三相异步电动机控制电路分析

直接在线启动电路的操作

直接在线启动器或 DOL是一种简单的机电系统，设计用于感应电机的开关和保护。

众所周知，电机非常耗电，而这种高功耗是电机绕组吸收电流的结果。因此，电机消耗的电流越高，它消耗的功率就越高，产生的热量也越高。这种热量通常会通过辐射或直接接触传导散发到环境中。但在某些没有适当通风或环境炎热的情况下，电枢绕组可能会因过热而燃烧。

因此需要严密监控电机绕组电流，避免大电流长时间流过。因此，为避免大电流长时间流过，电机通常配备各种类型的保护系统。

通常，驱动大功率负载的三相工业电机需要这些保护系统。而直接在线启动器是一种为三相鼠笼式感应电动机提供过载保护的机构。

直接在线启动器为三相异步电动机提供的主要功能有：

过流保护或短路保护。

过载保护。

隔离电机开关设置。

过流保护或短路保护： DOL 启动器由 MCCB（断路器）和保险丝装置组成，以在发生短路时断开电机与电源的连接。

过载保护： DOL 启动器由一个机电装置组成，如果电机过载或电机消耗的电流超过额定值，它将断开电机与电源的连接。

隔离电机开关设置： 由于大功率电机很危险，因此 DOL 启动器的设计方式允许客户间接打开和关闭电机。

上述三个特性对于工业中使用的中低功率感应电机很重要。所以DOL starters很受欢迎并且被广泛使用。

直接在线启动工作

为避免混淆，我们将拆解原始 DOL 启动器并讨论其每个部分。

我们下面讨论的直接在线启动电路的内部结构只是为了了解工作原理，启动器的原始设计可能会有所不同。

MCCB（塑壳断路器）和 FUSE 部分：

上图显示了塑壳断路器、熔断器和电机之间的电路连接。DOL 启动器的这一部分的基本功能是保护电机免受故障和短路的影响。

此处的 MCCB 将根据电机额定值进行选择，如果连接或电机绕组出现任何故障，该 MCCB 将立即跳闸，将整个系统与主电源线断开。MCCB 通常是整个系统的第一层保护层，如上图所示。为了安全起见，这些也安装在我们的家中。

电路中的保险丝存在于此处以保护电机和其他设备免受短路。如果发生任何短路，这些保险丝会立即熔断并断开电机与电源线的连接。此外，必须准确选择保险丝额定值，以避免在运行期间发生不规则的熔断。这可能发生在电机启动期间出现大量浪涌电流的情况下，因此选择适当额定值的保险丝很重要。

电磁接触器部分：

在上图中，显示了接触器设置的内部结构，它存在于三相直接在线启动器中并连接到感应电动机。

这里三相电源通过三个常开金属触点“C1”、“C2”和“C3”连接到电机。所以在静止条件下，电路中没有电流流动，电机保持关闭状态。同样在此时，“ON BUTTON”将打开并且没有电流流过线圈。

现在，如果我们按下“ON BUTTON”，那么这里的线圈会因为电流而被磁化，如下所示。

由于线圈在这里产生磁场，用弹簧悬挂的金属块将被吸引到线圈上并向它移动。现在金属块在移动，整个接触器装置也将随之移动，如图所示。

由于这种运动，金属触点 C1、C2 和 C3 将使电源线和定子端子之间的开路端子短路，从而启动电机。更简单的说，当按钮被按下后，电机会因为三相接触器的动作而从电源获得动力。同时，随着三相接触器的运动，弹簧会被拉伸，对金属块施加一个力，使其回到初始位置。

瞬时按下ON按钮并松开后，线圈中本应为零的电流仍会流动，因为三相接触器移动到最终位置后，电流将有另一条路径流动。您可以在图中看到为电流流过“SW”金属触点而形成的闭合电路。

因此，只需按一下“ON BUTTON”，三相接触器就会在“SW”金属触点的帮助下自锁，并保持三相电源与电机之间的连接。

现在，要停止电机，我们必须在上面的电路中添加另一个按钮，如下所示。

这里的“OFF BUTTON”将作为静止位置的短路，因此我们上面讨论的电路的操作不会发生变化。但是一旦按下“OFF BUTTON”，电源线和线圈之间形成的回路就会断开，导致流过线圈的电流变为零。现在通过线圈的电流为零，线圈将开始自行消磁，一旦线圈完全失去磁化，三相接触器就会由于拉伸弹簧施加的力而移回其初始位置。显然，既然三相接触器移回静止状态，电机的电源电压就会断开，从而导致转子停止运动。

即使松开停止按钮后，三相接触器仍将保持静止状态，直到再次按下启动按钮使线圈充磁。因此我们可以得出结论，使用此设置，我们可以通过按下一个按钮永远打开电机，并通过按下另一个按钮永远停止电机。

过载保护部分：

过载保护部分的关键部分是图中的G1、G2、G3三个线圈。这三个线圈与三相感应电动机串联，承载与电枢绕组相同的电流。因此，每当电机从电源线获取电力时，这三个绕组就会被磁化。每当它们被磁化时，固定在轴上的金属环就会被线圈吸引。通常，这不会成为问题，但一旦电机过载，它就会变得突出。

因此，为了理解这部分的功能，让我们考虑一下电机在一段时间之前打开并且过载。现在电机负载很重，电枢绕组将从电源吸取大电流，从而间接严重磁化 G1、G2 和 G3 线圈。在这种强磁场的存在下，金属环将克服弹簧的阻力，使其与各自的线圈对齐。一旦金属环移动到最终位置，“OL 触点”也将随之移动以断开“COIL-L”环路。

因此，重载电机的最终结果是电源线和“COIL-L”之间形成的电流环路断开。我们可以在这里看到，这基本上与我们上面提到的按下停止按钮的功能相同。这两种情况的最终结果都是永远关闭电机。

因此，电机过载将导致电源线断开和电机关闭。

直接在线启动控制电路

到现在为止，我们已经研究了这三个部分，每个部分都提供了一个特殊的功能。我们需要将这些部分连接在一起以形成一个 DOL 启动器。

在这里您可以看到 Direct Online Starter 的最终内部结构。

最后的结论是：

MCCB-FUSE部分为电机提供短路和故障保护。

三相接触器设置将提供简单且安全的电机双稳态切换。

OL 接触器设置将保护电机免受过载烧毁。

直接在线启动器的优点

最经济和最便宜的启动器： 在目前用于三相感应电动机的所有启动器中，DOL 启动器是最便宜和最经济的。

操作简单： 启动器只有ON和OFF两个按钮和一个设置过载安全的旋钮，操作简单。

维修方便： 由于起动机内部结构简单，工程师很容易发现故障并排除故障。

由于没有启动保护，固定有 DOL 启动器的电机提供 100% 的启动转矩。

DOL 的尺寸很小，使其紧凑且可靠。

直接在线启动器的缺点

由于没有启动保护，DOL 启动器不限制启动电流。

电机启动期间不必要的高启动扭矩。

仅适用于低端和中等功率电机。

由于没有启动保护，连接电机的电源线在电机启动期间会出现电压骤降。这种电压波动可能会损害使用同一电源供电的其他电气设备。

电机会受到影响电机寿命的热应力。

由于电机启动期间不必要的高启动扭矩，电机上的机械应力会增加。

　　审核编辑：汤梓红