1、 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制1 项目项目6 6 继电器继电器-接触器控制电路接触器控制电路 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制2任务任务6.1 6.1 电气控制系统图的类型及其绘制规则电气控制系统图的类型及其绘制规则活动情境生产机械和工矿企业的设备主要是由电动机来拖动的，而控制电动机最基本、最广泛的方式是继电器-接触器控制方式。掌握电气控制基本线路的环节，对生产机械整个电气控制线路的分析及维修有着很大的帮助。任务要求1.了解电气控制系统中电气原理图、电器布置图及安装接线图的画法。2.能看懂、绘制电气控制原理图；能熟练运用电气控制的基本规律。3.能熟练分析较复杂的控制电路
2、。基本活动电气控制系统是由许多电器元件按照一定要求连接而成的。为了表达生产机械中电气控制系统的结构和原理，便于安装、调试、使用和维护，出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制3需要将电气控制系统中的各个电器元件及其连接用一定图形表示出来，这种图就是电气控制系统图。电气控制系统图一般有3种：电气原理图、电气安装接线图、电器布置图。在电气控制系统中，电器元件的图形符号和文字符号必须按统一的国家标准，但旧的符号还在以往的技术资料和书籍中存在，因此，电气图常用图形符号和文字符号应与参考附录新旧对照，以便在今后工作中灵活应用。6.1.1 6.1.1 电气原理图电气原理图在电气控制系统图中，电气原理图应
3、用最多，现在都采用电器元件展开的形式绘制，如图6.1所示。电气原理图一般分为主电路和辅助电路两个部分。在实际的电气控制电路图中，主电路一般比较简单，电器元件数量较少；而辅助电路一般要比主电路复杂，电器元件较多。出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制4图6.1 某机床电气原理图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制5在绘制、阅读电气控制原理图时必须注意以下几点：电气控制原理图中，所有电器元件的图形符号、文字符号都必须采用国家规定的统一标准。在电气控制原理图中，主电路和辅助电路应分开绘制。在电路图中，同一电器元件不同部分（如线圈、触头）可不画在一起，如接触器主触头画在主电路，接触器线圈和
4、辅助触头画在控制电路中。在机床电气控制线路的不同工作阶段，各个控制电器的工作状态是不同的，各控制电器的多个触头有时断开，有时闭合，而在电气控制线路图中只能表示一种状态。具有循环运动的机械设备，应在电气控制电路图上绘出工作循环图。由若干元件组成的具有特定功能的环节，可用虚线框括起来，并标注出环节的主要作用。出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制6对于电路和电器元件完全相同并重复出现的环节，可以只绘出其中一个环节的完整电路，其余相同环节可用虚线方框表示，并标明该环节的文字符号或环节的名称。在原理图上可将图分成若干图区，以便阅读查找。线路图中的接触器、继电器的线圈与受其控制的触头的从属关系（即触
5、头位置）应按下述方法标志：在每个接触器线圈的文字符号KM的下面画两条竖直线，分成左、中、右（或上、中、下）3栏，把受其控制而动作的触头所处的图区号数字，按表6.1规定的内容填上。出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制7在每个继电器线圈的文字符号（如KT）下面画一条竖直线，分成左、右（或上、下）两栏，把受其控制而动作的触头所处的图区号数字，按表6.2规定的内容填上，备用的触头在相应的栏中用记号“X”标出。出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制8电路图中，有直接联系的交叉导线连接点要用黑圆点或小圆圈表示。电气原理图中技术数据的标注电器元件的数据和型号，一般用小字体注在电器元件的下面。电气原
6、理图标号：电气原理图标号以图6.3为例说明。1）主电路的标号在机床电气控制电路的主电路中，标号由文字标号和数字标号构成。三相交流电源的引入线用L1，L2，L3来标记，1，2，3分别代表三相电源的相别，中性线用N表示。电动机分支电路各接点标记，采用三相文字代号后面加数字来表示，数字中的个位数表示电动机代号，十位数字表示该支路各接点的代号。图6.2 热继电器技术数据标注 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制9图6.3 双电动机控制电路 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制10电动机主电路的标号应从电动机绕组开始自下而上标号。2）辅助回路的标号采用阿拉伯数字编号，一般由三位或三位以下的数
7、字组成。标注方法按“等电位”原则进行。常用的标注方法是首先编好控制电路电源引线线号，“1”通常标在控制线的最上方，然后按照控制电路从上到下、从左到右的顺序递增，每经过一个触头，线号依次递增。6.1.2 6.1.2 电气安装接线图电气安装接线图电气控制线路安装接线图，是为了安装电气设备和电器元件进行配线或检修电器故障服务的。电气设备安装图按电器元件的实际安装位置和接线绘制，根据电器元件布置最合理、连接导线最经济等原则来安排。在电气安装接线图中显示出电气设备中各元件的空间位置和接线情况，出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制11可在安装或检修时对照原理图使用。根据机床设备的接线图就可以进行机床
8、电气设备的总装接线。图6.4 电气安装接线图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制12在阅读电气安装接线图时，还应该注意以下几点：在电气安装接线图中，电气设备、装置和电器元件均按照国家规定的电气图形符号绘出，而不考虑其真实结构。电气安装接线图必须标明每条线所接的具体位置，则每条线都有具体明确的线号。每个电气设备、装置和电器元件都有明确的位置，并应与实际安装位置一致，而且将每个电器元件的不同部件都画在一起，且常用虚线框起来。不在同一控制箱和同一配电板上的各电器元件的连接是经接线端子板连接的，电气互联关系以线束表示，导线应标明导线参数（型号、规格、数量、截面积和颜色等），一般不标注实际走线途
9、径。走线相同的多根导线可用单线表示。用连续的实线表示端子之间实际存在的导线。出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制136.1.3 6.1.3 电器元件布置图电器元件布置图 电器元件布置图主要是用来表明电气设备上所有电动机、电器元件的实际位置。各电器元件的位置根据元件布置合理、连接导线经济以及检修方便等原则安排。在电器元件布置图中，机械设备的轮廓线用细实线或点画线表示，所有可见的和需要表达清楚的电器元件、设备，用粗实线绘出其简单的外形轮廓，也可以用线框表示，不必画出实际图形或图形符号。各电器元件的安装位置是由机械设备的结构和工作要求决定的。任务任务6.2 6.2 三相笼型异步电动机直接启动控
10、制电路三相笼型异步电动机直接启动控制电路 活动情境在工厂、生活中有很多功率较小的异步电动机，一般允许直接启动。对于有些电动机直接启动为方便采用开关手动控制，而某些机床上的电动机一般由控制电路实现启动。在生产加工过程中，有时候要求电动机实现可逆运动，这就要求电动机能够实现正反转控制。出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制14任务要求1.掌握电动机运行中的直接启动控制方法及实现电路。2.熟悉其他常用的基本控制电路。3.能看懂、绘制电机直接启动控制原理图。4.能够进行电气控制线路的调试和简单的故障处理。基本活动电动机从静态接通电源后逐渐加速到稳定运行状态的过程称为电动机的启动。电动机的启动分为直
11、接启动和降压启动两种。6.2.1 6.2.1 单向直接启动控制线路单向直接启动控制线路（1 1）手动控制线路）手动控制线路用瓷底胶盖闸刀开关、转换开关或铁壳开关控制电动机的启动和停止，是最简单的手动单向全压启动的控制线路。出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制15图6.5 手动单向全压启动的控制线路 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制16这种线路比较简单，对容量较小、启动不频繁的电动机来说，是比较经济方便的启动控制方法。（2 2）点动控制线路）点动控制线路1）组成点动控制线路是用按钮、接触器来控制电动机的最简单的控制线路。接线示意图和原理图如图6.6所示。点动控制原理图分成主电路和
12、控制电路两大部分。2）工作原理当电动机需点动时，先合上电源开关QS，按下点动按钮SB，接触器线圈KM便通电，衔铁吸合，带动它的三对常开主触点KM闭合，电动机M便接通电源启动运转。这种只有按下按钮SB时电动机才能运转、放开按钮SB时就停转的线路，称为点动控制线路。出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制17图6.6 全压点动控制线路图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制18如上述点动控制线路的工作原理可表示如下。合上电源开关QS后启动：按下SBKM因线圈通电而吸合KM主触点闭合电动机M运转停止：松开SBKM因线圈断电而释放KM主触点断开电动机M停转（3 3）具有自锁的控制线路）具有自锁
13、的控制线路1）组成使用中用接触器的一个常开辅助触点并联在启动按钮的两端，就可以实现电动机的连续运行。在控制电路中再串联一个停止按钮SB1，就可以使电动机停止。一般在控制线路中称停止按钮为SB1。2）工作原理合上电源开关QS 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制19图6.7 具有自锁功能的全压启动控制线路图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制20这时松开SB2，接触器KM的线圈因能通过和SB2并联的自锁触点（已处于闭合状态）而继续通电，电动机M保持运转。这种当启动按钮松开后，控制电路仍能自动保持接通的线路，称为具有自 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制21锁（或自保）的控制
14、线路。3）电路的保护环节熔断器FU作为电路的短路保护。欠电压保护和失电压保护。欠电压保护和失电压保护是由接触器本身的电磁机构来实现的。（4 4）具有过载保护的控制线路）具有过载保护的控制线路当电动机频繁操作、断相运行或长期过载时，会使电动机的电流超过它的额定值，引起电动机过热，但又不会使起短路保护的熔断器熔断。采用热继电器对电动机进行过载保护。1）组成由刀开关、QS熔断器FU1、接触器KM的主触头、热继电器FR的热元件和电动机构成主电路。由停止按钮SB1、启动按钮SB2、接触器KM的线圈及其 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制22图6.8 具有过载保护的控制线路 出版社电机与机床电气控
15、制电机与机床电气控制23常开辅助触头、热继电器FR的常闭触头和熔断器FU2构成控制回路。2）工作原理当电动机过载运行时，电动机电流超过额定值，经过一定时间，串接在主电路中的热继电器FR的热元件因受热弯曲，使串接在控制电路中的FR常闭触点断开，切断控制电路，接触器KM的线圈断电，主触点断开，电动机M便停转。3）电路的保护环节熔断器FU1，FU2作为电路的短路保护。接触器的电磁机构起到欠电压保护和失电压保护。热继电器FR进行过载保护。4）既能连续运行又能点动控制的控制线路生产实际要求控制线路既能点动控制又能连续运行。出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制24图6.9是3种具有连续运行与点动控制
16、的控制线路，它们的主电路相同，线路的工作原理如下：图6.9 连续与点动控制线路图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制25图6.9（a）是在自锁电路中串联一个开关SA。为具有自锁的连续控制。图6.9（b）是在具有自锁的控制电路中增加一只复合按钮SB3。A.连续控制启动：停止：出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制26B.点动控制启动：停止：出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制27图6.9（c）是在控制电路中增加了一个点动按钮SB3和一个中间继电器KA。A.连续控制启动：出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制28B.点动控制启动：松开SB3KM因线圈通电而吸合电动机M 启动运
17、转停止：松开SB3KM因线圈断电而释放电动机M 断电停转6.2.2 6.2.2 电动机的正反转控制线路电动机的正反转控制线路可逆运行控制线路实质上是两个相反的单相运行线路。但是为了避免误动作而引起电源的相间短路，在这两个相反方向的单相运行线路中加设了必要的联锁环节。常见的正反转控制线路有以下几种。出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制29图6.10 例6.1的控制线路图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制30（1 1）手动正反转控制线路）手动正反转控制线路图6.11 倒顺开关正反转控制线路 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制31手动正反转控制是利用倒顺开关控制。手动正转控制
18、线路的优点是：所用电器少，线路简单；缺点是：在频繁换向时，操作人员易产生疲劳，不便于操作，且无欠压和零压保护。（2 2）接触器联锁正反转控制线路）接触器联锁正反转控制线路按照电动机的可逆操作顺序的不同，有“正停反”和“正反停”两种控制线路。图中采用了两个接触器，正转用接触器KM1，反转用接触器KM2。线路要求接触器KM1和KM2不能同时通电，否则，它们的主触点同时闭合，将造成L1，L3两相电源短路。KM1与KM2的这两副常闭辅助触点在线路中所起作用称为互锁（或联锁），这两副触点称为互锁触点（或联锁触点）。出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制32图6.12 接触器正反转控制线路图 出版社电
19、机与机床电气控制电机与机床电气控制33接触器联锁正反转控制线路动作原理如下：合上QS正转控制：出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制34（3 3）按钮联锁正反转控制线路）按钮联锁正反转控制线路在生产实际中，为了提高劳动生产率，减少辅助工作时，要求直接实现正反转的变换控制。为此采用两个复合按钮实现之。图6.13 按钮联锁正反转控制线路图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制35该线路的工作原理基本上与接触器互锁正反转控制线路相似。它的特点是：当需要改变电动机的转向时，只要直接按下反转按钮SB3即可，不必先按停止按钮SB1。这种线路操作虽方便，但是容易产生短路故障。例如，当KM1主触点发
20、生熔焊或有杂物卡住时，即使其线圈断电，主触点可能分断不开。此时，若按下SB3，KM2线圈通电，其主触点闭合，这就发生了KM1和KM2的主触点同时闭合的情况，必然使电源两相短路。因此，单靠复合按钮联锁线路还不够安全。（4 4）按钮和接触器双重联锁正反转控制线路）按钮和接触器双重联锁正反转控制线路把图6.12和图6.13线路的优点结合起来，就组成了如图6.14所示的具有双重联锁的正反转控制线路。这类线路既有接触器的互锁，又有按钮的互锁，操作方便、安全可靠，广泛应用在电力拖动控制系统。出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制36图6.14 按钮接触器双重联锁控制线路图 出版社电机与机床电气控制电机
21、与机床电气控制37例6.2 在图6.15所示的正反转控制电路中（主电路略），要求能实现：正反转控制；两个方向运转时都有过载保护。试分析该线路图有何错误。图6.15 例6.2电路 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制38解 图中有3处错误，改正后方可实现正反转控制和过载保护。两接触器线圈支路中串联的互锁触点应是对方而不是自身的常闭触点。应该用自身的辅助触点作自锁，而不能用对方接触器常开辅助触点作为自锁触点。图中热继电器FR的常闭触点只对正转运行作过载保护，反转时不起过载保护作用。6.2.3 6.2.3 位置控制线路位置控制线路电气线路中的位置控制就是用运动部件上的挡铁碰撞行程开关而使其触点
22、动作，以接通或断开电路来控制机械行程或实现加工过程的自动往返。（1 1）行程控制线路）行程控制线路行程开关（又名限位开关）可以完成行程控制或限位保护。小车限位控制线路实例如图6.16所示。出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制39图6.16 行程控制线路 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制40其工作原理如下：先合上电源开关QS小车向前运动：此时，即使再按SB2，由于SQ1常闭触点已断开，接触器KM1线圈也不会通电，保证了小车不会超过SQ1所在的位置。出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制41小车向后运动：停车时只需按一下SB1即可。出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制42
23、（2 2）自动往复循环控制线路）自动往复循环控制线路在生产实践中，有些生产机械的工作台需要在一定距离内自动往复运动，不断循环，以便工件能连续加工。图6.17（a）和图6.17（b）为自动往复循环控制线路的主电路控制电路。图6.17（c）为工作台自动往复移动的示意图。工作台装有挡铁1和2，机床床身上装有行程开关SQ1和SQ2，放在两端需要反向的位置。当挡铁碰撞行程开关后，自动换接电动机正反转控制电路，使工作台自动往返移动。出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制43图6.17 自动往复循环控制线路 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制44工作原理如下：出版社电机与机床电气控制电机与机床电
24、气控制45停车时只需按一下SB1即可。出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制466.2.4 6.2.4 多地控制线路多地控制线路以上各控制线路只能在一个地点，用一套按钮来对电动机进行控制操作，但是有些生产机械，特别是大型机械，为了操作方便，常常希望可以在两个地点进行同样的控制操作，即所谓两地控制。为达到从两地同时控制一台电动机的目的，必须在另一地点再装一组启动和停止按钮。这两组启停按钮接线的方法必须是：启动按钮要相互并联，停止按钮要相互串联。对三地或多地控制，只要把各地的启动按钮并联，停止按钮串联即可。6.2.5 6.2.5 顺序控制线路顺序控制线路在装有多台电动机的生产机械上，各电动机所
25、起的作用不同，有时需要按一定的顺序启动才能保证操作过程的合理和工作的安全可靠。这些顺序关系反映在控制线路上，称为顺序控制。出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制47图6.18 两地控制线路图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制48如图6.19所示是两台电动机M1和M2的顺序控制线路。图6.19 顺序控制线路 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制49线路的工作原理如下：先合上电源开关QS启动：停止：按下SB1KM1，KM2线圈断电而释放KM1，KM2主触点断开电动机M1，M2同时断电停转 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制50下面再介绍顺序控制的几个例子：（1 1）M1
26、M1启动后启动后M2M2才能启动，才能启动，M1M1和和M2M2同时停止同时停止图6.20（a）就是具有这种功能的控制电路。（2 2）M1M1启动后启动后M2M2才能启动，才能启动，M1M1和和M2M2可以单独停止可以单独停止这种控制电路如图6.20（b）所示。（3 3）M1M1启动后启动后M2M2才能启动，才能启动，M2M2停止后停止后M1M1才能停止才能停止这种控制电路如图6.20（c）所示。出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制51图6.20 3种顺序控制线路图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制52任务任务6.3 6.3 三相笼型异步电动机降压启动控制线路三相笼型异步电动机
27、降压启动控制线路活动情境三相笼型异步电动机全压启动只适用于小容量三相笼型异步电动机的空载或轻载启动。一般容量大于10 kW的三相笼型异步电动机是否可以采用直接启动，可根据下面的经验公式来判定：式中 Iq电动机的启动电流，A；IN电动机的额定电流，A。凡不满足上述条件的，均应采用降压启动。降压启动是将电源电压适当降低后，再加到电动机定子绕组上进行启动。当电动机启动后，再使电压恢复到额定值。出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制53任务要求1.掌握电动机运行中的降压启动控制方法及实现电路。熟悉其他常用的基本控制电路。2.能看懂、绘制电机降压启动控制原理图；能够进行电气控制线路的调试和简单的故障
28、处理。3.能熟练分析较复杂的控制电路，应用所学知识根据企业不同的要求设计一般的降压启动控制电路。基本活动三相笼型电动机常用的降压启动方法有：定子绕组串联电阻启动；星形三角形启动；自耦变压器降压启动及延边三角形启动。6.3.1 6.3.1 定子绕组串电阻降压启动控制线路定子绕组串电阻降压启动控制线路 电动机启动时在三相定子电路中串接电阻，串入的电阻起降压限流作用，出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制54使电动机定子绕组电压降低，启动结束后再将电阻短接，使电动机在额定电压下稳定运行。这种启动方式不受电动机接线形式的限制，设备简单，因而在中小型生产机械中应用广泛。定子绕组串电阻降压启动控制线路
29、有手动接触器控制及时间继电器自动控制等几种形式。（1 1）手动接触器控制线路）手动接触器控制线路如图6.21所示为手动接触器控制的串联电阻降压启动控制线路。工作原理如下：先合上电源开关QS减压启动：出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制55图6.21 手动接触器控制线路图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制56全压运行：当电动机转速接近额度值时，该电路的缺点是：启动到全压运行是靠操作人员掌握，所以启动时要按两次按钮，很不方便，故一般采用时间继电器自动控制线路。出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制57（2 2）时间继电器自动控制线路）时间继电器自动控制线路如图6.22所示为时间
30、继电器减压启动自动控制线路，它用时间继电器KT来代替按钮SB3。启动时只需按一次启动按钮SB2，启动到全压运行是由时间继电器自动完成，且启动时间可调。工作原理如下：先合上电源开关QS 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制58（3 3）改进型时间继电器自动控制线路）改进型时间继电器自动控制线路图6.22的线路在电动机运行时，接触器KM1，KM2和时间继电器KT线圈内都通有电流，消耗功率。为了避免这一缺点，可改进为如图6.23所示的时间继电器自动控制线路。工作原理如下：出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制59图6.22 时间继电器控制的串电阻降压启动控制线路图 出版社电机与机床电气控制
31、电机与机床电气控制60图6.23 改进型时间继电器自动控制的串电阻降压启动控制线路图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制616.3.2 6.3.2 星形星形三角形（三角形（Y-Y-）换接降压启动控制线路）换接降压启动控制线路首先来分析星形-三角形降压启动时的启动电流和启动转矩，并与直接启动相比较。设：UN电网的线电压；UY定子绕组Y接法时的相电压；U定子绕组接法时的相电压；IYY接法时的启动相电流；Y接法时的启动相电流；IYNY接法时的启动线电流；IN接法时的启动线电流；Z绕组每相阻抗。Y接法启动时 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制62启动时式（6.1）除以式（6.2），得可
32、见，Y接法的启动线电流为接法的1/3。设MqY为星形接法的启动转矩，Mq为三角形接法的启动转矩，电动机的启动转矩和电压的平方成正比，则 ,即Y接法的启动转矩为接法的启动转矩的1/3。出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制63正常运行时定子绕组接成三角形，而且三相绕组的6个抽头均引出容量较大的笼型异步电动机，可采用星形-三角形降压启动方法来达到限制启动电流的目的。因为功率在4 kW以上的三相笼型电动机均为三角形接法，故均可采用星形-三角形启动方法。（1 1）按钮切换控制线路）按钮切换控制线路图6.24为按钮切换星形-三角形降压启动控制线路。其工作原理如下：先合上电源开关QS电动机Y接法启动
33、出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制64图6.24 按钮切换星形-三角形降压启动控制线路图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制65电动机接法运行当电动机转速升高到一定值时，这种运动线路由启动到全压运行，需要两次按动按钮，不太方便，并且切换时间也不易准确掌握。（2 2）时间继电器自动切换控制线路）时间继电器自动切换控制线路时间继电器自动切换星形-三角形降压启动控制线路有多种，其中一种如图6.25所示。出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制66图6.25 时间继电器自动切换星形-三角形启动控制线路图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制67工作原理如下：先合上电源开关QS
34、出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制68图6.26 QX3-13型星形-三角形自动启动器控制线路图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制696.3.3 6.3.3 自耦变压器降压启动控制线路自耦变压器降压启动控制线路自耦变压器降压启动是利用自耦变压器来降低启动时加在电动机定子绕组上的电压，达到限制启动电流的目的。（1 1）手动控制自耦变压器降压启动控制线路）手动控制自耦变压器降压启动控制线路其启动原理如图6.27所示。电动机启动时，合上电源开关QS1，将开关QS2扳向“启动”位置，使电源加到自耦变压器T上，电动机定子绕组与抽头连接，得到的电压是自耦变压器的二次电压，电动机进入减压启
35、动阶段。启动完毕，再将QS2迅速扳向“运行”位置，自耦变压器便被脱开，使电动机直接与电源相接，电动机在全压下正常运行。（2 2）时间继电器控制自耦变压器降压启动控制线路）时间继电器控制自耦变压器降压启动控制线路时间继电器控制自耦变压器降压启动控制线路，如图6.28所示。出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制70图6.27 自耦变压器减压启动原理图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制71图6.28 时间继电器控制自耦变压器降压启动控制线路图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制72电动机启动时，合上电源开关，按下启动按钮SB2，使接触器KM1的线圈和时间继电器的线圈通电，KT瞬
36、时动作的常开触头闭合自锁，接触器KM1主触头闭合将电动机定子绕组经自耦变压器接至电源开始减压启动。时间继电器经过一定延时后，其延时常闭触头打开，使接触器KM1线圈断电，KM1主触头断开，从而将自耦变压器从电网上切除；其延时常开触头随即闭合，使接触器KM2线圈通电，于是电动机直接接到电网上运行，完成了整个启动过程。（3 3）用按钮接触器手动控制启动补偿器降压启动）用按钮接触器手动控制启动补偿器降压启动如图6.29所示为按钮接触器控制启动补偿器减压启动线路。工作原理如下：先合上电源开关QS，降压启动:出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制73图6.29 按钮接触器控制补偿器降压启动线路图 出版
37、社电机与机床电气控制电机与机床电气控制74全压运行：当电动机转速上升到接近额定转速时，出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制75该控制线路的优点是：若启动时误按SB3，接触器KM3线圈不会通电，避免了电动机直接启动；启动完毕后，接触器KM1，KM2均断电，即使接触器KM3出现故障无法闭合时，也不会使电动机在低压下运行。该控制线路的缺点是：每次启动需按两次钮，操作不便，且间隔时间也不能准确掌握。（4 4）自动控制启动补偿器降压启动）自动控制启动补偿器降压启动在许多需要自动控制的场合，常采用时间继电器自动控制的补偿器降压启动。图6.30是其中一种自动补偿器的控制线路。工作原理如下：先合上电源开
38、关QS 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制76图6.30 补偿器降压启动自动控制线路图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制77降压启动:全压运行：当电动机转速上升到接近额定转速时,出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制78SB1，SB2为两个异地控制的停止按钮。下面分析自耦变压器降压启动的启动电流和启动转矩。设：U1自耦变压器降压启动时的电网电压；U2自耦变压器降压启动时的电动机电压；I1自耦变压器降压启动时的电网电流；I2自耦变压器降压启动时的电动机电流；IqN电动机全压启动时的启动电流。假定自耦变压器的损耗忽略不计，则输入功率等于输出功率，即U1I1=U2I2于是 其中
39、，称为自耦变压器的变比。因为在电动机上有 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制79于是得 即自耦变压器降压启动的电网电流为全压启动的k2倍。电动机的启动转矩和电压的平方成正比，则自耦变压器减压启动转矩式中 MqN全压启动时的启动转矩。6.3.4 6.3.4 延边三角形降压启动控制线路延边三角形降压启动控制线路延边三角形减压启动是一种既不用增加启动设备，又能得到较高启动转矩的启动方法。它适用于定子绕组为特殊设计的异步电动机，这种电动机的定子绕组一般有9个出线端，如图6.31所示。出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制80图6.31 延边三角形启动电动机抽头连接方式 出版社电机与机床电气
40、控制电机与机床电气控制81启动时，把定子三相绕组的一部分接成形，另一部分接成Y形，使整个绕组接成如图6.31（b）所示的电路。由于该电路像一个三角形的三边延长以后的图形，所以称为延边三角形启动电路。图6.32 延边三角形降压启动控制线路图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制82三相笼型异步电动机定子绕组接成延边三角形降压启动的控制线路，如图6.32所示。工作原理如下：先合上电源开关QS 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制83采用延边三角形减压启动,其启动转矩比星形三角形减压启动大,结构比自耦变压器减压启动简单,并克服了自耦变压器不允许频繁启动的缺点,且维修方便，但使用这种方法要
41、求电动机正常工作时是星形-三角形接法,且具有9根出线。任务任务6.4 6.4 三相绕线转子电动机的启动控制三相绕线转子电动机的启动控制 活动情境起重机由于其工作性质，经常需要重载启动，因此，提升机构和平移机构的电动机一般采用启动转矩较大的绕线转子异步电动机，以减小电流而增加启动转矩。绕线转子异步电动机由于其独特的结构，一般不采取定子绕组降压启动，而在转子回路外接变阻器。三相绕线转子异步电动机的启动，通常在转子绕组回路中串接启动电阻和接入频敏变阻器等方法。出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制84任务要求1.掌握绕线式异步电动机运行中的降压启动控制方法及实现电路。2.能看懂、绘制绕线式异步电
42、机降压启动控制原理图；能够进行电气控制线路的调试和简单的故障处理。3.能熟练分析较复杂的控制电路，根据企业不同的要求设计一般的绕线式电机启动控制电路。基本活动三相绕线式异步电动机的优点是在转子回路通过滑环外串电阻来减小启动电流,提高转子电路的功率因数,增加启动转矩。三相绕线式异步电动机的启动有在转子绕组中串接启动电阻和接入频敏变阻器等方法。出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制856.4.1 6.4.1 转子绕组串接电阻启动控制线路转子绕组串接电阻启动控制线路串接在三相转子回路中的启动电阻，一般都接成星形。在启动前，启动电阻全部接入电路，以减小启动电流。启动过程中启动电阻被逐段短接。启动完
43、毕，启动电阻全部被切除，电动机在额定转速下运行。（1 1）时间继电器控制线路）时间继电器控制线路时间继电器控制绕线式异步电动机启动控制线路图，如图6.33所示。工作原理如下：先合上电源开关QS 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制86图6.33 时间继电器控制绕线异步电动机启动控制线路图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制87 按下停止按钮SB1，接触器KM，KM3释放，电动机停转。出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制88（2 2）电流继电器控制线路）电流继电器控制线路电流继电器控制的绕线式异步电动机转子回路串电阻启动控制线路，如图6.34所示，它是根据电动机在启动过程中转
44、子回路里电流的大小来逐级切除电阻的。工作原理为：按下启动按钮SB2，接触器KM1通电吸合并自锁，其常开触点闭合，电动机M开始串电阻启动。随着电动机转速的逐渐升高，转子回路中电流逐渐减小。当小到KI1的释放电流值时，KI1便释放，其常闭触点闭合，接通接触器KM2，KM2的主触点闭合，短接了电阻R1。当R1被切除后，转子电流重新增大，这时KI1线圈已被短接，不会再通电，而KI2仍在吸引状态，但随转速继续上升，转子电流又会减小，当小到KI2的释放电流值时，KI2便释放，其常闭触点闭合，使接触器KM3通电吸合，短接电阻R2，电流又重新增大，使电动机转速继续上升到额定值，完成整个启动过程。出版社电机与机
45、床电气控制电机与机床电气控制89图6.34 电流继电器控制转子回路串电阻启动的控制线路图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制906.4.2 6.4.2 转子绕组串接频敏变阻器启动控制线路转子绕组串接频敏变阻器启动控制线路频敏变阻器的阻抗能够随着转子电流频率的下降而自动减小，所以它是绕线转子异步电动机较为理想的一种启动设备。常用于较大容量的绕线式异步电动机的启动控制。（1 1）频敏变阻器控制线路）频敏变阻器控制线路采用频敏变阻器的启动控制线路，如图6.35所示，该线路可以实现自动及手动两种控制。当转换开关SA置于“自动”位置时，动作原理如下：先合上电源开关QS，出版社电机与机床电气控制电
46、机与机床电气控制91图6.35 绕线式异步电动机频敏变阻器启动控制线路图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制92当转换开关SA置于“手动”位置时，时间继电器KT将不起作用，利用按钮SB3控制中间继电器KA和接触器KM2的动作。出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制93（2 2）频敏变阻器的调整）频敏变阻器的调整频敏变阻器上有4个接头，一个接头标为N，在另外3个接头中，接头1N间为100%的匝数，2N间为85%的匝数，3N间为71%的匝数，出厂时线接在2N接头上。如在使用中遇到下列情况，应调整频敏变阻器的匝数和气隙。启动电流大，启动太快。刚启动时，启动转矩过大，机械冲击大，但启动完毕
47、稳定转速又偏低。任务任务6.5 6.5 三相异步电动机的调速控制线路三相异步电动机的调速控制线路活动情境实际生产中的机械设备常有多种速度输出的要求。采用异步电动机配机械变速系统有时可以满足调速需求，但传动系统结构复杂，体积大，实际中 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制94常采用多速电动机进行大范围的调速，或者采用变频调速。但由于变频调速电路复杂、造价较高，对于中小型设备应用较多的还是多速电动机。多速异步电动机绕组与一般异步电动机有所不同，一般采用控制电路实现对其高低速的启动及运行中的高低速转换。任务要求1.掌握异步电动机运行中的调速控制方法及实现电路。2.能看懂、绘制异步电机降压调速控
48、制原理图；能够进行电气控制线路的调试和简单的故障处理。3.能熟练分析较复杂的控制电路，根据企业不同的要求设计一般的调速控制电路。基本活动6.5.1 6.5.1 三相异步电动机的调速方法三相异步电动机的调速方法 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制95由异步电动机的工作原理可知，异步电动机的转速为式中 n1同步转速；s转差率；f1电源频率。可见，若要改变异步电动机的转速，有以下3种途径可以实现：改变电动机的磁极对数P，以改变电动机的同步转速n1从而达到调速的目的，这种调速方法称为变极调速。改变电动机的转差率s进行调速。改变电动机电源频率f1,以改变同步转速n1，进行调速称为变频调速。出版社
49、电机与机床电气控制电机与机床电气控制966.5.2 6.5.2 三相异步电动机的变极调速三相异步电动机的变极调速笼型异步电动机往往采用两种方法来改变绕组的极对数；一是改变定子绕组的连接方法；二是在定子上设置有不同极对数的两套互相独立的绕组。在变极调速中广泛使用的是双速异步电动机。（1 1）双速异步电动机定子绕组的连接）双速异步电动机定子绕组的连接图6.36为4/2极的双速异步电动机定子绕组接线示意图。其中图6.36（a）为电动机的三相定子绕组接成三角形连接，3个电源线连接在接线端U1，V1，W1；每根绕组的中点接出的接线端U2，V2，W2悬空，每相绕组的线圈分成两段，此时电动机的磁极为4极，同
50、步转速1 500 r/min，为低速。若把电动机绕组接线端U1，V1，W1连在一起，三相交流电源分别接到U2，V2，W2的3根接线端上，则原来定子绕组的三角形接线变为双星形接线。出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制97图6.36 双速电动机定子绕组接线图 出版社电机与机床电气控制电机与机床电气控制98电动机磁极为两极，如图6.36（b）所示。此时同步转速为3 000 r/min，电动机以高速工作。（2 2）双速电动机的控制线路）双速电动机的控制线路双速电动机的控制线路有多种，下面介绍3种常用的控制线路。1）接触器控制双速电动机控制线路用按钮和接触器控制双速电动机的控制线路如图6.37。工
