2.3.3　電動機的正反轉啟動控制電路

電動機的正反轉控制電路可有幾種，區別在于互鎖電路的設計。電動機的正反轉需要兩臺交流接觸器分別接通電動機的電源電路，而這兩臺交流接觸器又不能同時通電吸合，否則將造成電源短路。為了防止短路事故的發生，電動機在某一方向運轉時，不允許控制電動機相反方向運轉的接觸器吸合動作，這就要使用互鎖功能?；ユi可使用按鈕的常閉觸點，也可使用交流接觸器的常閉觸點，當然也可將兩種常閉觸點同時使用，雖然接線稍顯復雜，但可靠性更高。

圖2-84就是一款具有雙重互鎖功能的電動機正反轉啟動控制電路。正轉啟動時按壓按鈕SB2，SB2的常閉觸點切斷接觸器KM2線圈電源的同時，常開觸點使正轉接觸器KM1的線圈得電，主觸點閉合，電動機開始正轉；KM1的輔助觸點KM1-1實現自保持，KM1-2觸點斷開實現互鎖。

反轉按鈕SB3和交流接觸器KM2同樣可對正轉運行電路實施互鎖控制，此處不贅述。

該電路由斷路器QF實施短路保護，由熱繼電器進行過電流保護。

SB1是停機按鈕，正轉與反轉進行狀態轉換時，應使用SB1使電動機停機斷電，并完全停穩后再啟動相反方向的運轉。

2.3.4　兩臺電動機順序啟動、逆序停止的控制電路

這種控制電路的控制效果是，第一臺設備啟動后，第二臺設備才能啟動；停機時，須先將第二臺設備停機后才能使第一臺設備停機。啟動、停止順序不能改變。但當第一臺設備意外停機（例如過電流保護停機）時，則兩臺設備將同時停機，且停機順序不分先后。圖2-85就是具有這種控制功能的具體電路。

在圖2-85中，操作按鈕SB2，由交流接觸器KM1控制的第一臺設備電動機M1得電開始運行，之后才能通過操作按鈕SB4啟動第二臺設備電動機M2。而停機時，則須先操作按鈕SB3，使接觸器KM2線圈斷電釋放，讓第二臺設備電動機M2停機后，才可通過操作按鈕SB1使第一臺設備電動機停止運行。

兩臺設備運行過程中如果第一臺設備電動機的熱繼電器FR1因故動作，其常閉觸點斷開，由圖2-85可見，兩臺電動機將同時停止運行。

2.3.5　電動機自動往返控制電路

電動機自動往返控制電路是基于行程開關或終端開關而實現相應功能的一款簡易自動化控制電路，在工程技術領域有一定的應用。由于這款電路是電動機處于某一方向正常運轉的情況下即時切換旋轉方向，電動機換向時可能會有較大的換向電流，因此適宜應用在負載慣性較小的場合。

電動機自動往返控制的具體電路見圖2-86，可由按鈕SB2或SB3啟動電動機開始運行，現以由SB2啟動運行分析自動往返的控制機理。電動機開始運行后，當運行至某一端點時，擋塊撞擊行程開關SQ2，其常閉觸點切斷接觸器KM1線圈的電源，電動機停止原來運轉方向的運行；SQ2的常開觸點此時閉合，使接觸器KM2線圈得電，電動機開始換向運行。電動機換向運行至撞擊另一行程開關SQ1時，其常閉觸點切斷接觸器KM2的線圈電源，常開觸點接通接觸器KM1的線圈電源，電動機再次換向運轉。

2.3.6　電動機的Y-△啟動控制

三相籠型異步電動機的Y-△啟動是一款應用較多的電動機啟動控制電路。其特點是電路結構簡單，啟動電流小，維修方便，制作成本低。它的缺點是啟動力矩較小，僅適用于輕載或空載情況。通常這種啟動方案用于功率幾十千瓦以下的電動機。

Y-△啟動時，先將電動機接成星形接法并接通電源電壓，由于加在電動機繞組上的電壓僅為三角形接法時電壓的，所以啟動力矩是全壓啟動時的1/3。隨著啟動過程的持續，電動機轉速逐漸升高，待接近額定轉速時將電動機繞組改接成三角形接法，電動機進入三角形運行狀態，啟動過程結束。

以上所述的Y-△接法的轉換有兩種方案：一是由運行人員根據經驗，判斷電動機啟動時的轉速，適時對電動機的接法進行切換；二是在控制電路中由時間繼電器進行自動切換。

圖2-87是電動機Y-△啟動控制、手動切換的具體電路。操作按鈕SB2，電動機開始啟動，此時交流接觸器KM2和KM3線圈同時得電，KM3的主觸點將電動機的三相繞組連接成星形接法，KM2的主觸點接通電動機的啟動電源，電動機開始星形啟動。待電動機轉速逐漸升高接近額定轉速時，由運行人員操作按鈕SB3，其常閉觸點斷開，KM3線圈斷電；常開觸點閉合，KM1線圈得電，電動機進入三角形運行狀態，啟動過程結束。

圖2-87中的綠燈HG是停止運行指示燈，紅燈HR是運行指示燈，黃燈HY在星三角啟動過程中點亮，停機和啟動過程結束后均不點亮。PV是電壓表，可測量線電壓。

圖2-88是電動機Y-△啟動控制、自動切換的具體電路。操作按鈕SB2，交流接觸器KM3、KM2以及時間繼電器KT的線圈得電，電動機開始星形啟動，經過時間繼電器KT的延時，當然時間繼電器的延時時間長短是與電動機升速進程相匹配的，KT的延時斷開的常閉觸點KT-1斷開，接觸器KM3線圈斷電釋放，KM1線圈得電動作，電動機進入三角形運行狀態，啟動過程結束。

圖2-88中使用的KT是一種通電延時型的時間繼電器，它的線圈與斷電延時型的時間繼電器一樣，都有各自不同的畫法，但是當一個文檔中只使用其中的一種時間繼電器時，可以使用時間繼電器線圈的一般符號，如圖2-88所示。

圖2-88中的綠燈HG是停機指示燈，紅燈HR是運行指示燈，黃燈HY是星三角啟動指示燈，停機和啟動過程結束后均不點亮。PV是電壓表，可測量線電壓。

2.3.7　電動機的自耦降壓啟動控制電路

電動機采用星三角啟動方式通常適用于功率在幾十千瓦以內、所需啟動力矩較小的負荷狀況。如果電動機功率容量更大，或啟動時需要較大的啟動力矩，則不宜采用星三角啟動，可選用自耦變壓器降壓啟動方式。

電動機啟動用的自耦變壓器是一臺三相自耦變壓器，在每一相繞組中間設有兩個抽頭，其輸出電壓分別是額定電壓的65%和80%。接入啟動電路時可根據啟動所需力矩和電網容量大小選擇一組抽頭。

（1）380V電動機的自耦降壓啟動控制電路

圖2-89是380V電動機的自耦降壓啟動的電路原理圖。下面分析啟動過程。按鈕SB1是停機按鈕。按下啟動按鈕SB2，交流接觸器KM3得電動作，其主觸點在電流為零的情況下將自耦變壓器T的三相繞組接成星形；接觸器KM3的輔助觸點KM3-1使接觸器KM2和時間繼電器KT得電進入工作狀態，并由接觸器KM2的輔助觸點KM2-1自保持。接觸器KM2的主觸點接通自耦變壓器T的三相電源，電動機開始降壓啟動過程。時間繼電器KT的延時時間應根據負載等情況調整為8～20s，延時結束后，其延時常開觸點KT-1閉合，這將依次出現以下動作：①中間繼電器KA線圈得電動作，觸點KA-1進行自保持；它的常閉觸點KA-3切斷接觸器KM3的線圈電源，KM3線圈失電釋放，變壓器T的星中點打開；KM3的輔助常閉觸點KM3-3復位閉合，為接觸器KM1吸合做好準備。②中間繼電器KA的常開觸點KA-2閉合，接觸器KM1線圈得電動作，主觸點閉合，電動機由啟動狀態轉為全壓運行狀態。③接觸器KM1的輔助觸點KM1-4斷開，使接觸器KM2和時間繼電器KT線圈斷電而退出工作。④KM2斷電釋放后，其常開觸點KM2-2斷開，中間繼電器KA斷電釋放。至此，電動機完成啟動過程。

這里有一點需要說明，KM2是在KM1吸合后才斷電的，所以有一個KM2和KM1共同吸合的短暫瞬間。變壓器T從兩個回路接入電源電壓，是否會導致變壓器損壞？答案是：變壓器是安全的。因為接觸器KM3的主觸點已先期斷開，變壓器星中點已打開，接入的兩路電源因為電位相等而不會在變壓器中形成電流。

SB1是停止按鈕，按壓SB1可使電動機停止運行。熱繼電器FR可對電動機的過電流異常進行保護。出現異常時，其常閉觸點斷開，接觸器KM1線圈斷電釋放，電動機停止運行。紅燈HR是運行指示燈，黃燈HY是啟動指示燈，綠燈HG是停止指示燈。

（2）660V電動機的自耦降壓啟動控制電路

在一些負荷較重的應用場合，會使用電源電壓為660V 的電動機，而控制電動機接通或斷開電源的交流接觸器線圈額定電壓最高為380V，這時控制電路的工作電源應通過控制變壓器將660V降低為380V，但交流接觸器主觸點的額定工作電壓應選660V或690V的。

圖2-90所示為一臺660V、250kW電動機的自耦降壓啟動控制電路原理圖，圖中L1、L2、L3是660V電源輸入端；FU1～FU5是二次熔斷器；T1和T2是兩臺控制變壓器，變壓比是660V/380V；它們輸出的380V電壓作用有二，一是作為二次控制電路的控制電源，二是給電動機保護器XJ提供三相電壓信號；這里使用的電動機保護器XJ具有功能完善的電壓保護功能，這些功能包括過電壓、欠電壓、缺相和相序異常等保護。變壓器T1的容量是500V·A，T2的容量是50V·A。電路工作時，如果電源電壓正常，而且相序正確，電動機保護器的常開觸點XJ閉合，中間繼電器KA1線圈得電，其常開觸點閉合，二次電路可以正常工作。如果電源電壓偏高、過低，或相序錯誤，電動機保護器的常開觸點XJ斷開，中間繼電器KA1線圈失電，其常開觸點斷開，則所有交流接觸器線圈斷電并退出運行，實現對電動機的電壓保護。

圖2-90所示的660V電動機啟動控制電路有兩種工作狀態切換方式，這里所說的工作狀態切換，是指電動機從自耦降壓啟動狀態向全電壓運行狀態的切換。切換方式1是手動切換，方式2是自動切換。

電動機在手動切換方式時啟動電動機，須將轉換開關SA置于手動狀態，SA的觸點⑤、⑥接通。啟動時按壓啟動按鈕SB2，交流接觸器KM3線圈得電動作，輔助觸點KM3-1閉合，接觸器KM2線圈也得電動作。KM2和KM3的主觸點使自耦降壓變壓器T繞組通電，并將降低以后的電壓加到電動機繞組上，電動機開始降壓啟動。待電動機轉速升高到接近額定轉速時，按壓按鈕SB3，中間繼電器KA2線圈得電，其觸點KA2-1使線圈自保持，常閉觸點KA2-3切斷接觸器KM2的線圈電源，KM2-1斷開，KM3線圈斷電，KM3-2閉合，此前KA2-2已經閉合，使得接觸器KM1線圈得電并由KM1-1自保持。輔助常閉觸點KM1-2斷開，使得接觸器KM2、KM3以及時間繼電器KT的線圈徹底失去了通電的可能性。KM1的主觸點閉合，電動機開始全壓運行，啟動過程結束。

電動機在自動切換方式時啟動電動機，須將轉換開關SA置于自動狀態，SA的觸點③、④接通。啟動時按壓啟動按鈕SB2，之后的動作與手動切換相似，只是時間繼電器KT的線圈幾乎與KM2、KM3的線圈同時得電。電動機開始自耦降壓啟動的同時，時間繼電器KT開始延時，經過精確調試的延時時間能在電動機轉速接近額定轉速時使其延時常開觸點KT閉合，中間繼電器KA2線圈得電，之后的動作與手動切換相同，直至啟動過程結束。

圖2-90中的紅燈HR是通電運行指示燈，綠燈HG是停機指示燈，黃燈HY是啟動指示燈。PV是電壓表，可測量線電壓。

2.3.8　繞線轉子式電動機的啟動

繞線轉子式電動機常用于需要較大啟動轉矩的負載中，例如卷揚機、球磨機、起重機等負載場合。

圖2-91是繞線轉子式電動機使用頻敏變阻器啟動的一款電路方案。

頻敏變阻器是一個特殊的三相鐵芯電抗器，在三個鐵芯柱上各繞有一個繞組線圈，三個線圈接成星形。頻敏變阻器的阻抗會隨著電流頻率的變化而有明顯的變化。頻敏變阻器用作繞線轉子式電動機的啟動時，其三個接線端與電動機轉子繞組的三個接線端相連接。電動機剛啟動時，由于定子繞組產生的旋轉磁場立即建立，而轉子的轉速從零逐漸升高，啟動瞬間轉子繞組上感應的轉子電流頻率很高，該電流通過頻敏變阻器形成通路，此時頻敏變阻器表現出很大的阻抗。隨著電動機轉速的逐漸提高，轉子繞組上感應的電流頻率逐漸降低，頻敏變阻器呈現的阻抗也在逐漸減小。頻敏變阻器對電流的頻率比較敏感的特性，正是該產品名稱的由來。

頻敏變阻器的這一特性特別適合于繞線轉子式電動機的啟動過程，剛開始啟動時，轉子電流頻率高，頻敏變阻器的阻抗大，之后隨著轉速的升高，頻敏變阻器的阻抗自動減小，所以電動機可以近似地得到恒轉矩特性，實現電動機的無級啟動。啟動完成后，用交流接觸器將頻敏變阻器短路切除，啟動過程結束。

使用圖2-91所示的電路啟動繞線轉子式異步電動機時，可操作按壓按鈕SB2，這時接觸器KM1線圈得電動作，其主觸點閉合，電動機開始啟動；輔助觸點KM1-2閉合實現自保持并接通后續控制電路的工作電源；輔助觸點KM1-1閉合，黃燈HY點亮，提示電動機當前處于啟動狀態。KM1得電動作后，時間繼電器KT線圈也隨即得電，并開始延時，根據運行經驗精確調試的延時時間到達時，電動機的轉速應該已經接近額定轉速，KT的延時觸點KT-1閉合，中間繼電器KA的線圈得電，其觸點KA-2 接通接觸器KM2線圈電源，KM2動作后，主觸點將頻敏變阻器短接切除，啟動過程結束。之后輔助觸點KM2-4斷開，KT線圈失電，其瞬時動作的常開觸點斷開，于是中間繼電器KA線圈斷電。也就是說，電動機啟動完成后的正常運行過程中，只有接觸器KM1和KM2的線圈通電，時間繼電器和中間繼電器線圈均不帶電。

運行過程中紅色指示燈HR點亮，按壓按鈕SB1后電動機停機，綠色指示燈HG點亮。

因繞線轉子式異步電動機相對價格較高，所以圖2-91中使用了性能更好的電動機保護器GDH，電動機的電源線從保護器的三個圓孔中穿過即可，保護器的工作電源在圖2-91右下方接入380V電源。保護器可對過電流、三相電流不平衡、斷相等故障進行保護。出現異常時，保護器的常閉觸點斷開，接觸器KM1、KM2的線圈相繼斷電釋放，電動機得到保護。

2.3.9　電動機延邊三角形降壓啟動電路

三相籠式異步電動機的延邊三角形啟動，是在啟動過程中將定子繞組的一部分Y連接，而另一部分△連接，使整個繞組成為連接，從圖形上看，就好像把一個三角形的三條邊延長，因此叫做延邊三角形。待啟動結束后，再將繞組接成△連接。這種電動機繞組的停機狀態、啟動狀態、運行狀態的接線情況如圖2-92所示。

當電動機定子繞組作連接時，每相繞組承受的相電壓比三角形連接時低，比星形連接時高，介于二者之間，在電源線電壓為380V的電路中，每相繞組的電壓在250～350V之間。因此，-△啟動時電動機的啟動轉矩可以大于Y-△啟動時的啟動轉矩。這樣既可以實現降壓啟動，又可以提高啟動轉矩，可以說，-△降壓啟動是Y-△降壓啟動的發展。

電動機連接時定子繞組相電壓與電源線電壓的數量關系，由定子繞組三條延邊中任何一條邊的匝數與三角形內任何一條邊的匝數之比來決定。

圖2-93是-△降壓啟動時交流接觸器對電動機繞組的切換模式，圖2-94是-△降壓啟動的具體電路。

現在結合圖2-92～圖2-94，對電動機的延邊三角形（-△）降壓啟動過程分析如下。

按下啟動按鈕SB2，接觸器KM1線圈通電并自鎖，KM1主觸點閉合；同時，接觸器 KM2線圈通電，

KM2主觸點閉合，電動機開始連接降壓啟動。這時時間繼電器KT線圈也得到工作電源，并開始延時。時間繼電器KT延時結束后，其常閉觸點KT-1斷開，切斷KM2線圈回路，KM2主觸點斷開。與此同時，時間繼電器常開觸點KT-2閉合，KM3線圈得電，KM3主觸點閉合，電動機進入三角形運行狀態。

KM3常閉觸點KM3-1斷開，切斷KM2線圈回路。輔助觸點KM2-1和KM3-1是實現接觸器互鎖功能的。

接觸器KM3動作吸合后，其常開觸點KM3-2閉合，KM3線圈供電得以自保持。

按下停止按鈕SB1電動機斷電停止運行。

電動機由斷路器QF實施短路保護，由熱繼電器FR進行過電流保護。

三相籠型異步電動機的-△降壓啟動方法具有啟動轉矩較大，允許頻繁啟動，以及啟動轉矩可以在一定范圍內選擇等優點。但是，使用這種啟動方法的電動機，不但應在電動機上備有9個出線端，而且應在繞組上備有一定數量的抽頭，以備調整啟動轉矩，因此其制造工藝復雜，同時控制系統安裝與接線的技術要求較高，難度較大，因此，延邊三角形降壓啟動方式的應用受到較大限制。

2.3.10　三速電動機的啟動電路

全國統一設計的YD系列多速三相異步電動機，利用改變電動機定子繞組的接線以改變其極數的方法變速，主要用于要求多種轉速的機械設備裝置。電動機的轉速有雙速、三速、四速三種。當機械設備的合理轉速為中低速時，由于電動機功率相應較小，所以可以有效節約電能。本節介紹三速電動機的啟動控制電路。

YD系列多速電動機的功率容量從最小的不到1kW，到最大的幾十千瓦，有不同的功率等級。啟動時先從低速擋開始，然后根據設備對轉速的要求，依次啟動中速擋和高速擋。低速啟動時電動機功率較小，所以啟動電流較小。其后啟動中、高速擋時，電動機已具有一定轉速，因此啟動電流也不是特別大。通常情況下，各擋啟動電路無須采用降壓限流啟動方式。

YD系列三速電動機有9個接線端子，圖2-95是三相電源與電動機接線端子在不同轉速時的連接關系，

圖中L1、L2和L3是三相380V電源，沒有連線的端子在各自的轉速狀態下被懸空。圖2-96是啟動電路的電路圖。啟動前，綠燈HG點亮，指示控制電路正常。啟動時，先按下低速啟動按鈕SB2，接觸器KM1吸合動作，其主觸點將三相電源接至電動機的U1、V1、W1端，由圖2-95可見，電動機在8極低速下啟動運行。輔助觸點KM1-1進行自保持；KM1-2接通中間繼電器KA1的線圈回路，并由KA1-2對其自保持。KA1的觸點KA1-4切斷綠燈HG電源，綠燈熄滅；觸點KA1-1閉合，白燈HW點亮，指示電動機在8極低速下運行；觸點KA1-3閉合，是電動機中速啟動的允許信號。

如果低轉速不能滿足設備要求，可接著啟動中速擋。按一下中速啟動按鈕SB3（SB3是具有常開和常閉雙觸點的按鈕），接觸器KM1線圈斷電釋放，接觸器線圈KM2得電吸合，并由KM2-1保持。KM2的主觸點將電源接至電動機的U2、V2、W2端，由圖2-95可見，電動機在6極中速下啟動運行。KM2-2接通中間繼電器KA2的線圈回路，

并由KA2-2對其自保持。KA2的觸點KA2-5切斷白燈HW電源，白燈熄滅；觸點KA2-1閉合，黃燈HY點亮，指示電動機在6極中速下運行；觸點KA2-3閉合，是電動機高速啟動的允許信號。

如果需要更高的轉速，可接著按壓按鈕SB4，之后接觸器KM2線圈斷電釋放，接觸器KM3、KM4同時得電吸合，并由KM3-2保持。KM3的主觸點將電源接至電動機的U3、V3、W3端，KM4的主觸點將U1、V1、W1端短接，這種接線效果如同圖2-95中4極高速狀態。KM3的輔助觸點KM3-3使黃燈熄滅，KM3-1使紅燈點亮，指示電動機在4極高速下啟動運行。

若欲將電動機從高轉速調整到較低的轉速擋，必須先按一下停止按鈕SB1，然后從低速擋逐級啟動到合適的轉速擋位。

熱繼電器FR1、FR2和FR3可在各自的轉速（功率）擋位上實施過電流保護。

2.3.11　高壓電動機的啟動控制

所謂高壓電動機，是相對于低壓電動機而言的，低壓電動機的額定電壓有220V、380V、660V和1140V等幾種，而高壓電動機的額定電壓有3kV、6kV和10kV等幾種。當然一些特殊用途的電動機，其額定電壓并不局限于以上幾種電壓規格。

與低壓電動機相同，高壓電動機也有直接啟動和降壓啟動的區別。直接啟動時，從發出啟動指令的那個瞬間開始，就將額定電壓加到電動機的定子繞組上。而降壓啟動，則在啟動開始時以適當的方式降低電源電壓，使其低于額定電壓，并將該電壓加到電動機定子繞組上。當電動機轉速接近或達到額定轉速時轉換為全電壓。

（1）高壓電動機的直接啟動

高壓電動機直接啟動的一次電路圖見圖2-97。該圖采用單線畫法，并用三條短斜線表示是三相電源系統（國標規定的標準畫法）。圖中QS是隔離開關， QF是真空斷路器，是電動機啟動運行和停止運行的主開關，近年來它逐漸取代了過去在高壓開關柜中大量使用的油斷路器，幾乎使后者退出了歷史舞臺。電動機啟動前應首先合上QS，然后通過二次控制電路合上真空斷路器QF，這時電動機得電開始啟動，合閘瞬間電流可達到額定電流的5～7倍。隨著電動機轉速的逐漸提高，啟動電流降低到額定電流，啟動過程結束。直接啟動通常應用在電動機功率相對較小（例如一二百千瓦）、供電容量相對充裕的系統中。電流互感器用于電流測量、計量與保護。

①用電流繼電器實現保護的直接啟動電路　高壓電動機直接啟動的二次電路見圖2-98。啟動時先合上開關1SA，然后操作開關2SA。2SA是一個型號為LW2-Z-1a、4、6a、40、20、6a/F8的萬能轉換開關，該開關的手柄操作位置，與開關觸點通斷狀態的對應關系見表2-44。

將開關2SA順時針旋轉90°，使其從“跳閘后”狀態進入“預備合閘”狀態，這時2SA開關的觸點9、10接通（參見表2-44），綠色指示燈HG經觸點9、10與閃光小母線“（+）SM”連接，HG的另一端經斷路器的常閉輔助觸點QF-1以及合閘直流接觸器KM的線圈與“KM-”母線接通，因此指示燈HG開始閃動，提示合閘回路正常，可以繼續操作。接著將開關2SA再順時針旋轉45°，使其進入“合閘”狀態，這時開關2SA的觸點5、8接通（參見表2-44），合閘直流接觸器KM線圈得電動作，觸點KM-1和KM-2閉合，合閘線圈YC通電動作（見圖2-98），斷路器合閘，電動機得電啟動運行，待電動機達到額定轉速時，啟動過程完成。開關2SA在“合閘”以后，自復位到“合閘后”狀態，觸點13、16接通（參見表2-44），合閘指示燈HR經該觸點、合閘后已經閉合的斷路器常開輔助觸點QF-2以及跳閘線圈YR接通電源而點亮，一方面指示斷路器已經合閘，另一方面提示斷路器跳閘線圈回路完好。這時雖然跳閘線圈YR流過紅色指示燈HR的工作電流，但由于該電流較小，不足以使跳閘線圈YR實施跳閘動作。指示燈HG和HR還具有監視熔斷器FU1和FU2是否完好的功能。

若欲停止高壓電動機的運行，可操作開關2SA使其逆時針旋轉90°，開關手柄從“合閘后”狀態轉換至“預備跳閘”狀態，這時開關2SA的觸點13、16斷開，紅色指示燈HR的常亮供電被切斷；13、14接通（參見表2-44），紅色指示燈HR經觸點13、14與閃光小母線“（+）SM”連接，HR的另一端經斷路器的常開輔助觸點QF-2以及跳閘線圈YR與“KM-”母線接通，因此指示燈HR開始閃動，提示跳閘回路正常，可以繼續操作。接著繼續逆時針旋轉2SA開關手柄45°使達到“跳閘”位置，這時觸點6、7接通，跳閘線圈YR經過已經閉合的斷路器常開輔助觸點QF-2得到額定電壓，從而使斷路器立即跳閘，電動機斷電停止運行。開關2SA在“跳閘”以后，自復位到“跳閘后”狀態，觸點10、11接通（參見表2-44），跳閘指示燈HG經該觸點、跳閘后已經閉合的斷路器常閉輔助觸點QF-1、合閘接觸器KM的線圈接通電源而點亮，一方面指示斷路器已經跳閘，另一方面提示斷路器合閘接觸器線圈回路完好。這時綠色指示燈HG的工作電流不足以使合閘接觸器線圈KM動作。

高壓電動機運行過程中如果出現過電流或短路，則經過電流互感器TA_U2、TA_W2和電流繼電器KA1和KA2的檢測，達到保護動作值時，電流繼電器KA1或KA2的常開觸點動作閉合，啟動保護出口繼電器BCJ。型號為DZB-138的保護出口繼電器有兩個線圈（見圖2-98），一個是電壓線圈，一個是電流線圈。當電流繼電器KA1或KA2接通保護出口繼電器BCJ的電壓線圈電源時，其常開觸點閉合，工作電源KM+經BCJ的導線足夠粗、電阻也很小的電流線圈、BCJ的常開觸點、跳閘壓板LP、斷路器的輔助觸點QF-2、跳閘線圈YR，到KM-，該回路接通，使斷路器跳閘，實現電流保護。

之所以使用雙線圈的保護出口繼電器BCJ，是因為電流繼電器KA1或KA2的觸點難以直接驅動斷路器的跳閘線圈YR。使用BCJ繼電器后，可以向跳閘線圈YR提供足夠大的跳閘電流。

圖2-98中的跳閘壓板LP，是一個可連通、可拆斷的金屬連片，能使過電流故障出現時跳開斷路器，也可在設備調試過程中暫時不跳開斷路器。

②用綜保裝置實現保護的直接啟動電路　圖2-99是采用WGB-151N型微機綜合保護裝置的直接啟動二次電原理圖。相應的一次電路見圖2-97。

圖2-99中的KM+和KM-是DC 220V控制電源，經控制開關1SA后給二次電路供電。KM±電源經熔斷器FU3、FU4接至綜保裝置的28腳和30腳，是裝置的系統工作電源；經熔斷器FU1、FU2接至綜保裝置的39腳和44腳，是裝置內部的控制輸出電源，容量較大，有時要驅動裝置外部的合閘線圈、分閘線圈等元件。

圖2-99電路圖的右側有文字標注框，用于標注對應位置電路的名稱、功能等信息，以利于讀圖。

欲使電動機合閘時，先合上圖2-99中的控制開關1SA，綠燈HG點亮，指示斷路器為分閘狀態。之后持續按下儲能按鈕SB，電動機M1使斷路器操作機構內的儲能彈簧拉伸儲能，所儲能量是斷路器合閘的能源。待儲能結束，機構內的輔助常閉觸點S-3斷開，儲能電動機M1立即斷電，這時松開按鈕SB。輔助常開觸點S-2接通，黃燈HY點亮，指示彈簧已儲能。儲能過程大約持續十幾秒鐘。斷路器輔助常閉觸點QF-5保證只有斷路器在分閘位置才允許儲能。萬能開關2SA是分合閘指令開關。將其旋轉到合閘位置時，觸點1、2接通，經S-1（儲能機構輔助觸點，儲能后已閉合）使綜保的41腳帶電，再經內部邏輯控制電路使40腳帶電。QF-1是斷路器的輔助常閉觸點，斷路器分閘時呈閉合狀態，所以此時斷路器的合閘線圈YC得電動作，使儲能彈簧的能量釋放，驅動斷路器合閘，同時，①QF-2閉合，為分閘線圈YR動作作好準備；②QF-3斷開，綠燈HG熄滅；③QF-4閉合，紅燈HR點亮，指示斷路器已合閘；④儲能輔助開關S-2斷開，黃燈HY熄滅；⑤儲能輔助開關S-1、斷路器輔助開關QF-1斷開，使重復發出的合閘指令為無效空操作。

斷路器合閘后，由圖2-97可見，高壓電動機M開始全壓啟動運行。

分閘包括人工分閘和自動保護分閘兩種情況。人工分閘時，將萬能開關2SA旋轉到分閘位置，其觸點3、4接通，綜保裝置的43腳帶電，經內部邏輯控制電路使42腳帶電。經斷路器的輔助常開觸點QF-2，使斷路器的分閘線圈YR得電動作，斷路器QF分閘，高壓電動機M斷電停止運行。電動機運行中出現過電流、短路、電源過電壓、欠電壓等異常情況，通過綜保內部運算和邏輯處理，使內部保護繼電器動作，其觸點將綜保的39腳和47腳接通，其后的動作與手動分閘相同，高壓電動機斷電得到保護。

綜保裝置的5～8腳接電流互感器TA_U1和TA_W1二次的測量繞組，用于高壓電動機運行電流的測量，測量結果顯示在綜保裝置的液晶屏上；這里的TA_U1輸出的是習慣所稱的A相電流信號，在綜保裝置內部相應端子旁標注的是I_a和I'_a，這樣標注是為了與綜保裝置上的接線標志、說明書上的圖紙標注相一致。1～4腳接電流互感器TA_U2和TA_W2二次的保護繞組，用于獲取過電流保護信號。23～26腳接電壓互感器TV的二次AC 100V電壓，測量結果也顯示在綜保裝置的液晶屏上。綜保裝置接入上述電動機運行的電流信號和電壓信號，同時通過保護參數的設置，即可實現相應的保護功能。若斷路器因保護分閘，液晶屏上有故障類別顯示，同時電笛2HA鳴響。

綜保裝置有跳閘位置和合閘位置監視電路，用于監視二次電路接線的正確性，接線有誤時將發出報警信號。報警時液晶屏上有顯示，同時電鈴1HA鳴響。綠燈HG和紅燈HR分別是分閘、合閘指示燈。

（2）高壓電動機的降壓啟動

高壓電動機的降壓啟動方案有多種。因為降壓啟動能調整和限制啟動電流，因此適用于數百、數千千瓦甚至上萬千瓦的電動機。降壓啟動的基本原理是啟動時在電動機的電流回路中串聯接入一個降壓限流元件或裝置，用以限制啟動電流，減少過大的啟動電流對電網造成的沖擊，防止電壓跌落太多導致的啟動失敗；同時也能減小或防止啟動時機械沖擊力可能對設備造成的損傷。

①高壓電動機降壓啟動的一次電路　高壓電動機降壓啟動方案之一是串聯電抗器降壓啟動，電動機啟動時，電抗器L串入啟動回路，較大的電抗值限制了啟動電流，如圖2-100（a）所示。

另有改進型的可調電抗器啟動電路，該裝置采用閉環控制系統，通過圖2-100（b）中的電流互感器1TA檢測啟動電流，通過電壓互感器TV檢測啟動過程中電抗器L兩端的電壓，由控制器自動調節電抗器的勵磁電流，改變電抗器允許通過的電流值和電抗器兩端電壓，實現平穩啟動。圖2-100（b）中的虛線框表示框內元件獨立安裝在一個柜體內，與安裝有真空斷路器的開關柜形成一個開關柜組，共同完成電動機的啟動控制功能。

還有一種液阻降壓啟動的電路方案。所謂液阻，是指將碳酸鈉和水混合形成的液體電阻?；旌弦悍盅b在三個相互絕緣的塑料箱體內，形成三相結構。每個液阻箱的底部有一個固定電極，而箱體上部各有一個活動電極。電動機啟動時，通過活動電極與固定電極將液阻串入電路，如圖2-100（c）所示，R_s是液阻。三個活動電極由一個小功率低壓電動機拖動，使之逐漸與固定電極接近，液阻的阻值逐漸變小，電動機定子的端電壓逐步升高，啟動轉矩逐步變大。當電動機轉速升高至接近額定轉速時，真空接觸器KM合閘，將液阻切除，電動機開始全壓運行。目前，液阻啟動柜中普遍配置可編程控制器PLC，很容易實現恒流啟動。

圖2-100（d）所示是用軟啟動器對電動機實施啟動的一次電路，注意這里要選用額定工作電壓為6kV或10kV的軟啟動裝置。

使用變頻器也能對高壓電動機進行降壓啟動，具體應用電路將在第4章進行介紹。

圖2-100中的F是避雷器，用于電壓保護。

②高壓電動機降壓啟動的二次電路　現以串聯電抗器為例介紹高壓電動機降壓啟動的一款實際應用電路。因為該電路中的電動機有正反轉啟動要求，所以首先簡要介紹一下一次電路。

圖2-101是串聯電抗器降壓啟動的一次電路圖。這臺10kV電動機要求允許正反轉，因此使用了兩只隔離開關QS1和QS2，兩只隔離開關各自合閘時實際上改變了電動機電源的相序，因此可以實現電動機的正反轉。但是，這兩只隔離開關絕對不允許同時合閘，否則會引起電源短路，對此，啟動柜采取機械閉鎖和電氣閉鎖的雙重防范措施來保證系統的安全運行。電動機啟動時，選擇一只隔離開關合閘，另一只隔離開關分閘，然后使真空斷路器QF合閘，這時電動機經電抗器L降壓啟動，待電動機達到一定轉速時，真空接觸器KM合閘，短路電抗器，電動機進入全壓運行狀態并繼續加速，當達到額定轉速時，啟動過程結束。

圖2-102是高壓電動機串聯電抗器啟動的二次電路。操作電源受萬能轉換開關1SA控制。電動機的啟動與停止經操作萬能轉換開關2SA來實現。2SA開關觸點的分合順序可參見表2-44。

這臺電動機啟動柜選用了彈簧儲能式操作機構。電動機啟動時，首先根據電動機旋轉方向的要求，選擇合上一只隔離開關，同時確認另一只隔離開關處在未合閘狀態（參見圖2-101）。操作開關1SA，接通控制回路電源。這時斷路器必然處在“跳閘后”狀態，結合表2-44可知，這時開關2SA的觸點10、11閉合，跳閘指示燈綠燈HG點亮（見圖2-102）。之后按住儲能按鈕SB使儲能電動機M旋轉，儲能彈簧開始儲能，十幾秒鐘儲能完成后，操作機構內的行程開關S-1接通，這個觸點串聯在合閘線圈回路中，作為合閘線圈合閘動作的允許條件，即必須在彈簧儲能后才允許給合閘線圈通電；行程開關常閉觸點S-2斷開，自動切斷儲能電動機的供電回路，儲能電動機停止運轉，這時松開儲能按鈕；行程開關S-3接通，“彈簧已儲能”指示燈HW點亮。

儲能結束將開關2SA順時針旋轉90°，使其從“跳閘后”狀態進入“預備合閘”狀態，這時開關2SA的觸點9、10接通（參見表2-44），綠色指示燈HG經觸點9、10與閃光小母線“（+）SM”連接，HG的另一端經斷路器的常閉輔助觸點QF-1以及合閘線圈YC與“KM-”母線接通，因此指示燈HG開始閃動，提示合閘回路正常，可以繼續操作。接著將開關2SA再順時針旋轉45°，使其進入“合閘”狀態，這時開關2SA的觸點5、8接通（參見表2-44），合閘線圈YC得電動作，觸發已儲能的彈簧使其能量釋放，斷路器合閘，電動機得電開始經電抗器降壓啟動。開關2SA在斷路器合閘后，自復位到“合閘后”狀態，觸點13、16接通（參見表2-44），啟動指示燈HY經該觸點、真空接觸器KM的常閉輔助觸點、合閘后已經閉合的斷路器常開輔助觸點QF-2以及跳閘線圈接通電源而點亮，一方面指示斷路器已經合閘、電動機開始降壓啟動，另一方面提示斷路器跳閘線圈回路完好。這時雖然跳閘線圈YR流過啟動指示燈HY的工作電流，但由于該電流較小，不足以使跳閘線圈YR實施跳閘動作。

斷路器合閘后，其常開輔助觸點QF-3閉合，接通時間繼電器KT線圈的電源，KT開始延時動作。時間繼電器KT的延時時間結束，其延時觸點KT閉合，使得中間繼電器KA的線圈得電，中間繼電器的常開觸點KA閉合，接通真空接觸器KM的線圈電源，KM吸合動作后，其主觸點將電抗器從啟動電路中短路切除，高壓電動機開始全壓加速運行。待電動機達到額定轉速時，啟動過程完成。真空接觸器KM吸合動作后，它的常閉輔助觸點斷開，啟動指示燈HY熄滅，常開輔助觸點閉合，運行指示燈HR點亮，指示電動機進入全壓運行狀態。指示燈HG和HR還具有監視熔斷器FU1和FU2是否完好的功能。

圖2-102中的隔離開關輔助觸點QS1-1和QS2-1并聯后，串聯在斷路器的合閘線圈回路中，可以保證只有隔離開關合閘后才能使斷路器合閘。防止先合斷路器、后合隔離開關的錯誤操作發生。輔助觸點QS1-2和QS2-2串聯后，并聯在跳閘線圈的回路中，可以保證萬一兩臺隔離開關同時斷開的情況下，斷路器必然跳閘。

若欲停止高壓電動機的運行，可操作開關2SA使其手柄逆時針旋轉90°，開關手柄從“合閘后”狀態轉換至“預備跳閘”狀態，這時開關2SA的觸點13、16斷開，紅色指示燈HR的常亮狀態結束；13、14接通，（參見表2-44），紅色指示燈HR經真空接觸器的常開輔助觸點KM-2以及2SA的觸點13、14，與閃光小母線“（+）SM”連接，HR的另一端經斷路器的常開輔助觸點QF-2以及跳閘線圈YR與“KM-”母線接通，因此指示燈HR開始閃動，提示跳閘回路正常，可以繼續操作。接著繼續逆時針旋轉2SA開關手柄45°使達到“跳閘”位置，這時觸點6、7接通，跳閘線圈YR經過已經閉合的斷路器常開輔助觸點QF-2得到額定電壓，從而使斷路器立即跳閘。開關2SA在“跳閘”以后，自復位到“跳閘后”狀態，觸點10、11接通（參見表2-44），跳閘綠色指示燈HG經該觸點、跳閘后已經閉合的斷路器常閉輔助觸點QF-1以及合閘線圈YC接通電源而點亮，一方面指示斷路器已經跳閘，電動機已經停止運行，另一方面提示斷路器合閘線圈回路完好。這時綠色指示燈HG的工作電流不足以使合閘線圈YC動作。斷路器跳閘后，時間繼電器KT、中間繼電器KA以及真空接觸器KM的線圈相繼斷電，其觸點均有相應動作。至此。停機過程全部結束。

降壓啟動電路中的電流測量與圖2-98右上側的電流測量電路相同。過電流與短路保護可參見圖2-50，出現電流故障時，通過彈簧儲能操作機構實施保護，此處不贅述。

2.3.12　同步電動機的啟動控制

（1）同步電動機簡介

同步電動機由直流供電的勵磁磁場與電樞的旋轉磁場相互作用而產生轉矩，常用于恒速大功率拖動的場合，例如用來驅動大型空氣壓縮機、球磨機、鼓風機、水泵和軋鋼機等。

同步電動機的轉子旋轉速度與定子繞組所產生的旋轉磁場的速度是一樣的，所以稱為同步電動機。

同步電動機僅在同步轉速下才能產生平均的轉矩。如在啟動時將定子繞組接入電網且轉子繞組同時加入直流勵磁，則定子旋轉磁場立即以同步轉速旋轉，而轉子磁場因轉子有慣性而暫時靜止不動，此時所產生的電磁轉矩將正負交變而其平均值為零，故同步電動機不能帶勵啟動。同步電動機的啟動通常采用異步啟動法，或變頻啟動法等。

同步電動機不帶任何機械負荷空載運行時，調節電動機的勵磁電流可使電動機向電網發出容性或感性的無功功率，用以維持電網電壓的穩定和改善電力系統功率因數。運行在上述狀態的同步電動機稱為同步調相機，而維持電動機空轉和補償各種損耗的功率則須由電力系統提供?！?/p>

（2）同步電動機常用啟動方法

①異步啟動法　同步電動機在轉子磁極上裝有啟動繞組，當同步電動機定子繞組通入電源時，由于啟動繞組的作用，轉子產生轉矩，電動機旋轉起來（與異步電動機類似）。當同步電動機加速到亞同步轉速，在轉子的勵磁繞組中通入勵磁電流，依靠同步電機定、轉子磁場的吸引力而產生電磁轉矩，把轉子牽入同步。

同步電動機投入勵磁前的異步啟動期間，勵磁繞組不能開路，否則勵磁繞組會感應出很高的電動勢，破壞勵磁繞組的絕緣；也不能短路，短路后，在勵磁繞組中產生較大的電流。勵磁繞組在啟動時應串接一定阻值（通常為轉子繞組電阻值的5～10倍）的電阻后可靠閉合，而轉子的轉速接近定子磁場旋轉速度的95%時，將所串聯的電阻去除，通上直流勵磁電流，完成啟動。

同步電動機在異步啟動時，可以在額定電壓下啟動，即全壓啟動；也可以降壓（例如采用串聯電抗器等方法）啟動。對于啟動次數少或容量不大的同步電動機，可以全壓啟動，如圖2-103所示。但全壓啟動電流較大，一般為額定電流的6～7倍或更大，對電網和同步電動機的沖擊都很大，因此對于電動機容量較大或電網容量相對較小的場合，應采用降壓啟動。圖2-104是同步電動機降壓啟動電路的示意圖。同步電動機降壓啟動時，隔離開關QS和斷路器QF1先期合閘，電動機經電抗器L降壓啟動，適當延時后斷路器QF2合閘，將電抗器L短路，電動機進入全壓運行狀態。

同步電動機全壓啟動和降壓啟動的基本工作原理與本章前幾節介紹的異步電動機啟動方式類似，詳細分析可參考這部分內容。

②變頻啟動法　變頻啟動近幾年也得到廣泛的應用，啟動時，先在轉子繞組中通入直流勵磁電流，利用變頻器逐步升高加在定子上的電源頻率f，使轉子磁極在開始啟動時就與旋轉磁場建立起穩定的磁場吸引力而同步旋轉，在啟動過程中頻率與轉速同步增加，定子頻率達到額定值后，轉子的旋轉速度也達到額定的轉速，啟動完成。