自耦减压起动柜

河南机电高等专科学校

毕业设计论文

论文题目：75KW自耦减压起动柜

系 部： 专 业： 班 级： 学生姓名： 学 号： 指导教师：

2012年5月8日

摘要 电机的起动电流近似的与定子的电压成正比，因此要采用降低定子电压的办法来限制起动电流，即为降压起动。对于因直接起动冲击电流过大而无法承受的场合，通常采用降压起动，此时，起动转矩下降，起动电流也下降，所以只适合必须减小起动电流，又对起动转矩要求不高的场合。常见降压起动方法：定子串电阻降压起动、Y/Δ起动控制线路、延边三角起动、软启动及自耦变压器降压起动。

关键词： 降压启动、启动方法、自耦变压器

Abstract

Motor starting current of stator voltage approximate with direct proportion, so to reduce the stator voltage way to limit the starting current, is step-down start. Due to excessive current direct starting shock and could not afford the occasion, usually with step-down start by, at this time, starting torque drop, starting current decline, so only suitable for must reduce starting current, and the demand is not high starting torque of the occasion. Common step-down start methods: of the stator resistance step-down start, Y/Δ start control system in ya bian triangle line, starting, soft start-up and self coupling transformer step-down start.

Keywords: asynchronous motor, step-down start, autotransformer

目 录

摘要 ................................................................................................................................... I

绪 论 ................................................................................................................................. 1

第1章 自耦减压起动柜（75KW）的概述 .................................................................. 2

1.1 课题的需求分析 ................................................................................................. 2

1.2设计原理 .............................................................................................................. 3

1.3 设计任务 ............................................................................................................. 3

第2章 壳体的设计 ......................................................................................................... 4

2.1壳体的规格介绍与选择 ...................................................................................... 4

2.2 壳体的图形展示 ................................................................................................. 4

2.2.1壳体正面图展示： .................................................................................... 5

2.2.2壳体内部安装示意图展示： .................................................................... 5

2.2.3面板安装示意图： .................................................................................... 6

第3章 自耦变压器的设计 ............................................................................................. 7

3.1变压器的介绍及其工作原理 .............................................................................. 7

3.2自耦变压器工作原理 .......................................................................................... 8

3.3自耦变压器的特点： ........................................................................................ 10

3.4自耦变压器运行方式 ........................................................................................ 10

3.5自耦变压器的应用 ............................................................................................ 11

3.6变压器的设计方案 ............................................................................................ 12

3.6.1安装与调试： .......................................................................................... 13

3.6.2常见故障 .................................................................................................. 14

3.7电路图的设计 .................................................................................................... 14

第 4 章 器件及线路选择 ............................................................................................. 15

4.1电器件的介绍与规格选择 ................................................................................ 15

4.1.1接触器 ...................................................................................................... 16

4.1.2空气开关 .................................................................................................. 17

4.1.3中间继电器 .............................................................................................. 18

4.1.4热继电器 .................................................................................................. 19

4.1.5电流互感器 .............................................................................................. 20

4.1.6时间继电器 .............................................................................................. 20

4.1.7熔断器 ...................................................................................................... 21

4.1.8指示灯 ...................................................................................................... 22

4.1.9按钮 .......................................................................................................... 22

4.2材料清单 ............................................................................................................ 24

第5章 结 论 ............................................................................................................... 25

5.1 自耦减压起动柜具有的优点 ........................................................................... 25

5.2自耦减压起动柜的产品结构及安装与使用 .................................................... 25

5.2.1产品结构 .................................................................................................. 25

5.2.2安装与使用 .............................................................................................. 26

致谢 ................................................................................................................................. 27

参考文献 ......................................................................................................................... 28

附录 ................................................................................................................................. 29

附录I 电动机自耦降压启动（自动控制电路） .................................................. 29

附录II清单表 ......................................................................................................... 30

绪 论

目前，工业中原动力主要由电动机提供，电动机可分为直流和交流电机。由于直流电机和交流电机的特点又决定了机械设备的动力大多由交流异步电机提

供，尤其以鼠笼式电机居多。根据统计，在电网的总负载中，动力负载约占59%，而异步电机则占总动力负载中的85%，由此可见异步电动机在工农业中的重要性，异步电机的应用范围是非常广的，容量从几十瓦一直到几千瓦，应用在各种行业，例如，在工业方面，中小型的轧钢设备都采用异步电机，它也被广泛地用在各种机床上和在各种轻工业中作为一般的动力装备。在矿山上，它常用来拖动卷扬机和鼓风机等。在农业方面，它被用来拖动水泵和其它副产品加工机械。此外，它在人民日常生活中也越来越占重要地位，例如电扇，冷冻机，和各种医疗机械钟也都采用异步电机。总之，异步电动机应用范围广，需要量大，而且随着电气化自动化的发展，它在工农业生产和人民生活中的重要性也将逐步增大。

与直流电机相比，交流电机有结构简单、成本低、可靠性高等一系列优点，但是相对欠缺的是其启动性能和调速性能。作为调速性能，随着变频技术的发展，已经得到了很好的解决，所以一直处于弱势的是其启动性能。因为在该阶段，由于启动过程中措施不到位导致电流过大有可能会出现烧毁电机和引发电网故障的现象，所以在工程界比较重视电机的启动问题。 而三相异步电动机又是电机中最常用的，三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相 对运动而产生感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。

三相异步电动机又称为三相感应电动机，感应电动机是基于气隙旋转磁场与转子绕组中感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现能量转换的一种交流电动机。由于转子绕组电流是感应产生的，因此称为感应电动机。感应电动机与其它电动机相比，具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠及重量轻成本低等优点。此外感应电动机 还便于派生各防护型式以使用不同环境条件的需要，也有较高的效率和较好的工作特性。由于感应电动机具有上述许多优点，它是电动机领域中应用最广泛的一种电动机。例如:中小型轧钢设备,矿山机械,机床,起重运输机械,鼓风机,水泵,和农副产品加工机械等都大部分采用三相异步电动机来拖动。

第1章 自耦减压起动柜（75KW）的概述

1.1 课题的需求分析

随着我国工业的不断发展，三相异步电动机的需求会越来越大，三相的应用越来越广泛。三相异步电动机的操作系统是一个非常庞大而复杂的系统，它不仅为现代化工业,家庭生活和办公自动化等一系列应用提供操作平台，而且能够提供多种应用服务，使人们的生活质量有了大的质量性的提高，摆脱了人力劳动工作的模式，而三相异步电动机主要应用于工业生产的自动化操作中是三相异步电动机的主要应用之一，因此本课程设计课题将主要以在工业中三相交流异步电动机

三相异步电动机的应用几乎涵盖了工农业生产和人类生活的各个领域,在这些应用领域中,三相异步电动机常常运行在恶劣的环境下,导致产生过流,短路,断相,绝缘老化等事故，应用于大型工业设备重要场合的高压电动机,大功率电动机来说,一旦发生故障所造成的损失无法估量。

在生产过程中,科学研究和其它产业领域中,电气控制技术应用十分广泛,在机械设备的控制中,电气控制也比其它的控制方法使用的更为普遍。

三相异步电动机具有结构简单、坚固耐用、价格便宜、维修方便等优点，获得了广泛的应用。对它的起动控制有直接启动与减压启动两种方式。

笼行异步电动机的直接启动是一种简单、经济、可靠的启动方法。由于直接起动电流可达到电动机电流的4-7倍，过大的起动电流会造成电网电压显著下降，直接影响在同一电网工作的其他电器设备，甚至使它们无法正常工作。因而对容量较大的电动机，采用自耦减压启动柜，以减小起动电流。保护电路及其他电器设备。

自耦变压器是一种单圈变压器，一、二侧共用一绕组绕制，其电压比是固定的。自耦变压器与同容量的一般变压器相比较，具有结构简单、用料省、体积小等优点，尤其在电压比接近1的场合显得特别经济，所以在电压相近的大功率输电变压器中用得较多，此外在10千瓦以上异步电动机降压起动柜得到广泛应用。

自耦变压器减压起动利用自耦变压器来降低起动时的电压，达到限制起动电流的目的。起动时，电源电压加载自耦变压器的高压绕组上，电动机的定子绕组与自藕变压器的低压绕组连接，当电动机的转速达到一定值时，将自耦变压器切除，电动机直接与电源相接，在正常电压下运行。

1.2设计原理

自耦变压器减压起动利用自耦变压器来降低起动时的电压，达到限制起动电流的目的。起动时，电源电压加在自耦变压器的高压绕组上，电动机的定子绕组与自耦变压器的低压绕组连接，当电动机的转速达到一定值时，将自耦变压器切除，电动机直接与电源相接，在正常电压下运行。

自耦变压器一次电压、电流和二次电压、电流关系为U1/U2=I2/I1=K，式中K为自耦变压器的电压比。

起动转矩正比于电压的平方，定子每相绕组上的电压降低到直接起动的1/K,起动转矩也将降低为直接启动的1/K^2。因此，起动转矩的大小可通过改变电压比K得到改变。

自耦变压器减压起动分手动控制和自动控制两种。工厂常采用自动补偿器实现减压启动的自动控制。

补偿器减压启动使用与负载容量较大，正常运行时定子绕组连接成Y形而不能采用星形-三角形启动启动方式的笼型异步电动机。但这种起动方式设备费用大，通常用于起动大型和特殊用途的电动机。

1.3 设计任务

设计任务：1、壳体的设计

2、自耦变压器的设计

3、电路图的设计

4、电器件的规格选择

5、材料的清单

第2章 壳体的设计

2.1壳体的规格介绍与选择

自耦减压起动柜的壳体采用1.2mm的冷轧钢板。底盘采用45x45mm的角钢，用于支撑自耦变压器。表面采用磷化喷铄处理，壳体颜色为工业灰。

壳体的尺寸为:1200mmx800mmx400mm(长x宽x高)

冷轧钢板：冷轧钢板就是经过冷轧生产的钢板，俗称冷板。 冷轧是在室温条件下将钢板进一步轧薄至为目标厚度的钢板。和热轧钢板比较，冷轧钢板厚度更加精确，而且表面光滑、漂亮，但机械性能较差，特别是加工性能方面。因为冷轧原卷比较脆硬，不太适合加工，所以通常情况下冷轧钢板要求经过退火、酸洗及表面平整之后才交给客户。冷轧最小厚度是0.1--8.0MM以下，大部份工厂如保定普瑞钢材冷轧钢板厚度是4.5MM以下；最少厚度、宽度是根据各工厂的设备能力和市场需求而决定。 角钢俗称角铁、是两边互相垂直成角形的长条钢材。有等边角钢和不等边角钢之分。等边角钢的 两个边宽相等。其规格以边宽×边宽×边厚的毫米数表示。

2.2 壳体的图形展示

2.2.1壳体正面图展示：

图2-1自耦减压起动柜

2.2.2壳体内部安装示意图展示：

图2-2壳体内部安装示意图

电流表

电压表

指示灯

红绿黄各一

按钮

红绿各一

门锁

图2-3面板安装示意图

2.2.3面板安装示意图：

第3章 自耦变压器的设计

3.1变压器的介绍及其工作原理

变压器 (Transformer)是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心（磁芯）。在电器设备和无线电路中，常用作升降电压、匹配阻抗，安全隔离等。在发电机中，不管是线圈运动通过磁场或磁场运动通过固定线圈，均能在线圈中感应电势，此两种情况，磁通的值均不变，但与线圈相交链的磁通数量却有变动，这是互感应的原理。变压器就是一种利用电磁互感应，变换电压，电流和阻抗的器件。 变压器的功能主要有：电压变换；电流变换，阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）等。变压器常用的铁芯形状一般有E型和C型铁芯，XED型，ED型，CD型。 变压器是变换交流电压、交变电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。

变压器的最基本形式，包括两组绕有导线之线圈，并且彼此以电感方式称合一起。当一交流电流(具有某一已知频率)流于其中之一组线圈时，于另一组线圈中将感应出具有相同频率之交流电压，而感应的电压大小取决于两线圈耦合及磁交链之程度。

一般指连接交流电源的线圈称之为「一次线圈」(Primary coil);而跨于此线圈的电压称之为「一次电压」。在二次线圈的感应电压可能大于或小于一次电压，是由一次线圈与二次线圈间的「匝数比」所决定的。因此，变压器区分为升压与降压变压器两种。

一般常用变压器的分类可归纳如下：

(1)按相数分：

1、单相变压器：用于单相负荷和三相变压器组。

2、三相变压器：用于三相系统的升、降电压。

(2)按冷却方式分：

1、干式变压器：依靠空气对流进行冷却，一般用于局部照明、电子线路等小容量变压器。

2、油浸式变压器：依靠油作冷却介质、如油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、强迫油循环等。

(3)按用途分：

1、电力变压器：用于输配电系统的升、降电压。

2、仪用变压器：如电压互感器、电流互感器、用于测量仪表和继电保护装置。

3、试验变压器：能产生高压，对电气设备进行高压试验。

4、特种变压器：如电炉变压器、整流变压器、调整变压器、电容式变压器、移相变压器等。

(4)按绕组形式分：

1、双绕组变压器：用于连接电力系统中的两个电压等级。

2、三绕组变压器：一般用于电力系统区域变电站中，连接三个电压等级。

3、自耦变电器：用于连接不同电压的电力系统。也可做为普通的升压或降后变压器用。

(5)按铁芯形式分：

1、芯式变压器：用于高压的电力变压器。

2、非晶合金变压器：非晶合金铁芯变压器是用新型导磁材料，空载电流下降约80%，是目前节能效果较理想的配电变压器，特别适用于农村电网和发展中地区等负载率较低的地方。

3、壳式变压器：用于大电流的特殊变压器，如电炉变压器、电焊变压器；或用于电子仪器及电视、收音机等的电源变压器。

3.2自耦变压器工作原理 自耦变压器是指它的绕组是初级和次级是在同一调绕组上的变压器。根据结构还可细分为可调压式和固定式。

1.自耦变压器是输出和输入共用一组线圈的特殊变压器.升压和降压用不同的抽头来实现.比共用线圈少的部分抽头电压就降低.比共用线圈多的部分抽头电压就升高.

2.其实原理和普通变压器一样的，只不过他的原线圈就是它的副线圈一般的变压器是左边一个原线圈通过电磁感应，使右边的副线圈产生电压，自耦变压器是自己影响自己。

3.自耦变压器是只有一个绕组的变压器，当作为降压变压器使用时，从绕组中抽出一部分线匝作为二次绕组；当作为升压变压器使用时，外施电压只加在绕组的—部分线匝上。通常把同时属于一次和二次的那部分绕组称为公共绕组，自耦变压器的其余部分称为串联绕组，同容量的自耦变压器与普通变压器相比，不但尺寸小，而且效率高，并且变压器容量越大，电压越高．这个优点就越加突出。因此随着电力系统的发展、电压等级的提高和输送容量的增大，自耦变压器由于

其容量大、损耗小、造价低而得到广泛应用。

图3-1：三相自耦变压器

由电磁感应的原理可知,变压器并不要有分开的原绕组和副绕组,只有一个线圈也能达到变换电压的目的.在图1中,当变压器原绕组W1接入交流电源U1时,变压器原绕组每匝的电压降,电压平均分配在变压器原绕组1,2,变压器副绕组W2的电压等于原绕组每匝电压乘以3,4的匝数.在U1不变的下,变更W1和W2的比例,就得到不同的U2值.这种原,副绕组直接串联,自行耦合的变压器就叫自耦变压器,又叫单圈变压器.

普通变压器的原,副绕组是互相绝缘的,只用磁的联系而没有电的联系,依线圈组数的不同,这种变压器又可分为双圈变压器或多圈变压器.由电磁感应的原理可知,并不要有分开的原绕组和副绕组,只有一个线圈也能达到变换电压的目的.在图1中,当原绕组W1接入交流电源U1时,原绕组每匝的电压降,电压平均分配在原绕组1,2,,副绕组W2的电压等于原绕组每匝电压乘以3,4的匝数.在U1不变的下,变更W1和W2的比例就得到不同的U2值.这种原,副绕组直接串联,自行耦合的变压器称为自耦变压器,又叫单圈变压器.自耦变压器中的电压,电流和匝数的关系和变压器,既:U1/U2=W1/W2=I2/I1=K

自耦变压器最大特点是,副绕组是原绕组的一部分(如图1的自耦降压变压器),或原绕组是副绕组的一部分(如图2的自耦升压变压器).

自耦变压器原,副绕组的电流方向和普通变压器一样是相反的.

在忽略变压器的激磁电流和损耗的情况下,可有如下关系式：

降压:I2=I1+I,I=I2-I1

升压:I2=I1-I,I=I1-I2

P1=U1I1,P2=U2I2

式中:

I1是原绕组电流,I2是副绕组电流

U1是原绕组电压,U2是副绕组电压

P1是原绕组功率,P2是副绕组功率

图3-2：自耦变压器零序差动保护原理图

3.3自耦变压器的特点：

1、由于自耦变压器的计算容量小于额定容量．所以在同样的额定容量下，自耦变压器的主要尺寸较小，有效材料(硅钢片和导线)和结构材料(钢材)都相应减少，从而降低了成本。有效材料的减少使得铜耗和铁耗也相应减少，故自耦变压器的效率较高。同时由于主要尺寸的缩小和质量的减小，可以在容许的运输条件下制造单台容量更大的变压器。但通常在自耦变压器中只有k≤2时，上述优点才明显。

2、由于自耦变压器的短路阻抗标幺值比双绕组变压器小，故电压变化率较小，但短路电流较大。

3、由于自耦变压器一、二次之间有电的直接联系，当高压侧过电压时会引起低压侧严重过电压。为了避免这种危险，一、二次都必须装设避雷器，不要认为

一、二次绕组是串联的，一次已装、二次就可省略。

4、在一般变压器中。有载调压装置往往连接在接地的中性点上，这样调压装置的电压等级可以比在线端调压时低。而自耦变压器中性点调压侧会带来所谓的相关调压问题。因此，要求自耦变压器有载调压时，只能采用线端调压方式。

3.4自耦变压器运行方式

电力系统中常采用三绕组自耦变压器作为联络变压器，以减少投资和运行费用。它有高压、中压和低压3个绕组。通常其高压和中压侧均为110千伏以上的系统。其运行方式有以下5种。

图3-3 自耦变压器运行方式

1、高压侧向中压侧或中压侧向高压侧送电，如图3-3中a所示。实线方向为高压侧向中压侧送电，虚线表示中压侧向高压侧送电。因为高中低三个绕组与铁心的相对位置，在制造时与设计有所差异，所以在这种运行方式下，如果中压布置在高低压之间，一般可以传输全部额定容量；如果中压绕组靠铁心布置，则由于漏磁通在结构中会引起较大的附加损耗，其最大传输功率s往往限制在额定容量S1n的70～80%。

2、高压侧向低压侧或低压侧向高压侧送电，如上图b所示。此时功率全部通过磁路传输，其最大传输功率不得超过低压绕组的额定容量S3n。

3、中压侧向低压侧或低压侧向中压侧送电，如上图中c所示。这种情况与第 2种运行方式相同。

4、高压侧同时向中压侧和低压侧或低压侧和中压侧同时向高压侧送电，如上图d所示。在这种运行方式下，最大允许的传输功率不得超过自耦变压器高压绕组（即串联绕组）的额定容量。

5、中压侧同时向高压侧和低压侧或高压侧和低压侧同时向中压侧送电，如上图e所示。在这种运行方式中，中压绕组（即公共绕组）为原绕组，而其他两个为副绕组。因此，最大传输功率受公共绕组容量的限制。

3.5自耦变压器的应用

自耦变压器在不需要初、次级隔离的场合都有应用，具有体积小、耗材少、效率高的优点。常见的交流（手动旋转）调压器、家用小型交流稳压器内的变压器、三相电机自耦减压起动箱内的变压器等等，都是自耦变压器的应用范例。

随着我国电气化铁路事业的高速发展，自耦变压器（AT）供电方式得到了长足的发展。由于自耦变压器供电方式非常适用于大容量负荷的供电，对通信线路

的干扰又较小，因而被客运专线以及重载货运铁路所广泛采用。早期我国铁路专用自耦变压器主要依靠进口，成本较高且维护不便。近年来，由中铁电气化局集团保定铁道变压器有限公司设计并生产的OD8-M系列铁路专用自耦变压器先后在神朔铁路、京津城际高速铁路、大秦铁路重载列车单元改造、武广客运专线等多条重要铁路投入使用，受到相关部门的高度好评，填补了国内相关产品的空白。

3.6变压器的设计方案

交流电动机自耦降压启动自动切换控制电路，自动切换靠时间继电器完成，用时间继电器切换能可靠地完成由启动到运行的转换过程，不会造成启动时间的长短不一的情况，也不会因启动时间长造成烧毁自耦变压器事故。

控制过程如下：

1、合上空气开关QF接通三相电源。

2、按启动按钮SB2交流接触器KM1线圈通电吸合并自锁，其主触头闭合，将自耦变压器线圈接成星形，与此同时由于KM1辅助常开触点闭合，使得接触器KM2线圈通电吸合，KM2的主触头闭合由自耦变压器的低压低压抽头（例如65％）将三相电压的65％接入电动。

3、KM1辅助常开触点闭合，使时间继电器KT线圈通电，并按已整定好的时间开始计时，当时间到达后，KT的延时常开触点闭合，使中间继电器KA线圈通电吸合并自锁。

4、由于KA线圈通电，其常闭触点断开使KM1线圈断电，KM1常开触点全部释放，主触头断开，使自耦变压器线圈封星端打开；同时 KM2线圈断电，其主触头断开，切断自耦变压器电源。KA的常闭触点闭合，通过KM1已经复位的常闭触点，使KM3线圈得电吸合，KM3主触头接通电动机在全压下运行。

5、KM1的常开触点断开也使时间继电器KT线圈断电，其延时闭合触点释放，也保证了在电动机启动任务完成后，使时间继电器KT可处于断电状态。

6、欲停车时，可按SB1则控制回路全部断电，电动机切除电源而停转。

7、电动机的过载保护由热继电器FR完成。

图3-4：电动机自耦降压起动（自动控制）电路接线示意图

3.6.1安装与调试：

1、电动机自耦降压电路，适用于任何接法的三相鼠笼式异步电动机。

2、自耦变压器的功率应予电动机的功率一致，如果小于电动机的功率，

自耦变压器会因起动电流大发热损坏绝缘烧毁绕组。

3、对照原理图核对接线，要逐相的检查核对线号。防止接错线和漏接线。

4、由于启动电流很大，应认真检查主回路端子接线的压接是否牢固，无虚接现象。

5、空载试验；拆下热继电器FR与电动机端子的联接线，接通电源，按下SB2起动KM1与KM2和动作吸合，KM3与KA不动作。时间继电器的整定时间到，KM1和KM2释放，KA和KM3动作吸合切换正常，反复试验几次检查线路的可靠性。

6、带电动机试验；经空载试验无误后，恢复与电动机的接线。再带电动机试验中应注意启动与运行的接换过程，注意电动机的声音及电流的变化，电动机起动是否困难有无异常情况，如有异常情况应立即停车处理。

7、再次启动；自耦降压起动电路不能频繁操作，如果启动不成功的话，第二次起动应间隔4分钟以上，入在60秒连续两次起动后，应停电4小时再次启动运行，这是为了防止自耦变压器绕组内启动电流太大而发热损坏自耦变压器的绝缘。

3.6.2常见故障

1、带负荷起动时，电动机声音异常，转速低不能接近额定转速，接换到运行时有很大的冲击电流，这是为什么？

分析现象：电动机声音异常，转速低不能接近额定转速，说明电动机起动困难，怀疑是自耦变压器的抽头选择不合理，电动机绕组电压低，起动力矩小脱动的负载大所造成的。

处理：将自耦变压器的抽头改接在80％位置后，在试车故障排除。

2、电动机由启动转换到运行时，仍有很大的冲击电流，甚至掉闸。

分析现象:这是电动机起动和运行的接换时间太短所造成的，时间太短电动机的起动电流还未下降转速为接近额定转速就切换到全压运行状态所至。

处理：调整时间继电器的整定时间，延长起动时间现象排除。

3.7电路图的设计

电动机自耦降压启动（自动控制电路）

图3-5：电动机自耦降压起动（自动控制）电路原理图

、

第 4 章 器件及线路选择

4.1电器件的介绍与规格选择

4.1.1接触器

接触器(Contactor)是指工业电中利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的电器。接触器由电磁系统（铁心，静铁心，电磁线圈）触头系统（常开触头和常闭触头）和灭弧装置组成。其原理是当接触器的电磁线圈通电后，会产生很强的磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触头动作：常闭触头断开；常开触头闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触头复原：常闭触头闭合；常开触头断开。交流接触器利用主接点来开闭电路，用辅助接点来导通控制回路。主接点一般是常开接点，而辅助接点常有两对常开接点和常闭接点，小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。 接触器具可高频率操作，做为电源开启与切断控制时﹐最高操作频率可达每小时1200次。

75KW的自耦减压起动柜的接触器选择的型号为CJ20-160、CJ20-100、CJ20-40。

CJ20系列交流接触器(以下简称接触器)，主要用于交流50Hz(或60Hz)，额定工作电压至660V，额定工作电流至630A的电路中，供远距离接通和分断电路之用，并可与适当的热过载继电器组合，以保护可能发生操作过负荷的电路。

接触器符合IEC60947-4-1、GB14048.4标准。

图4-1接触器

接触器的结构特点：

接触器的触头系统为直动式、双断点布置，CJ20-40A及以上辅助触头作为独立组件安装在主触头的两侧，在电气上为分开的。

CJ20-10~25A 产品既可用螺钉安装，也可用35mm标准卡轨安装。

CJ20-10~16A产品采用双断点简单开断灭弧室，其余均采用多纵缝陶土灭弧罩或栅片灭弧罩，具有分断能力高、可靠性高的优点。

CJ20-63~630节电产品具有直流通用节电模块，不仅可以派生消声节能产品或直流操作产品，而且不占用辅助触头，从而大大提高了产品的可靠性和寿命。

4.1.2空气开关 空气开关是低压配电网络和电力拖动系统中非常重要的一种电器，它集控制和多种保护功能于一身。除了能完成接触和分断电路外，尚能对电路或电气设备发生的短路．严重过载及欠电压等进行保护，同时也可以用于不频繁地启动电动机。当线路发生一般性过载时，过载电流虽不能使电磁脱扣器动作，但能使热元件产生一定热量，促使双金属片受热向上弯曲，推动杠杆使搭钩与锁扣脱开，将主触头分断，切断电源。当线路发生短路或严重过载电流时，短路电流超过瞬时脱扣整定电流值，电磁脱扣器产生足够大的吸力，将衔铁吸合并撞击杠杆，使搭钩绕转轴座向上转动与锁扣脱开，锁扣在反力弹簧的作用下将三副主触头分断，切断电源。

75KW的自耦减压起动柜的空气开关选择的型号为DZ20-200。

图4-2 空气开关

DZ20系列塑料外壳式断路器（以下简称断路器），其额定绝缘电压为660V，交流50HZ额定工作电压380V及以下，其额定电流从16A至1250A。一般作为配电用，其中Y、J、G型的额定电流225A和Y型400A的断路器亦可作为保护电机使用。在正常情况下，断路器可分别作为线路不频繁转换及电动机的不频繁起动之用。 配电用电路器，在配电网络中用来分配电能，且可作为线路及电源设备的过载、短路和欠压保护。 保护电动机用断路器在配电网络中用作鼠笼型电动机的起动和运转中分断以及作为电动机的过载、短路和欠电压保护。

4.1.3中间继电器

中间继电器(intermediate relay)：用于继电保护与自动控制系统中，以增加触点的数量及容量。 它用于在控制电路中传递中间信号。中间继电器的结构和原理与交流接触器基本相同，与接触器的主要区别在于：接触器的主触头可以通过大电流，而中间继电器的触头只能通过小电流。所以，它只能用于控制电路中。 它一般是没有主触点的，因为过载能力比较小。所以它用的全部都是辅助触头，数量比较多。新国标对中间继电器的定义是K，老国标是KA。一般是直流电源供电。少数使用交流供电。

75KW的自耦减压起动柜的中间继电器选择的型号为JZ7-44。

图4-3中间继电器

JZ7系列中间继电器主要适用于交流50Hz(派生后可用于60Hz)，额定工作电

压至380V或直流额定电压至220V的控制电路中，用来控制各种电磁线圈，以使信号广大或将信号同时传递给有关控制元件。

本产品符合IEC60947-5-1、GB14048.5标准

JZ7-44中间继电器结构特点：

1继电器的结构系开启型、空气电磁式，动作机构为直动式，产品躯壳用热固性塑料制成，整个结构紧凑，使用方便。

2继电器的触头系统为双断点，桥式结构，分上、下两层排列，每层各装四对触点。

3为减轻继电器在闭合过程中的铁芯撞击和触头振动、铁芯采用弹性固定，有利于使用寿命的延长。继电器的接线端采用瓦型垫圈，接线方便可靠。

4.1.4热继电器 热继电器是由流入热元件的电流产生热量，使有不同膨胀系数的双金属片发生形变，当形变达到一定距离时，就推动连杆动作，使控制电路断开，从而使接触器失电，主电路断开，实现电动机的过载保护。继电器作为电动机的过载保护元件，以其体积小，结构简单、成本低等优点在生产中得到了广泛应用。

热继电器的作用是：主要用来对异步电动机进行过载保护，他的工作原理是过载电流通过热元件后，使双金属片加热弯曲去推动动作机构来带动触点动作，从而将电动机控制电路断开实现电动机断电。停车，起到过载保护的作用。鉴于双金属片受热弯曲过程中，热量的传递需要较长的时间，因此，热继电器不能用

作短路保护，而只能用作过载保护热继电器的符号为FR。

75KW的自耦减压起动柜的热继电器选择的型号为JR16B-150。

图4-4热继电器

4.1.5电流互感器

电流互感器原理是依据电磁感应原理的。电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成。它的一次绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中，因此它经常有线路的全部电流流过，二次绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，电流互感器在工作时，它的2次回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路。电流互感器的作用是可以把数值较大的一次电流通过一定的变比转换为数值较小的二次电流，用来进行保护、测量等用途。

75KW的自耦减压起动柜的电流互感器选择的型号为200/5（一相）。

图4-5电流互感器

电流互感器适用于额定频率50HZ、额定工作电压为0.5KV及其以下的交流线路中作电流、电能测量或继电保护用。

结构特点：

本型电流互感器为浇注绝缘母线式，铁芯上绕有二次绕组，下部有底座，供固定安装用。

4.1.6时间继电器

时间继电器是一种利用电磁原理或机械原理实现延时控制的自动开关装置。它的种类很多，有空气阻尼型、电动型和电子型和其他型等。目前最常用的为大规模集成电路型成的时间继电器，它是利用阻容原理来实现延时动作。在交流电路中往往采用变压器来降压，集成电路做为核心器件，其输出采用小型电磁继电器，使得产品的性能及可靠性比早期的空气阻尼型时间继电器要好的多，产品的定时精度及可控性也提高很多。

75KW的自耦减压起动柜的时间继电器选择的型号为JS14-60S。

图4-6时间继电器

概述 JS14S 系列数显式时间继电器（以下简称继电器）属通电延时型。适用于交流50Hz，额定控制电源电压至380V及直流控制电源电压至220V的控制电路中作延时元件，按预定的时间接通或分断电路，按预定的时间接通或分断电器。 由于较JS14系列继电器输出接点容量大，因此增加了直流延时型和面板式，并在锁紧装置上也作改进，可广泛用于电力拖动系统，自动程序控制系统以及各种生产工艺过程的自动控制系统中作时间控制用。

4.1.7熔断器

熔断器也被称为保险丝，IEC127标准将它定义为"熔断体（fuse-link)"。它是一种安装在电路中，保证电路安全运行的电器元件。熔断器其实就是一种短路保护器，广泛用于配电系统和控制系统，主要进行短路保护或严重过载保护。熔断器是一种过电流保护器。熔断器主要由熔体和熔管以及外加填料等部分组成。使用时，将熔断器串联于被保护电路中，当被保护电路的电流超过规定值，并经过一定时间后，由熔体自身产生的热量熔断熔体，使电路断开，从而起到保护的作用。

75KW的自耦减压起动柜的熔断器选择的型号为：RT14-2A(2只)。

图4-7熔断器

该系列熔断器额定电压至交流 1500V、直流1800V，额定电流至3900A，分断能力至100kA。熔断体不带熔断指示装置或带自动报警。适合用于变频器，软启动等设备的保护。半导体设备保护用熔断体（快速熔断体）具有分断能力高，限流特性好，周期性负载特性稳定等特点，能可靠地保护半导体晶闸管及成套装

置。熔体采用优质纯银带制成，性能优异的石英砂作为灭弧介质和选用高强度瓷熔管，确保熔断器质量可靠。

4.1.8指示灯

AD11

信号灯适用于电讯、电器等设备的线路中作指示信号、预告信号、事故信号及其它指示用信号,它采用LED作光源,具有寿命长、可靠性高、耐振动等优

点,是原钨丝和氖泡信号灯的最佳更新换代。

图4-8

指示灯

4.1.9按钮

LAY3系列按钮开关适用于交流50HZ右60HZ，电压至380V及直流电压至220V的电磁动器、接触器、继电器及其它电气线路中，作遥远控制之用。该系列产品结构简单，应用十分广泛的主令电器。在电气自动控制电路中，用于手动发出控制信号以控制接触器、继电器、电磁起动器等。

图4-9按钮

LAY3系列按钮结构特点：

1、做远程控制之用

2、产品基座采用PC材质，触点采用铜基复合点

3、触头采用滑擦式接触，具备自洁功能，确保通断可靠

4、积木式组合结构，触头任意组合，便于交换

5、有防转定位和止松动安装垫片标准配置

6、接线处有防隔离板，安全方便

4.2材料清单

电器元件清单

第5章 结 论

5.1 自耦减压起动柜具有的优点

自耦变压器是一种单圈变压器，一、二侧共用一绕组绕制，其电压比是固定的。自耦变压器与同容量的一般变压器相比较，具有结构简单、用料省、体积小等优点，尤其在电压比接近1的场合显得特别经济，所以在电压相近的大功率输电变压器中用得较多，此外在10千瓦以上异步电动机降压起动柜得到广泛应用。

自耦变压器减压起动利用自耦变压器来降低起动时的电压，达到限制起动电流的目的。起动时，电源电压加载自耦变压器的高压绕组上，电动机的定子绕组与自藕变压器的低压绕组连接，当电动机的转速达到一定值时，将自耦变压器切除，电动机直接与电源相接，在正常电压下运行。耦减压起动柜起动时，电源进线的起动电流不超过电动机额定电流的3～4倍，其最大起动时间为2分钟（包括一次或连续数次起动时间的总和），若连续起动时间98总和已达2分钟，则起动的冷却时间应不少于4小时才能再次起动，因此本产品仅作长时间歇起动之用，不适宜在频繁操作条件下使用。

自耦减压起动柜为箱式防护结构，由自耦变压器、交流接触器、时间继电器、热继电器或综合保护器、万能转换开关等元件组成。对于75kW及以下的产品采用自动控制方式。

80kW及以上的产品，有手动及自动两种控制方式，由转换开关进行切换。时间继电器为可调式，在5-120s以内，可以自由调节控制起动时间。自耦变压器线圈备有额定电压65% (60%)及80%两组抽头。出厂时接在线圈的65% (60%)抽头上，如用户需要较大的起动转矩，可以改接在线圈的80%抽头上，并有过载、断相及失压保护。

5.2自耦减压起动柜的产品结构及安装与使用

5.2.1产品结构 本产品为箱式防护结构，有自耦变压器、交流接触器、智能数显电机保护器(时间继电器、时间继电器)等元件组成，对于75千瓦及以下的产品，系采用自动控制方式，80千瓦及以上的产品，具有手动自动两种控制方式，由转换开关进行切换，智能数显电机保护器在0～240秒内可以自动调节控制起动时间，自耦变压器备有

额定电压60％（65％）及80％二组抽头，出厂时接在60％（65％）抽头上，如果用户需要用较大的起动转矩，可接在80％抽头上，并有过载、断相及失压保护。

5.2.2安装与使用 本型补偿器安装在户内，保证在下列条件下正常工作：

（1）、海拔高度不超过2000米；

（2）、周围介质温度不高于+40℃，不低于-10℃；

（3）、空气相对湿度不大于85％；

（4）、震幅不大于0.5毫米，频率不大于每分钟600次的震动；

（5）、于垂直面的倾斜度不超过5度；

（6）、在无爆炸危险的介质中，且介质中无足以腐蚀金属和破坏绝缘的气体及导电尘埃的地方。

在安装完毕使用前，必需按接线原理图复核接线是否正确，按电动机实际起动时间的要求调整时间继电器的动作时间，按电动机的额定工作电流，调整电动机保护器或热继电器的动作电流，然后进行动作试验。自动操作：

合上电源开关（80千瓦以上为柜内刀开关），绿色指示灯亮，将转换开关旋至“自动”位置上（80千瓦以上），按起动按钮，电动机开始起动， 绿色的指示灯熄灭，黄灯即亮，同时时间继电器开始工作，经一定时间后（即时间继电器的整定时间）时间继电器触点闭合，交流接触器接通，即自动切换使电动机正常运转，同时黄灯熄灭而红灯亮，按“停止”按钮，电动机即停止工作。

致 谢

毕业论文暂告收尾，这也意味着我在河南机电高等专科学校的三年的学习生活既将结束。回首既往，自己一生最宝贵的时光能于这样的校园之中，能在众多学富五车、才华横溢的老师们的熏陶下度过，实是荣幸之极。在这三年的时间里，我在学习上和思想上都受益非浅。这除了自身努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。

论文的写作是枯燥艰辛而又富有挑战的。老师的谆谆诱导、同学的出谋划策及家长的支持鼓励，是我坚持完成论文的动力源泉。在此，我特别要感谢我的导师齐建勇老师。从论文的选题、文献的采集、框架的设计、结构的布局到最终的论文定稿，从内容到格式，从标题到标点，他都给予我很大的帮助。

感谢电气工程系的各位同学，与他们的交流使我受益颇多。最后要感谢我的家人以及我的朋友们对我的理解、支持、鼓励和帮助，正是因为有了他们，我所做的一切才更有意义；也正是因为有了他们，我才有了追求进步的勇气和信心。

时间的仓促及自身专业水平的不足，整篇论文肯定存在尚未发现的缺点和错误。恳请阅读此篇论文的老师、同学，多予指正，不胜感激！

参考文献

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Applications,Vol.13.No.2,2006,pp,29-35.

附录

附录I 电动机自耦降压启动（自动控制电路）

电动机自耦降压起动（自动控制）电路原理图

附录II清单表