三相异步电动机Y/降压启动的分析与改进

摘　要：本文分析常见三相异步电动机Y/降压启动电路，从而发现电路中需要考虑的主要问题，通过对主电路和控制电路的改进，从而达到实用、节能、经济、便于教学的目的。

关键词：Y/降压启动　交流接触器　线电流　相电流　节能

一、前言

三相异步电动机在启动过程中，会产生很大的启动电流（通常选额定电流的6倍进行计算）。为了避免电网产生较大的压降，要求启动电流不能太大，同时希望产生足够大的启动转矩。为了降低电压，减小电流，多种降压启动电路也就在我们生产中应运而生。而在众多的降压启动电路中，星形—三角形（Ｙ/）启动是最常用的一种降压启动电路。Ｙ/降压启动电路是指电动机启动时，把定子绕组接成Ｙ形，以降低启动电压，达到减小启动电流的目的。待电动机启动后，再把定子绕组改接成Δ形，使电动机全压运行。但在实习教学和维修过程中，我们发现对形接法的电动机所采用Ｙ/降压启动的不同电路中，尽管各有特点，但还存在着不尽人意的地方。针对上述问题，我们对图1进行分析改进，与改进后的图2进行对比。

二、主电路的分析与改进

图1是Ｙ/降压启动主电路常用的接法，它的启动顺序：首先KM1和KMY闭合，电动机定子绕组三个尾端U2、V2、W2构成Ｙ形连接，电源从定子绕组三个首端通入，即L1－U1、L2－V1、L3－W1；然后当电动机转速达到一定时，由控制电路的时间继电器KT延时动作KMY失电断开KM得电闭合，电动机定子绕组从U1－W2、V1－U2、W1－V2构成形连接，最后电动机进入形状态下运行。从图1中分析可知，此时接触器KM1主触头通过的是电动机的线电流，因此在选用KM1接触器时，KM1主触头必须根据形连接时电动机的线电流来进行选择：KM1应取略大于电动机的额定电流（IN），对KMY、KM我们先做如下的分析后再选择。因为电动机在连接时（设定子绕组阻抗为Z），U线＝U相，则I相＝U相/Z相，而I线＝I相，从而可推出I线＝U相／Z相＝U线／Z相，I线就是电动机的额定电流IN，I相是我们此时选择KM的依据，故KM取IN；电动机Ｙ形连接时的相电流即为线电流（IY相＝IY线），UY相＝U线／，IY线＝IY相=UY相／Z相＝（U线／）／Z相＝U线／（Z相），Ｙ形连接时的线电流是形连接时相电流的、（IY线＝I相=），而形连接时的线电流又是其相电流的倍（I线=I相=U线/Z相），所以有，即在同一线电压下Ｙ形连接时的线电流是形连接时线电流的，此IY线是选择KMY的依据，所以KMY取IN。例如：一台功率P＝51kW的三相异步电动机，额定电流为IN=98A，如果按图1接入电路,则KM1选100A，KMY选32.7A，KM选56.6A。

但是，改用图2所示的主电路后，仅将KM接触器的进线由KM1的出线端相接，改为在KM1的进线端相接，这样KM1和KM两只接触器是并联接入形运行，故电路从Ｙ形向形转换时，KM1承担的电流就不再是线电流，而是比图1减小了的相电流，这也就使KM1的电流选取标准大大降低（实际是降低了成本）。改装后接触器选用原则：KM1与KM均取（）IN，KMY取（1/3）IN。同用以上例子：则KM1选56.6Ａ，KMY选32.7A，KM选56.6A。

图1与图2对比，以及两种情况计算后对接触器的选择原则可知，改进后的主电路当Ｙ形运行转到形运行时，接触器KM1、KM主触头各通过56.6Ａ的相电流，这样就大大改善了接触器的运行状况，降低了接触器的损坏率，且可选小些的交流接触器，使整个电路的体积减小、成本也相应地降低。另外从实习教学中的安装与生产实践的维修角度出发，一是可为学生安装操作带来接线的方便；二是若两图采用同一规格的导线，图2的绝缘耐用度要高于

图1。

三、控制电路的分析与改进

合理地使电动机在Y形或状态下运行。我国的异步电动机容量挡距很大，许多时候我们不得不选择比我们需要的功率大十几甚至几十个千瓦的电动机。而有时机床或其他设备在很多时候又需轻载或空载运行，按上例对电动机定子绕组在Y形和形连接时的有功功率进行计算：形连接时的有功功率等于电动机的额定功率，P=P额=51kW；而在线电压不变时，负载在形连接时的功率为在Y形连接时功率的3倍（《电工基础》），亦即PY=P=17kW。针对这种情况，如果仍让电动机工作在状态下运行，将会浪费大量的电能。如果此时换为Y形运行，则可节约大量的电能。因为在Ｙ形运行时的线电流是形运行时线电流的，换句话说，形运行时的线电流是Ｙ形运行时线电流的3倍，即I线＝3IY线，这时对电能的损耗可想而知。如果此时电动机能由形转换为Ｙ形运行，定子绕组的相电压就降到额定电压值的，电流降为形运行的，虽然其转矩也减小到原来的，但对于许多轻载和一切空载负荷来说已经足够。笔者在教学中将改进后（图2）的控制线路用在生产实践中取得令人满意的效果。那么图2的控制部分与图1的控制部分对比，图2明显多了两个优越性：

第一，图1中KM1和KMY同时得电，这样KMY是在带负载的情况下闭合，接通时会产生较大的启动冲击电流（这时启动电流是根据Y形连接时的6倍进行计算的，而冲击电流要大于Y形连接时的启动电流），从而产生很大的火花现象，这对KMY的主触头是非常不利的，同时考虑Ｙ形转换到形运行时，KMY释放的过程又会产生一次较大的火花现象，这样就会缩短KMY的电气寿命。而图２改成KMY优先于KM1得电，弥补了图1所述的不尽人意之处，也就延长了KMY的电气寿命。

第二，图2在时间继电器KT线圈回路串联了一个主令开关SA，当SA断开时，则电动机只能在Y形状态下运行，此时适用于大机床轻载或空载情况下运行；如遇重载，则合上SA，那么图2的控制电路功能就和通常的Y/控制电路基本一样。虽然，Y/启动控制电路图多种多样，但只要在其时间继电器线圈回路中串联一个主令开关，即可达到Y形运行和形运行的简便切换。

四、改进后电路的效果

对以上Y/改进后的整个电路做现场安装应用的情况看：

第一，因主电路的改装后，KM1选择的原则降低了等级，使元件和导线绝缘的损坏率得到降低，安装体积得于减小；同时给实习教学带来方便，主要是便于学生在模拟板上的安装。

第二，从控制电路上的改装后可知，在应用方面，可实现Y形和形之间的简易切换，达到节能的目的；通过改进后的控制电路图2，可使KMY优先于KM1动作，减少了KMY出现较大火花的次数，也就减小了维修率。

总之，改装后的电路达到实用、节能、维修率降低效果，从而带来经济效益。这种电路上的改进，对于大功率电动机来说，更具有明显的经济性。

（作者单位：广东省高级技工学校）