第2章 笼型异步电动机启动线路
2.1 直接启动线路
2.1.1 电动机直接启动功率的确定
虽然直接启动方式存在着启动电流大、启动时电压降较大等不利因素，但由于直接启动方式操作简便，不需要附加启动设备，因此在考虑笼型异步电动机启动方式时，仍将直接启动方式列为首选。只有在不符合直接启动条件时，才考虑采用降压启动方式。
笼型异步电动机能否直接启动，取决于下列条件：
①电动机自身要允许直接启动。对于惯性较大，启动时间较长或启动频繁的电动机，过大的启动电流会加快电动机绝缘老化，甚至损坏。
②所带动的机械设备能承受电动机直接启动时的冲击转矩。
③电动机直接启动时所造成的电网电压下降，不致影响电网上其他设备的正常运行。具体要求是：经常启动的电动机，引起的电网电压下降不大于10%；不经常启动的电动机，引起的电网电压下降不大于15%；在保证生产机械要求的启动转矩，且在电网中引起的电压波动不致破坏其他电气设备工作的条件下，电动机引起的电网电压下降允许为20%或更大；在一台变压器供电给多个不同特性负载，而有些负载要求电压变动小时，允许直接启动的异步电动机的功率要小一些。
④电动机启动不能过于频繁。因为启动越频繁给同一电网上其他负载带来的影响越多。
电源容量与直接启动笼型异步电动机功率的关系见表2-1，6（10）/0.4（kV）变压器与直接启动笼型异步电动机功率的关系见表2-2。
表2-1 电源容量与直接启动笼型异步电动机功率的关系
表2-2 6（10）/0.4（kV）变压器与直接启动笼型异步电动机功率的关系
注：所列数据系指电动机与变压器低压母线直接相连时的情况。
2.1.2 简单正转启动线路（一、二）
采用开启式负荷开关（瓷底胶盖刀开关）、转换开关或铁壳开关控制电动机启动和停止，用熔断器作短路保护，是最简单的单向启动线路。采用开启式负荷开关控制的正转启动线路如图2-1所示。
图2-1 正转启动线路（一）
这种控制线路只适用于容量小、启动不频繁的电动机。熔丝的额定电流一般按电动机额定电流的2.5倍选取。常用的HK1系列和HK2系列开启式负荷开关与电动机的配用及熔丝选择分别见表2-3和表2-4。
表2-3 HK1系列开启式负荷开关技术数据
表2-4 HK2系列开启式负荷开关技术数据
采用转换开关控制的正转启动线路如图2-2所示。转换开关采用LW8-Q1/2.2型或LW8-Q1/5.5型。将开关置于中间位置为断开，置于“1”位为启动运转。也可采用LW5型转换开关。采用转换开关控制电动机直接启动，需另配熔断器作短路保护。熔丝选择见表2-3、表2-4。
图2-2 正转启动线路（二）
2.1.3 按钮开关控制点动正转启动线路
按钮开关控制点动正转启动线路如图2-3所示。按下按钮，电动机通电运转；松开按钮，电动机停止运转。图中，熔断器FU1作主回路的短路保护，FU2作控制回路的短路保护；热继电器FR作电动机过载保护。
图2-3 按钮开关控制点动正转启动线路
工作原理：
启动：合上电源开关QS→按下点动按钮SB→接触器KM的线圈得电衔铁吸合→KM的主触点闭合→电动机启动运转。
停机：松开SB→KM的线圈失电衔铁释放→KM的主触点断开→电动机停转。
2.1.4 具有自锁功能的正转启动线路
用接触器控制的具有自锁功能的正转启动线路如图2-4所示。
图2-4 具有自锁功能的正转启动线路
（1）控制目的和方法
控制目的：电动机正转启动、停止。
控制方法：由启动按钮SB1和停止按钮SB2实现。
保护元件：熔断器FU1（电动机短路保护），FU2（控制电路的短路保护）；热继电器FR（电动机过载保护）。
该电路还有失压、欠压保护功能（凡采用接触器控制的电路都有此功能）。当某种原因使电源电压低于额定电压的85%或断电时，接触器KM的线圈失电，衔铁自行释放，断开三相电源，电动机停止运转。电源电压恢复正常后，由于接触器线圈不能自行通电，只有再次按下启动按钮SB1后，电动机才能启动运行，从而实现欠压和失压保护。
（2）线路组成
①主电路。由开关QS、熔断器FU1、接触器KM主触点和电动机M组成。
②控制电路。由熔断器FU2、启动按钮SB1、停止按钮SB2、接触器KM和热继电器FR常闭触点组成。
③仪表及指示灯电路。电压表PV——电源电压指示；电流表PA——电动机电流指示；指示灯H1——运行指示（绿色），H2——停机指示（红色）。
（3）工作原理
合上电源开关QS，电压表PV显示电源电压，停机指示灯H2通过KM的常闭辅助触点点亮。启动时，按下启动按钮SB1，接触器KM线圈得电衔铁吸合并自锁，其主触点闭合，电动机M直接启动运行。同时，KM的常闭辅助触点断开、常开辅助触点闭合，停机指示灯H2灭、运行指示灯H1亮。电流表PA显示电动机电流。
停机时，按下停止按钮SB2，接触器KM失电释放，主触点断开，电动机停止运转。同时，KM常闭辅助触点闭合、常开辅助触点断开，停机指示灯H2亮，运行指示灯H1灭。
当电动机短路时，熔断器FU1熔断，电动机失电停止运转；当电动机过载时，热继电器FR动作，其常闭触点断开，接触器KM失电释放，切断电源，电动机停止运转。
（4）元件选择
电气元件参数见表2-5。
表2-5 电气元件参数
2.1.5 倒顺开关控制正反转启动线路（一、二）
倒顺开关控制的正反转启动线路如图2-5所示。倒顺开关HK有三个操作位置，可实现电动机M正转、停止和反转。由图2-5可见，倒顺开关HK处于“正转”位置时，送入电动机M接线柱U1、V1、W1的电源分别为L1、L2、L3，即U、V、W相，电动机M正转；倒顺开关HK处于“反转”位置时，送入电动机M接线柱U1、V1、W1的电源分别为L2、L1、L3，即V、U、W相，电动机M反转。
图2-5 倒顺开关控制正反转启动线路（一）
需要说明的是，当要改变电动机转向时，应先把倒顺开关操作手柄扳到“停止”位置，停一下后再扳到相反的位置。否则电源突然反接，会造成很大的冲击电流和机械冲击力。严重时，会导致线路过载或电动机损坏。
该控制线路只适用于容量不大于5.5kW的电动机。
采用LW8-N1/2.2或LW8-N1/5.5型转换开关（倒顺开关）控制电动机正反转启动的接线如图2-6所示。置于“1”位为正转启动运转，置于“2”位为反转启动运转，置于中间为断开位置。电动机需用熔断器作短路保护。
图2-6 倒顺开关控制正反转启动线路（二）
2.1.6 正反转点动控制线路
正反转点动控制线路如图2-7所示。
图2-7 正反转点动控制线路
（1）控制目的和方法
控制目的：正转点动和反转点动。
控制方法：正转点动，通过按钮SB1及接触器KM1实现；反转点动，通过按钮SB2及接触器KM2实现。
保护元件：熔断器FU1（电动机短路保护），FU2（控制电路的短路保护）。
（2）线路组成
①主电路。由开关QS、熔断器FU1、接触器KM1和KM2主触点及电动机M组成。
②控制电路。由熔断器FU2、正转点动按钮SB1、反转点动按钮SB2、正转接触器KM1和反转接触器KM2组成。
（3）工作原理
正转点动时，按下按钮SB1，接触器KM1得电吸合，其主触点闭合，电源以L1、L2、L3相序接入电动机三相绕组，电动机正转运行；同时其常闭辅助触点断开，这时即使再按下SB2，接触器KM2也不会吸合。松开SB1，KM1失电释放，电动机停转。
反转点动时，按下按钮SB2，接触器KM2得电吸合，其主触点闭合，电源以L3、L2、L1相序接入电动机三相绕组，电动机反转运行；同时其常闭辅助触点断开，这时即使再按下SB1，接触器KM1也不会吸合。松开SB2，KM2失电释放，电动机停转。
可见，通过KM1、KM2的常闭辅助触点，实现正转、反转联锁功能，防止发生两接触器主触点相互短接，造成短路事故。
（4）元件选择
电气元件参数见表2-6。
表2-6 电气元件参数
2.1.7 低速点动控制线路
低速点动控制线路如图2-8所示。它一般用于机床对刀等场合。
图2-8 低速点动控制线路
（1）控制目的和方法
控制目的：在电动机低速范围内点动运行。
控制方法：用点动按钮和速度继电器联合作用来实现。
保护元件：熔断器FU1（电动机短路保护），FU2（控制电路的短路保护）。
（2）线路组成
①主电路。由开关QS、熔断器FU1、接触器KM主触点和电动机M组成。
②控制电路。由熔断器FU2、点动按钮SB、速度继电器KV常闭触点和接触器KM组成。
（3）工作原理
合上电源开关QS，按下点动按钮SB，接触器KM得电吸合，电动机启动运转。当转速超过设定值时，速度继电器KV动作，其常闭触点断开，KM失电释放，电动机作惯性运行。当转速下降到速度继电器复位时，其常闭触点重新闭合，若这时仍按着按钮SB，则KM再次得电吸合，电动机再次启动运行，重复上述动作，使电动机在低速点动中运转。
（4）元件选择
电气元件参数见表2-7。
表2-7 电气元件参数
2.1.8 接触器联锁控制正反转启动线路
接触器联锁控制正反转启动线路如图2-9所示。
图2-9 接触器联锁控制正反转启动线路
（1）控制目的和方法
控制目的：正转启动和反转启动。
控制方法：正转启动，通过按钮SB1及接触器KM1实现；反转启动，通过按钮SB2及接触器KM2实现。
保护元件：熔断器FU1（电动机短路保护），FU2（控制电路的短路保护）；热继电器FR（电动机过载保护）。
（2）线路组成
①主电路。由开关QS、熔断器FU1、接触器KM1及KM2主触点、热继电器FR和电动机M组成。
②控制电路。由熔断器FU2、正转启动按钮SB1、反转启动按钮SB2、正转接触器KM1、反转接触器KM2、停止按钮SB3和热继电器FR常闭触点组成。
（3）工作原理（合上电源开关QS）
通过KM1、KM2的常闭辅助触点，实现正、反转联锁功能，防止发生两接触器主触点相互短接，造成短路事故。
（4）元件选择
电气元件参数见表2-8。
表2-8 电气元件参数
2.1.9 按钮和接触器双重联锁控制正反转启动线路
按钮和接触器双重联锁控制正反转启动线路如图2-10所示。它集中了按钮联锁和接触器联锁的优点，即当需要改变电动机的转向时，只要直接按一下正转（或反转）按钮即可，而不必先按停止按钮。这种双重联锁的正转、反转控制线路，安全可靠，操作方便。它适用于功率较小、负载惯性小的场合。
图2-10 按钮和接触器双重联锁控制正反转启动线路
（1）控制目的和方法
控制目的：电动机正转、反转控制，能避免接触器主触点熔焊时发生短路事故。
控制方法：采用按钮、接触器双重联锁。
保护元件：熔断器FU1（电动机短路保护），FU2（控制电路的短路保护）；热继电器FR（电动机过载保护）。
（2）线路组成
①主电路。由开关QS、熔断器FU1、接触器KM1和KM2主触点、热继电器FR及电动机M组成。
②控制电路。由熔断器FU2、正转按钮SB1、反转按钮SB2、停止按钮SB3、正转接触器KM1、反转接触器KM2和热继电器FR常闭触点组成。
（3）工作原理
合上电源开关QS，正转时，按下正转按钮SB1，其常闭触点断开，反转接触器KM2断电，实现按钮联锁。SB1的常开触点闭合，接触器KM1得电吸合并自锁，电动机正转启动运行。同时KM1的常闭辅助触点断开，实现触点联锁。
反转时，按下反转按钮SB2，其动作情况类同正转。
停机时，按下停止按钮SB3，接触器失电释放，电动机停转。
（4）元件选择
电气元件参数见表2-9。
表2-9 电气元件参数
2.1.10 采用可逆接触器的正反转启动线路
-N、3TD系列可逆接触器是引进德国西门子技术的产品，可用于电动机正反转启动控制，接线方便、动作可靠。该可逆接触器由-N或3TD系列交流接触器与联锁机构组成。它们同时装有机械及电气两种联锁机构，确保电路在频繁换相时的可靠性。其控制线路如图2-11所示。
图2-11 采用可逆接触器的正反转启动线路
-N、3TD系列可逆接触器配用熔断器的推荐值见表2-10。
表2-10 
-N、3TD系列可逆接触器配用熔断器推荐值
2.1.11 接触器控制正反转启动及点动线路
接触器控制正反转启动及点动线路如图2-12所示。
图2-12 接触器控制正反转启动及点动线路
（1）控制目的和方法
控制目的：电动机正转、反转控制和正转、反转点动控制，能避免接触器主触点熔焊时发生短路事故。
控制方法：采用正、反转按钮和点动按钮，以及接触器双重联锁。
保护元件：熔断器FU1（电动机短路保护），FU2（控制电路的短路保护）；热继电器（电动机过载保护）。
（2）线路组成
①主电路。由开关QS、熔断器FU1、接触器KM1和KM2主触点、热继电器FR及电动机M组成。
②控制电路。由熔断器FU2、正转按钮SB1、反转按钮SB2、正转点动按钮SB3、反转点动按钮SB4、停止按钮SB5和热继电器FR常闭触点组成。
（3）工作原理
合上电源开关QS，按下正转按钮SB1，接触器KM1线圈得电衔铁吸合并自锁，电动机正转。当按下反转按钮SB2时，KM1线圈失电衔铁释放，而接触器KM2线圈得电衔铁吸合并自锁，电动机反转。当需要正向点动时，按下正向点动按钮SB3，接触器KM1线圈得电衔铁吸合，其常闭辅助触点断开，KM2线圈失电衔铁释放，电动机正转。由于按下SB3时，其常闭触点断开了KM1的自锁回路，KM1不再自锁，一旦放开SB3，KM1随即释放，实现正向点动。需要反向点动时，按下反向点动按钮SB4即可。其工作原理与正向点动类似。
（4）元件选择
电气元件参数见表2-11。
表2-11 电气元件参数
2.1.12 行程开关控制正反转启动线路
行程开关控制正反转启动线路如图2-13所示。它在正反转控制线路的基础上增设两个行程开关（限位开关）SQ1和SQ2。
图2-13 行程开关控制正反转启动线路
（1）控制目的和方法
控制目的：电动机能正转、反转运行，停机受行程开关控制。
控制方法：采用两个限位开关，当运动部件运行到规定位置时，由装在运动部件上的挡块碰撞，操动限位开关而启停机作用。
保护元件：熔断器FU1（电动机短路保护），FU2（控制电路的短路保护）；热继电器FR（电动机过载保护）。
（2）线路组成
①主电路。由开关QS、熔断器FU1、接触器KM1及KM2主触点、热继电器FR和电动机M组成。
②控制电路。由熔断器FU2、正转按钮SB1、反转按钮SB2、停止按钮SB3、限位开关SQ1及SQ2、正转接触器KM1、反转接触器KM2和热继电器FR常闭触点组成。
（3）工作原理
合上电源开关QS，按下正转（向前）按钮SB1，接触器KM1线圈得电衔铁吸合并自锁，电动机正转，并带动设备（小车）向前运行；当设备运行到设定位置时，设备上的挡铁碰撞行程开关SQ1，使SQ1的常闭触点断开，KM1线圈失电衔铁释放，电动机停转，设备停止在设定的位置上。此时即使按下正转（向前）按钮SB1，KM1线圈也不会得电。
当按下反转（向后）按钮SB2时，接触器KM2线圈得电衔铁吸合并自锁，电动机反转，并带动设备（小车）向后运行，设备一离开原停止位置，行程开关SQ1便复位，常闭触点闭合 。当设备运行到另一设定位置时，行程开关SQ2的常闭触点被撞开，KM2线圈失电衔铁释放，电动机停转，设备停止在另一设定位置上。
电动机运行中需停机时，按下停止按钮SB3，控制电路断电，接触器失电释放，电动机停转。
（4）元件选择
电气元件参数见表2-12。
表2-12 电气元件参数
2.1.13 自动往返控制线路
自动往返控制线路如图2-14所示。它广泛应用于铣床、磨床、刨床等。
图2-14 自动往返控制线路
（1）控制目的和方法
控制目的：使设备在设定的行程内自动往返运行。
控制方法：在工作台上安装有挡铁1和2，机床床身上装有行程开关SQ1～SQ4。在SQ1和SQ2的作用下，线路能自动换接电动机的转向，使工作台在设定的范围内自动往返移动。
保护元件：熔断器FU1（电动机短路保护），FU2（控制电路的短路保护）；热继电器FR（电动机过载保护）；限位开关SQ3、SQ4［限位保护。当SQ1或SQ2失效时，SQ3、SQ4能使工作台（在极限位置）停止下来］。
（2）线路组成
①主电路。由开关QS、熔断器FU1、接触器KM1和KM2主触点、热继电器FR及电动机M组成。
②控制电路。由熔断器FU2、正转按钮SB1、反转按钮SB2、正转行程开关SQ2、反转行程开关SQ1、正转接触器KM1、反转接触器、限位开关SQ3、SQ4和热继电器FR常闭触点组成。
（3）工作原理
合上电源开关QS，按下启动按钮SB1，接触器KM1线圈得电衔铁吸合，电动机M正转，并拖动工作台向左移动。当工作台运动到一定位置时，挡铁1碰撞行程开关SQ1，使其常闭触点断开，KM1线圈失电衔铁释放，电动机M停转。随即行程开关SQ1的常开触点闭合，使接触器KM2线圈得电衔铁吸合并自锁，电动机反转，拖动工作台向右移动。同时，行程开关SQ1复位，为下次正转做好准备。当工作台向右移动到一定位置时，挡铁2碰撞行程开关SQ2，使其常闭触点断开，KM2线圈失电衔铁释放，电动机停转。随即行程开关SQ2的常开触点闭合，使接触器KM1再次得电吸合，电动机又开始正转。如此往复循环，使工作台在预定的行程内自动往返移动。按下停止按钮SB3，循环停止。
（4）元件选择
电气元件参数见表2-13。
表2-13 电气元件参数
2.1.14 带有点动功能的自动往返控制线路
带有点动功能的自动往返控制线路如图2-15所示。其工作原理与本节2.1.13自动往返控制线路相同。不同的是，线路中加入了点动功能。点动功能仅供运动部件微调用。图中，SB3和SB4分别为正向点动按钮和反向点动按钮。当按下SB3时，KM1自锁触点虽闭合，但因为SB3的常闭触点已断开，故无法自锁。一旦放开SB3，KM1随即释放，实现正向点动。SB4的反向点动功能与SB3相同。
图2-15 带有点动功能的自动往返控制线路
2.1.15 QC12型不可逆磁力启动器控制电动机启动线路
磁力启动器可以用作笼型异步电动机直接启动控制设备。磁力启动器实际上是由交流接触器、热继电器和按钮等组合而成的启动控制设备，因而它具有短路保护、过载保护、失压保护和欠压保护等功能。常用的磁力启动器有QC12等型，分为不可逆式和可逆式两种。
QC12型不可逆磁力启动器控制电动机启动线路如图2-16所示。图中，虚线框内所示为QC12型不可逆磁力启动器内部结构。
图2-16 QC12型不可逆磁力启动器控制电动机启动线路
该线路的工作原理与本节2.1.4具有自锁功能的正转启动线路相同。热继电器FR用于电动机的过载保护。当电源电压低于额定电压的85%或电源失电时，磁力启动器便自动跳闸，以保护电动机不被烧毁。同时，还可避免电压突然恢复时电动机自动启动。
QC12系列磁力启动器的技术数据见表2-14。
表2-14 QC12系列磁力启动器的主要技术数据
2.1.16 QC12型可逆磁力启动器控制电动机启动线路
QC12型可逆磁力启动器控制电动机启动线路如图2-17所示。图中，虚线框内所示为QC12型可逆磁力启动器内部结构。其工作原理与本节2.1.8接触器联锁控制正反转启动线路相同。
图2-17 QC12型可逆磁力启动器控制电动机启动线路
2.1.17 采用ZF型换相组件的正反转启动线路
ZF型换相组件的内部采用晶闸管控制。采用ZF型换相组件的正反转启动线路如图2-18所示。
图2-18 采用ZF型换相组件的正反转启动线路
图中，SB1为正转启动按钮；SB2为反转启动按钮。它们互相联锁，防止短路的发生。
ZF型换相组件控制电动机功率范围为0.75～37kW。Ⅰ型适配电动机功率为0.75～5.5kW；Ⅱ型适配电动机功率为7.5～15kW；Ⅲ型适配电动机功率为18.5～37kW。
ZF型换相组件环境温度要求：-25～+40℃；环境湿度要求：25℃时，湿度≤85%RH。其通态压降≤1.5V；断态漏电流≤3mA；绝缘电压≥2000V；换相延时时间≥200ms。