电气控制与PLC应用技术教案三相异步电动机传统控制方法的认识

1、项目一 三相异步电动机传统控制方法的认识该项目是运动控制的基础。通过该项目的学习，掌握常用的低压电器基础知识、三相异步电动机的控制方法，学会分析和设计电气控制系统。一、教学目的1、认识传统的继电接触器控制方法；2、掌握常用低压电器的工作原理、作用和符号；3、掌握绘制电气控制线路图的基本原则和标准；4、了解低压电器元件的选择和电气控制系统的设计；5、掌握典型机床控制电路的分析方法。二、教学内容1、典型常用低压电器的基本知识；2、电气控制线路的基本控制环节分析；3、典型机床控制电路的分析和设计方法。三、教学重点和难点1、重点： 常用低压电器的图形符号和文字符号及工作原理； 电气控制线路的基本控制环

2、节； 机床控制电路的分析方法； 阅读和分析电气控制原理图的基本方法和步骤。2、难点： 低压电器的选用； 电气控制线路的基本环节分析； 机床控制电路的分析方法。四、教学方法1、启发式教学法：通过项目任务驱动，多媒体案例演示，提出问题，激发学生的求知欲，启发学生思考。2、运用实物进行直接教学和在实验（实训）室进行现场教学的优势，一边利用课件中的动画教授，一边在实验（实训）室利用实物操作演示教学，理论联系实际，使抽象的原理变得生动，使学生觉得学有所用、容易理解，从而既解决了教学中的重点和难点，又激发了学生动手操作的欲望。3、将理论教学内容融合到实践教学中，让学生一边学习理论知识一边动手做实验，真正做

3、到理论联系实际，并通过设置实训思考题达到培养学生在实践中发现问题、解决问题的能力。4、暗示教学发 在检查学生的实训项目时，当发现学生的错误时，并不直接指出，而是通过暗示，激发学生的联想和抽象思维能力，从而找到错误所在。5、分组讨论、小组协作 组织学生进行讨论，小组协作式学习，及时地安排适当的实训课题，组织学生以小组的形式进行讨论学习，培养学生运用知识能力以及相互合作的精神。6、“设故障”教学法 针对每个项目的难点和重点，教师事先在项目中设置故障，让学生分析查找故障点，提高学生分析问题和解决问题的能力。7、鼓励学生质疑，抢答，灵活的运用知识，调动学生的学习主动性和积极性。任务一 三相异步电动机的

4、启动和停止控制设计一、工作任务1、技术参数电机参数：y2-132m-4型，7.5kw，380v，15.4a，1440r/min。2、控制要求设计简单的电气控制原理图，通过一个启动按钮和一个停止按钮实现电机的起动、停止控制。二、相关知识1、常用低压电器的基本知识1）低压电器的基本知识低压电器是指工作在直流1200v、交流1500v及以下的电路中，以实现对电路或非电对象的控制、检测、保护、变换、调节等作用的电器。低压电器的分类主要有以下方式： 按电器的动作性质分； 按电器的性能和用途分； 按有无触点分； 按工作原理分。2）电磁式电器（1）电磁机构：（2）触头系统：（3）电弧和灭弧方法： 电弧： 灭

5、弧的方法主要有：吹弧、拉弧、长弧割短弧、多断口灭弧、利用介质灭弧、改善触头表面材料等2、相关低压电器1）刀开关（1）符号：文字符号：qs 图形符号：（2）用途：隔离电源，不频繁通断电路（3）组成：静插座、触刀、操作手柄、绝缘底板组成（4）典型结构： 普通刀开关（不带熔断器）：不频繁地手动接通、断开电路和隔离电源用负荷开关： 开启式负荷开关：作不频繁带负荷操作和短路保护用； 封闭式负荷开关：手动通断电路及短路保护。2）低压断路器（1）符号：qs（2）功能：不频繁通断电路，并能在电路过载、短路及失压时自动分断电路。（3）特点：操作安全，分断能力较高。（4）分类：框架式（万能式）和塑壳式（装置式）（

6、5）结构：触头系统、灭弧装置、脱扣机构、传动机构。图1-1-1低压断路器的结构图3）接触器其图形和文字符号如图1-1-2所示。图1-1-2接触器文字和图形符号图（1）交流接触器结构：主要由三部分组成，即 触头系统：采用双断点桥式触头结构，一般有三对常开主触头； 电磁系统：包括动、静铁芯，吸引线圈和反作用弹簧； 灭弧系统：灭弧罩及灭弧栅片灭弧。工作原理：当吸引线圈两端加上额定电压时，动、静铁芯间产生大于反作用弹簧弹力的电磁吸力，动、静铁芯吸合，带动动铁芯上的触头动作，即常闭触头断开，常开触头闭合；当吸引线圈端电压消失后，电磁吸力消失，触头在反弹力作用下恢复常态。 （2）直流接触器用途：远距离通断

7、直流电路或控制直流电动机的频繁起停。结构：电磁机构、触头系统和灭弧装置。工作原理：与交流接触器基本相同。（3）接触器的主要技术指标额定电压：额定电流：吸引线圈额定电压：通断能力：操作频率：交直流接触器的额定操作频率：寿命：（触点的寿命是指通断的次数）（4）接触器的选择接触器的使用类别应与负载性质相一致，控制交流负载应选用交流接触器，控制直流负载则选用直流接触器。主触点的额定工作电压应大于或等于负载电路的电压。主触点的额定工作电流应大于或等于负载电路的电流。接触器主触点的额完工作电流是在规定条件下（额定工作电压、使用类别、操作频率等）能够正常工作的电流值，当实际使用条件不同时，这个电流值也将随之

8、改变。吸引线圈的额定电压应与控制回路电压相一致，接触器在线圈额定电压85及以上时应能可靠地吸合。主触点和辅助触点的数量应能满足控制系统的需要。4）热继电器图形和文字符号如图1-1-3所示。图1-1-3 热继电器的图形和文字符号（1）作用：主要是通过检测电机三相定子绕组的电流，间接反映电机内部发热情况，从而对电动机的长期过载保护。（2）结构：主要由发热元件、双金属片和触头及动作机构等部分组成 。其感测部分常用的形式有：双金属片式：利用双金属片受热弯曲去推动杠杆使触头动作。热敏电阻式：利用电阻值随温度变化而变化的特性制成的热继电器。易熔合金式：利用过载电流发热使易熔合金达到某一温度值时，合金熔化而

9、使继电器动作。（3）热继电器的使用与选择热继电器的选择应满足:ered其中：er是热继电器热元件的额定电流；ed是电动机的额定电流。5）熔断器符号：fu 用途：供电电路和电气设备的短路（瞬时过载）保护。组成：熔断管(或座)、熔断体、填料及导电部件等部分组成原理：通过熔断器的电流超过一定数值并经过一定的时间后，电流在熔体上产生的热量使熔体某处熔化而切断电路，从而保护了电路和设备。主要参数：(1) 熔断器的额定电流ige表示熔断器的规格；(2) 熔体的额定电流ite表示熔体在正常工作时不熔断的工作电流；(3) 熔体的熔断电流ib表示使熔体开始熔断的电流。ib(1.32.1)ite； (4) 熔断器

10、的断流能力id表示熔断器所能切断的最大电流（极限分断能力）。如果线路电流大于熔断器的断流能力，熔丝熔断时电弧不能熄灭，可能引起爆炸或其他事故。低压熔断器的几个主要参数之间的关系为：idibigeite。熔断器的选型主要是选择熔断器的形式、额定电流、额定电压以及熔体额定电流。熔体额定电流的选择是熔断器选择的核心。对于具有冲击电流的负载，熔体额定电流选择的经验公式主要有以下几种： 绕线式电动机ite(11.25) in 笼型电动机ite(1.52.5) in 起动时间较长的某些笼型电动机ite3 in 连续工作制直流电动机ite = in 反复短时工作制直流电动机ite =1.25 in 多台电动

11、机ite(1.52.5)in max+side6）按钮按钮主要用于远距离操作具有电磁线圈的电器以及在控制电路中发布指令和执行电气联锁。sb图1-1-4 按钮的结构及符号按照按钮的结构型式可分为开启式（k）、保护式（h）、防水式（s）、防腐式（f）、紧急式（j）、钥匙式（y）、旋钮式（x）和带指示灯（d）式等。选用原则： （1）根据使用场合，选择控制按钮的种类，如开启式、防水式、防腐式。（2）根据用途，选用合适的形式，如钥匙式、紧急式、带灯式。（3）按控制回路的需要，确定不同的按钮数，如单钮、双钮、三钮、多钮等。（4）按工作状态指示和工作情况的要求，选择按钮及指示灯的颜色。2、其他相关知识1）电

12、气控制技术的发展历程 19世纪末到20世纪初为生产机械电力拖动的初期； 继电器接触器控制产生于20世纪2030年代； 60年代出现了顺序控制器； 70年代，一种新型工业控制器可编程控制器（plc）问世。2）本课程的性质和任务课程的主要内容是以电动机或其它执行电器为控制对象，介绍电气控制的基本原理、控制线路及设计方法，同时着重介绍可编程控制器（plc）的功能、指令系统、编程方法和应用技术。3）电动机的正确使用及起动电流计算电动机的正确使用主要参看电机拖动课程教材及其参考资料，在此不再详述。起动电流：ist=47in三、任务实施1、元件选择 电源开关qs选用刀开关。根据工作电流，并保证留有足够的余

13、量，可选用hk8-32/3型,熔丝选择20a。 熔断器fu1保护电动机，熔体电流按选择，选rl1-30型熔断器，配20a的熔体。fu2保护控制回路，选rl1-15型熔断器，配2a的熔体。 热继电器的选择，用于电动机的过载保护，选jr20-16l(1418)型热继电器，热元件电流可调至16a。 接触器的选择，根据电动机的额定电流情况，选用cj20-25型交流接触器，线圈电压为380v。 按钮选择，选择一般式按钮lay3-11型。2、绘制原理图采用按钮与接触器控制的三相笼型异步电动机单向运转控制线路。电路分为两部分，主电路由刀开关qs、熔断器fu1、接触器km的主触点、热继电器fr的热元件组成；控

14、制电路由按钮sb1和sb2、热继电器fr常闭触点、熔断器fu2及接触器km的线圈和常开辅助触点km组成。3、电气原理分析 图1-1-5电机启动和停止电气原理图按下起动按钮sb1km线圈得电，km常开触头、主触头闭合，电动机起动连续运行；当松开 sb1 常开触头恢复分断后，因为接触器 km 的常开辅助触头闭合时已将 sb1 短接，控制电路仍保持接通，所以接触器 km 继续得电，电动机 m 实现连续运转。像这种当松开起动按钮 sb1 后，接触器 km 通过自身常开触头而使线圈保持得电的基本环节叫做自锁（或自保），与起动按钮 sb1 并联起自锁作用的常开触头叫自锁触头（也称自保触头），其作用不仅是保

15、证松开后电机可以长期运行，而且可以起到失压和欠压的保护作用。停止：按下停止按钮sb2，km线圈失电，km自锁触头、主触头分断，松开sb2 其常闭触头恢复闭合后，因接触器 km 的自锁触头在切断控制电路时已分断，解除了自锁，sb1也是分断的，所以接触器km不能得电，电动机m也不会转动。四、任务实训依据“任务实施”的设计，选择所需要的低压电器，在电工实训台上完成电机的启动和停止控制。注意：用电安全，仔细检查接线，通过指导教师的检查后方可投入运行。五、检查与评估1、检查元器件的选择是否正确；2、控制线路的接线是否合理安全；3、如果电机改为15kw，你的电路如何设计；4、完成任务中的控制要求，是否还有

16、其他的方法？六、自主练习货物升降机上升的点动控制线路的设计：点动正转控制线路是用按钮、接触器来控制电动机运转的最简单的正转控制线路。要求：起动：按下起动按钮sb接触器km线圈得电km主触头闭合电动机m起动运行。停止：松开按钮 sb接触器km线圈失电km主触头断开电动机m失电停转。停止使用时：断开电源开关 qs 。电气原理参考1-6图。图1-1-6点动控制电气原理图（点动指的是，按住按钮时电动机转动工作，手放开按钮时，电动机即停止工作。点动常用于生产设备的调整，如机床的刀架、横梁、立柱的快速移动，机床的调整对刀等。）任务二 电动机的正反转控制一、工作任务1、技术参数电机参数：y2-132m-4型

17、，7.5kw，380v，15.4a，1440r/min。2、控制要求利用转换开关实现电动机的正反转控制。二、相关知识1、相关低压电器1）转换开关结构：静触头一端固定在胶木盒内，另一端伸出盒外，与电源或负载相连。动触片套在绝缘方杆上，绝缘方轴每次作90正或反方向的转动，带动静触头通断。特点：结构紧凑，安装面积小，操作方便。用途：电源的引入开关；通断小电流电路；控制以下电动机。图1-2-1转换开关结构及符号注：a、纵向虚线表示手柄位置，图中有三个位置、0、；b、横向圆圈表示触点对数，图中有6对触点；c、纵横交叉处圆黑点为手柄在此位置对应的触点接通； d、各位置触点接通情况分别为：位1、4、6触点通

18、，0位2、3、5触点通，位3、4、5触点通。2）行程开关符号：sq 作用：将机械位移转变为电信号，使电动机运行状态发生改变，即按一定行程自动停车、反转、变速或循环。从而控制机械运动或实现安全保护。组成：操作头、传动系统、触头系统和外壳2、其他相关知识1）电机正反转原理定子三相绕组电源任意两相对调，改变定子电源相序，也可改变电动机转动方向。2）接近开关(1) 原理：非接触式的检测装置，当运动着的物体接近它到一定距离时，它就能发出信号，从而进行相应的操作。(2) 分类：高频振荡型、霍尔效应型、电容型、超声波型等。(3) 参数：动作距离、重复精度、操作频率及复位行程等。3）光电开关(1) 原理：通过

19、光的发射和接收实现非接触式位置检测装置。(2) 分类：对射式和反射式。4）工作循环自动控制(1) 工作台的正反向自动循环控制：许多机床的自动循环控制都是靠限位控制来完成的。某些机床的工作台要求正反向运动自动循环。(2) 动力头的自动循环控制：它是由限位开关按行程来实现动力头的往复运动的。三、任务实施（控制系统设计）1、元件选择 电源开关qs选用刀开关。根据工作电流，并保证留有足够的余量，可选用hk8-32/3型,熔丝选择20a。 熔断器fu1保护电动机，熔体电流按选择，选rl1-30型熔断器，配20a的熔体。fu2保护控制回路，选rl1-15型熔断器，配2a的熔体。 热继电器的选择，用于电动机

20、的过载保护，选jr20-16l(1418)型热继电器，热元件电流可调至16a。 接触器的选择，根据电动机的额定电流情况，选用cj20-25型交流接触器，线圈电压为380v。 按钮选择，选择一般式按钮lay3-11型。 转换开关的选择hy3-30a型。2、绘制原理图图1-2-2行程开关实现正反转的电气原理图用转换开关实现电动机的可逆运转控制线路如图1-2-2所示。图中转换开关sa有四对触点、三个工作位置，当sa置于上、下方不同位置时，通过其触点改变三相电源的相序，从而改变电动机的旋转方向。本控制线路是利用转换开关sa预选电动机的旋转方向，然后再由接触器km控制电动机的启动与停止。由于采用接触器控

21、制电动机，故可实现过载保护并具有欠压与失压保护。四、任务实训1、检查元器件的选择是否正确；2、控制线路的接线是否合理安全；3、如果电机改为15kw，你的电路如何设计；4、完成任务中的控制要求，是否还有其他的方法。五、自主练习1、利用接触器联锁实现电机正反转图1-2-3接触器实现电机正反转电气原理图三相异步电动机接触器联锁的正反转控制的电气原理图，为了保证一个接触器得电动作时，另一个接触器不能得电动作，以避免电源的相间短路，就在正转控制电路中串接了反转接触器km2的常闭辅助触头，而在反转控制电路中串接了正转接触器km1的常闭辅助触头。当接触器km1得电动作时，串在反转控制电路中的km1的常闭触头

22、分断，切断了反转控制电路，保证了km1主触头闭合时，km2的主触头不能闭合。同样，当接触器km2得电动作时， km2的常闭触头分断，切断了正转控制电路，可靠地避免了两相电源短路事故的发生。联锁（或互锁）：在一个接触器得电动作时，通过其常闭辅助触头使另一个接触器不能得电动作的作用叫联锁（或互锁）。实现联锁作用的常闭触头称为联锁触头（或互锁触头）。需要注意的是，此处接触器的互锁只能起到保护作用，如果要想操作方便，可以通过按钮常闭触点的互锁来实现。2、利用行程开关实现正反转自动循环控制电路图1-2-4电机正反往复控制电气原理图按下正向起动按钮sb2，接触器km1得电动作并自锁，电动机正转使工作台前进

23、。运行到st2位置，撞块压下st2，st2动断触点使km1断电，st2的动合触点使km2得电动作并自锁，电动机反转使工作台后退。工作台运动到右端点撞块压下st1时，km2断电，km1又得电动作，电动机又正转使工作台前进，这样一直循环。sb1为停止按钮。sb2与sb3为不同方向的复合起动按钮，改变工作台方向时，不按停止按钮可直接操作。限位开关st3、st4限位保护作用：st3与st4安装在极限位置，由于某种故障，工作台到达st1（或st2）位置，未能切断km1（或km2），工作台将继续移动到极限位置，压下st3（或st4），此时最终把控制回路断开，使电动机停止，避免工作台由于越出允许位置所导致的

24、事故。任务三 电动机y启动系统设计一、工作任务1、技术参数电动机：y2-180l-4型，22kw，380v，42.5a，1470r/min2、控制要求实现电动机y启动。二、相关知识1、相关低压电器1）速度继电器用途：速度继电器是依靠速度大小使继电器动作与否的信号，配合接触器实现对电动机的反接制动组成：定子、转子和触头三部分组成。ks图1-3-1速度继电器的结构及其符号2）时间继电器（1）原理：感应元件接受外界信号后，经过设定的延时时间才使执行部分动作的继电器。（2）按延时方式分类：通电延时型、断电延时型和带瞬动触点的通电（或断电）延时型继电器。（3）按工作原理分类：空气阻尼式、电动式和电子式等

25、。（4）触点类型：常开延时闭合触点、常闭延时断开触点、常开延时断开触点和常闭延时闭合触点4类。（5）作用：根据时间控制的要求，按整定时间长短通断电路。kt(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (i)图1-3-2时间继电器图形和文字符号注： (a) 线圈一般符号 (b) 通电延时线圈 (c) 断电延时线圈 (d) 通电延时闭合动合（常开）触点 (e) 通电延时断开动断（常闭）触点 （f）断电延时断开动合（常开）触点 （g）断电延时闭合动断（常闭）触点（h）瞬动触点 （i）文字符号2、其他相关知识1）中间继电器当电压或电流继电器触点容量不够时，可借助中间继电器来控制，用中

26、间继电器作为执行元件，这时中间继电器被当作一级放大器用；当其他继电器或接触器触点数量不够时，可利用中间继电器来切换多条控制电路。2）固态继电器由固体半导体元件组成的无触点开关器件；4端有源器件。3）降压启动的相关知识（1）降压启动的原因降压启动的目的主要是减小电机的起动电流对电网的冲击，同时也可以减小起动转矩对转子的机械冲击。是否需要降压启动，主要考虑电机的容量、供电变压器的容量、电机与供电变压器的距离、同一个电网下其它设备对供电质量的要求等因素。（2）降压启动的方法及其各自的特点鼠笼式异步电机降压启动的方法主要有定子串电阻、定子串自耦变压器、y、延边三角形等。三、任务实施（控制系统设计）1、

27、元件选择 电源开关可选用空气开关，dz10-100型，整定电流80a。 熔断器fu1保护电动机，选rl1-60型熔断器，配50a的熔体。fu2保护控制回路，选rl1-15型熔断器，配2a的熔体。 热继电器的选择，用于电动机的过载保护，选jr20-63(4055)型热继电器，热元件电流可调至45a。 接触器的选择，根据电动机的额定电流情况，km1、km2 、km3选用cj20-40型(电流55a)交流接触器，线圈电压为380v。 时间继电器选用js7-2a型 按钮选择，选择一般式按钮lay3-11型。2、绘制原理图图1-3-3 y-降压启动电气原理图星-三角降压启动控制线路。当合上刀开关qs，按

28、下启动按钮sb2时，km1、km3、kt线圈同时通电并自锁，电动机接成星形启动，同时时间继电器开始定时。当电动机转速接近额定转速时，kt动作，kt的常闭触点断开，km3线圈断电，其主触点断开；同时kt的常开触点闭合，km2线圈通电并自锁，其主触点闭合，使电动机接成三角形全压运行。当km2通电吸合后，km2常闭触点断开，使kt线圈断电，避免时间继电器长期工作。km2、km3常闭触点实现互锁控制，防止星形和三角形同时接通造成电源短路。四、任务实训1、检查元器件的选择是否正确；2、控制线路的接线是否合理安全；3、完成任务中的控制要求，是否还有其他的方法。五、自主练习1、反接制动控制电路的实现图1-3

29、-4 反接制动电气原理图停车时，首先切换电动机定子绕组三相电源相序，产生与转子转动方向相反的转矩，因而起制动作用。电动机的转速下降接近零时，及时断开电动机的反接电源。待添加的隐藏文字内容12、能耗制动能耗制动是电动机脱离三相交流电源后，结定子绕组加一直流电源，以产生静止磁场，起阻止旋转的作用，达到制动的目的。特点（与反接制动相比）：消耗的能量小，其制动电流要小得多； 适用于电动机能量较大，要求制动平稳和制动频繁的场合；能耗制动需要直流电源整流装置。 任务四 c650卧式车床电气控制线路分析一、工作任务1、通过c650卧式车床电气控制线路的分析，掌握复杂继电-接触控制线路原理的方法。2、通过其它

30、相关知识的学习，使得学生了解继电-接触控制的特点及其设计方法和设计内容。二、相关知识1、电气图基本知识2、电气控制系统分析的内容1）设备说明书2）电气控制原理图3）电气设备的总装接线图4）电器元件布置图与接线图3、电气原理图阅读分析的方法与步骤1）分析主电路2）分析控制电路3）分析辅助电路4）分析联锁与保护环节5）分析特殊控制环节6）总体检查三、任务实训1、主电路图1-4-1 c650卧式车床电气原理图2、主电动机点动调整控制 图1-4-2主电动机点动调整控制电气原理图km3为m1电动机的正转接触器，km为m1电动机的长动接触器，ka为中间继电器。m1电动机的点动由点动按钮sb6控制。按下按钮

31、sb6，接触器km3得电吸合，它的主触点闭合，电动机的定子绕组经限流电阻r与电源接通，电动机在较低速度下起动。3、主电动机正反转控制 图1-4-3主电动机正反转控制电气原理图按下按钮sb1时，接触器km首先得电动作，它的主触点闭合将限流电阻短接，接触器km的辅助动合触点闭合使中间继电器ka得电，它的触点(13-7)闭合，使接触器km3得电吸合。km3的主触点将三相电源接通，电动机在额定电压下正转起动。km3的动合辅助触点(15-13)和ka的动合触点(5-15)的闭合将km3线圈自锁。反转起动时用反向起动按钮sb2，按下sb2，同样是接触器km得电，然后接通接触器km4和中间继电器ka，于是电

32、动机在满压下反转起动。km3的动断辅助触点(23-25)，km4的动断辅助触点(7-11)分别串在对方接触器线圈的回路中，起到了电动机正转与反转的电气互锁作用。4、主轴电动机反接制动控制电动机正转时，速度继电器的正转常开触点ks1(17-23)闭合；电动机反转时，速度继电器的反转动合触点ks2(17-7)闭合。当电动机正向旋转时，接触器km3和km，继电器ka都处于得电动作状态，速度继电器的正转动合触点ks1(17-23)也是闭合的，这样就为电动机正转时的反接制动做好了准备。需要停车时，按下停止按钮sb4，接触器km失电，其主触点断开，电阻r串入主回路。与此同时km3也失电，断开了电动机的电源，同时ka失电，ka的动断触点闭合。在松开sb4后就使反转接触器km4的线圈通过1-3-5-17-23-25电路得电，电动机的电源反接，电动机处于反接制动状态。当电动机的转速下降到速度继电器的复位转速时，速度继电器ks的正转动合触点ks1(17-23)断开