A:
星三角降壓啟動需要三個接觸器,一個主電路接觸器,一個星啟動接觸器,一個三角形運行接觸器。最好用時間繼電器控制延時,另外主電路接觸器要加熱過載繼電器用來保護電機。星三角降壓啟動只適用于正常運行為三角形接線的電機。
首先我們看下電機的內部繞組,三相異步電機內部有三個繞組,有星和三角形兩種接法。
星型就是三個繞組的尾端連到一起,三角形是三個繞組首尾連接。
接線的時候要把這三個連接片去掉。
注意看主線部分的接線,最好用黃綠紅三色線。
從上圖我們可以看出,剛開始1號接觸器和3號接觸器同時吸合,由于三號接觸器上端是短接到一起的,三個點接為一點,這一個點連接電機的W2,U2,V2,正好是星型接法,這個點叫中性點。星型啟動降低了電壓,減小了電流,電機啟動很輕松。當啟動以后,3號接觸器斷開,2號接觸器吸合,1號是主電源接觸器,一直保持吸合狀態。1號接觸器和2號接觸器吸合以后,電機的三個繞組就成了三角形接法,電機就可以全電壓正常運行。
下面我們看下完整的接線:
這個就是完整的接線。
熱過載繼電器和主電源接觸器連接,三相相序相同,上圖黃綠紅為主線部分,黑色線為二次線控制線部分。
做星三角啟動的電機有兩個重要的特性:星型啟動電流和啟動轉矩均變成額定電流的三分之一。
熱過載繼電器和主電源接觸器連接,三相相序相同,上圖黃綠紅為主線部分,黑色線為二次線控制線部分。
做星三角啟動的電機有兩個重要的特性:星型啟動電流和啟動轉矩均變成額定電流的三分之一。
可以看出啟動時電流很小。
因此星三角啟動適用于對電動機啟動力矩無嚴格要求但又要限制啟動電流的條件。
所以不能一概而論以電機功率的大小來確定是否采用星三角啟動,如果啟動時負載過重,由于啟動轉矩降為額定轉矩的三分之一,有可能會帶不動電機,一般在啟動時負載輕,運行時負載重的情況下采用星三角啟動。如果電機啟動電流過大,會造成電網電壓波動,這種情況下也要用星三角啟動。
下圖注意看時間繼電器的接線:
因此星三角啟動適用于對電動機啟動力矩無嚴格要求但又要限制啟動電流的條件。
所以不能一概而論以電機功率的大小來確定是否采用星三角啟動,如果啟動時負載過重,由于啟動轉矩降為額定轉矩的三分之一,有可能會帶不動電機,一般在啟動時負載輕,運行時負載重的情況下采用星三角啟動。如果電機啟動電流過大,會造成電網電壓波動,這種情況下也要用星三角啟動。
注意時間繼電器的接線,講的很簡單。
B:
要想弄清楚這些問題,我們首先要復習一下一些電工基礎理論。
請看下圖,我們先了解一下不同連接方式中三相負載電路的相電壓與線電壓、相電流與相電流之間的關系。
從圖中我們知道,如果以目前我國大量使用的三相四線制低壓(TN)供電系統(即所謂的市電)來說,當負載不變,星形接法時加在負載兩端的相電壓是線電壓的根號3分之一;而角形接法時加在負載兩端的相電壓等于線電壓。
同一個負載,星形接法時流過負載的相電流電流等于線電流;而角形接法時流過負載的相電流則為線電流的根號3分之一(注意理解這里的表述方法與下圖表述方法的區別,別思維混亂了,因為兩者的意思是一樣的,僅是表述方法不同)。
接下來再復習一下基爾霍夫節點電流定律,請看下圖。從圖中我們知道,流過任何一個節點的電流,總是恒等于從該節點流出的電流[也可以說各分支路電流的代數和(交流電為矢量和)等于0],也就是說,電流不會在節點中積累。
我們再看看常見的三相鼠籠式異步電動機內部繞組的星形連接和角形連接,請看下圖。這是標準的連接方式,作為一個合格的電工作業人員必須要掌握的基本知識之一,理解它們的原理以后,在今后的生產實踐中我們就可以靈活地應用和維護我們的設備,使設備更好的為生產服務。
接下來就要開始對星/三角降壓啟動電路進行分析,請看下面的圖。圖中左邊第一個主控制電路是標準的星/三角降壓啟動主控制電路,是一個通用電路。而左側和下側的輔助控制電路中,第一個是傳統的標準的通用輔助控制電路;第二、第三個是現在社會上流傳的輔助控制電路之一;第四個是我對電路進行標準化整理后的輔助控制電路;第五個是經過我標準化整理后的輔助控制電路。
注意:所謂的標準化整理是按相關標準規定重新繪畫,并不是完全徹底地按標準要求繪畫,這樣工作量太大,而且用于討論就沒有必要,只要大家看得懂就行了,請理解。
我們首先看標準的星/三角降壓啟動主控制電路,當KMY閉合后就構成星形降壓啟動。根據前面開始的相電壓、線電壓、相電流、線電流之間關系的理論和節點電流定律的理論論述,我們知道KMY構成的星點(可以稱為零點或中性點),會有電流通過KMY的主觸點流入由導線構成的星點,而且流入星點的電流等于線電流。
由于三角形連接的負載(這里指電動機的三相繞組)中,每相負載兩端承受的電壓是線電壓(即380V),即相電壓等于線電壓。
當我們改成星形連接后(負載與輸入電壓不變),每相負載兩端承受的電壓是原電壓的根號3分之一(即220V),那么流過每相負載的電流僅是原(角形連接)電流的1/3,這就是降壓啟動的原理。
由于星形連接的相電流等于線電流,也就是說,流過KM(主接觸器)主觸點的電流與流過KMY(封星接觸器)主觸點的電流是相同的。因此,不管是否同步閉合或分斷,兩個接觸器主觸點所產生的弧光都是一樣的,不存在兩者同步閉合時產生的弧光會比不同步閉合時所產生的弧光大的說法。
因此,只要正確選擇(選型)和使用合格的接觸器,正常情況下不會出現接觸器動作時因弧光造成觸點嚴重燒蝕或粘連的可能。
但是,在生產實踐中,通常設計是KMY先于KM閉合,這樣做的目的是延長KMY觸點的使用壽命,降低運行成本。原理是KM是按角形運行電流選擇的,而KMY是按星形連接電流選擇的,如果KMY先于KM閉合,就不會有啟動弧光產生(星/角轉換分斷時仍然會有的),這樣啟動時的弧光由比KMY參數規格高的KM來承受,總比由低規格參數的KMY來承受好得多。
如果設計時把KMY在星/角轉換時先斷開KM后再斷開KMY最好(因為分斷時的弧光比閉合時的弧光要大得多),但這樣會造成輔助控制電路結構復雜化和經濟成本增加,有時反而得不償失。
再看KM△角形連接接觸器。由于角形連接時流過KM△主觸點的電流是相電流,等于線電流的根號3分之一,一般來說為了安全可靠,是按線電流來選擇。這是因為在轉換過程中弧光可能會較大,容易燒蝕接觸器觸點。當然了,如果KM△先于KM閉合,KM△就可以按相電流(線電流的根號3分之一)來選擇,但這樣會使控制電路結構復雜,設備制造成本不但沒有降下來,弄不好還得不償失。
對星/三角降壓啟動主電路的分析總結:只要正確選擇各接觸器的型號規格和合格的產品,正常情況下接觸器觸點的燒蝕問題不應該成為問題,認為KM和KMY同步動作會造成弧光很大的認識是一種誤解。
現實中出現弧光很大的原因很多,但主要的是星/角轉換時間的設置不妥當,又或者負載過重,啟動時間不足過早轉換造成的;有些是電動機本身質量問題或者平常維護不夠,運行電流變大造成的;還有些是電動機帶病運行或者設計不合理致使電動機長期過載運行造成的,當然也不排除設計或者維修過程中選用的接觸器型號、規格、質量不符合要求造成的。
另外也請大家注意,星/三角降壓啟動是有一定的適用范圍的,并不是一定就比別的降壓啟動方式好。因為星/三角降壓啟動的啟動電流是全壓啟動電流的1/3,所以,啟動力矩也僅為原啟動力矩的1/3,只適用于輕載或者空載的啟動設備上(水泵或空壓機之類設備必須關閉進/出水閥門或放空壓縮空氣罐的空氣再啟動星/三角降壓啟動電機)。
對于重載啟動的設備來說,啟動時間超過30秒以上(特別是超過1分鐘)對電動機和供電線路影響很大(特別是供電變壓器容量不足時更甚)。因此,負載較重(或者功率越大)的電動機,采用其他的啟動方式[如自耦降壓啟動、延邊三角形降壓啟動、定子串聯電抗器(或電阻)降壓啟動、軟啟動器降壓啟動、變頻器變頻啟動等],要根據具體實際情況進行選擇啟動方式。
所以,認為星/三角降壓啟動比其他降壓啟動方式要優秀很多是一種錯誤的認識;認為不論什么設備,只要采用降壓啟動的,都一律采用星/三角降壓啟動方式的更是一種錯誤的選擇方法(星/三角降壓啟動的優點在于結構簡單,體積小)。
下面接著討論星/三角降壓啟動輔助控制電路。輔助控制電路簡稱控制電路,是對被控制的對象按工藝要求進行控制的電路。在上圖的五種控制方式中,除了第四種外,控制方式是大同小異,僅是電路結構不同,第四種控制方式與前三種相反,最后一種是在前三種控制電路中增加了角形轉換接觸器的延時功能。
第一個控制電路是傳統的、標準的控制電路,它是先封星(KMY)后主接觸器(KM)才閉合為主電路供電降壓啟動,啟動完成后轉為角形運行,時間繼電器退出運行。這個電路具有電路結構簡單而又符合安全可靠性運行的特點。
第二和第三個控制電路與第一個控制電路類同,都是先封星后供電降壓啟動,啟動完成后時間繼電器退出運行。區別在于電路結構復雜了一點,增加了一些雙重連鎖觸點,具有比第一個控制電路更加安全可靠的特點。特別是第二個控制電路,觸點使用的最多,雖然安全可靠性增加很多,但維修難度也增加很多。
第四個是設計的電路。對于這個電路,我個人認為不是很合理和完善。雖然增加了雙重連鎖功能,但主接觸器KM先于封星接觸器KMY閉合,封星接觸器KMY經常在弧光下動作,始終比不上先封星后通電降壓啟動好。雖然無傷大雅,但相對于先封星來說,后封星使接觸器KMY的觸點總比先封星的觸點壽命要短得多(多一倍的帶弧光工作)。
時間繼電器KT長期參與運行是該電路的硬傷。我們知道,元器件經常通電參與運行總比不參與運行壽命要短得多,而且耗電也會增多。俗話說“多個香爐就多個鬼”,你時間繼電器KT長期參與運行,說不定什么時候給你在運行中出故障,影響了設備的使用效率,增加運行和維修成本。
第五個是提供的電路。雖然在運行動作上與前面三個類同,具有先封星后通電和時間繼電器不參與運行功能,但利用并聯電容C延長角接接觸器KM△的閉合有點畫蛇添足——多余。而且該延時功能僅在直流供電的控制電路才起作用,在交流電路中反而沒有作用,甚至是一個多余而累贅的東西。不知什么時候給你擊穿或者漏電了造成故障。要知道,直流電路中電感的反向峰值電壓是額定電壓的四至五倍以上。
審核編輯:郭婷
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原文標題:電機繞組星三角之爭
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