魏国莲

（青海高等职业技术学院，青海 海东810799）

高职“电气控制技术”课程主要培养学生的继电-接触器控制电路装调与维修，低压电器的识别、选型、安装能力，电气控制电路的接线、调试能力和线路故障检修能力。课程中，三相异步电动机星三角减压起动控制电路的装调是必须要掌握的典型工作任务，也是维修电工技能认定的重要考核项目。在高职院校教学过程中一般采用功率小于0.75 kW的电机进行模拟运行，而星三角减压起动控制电路主要用于功率大于10 kW以上电动机的减压起动。小功率电动机在教学应用中虽然比较安全，但不能直观地演示减压起动的效果和星三角转换的过程。本文以11 kW三相笼型异步电动机星三角降压起动控制电路装调为例，介绍了基于企业实际工作任务的一种大功率电动机星三角降压起动控制实训系统的设计，并对该系统的可靠性及常见故障的解决措施进行了分析。

1 设计原则和内容

1.1 结合企业实际工作任务实施过程设计实训系统

高职教育教学的目标是培养符合企业实际需求，能够满足用人单位工作岗位素养和技能要求的高素质技术技能型人才。专业课程的教学要选择企业典型工作任务，结合企业工作任务实施的过程开展“工学结合”的教学，既要培养学生的专业技能，还要让学生掌握企业工作任务实施的工作过程，培养出受企业欢迎的人才。

大功率电动机星三角降压起动控制实训系统的设计以11 kW三相笼型异步电动机星三角降压起动控制电路装调为例，按照企业电气控制系统设计的内容和流程，结合高职院校教育教学要求的原则进行设计。该实训系统的设计内容包括与企业控制系统设计任务一致的设计任务书（设计文件）和工艺文件、符合企业工艺规范和标准要求的用于实训教学的电气控制柜（板）、组合的星三角启动器、可靠性实验验证报告。设计文件的内容包括相应的标准和规范，控制系统要求，控制系统电气原理图，控制系统工作原理，控制容量计算和元器件选型、零部件材料明细表，关键件明细表、图纸（包括电气控制系统电气原理图、安装布置图、接线图和组合的星三角启动器的零件图、部件图、装配图），质量检验要求，合格标准等。工艺文件的内容包括工艺路线、工艺要求、安装调试工艺图、工艺卡片、零部件材料导线明细表、质量检查工艺流程等。电气控制柜（板）为完成安装和调试的电气控制系统实物，该实物完全按照企业控制柜安装的电气规范和电气标准要求安装，既满足控制要求，又能作为实训教学的标准模板。组合的星三角启动器实物主要是结合市场和企业实际需求，自主组装完成的组合星三角启动器，用于向学生展示新产品、新工艺，并学习和掌握该产品的使用方法。

1.2 实训系统突出教学功能，提高教学质量

大功率电动机星三角起动控制实训系统的设计在基于企业实际工作任务实施的基础上，结合教学要求和教学规律，突出教学功能，满足教学实训的演示功能，并作为标准模版和评价标准。通过学习该实训系统的设计文件，让学生熟悉和掌握企业实际工作任务实施的内容和要求，激发学习的积极性。通过使用该实训系统的工艺文件，让学生在实训过程中既能掌握企业实际工作任务的工艺流程和工艺要求，又有助于学生准确把握和理解工艺规范和工艺要求。在工艺文件的设计上，采用实物图和文字注释结合的形式，用图文形象地描述工艺过程和工艺流程，这种方式重点解决在以往学习过程中存在的原理图不易理解、安装接线时不会按图接线、接线不规范、不能按照工艺要求和工艺规范及标准调试检修等问题。学生在安装接线过程中，对照工艺文件与安装接线规范要求，在学习电气安装接线之初，将该实训系统作为模板。学生通过模仿并结合教师的讲解进行操作，即按照标准的操作规范进行技能训练，又在实际操作中理解标准和规范的理论要求，通过理论指导实践，在实践过程中理解掌握理论知识，该阶段处于模仿操作阶段。

经过多个任务的实施，学生逐渐掌握和理解了操作规范及要求，在后续的任务实施中开展工艺路线和工艺流程的自主设计，培养学生工艺设计的能力，该阶段为知识的运用阶段和能力的提升阶段。该实训系统的演示功能能够使学生直观地观察大功率电动机星三角减压起动的过程，理解工作原理，掌握工作过程。该实训系统作为对学生开展考核评价的标准和依据，更有说服力，能更进一步提高学生学习的积极性和有效性。在实践教学中采用该实训系统有效提升了教学质量，取得了较好的效果。

2 实训系统的可靠性分析

2.1 星三角减压起动控制电路的工作过程

常用的星三角减压起动控制电路如图1所示。电路的工作过程为合上刀开关QS，按下起动按钮SB2，KM△、KMY接触器和KT时间继电器线圈得电，KM△和KMY接触器主触点接通，电动机定子绕组星型连接，电动机减压起动。KT延时断开常闭触点按设定的时间延时后断开，KMY接触器线圈失电，KMY接触器主触点断开，之后KT延时接通常开触点按设定的时间延时后闭合，KM△接触器线圈得电，KM△接触器主触点接通。此时，电动机定子绕组三角形连接，电动机在额定电压下运行。

2.2 星三角切换可靠性分析及影响因素

星三角减压起动控制可靠性的重要指标是星形接法与三角形接法切换时主电路不发生短路。11 kW三相异步电动机星三角减压起动采用CJ20-12接触器控制主电路的切换，分析计算切换时间。由图1所示的星三角减压起动控制电路原理图可知，KMY星型接触器线圈失电时间加主触头走完超行程后断开的时间即为KMY接触器释放时间，用t1表示。KMY接触器线圈失电时间加常闭辅助触头走完开距后接通的时间用t2表示，根据表1中接触器触头参数可知，在正常状态下KMY星型接触器线圈失电后主触头先断开，辅助常闭触头后接通，即t2＞t1。

表1 CJ20-12接触器触头参数

图1 星三角减压起动控制电路原理图

当KMY星型接触器辅助常闭触头经t2后接通，KM△三角形接触器线圈得电时间加主触头接通时间用t3表示，则KMY与KM△之间切换的时间为从KMY接触器线圈失电开始计算到KMY接触器辅助常闭触点闭合，KM△接触器线圈得电，主触点接通的时间总和用t4表示，即t4=t2+t3，如图2所示，由此可见t4＞t1。

图2 星三角切换时间

通过上述分析计算可知在接触器触头弹簧力、线圈匝数、线圈电阻值在正常范围内时，KM△和KMY接触器的切换不会发生短路现象，星三角减压起动控制电路是可以可靠运行的。

使用数字示波器测试CJ20-12接触器组成的星三角实训系统控制线路中KMY接触器的释放时间和KM△接触器的吸合时间。测试步骤为：①接通电源；②接触器线圈通电，示波器产生波形后按下STOP键；③展开记录的波形并读数；④重复进行多次步骤②③并读数。在实际控制电路中，由于接触器制造时不同批次的产品因衔铁、磁轭、线圈等磁系统的关键零部件参数的差异以及触头弹簧、反力弹簧等触头系统关键零件尺寸的制造误差，导致吸合时间会有小幅度波动。通过测试，不同批次产品的吸合和释放时间测试结果的平均值为：吸合时间20 ms，释放时间10 ms。测试接线图如图3所示。

图3 测试接线图

接触器吸合时的触头会产生振动发生触头弹跳，发生触头弹跳的主要原因是触头分断电流时的电动斥力及触头弹簧反力的配合异常。触头弹簧加工误差及公差因素导致个别触头弹簧力偏小，导致触头异常振动，触头吸合后有多次短时弹开现象，会导致产品吸合时间较长。通过筛选弹簧力在产品设计要求范围内的触头弹簧，严格控制触头弹簧力的检测，使触头弹簧参数满足设计要求，不再出现弹跳现象。

3 实训系统运行故障及解决措施

3.1 按下起动按钮接触器不动作

首先检查主电路，在断路器闭合的前提下，用电压表测量电源电压，判定电源电压是否正常；用电压表测量相间电压，检查主电路线路接线是否正确无误。再用电阻分阶测量法检测控制电路接线，排除线路故障。注意检查热继电器是否有过载后未复位，测量热继电器的常闭触点在复位状态是否通路。判断测量接触器电磁线圈的电阻是否损坏。

3.2 按下起动按钮后电机运行，松开电机停止

测量停止按钮常闭端是否通路，若不通则拆开按钮，清理触点或更换按钮；检查KM接触器常开辅助点在闭合状态时是否通路，若不通则拆开清理触点或更换接触器，或用外加常开辅助触头的常开辅助触点替换；检查KM接触器起动按下时触头是否有弹跳，若有弹跳，则检查KM接触器的电磁衔铁表面是否有异物或油污等，由跳动导致的常开触点无法闭合，需拆开清理或更换接触器。

3.3 按下起动按钮后接触器动作，但电动机不运转

检查主回路KM接触器主触点和热过载继电器主回路，确认电动机电源线是否有掉线断开的现象；检查KMY接触器是否正常；检查时间继电器是否正常工作，时间继电器的常闭触点是否导通；检查KMY接触器线圈是否烧坏，KM△接触器的常闭触点是否通路。

3.4 三角形起动运行未切换

检查时间继电器二次起动输出是否正常，检查KMY接触器常闭辅助触点是否通路，检查KM△接触器的主触点是否烧坏，检查时间继电器延时时间是否设置太短，电机负荷过重。

3.5 星三角切换时KM△接触器主触头出现火花

如果转换时间设置过短，电动机星形起动没有完成，电动机的转速也还没有达到额定转速，起动电流还很大的时候进行切换，则KM△接触器所承受的电流依然是起动电流，而产生打火；星三角起动时间与电动机功率和起动负荷有关。

4 结束语

大功率电动机星三角起动控制实训系统基于企业工作典型任务实施过程，引入企业项目的设计文件和工艺文件，能让学生系统地认识企业工作任务实施过程，了解和认识企业电气控制电路安装与调试工作任务实施的要求、工艺路线、工艺规范和工作标准。结合高职院校学生学情和教育教学的规律开展教学任务实施，完善教学中的教学演示、操作模板和评价标准，更直观地展示星三角减压起动控制运行的过程和切换的现象，使学生更易于理解工作原理，更好地掌握安装调试的工艺规范和企业标准要求，使评价考核更有针对性、更加客观，该实训系统在教学实践中应用效果良好。