660V電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)控制電路的特點(diǎn)及工作原理

660V電動(dòng)機(jī)在一些大中型企業(yè)、工礦企業(yè)中有較多應(yīng)用，其功率一般在幾百千瓦或以上。根據(jù)我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，低壓電動(dòng)機(jī)除了額定電壓380V以外，還有660V和1140V等電壓規(guī)格。這些較高電壓等級(jí)的電動(dòng)機(jī)，與相同功率的380V電動(dòng)機(jī)相比，額定電流相對(duì)較小，這對(duì)減小配電線路的導(dǎo)線截面積、優(yōu)化電動(dòng)機(jī)的制造工藝會(huì)有好處。
380V、660V和1140V這幾個(gè)電壓等級(jí)并不是隨意確定的，它們與相鄰的電壓等級(jí)有一個(gè)固定的數(shù)學(xué)比值，這個(gè)比值就是。例如，660V電壓是380V的倍，1140V電壓是660V電壓的倍。當(dāng)然，1140V電壓是380V電壓的3倍。這樣的一種電壓比值關(guān)系，可以使任何一臺(tái)電動(dòng)機(jī)都能工作在兩種相鄰的電源電壓上。例如，我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，380V的電動(dòng)機(jī)，其定子繞組均為三角形接法。若將這臺(tái)電動(dòng)機(jī)改接成星形接法，就可應(yīng)用在660V的電源系統(tǒng)中。顯而易見(jiàn)，這就擴(kuò)大了電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用靈活性。
這種一機(jī)兩用的應(yīng)用模式，其工作原理可如圖1和圖2所示。其中圖1是將電動(dòng)機(jī)繞組接成三角形，每相繞組（U1-U2，V1-V2，W1-W2）承受的的是線電壓即380V。而在圖2中，將相同一臺(tái)電動(dòng)機(jī)改接成星形接法，這樣每一相繞組承受的工作電壓依然為380V，但這個(gè)380V電壓卻是星形接法電動(dòng)機(jī)的相電壓，要讓電動(dòng)機(jī)能夠正常工作，電源電壓則應(yīng)為380V相電壓的倍即660V。

根據(jù)以上分析，只要將電動(dòng)機(jī)繞組的接線方法給以改變，就能使一臺(tái)電動(dòng)機(jī)即可使用380V的工作電源，也可使用660V工作電源。
對(duì)于額定電壓為1140V的電動(dòng)機(jī)，其繞組接線應(yīng)是星形接法，若欲使用660V的電源電壓，只須將電動(dòng)機(jī)繞組改接成三角形接法即可。
對(duì)于額定電壓更高的電動(dòng)機(jī)，例如3kV（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中不推薦使用3kV電壓等級(jí)）、6kV和10kV的電動(dòng)機(jī)，則屬于高壓電動(dòng)機(jī)的范疇啦。
一、660V電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)控制電路的特點(diǎn)
660V電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)控制電路使用主觸點(diǎn)額定工作電壓690V的交流接觸器或真空接觸器作為主控開(kāi)關(guān)，而盡管主觸點(diǎn)額定工作電壓可以達(dá)到690V，但其線圈的額定電壓一般為380V或220V，為此，須將660V的電源電壓通過(guò)控制變壓器將其降低為與接觸器線圈電壓相一致的電壓值。另外，660V的電動(dòng)機(jī)通常功率較大，在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)揮的作用相對(duì)較重要，因此，對(duì)電動(dòng)機(jī)須設(shè)置較完備的保護(hù)，包括過(guò)電壓、欠電壓、斷相和相序異常、過(guò)載、溫升過(guò)大等保護(hù)。實(shí)現(xiàn)這些保護(hù)，需檢測(cè)三相電壓，所以使用兩臺(tái)控制變壓器進(jìn)行電壓變換。這些特點(diǎn)都是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行操作人員以及維修人員應(yīng)該熟悉掌握的電路知識(shí)。
二、660V電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)控制電路的工作原理
1. 電路

660V電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)控制電路的 電路如圖3所示。圖中L1、L2和L3是660V電動(dòng)機(jī)工作電源；QS是隔離開(kāi)關(guān)；三只熔斷器FU用于電動(dòng)機(jī)或電路的短路保護(hù)；自耦變壓器T提供降壓?jiǎn)?dòng)的較低電壓，可能是電源電壓的65%或80%；熱繼電器用于電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)；電流互感器TAU、TAV、TAW用于電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流與運(yùn)行電流的測(cè)量；交流接觸器KM1、KM2和KM3在二次控制電路的控制下，相互配合完成自耦降壓的啟動(dòng)過(guò)程。
電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，首先使接觸器KM3的主觸點(diǎn)閉合，使自耦變壓器呈星形接法，然后接觸器KM2合閘，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始降壓?jiǎn)?dòng)，待電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速上升至接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，斷開(kāi)接觸器KM3和KM2，合上接觸器KM1，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束，進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。
2.二次控制電路
660V電動(dòng)機(jī)的二次控制電路見(jiàn)圖4。

圖4中的控制電源L11、L12、L13與 電路使用相同的一個(gè)電源，它的電路接入點(diǎn)可參見(jiàn)圖3，在交流接觸器KM1的主接點(diǎn)與熔斷器FU之間。
二次控制電路使用了FU1～FU5共5只熔斷器；T1和T2是2臺(tái)控制變壓器，變壓比是660V/380V；它們輸出的380V電壓作用：一是作為二次控制電路的控制電源，二是給電動(dòng)機(jī)保護(hù)器XJ提供電壓信號(hào)；這里使用的電動(dòng)機(jī)保護(hù)器XJ具有功能完善的電壓保護(hù)功能，這些功能包括過(guò)電壓、欠電壓、缺相和相序異常等保護(hù)。變壓器T1的容量是500VA，它要給二次電路中的指示燈、中間繼電器、時(shí)間繼電器和交流接觸器的驅(qū)動(dòng)部件（線圈）供電，所以功率較大；T2的容量是50VA，它僅向電動(dòng)機(jī)保護(hù)器XJ提供工作電源與電壓信號(hào)，所以其功率相對(duì)較小。
電路工作時(shí)，如果電源電壓正常，而且相序正確，電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的常開(kāi)觸點(diǎn)XJ-1閉合，中間繼電器KA1線圈得電，其動(dòng)合觸點(diǎn)KA1-1閉合，二次電路可以正常工作。如果電源電壓偏高、過(guò)低，或相序錯(cuò)誤，電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的常開(kāi)觸點(diǎn)XJ-1斷開(kāi)，中間繼電器KA1線圈失電，其常開(kāi)觸點(diǎn)KA1-1斷開(kāi)，則所有交流接觸器線圈斷電并退出運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的電壓保護(hù)。
圖4控制電路中有一個(gè)“手動(dòng)-自動(dòng)”切換開(kāi)關(guān)，它的作用是，在電動(dòng)機(jī)自耦降壓?jiǎn)?dòng)過(guò)程中，可以選擇由時(shí)間繼電器KT實(shí)現(xiàn)降壓?jiǎn)?dòng)與全壓運(yùn)行的切換，也可選擇使用按鈕SB3進(jìn)行手動(dòng)切換。這個(gè)“手動(dòng)-自動(dòng)”切換開(kāi)關(guān)共有三個(gè)檔位，當(dāng)將其旋轉(zhuǎn)至自動(dòng)檔時(shí)，觸點(diǎn)3和4接通（與自動(dòng)檔對(duì)應(yīng)的虛線上有個(gè)小黑點(diǎn)），時(shí)間繼電器KT線圈得電，延時(shí)時(shí)間到達(dá)時(shí)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)切換；當(dāng)將其旋轉(zhuǎn)至手動(dòng)檔時(shí)，觸點(diǎn)5和6接通（與手動(dòng)檔對(duì)應(yīng)的虛線上有個(gè)小黑點(diǎn)），這時(shí)可通過(guò)操作按鈕SB3實(shí)現(xiàn)切換。
SB1和SB2分別是啟動(dòng)柜上的停止與啟動(dòng)按鈕；按下啟動(dòng)按鈕SB2，交流接觸器KM3線圈得電動(dòng)作，其主觸點(diǎn)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(diǎn)KM3-1使接觸器KM2的線圈和時(shí)間繼電器KT的線圈得電（“手動(dòng)-自動(dòng)”切換開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)至自動(dòng)檔位）進(jìn)入工作狀態(tài)，并由輔助觸點(diǎn)KM2-3自保持。接觸器KM2的主觸點(diǎn)接通自耦變壓器T的三相電源，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始降壓?jiǎn)?dòng)過(guò)程。時(shí)間繼電器KT的延時(shí)時(shí)間應(yīng)根據(jù)負(fù)載等情況調(diào)整為8～20秒，延時(shí)結(jié)束后，其延時(shí)動(dòng)合觸點(diǎn)KT-1閉合，這將依次出現(xiàn)以下動(dòng)作：1.中間繼電器KA2線圈得電動(dòng)作，觸點(diǎn)KA2-2進(jìn)行自保持；它的動(dòng)斷觸點(diǎn)KA2-1切斷接觸器KM2的線圈電源，KM2的動(dòng)合觸點(diǎn)2-3斷開(kāi)，KM3線圈失電釋放，變壓器T的星中點(diǎn)打開(kāi)；KM3的輔助動(dòng)斷觸點(diǎn)KM3-2復(fù)位閉合，為接觸器KM1吸合作好準(zhǔn)備。2.中間繼電器KA2的動(dòng)合觸點(diǎn)K2-3閉合，接觸器KM1線圈得電動(dòng)作，主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)由啟動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為全壓運(yùn)行狀態(tài)；3.接觸器KM1的動(dòng)斷觸點(diǎn)KM1-3斷開(kāi)，使中間繼電器KA2線圈并退出運(yùn)行。至此，交流接觸器KM2、KM3、時(shí)間繼電器KT、中間繼電器KA2的線圈全部斷電，電動(dòng)機(jī)完成啟動(dòng)過(guò)程。
若欲對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)狀態(tài)、全壓運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行手動(dòng)切換，可在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)之前將圖4中的“手動(dòng)-自動(dòng)”切換開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)至手動(dòng)檔位，啟動(dòng)過(guò)程中，由操作人員根據(jù)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化，在適當(dāng)時(shí)刻操作切換按鈕SB3，即可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的切換。
圖4中SB1是停止按鈕，按壓之則電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。熱繼電器FR可對(duì)電動(dòng)機(jī)的過(guò)電流等異常進(jìn)行保護(hù)。出現(xiàn)異常時(shí)，其動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，接觸器KM1線圈斷電釋放，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。紅燈HR是運(yùn)行指示燈，黃燈HY是啟動(dòng)指示燈，綠燈HG是停止指示燈。PA1、PA2和PA3是3只電流表，可同時(shí)測(cè)量三相電流。電壓表PV可用來(lái)測(cè)量電源電壓。
以上介紹的是自耦降壓?jiǎn)?dòng)電路的一種典型應(yīng)用，根據(jù)電動(dòng)機(jī)功率大小的不同，電網(wǎng)容量的差異，對(duì)測(cè)量和保護(hù)功能的要求變化，二次控制電路也有很多種派生方案，這些方案之間的主要區(qū)別有：1.功率幾十千瓦以下的小功率電動(dòng)機(jī)，二次電路中可不使用中間繼電器，直接由時(shí)間繼電器的觸點(diǎn)去控制接觸器線圈的通斷電。2.電網(wǎng)供電系統(tǒng)空裕容量不足，電動(dòng)機(jī)負(fù)載較輕，啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)可接自耦變壓器65%的抽頭，用以減小啟動(dòng)電流；否則接80%抽頭。3.短時(shí)間運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，或保護(hù)功能完善的場(chǎng)合，可僅用一只電流表測(cè)量單相電流。4.大功率電動(dòng)機(jī)自耦降壓?jiǎn)?dòng)柜往往裝有手動(dòng)-自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)向“自動(dòng)”檔時(shí)，降壓?jiǎn)?dòng)狀態(tài)與全壓運(yùn)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，由時(shí)間繼電器控制自動(dòng)完成。轉(zhuǎn)向“手動(dòng)”檔時(shí)，狀態(tài)的轉(zhuǎn)換由操作人員根據(jù)啟動(dòng)電流的變化幅度以及電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速上升情況通過(guò)操作按鈕實(shí)現(xiàn)。
三、啟動(dòng)裝置故障維修1例
一臺(tái)額定電壓660V的電動(dòng)機(jī)，使用圖4所示的啟動(dòng)控制電路，啟動(dòng)前將手動(dòng)-自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)選擇在自動(dòng)檔。按壓?jiǎn)?dòng)按鈕SB2后，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始降壓?jiǎn)?dòng)，但是較長(zhǎng)時(shí)間未能切換至全壓運(yùn)行狀態(tài)，還發(fā)現(xiàn)自耦變壓器出現(xiàn)異味和冒煙的異常情況。隨即按壓停機(jī)按鈕SB1。之后將手動(dòng)-自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)選擇在手動(dòng)檔，啟動(dòng)過(guò)程中用按鈕SB3進(jìn)行降壓?jiǎn)?dòng)和全壓運(yùn)行的切換，操作得以成功。
根據(jù)以上異常情況的介紹，分析認(rèn)為故障應(yīng)該在控制切換動(dòng)作的時(shí)間繼電器或相關(guān)電路出現(xiàn)問(wèn)題。于是單刀直入，直接找見(jiàn)時(shí)間繼電器KT，檢查其接線，或者準(zhǔn)備將其更換后再試。但發(fā)現(xiàn)故障的過(guò)程很順利，是時(shí)間繼電器的線圈接線端子螺釘松動(dòng)；將其擰緊后再試，故障得以排除，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程恢復(fù)正常。
我們之所以能較快地排除故障，是基于對(duì)啟動(dòng)控制電路工作原理的充分了解。維修時(shí)根據(jù)故障現(xiàn)象直接查找懷疑的故障電路或元器件。因此，平時(shí)熟悉自己維護(hù)的電氣設(shè)備的工作原理，對(duì)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)的快速維修會(huì)大有裨益。