三相异步电动机星三角起动电气控制

机电一体化实训总结报告

题 目 ：三相异步电动机星三角起动电气控制 院 （系）：机电工程学院 专 业 ：机械设计制造及其自动化 学生姓名： 学 号 ： 指导教师：

2012年 12月20日

前 言

众所周知，三相异步电动机允许直接启动，但是，由于它的直接启动电流大，而且需要的无功功率大，将引起船舶电网电压的下降，对电网上的其他用电设备产生影响，有的相绕组是△接法，启动时是空载或轻载的三相异步电动机，广泛采用结构简单、操作方便、价格便宜的Ｙ－△降压启动方式。所谓Ｙ－△降压启动方法是把电机接线盒中的６个接线端子（三相）利用接触器使其先接成Ｙ接法启动，当达到相对稳定的转速时再转换成△接法运行。保持线电压不变，使每一相绕组的电压在启动时降低到线电压的1/3，从而使启动电流减小为直接启动时的三分之一，达到减小电网线路电压降的目的。

本实训主要针对三相异步电动机（型号为Y200L-4，额定功率为30kw）电气控制系统主线路、控制线路的设计，要求控制方案安全、可靠，经济投入尽可能少。首先查阅型号为Y200L-4额定功率为30kw的三相异步电动机的各种参数，根据各种参数计算验证电机的额定电流，计算结果应与查得的额定电流相符，否则数据有误。电流验证无误后，接着起动方案论证、分析、选取，设计并绘制电气控制系统原理图，并根据电机额定电流计算电机带上额定负载时电路各处的电流值，计算各种电器的相关参数，然后选择电器具体的型号，并绘制电器元件明细表。绘制电气安装接线图，并在实验台上进行接线、通电、调试、运行。

目录

1.系统概述 ........................................................................................................................... - 1 - 2.各部分设计、计算及分析 ............................................................................................... - 1 - 2.1 三相异步电动机工作原理 ........................................................................................... - 1 - 2.2 Y200L-4/30kw三相异步电动机各参数 ...................................................................... - 2 - 2.3 电动机额定电流与转矩的的计算 ............................................................................... - 2 - 2.4电气控制工作原理图 .................................................................................................... - 3 - 2.4.1 电路的工作原理 ........................................................................................................ - 3 - 2.5电路各处电流值的计算及元器件的选择 .................................................................... - 4 - 2.6电动机Y-△起动电气控制系统电器选用明细表 ....................................................... - 5 - 3.设计方案的安装调试与注意事项 ................................................................................... - 6 - 4.结束语 ............................................................................................................................... - 7 - 总结...................................................................................................................................... - 8 - 5.鸣谢................................................................................................................................... - 9 - 参考文献 ............................................................................................................................ - 10 - 附录.................................................................................................................................... - 11 -

1.系统概述

三相异步电动机的全压启动电流可达电动机额定电流的5~7倍，过大的启动电流会造成电网电压显著下降，在短时间内会在线路上造成较大的电压降，而使负载端的电压降低，直接影响同一电网其它电动机的正常工作。通常对中、小容量的三相异步电动机采用直接启动方式，对大容量的三相异步电动机采用降压启动。三相异步电动机的Ｙ——△降压启动可使电动机启动时，每相绕组所承受的电压降到正常工作时的1/3，电流为直接启动时的1/3。Ｙ一△降压启动器、启动柜等装置，因启动电流特性好、线路简单、成本低、运行可靠、操作和维修方便，在轻载或空载场合被普遍应用。

2.各部分设计、计算及分析

2.1 三相异步电动机工作原理

当定子绕组接至三相对称电源时，流入定子绕组的三相对称电流，在气隙内产生一个以同步转速n1旋转的定子旋转磁场，设旋转磁场的转向为逆时针，当旋转磁场的磁力线切割转子导体时，将在导体内产生感应电动势e2，电动势的方向根据右手定则确定。N极下的电动势方向用⊗表示，S极下的电动势用Θ表示，转子电流的有功分量i2a与e2同相位，所以Θ⊗和既表示电动势的方向，又表示电流有功分量的方向。转子电流有功分量与气隙旋转磁

图1：三相电动机的结构示意图

场相互作用产生电磁力fem,根据左手定则，在N极下的所有电流方向为⊗的导体和在S极下所有电流流向为Θ的导体均产生沿着逆时针方向的切向电磁力fem,在该电磁力作用下，使转子受到了逆时针方向的电磁转矩Me的驱动作用，转子将沿着旋转磁场相同的方向转动。驱动转子的电磁转矩与转子轴端拖动的生产机械的制动转矩相平衡，转子将以恒速n拖动生产机械稳定运行，从而实现了电能

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与机械能之间的能量转换，这就是异步电动机的基本工作原理。

2.2 Y200L-4/30kw三相异步电动机各参数

Y系列全程为全封闭自扇冷式三相鼠笼型异步电动机。使用非常普遍，应用于一般无特殊要求的机械设备、如农业机械、食品机械、风机、水泵、机床、拌搅机、空气压缩机等

课设题目中的三相异步电动机型号为Y200L-4 其中： Y------------------------------------表示的是Y系列

200----------------------------------表示的是机座中心高度 L------------------------------------表示的是长铁芯 4-------------------------------------表示此电机是4极

Y200L-4三相异步电动机参数表 型TYPE kw r/min A % 号 功转速 电率 流 效率 功率堵转电堵转转最大转矩/额因素 流 / 矩 / 额额定转矩 额定电定转矩 流 cosφ Ist/In Y200L-4 30 1470 56.8 92.2 0.87 7 2 2.2 380 Tst/Tn Tmax/Tn V 定电压 由台州恒富电动机厂网站查得。

网址：http://www.jiaoliudianji.com/dianjizhishi/djxhdq.html

2.3 电动机额定电流与转矩的的计算

电动机的额定电流： In=

PnUnncos3=

300003800.9220.873=56.8（A）

根据公式计算的额定电流值与电动机铭牌的额定电流值相一致。

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计算电动机的额定转矩：

Tn9550PN309550194.90Nm nN1470

2.4电气控制工作原理图

2.4.1 电路的工作原理

a.起动按钮（SB2）。手动按钮开关，可控制电动机的起动运行。 b.停止按钮（SB1）。手动按钮开关，可控制电动机的停止运行。

c.主交流接触器（KM1）。电动机主运行回路用接触器，起动时通过电动机起动电流，运行时通过正常运行的线电流。

d.Y形连接的交流接触器（KM3）。用于电动机起动时作Y形连接的交流接触

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器，起动时通过Y形连接降压起动的线电流，起动结束后停止工作。

e.Δ形连接的交流接触器（KM2）。用于电动机起动结束后恢复Δ形连接作正常运行的接触器，通过绕组正常运行的相电流。

f.时间继电器（KT）。控制Y—Δ变换起动的起动过程时间（电机起动时间），即电动机从起动开始到额定转速及运行正常后所需的时间。

g.热继电器（或电机保护器FR）。热继电器主要设置有三相电动机的过负荷保护；电机保护器主要设置有三相电动机的过载保护、断相保护、短路保护和平衡保护等。

第 1 阶段, 电动机定子绕组 Y接起动.当按下起动按钮 SB2时, 接触器 KM1得电, 其主触点闭合, 使电动机定子绕组端子短接, 此时电动机定子绕组接成 Y 形, KM1常开辅助触点闭合，同时接触器 KM3得电( 接触器 KM1,KM3 自锁), 配电回路中主触点闭合, 使电动机定子绕组端子接通电源并开始起动运转。

第 2 阶段, 电动机定子绕组△接线, 转入正常运行, 经时间继电器 KT延时, 电动机 Y运行达到一定转速, KT 常闭触点打开, 接触器KM3 失电, 其主触点断开、 常闭辅助触点闭合,使接触器 KM2 得电 ( 接触器 KM2,KM3 互锁),KM2 主触点闭合, 定子绕组端子相接, 此时电动机定子绕组接成△形, Y-△起动过程结束, 进入正常△形运行状态.

2.5电路各处电流值的计算及元器件的选择

1. 断路器QF的选择

断路器的电流一般按额定电流的1.5-2.5倍来选取，为满足电机的超载运行QS的电流(1.5-2.5A)xIn=(1.5-2.5A)x56.8A=85.2-142A 选取： DZ158 100A 3P

2. 交流接触器KM（主交流接触器KM1，Y接触器KM3，△接触器KM2）的选择。 KM1流过的电流为电机的相电流选取：CJT1-40

13In=32.79A，故KM1的电流32.79A

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1KM3流过的电流为Y接起动时的线电流=In=18.9A，故KM3的电流18.9A

3选取：CJT1-20

KM2流过的电流为△接时电机的相电流=选取：CJT1-40

13In=32.79A，故KM2的电流32.79A

3. 熔断器FU的选择

控制回路FU4~5熔断器整定电流2A

选取：RL1-15螺旋式熔断器 熔断体380V2A陶瓷保险丝

4. 热继电器FR的选择

热继电器的动作电流整定值为电动机相电流=倍，则36.069—39.348A

选取：JR36-63

13In=32.79A，一般取（1.1—1.2）

5. 时间继电器KT的选择

KT在控制回路中，选择2A以下容量的即可

选取：JS7-2A

时间继电器时间设定：

电动机所带的机械负载由于惯量不同，会造成电动机启动时间不同，大多数设备是属于轻载启动，第一次启动电动机不清楚启动时间有多长，所以不可能正确设定启动时间。选择手动启动，当启动电动机后开始看表计时，等电动机达到高速，如果有电流表看电流读数退回到最低值时，这段时间就是启动时间，为了可靠安全在刚才测量到的时间上再加2-3秒。

2.6电动机Y-△起动电气控制系统电器选用明细表

种类 选择型号 数量 断路器(QF) DZ158 100A 3P - 5 -

1

接触器KM1 接触器KM2 接触器KM3 热继电器FR 熔断器FU 时间继电器KT CJT1-40 CJT1-40 CJT1-20 JR36-63 RL1-15螺旋式熔断器 熔断体380V2A陶瓷保险丝 JS7-2A 1 1 1 1 2 1 起动按钮SB1 LA19-11D(绿色) 1 停止按钮SB2 LA19-11D（红色） 1 穿管电缆线 YJV-1000V-3*10+1*6mm2-3*16+1*10mm2铜芯电缆 若干 3.设计方案的安装调试与注意事项

设计电路的技术难点在于对各种器件的了解不够，在计算出各种参数后，选择相应的电器定位比较难，要考虑相对多的原因。对于这个问题，只能是通过搜索网络，根据计算得的电流大小选择相应的电器。

在安装调试过程中比较难的技术问题是时间继电器的设定，因为电动机的第一次起动时间比较难把握，所以设定的定时时间会有偏差。通过多次的观察和试验才能把握好电动机起动的时间并且设定好时间继电器的定时时间。还有就是在对电器的实物了解不够，以往都是在课本上看到或者在网络上了解，如今真正接触到实物时，对电器的各个触点和接线头的了解不够，接线过程中出现了一些小失误，不过通过用电表测量解决了实际问题。

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4.结束语

在星三角接线中，有两种接线方式，一种是角型接触器（KM3）是从主接触器（KM1）的下出线进行接线（图1），那么主接触器不在电机定子绕组的三角形内，主接触器需要按照额定电流（线电流）的大小来选型，另外一种是角型接触器（KM3）是从主接触器（KM1）的上进线进行接线（图3），那么主接触器在电机定子绕组的三角形内，主接触器选型跟角接触器一样，按照线电流×

13来选

1型。不论哪种接线方式，星型接触器（KM1）都按照线电流×来选型。由于起

3动转矩与每相定子绕组电压（相电压）的平方成正比，因星形连接时相电压比三角形连接时的相电压降低了

11，所以电机的起动转矩也降到三角形连接时的。

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图1 图3

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总结

通过这次的实训，我对于电动机的自动化过程有了更深的了解，学会了用控制元件来控制电机的启动和停止，了解了各类控制元件的实际应用和参数，学会了根据电机的型号对控制系统的电器型号来选择，学习到了如何计算电机继电保护电器的参数，这些都是很有实际作用的。但是在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，毕竟自己对课本和参考资料掌握不精，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

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5.鸣谢

这次的三相异步电动机星三角形降压起动实训过程中学到了很多的东西。在这里我有很多想要对他们说谢谢的人。 我第一个要说谢谢的就是诸葛老师。这次实训的过程中都有你的指导，在这很无助的时候你还在那里认真的为我们指导督促我们认真的去完成任务，我觉得很感动。除此之外，我还要感谢的是和我一起完成任务的所有的同学。由于我能力不是很强，不能自己一个人单独完成这次的任务，在这时候是你们这帮助了我。让我明白团结的重要性。在这里我在想要说的是谢谢你们，没有你我可能任务都完成不了。

最后我要感谢学校。这是学校让学院给了我们这个学习的机会，在这个过程中我们学到了很多的东西。我们学到了要团结、要克服自己的弱点、还锻炼了我们的耐性。最主要的是让我们认识到了动手能里的重要性。在实训过程中我发现自己还有很多不足的地方，主要是对理论知识掌握得不好，还不能很好的理论结合实际。因此我以后会更注意这一点。

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参考文献

[1] 邓星达等编著. 机电传动控制(第四版)[M].武汉：华中科技大学出版社，2007年7月

[2] 王阿根编著. 电气可编程控制原理与应用（第2版）[M].北京：清华大学出版社。2010年10月 [3] 齐宝林．《实用电动机控制电路200例》，福建科学技术出版社．2009

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附录

实物接线图

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