电机控制技术项目3三相异步电动机控制与实现课件

1、电 机 控 制 技 术三相异步电动机控制与实现任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 3.1低压电器 低压电器是能够根据外部信号要求，手动或自动地接通或断开电路实现对电路进行切换、控制等操作的元件或设备。 低压电器按照用途可分为低压配电电器和低压控制电器；按照工作方式可分为自动和手动电器；按照执行机构可分为有触点和无触点的电器。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 一、低压刀开关 刀开关是最简单的低压开关，额定电流在1500A以下，应用于配电设备作隔离电源用，也应用在不经常操作的交、直流低压电路中接通和断开电路。刀开关的典型结构如图3-1所示。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 1. 刀

2、开关的分类 按刀的极数分有单极、双极和三极；按刀开关的转换方向分为单投（HD）和双投（HS）；安操作方式分为直接手柄操作、杠杆操作机构式和电动操作机构式；按灭弧结构可分为不带灭弧罩和带灭弧罩两种。不带灭弧罩的刀开关一般只能在无负荷或小负荷下操作，作隔离开关使用。带灭弧罩的刀开关，能通断一定的负荷电流。为了能在短路或过负荷时断开电源，刀开 任务一 三相异步电动机正反转控制与实现2刀开关的型号及意义刀开关的型号含义如图3-2所示。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 3. 刀开关的主要技术参数 额定电压、额定电流、动稳定电流、热稳定电流（使用说明书中给出）等都是刀开关的主要技术参数。刀开关的额定

3、电压和电流是刀开关正常工作时允许加的电源电压和通过的电流；动稳定电流是电路发生短路时，刀开关并不因短路电流产生的电动力作用而发生变形、损坏或触刀自动弹出之类的故障。热稳定电流是指发生短路故障时，刀开关在一定时间（1s)内通过某一短路电流，并不会因温度急剧升高而发生熔焊现象的电流值。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 4. 刀开关的选择 （1）根据安装环境选择刀开关的形式。 （2）刀开关的额定电流和电压大于安装地点的线路电压和电流。 （3）校验动稳定性和热稳定性。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现5刀开关的电路符号刀开关的电路符号如图3-3所示。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 6

4、常用低压刀开关 （1）熔断器式刀开关 熔断器式刀开关就是将刀开关的闸刀换成RT0型熔断器后的开关，如图3-4所示。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现熔断器式刀开关的型号和意义如图3-5所示。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 （2）低压负荷开关 低压负荷开关是是把熔断器和刀开关制作在一起，具有开关和熔断器的双重功能，常用在照明电路和负荷不大的动力电路中。 低压负荷开关有两种形式即封闭式和开启式，如图3-6所示。封闭式负荷开关也称做铁壳开关，有速断功能，可作为17KW及以下电动机不频繁直接轻载起动的控制开关；开启式负荷开关也称为胶盖闸，没有速断功能，只可作为 5.5kw以下电动机的开关任

5、务一 三相异步电动机正反转控制与实现任务一 三相异步电动机正反转控制与实现低压负荷开关的型号含义如图3-7所示。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 二、低压熔断器 1低压熔断器的作用 熔断器的作用主要是保护电气系统的短路。当系统的冲击负荷很小或为零时以及电气设备的容量较小、对保护要求不高时，宜兼作过载保护。 当被保护的线路或设备发生短路故障时，熔断器的熔体立即熔断，切断短路电流，保护了线路或设备。一般熔断器只用做短路保护，而不用作过载保护。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现2低压熔断器的型号及电气符号低压熔断器的型号含义及电气符号如图3-8所示。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现

6、3低压熔断器的结构及类型 熔断器包括熔体（熔丝或熔片）及附件两部分。按照结构不同熔断器分为瓷插式、封闭管式、螺旋式等，如图3-9所示。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 3低压熔断器的主要参数 （1）额定电压熔断器长期工作或分断后能承受的电压。 （2）额定电流各部件温升不超过规定值所能承受的电流。 （3）极限分断能力在规定电压和功率因数条件下，能分断的最大短路电流值。 任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 4低压熔断器的选择 （1）根据安装环境选择熔断器的形式。 （2）熔断器的额定电压大于安装地点的线路电压。 （3）熔断器的额定电流大于内部熔丝的额定电流，熔丝的额定电流由被保护电路确定。

7、 1）照明线路或没有冲击电流的负载电路，熔丝电流大于等于线路电流即：任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 2）保护有冲击电流的线路的熔断器 熔体的额定电流 应大于线路的计算电流 ，保证熔体在线路正常运行时不致熔断。 熔体的额定电流还应躲过线路的尖峰电流 ，在线路出现正常尖峰电流时也不致熔断。由于尖峰电流持续时间较短，而熔体加热熔断需一定时间，故式中 为计算系数，一般小于1。 当熔断器保护一台电动机，启动时间在3s以下时，取 =0.250.35；启动时间在38 s时，取 =0.350.5；启动时间在大于8 s或频繁起动、反接制动时，取 =0.50.8。 当熔断器保护多台电动机时，取 =0.51

8、。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 熔体额定电流 与被保护的线路相配合。当线路过负荷或短路时，为避免导线或电缆因过热烧毁而熔断器不熔断的事故发生，要求熔断器熔体的额定电流必须与导线允许电流 配合，即式中 为导线或电缆的允许短时过负荷系数。 规程规定，熔断器仅作为短路保护时，对电缆或穿管绝缘导线，取 =2.5；对明敷绝缘导线，取 =1.5；若还兼作过负荷保护时，取 =1。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 3）保护变压器的熔断器 保护电力变压器的熔断器熔体电流，根据运行经验，可按下式计算： =（1.52.0）式中 为电力变压器的一次绕组额定电流。 4)保护电压互感器熔断器熔体的选择 由

9、于电压互感器二次侧的负荷很小，因此保护电压互感器的熔断器熔体电流一般选择0.5 A。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 三、热继电器 热继电器主要用于过负荷保护和断相保护。热继电器的结构原理图如图3-10所示。 1热继电器结构及原理 热继电器是利用测量元件被加热到一定程度而动作的一种继电器。 热继电器的测量元件通常用双金属片，它是由主动层和被动层组成。 任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 主动层材料采用较高膨胀系数的铁镍铬合金，被动层材料采用膨胀系数很小的铁镍合金。 双金属片的加热方式有直接加热、间接加热和复式加热。 直接加热就是把双金属片当作热元件，让负载电流直接通过。间接加热是用与

10、双金属片无电联系的加热元件产生的热量来加热。复式加热是直接加热与间接加热两种加热形式的综合。双金属片受热弯曲，当弯曲到一定程度时，通过动作机构使触点动作来完成过负荷保护。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 2热继电器的类型 热继电器按保护特性分为有断相保护和无断相保护两种类型。有断相保护功能的热继电器当负载缺相时会使触点动作断开负载电路，保护负载不在缺相状态下运行。无断相保护的热继电器，负载缺相运行时不动作。带断相保护热继电器动作原理图如图3-10所示，它具有上下两块导板。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 通电前和三相正常工作时，不动作。三相均匀过载时，双金属片的端部均向左弯曲上下导

11、板同时左移，达到设定值时动作。某一相断路，另两相过负荷。断路相阻挡上导板左移，过载相使下导板左移产生差动力作用，使杠杆扭转，继电器动作。起到断相保护作用。 3热继电器的外形及型号 热继电器的外形及型号含义如图3-11所示。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 3热继电器的主要参数 （1）额定电压 指热继电器正常工作允许接的电源电压。 （2）热继电器的额定电流 指允许装入的热元件的最大额定电流值。 （3）热元件的额定电流 是指发热元件长期工作允许通过的电流值。 （4）整定电流 是指热继电器的热元件允许长期通过，但又刚好不致引起热继电器动作的电流值。任务一

12、三相异步电动机正反转控制与实现 4热继电器的选择 （1）根据被保护电路的连接方式确定热继电器的形式，星接负载或电源对称性较好时用两相式或三相式热继电器。三角形负载用三相带断相保护式。 （2）热继电器的额定电压不低于安装地点的线路电压值。 （3）热继电器的额定电流按电动机的额定电流选择。保护过载能力差的电动机的热继电器热元件的额定电流取6080电动机额定电流。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 （4）短时工作和过载可能性非常小的电动机不设过载保护。 （5）双金属片热继电器用于轻载不频繁启动的电动机的过载保护。重载频繁启动的电动机用过电流继电器作过载和短路保护。 （6）重要设备用手动复位热继电

13、器。安装地点远离操作地点，且易看清过载情况的采用自动复位。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 5热继电器的电路符号和接入电路的方式 热继电器的电路符号如图3-12（a）、（b）所示。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 三相交流电动机的过载保护大多数采用三相式热继电器，由于热继电器有带断相保护和不带断相保护两种，根据电动机绕组的接法，这两种类型的热继电器接入电动机定子电路的方式也不尽相同。 当电动机的定子绕组为星形接法时，带断相保护和不带断相保护的热继电器均可接在线电路中，如图3-12（c）所示。采用这种接入电路方式，在发生三相均匀过载、不均匀过载乃至发生一相断线事故时，流过热继电器的电

14、流即为流过电动机绕组的电流，所以热继电器可以如实地反映电动机的过载情况。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 电动机的额定电流是指线电流，电动机在三角形接法时，额定线电流为每相绕组额定相电流的 倍。当发生断相运行时，如果故障线电流达到电动机的额定电流，可以证明，此时电动机电流最大一相绕组的电流将达到额定相电流的1.15倍。若将热继电器的热元件串接在三角形接法电动机的电源进线中，并且按电动机的额定电流选择热继电器，当故障线电流达到额定电流时，在电动机绕组内部，电流较大的那一相绕组的故障相电流将超过额定电流。因热继电器串在电源进线中，所以热继电器不动作，但对电动机来说就有过热危险了。任务一 三相

15、异步电动机正反转控制与实现 因此，当电动机定子绕组为三角形接法时，若采用普通热继电器，为了能进行断相保护，必须将三个发热元件串接在电动机的每相绕组上，如图3-12（e）所示。如果采用断相式热继电器，可以采用图3-12（d）的接线形式。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 四、接触器 接触器是用于远距离频繁地接通和断开交直流主电路及大容量控制电路的一种自动切换电器。其主要控制对象是电动机，也可用于控制其它电力负载和电热器、电照明、电焊机与电容器组等。依靠电磁铁带动触点动作，完成电路通断切换并具有欠压和失压保护的功能。 1接触器的类型 接触器根据主触点接通电流的种类分交流接触器和直流接触器。接触

16、器按驱动触头系统的动力不同分为电磁接触器、气动接触器、液压接触器等。新型的真空接触器与晶闸管交流接触器正在逐步使用。目前最常见的是电磁交流接触器。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 （1）交流接触器 交流接触器的组成有：触点系统，作用是接通或断开电路；主触点，接通或断开大电流的线路（额定电流有多种可选择）；辅助触点，在控制电路中接通或断开线路（额定电流5A），触点系统的特点是双断点桥式结构。电磁机构，将电能转换成机械能，操动触点接通或断开；电磁机构由线圈、铁芯和衔铁组成，多用直动式，电磁机构的铁芯和衔铁由电工钢片叠成，铁心上有短路环。灭弧装置，10A以下用双断点，电动力灭弧；20A以上用灭

17、弧栅或灭弧罩灭弧。还有反力弹簧（释放弹簧）、触点压力弹簧、传动机构和接线柱。交流接触器的原理如图3-13所示。电磁线圈通入交流电流时，铁心8磁化，吸引衔铁9压缩反力弹簧10，主触点和辅助触点动作。铁芯上的短路环起着防止电磁线圈通入交流电流时，电流过零时电磁铁吸力为零而产生的震动和噪音。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现任务一 三相异步电动机正反转控制与实现交流接触器的型号含义如图3-14所示。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 （2）直流接触器 直流接触器也是由触点系统、电磁机构、灭弧装置等组成。主触点用来接通或断开大电流电路。一般为单极或双极的指形触点。辅助触点用来通断小电流电路，采

18、用双断点桥式触点。电磁机构的铁心和衔铁由整块铸铁或铸钢做成。线圈做成长而薄的圆筒状，以便线圈电阻产生的热量散发出去。灭弧装置采用磁吹式灭弧。直流接触器的结构原理图如图3-15所示。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现直流接触器的型号含义如如图3-16所示 任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 2接触器的主要参数 （1）额定电压 指主触点的额定工作电压及辅助触点和线圈电压的工作电压。 （2）额定电流 主触点在额定电压和规定使用类别、工作频率时的正常工作电流。 （3）机械寿命和电气寿命 用通断次数表示，一般机械寿命在1000万次以上，电气寿命100万次以上。 （4）操作频率 用每小时允许的操作

19、次数表示，一般300次/h、 600次/h、 1200次/h 。 （5）接通与分断能力 指主触点规定条件下能可靠接通和分断的电流值。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 3接触器的选择 （1）接触器的类型选择 依据负载电流的种类选择用交流接触器还是直流接触器。 （2）主触点的额定电压应大于等于负载额定电压。 （3）主触点的额定电流 控制电机的接触器主触点的额定电流由经验公式计算：任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 其中 是电动机的额定功率， 电动机的额定电压， 为经验系数 =11.4。当接触器的使用类别与控制负载的类别相同时，接触器的触点电流等级略大于负载电流。当接触器的使用类别与控制负

20、载的类别不相同时，接触器就要降级使用。接触器的使用类别分为AC1控制无感或微感负载，AC2控制绕线电动机的起停，AC3控制鼠笼电动机的接入或断开，AC4控制鼠笼电动机的启动、反接制动、反转、点动等项操作。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 （4）接触器线圈电压的选择 当控制电路简单或用的接触器较少时，直接选220V或380V。控制电路复杂，为安全起见一般选较低电压如选127V、36V。一般直流接触器用直流线圈，交流接触器用交流线圈。为提高操作频率交流接触器有时用直流线圈。 （5）触头数量和种类满足控制电路的要求。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现4接触器的外形及电路符号接触器的外形及电

21、路符号如图3-17。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 五、按钮 按钮的作用是远距离操纵接触器、继电器等电磁装置或用于信号和电气联锁线路中。控制按钮一般由按钮帽、恢复弹簧、桥式动触头、静触头和外壳等组成，如图3-18所示。当按下按钮时，先断开常闭触点，然后接通常开触点，而当松开按钮时，在恢复弹簧作用下，常开触点先断开，常闭触点后闭合。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 1按钮的类型 按钮按照结构形式不同可分为指示灯式、紧急式（突出蘑菇形钮帽）、钥匙式与旋钮式（旋转操作）四种。为防止误操作把按钮制成各种颜色，一般红色表示停止按钮，绿色表示启动按钮。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现2

22、按钮型号按钮型号含义如图3-19所示。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 3按钮的主要参数和选择 按钮的主要参数是触点对数。选择按钮一般考虑触点对数、动作要求、有否带指示灯、颜色和使用场合。 4按钮的外形及电路符号 按钮的外形及电路符号如图3-20所示 任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 六、行程开关 行程开是根据机械行程发出命令，控制生产机械的运动方向或行程大小的主令电器。常在往返运动中起行程控制和限位保护作用。 行程开关由操作头、触头系统和外壳3部分组成。操作头是开关的感测部分，用以接受机械设备发出的动作信号，并将此信号传递到触头系统。触头系统是行程开关的执行部分，它将操作头传来的

23、机械信号通过本身的转换动作变换为电信号，输出到有关控制回路中，使之作出相应的反应。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 行程开关根据动作方式可分为有直动式、转动式、组合式、微动式与滚轮式等。如图3-21是行程开关的外形及触点结构。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 1行程开关的型号及电路符号 行程开关的型号及电路符号如图3-22所示。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 2行程开关的主要参数 （1）额定电压、电流行程开关工作电路的电压和电流。 （2）触点对数一般行程开关有一对常开触点，一对常闭触点。 （3）工作行程操作头部分的行程。直动式为34mm，滚轮式为30。 （4）触点转换时间一

24、般0.04s。 3行程开关的选择 （1）根据被保护机械的动作需要选择行程开关的结构、动作形式、行程和触点转换时间、操作频率。 （2）根据安装处的电源选择额定电压、电流和频率。 任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 七、低压断路器 低压断路器俗称自动空气开关，低压配电网络和电力拖动系统中常用的一种配电电器，它集控制和多种保护功能于一体，用于不频繁操作的场合，在正常情况下可用于接通和断开电路。当电路中发生短路、过载和失压等故障时，能自动切断故障电路，保护线路和电气设备。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现1低压断路器的工作原理低压断路器的动作原理如图3-23所示。 任务一 三相异步电动机正反转

25、控制与实现 自动空气断路器的主触点接到被控制的电路中，电路正常时，锁键2与搭钩3锁扣，电路保持接通状态。当电路出现不正常工作状态时，自动跳闸。如电路短路过电流时，过流脱扣器7动作，衔铁9下移，推动杠杆5上移，使2与3脱扣，主触点断开电路；电路过负荷时，双金属片向上弯曲杠杆上移，推动锁扣使其脱扣，主触点断开电路；电路电压降低时，欠电压脱扣器动作，弹簧11使衔铁10上移，带动杠杆5上移，推动锁扣使其脱扣，主触点断开电路。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 2低压断路器的类型 自动空气断路器按结构不同分为两种类型，框架式低压短路器和塑料外壳式低压断路器。框架式低压断路器常用于40100kW电动机

26、的不频繁全压启动，同时起短路、过载和欠压保护作用。塑料外壳式低压短路器常用作配电线路的保护开关和电动机及照明电路的控制开关。 塑料外壳式断路器中，有一类是63A及以下的小型断路器，如图3-24所示。由于它具有模数化结构和小型（微型）尺寸，因此通常称为“模数化小型（或微型）断路器”。广泛应用在低压配电系统的终端，作为各种工业和民用建筑特别是住宅中照明线路及小型动力设备、家用电器等的通断控制和过负荷、短路及漏电保护。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 3低压断路器的型号 低压断路器型号含义如图3-26所示。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 4低压断路

27、器的主要参数 （1）额定电压 指自动空气断路器正常工作的电压等级，常见的有AC220V、AC380V等。 （2）额定电流 指断路器额定持续工作电流，也是过电流脱扣器的额定电流。 （3）通断能力 给定电压下接通或分断的最大电流或容量值。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 5低压断路器的选择 （1）DZ系列的断路器一般用于电动机，容量较大的也可用于线路；DW 系列的断路器一般用于线路，电动机容量较大时也可选用DW系列断路器。 （2）电动机用时，断路器的额定电流一般为电动机额定电流的1.52.0倍轻载及操作频率较低的选1.5倍，重载及操作频率较高的选2倍。 （3）线路用时，断路器的额定电流一般为

28、线路额定电流的1.11.5倍，线路中电动机容量较小的回路选1.1倍，电动机容量较大的回路选1.5倍。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 （4）有时为了节约资金，常用熔断器与断路器配合使用，这时断路器的额定电流可与被保护装置的额定电流相等而熔断器则在23倍保护装置额定电流中选取。 （5） 通断能力的选择自动空气断路器的通断能力大于控制电路的最大负荷电流和短路电流。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 （6） 前后级低压断路器之间的选择性配合 前后级两低压断路器之间的选择性配合按其保护特性曲线进行检验，动作时间偏差范围考虑为20%30。如果在后一级断路器出口发生三相短路时，前一级考虑负偏差、

29、后一级考虑正偏差情况下，要保证前后级两低压断路器之间能选择性地动作，则前一级采用带短延时的过流脱扣器，而后一级采用瞬时过流脱扣器，而且前一级的动作电流应大于后一级动作电流的1.2倍。 （7） 自动空气断路器的结构形式及操作形式根据安装地点决定。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 3.2电气图的绘制 一、电气图的分类 （1）电气系统图就是用符号或带注释的框，概略表示系统的组成、各组成部分相互关系及主要特征的图样。 （2）电气原理图是根据简单清晰和便于阅读、分析控制线路的原则，采用电器元件展开的形式绘制成的图样。 （3）电气布置图是表明电气设备上，所有电器元件的实际位置的图（常和电器接线图组合

30、在一起表示电气安装接线情况）。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 （4）电气安装接线图是按照规定的符号和图形，根据各电器元件相对位置绘制的实际接线图。表示各电器元件的相对位置和它们之间的连接，注意不仅要把同一电气的各个部件画在一起，而且各部件的布置尽量符合实际安装的情况。 （5）电器元件的明细表是将成套装置设备中的各组成部件的名称、型号、规格、数量列成表格供准备材料或维修用。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 二、电气图的绘制要求 电气图绘制时不是严格按照几何尺寸和位置绘制的，是用规定的标准符号和文字表示系统或设备组成部分间的关系，这方面与机械图和建筑图有较大差距。电气图主要表达元件和

31、连接线。连接线可用单线法和多线法，两种方法还可以在同一图中混用。 1电气原理图绘制规则 （1）电路图在布局上采用功能布局法。即把电路划分为主电路和辅助电路，按照主电路与辅助电路从左到右或从上到下布置，并尽可能按工作顺序排列。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 （2）全部带电部件，都在原理图中表示出来。 （3）电路图中各电器元件，一律采用国家标准规定的图形符号绘出，用国家标准文字符号标记。 （4）电器元件可以采用分开表示法。 （5）对于继电器、接触器、制动器和离合器等都按照非激励状态绘制；机械控制的行程开关应按其未受机械压合的状态绘制。 （6）布局要合理，排列均匀。任务一 三相异步电动机正反

32、转控制与实现 （7）电路垂直布置时，类似项目(如接触器的线圈)横对齐；水平布置时类似项目纵向对齐。 （8）原理图中有连接的交叉线用黑圆点表示。复杂的原理图要进行图幅分区及位置索引即：在图的边框处，竖边方向用大写拉丁字母，横边方向用阿拉伯数字编号，顺序应从左上角开始，给项目和连线建立一个坐标。行的代号用拉丁字母，列的代号用阿拉伯数字。区的代号是字母和数字的组合，字母在左，数字在右。具体用时，水平布置的图，只需标明行的标记。垂直布置的图，只需标明列的标记。区下面（或上面）的文字表示该区的元件或电路功能。接触器KM下面的数字依次表示主触点的图区，动合触点的图区和动断触点的图区。任务一 三相异步电动机

33、正反转控制与实现 电器元件的数据和型号用小号字体注在电器符号下面。导线截面用斜线引出标注。图3-27是C620-1型车床电气原理图。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 2电气元件布置图的绘制原则 一个自动控制系统的电气控制电路通常很复杂，因此绘制元件布置图时先根据电器元件各自安装的位置划分成几个部分。每个部分电器元件的布置应满足以下原则： （1）体积大且较重的元件应安装在电器板的下面，发热元件应安装在电器板的上面。 （2）强电与弱电分开并注意弱电屏蔽，防止强电干扰弱电。 （3）需要经常维护和调整的电器元件安装在适当的地方。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 （4）电器元件的布置应考虑整

34、齐、美观。结构和外形尺寸相近的电器元件应安装在一起，以利于安装、配线。 （5）各种电器元件的布置不宜过密，要有一定的间距以便维护和检修。电器元件布置图根据电器元件的外形进行绘制，并要求标出各电器元件之间的间距尺寸及其公差范围。 （6）在电器元件的布置图中，还要根据本部件进出线的数量和导线的规格，选择进出线方式及适当的接线端子板、接插件，并按一定顺序在电器元件布置图中标出进出线的接线号。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 图3-28是C620-1型车床电气电器布置图。 根据各电器的安装位置不同进行划分。本例中的按钮SB1、SB2、照明灯EL及电动机M1、M2等没有安装在电气箱内。根据各电器的

35、实际外型尺寸进行电器布置和选择进出线方式及接线端子。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 3电气安装接线图的绘制原则 （1）在接线图中，各电器元件的相对位置与实际安装相对位置一致，并按统一比例尺寸绘制。 （2）一个元件的所有部件画在一起，并用点划线框起来。 （3）各电器元件上凡需接线的端子均应予以编号，并保证和电气原理图中的导线编号一致。 （4）在接线图中，所有电器元件的图形符号、各接线端子的编号和文字符号保证与原理图中的一致。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 （5）电气安装接线图一律采用细实线。同一通道中的多条接线可用一条线表示。接线很少时，可用直接画出接线方式；接线多时，采用符号标

36、注法就是在电器元件的接线端，标明接线的线号和走向，不画出接线。 （6）在接线图中应当标明配线用的电线型号、规格、标称截面。穿线管的种类、内径、长度等及接线根数、接线编号。 （7）安装在底板内外的电器元件之间的连线需通过接线端子板进行。并在接线图中注明有关接线安装的技术条件。图3-29是C620-1型车床电气接线图(符号标注法绘制)。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 1工作原理 合上图3-25电路中的QF自动空气开关，按下正转启动按钮SB2，接触器KM1线圈通电，与SB2并联的KM1常开触点闭合，接触器自锁，KM1主触点接通电动机的正向电源，电动机开始

37、正向转动。按下停止按钮SB1，接触器KM1线圈断电， KM1主触点断开电动机的电源，电动机停止转动。 按下反转启动按钮SB3，接触器KM2线圈通电，与SB3并联的KM2常开触点闭合接触器自锁，KM2主触点接通电动机的反向电源，电动机开始反向转动。按下停止按钮SB1，接触器KM2线圈断电， KM2主触点断开电动机的电源，电动机停止转动。 线路中的熔断器起短路保护作用，热继电器起过负荷保护作用，接触器起欠电压保护作用。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 2电路特点： （1）正向启动后，必须按停止按钮接触器释放后，才能按反向启动按钮。反向启动后，必须按停止按钮接触器释放后，才能按正向启动按钮。否

38、则会造成主电路L1和L3两相电源短路。 （2）因任意方向启动后，改变方向前必须按停止按钮，操作效率低。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 二、具有接触器互锁的电动机正反转控制电路 三相异步电动机接触器正反转带互锁控制线路如图3-31所示。三相异步电动机接触器正反转带互锁控制线路是在三相异步电动机接触器正反转无互锁控制线路的基础上增加了两对常闭触点，将KM1和KM2的各自的一对常闭辅助触点串入对方的线圈支路。 工作时，若先按下了某方向的启动按钮，则控制该方向运行的接触器的常闭辅助触点断开，切断了控制另一方向的的接触器线圈的电源通路，另一接触器无法吸合，避免了主电路两相电源的短路发生。该电路也

39、不能由某一方向，直接按另一方向的启动按钮切换方向。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 （1）互锁（联锁） 指甲接触器工作，乙接触器就不能工作；乙接触器工作，甲接触器就不能工作的控制。 （2）互锁（联锁）实现的方法 将甲乙接触器各自的一对常闭触点串入对方的线圈支路。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 三、按钮和接触器复合连锁的电动机正反转控制线路 按钮和接触器复合连锁的控制线路如图3-32所示，电路在接触器互锁的基础上，又使用了启动按钮的两对常闭触点，正向启动按钮的常闭触点串在反向启动支路，反向启动按钮的常闭触点串在正向启动支路，一般控制电器的触点都是先断后闭，这样在按正向启动按钮时，先

40、断一下反向接触器的线圈支路，在按反向启动按钮时，先断一下正向接触器的线圈支路，保证两接触器线圈不同时通电。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 按钮和接触器复合连锁的电动机正反转控制线路具有如下特点： （1）使用了按钮和接触器的常闭触点分别进行了互锁，确保KM1和KM2线圈不同时得电。 （2）允许从正向，直接通过反向按钮切换到另一方向，操作效率高。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 工作台自动往返工作示意图如3-33图。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 2自动往返控制线路的动作原理 按动图3-34中的按钮SB2接触器KM1通电自锁，电动机正转，

41、工作台前进，到达A点压下SQ1常闭触点断开，KM1线圈失电，主触点断开电动机停止正向运行；与SB3并联的SQ1常闭触点接通，KM2线圈通电自锁，KM2主触点接通电动机电源，注意电源线已经交换了两相，电动机反转，工作台反向移动，到达B点压下SQ2行程开关，SQ2的常闭触点使KM2失电电动机停止反向运行，SQ2的常开触点接通KM1线圈，以后重复。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 任务实施 1准备线路安装所需的材料、工具及仪表 （1）按表3-1准备。 （2）确定配电板底板的材料和大小，并进行剪裁。 （3）选择刀开关、熔断器、交流接触器、热继电器、起停按钮、

42、接线端子、电动机、配电板。 2、对电器元件进行检测并记录。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 3、根据线路安装规范，实施线路安装接线 （1）确定刀开关、熔断器、交流接触器、热继电器、起停按钮、接线端子的位置，并进行安装。注意与元件布置图一致。刀开关、熔断器进线端朝向配电板外侧，热继电器安装在配电板的下侧。 （2）采用板前明配线的配线方式 1）布线通道要尽可能少，同路并行导线按主、控电路分类集中，单层密排，紧贴安装面布线。 2）同一平面的导线应高低一致或前后一致，不能交叉。非交叉不可时，该根导线应在接线端子引出时就水平架空跨越，且必须走线合理。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 3）布线

43、应横平竖直，分布均匀。变换走向时应垂直转向。 4）布线时严禁损伤线芯和导线绝缘。 5）布线顺序一般以接触器为中心，由里向外，由低至高，先控制电路，后主电路的顺 序进行，以不妨碍后续布线为原则。 6）在每根剥去绝缘层导线的两端套上编码套管。所有从一个接线端子（或接线桩）到另一个接线端子（或接线桩）的导线必须连续，中间无接头。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 7）导线与接线端子或接线桩连接时，不得压绝缘层、不反圈及不露铜过长。 8）同一元件、同一回路的不同接点的导线间距离应保持一致。 9）一个电器元件接线端子上的连接导线不得多于两根，每节接线端子板上的连接导线一般只允许连接一根。任务一 三相

44、异步电动机正反转控制与实现 五、检查 静态测试，检测相关通路电阻，通电调试检修。 1全面检查，线路走向是否有错误、有无虚接等。 （1）检查刀开关、熔断器、交流接触器、热继电器、起停按钮、位置是否正确、有无损坏，导线规格是否符合设计要求，操作按钮和接触器是否灵活可靠，热继电器的整定值是否正确，信号和指示是否正确。 （2）对电路的绝缘电阻进行测试，验证是否符合要求。 任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 2根据原理图，通过仪表测试，观察有无短路和断路现象。 3检查无误后，通电调试。 （1）电路不接电源，用万用表的档进行测试。按住正转启动按钮SB2检查整个控制电路是否导通，若导通则正常，不导通则有

45、断路，需要检修；按住反转启动按钮SB3检查整个控制电路是否导通，若导通则正常，不导通则有断路，需要检修。按住KM1的衔铁，用万用表分别测量各相主电路是否导通，若导通则正常，不导通则有断路，需要检修。按住KM2的衔铁，用万用表分别测量各相主电路是否导通，若导通则正常，不导通则有断路，需要检修。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 （2）接通控制电路电源。按下正转启动按钮SB2检查接触器KM1的自锁功能是否正常，按下反转启动按钮SB3检查接触器KM1和KM2的互锁功能是否正常。按下反转启动按钮SB3检查接触器KM2的自锁功能是否正常，按下正转启动按钮SB2检查接触器KM1和KM2的互锁功能是否正

46、常。发现异常立即断电检修，直至正常。 （3）接通主电路和控制电路的电源，检查电动机正向和反向转速是否正常。正常后，在电动机转轴上加负载，检查热继电器是否有过负荷保护作用。有异常立即停电检修。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现 4检修 检修采用万用表电阻法，在不通电情况下进行，按住启动按钮测控制电路各点的电阻值，确定故障点。压下接触器衔铁测主电路各点的电阻确定主电路故障并排除。电动机正向运行正常，但不能反向运行故障检查举例。确定故障的流程图如图3-37所示。任务一 三相异步电动机正反转控制与实现任务二 三相异步电动机Y/启动控制与实现 3.4三相异步电动机的机械特性 机械特性是指在电压和频率

47、一定的情况下，转速与电磁转矩之间的关系曲线 。 一、参数表达式 三相异步电动机电磁转矩与电磁功率的关系式为 式中 为电动机气隙磁密旋转的机械角速度。任务二 三相异步电动机Y/启动控制与实现 由异步电动机的近似等效电路可得 将上式代入式（13-4）即得三相异步电动机机械特性的参数表达式： 任务二 三相异步电动机Y/启动控制与实现按式（3-8）可绘出机械特性如图3-40所示。任务二 三相异步电动机Y/启动控制与实现 机械特性方程式（3-8）为二次方程，其电磁转矩必有最大值，称为异步电动机的最大转矩 。式（3-8）对转差率s求导，并令 ，求出产生最大转矩时的转差率 。任务二 三相异步电动机Y/启动控

48、制与实现 称为临界转差率。将式（3-9）代入参数表达式（3-8），可求出最大转矩为式中正号对应于电动机状态，负号则适用于发电机状态。任务二 三相异步电动机Y/启动控制与实现一般 ，故式（3-9）及（3-10）可近似为任务二 三相异步电动机Y/启动控制与实现 最大转矩与额定转矩之比叫过载倍数，也叫过载能力，用 表示。 一般异步电动机的 2.2，对于冶金机械用的电动机，其可达2.22.8。 是异步电动机的重要数据之一，它反映电动机能够承受的短时过载的极限。任务二 三相异步电动机Y/启动控制与实现 除 外，异步电动机还有另一个重要数据就是启动转矩 ，它是异步电动机刚接入电源的电磁转矩，此时 ，代入式

49、（3-8）即得启动转矩的公式任务二 三相异步电动机Y/启动控制与实现 由式（3-14）可知，对绕线式异步电动机，转子电路串接适当大小的附加电阻（即适当加大 ）就能加大启动转矩 ，从而改善启动性能。任务二 三相异步电动机Y/启动控制与实现 鼠笼式异步电动机，不能用转子电路串电阻的方法改变启动转矩。在设计电机时就要根据不同负载的启动要求来考虑启动转矩的大小。启动转矩与额定转矩之比，称为启动转矩倍数，用表示 。 是反映鼠笼式异步电动机启动能力的一个参数。为便于用户查找，列于产品目录之中。 显然，鼠笼式异步电动机在额定负载下，只有 时才可能启动 。任务二 三相异步电动机Y/启动控制与实现 二、实用表达

50、式 虽然参数表达式在分析电磁转矩与电机参数间的关系，进行某些理论分析时是非常有用的。但定、转子的参数，在产品目录中找不到，因此用参数表达式来绘制机械特性或进行分析计算有时仍不方便。为此，还需导出如下实用表达式。 将式（3-10）除式（3-8），并考虑式（3-11），简化后得任务二 三相异步电动机Y/启动控制与实现 如忽略 ，得 上式中的 及 可由电动机产品目录查得的数据求得，故称实用表达式。任务二 三相异步电动机Y/启动控制与实现 三、三相异步电动机的固有机械特性 异步电动机工作在额定电压及额定频率下，电动机按规定的接线方法接线，定子及转子电路中不外接电阻（电抗或电容）时的机械特性称为固有机械

51、特性。 （一）固有特性的方程式 式（3-17）为实用的机械特性方程式，当根据产品目录的数据求出 和 后代入该式，便得到固有特性方程式。任务二 三相异步电动机Y/启动控制与实现 及 的求法如下： 由式（3-13）得式中式（3-18）及（13-19）中 的 ， （kW），及 ，均可由产品目录查得，从而 即为可求。任务二 三相异步电动机Y/启动控制与实现 （二）固有特性曲线 在固有特性方程式中，给定一系列的值，就可算出一系列对应的 值，就可绘出机械特性曲线 ，如图3-41所示。任务二 三相异步电动机Y/启动控制与实现 3.5生产机械的负载特性 同一转轴上负载转矩和转速之间的函数关系，称为生产机械的负

52、载特性。 一、恒转矩负载特性 这一类机械特性的特点，就是负载转矩与转速无关，即当转速变化时，负载转矩保持恒值。恒转矩负载特性又可分为反抗性负载和位能性负载两种。任务二 三相异步电动机Y/启动控制与实现 反抗性负载 属于这一类的生产机械如起重机的行走机构、皮带运输机和轧机等，常见的生产机械大都属于这一类。反抗性负载转矩是由摩擦阻力产生的转矩，它的特点是不管运动方向如何，始终是阻碍运动的。图3-42（a）所示为桥式起重机行走机构的行走车轮，在轨道上的摩擦力总是和运动方向相反。按当负载转矩的作用方向与旋转正方向相反时为正之规定，如将行走车轮逆时针旋转时定为旋转正方向，这时反抗性负载转矩为正。随着旋转

53、方向改变 （为负值），反抗性转矩也同时改变为负值。负载的机械特性曲线如图3-42 （b）所示。任务二 三相异步电动机Y/启动控制与实现任务二 三相异步电动机Y/启动控制与实现 位能负载特性 位能负载转矩由拖动系统中某些具有位能的部件产生。常见的有起重机的提升机构，负载转矩是由重力作用产生的。如图3-43（a）所示。无论是提升或下放重物，重力作用始终不变。在提升时，载荷的重力作用与运动方向相反，它是阻碍运动的；在下放时，载荷的重力方向与运动方向相同，变为促进运动的驱动转矩。图3-43（b）画出了位能转矩的特性曲线。以提升方向为旋转正方向，这时为正，当下放重物时，为负值，方向不变仍为正值。任务二

54、三相异步电动机Y/启动控制与实现任务二 三相异步电动机Y/启动控制与实现 二、恒功率负载特性 某些车床，在粗加工时，切削量大，切削阻力大，这时宜用低速；在精加工时，切削量小，切削阻力小，往往用高速。在不同转速下，负载转矩基本上与转速成反比，即 或切削功率为 表明切削功率基本不变，负载转矩 与 的关系如图3-44所示，为双曲线。任务二 三相异步电动机Y/启动控制与实现 三、转矩随转速而变的其它负载特性 属于通风机型负载的生产机械有：通风机、水泵和油泵等。其中空气、水、油等介质对机器叶片的阻力基本上和转速的平方成正比，即式中 轴承的摩擦转矩。 通风机的负载特性曲线如图3-45曲线1所示。任务二 三

55、相异步电动机Y/启动控制与实现 3.6 拖动系统运动方程式 在图3-46所示的直线运动系统中，当外推力 大于物体运动过程中所受的阻力 时，由力学定律可知，物体作加速运动。这个合外力为式中 驱动力，； 阻力，； 使物体加速的惯性力，又称动态力， ，其中m为物体质量，单位为kg。任务二 三相异步电动机Y/启动控制与实现 与直线运动相似，在图3-47所示的单轴拖动旋转系统中，运动方程式为式中 电动机驱动转矩即电磁转矩 系统的静态转矩，静态转矩为负载阻转矩与电动机的空载转矩之和， 系统的惯性转矩，其中 为系统的转动惯量，千克米2（kgm2）， 为系统的角加速度，rad/s2；为角速度，rad/s；Nm

56、。任务二 三相异步电动机Y/启动控制与实现 由工程力学中已知系统旋转角速度，与每分钟转数的关系为将J及之表达式代入公式（3-1），经整理得是工程上实用的运动方程式。 任务二 三相异步电动机Y/启动控制与实现 在一般情况下，由于电动机的空载转矩只是额定负载转矩的百分之几，在一般工程计算中可略去，则 。式（3-29）也可表示为 电力拖动系统的运行可分为三种状态： （1） ，系统作加速运动，电动机将从电网吸收电能变为旋转系统的动能，使系统的动能增加； （2） ，系统作减速运动，系统将释放动能，使系统的动能减少；L （3） ， n=常数 （包括n=0），系统稳定运转（包括静止），系统的动能保持一定 （

57、包括动能为零），即不放出动能，也不吸收动能。 任务二 三相异步电动机Y/启动控制与实现 由于电动机运转状态不同，以及生产机械类型不同，电动机的电磁转矩不都是驱动转矩，有时会转化为制动转矩（制动运行时）；同样，负载转矩也并不都是制动转矩，有时会转化为驱动转矩。也就是说它们不仅大小可能有变化，作用方向也会变化。所以公式（3-30）中与是包含着正负符号的。 与 的正方向一般可按如下规定选取：预先规定某一旋转方向（如图3-48所示顺时针方向）为正方向，则转矩 的正方向与旋转正方向相同，负载转矩 的正方向与旋转正方向相反。 与 的实际方向与规定正方向相同时，以正值代入方程；反之，应以负值代入。任务二 三

58、相异步电动机Y/启动控制与实现 3.7 电力拖动系统稳定运行 某一车床主轴由直流他励电动机拖动，开车时不切削，这时拖动系统的负载转矩很小，只需要克服系统的机械摩擦就够了。因此作用在电动机轴上的阻转矩为系统的空载转矩 ，它基本上与转速无关，为恒转矩负载，其机械特性如图3-49直线1所示。电动机的机械特性如图中的直线3所示。因为稳定运行时，电动机的转矩 ，这时电动机的稳定工作点在两直线的交点A上，转速 。任务二 三相异步电动机Y/启动控制与实现 切削时，负载转矩增加，由 增至 ，如图直线2所示。在开始切削瞬间，由于系统的旋转惯性，转速来不及改变，在 的转速下，电动机的转矩 ，将小于负载转矩，即 ，

59、使系统作减速运动。在电动机转速下降的同时，电动机的电动势随转速成正比地减小，电枢电流将增大，电动机电磁转矩随之增大。 任务二 三相异步电动机Y/启动控制与实现 当电动机转速下降到 时，电动机的转矩增至 。动态转矩为零，电动机转速不再下降，而稳定在新的交点B上。所以，由于负载转矩改变，静态平衡被破坏后，引起电动机转速、电动势、电流及转矩相应的变化，而自动恢复平衡。这种现象称为电力拖动系统的 “自跟随”。任务二 三相异步电动机Y/启动控制与实现 由前面的讨论可知，电动机机械特性曲线和负载机械行性曲线相交，是电力拖动系统稳定运行的必要条件。但还不够充分。充分条件还要求系统具有抗干扰的能力。 拖动系统

60、稳定运行的必要和充分条件是： （1）电动机机械特性曲线和负载机械特性曲线有交点； （2）在交点所对应的转速之上（ ）应保证 ；而在这一转速之下（ ）则要求 。显然，如电动机与负载机械特性作这样的配合，就能保证系统有抗干扰恢复原转速的能力。任务二 三相异步电动机Y/启动控制与实现 3.8三相鼠笼式异步电动机的启动 鼠笼式异步电动机的启动方法，有直接启动与降压启动两大类。 一、直接启动 直接启动也称全压启动，启动时将电动机的定子绕组直接接通额定电压的电源。直接启动的优点是设备简单，操作方便，但启动电流较大，可达额定电流的47倍。当电网容量不够大时，过大的启动电流会引起电网电压的波动，此波动不能超过