正反轉(zhuǎn)星三角啟動(dòng)控制電路原理分析及故障維修

一位相鄰企業(yè)的電工求助維修一臺(tái)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)裝置，到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，這位電工介紹情況說(shuō)，電動(dòng)機(jī)以前運(yùn)行一直正常，近期發(fā)現(xiàn)按壓?jiǎn)?dòng)按鈕后，能啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，但時(shí)間不長(zhǎng)就自己停下來(lái)了。這臺(tái)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)柜上有正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕和反轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕，無(wú)論用什么轉(zhuǎn)向的啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)，效果都是如此。他自己已經(jīng)嘗試維修了一整天未能修復(fù)，無(wú)奈才來(lái)求助。

一、初步判斷

這臺(tái)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)柜的前面板如圖1所示，由圖1可見(jiàn)，啟動(dòng)柜配置有1只電壓表；3只指示燈，分別是綠燈HG；黃燈HY和紅燈HR。其中，綠燈HG是停機(jī)指示燈，它點(diǎn)亮則提示電動(dòng)機(jī)未運(yùn)行；紅燈HR是運(yùn)行指示燈，它點(diǎn)亮提示電動(dòng)機(jī)當(dāng)前已完成啟動(dòng)過(guò)程并進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)；黃燈HY點(diǎn)亮表示電動(dòng)機(jī)處于啟動(dòng)狀態(tài)，啟動(dòng)過(guò)程正在進(jìn)行。

啟動(dòng)柜前面板上有4只按鈕，包括停止按鈕SB1，電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)操作該按鈕，電動(dòng)機(jī)由運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橥C(jī)狀態(tài)。SB2和SB3分別是正轉(zhuǎn)啟動(dòng)和反轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕，說(shuō)明這臺(tái)電動(dòng)機(jī)可以正反兩個(gè)方向運(yùn)轉(zhuǎn)。SB4是三角運(yùn)行按鈕，說(shuō)明這臺(tái)電動(dòng)機(jī)采用星三角啟動(dòng)控制電路。按鈕SB4的作用，一種可能是，電動(dòng)機(jī)在星形啟動(dòng)時(shí)，通過(guò)按壓SB4使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換為三角運(yùn)行狀態(tài)；另一種可能是，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)控制電路中已經(jīng)含有星三角轉(zhuǎn)換的的時(shí)間繼電器，但有時(shí)電動(dòng)機(jī)處于輕負(fù)荷啟動(dòng)時(shí)，時(shí)間繼電器設(shè)置的時(shí)間較長(zhǎng)，可以操作按鈕SB4，使電動(dòng)機(jī)較早結(jié)束星形啟動(dòng)過(guò)程，以提高生產(chǎn)效率。經(jīng)過(guò)檢查線路，該啟動(dòng)裝置屬于后一種情況。

通過(guò)以上觀察、分析和初步判斷，可以確定這臺(tái)電動(dòng)機(jī)使用的是正反轉(zhuǎn)運(yùn)行的星三角啟動(dòng)控制電路，于是準(zhǔn)備開(kāi)始打開(kāi)啟動(dòng)柜對(duì)內(nèi)部電路進(jìn)行檢查維修。這時(shí)企業(yè)電工提議，讓把這臺(tái)啟動(dòng)柜的電路圖給測(cè)繪出來(lái)，這樣，它可對(duì)照電路圖，結(jié)合跟隨維修過(guò)程而有所提高。于是，客隨主便，下了一些功夫，繪制出了啟動(dòng)柜的電路圖，如圖2所示。

二、正反轉(zhuǎn)星三角啟動(dòng)控制電路原理分析

根據(jù)圖2所示的電路，首先分析一下其工作原理，供感興趣的朋友參考。這臺(tái)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)裝置可以使電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)星三角啟動(dòng)，也可實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)的星三角啟動(dòng)。正轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)點(diǎn)按正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB2，反轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)點(diǎn)按反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB3，之后，在時(shí)間繼電器的作用下，即可完成啟動(dòng)過(guò)程。星三角啟動(dòng)也寫(xiě)成Ｙ-△啟動(dòng)。所謂Ｙ-△啟動(dòng)，是指啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)繞組接成星形，啟動(dòng)結(jié)束進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后電動(dòng)機(jī)繞組接成三角形。這種啟動(dòng)方式只適用于定子繞組在正常工作時(shí)為三角形接法的三相異步電動(dòng)機(jī)。

Ｙ-△啟動(dòng)方式可使每相定子繞組承受的電壓在起動(dòng)時(shí)降低到電源電壓的1/（57.7%），定子繞組接成星形時(shí)的啟動(dòng)電流是接成三角形時(shí)的1/3。由于啟動(dòng)電流的減小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也同時(shí)減小到直接啟動(dòng)時(shí)的1/3，所以這種啟動(dòng)方式只能工作在空載或輕載啟動(dòng)的場(chǎng)合。例如軸流風(fēng)機(jī)應(yīng)將出風(fēng)閥門(mén)打開(kāi)，離心水泵應(yīng)將出水閥門(mén)關(guān)閉，使設(shè)備處于輕載狀態(tài)，才能使用這種啟動(dòng)方式。圖2中左邊是電動(dòng)機(jī)Ｙ-△啟動(dòng)的一次電路圖，U1-U2、V2-V2、W1-W2是電動(dòng)機(jī)M的三相繞組。如果將U2、V2和W2在接線盒內(nèi)短接，則電動(dòng)機(jī)被接成星形；如果將U1和W2、V1和U2、W1和V2分別短接，則電動(dòng)機(jī)被接成三角形。圖2右邊的二次電路可控制圖2左邊的一次元件實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的Ｙ-△啟動(dòng)?，F(xiàn)在分析Ｙ-△啟動(dòng)電路的工作過(guò)程。按下正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB2（需要反轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)則按以下SB3），接觸器KM1的線圈得電，在其主觸點(diǎn)閉合的同時(shí)，輔助常開(kāi)觸點(diǎn)KM1-3閉合，使得接觸器KM3和時(shí)間繼電器KT的線圈同時(shí)得電，KM3的主觸點(diǎn)閉合，將電動(dòng)機(jī)的三相繞組接成星形；KM1主觸點(diǎn)閉合，給電動(dòng)機(jī)接通電源，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始星形啟動(dòng)。KM1的輔助常開(kāi)觸點(diǎn)KM1-1閉合使電路維持在啟動(dòng)狀態(tài)。待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，時(shí)間繼電器KT延時(shí)時(shí)間到，其延時(shí)斷開(kāi)的常閉（動(dòng)斷）觸點(diǎn)KT1-1斷開(kāi)，接觸器KM3線圈失電，主觸點(diǎn)斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)繞組退出星形連接狀態(tài)；時(shí)間繼電器KT的延時(shí)閉合的常開(kāi)（動(dòng)合）觸點(diǎn)KT1-2閉合，接觸器KM4線圈得電工作，其主觸點(diǎn)閉合，使電動(dòng)機(jī)進(jìn)入三角運(yùn)行狀態(tài)。之后KM4的輔助常閉觸點(diǎn)KM4-3斷開(kāi)，時(shí)間繼電器線圈斷電退出運(yùn)行。至此，只有接觸器KM1和KM4線圈帶電，使電動(dòng)機(jī)維持在三角形運(yùn)行狀態(tài)，正轉(zhuǎn)運(yùn)行的啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束。如果欲使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)運(yùn)行，則開(kāi)始時(shí)點(diǎn)按反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB3，啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束后持續(xù)工作的是接觸器KM2和KM4。啟動(dòng)過(guò)程不再贅述。如果電動(dòng)機(jī)在某次啟動(dòng)時(shí)負(fù)載較輕，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較快接近額定轉(zhuǎn)速，也可點(diǎn)按前面板上的“三角運(yùn)行”按鈕SB4，使電動(dòng)機(jī)提前進(jìn)入三角形運(yùn)行狀態(tài)。

這里時(shí)間繼電器KT的延時(shí)時(shí)間應(yīng)根據(jù)電動(dòng)機(jī)功率的大小、負(fù)載的輕重等因素進(jìn)行調(diào)整，其時(shí)間長(zhǎng)短應(yīng)與電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后轉(zhuǎn)速達(dá)到接近額定轉(zhuǎn)速的時(shí)長(zhǎng)相接近。一般在5～15秒之間。圖2電路中，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)啟動(dòng)控制電路與反轉(zhuǎn)啟動(dòng)控制電路使用了雙重互鎖的保護(hù)電路措施，一是按鈕互鎖，即正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB2的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)在反轉(zhuǎn)接觸器KM2的線圈回路中，反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB3的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)在正轉(zhuǎn)接觸器KM1的線圈回路中；二是將接觸器的輔助常閉觸點(diǎn)串聯(lián)在對(duì)方的接觸器線圈回路中。雙重互鎖的保護(hù)措施大大提高了運(yùn)行的安全性。按一下停止按鈕SB1，或電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)異常過(guò)電流使熱繼電器FR動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)均會(huì)停止運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)停運(yùn)時(shí)綠燈HG點(diǎn)亮；起動(dòng)過(guò)程中黃燈HY點(diǎn)亮；運(yùn)行過(guò)程則紅燈HR點(diǎn)亮。電壓表PV用于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電壓的測(cè)量。熱繼電器的調(diào)整，應(yīng)根據(jù)負(fù)載輕重和運(yùn)行電流的大小，在熱態(tài)（熱繼電器接入電路，并經(jīng)過(guò)起動(dòng)電流和運(yùn)行電流的預(yù)熱）實(shí)地進(jìn)行。觀察電流表的讀數(shù)，按照讀數(shù)的1.05～1.1倍整定其電流動(dòng)作鈕。電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)1.1倍的異常電流時(shí)，熱繼電器會(huì)在20分鐘內(nèi)動(dòng)作。如果電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流是隨負(fù)載不斷變化的，則整定值可按較大電流值計(jì)算選取，但最大不能超過(guò)電動(dòng)機(jī)額定電流的1.1倍。

三、故障維修

電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行管理人員報(bào)稱，電動(dòng)機(jī)剛啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)過(guò)程中的逐漸加速正常，但不能轉(zhuǎn)換成三角形運(yùn)行就停了下來(lái)，按壓停止按鈕SB1后再按啟動(dòng)按鈕，機(jī)器還是啟動(dòng)不久后停下來(lái)，不能穩(wěn)定的持續(xù)運(yùn)行。這臺(tái)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)柜有兩種Ｙ-△轉(zhuǎn)換方法，一是通過(guò)時(shí)間繼電器KT的延時(shí)觸點(diǎn)控制，二是通過(guò)星三角切換按鈕SB4控制。電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行管理人員平時(shí)習(xí)慣于由時(shí)間繼電器自動(dòng)切換，甚至遺忘了還可以使用按鈕切換。現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，在按壓正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕后12秒（時(shí)間繼電器設(shè)定的延時(shí)時(shí)間為15秒）時(shí)按壓切換按鈕SB4，電動(dòng)機(jī)能順利轉(zhuǎn)換為三角形運(yùn)行狀態(tài)，這就證明故障出現(xiàn)在時(shí)間繼電器或其相關(guān)電路。將啟動(dòng)柜中的隔離開(kāi)關(guān)QS拉開(kāi)斷電，拆下時(shí)間繼電器KT，給其線圈通電，通過(guò)觀察和用萬(wàn)用表測(cè)量，發(fā)現(xiàn)時(shí)間繼電器的延時(shí)閉合的常開(kāi)觸點(diǎn)KT1-2在延時(shí)結(jié)束時(shí)不能良好接通。新購(gòu)一只相同型號(hào)規(guī)格的時(shí)間繼電器更換后，通電開(kāi)機(jī)試驗(yàn)，故障排除，電動(dòng)機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)行。
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