2.3　电动机启动控制电路

2.3.1　电动机的直接启动控制电路

电动机的直接启动也称全压启动，这种启动方式是在电动机启动瞬间即将额定电压加到异步电动机的定子绕组上。

电动机选用直接启动方案时，应考虑电力系统应有足够的容量空间，同时，电动机的功率也不能太大。通常大于10kW的电动机不宜采用直接启动的电路方案。

电动机选用直接启动的电路接线图见图2-82。图中按钮SB2是启动按钮，点按后交流接触器KM线圈得电，其主触点闭合，电动机定子绕组立即获得额定电压开始启动。按钮SB1是停机按钮。由熔断器FU实施短路保护，热继电器FR进行过电流保护。电动机启动后红灯HR点亮，停机时绿灯亮。

2.3.2　兼具点动和长动功能的控制电路

有时候电动机需要在点动与长动（持续运行）两种状态之间进行切换，图2-83的电路即具有这样的功能。图中SB2是长动启动按钮；SB3是点动按钮。点动时，SB3的常闭触点切断了交流接触器KM辅助触点KM-1的自保持功能，所以松开SB3后，电动机随即断电停机。电路中的熔断器FU实施短路保护，热继电器FR进行过电流保护。电动机启动后红灯HR点亮，停机时绿灯HG亮，用于信号指示。

2.3.3　电动机的正反转启动控制电路

电动机的正反转控制电路可有几种，区别在于互锁电路的设计。电动机的正反转需要两台交流接触器分别接通电动机的电源电路，而这两台交流接触器又不能同时通电吸合，否则将造成电源短路。为了防止短路事故的发生，电动机在某一方向运转时，不允许控制电动机相反方向运转的接触器吸合动作，这就要使用互锁功能。互锁可使用按钮的常闭触点，也可使用交流接触器的常闭触点，当然也可将两种常闭触点同时使用，虽然接线稍显复杂，但可靠性更高。

图2-84就是一款具有双重互锁功能的电动机正反转启动控制电路。正转启动时按压按钮SB2，SB2的常闭触点切断接触器KM2线圈电源的同时，常开触点使正转接触器KM1的线圈得电，主触点闭合，电动机开始正转；KM1的辅助触点KM1-1实现自保持，KM1-2触点断开实现互锁。

反转按钮SB3和交流接触器KM2同样可对正转运行电路实施互锁控制，此处不赘述。

该电路由断路器QF实施短路保护，由热继电器进行过电流保护。

SB1是停机按钮，正转与反转进行状态转换时，应使用SB1使电动机停机断电，并完全停稳后再启动相反方向的运转。

2.3.4　两台电动机顺序启动、逆序停止的控制电路

这种控制电路的控制效果是，第一台设备启动后，第二台设备才能启动；停机时，须先将第二台设备停机后才能使第一台设备停机。启动、停止顺序不能改变。但当第一台设备意外停机（例如过电流保护停机）时，则两台设备将同时停机，且停机顺序不分先后。图2-85就是具有这种控制功能的具体电路。

在图2-85中，操作按钮SB2，由交流接触器KM1控制的第一台设备电动机M1得电开始运行，之后才能通过操作按钮SB4启动第二台设备电动机M2。而停机时，则须先操作按钮SB3，使接触器KM2线圈断电释放，让第二台设备电动机M2停机后，才可通过操作按钮SB1使第一台设备电动机停止运行。

两台设备运行过程中如果第一台设备电动机的热继电器FR1因故动作，其常闭触点断开，由图2-85可见，两台电动机将同时停止运行。

2.3.5　电动机自动往返控制电路

电动机自动往返控制电路是基于行程开关或终端开关而实现相应功能的一款简易自动化控制电路，在工程技术领域有一定的应用。由于这款电路是电动机处于某一方向正常运转的情况下即时切换旋转方向，电动机换向时可能会有较大的换向电流，因此适宜应用在负载惯性较小的场合。

电动机自动往返控制的具体电路见图2-86，可由按钮SB2或SB3启动电动机开始运行，现以由SB2启动运行分析自动往返的控制机理。电动机开始运行后，当运行至某一端点时，挡块撞击行程开关SQ2，其常闭触点切断接触器KM1线圈的电源，电动机停止原来运转方向的运行；SQ2的常开触点此时闭合，使接触器KM2线圈得电，电动机开始换向运行。电动机换向运行至撞击另一行程开关SQ1时，其常闭触点切断接触器KM2的线圈电源，常开触点接通接触器KM1的线圈电源，电动机再次换向运转。

2.3.6　电动机的Y-△启动控制

三相笼型异步电动机的Y-△启动是一款应用较多的电动机启动控制电路。其特点是电路结构简单，启动电流小，维修方便，制作成本低。它的缺点是启动力矩较小，仅适用于轻载或空载情况。通常这种启动方案用于功率几十千瓦以下的电动机。

Y-△启动时，先将电动机接成星形接法并接通电源电压，由于加在电动机绕组上的电压仅为三角形接法时电压的，所以启动力矩是全压启动时的1/3。随着启动过程的持续，电动机转速逐渐升高，待接近额定转速时将电动机绕组改接成三角形接法，电动机进入三角形运行状态，启动过程结束。

以上所述的Y-△接法的转换有两种方案：一是由运行人员根据经验，判断电动机启动时的转速，适时对电动机的接法进行切换；二是在控制电路中由时间继电器进行自动切换。

图2-87是电动机Y-△启动控制、手动切换的具体电路。操作按钮SB2，电动机开始启动，此时交流接触器KM2和KM3线圈同时得电，KM3的主触点将电动机的三相绕组连接成星形接法，KM2的主触点接通电动机的启动电源，电动机开始星形启动。待电动机转速逐渐升高接近额定转速时，由运行人员操作按钮SB3，其常闭触点断开，KM3线圈断电；常开触点闭合，KM1线圈得电，电动机进入三角形运行状态，启动过程结束。

图2-87中的绿灯HG是停止运行指示灯，红灯HR是运行指示灯，黄灯HY在星三角启动过程中点亮，停机和启动过程结束后均不点亮。PV是电压表，可测量线电压。

图2-88是电动机Y-△启动控制、自动切换的具体电路。操作按钮SB2，交流接触器KM3、KM2以及时间继电器KT的线圈得电，电动机开始星形启动，经过时间继电器KT的延时，当然时间继电器的延时时间长短是与电动机升速进程相匹配的，KT的延时断开的常闭触点KT-1断开，接触器KM3线圈断电释放，KM1线圈得电动作，电动机进入三角形运行状态，启动过程结束。

图2-88中使用的KT是一种通电延时型的时间继电器，它的线圈与断电延时型的时间继电器一样，都有各自不同的画法，但是当一个文档中只使用其中的一种时间继电器时，可以使用时间继电器线圈的一般符号，如图2-88所示。

图2-88中的绿灯HG是停机指示灯，红灯HR是运行指示灯，黄灯HY是星三角启动指示灯，停机和启动过程结束后均不点亮。PV是电压表，可测量线电压。

2.3.7　电动机的自耦降压启动控制电路

电动机采用星三角启动方式通常适用于功率在几十千瓦以内、所需启动力矩较小的负荷状况。如果电动机功率容量更大，或启动时需要较大的启动力矩，则不宜采用星三角启动，可选用自耦变压器降压启动方式。

电动机启动用的自耦变压器是一台三相自耦变压器，在每一相绕组中间设有两个抽头，其输出电压分别是额定电压的65%和80%。接入启动电路时可根据启动所需力矩和电网容量大小选择一组抽头。

（1）380V电动机的自耦降压启动控制电路

图2-89是380V电动机的自耦降压启动的电路原理图。下面分析启动过程。按钮SB1是停机按钮。按下启动按钮SB2，交流接触器KM3得电动作，其主触点在电流为零的情况下将自耦变压器T的三相绕组接成星形；接触器KM3的辅助触点KM3-1使接触器KM2和时间继电器KT得电进入工作状态，并由接触器KM2的辅助触点KM2-1自保持。接触器KM2的主触点接通自耦变压器T的三相电源，电动机开始降压启动过程。时间继电器KT的延时时间应根据负载等情况调整为8～20s，延时结束后，其延时常开触点KT-1闭合，这将依次出现以下动作：①中间继电器KA线圈得电动作，触点KA-1进行自保持；它的常闭触点KA-3切断接触器KM3的线圈电源，KM3线圈失电释放，变压器T的星中点打开；KM3的辅助常闭触点KM3-3复位闭合，为接触器KM1吸合做好准备。②中间继电器KA的常开触点KA-2闭合，接触器KM1线圈得电动作，主触点闭合，电动机由启动状态转为全压运行状态。③接触器KM1的辅助触点KM1-4断开，使接触器KM2和时间继电器KT线圈断电而退出工作。④KM2断电释放后，其常开触点KM2-2断开，中间继电器KA断电释放。至此，电动机完成启动过程。

这里有一点需要说明，KM2是在KM1吸合后才断电的，所以有一个KM2和KM1共同吸合的短暂瞬间。变压器T从两个回路接入电源电压，是否会导致变压器损坏？答案是：变压器是安全的。因为接触器KM3的主触点已先期断开，变压器星中点已打开，接入的两路电源因为电位相等而不会在变压器中形成电流。

SB1是停止按钮，按压SB1可使电动机停止运行。热继电器FR可对电动机的过电流异常进行保护。出现异常时，其常闭触点断开，接触器KM1线圈断电释放，电动机停止运行。红灯HR是运行指示灯，黄灯HY是启动指示灯，绿灯HG是停止指示灯。

（2）660V电动机的自耦降压启动控制电路

在一些负荷较重的应用场合，会使用电源电压为660V 的电动机，而控制电动机接通或断开电源的交流接触器线圈额定电压最高为380V，这时控制电路的工作电源应通过控制变压器将660V降低为380V，但交流接触器主触点的额定工作电压应选660V或690V的。

图2-90所示为一台660V、250kW电动机的自耦降压启动控制电路原理图，图中L1、L2、L3是660V电源输入端；FU1～FU5是二次熔断器；T1和T2是两台控制变压器，变压比是660V/380V；它们输出的380V电压作用有二，一是作为二次控制电路的控制电源，二是给电动机保护器XJ提供三相电压信号；这里使用的电动机保护器XJ具有功能完善的电压保护功能，这些功能包括过电压、欠电压、缺相和相序异常等保护。变压器T1的容量是500V·A，T2的容量是50V·A。电路工作时，如果电源电压正常，而且相序正确，电动机保护器的常开触点XJ闭合，中间继电器KA1线圈得电，其常开触点闭合，二次电路可以正常工作。如果电源电压偏高、过低，或相序错误，电动机保护器的常开触点XJ断开，中间继电器KA1线圈失电，其常开触点断开，则所有交流接触器线圈断电并退出运行，实现对电动机的电压保护。

图2-90所示的660V电动机启动控制电路有两种工作状态切换方式，这里所说的工作状态切换，是指电动机从自耦降压启动状态向全电压运行状态的切换。切换方式1是手动切换，方式2是自动切换。

电动机在手动切换方式时启动电动机，须将转换开关SA置于手动状态，SA的触点⑤、⑥接通。启动时按压启动按钮SB2，交流接触器KM3线圈得电动作，辅助触点KM3-1闭合，接触器KM2线圈也得电动作。KM2和KM3的主触点使自耦降压变压器T绕组通电，并将降低以后的电压加到电动机绕组上，电动机开始降压启动。待电动机转速升高到接近额定转速时，按压按钮SB3，中间继电器KA2线圈得电，其触点KA2-1使线圈自保持，常闭触点KA2-3切断接触器KM2的线圈电源，KM2-1断开，KM3线圈断电，KM3-2闭合，此前KA2-2已经闭合，使得接触器KM1线圈得电并由KM1-1自保持。辅助常闭触点KM1-2断开，使得接触器KM2、KM3以及时间继电器KT的线圈彻底失去了通电的可能性。KM1的主触点闭合，电动机开始全压运行，启动过程结束。

电动机在自动切换方式时启动电动机，须将转换开关SA置于自动状态，SA的触点③、④接通。启动时按压启动按钮SB2，之后的动作与手动切换相似，只是时间继电器KT的线圈几乎与KM2、KM3的线圈同时得电。电动机开始自耦降压启动的同时，时间继电器KT开始延时，经过精确调试的延时时间能在电动机转速接近额定转速时使其延时常开触点KT闭合，中间继电器KA2线圈得电，之后的动作与手动切换相同，直至启动过程结束。

图2-90中的红灯HR是通电运行指示灯，绿灯HG是停机指示灯，黄灯HY是启动指示灯。PV是电压表，可测量线电压。

2.3.8　绕线转子式电动机的启动

绕线转子式电动机常用于需要较大启动转矩的负载中，例如卷扬机、球磨机、起重机等负载场合。

图2-91是绕线转子式电动机使用频敏变阻器启动的一款电路方案。

频敏变阻器是一个特殊的三相铁芯电抗器，在三个铁芯柱上各绕有一个绕组线圈，三个线圈接成星形。频敏变阻器的阻抗会随着电流频率的变化而有明显的变化。频敏变阻器用作绕线转子式电动机的启动时，其三个接线端与电动机转子绕组的三个接线端相连接。电动机刚启动时，由于定子绕组产生的旋转磁场立即建立，而转子的转速从零逐渐升高，启动瞬间转子绕组上感应的转子电流频率很高，该电流通过频敏变阻器形成通路，此时频敏变阻器表现出很大的阻抗。随着电动机转速的逐渐提高，转子绕组上感应的电流频率逐渐降低，频敏变阻器呈现的阻抗也在逐渐减小。频敏变阻器对电流的频率比较敏感的特性，正是该产品名称的由来。

频敏变阻器的这一特性特别适合于绕线转子式电动机的启动过程，刚开始启动时，转子电流频率高，频敏变阻器的阻抗大，之后随着转速的升高，频敏变阻器的阻抗自动减小，所以电动机可以近似地得到恒转矩特性，实现电动机的无级启动。启动完成后，用交流接触器将频敏变阻器短路切除，启动过程结束。

使用图2-91所示的电路启动绕线转子式异步电动机时，可操作按压按钮SB2，这时接触器KM1线圈得电动作，其主触点闭合，电动机开始启动；辅助触点KM1-2闭合实现自保持并接通后续控制电路的工作电源；辅助触点KM1-1闭合，黄灯HY点亮，提示电动机当前处于启动状态。KM1得电动作后，时间继电器KT线圈也随即得电，并开始延时，根据运行经验精确调试的延时时间到达时，电动机的转速应该已经接近额定转速，KT的延时触点KT-1闭合，中间继电器KA的线圈得电，其触点KA-2 接通接触器KM2线圈电源，KM2动作后，主触点将频敏变阻器短接切除，启动过程结束。之后辅助触点KM2-4断开，KT线圈失电，其瞬时动作的常开触点断开，于是中间继电器KA线圈断电。也就是说，电动机启动完成后的正常运行过程中，只有接触器KM1和KM2的线圈通电，时间继电器和中间继电器线圈均不带电。

运行过程中红色指示灯HR点亮，按压按钮SB1后电动机停机，绿色指示灯HG点亮。

因绕线转子式异步电动机相对价格较高，所以图2-91中使用了性能更好的电动机保护器GDH，电动机的电源线从保护器的三个圆孔中穿过即可，保护器的工作电源在图2-91右下方接入380V电源。保护器可对过电流、三相电流不平衡、断相等故障进行保护。出现异常时，保护器的常闭触点断开，接触器KM1、KM2的线圈相继断电释放，电动机得到保护。

2.3.9　电动机延边三角形降压启动电路

三相笼式异步电动机的延边三角形启动，是在启动过程中将定子绕组的一部分Y连接，而另一部分△连接，使整个绕组成为连接，从图形上看，就好像把一个三角形的三条边延长，因此叫做延边三角形。待启动结束后，再将绕组接成△连接。这种电动机绕组的停机状态、启动状态、运行状态的接线情况如图2-92所示。

当电动机定子绕组作连接时，每相绕组承受的相电压比三角形连接时低，比星形连接时高，介于二者之间，在电源线电压为380V的电路中，每相绕组的电压在250～350V之间。因此，-△启动时电动机的启动转矩可以大于Y-△启动时的启动转矩。这样既可以实现降压启动，又可以提高启动转矩，可以说，-△降压启动是Y-△降压启动的发展。

电动机连接时定子绕组相电压与电源线电压的数量关系，由定子绕组三条延边中任何一条边的匝数与三角形内任何一条边的匝数之比来决定。

图2-93是-△降压启动时交流接触器对电动机绕组的切换模式，图2-94是-△降压启动的具体电路。

现在结合图2-92～图2-94，对电动机的延边三角形（-△）降压启动过程分析如下。

按下启动按钮SB2，接触器KM1线圈通电并自锁，KM1主触点闭合；同时，接触器 KM2线圈通电，

KM2主触点闭合，电动机开始连接降压启动。这时时间继电器KT线圈也得到工作电源，并开始延时。时间继电器KT延时结束后，其常闭触点KT-1断开，切断KM2线圈回路，KM2主触点断开。与此同时，时间继电器常开触点KT-2闭合，KM3线圈得电，KM3主触点闭合，电动机进入三角形运行状态。

KM3常闭触点KM3-1断开，切断KM2线圈回路。辅助触点KM2-1和KM3-1是实现接触器互锁功能的。

接触器KM3动作吸合后，其常开触点KM3-2闭合，KM3线圈供电得以自保持。

按下停止按钮SB1电动机断电停止运行。

电动机由断路器QF实施短路保护，由热继电器FR进行过电流保护。

三相笼型异步电动机的-△降压启动方法具有启动转矩较大，允许频繁启动，以及启动转矩可以在一定范围内选择等优点。但是，使用这种启动方法的电动机，不但应在电动机上备有9个出线端，而且应在绕组上备有一定数量的抽头，以备调整启动转矩，因此其制造工艺复杂，同时控制系统安装与接线的技术要求较高，难度较大，因此，延边三角形降压启动方式的应用受到较大限制。

2.3.10　三速电动机的启动电路

全国统一设计的YD系列多速三相异步电动机，利用改变电动机定子绕组的接线以改变其极数的方法变速，主要用于要求多种转速的机械设备装置。电动机的转速有双速、三速、四速三种。当机械设备的合理转速为中低速时，由于电动机功率相应较小，所以可以有效节约电能。本节介绍三速电动机的启动控制电路。

YD系列多速电动机的功率容量从最小的不到1kW，到最大的几十千瓦，有不同的功率等级。启动时先从低速挡开始，然后根据设备对转速的要求，依次启动中速挡和高速挡。低速启动时电动机功率较小，所以启动电流较小。其后启动中、高速挡时，电动机已具有一定转速，因此启动电流也不是特别大。通常情况下，各挡启动电路无须采用降压限流启动方式。

YD系列三速电动机有9个接线端子，图2-95是三相电源与电动机接线端子在不同转速时的连接关系，

图中L1、L2和L3是三相380V电源，没有连线的端子在各自的转速状态下被悬空。图2-96是启动电路的电路图。启动前，绿灯HG点亮，指示控制电路正常。启动时，先按下低速启动按钮SB2，接触器KM1吸合动作，其主触点将三相电源接至电动机的U1、V1、W1端，由图2-95可见，电动机在8极低速下启动运行。辅助触点KM1-1进行自保持；KM1-2接通中间继电器KA1的线圈回路，并由KA1-2对其自保持。KA1的触点KA1-4切断绿灯HG电源，绿灯熄灭；触点KA1-1闭合，白灯HW点亮，指示电动机在8极低速下运行；触点KA1-3闭合，是电动机中速启动的允许信号。

如果低转速不能满足设备要求，可接着启动中速挡。按一下中速启动按钮SB3（SB3是具有常开和常闭双触点的按钮），接触器KM1线圈断电释放，接触器线圈KM2得电吸合，并由KM2-1保持。KM2的主触点将电源接至电动机的U2、V2、W2端，由图2-95可见，电动机在6极中速下启动运行。KM2-2接通中间继电器KA2的线圈回路，

并由KA2-2对其自保持。KA2的触点KA2-5切断白灯HW电源，白灯熄灭；触点KA2-1闭合，黄灯HY点亮，指示电动机在6极中速下运行；触点KA2-3闭合，是电动机高速启动的允许信号。

如果需要更高的转速，可接着按压按钮SB4，之后接触器KM2线圈断电释放，接触器KM3、KM4同时得电吸合，并由KM3-2保持。KM3的主触点将电源接至电动机的U3、V3、W3端，KM4的主触点将U1、V1、W1端短接，这种接线效果如同图2-95中4极高速状态。KM3的辅助触点KM3-3使黄灯熄灭，KM3-1使红灯点亮，指示电动机在4极高速下启动运行。

若欲将电动机从高转速调整到较低的转速挡，必须先按一下停止按钮SB1，然后从低速挡逐级启动到合适的转速挡位。

热继电器FR1、FR2和FR3可在各自的转速（功率）挡位上实施过电流保护。

2.3.11　高压电动机的启动控制

所谓高压电动机，是相对于低压电动机而言的，低压电动机的额定电压有220V、380V、660V和1140V等几种，而高压电动机的额定电压有3kV、6kV和10kV等几种。当然一些特殊用途的电动机，其额定电压并不局限于以上几种电压规格。

与低压电动机相同，高压电动机也有直接启动和降压启动的区别。直接启动时，从发出启动指令的那个瞬间开始，就将额定电压加到电动机的定子绕组上。而降压启动，则在启动开始时以适当的方式降低电源电压，使其低于额定电压，并将该电压加到电动机定子绕组上。当电动机转速接近或达到额定转速时转换为全电压。

（1）高压电动机的直接启动

高压电动机直接启动的一次电路图见图2-97。该图采用单线画法，并用三条短斜线表示是三相电源系统（国标规定的标准画法）。图中QS是隔离开关， QF是真空断路器，是电动机启动运行和停止运行的主开关，近年来它逐渐取代了过去在高压开关柜中大量使用的油断路器，几乎使后者退出了历史舞台。电动机启动前应首先合上QS，然后通过二次控制电路合上真空断路器QF，这时电动机得电开始启动，合闸瞬间电流可达到额定电流的5～7倍。随着电动机转速的逐渐提高，启动电流降低到额定电流，启动过程结束。直接启动通常应用在电动机功率相对较小（例如一二百千瓦）、供电容量相对充裕的系统中。电流互感器用于电流测量、计量与保护。

①用电流继电器实现保护的直接启动电路　高压电动机直接启动的二次电路见图2-98。启动时先合上开关1SA，然后操作开关2SA。2SA是一个型号为LW2-Z-1a、4、6a、40、20、6a/F8的万能转换开关，该开关的手柄操作位置，与开关触点通断状态的对应关系见表2-44。

将开关2SA顺时针旋转90°，使其从“跳闸后”状态进入“预备合闸”状态，这时2SA开关的触点9、10接通（参见表2-44），绿色指示灯HG经触点9、10与闪光小母线“（+）SM”连接，HG的另一端经断路器的常闭辅助触点QF-1以及合闸直流接触器KM的线圈与“KM-”母线接通，因此指示灯HG开始闪动，提示合闸回路正常，可以继续操作。接着将开关2SA再顺时针旋转45°，使其进入“合闸”状态，这时开关2SA的触点5、8接通（参见表2-44），合闸直流接触器KM线圈得电动作，触点KM-1和KM-2闭合，合闸线圈YC通电动作（见图2-98），断路器合闸，电动机得电启动运行，待电动机达到额定转速时，启动过程完成。开关2SA在“合闸”以后，自复位到“合闸后”状态，触点13、16接通（参见表2-44），合闸指示灯HR经该触点、合闸后已经闭合的断路器常开辅助触点QF-2以及跳闸线圈YR接通电源而点亮，一方面指示断路器已经合闸，另一方面提示断路器跳闸线圈回路完好。这时虽然跳闸线圈YR流过红色指示灯HR的工作电流，但由于该电流较小，不足以使跳闸线圈YR实施跳闸动作。指示灯HG和HR还具有监视熔断器FU1和FU2是否完好的功能。

若欲停止高压电动机的运行，可操作开关2SA使其逆时针旋转90°，开关手柄从“合闸后”状态转换至“预备跳闸”状态，这时开关2SA的触点13、16断开，红色指示灯HR的常亮供电被切断；13、14接通（参见表2-44），红色指示灯HR经触点13、14与闪光小母线“（+）SM”连接，HR的另一端经断路器的常开辅助触点QF-2以及跳闸线圈YR与“KM-”母线接通，因此指示灯HR开始闪动，提示跳闸回路正常，可以继续操作。接着继续逆时针旋转2SA开关手柄45°使达到“跳闸”位置，这时触点6、7接通，跳闸线圈YR经过已经闭合的断路器常开辅助触点QF-2得到额定电压，从而使断路器立即跳闸，电动机断电停止运行。开关2SA在“跳闸”以后，自复位到“跳闸后”状态，触点10、11接通（参见表2-44），跳闸指示灯HG经该触点、跳闸后已经闭合的断路器常闭辅助触点QF-1、合闸接触器KM的线圈接通电源而点亮，一方面指示断路器已经跳闸，另一方面提示断路器合闸接触器线圈回路完好。这时绿色指示灯HG的工作电流不足以使合闸接触器线圈KM动作。

高压电动机运行过程中如果出现过电流或短路，则经过电流互感器TA_U2、TA_W2和电流继电器KA1和KA2的检测，达到保护动作值时，电流继电器KA1或KA2的常开触点动作闭合，启动保护出口继电器BCJ。型号为DZB-138的保护出口继电器有两个线圈（见图2-98），一个是电压线圈，一个是电流线圈。当电流继电器KA1或KA2接通保护出口继电器BCJ的电压线圈电源时，其常开触点闭合，工作电源KM+经BCJ的导线足够粗、电阻也很小的电流线圈、BCJ的常开触点、跳闸压板LP、断路器的辅助触点QF-2、跳闸线圈YR，到KM-，该回路接通，使断路器跳闸，实现电流保护。

之所以使用双线圈的保护出口继电器BCJ，是因为电流继电器KA1或KA2的触点难以直接驱动断路器的跳闸线圈YR。使用BCJ继电器后，可以向跳闸线圈YR提供足够大的跳闸电流。

图2-98中的跳闸压板LP，是一个可连通、可拆断的金属连片，能使过电流故障出现时跳开断路器，也可在设备调试过程中暂时不跳开断路器。

②用综保装置实现保护的直接启动电路　图2-99是采用WGB-151N型微机综合保护装置的直接启动二次电原理图。相应的一次电路见图2-97。

图2-99中的KM+和KM-是DC 220V控制电源，经控制开关1SA后给二次电路供电。KM±电源经熔断器FU3、FU4接至综保装置的28脚和30脚，是装置的系统工作电源；经熔断器FU1、FU2接至综保装置的39脚和44脚，是装置内部的控制输出电源，容量较大，有时要驱动装置外部的合闸线圈、分闸线圈等元件。

图2-99电路图的右侧有文字标注框，用于标注对应位置电路的名称、功能等信息，以利于读图。

欲使电动机合闸时，先合上图2-99中的控制开关1SA，绿灯HG点亮，指示断路器为分闸状态。之后持续按下储能按钮SB，电动机M1使断路器操作机构内的储能弹簧拉伸储能，所储能量是断路器合闸的能源。待储能结束，机构内的辅助常闭触点S-3断开，储能电动机M1立即断电，这时松开按钮SB。辅助常开触点S-2接通，黄灯HY点亮，指示弹簧已储能。储能过程大约持续十几秒钟。断路器辅助常闭触点QF-5保证只有断路器在分闸位置才允许储能。万能开关2SA是分合闸指令开关。将其旋转到合闸位置时，触点1、2接通，经S-1（储能机构辅助触点，储能后已闭合）使综保的41脚带电，再经内部逻辑控制电路使40脚带电。QF-1是断路器的辅助常闭触点，断路器分闸时呈闭合状态，所以此时断路器的合闸线圈YC得电动作，使储能弹簧的能量释放，驱动断路器合闸，同时，①QF-2闭合，为分闸线圈YR动作作好准备；②QF-3断开，绿灯HG熄灭；③QF-4闭合，红灯HR点亮，指示断路器已合闸；④储能辅助开关S-2断开，黄灯HY熄灭；⑤储能辅助开关S-1、断路器辅助开关QF-1断开，使重复发出的合闸指令为无效空操作。

断路器合闸后，由图2-97可见，高压电动机M开始全压启动运行。

分闸包括人工分闸和自动保护分闸两种情况。人工分闸时，将万能开关2SA旋转到分闸位置，其触点3、4接通，综保装置的43脚带电，经内部逻辑控制电路使42脚带电。经断路器的辅助常开触点QF-2，使断路器的分闸线圈YR得电动作，断路器QF分闸，高压电动机M断电停止运行。电动机运行中出现过电流、短路、电源过电压、欠电压等异常情况，通过综保内部运算和逻辑处理，使内部保护继电器动作，其触点将综保的39脚和47脚接通，其后的动作与手动分闸相同，高压电动机断电得到保护。

综保装置的5～8脚接电流互感器TA_U1和TA_W1二次的测量绕组，用于高压电动机运行电流的测量，测量结果显示在综保装置的液晶屏上；这里的TA_U1输出的是习惯所称的A相电流信号，在综保装置内部相应端子旁标注的是I_a和I'_a，这样标注是为了与综保装置上的接线标志、说明书上的图纸标注相一致。1～4脚接电流互感器TA_U2和TA_W2二次的保护绕组，用于获取过电流保护信号。23～26脚接电压互感器TV的二次AC 100V电压，测量结果也显示在综保装置的液晶屏上。综保装置接入上述电动机运行的电流信号和电压信号，同时通过保护参数的设置，即可实现相应的保护功能。若断路器因保护分闸，液晶屏上有故障类别显示，同时电笛2HA鸣响。

综保装置有跳闸位置和合闸位置监视电路，用于监视二次电路接线的正确性，接线有误时将发出报警信号。报警时液晶屏上有显示，同时电铃1HA鸣响。绿灯HG和红灯HR分别是分闸、合闸指示灯。

（2）高压电动机的降压启动

高压电动机的降压启动方案有多种。因为降压启动能调整和限制启动电流，因此适用于数百、数千千瓦甚至上万千瓦的电动机。降压启动的基本原理是启动时在电动机的电流回路中串联接入一个降压限流元件或装置，用以限制启动电流，减少过大的启动电流对电网造成的冲击，防止电压跌落太多导致的启动失败；同时也能减小或防止启动时机械冲击力可能对设备造成的损伤。

①高压电动机降压启动的一次电路　高压电动机降压启动方案之一是串联电抗器降压启动，电动机启动时，电抗器L串入启动回路，较大的电抗值限制了启动电流，如图2-100（a）所示。

另有改进型的可调电抗器启动电路，该装置采用闭环控制系统，通过图2-100（b）中的电流互感器1TA检测启动电流，通过电压互感器TV检测启动过程中电抗器L两端的电压，由控制器自动调节电抗器的励磁电流，改变电抗器允许通过的电流值和电抗器两端电压，实现平稳启动。图2-100（b）中的虚线框表示框内元件独立安装在一个柜体内，与安装有真空断路器的开关柜形成一个开关柜组，共同完成电动机的启动控制功能。

还有一种液阻降压启动的电路方案。所谓液阻，是指将碳酸钠和水混合形成的液体电阻。混合液分装在三个相互绝缘的塑料箱体内，形成三相结构。每个液阻箱的底部有一个固定电极，而箱体上部各有一个活动电极。电动机启动时，通过活动电极与固定电极将液阻串入电路，如图2-100（c）所示，R_s是液阻。三个活动电极由一个小功率低压电动机拖动，使之逐渐与固定电极接近，液阻的阻值逐渐变小，电动机定子的端电压逐步升高，启动转矩逐步变大。当电动机转速升高至接近额定转速时，真空接触器KM合闸，将液阻切除，电动机开始全压运行。目前，液阻启动柜中普遍配置可编程控制器PLC，很容易实现恒流启动。

图2-100（d）所示是用软启动器对电动机实施启动的一次电路，注意这里要选用额定工作电压为6kV或10kV的软启动装置。

使用变频器也能对高压电动机进行降压启动，具体应用电路将在第4章进行介绍。

图2-100中的F是避雷器，用于电压保护。

②高压电动机降压启动的二次电路　现以串联电抗器为例介绍高压电动机降压启动的一款实际应用电路。因为该电路中的电动机有正反转启动要求，所以首先简要介绍一下一次电路。

图2-101是串联电抗器降压启动的一次电路图。这台10kV电动机要求允许正反转，因此使用了两只隔离开关QS1和QS2，两只隔离开关各自合闸时实际上改变了电动机电源的相序，因此可以实现电动机的正反转。但是，这两只隔离开关绝对不允许同时合闸，否则会引起电源短路，对此，启动柜采取机械闭锁和电气闭锁的双重防范措施来保证系统的安全运行。电动机启动时，选择一只隔离开关合闸，另一只隔离开关分闸，然后使真空断路器QF合闸，这时电动机经电抗器L降压启动，待电动机达到一定转速时，真空接触器KM合闸，短路电抗器，电动机进入全压运行状态并继续加速，当达到额定转速时，启动过程结束。

图2-102是高压电动机串联电抗器启动的二次电路。操作电源受万能转换开关1SA控制。电动机的启动与停止经操作万能转换开关2SA来实现。2SA开关触点的分合顺序可参见表2-44。

这台电动机启动柜选用了弹簧储能式操作机构。电动机启动时，首先根据电动机旋转方向的要求，选择合上一只隔离开关，同时确认另一只隔离开关处在未合闸状态（参见图2-101）。操作开关1SA，接通控制回路电源。这时断路器必然处在“跳闸后”状态，结合表2-44可知，这时开关2SA的触点10、11闭合，跳闸指示灯绿灯HG点亮（见图2-102）。之后按住储能按钮SB使储能电动机M旋转，储能弹簧开始储能，十几秒钟储能完成后，操作机构内的行程开关S-1接通，这个触点串联在合闸线圈回路中，作为合闸线圈合闸动作的允许条件，即必须在弹簧储能后才允许给合闸线圈通电；行程开关常闭触点S-2断开，自动切断储能电动机的供电回路，储能电动机停止运转，这时松开储能按钮；行程开关S-3接通，“弹簧已储能”指示灯HW点亮。

储能结束将开关2SA顺时针旋转90°，使其从“跳闸后”状态进入“预备合闸”状态，这时开关2SA的触点9、10接通（参见表2-44），绿色指示灯HG经触点9、10与闪光小母线“（+）SM”连接，HG的另一端经断路器的常闭辅助触点QF-1以及合闸线圈YC与“KM-”母线接通，因此指示灯HG开始闪动，提示合闸回路正常，可以继续操作。接着将开关2SA再顺时针旋转45°，使其进入“合闸”状态，这时开关2SA的触点5、8接通（参见表2-44），合闸线圈YC得电动作，触发已储能的弹簧使其能量释放，断路器合闸，电动机得电开始经电抗器降压启动。开关2SA在断路器合闸后，自复位到“合闸后”状态，触点13、16接通（参见表2-44），启动指示灯HY经该触点、真空接触器KM的常闭辅助触点、合闸后已经闭合的断路器常开辅助触点QF-2以及跳闸线圈接通电源而点亮，一方面指示断路器已经合闸、电动机开始降压启动，另一方面提示断路器跳闸线圈回路完好。这时虽然跳闸线圈YR流过启动指示灯HY的工作电流，但由于该电流较小，不足以使跳闸线圈YR实施跳闸动作。

断路器合闸后，其常开辅助触点QF-3闭合，接通时间继电器KT线圈的电源，KT开始延时动作。时间继电器KT的延时时间结束，其延时触点KT闭合，使得中间继电器KA的线圈得电，中间继电器的常开触点KA闭合，接通真空接触器KM的线圈电源，KM吸合动作后，其主触点将电抗器从启动电路中短路切除，高压电动机开始全压加速运行。待电动机达到额定转速时，启动过程完成。真空接触器KM吸合动作后，它的常闭辅助触点断开，启动指示灯HY熄灭，常开辅助触点闭合，运行指示灯HR点亮，指示电动机进入全压运行状态。指示灯HG和HR还具有监视熔断器FU1和FU2是否完好的功能。

图2-102中的隔离开关辅助触点QS1-1和QS2-1并联后，串联在断路器的合闸线圈回路中，可以保证只有隔离开关合闸后才能使断路器合闸。防止先合断路器、后合隔离开关的错误操作发生。辅助触点QS1-2和QS2-2串联后，并联在跳闸线圈的回路中，可以保证万一两台隔离开关同时断开的情况下，断路器必然跳闸。

若欲停止高压电动机的运行，可操作开关2SA使其手柄逆时针旋转90°，开关手柄从“合闸后”状态转换至“预备跳闸”状态，这时开关2SA的触点13、16断开，红色指示灯HR的常亮状态结束；13、14接通，（参见表2-44），红色指示灯HR经真空接触器的常开辅助触点KM-2以及2SA的触点13、14，与闪光小母线“（+）SM”连接，HR的另一端经断路器的常开辅助触点QF-2以及跳闸线圈YR与“KM-”母线接通，因此指示灯HR开始闪动，提示跳闸回路正常，可以继续操作。接着继续逆时针旋转2SA开关手柄45°使达到“跳闸”位置，这时触点6、7接通，跳闸线圈YR经过已经闭合的断路器常开辅助触点QF-2得到额定电压，从而使断路器立即跳闸。开关2SA在“跳闸”以后，自复位到“跳闸后”状态，触点10、11接通（参见表2-44），跳闸绿色指示灯HG经该触点、跳闸后已经闭合的断路器常闭辅助触点QF-1以及合闸线圈YC接通电源而点亮，一方面指示断路器已经跳闸，电动机已经停止运行，另一方面提示断路器合闸线圈回路完好。这时绿色指示灯HG的工作电流不足以使合闸线圈YC动作。断路器跳闸后，时间继电器KT、中间继电器KA以及真空接触器KM的线圈相继断电，其触点均有相应动作。至此。停机过程全部结束。

降压启动电路中的电流测量与图2-98右上侧的电流测量电路相同。过电流与短路保护可参见图2-50，出现电流故障时，通过弹簧储能操作机构实施保护，此处不赘述。

2.3.12　同步电动机的启动控制

（1）同步电动机简介

同步电动机由直流供电的励磁磁场与电枢的旋转磁场相互作用而产生转矩，常用于恒速大功率拖动的场合，例如用来驱动大型空气压缩机、球磨机、鼓风机、水泵和轧钢机等。

同步电动机的转子旋转速度与定子绕组所产生的旋转磁场的速度是一样的，所以称为同步电动机。

同步电动机仅在同步转速下才能产生平均的转矩。如在启动时将定子绕组接入电网且转子绕组同时加入直流励磁，则定子旋转磁场立即以同步转速旋转，而转子磁场因转子有惯性而暂时静止不动，此时所产生的电磁转矩将正负交变而其平均值为零，故同步电动机不能带励启动。同步电动机的启动通常采用异步启动法，或变频启动法等。

同步电动机不带任何机械负荷空载运行时，调节电动机的励磁电流可使电动机向电网发出容性或感性的无功功率，用以维持电网电压的稳定和改善电力系统功率因数。运行在上述状态的同步电动机称为同步调相机，而维持电动机空转和补偿各种损耗的功率则须由电力系统提供。　

（2）同步电动机常用启动方法

①异步启动法　同步电动机在转子磁极上装有启动绕组，当同步电动机定子绕组通入电源时，由于启动绕组的作用，转子产生转矩，电动机旋转起来（与异步电动机类似）。当同步电动机加速到亚同步转速，在转子的励磁绕组中通入励磁电流，依靠同步电机定、转子磁场的吸引力而产生电磁转矩，把转子牵入同步。

同步电动机投入励磁前的异步启动期间，励磁绕组不能开路，否则励磁绕组会感应出很高的电动势，破坏励磁绕组的绝缘；也不能短路，短路后，在励磁绕组中产生较大的电流。励磁绕组在启动时应串接一定阻值（通常为转子绕组电阻值的5～10倍）的电阻后可靠闭合，而转子的转速接近定子磁场旋转速度的95%时，将所串联的电阻去除，通上直流励磁电流，完成启动。

同步电动机在异步启动时，可以在额定电压下启动，即全压启动；也可以降压（例如采用串联电抗器等方法）启动。对于启动次数少或容量不大的同步电动机，可以全压启动，如图2-103所示。但全压启动电流较大，一般为额定电流的6～7倍或更大，对电网和同步电动机的冲击都很大，因此对于电动机容量较大或电网容量相对较小的场合，应采用降压启动。图2-104是同步电动机降压启动电路的示意图。同步电动机降压启动时，隔离开关QS和断路器QF1先期合闸，电动机经电抗器L降压启动，适当延时后断路器QF2合闸，将电抗器L短路，电动机进入全压运行状态。

同步电动机全压启动和降压启动的基本工作原理与本章前几节介绍的异步电动机启动方式类似，详细分析可参考这部分内容。

②变频启动法　变频启动近几年也得到广泛的应用，启动时，先在转子绕组中通入直流励磁电流，利用变频器逐步升高加在定子上的电源频率f，使转子磁极在开始启动时就与旋转磁场建立起稳定的磁场吸引力而同步旋转，在启动过程中频率与转速同步增加，定子频率达到额定值后，转子的旋转速度也达到额定的转速，启动完成。