机电设备的运动大都由电动机驱动，如机电设备运动中的起停控制、运动方向控制、运动时间控制等可通过电动机控制实现，而速度控制、运动距离控制等也与电动机控制直接或间接相关，所以机电设备电气控制的核心是对电动机的控制。由各类低压电器组成的“继电器-接触器”三相异步电动机电气控制环节是实现各种机电设备电气控制线路的基础。
起动控制是最基本的控制环节，机电设备通过主电动机的起动控制使整台设备进入工作状态。一、全压起动控制环节
全压起动又称为直接起动，即起动时将三相异步电动机定子绕组直接连在额定电压的交流电源上。由于三相异步电动机起动电流Ist为额定电流IN的4~7倍，起动时过大的电流将导致绕组因严重发热而损坏，甚至还会造成电网电压显著下降及邻近其他电气设备（例：电动机）工作不正常。全压起动时电动机容量一般为10kW以下。
1.点动控制
图1是三相笼型异步电动机单向全压起动点动控制线路。主电路由组合开关QS、熔断器FU1、接触器的主触头KM、热继电器的加热元件FR和电动机M组成。控制线路由热继电器的常闭触头FR、点动按钮SB、线圈KM和熔断器FU2组成。
三相电源由组合开关QS引入主电路，主电路与控制线路之间电源连接关系是先从主电路向变压器TC主边绕组引入两相电源，然后由变压器副边绕组引出两相符合控制线路电压要求的控制电源供给控制线路。
按下按钮SB时， KM线圈通电，主电路中的KM主触头闭合（组合开关QS先已合上），电动机M全压起动运转。手松开按钮SB时，按钮SB1在复位弹簧作用下，恢复至断开状态，接触器KM的线圈断电，导致主电路中接触器的主触头断开，电动机M断电停转。
这种按下按钮，电动机起动；松开按钮，电动机断电停转的控制形式称为点动，点动控制多用于机床刀架、横梁、立柱等快速移动和机床对刀等场合。
2.连续控制
图2是电动机全压起动连续控制线路。三相电源仍由组合开关QS引入，两相控制线路电源引入方法则省略不画。
图2 单向全压起动连续控制线路
a)主电路 b)控制线路
1）起动控制原理
起动时，合上QS，引入三相电源。按下SB2， KM线圈通电，主电路中KM主触头闭合，电动机接通电源直接起动运转。
由于按钮SB2与一个KM常开辅助触头并联， KM线圈一旦通电，KM常开辅助触头闭合，以后即使SB2松开后复位断开，通过KM常开辅助触头的闭合， KM线圈继续保持通电，电动机M连续运行。这种依靠接触器自身辅助触头而使其线圈保持通电的控制方式称为自锁。
按下按钮SB1， KM线圈断电，致主电路中KM主触头断开，电动机M停止工作，控制线路中的KM常开辅助触头同时断开，之后当手松开SB1后，SB1将复位闭合，但KM线圈已不能依靠KM常开辅助触头通电，按钮SB1起停止作用。
2）保护环节
熔断器FU1、FU2用于电路短路保护但不能起过载保护作用，因此需用热继电器FR实现过载保护。
3.点动连续双重控制
图3所示各控制线路具有点动控制与连续控制的双重功能。图3a)控制线路中通过手动开关SA实现点动与连续控制的切换。SA置于“断”位置，按钮SB2是一个点动按钮；SA置于“通”位置，按钮SB2转换为起动连续控制按钮。
图3b)控制线路中用按钮SB2、复合按钮SB3分别控制。点动时通过复合按钮SB3的常闭触头断开接触器KM的自锁触头，实现点动。连续控制按钮为SB2。
图3c)控制线路中，按下按钮SB3，中间继电器KA的常闭触头断开接触器KM的自锁触头，而KA的常开触点使接触器KM的线圈通电实现点动，连续控制时用按钮SB2实现。
图3 点动连续双重控制线路
a)开关转换形式 b)分别控制形式 c)中间继电器控制形式
4.多点控制
多点控制线路见图4。根据机电设备操作人数有单人多点控制与多人多点控制两种控制线路。
1）单人多点控制
单人操作的大型机电设备为了操作方便，常要求在两个或两个以上地点都能操作，其控制线路见图4a)，分别在甲地安装起动按钮SB1与停止按钮SB2，乙地安装SB3、SB4，丙地安装SB5、SB6，在甲、乙、丙中任何一地，均可通过相应的起动按钮与停止按钮操作。
2）多人多点控制
多人多点操作的大型机电设备为了操作安全，要求多个操作者都发出起动信号，设备才能起动工作，其控制线路见图4b)。甲、乙、丙三地的起动操作按钮SB2、SB4与SB6必须都按下，接触器KM的线圈才能通电。
图4 多点控制线路
a)单人多点控制线路 b)多人多点控制线路
二、减压起动控制环节
由于较大容量（大于10kW）笼型异步电动机起动电流较大，起动时会引起电网电压波动，因此需通过减压起动减小电动机绕组中的起动电流。常用减压起动方法有串电阻减压起动、星三角减压起动、延边三角形减压起动及自耦变压器减压起动等。
1.串电阻减压起动
图5是定子绕组串电阻减压起动控制线路。电动机起动时，在电路中串电阻，可使电动机定子绕组电压降低，起动结束后再将电阻切除，使电动机在额定电压下运行。
图5 定子绕组串电阻减压起动
a)主电路 b)控制电路
1）主电路
主电路中QS是电源引入开关，当接触器KM1主触头闭合、接触器KM2主触头断开时，电源电流将经组合开关QS、熔断器FU1、主触头KM1、串接在线路中的电阻R、热继电器加热元件FR接入电动机M的三相定子绕组中，三相定子绕组处于减压起动状态。反之，将KM1断开、KM2闭合，则电源不再经过串电阻R，而是直接接入三相定子绕组中，三相定子绕组处于全压运转状态。
2）控制线路
当按下SB2，KM1线圈通电，并通过KM1常开辅助触头闭合形成对SB2的自锁。主电路中KM1主触头接通，电动机进入减压起动状态。
按下SB2时KT线圈同时通电，经一段延时时间（延时时间至接近电动机额定转速时结束）后， KT常开延时闭合触头闭合，KM2线圈通电。
KM2线圈一旦通电，KM1线圈因所在支路中的KM2常闭触头立即断开而断电，此时主电路中KM1主触头断开，KM2主触头闭合，引入的电源电流不经过串电阻直接接入电动机的三相绕组，电动机切换成全压运转状态。
串电阻减压起动的优点是控制线路简单、成本低、动作可靠、功率因素高。但由于串电阻减压起动时电流随定子电压成正比下降，起动转矩按电压的平方成正比下降，且每次起动都要消耗大量电能，仅适用于要求起动平稳的中小容量电动机，且起动不宜频繁。
2.星三角换接减压起动
用于星三角换接减压起动三相异步电动机定子绕组中有六个接线端子U1、V1、W1、W2、U2及V2，见图6。起动时KM主触头和KM1主触头闭合、KM2主触头断开，接线端子W2-U2-V2互连，定子绕组暂接成星形，这时定子绕组相电压仅为电动机额定电压的1/倍，电动机起动。待电动机转速升到一定值时，再换接成KM主触头和KM2主触头闭合、KM1主触头断开的状态，接线端子U1-V2、V1-W2、W1-U2互连，定子绕组换接成三角形，电动机在额定电压下正常运转。
图6 定子绕组星三角换接
a)定子绕组接线示意图 b)星形连接 c)三角形连接
1）手动换接起动
图7是星三角手动换接减压起动控制线路。起动时按下SB2，控制线路中KM线圈通电，并通过KM常开辅助触头自锁，主电路中的KM主触头闭合，与此同时KM1线圈也通电，主电路中的KM1主触头闭合，三相异步电动机定子绕组接成星形。
待电动机转速稳定时，再按下SB3，控制线路中KM线圈仍然通电，主电路中KM主触头保持闭合；而KM1线圈断电，主电路中的KM1主触头断开，同时KM2线圈通电，使主电路中的KM2线圈闭合，定子绕组换接成三角形。
2）自动换接起动
图8是星三角自动换接减压起动控制线路。按下SB2，KM线圈通电，并通过KM常开辅助触头自锁，同时，KM1线圈通电、KT线圈也通电。
主电路中的KM主触头与KM1主触头都闭合，定子绕组连接成星形。
图8 星三角自动换接减压起动线路
a)主电路 b)控制线路
KT线圈延时到达后，KT常开延时闭合辅助触头闭合，KM2线圈通电，并通过KM2常开辅助触头形成自锁。与此同时，KM1线圈因所在支路中的KT常闭延时断开触头断开而断电， KM线圈则保持通电。上述结果导致主电路中KM1主触头断开，KM主触头与KM2主触头闭合，定子绕组自动换接成三角形。
星三角换接减压起动优点在于定子绕组星形接法时，起动电压为三角形接法的1/，起动电流为三角形接法的1/3，起动电流特性好，线路比较简单。缺点是起动转矩下降为三角形接法的1/3，转矩特性差。
3.延边三角形换接减压起动
1）延边三角形换接原理
用于延边三角形减压起动的三相异步电动机定子绕组中有9个接线端子U1、V1、W1、W2、U2、V2、U3、V3、W3，见图9。当KM2主触头和KM1主触头闭合、KM3主触头断开时，W2-U3、U2-V3、V2-W3互连，三相电源经U1、V1、W1接入，定子绕组接成一个延边三角形，电动机减压起动。
对于延边三角形联接的起动线路，各种延边部分匝数N1与内三角形匝数N2之比时定子绕组相电压及起动电流Ist见表1。
电动机转速升至接近额定值时，控制KM2主触头和KM3主触头闭合、KM1主触头断开，这时U1-W2、V1-U2、W1-V2互连，定子绕组换接成三角形联接，电动机在额定电压下正常运转。
表1 不同抽头比时延边三角形的起动特性
N1/N2
每相绕组相电压(V)
Ist/IN
0.5
290
3.6~4.2
1
264
3~3.5
2
230
2.6~3.1
图9 定子绕组延边三角与三角形换接
a)定子绕组接线示意图 b)延边三角形连接 c)三角形连接
2）延边三角形换接减压起动线路
图10所示是延边三角形换接减压起动控制线路。按下SB2，线圈KM1和线圈KM2通电，线圈KM3断电；导致主电路中KM1主触头与KM2主触头闭合、KM3主触头断开，定子绕组暂接成延边三角形，电动机减压起动。
图10 延边三角形减压起动线路
a)主电路 b)控制线路
按下SB2的同时KT线圈也通电，经过一段延时，KM1线圈因所在支路中的KT常闭延时断开辅助触头断开而断电，使主电路中KM1主触头断开；KM3线圈因所在支路中的KT常开延时闭合辅助触头闭合而通电，导致主电路中KM3主触头闭合；而KM2主触头始终保持闭合，定子绕组换接成三角形，电动机进入正常运转状态。
延边三角形换接减压起动转矩大于星三角换接减压起动转矩，并且转矩可在一定范围内选择，兼具了星三角形换接起动电流小的优点，同时也不需要专门起动设备，结构较为简单。缺点是电动机引出线多，制造费时。
4.自耦变压器减压起动
自耦变压器减压起动过程中，电动机在起动时先经自耦变压器降压限制起动电流，当转速接近额定转速时再切除自耦变压器，电动机转入全压运转状态。
1）自耦变压器减压起动线路
图11的控制线路中采用了两个接触器KM1、KM2实现自耦变压器减压起动过程中的切换控制。
图11 接触器控制自耦变压器减压起动线路
a)主电路 b)控制线路
按下SB2，KM1线圈通电，并通过KM1常开辅助触头进行自锁，主电路中KM1主触头闭合、KM2主触头断开、KM2常闭辅助触头保持闭合，定子绕组得到的电压是自耦变压器的二次侧电压U2。由于自耦变压器变压比K=U1/U2>1（U2—自耦变压器一次侧电压），故U2= U1/K，电动机减压起动。
根据电动机原理，电压降为U1/K时，电网供给的起动电流减小至I1/K2（I1—电网供给电流），转矩也降至M1/ K2（M1—全压起动时转矩），所以自耦变压器减压起动常用于空载或轻载起动。
按下SB2的同时KT线圈也通电，经过一段延时后，电动机转速升至接近额定转速，KA线圈因所在支路中的KT常开延时闭合辅助触头闭合而通电，并通过KA常开辅助触头自锁， KM1线圈因所在支路中的KM2常闭辅助触头断开而断电，KM2线圈因所在支路中的KA常开辅助触头的闭合而通电，导致主电路中KM1主触头断开、KM2主触头闭合，定子绕组得到额定电压U1，电动机处于全压运转状态。
2）自耦变压器减压起动器
QJ系列起动器是一种用于电动机起动、停止、反转等控制的电器，其型号标注型式为QJ10D-，其中QJ是减压起动器代号，10是设计序号，D是改进设计代号。方框处是额定功率值（KW）。QJ10D系列空气式手动自耦变压器减压起动器主要技术参数见表2。
表2 QJ10D系列起动器主要技术参数（UN=380V）
可控制电动机功率(KW)
11
15
18.5
22
30
37
45
55
75
电动机额定电流(A)
24.6
31.4
37.6
43
58
71.8
85.2
105
142
过载保护整定电流(A)
24.6
31.4
37.6
43
58
71.8
85.2
105
142
最大起动时间(S)
30
40
60
欠电压脱扣动作特性
动作电压> 75%额定电压，释放电压< 35%额定电压
图12是手动自耦起动器减压起动控制线路，开关QS合上时，电源指示灯HL3亮。按下SB2，KM1线圈通电，主电路中KM1主触头与KM1常开辅助触头闭合、KM2主触头断开，电动机经自耦变压器减压起动，因指示灯HL2所在支路中的KM1常开辅助触头闭合，HL3亮。
图12 QJ系列自耦起动器减压起动线路
a)主电路 b)控制线路
KM1线圈通电同时，KT线圈也通电。延时一段时间后，KA线圈因所在支路中的KT常开延时闭合辅助触头闭合而通电，并通过KA常开辅助触头自锁；KM1线圈因所在支路中的KA常闭辅助触头断开而断电；KM1线圈断电又使KM2线圈所在支路中的KM1常闭辅助触头闭合，由于该支路中的KA常开辅助触头处于闭合状态，导致KM2线圈通电。主电路中切换成KM1主触头与KM1常开辅助触头断开、KM2主触头闭合，电动机切除了自耦变压器，转入全压运转状态。
全压运转过程中，HL1所在支路的KM2常开辅助触头闭合，灯HL1亮。而HL2所在支路中的KM1常开辅助触头断开，所以灯HL2灭。综上所述， HL1是减压起动过程的指示灯，HL2是全压运转过程的指示灯，而HL3则是上电指示灯。
自耦变压器二次侧绕组有65%、73%、85%、100%等抽头，能获得42%M1、53% M1、72% M1、100% M1（M1—全压起动时转矩）的起动转矩，使用灵活、方便，是一种常用的三相异步电动机减压起动设备。
自耦变压器减压起动过程中，起动电流与起动转矩的比值按变比的平方降低，在获得相同起动转矩情况下，采用自耦变压器减压起动从电网中获得的电流比电阻减压起动小得多，对电网电流冲击小，功率损耗小。缺点是自耦变压器价格高，体积大，不允许频繁操作。
三、工作任务
叙述起动控制环节的控制逻辑、设计起动控制环节接线与调试实验方案（选作）。
资讯：叙述起动控制环节的控制逻辑
决策：选择具体的起动控制环节线路（选作）
计划：设计起动控制环节接线与调试实验方案（选作） 实施：实验室完成起动控制环节接线与调试（选作）
检查：通电前仔细检查接线的正确性（选作）
评估：教师分组评估（选作）
