正反转星三角启动控制电路原理分析及故障维修

一位相邻企业的电工求助维修一台电动机启动装置，到达现场后，这位电工介绍情况说，电动机以前运行一直正常，近期发现按压启动按钮后，能启动运转，但时间不长就自己停下来了。这台电动机的启动柜上有正转启动按钮和反转起动按钮，无论用什么转向的启动按钮启动，效果都是如此。他自己已经尝试维修了一整天未能修复，无奈才来求助。

一、初步判断

这台电动机的启动柜的前面板如图1所示，由图1可见，启动柜配置有1只电压表；3只指示灯，分别是绿灯HG；黄灯HY和红灯HR。其中，绿灯HG是停机指示灯，它点亮则提示电动机未运行；红灯HR是运行指示灯，它点亮提示电动机当前已完成启动过程并进入正常运行状态；黄灯HY点亮表示电动机处于启动状态，启动过程正在进行。

启动柜前面板上有4只按钮，包括停止按钮SB1，电动机在运行状态时操作该按钮，电动机由运行状态转变为停机状态。SB2和SB3分别是正转启动和反转起动按钮，说明这台电动机可以正反两个方向运转。SB4是三角运行按钮，说明这台电动机采用星三角启动控制电路。按钮SB4的作用，一种可能是，电动机在星形启动时，通过按压SB4使电动机转换为三角运行状态；另一种可能是，电动机启动控制电路中已经含有星三角转换的的时间继电器，但有时电动机处于轻负荷启动时，时间继电器设置的时间较长，可以操作按钮SB4，使电动机较早结束星形启动过程，以提高生产效率。经过检查线路，该启动装置属于后一种情况。

通过以上观察、分析和初步判断，可以确定这台电动机使用的是正反转运行的星三角启动控制电路，于是准备开始打开启动柜对内部电路进行检查维修。这时企业电工提议，让把这台启动柜的电路图给测绘出来，这样，它可对照电路图，结合跟随维修过程而有所提高。于是，客随主便，下了一些功夫，绘制出了启动柜的电路图，如图2所示。

二、正反转星三角启动控制电路原理分析

根据图2所示的电路，首先分析一下其工作原理，供感兴趣的朋友参考。这台电动机启动装置可以使电动机正转星三角启动，也可实现反转的星三角启动。正转启动时点按正转启动按钮SB2，反转启动时点按反转启动按钮SB3，之后，在时间继电器的作用下，即可完成启动过程。星三角启动也写成Ｙ-△启动。所谓Ｙ-△启动，是指启动时电动机绕组接成星形，启动结束进入运行状态后电动机绕组接成三角形。这种启动方式只适用于定子绕组在正常工作时为三角形接法的三相异步电动机。

Ｙ-△启动方式可使每相定子绕组承受的电压在起动时降低到电源电压的1/（57.7%），定子绕组接成星形时的启动电流是接成三角形时的1/3。由于启动电流的减小，启动转矩也同时减小到直接启动时的1/3，所以这种启动方式只能工作在空载或轻载启动的场合。例如轴流风机应将出风阀门打开，离心水泵应将出水阀门关闭，使设备处于轻载状态，才能使用这种启动方式。图2中左边是电动机Ｙ-△启动的一次电路图，U1-U2、V2-V2、W1-W2是电动机M的三相绕组。如果将U2、V2和W2在接线盒内短接，则电动机被接成星形；如果将U1和W2、V1和U2、W1和V2分别短接，则电动机被接成三角形。图2右边的二次电路可控制图2左边的一次元件实现电动机的Ｙ-△启动。现在分析Ｙ-△启动电路的工作过程。按下正转启动按钮SB2（需要反转启动时则按以下SB3），接触器KM1的线圈得电，在其主触点闭合的同时，辅助常开触点KM1-3闭合，使得接触器KM3和时间继电器KT的线圈同时得电，KM3的主触点闭合，将电动机的三相绕组接成星形；KM1主触点闭合，给电动机接通电源，电动机开始星形启动。KM1的辅助常开触点KM1-1闭合使电路维持在启动状态。待电动机转速接近额定转速时，时间继电器KT延时时间到，其延时断开的常闭（动断）触点KT1-1断开，接触器KM3线圈失电，主触点断开，电动机绕组退出星形连接状态；时间继电器KT的延时闭合的常开（动合）触点KT1-2闭合，接触器KM4线圈得电工作，其主触点闭合，使电动机进入三角运行状态。之后KM4的辅助常闭触点KM4-3断开，时间继电器线圈断电退出运行。至此，只有接触器KM1和KM4线圈带电，使电动机维持在三角形运行状态，正转运行的启动过程结束。如果欲使电动机反转运行，则开始时点按反转启动按钮SB3，启动过程结束后持续工作的是接触器KM2和KM4。启动过程不再赘述。如果电动机在某次启动时负载较轻，电动机转速较快接近额定转速，也可点按前面板上的“三角运行”按钮SB4，使电动机提前进入三角形运行状态。

这里时间继电器KT的延时时间应根据电动机功率的大小、负载的轻重等因素进行调整，其时间长短应与电动机启动后转速达到接近额定转速的时长相接近。一般在5～15秒之间。图2电路中，电动机正转启动控制电路与反转启动控制电路使用了双重互锁的保护电路措施，一是按钮互锁，即正转启动按钮SB2的常闭触点串联在反转接触器KM2的线圈回路中，反转启动按钮SB3的常闭触点串联在正转接触器KM1的线圈回路中；二是将接触器的辅助常闭触点串联在对方的接触器线圈回路中。双重互锁的保护措施大大提高了运行的安全性。按一下停止按钮SB1，或电动机出现异常过电流使热继电器FR动作，电动机均会停止运行。电动机停运时绿灯HG点亮；起动过程中黄灯HY点亮；运行过程则红灯HR点亮。电压表PV用于电动机运行电压的测量。热继电器的调整，应根据负载轻重和运行电流的大小，在热态（热继电器接入电路，并经过起动电流和运行电流的预热）实地进行。观察电流表的读数，按照读数的1.05～1.1倍整定其电流动作钮。电动机出现1.1倍的异常电流时，热继电器会在20分钟内动作。如果电动机运行电流是随负载不断变化的，则整定值可按较大电流值计算选取，但最大不能超过电动机额定电流的1.1倍。

三、故障维修

电动机的运行管理人员报称，电动机刚启动时，启动过程中的逐渐加速正常，但不能转换成三角形运行就停了下来，按压停止按钮SB1后再按启动按钮，机器还是启动不久后停下来，不能稳定的持续运行。这台电动机启动柜有两种Ｙ-△转换方法，一是通过时间继电器KT的延时触点控制，二是通过星三角切换按钮SB4控制。电动机的运行管理人员平时习惯于由时间继电器自动切换，甚至遗忘了还可以使用按钮切换。现在现场测试，在按压正转启动按钮后12秒（时间继电器设定的延时时间为15秒）时按压切换按钮SB4，电动机能顺利转换为三角形运行状态，这就证明故障出现在时间继电器或其相关电路。将启动柜中的隔离开关QS拉开断电，拆下时间继电器KT，给其线圈通电，通过观察和用万用表测量，发现时间继电器的延时闭合的常开触点KT1-2在延时结束时不能良好接通。新购一只相同型号规格的时间继电器更换后，通电开机试验，故障排除，电动机恢复正常运行。
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