电机驱动与调速PPT完整全套教学课件

《电机驱动与调速》教学课件全套PPT课件《电机驱动与调速》第01讲（直流电机的结构与励磁）《电机驱动与调速》第02讲（直流电机的工作原理）《电机驱动与调速》第03讲（直流电机机械特性）《电机驱动与调速》第04讲（直流电机的启制动）《电机驱动与调速》第05讲（实训1直流电机的认识与测试）《电机驱动与调速》第06讲（主令电器）《电机驱动与调速》第07讲（接触器）《电机驱动与调速》第08讲（继电器）《电机驱动与调速》第09讲（开关电器）《电机驱动与调速》第10讲（保护电器）《电机驱动与调速》第11讲（实训2低压电器的拆装）《电机驱动与调速》第12讲（三相电机结构、原理与机械特性）《电机驱动与调速》第13讲（三相电动机选择测试维修）《电机驱动与调速》第14讲（实训3三相电机的拆装）《电机驱动与调速》第15讲（单向电机）《电机驱动与调速》第16讲（点动连续启动）《电机驱动与调速》第17讲（实训4点动连续线路安装）《电机驱动与调速》第18讲（多地与顺序启动、实训5多地线路安装）《电机驱动与调速》第19讲（正反转启动、实训6接触器联锁线路安装）《电机驱动与调速》第20讲（实训7双重联锁线路安装）《电机驱动与调速》第21讲（行程往复控制）《电机驱动与调速》第22讲（实训8往复控制线路安装）《电机驱动与调速》第23讲（串电阻、启动补偿器减压启动）《电机驱动与调速》第24讲（Y-△减压启动、实训9Y-△减压启动线路安装）《电机驱动与调速》第25讲（绕线电机启动）《电机驱动与调速》第26讲（制动）《电机驱动与调速》第27讲（实训10反接制动线路安装）《电机驱动与调速》第28讲（车床控制检修）《电机驱动与调速》第29讲（实训11车床控制线路故障检修）《电机驱动与调速》第30讲（磨床控制检修）《电机驱动与调速》第31讲（实训12磨床控制线路故障检修）《电机驱动与调速》第32讲（铣床控制检修）《电机驱动与调速》第33讲（实训13铣床控制线路故障检修）《电机驱动与调速》第34讲（钻床控制检修）《电机驱动与调速》第35讲（实训14钻床控制线路故障检修）《电机驱动与调速》第36讲（调速概论）《电机驱动与调速》第37讲（变极调速）《电机驱动与调速》第38讲（实训15双速电机调速线路装调）《电机驱动与调速》第39讲（变差调速）《电机驱动与调速》第40讲（变频调速基础）《电机驱动与调速》第41讲（实训16变频器使用）《电机驱动与调速》第42讲（变频调速的设置）《电机驱动与调速》第43讲（实训17变频器控制电机开环运行）《电机驱动与调速》第44讲（变频调速的检修）《电机驱动与调速》第45讲（实训18变频器故障检修）《电机驱动与调速》第46讲（V-M调速系统）《电机驱动与调速》第47讲（小功率PWM直流脉宽调速系统）《电机驱动与调速》第48讲（SG1731控制的伺服电机调速系统）《电机驱动与调速》第49讲（实训19单闭环直流调速系统静特性研究）《电机驱动与调速》第50讲（矢量控制变频调速系统）《电机驱动与调速》第51讲（转差功率馈送型调速系统）《电机驱动与调速》第52讲（同步电机调速系统）《电机驱动与调速》第53讲（IR2233驱动的三相IGBT逆变电路）《电机驱动与调速》第54讲（交流位置随动系统）《电机驱动与调速》第55讲（实训20双闭环直流调速系统静特性研究）2教学设计

项目1直流电动机及其驱动

一、教学目标

1．知识目标

（1）了解直流电机的结构与工作原理；（2）熟悉直流电机的励磁方式；（3）掌握电枢电动势和电磁转矩的计算；（4）掌握直流电机的工作特性和机械特性；（5）掌握直流电动机的起动；（6）掌握直流电动机的制动。

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2．能力目标

1)能正确认识和使用直流电机，开发想象。

2)能进行直流电动机的接线和性能测试。

二、教学内容

1、直流电机的结构与工作原理；

2、直流电机的励磁方式；

3、直流电机的电枢电动势和电磁转矩的计算；

4、直流电机的工作特性和机械特性；

5、直流电动机的起动；

6、直流电动机的制动。4

三、教学重点和难点

重点：ＦX系列可编程控制器的基本指令及应用难点：状态编程法；应用指令

四、教学方法与手段

采用项目教学、任务驱动、“讲练结合，层层递进”教学、“启发式+互动式”、故障分析检修等教学方法。

在实训过程中提倡“出错”，甚至老师人为设置错误，让学生在出错、请教、纠错的过程中体验程序开发的真实过程，真正学会安装调试的技能，提高学生发现问题、分析问题、讨论问题和解决问题的能力。

五、学习方法

“直流电动机的工作原理”对学生的综合素质要求较高，要求学生有一定的电工电子基础；一些知识点是几门学科相互交差和渗透的，不易理解。课前应预习。课后要及时复习，加深对所讲知识点的理解。5第1讲项目1直流电动机及其驱动任务1直流电动机情景1直流电机的结构与励磁方式教学目标

1.熟悉直流电机的结构；2.掌握直流电机的励磁方式。教学重点直流电机的组成。教学难点直流电机的励磁方式教学方法探究式、演示、情境交融、启发互动式教学法教学手段多媒体教学、动画演示教学作业布置

作业题1-16教学过程：情景1直流电机的结构与励磁方式

1、直流电动机的结构

主要组成定子(磁极)和转子(电枢)，两者间的间隙叫做气隙。1—换向器2-刷架3-基座4-主磁极5-换向磁极6-端盖7-风扇8-电枢绕组9-电枢图1-1直流电动机的结构7

（1）定子

定子的功能是产生磁场。

组成：基座、主磁极、换向器、电刷装置、端盖等。1）基座

电机定子的外壳称为机座。

机座两个功能：

一是用于固定主磁极、换向器、端盖等，并起整个电机的支撑和固定作用；

二是其本身也是磁路的一部分，以构成磁极之间磁的通路，磁通通过的部分称为磁轭。

机座一般采用铸钢件或由钢板焊接而成，以保证足够的机械强度和良好的导磁性能。

接线盒内有励磁绕组和电枢绕组的接线端子。8

2）主磁极

主磁极的功能是产生工作磁场。

主磁极的组成：主磁极铁心和励磁绕组两部分。

铁心一般用0.5～1.5mm厚的硅钢板冲片叠压铆紧而成。铁心组成：极身和极靴。

上面套励磁绕组的部分称为极身，下面扩宽的部分称为极靴。

极靴宽于极身：调整气隙中磁场分布、便于固定励磁绕组。励磁绕组用绝缘铜线绕制而成，套在主磁极铁心上。

整个主磁极用螺钉固定在机座上。1—主磁极铁心2—励磁绕组3—机座9

3）换向极

功能：改善换向，减小电机运行时电刷与换向器之间可能产生的换向火花。位置：一般装在两个相邻主磁极之间。组成：换向极铁心和换向极绕组。

换向极绕组用绝缘导线绕制而成，套在换向极铁心上，换向极的数目与主磁极相等。10

4）电刷装置

功能：引入或引出直流电压和直流电流。组成：电刷、刷盒、刷杆和刷杆座等。

1—刷盒（刷握）2—电刷3—压紧弹簧4—导电绞线（刷辫）

电刷放在刷盒内，用弹簧压紧，使电刷与换向器之间有良好的滑动接触，刷盒固定在刷杆上，刷杆装在圆环形的刷杆座上，相互之间必须绝缘。刷杆座装在端盖或轴承内盖上，其圆周位置调整好以后加以固定。11（2）转子（电枢）

功能：产生感应电动势与电磁转矩。

组成：电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等。121）电枢铁心功能：作为主磁路的主要部分且用于嵌放电枢绕组。

电枢铁心采用厚0.5mm的硅钢冲片叠压而成，以降低电机运行时电枢铁心中产生的涡流损耗和磁滞损耗。

叠成的铁心固定在转轴或转子支架上。

铁心的外圆开有电枢槽，槽内嵌放电枢绕组。2）电枢绕组功能：产生电磁转矩和感应电动势，它是直流电机进行能量变换的关键部件，故名电枢。

电枢绕组由许多采用高强度漆包线或玻璃丝包扁铜线绕成的线圈按一定规律连接而成，线圈与铁心之间以及上下两层线圈边之间须妥善绝缘。

槽口用槽楔固定线圈以防离心力将其甩出槽外。

线圈伸出槽外的端接部分用热固性无纬玻璃带绑扎。13

3）换向器功能：将外加直流电源转换为电枢线圈中的交变电流，使电磁转矩的方向恒定不变。

换向器由许多换向片组成圆柱体，换向片之间用云母片绝缘。

1—V形套管2—云母片3—换向片4—换向片14

2、直流电动机的型号国产电机型号一般采用大写拼音字母和阿拉伯数字表示。

第一部分用大写的拼音字母表示产品代号；

Z系列：一般用途直流电动机（如Z2、Z3、Z4等系列）；

ZY系列：永磁直流电机；ZJ系列：精密机床用直流电机；

ZT系列：广调速直流电动机；ZQ系列：直流牵引电动机；

ZH系列：船用直流电动机；ZA系列：防爆安全型直流电动机；

ZKJ系列：挖掘机用直流电动机；ZZJ系列：冶金起重机用直流电动机。

第二部分用阿拉伯数字表示设计序号；

第三部分用阿拉伯数字表示机座代号；

第四部分用阿拉伯数字表示电枢铁心长度代号。

举例：Z4-112/2-1：Z—直流电动机，4—设计序号（第四次改型设计），

112—机座中心高（mm），2—极数，1—电枢铁心长度代号。15

3、直流电动机的参数（1）额定功率（容量）指直流电动机长期使用时轴上允许输出的机械功率（KW）。（2）额定电压指直流电动机在额定条件下运行时从电刷两端施加给电动机的输入电压（V）。（3）额定电流指直流电动机在额定电压下输出额定功率时长期运转允许输入的工作电流（A）。（4）额定转速指直流电动机在额定工况下（额定功率、额定电压、额定电流）运转时转子的转速（r/min）。直流电动机铭牌有低、高两种转速，低转速是基本转速，高转速是最高转速。（5）励磁方式指励磁绕组的供电方式。通常有自励、他励和复励三种。16（6）励磁电压指励磁绕组供电的电压值（V）。一般有110V、220V等。（7）励磁电流在额定励磁电压下，励磁绕组中所流通的电流大小。单位是A。（8）额定温升指直流电动机在额定工况下运行时所允许的工作温度与环境温度的差值（oC）。（9）工作制（定额）指直流电动机的工作方式。一般分为连续制（S1）、断续制(S2-S10)。（10）绝缘等级指直流电动机制造时所用绝缘材料的耐热等级。一般有B级、F级、H级和C级等。17

4、直流电动机的励磁方式直流电机的励磁方式是指对励磁绕组供电而产生励磁磁动势从而建立主磁场的方式。直流电机的励磁方式18

（1）他励如图（a）所示。由其他直流电源对励磁绕组供电而励磁绕组与电枢绕组无连接关系的直流电机称为他励直流电机。

图中M表示电动机，若为发电机，则用G表示。

永磁直流电机也可看作他励直流电机。

（2）并励如图（b）所示。并励直流电机的励磁绕组与电枢绕组相并联。并励发电机：电机本身发出来的端电压为励磁绕组供电。并励电动机：励磁绕组与电枢共用同一电源，从性能上讲与他励直流电动机相同。

（3）串励如图（c）所示。

串励直流电机的励磁绕组与电枢绕组串联后，再接直流电源。这种直流电机的励磁电流就是电枢电流。19

（4）复励如图（d）所示。复励直流电机有并励和串励两个励磁绕组。若串励绕组产生的磁动势与并励绕组产生的磁动势方向相同称为积复励。若两个磁动势方向相反，则称为差复励。直流电动机的主要励磁方式是并励式、串励式和复励式。

直流发电机的主要励磁方式是他励式、并励式和和复励式。

（5）永磁永磁直流电动机采用永久磁铁作为励磁，可用于直流伺服电机，其体积小、结构简单、工作可靠，目前永磁直流电机从小功率到大功率均有应用。

其机械特性类似于并励电机。20第2讲项目1直流电动机及其驱动

任务1直流电动机情景2 直流电机的工作原理教学目标

1.掌握直流电机的工作原理；2.了解直流电机的电枢反应。教学重点直流电机的工作原理。教学难点直流电机的电枢反应教学方法探究式、演示、情境交融、启发互动式教学法教学手段多媒体教学、动画演示教学作业布置

作业题1-221教学过程：情景2 直流电机的工作原理

1、直流电动机的工作原理把电刷A、B接到直流电源上，电刷A接正极，电刷B接负极。此时电枢线圈中将有电流流过。

22情景2 直流电机的工作原理

1、直流电动机的工作原理

在磁场作用下，N极性导体ab电流由a到b，受力方向从右向左，S极导体cd电流方向由c到期d，受力方向从左向右。

该电磁力偶形成逆时针方向的电磁转矩。

当电磁转矩大于阻转矩时，电动机转子逆时针方向旋转。

当转到90o

时，导体中无电流而使磁场力为零，从而转矩为零。23当电枢旋转到下图所示位置时，原N极性导体ab转到S极，电流方向由b到a（与原来相反），受力方向从左向右，原S极导体cd转到N极，电流方向由d到c（与原方向相反），受力方向从右向左。该电磁力偶形成逆时针方向的电磁转矩，线圈在该电磁转矩作用下继续逆时针方向旋转。24可见，需要一个换向器才能完成工作。

直流电动机中换向器起逆变作用，即把电刷外电路中的直流电经换向器逆变为交流电而输入电枢绕组（元件）中。

直流发电机中换向器起整流作用，即把电枢绕组里的交流电整流为直流电而在正、负电刷两端输出。25

2、直流电机的可逆运行

一台直流电机既可以作为电动机运行，也可以作为发电机运行，这称为可逆原理。当原动机驱动电枢绕组在主磁极N、S之间旋转时，电枢绕组上产生感应电动势，经电刷、换向器装置整流为直流后，引向外部负载（或电网），对外供电，此时电机作直流发电机运行。将外部直流电源经电刷、换向器装置引向电枢绕组，则此直流电流与主磁极N、S之间的磁场互相作用而产生转矩，驱动转子与连接于其上的机械负载工作，此时电机作直流电动机运行。26

3、直流电动机的电枢反应

（1）空载时直流电机中的磁场直流电机空载时，电枢电流为零，只有励磁绕组中存在电流。因此，空载时电机的气隙磁场完全由励磁绕组的电流所产生。

（2）电枢磁场直流电机带有负载时，电枢绕组中有电流通过，电枢绕组的电流产生磁场称为电枢磁场。电枢磁场沿电枢表面的分布情况，与电枢电流的分布情况有关。在直流电机中，电枢电流的分界线是电刷，在电刷轴线两侧对称分布，所以电枢磁场的分布情况与电刷的位置有关。27

（3）电枢反应直流电动机带上负载后，电枢绕组就有电流流过，电枢电流将产生电枢磁动势；气隙磁场是由励磁磁动势和电枢磁动势两者的合成磁动势所建立的。负载时，电枢磁动势对气隙磁场的影响称为电枢反应。直流电动机的电枢反应是指电枢绕组在励磁绕组产生的磁场中转动产生感应电流，而该电流产生的磁场对励磁绕组产生的磁场产生影响。电枢反应涉及两个磁场，正是这两个磁场的作用才使电能和机械能可以相互转化。直流电动机的电枢反应使主磁场在前极尖增磁，在后极尖去磁，造成主磁场畸变，使气隙中磁场的物理中性线逆电枢旋转方向移动一个小角度。由于磁路的饱和，使总磁通减少。电枢反应分直轴电枢反应和交轴电枢反应。直轴电枢反应使电机增磁或去磁，从而影响电机转速。

交轴电枢反应使电机磁场畸变，主要影响电机换向及火花。

电枢反应影响直流电动机的性能和换向效果。

电枢反应使火花增大，电动机的输出转矩下降。28第3

讲项目1直流电动机及其驱动

任务1直流电动机情景3

直流电机的电磁转矩与机械特性教学目标1.熟悉直流电动机的电磁转矩；2.掌握直流电机的机械特性。教学重点直流电动机的电磁转矩教学难点机械特性教学方法探究式、演示、情境交融、启发互动式教学法教学手段多媒体教学、动画演示教学作业布置

作业题1-329教学过程：情景3

直流电动机的电磁转矩与机械特性

1、直流电动机的电枢电动势和电磁转矩

（1）电枢电动势电枢绕组中的感应电动势称为电枢电动势。电枢电动势是指直流电机正、负电刷之间的感应电动势，也就是每个支路里的感应电动势。电枢感应电动势计算公式为N为电枢绕组，p为磁极对数，a为电枢绕组并联支路数；电动势常数CE仅取决于电机结构。磁通的单位为Wb，转速n为r/min，感应电动势Ea为V。可见直流电机的感应电动势与电机结构、气隙磁通和电机转速有关。30

（2）直流电动机的电磁转矩

直流电机运行时，其电枢中产生感应电动势和电磁转矩。电动运行时，电磁转矩为拖动转矩，通过电机轴带动负载，电枢感应电动势为反向电动势与电枢所加外电压相平衡；发电运行时，电磁转矩为阻转矩，电枢感应电动势为正向电动势向外输出电压，供给直流负载。电枢绕组流过电枢电流产生的电磁力与电机电枢铁心半径之积称为电磁转矩。电磁转矩计算公式为电枢电流Ia的单位为A，电磁转矩T的单位为N.m。

直流电机电磁转矩与电枢电流和气隙磁通成正比。31

2、直流电动机的机械特性

（1）固有机械特性他励直流电动机的机械特性指在一定电压和励磁电流条件下，电磁转矩与转速的关系。直流电机的转速表达式为转矩的表达式为T=CMIa，可得直流电机的机械特性表达式32固有机械特性曲线如图1-10所示。其中n0叫做理想空载转速，叫做机械特性的斜率。Ra很小故β小，可见直流电动机固有机械特性硬。

图1-10固有机械特性图1-11串接电阻机械特性

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（2）人为机械特性1）电枢回路串入电阻R机械特性变为如下的形式机械特性曲线如图1-11所示。可见电枢回路中串入一个电阻后，理想空载转速n0保持不变；机械特性斜率β增加，特性变软；随R增大，转速降△n增大，特性变得更软。34

2）改变电压U改变电压时的机械特性方程为改变电压U时的机械特性曲线如图1-12所示。

图1-12改变电压机械特性图1-13弱磁机械特性比较发现，改变电枢电压时，空载转速n0随电压降低而降低，斜率保持不变。可见改变电压时的人为机械特性是与固有机械特性平行的一簇斜线。35

3）弱磁在额定磁通下运行时直流电机已经接近饱和，改变磁通实际上是减弱磁通。对他励直流电动机，具体方法是在励磁回路中串接电阻来达到减弱磁通的目的。弱磁时的机械特性方程为

减弱磁通Φ时的机械特性曲线如图1-13所示。

减弱磁通Φ空载转速n0升高，机械特性斜率β随磁通的减小而增大，起动转矩随磁通的减弱而减小。36第4

讲项目1直流电动机及其驱动

任务2直流电动机的电力驱动情景1直流电动机的起动情景2他励直流电机的电力制动教学目标1、熟悉直流电动机起动的方法2、掌握直流电动机电力制动的方法

教学重点直流电动机起动教学难点直流电动机制动教学方法探究式、演示、情境交融、启发互动式教学法教学手段多媒体教学、动画演示教学作业布置

作业题1-437教学过程：情景1直流电动机的起动

电机从静止到稳定运行先通过起动过程。起动时要求电动机产生足够大的电磁转矩来克服机组的静止摩擦转矩、惯性转矩以及负载转矩，才能使机组在尽可能短的时间里从静止进入稳定运行。从电路方面看，起动瞬间转速n=0，反电势Ea=0，而电枢电阻Ra很小，由UN=Ea+RaIa可得到起动电流Ist将很大，一般达到额定电枢电流的十几倍甚至更大，将导致电网电压突然降低，影响其它用户的用电，也将导致电机本身遭受很大电磁力的冲击，严重时将会损坏电机。故需适当限制电机的起动电流。直流电动机的常用起动方法有全压（直接）起动、电枢回路串电阻起动和降压起动三类。38

1、全压启动（直接启动）全压启动（直接启动）是将电动机直接接入到额定电压的电源上而不采取任何措施的启动过程。直接起动只限于对电网和自身的冲击都不太大的小容量电机。正因为电动机启动电流很大，所以启动转矩大，电动机起动迅速，起动时间短。直接起动如图1-14所示。先合上励磁回路开关QS1建立磁场，再合上电枢回路开关QS2全压起动，以确保电枢回路通电前磁场已建立。

图1-14直接起动图1-15电枢串电阻起动39

2、电枢回路串电阻启动通常直流电动机多采用电枢回路串电阻的启动方法。起动时将全部启动电阻串入电枢回路，以限制启动电流，起动结束后将电阻切除。如图1-15所示。起动开始时,电枢电阻为Ra+R1+R2，起动电流Ist所产生的电磁转矩为T1。控制T1>TL（负载阻转矩），电动机开始旋转，转速上升，转矩下降，加速度逐步减小。为得到较大加速度，到一定时候把R2切除（接触器主触点KM2闭合），电枢中剩余的电阻为Ra+R1。当电机加速到一定时候再切除R1（KM1也闭合），只剩余自身的电阻Ra，拖动系统继续加速最后稳定在额定转速nN，转矩T=TL，起动过程结束。

串电阻起动的优点是起动电流小；缺点是变阻器较笨重且起动过程消耗能量多。403、降压启动降压起动在起动过程中不会有大量的能量消耗。如图1-16所示。图1-16直流电动机的降压起动特别注意串励电动机绝对不允许空载启动，否则电机的转速将达到危险的高速，电机会因此损坏。降压启动要有一套可变电压的直流电源，这种方法只适合于大功率电动机。41情景2 他励直流电机的电力制动制动应用在机械负载需要快速停车和准确停车两种情况。电动机停转或由高速进入低速运行，都需要对电动机进行强行减速——制动。制动的本质就是在电动机转轴上施加与旋转方向相反的力矩。这个力矩若以机械方式产生（如摩擦片、制动闸等），则称为机械制动；若以电磁方式产生就叫做电力制动。电力制动是利用电动机自身的电磁转矩来实现制动。要使电磁转矩改变方向，只要使电枢电流反向。电动机在减速运行过程中，转速方向不变，磁场的方向保持不变，因此反电势Ea的方向保持不变。电磁功率变号，即电磁功率由电动运行时的吸收功率变为发出功率，这部分功率可以由电阻消耗掉，也可以回馈到电网。根据制动过程中电动机发出功率的去向不同和所提供的外部条件的不同，电力制动有能耗制动、反接制动、再生制动（回馈制动）三种方式。42

1、能耗制动

能耗制动指把电动机轴上的动能或者势能转化为电能并通过电枢回路的电阻以发热的方式消耗掉的一种制动方式。如图1-17所示。图1-17直流电机能耗制动

制动时，开关从“电动”转向“制动”，而励磁回路不变，电枢回路经制动电阻R闭合。此时电动机内磁场不变，电枢因惯性继续按原方向旋转，电磁转矩的方向与旋转方向相反，因而产生制动作用，转子减速，直至可转换的惯性动能全部转化为电能，消耗在制动电阻R及机组本身电阻Ra上。

制动电阻R越小，制动电流Ia越大，产生电磁转矩越大，制动效果越好。

能耗制动利用机组动能来取得制动转矩，操作简便，容易实现，必要时可加机械制动闸。

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2、反接制动反接制动是将外加电枢电压反向或者反电势在外部条件下反向而引起电磁转矩反向的一种方法。在保持励磁电流不变的条件下，利用反向开关把电枢两端反接到电网上的制动方式称之为反接制动。

并励电动机反接制动的接线如图1-18所示。图1-18直流电机反接制动

反接制动的优点是制动很快，缺点是电流过大，约为直接起动电流的两倍(额定电流的30倍以上)，对电机冲击太大，必须限制。

反接时电枢回路串入足够大的电阻R，使冲击值在允许范围内。44

3.回馈制动

回馈制动发生在实际转速高于理想空载转速。此时反电势Ea的方向没有变化，但当电动机的转速n>n0，电枢电流反向，电机输出功率、电磁转矩反向，电磁转矩变为制动转矩，直流电机运行在发电机状态，把存储在系统中的机械能量回馈到电网。回馈制动是一种经济节能的方法。如图1-19所示。图1-19直流电动机回馈制动线路及机械特性曲线回馈制动有重物放下时的回馈制动、降压调速过程中的回馈制动、增磁减速过程中的回馈制动。

直流电机既可以作电动机运行，也可以作发电机运行，相应的机械特性位于不同的象限，因此把能够提供正反向运行并能实现正反向的回馈制动的电力拖动系统称为具有四象限运行功能的电力拖动系统。45第5

讲项目1直流电动机及其驱动

工程实训1直流电动机的认识与测试教学目标

1、熟悉直流电动机工作特性和机械特性的测定2、掌握直流电动机调速特性的测定

教学重点直流电机工作特性和机械特性的测定教学难点直流电机调速特性的测定教学方法探究式、演示、情境交融、启发互动式教学法教学手段多媒体教学、动画演示教学、实训设备作业布置

实训报告146教学过程：

1、实训目的（1）掌握测定他励直流电动机的工作特性和机械特性的方法；（2）掌握测定他励直流电动机调速特性的方法。

2、知识准备（1）如何正确选择使用仪器仪表，特别是电压表和电流表的量程。（2）直流电动机起动时，为什么在电枢回路中需要串接起动变阻器？不串接会产生什么严重后果？（3）直流电动机起动时，励磁回路串接的磁场变阻器应调至什么位置？理由是什么？若励磁回路断开造成失磁时，会产生什么严重后果？（4）直流电动机调速及改变转向的方法。47

3、实训内容

（1）工作特性和机械特性

保持U=UN和If=IfN不变，测取n、T2、η=f（Ia）、n=f（T2）。

（2）调速特性

1）改变电枢电压调速

保持U=UN、If=IfN不变，T2=常数，测取n=f（Ua）。

2）改变励磁电流调速

保持U=UN，T2=常数，测取n=f（If）。

（3）观察能耗制动过程48

4、实训方法

（1）他励电动机的工作特性和机械特性1）正确接线和选择电阻按图1-20接线。直流电动机M的负载选择校正过的按他励发电机连接的直流发动机G。Rf1选用900Ω电阻器，按分压法接线。Rf2选用两个900Ω电阻串联，共1800Ω阻值。R1用180Ω阻值。R2选用两个900Ω串联再加两个1300Ω并联，共2450Ω阻值。图1—20他励直流电动机机械特性实验接线图492）调节电阻将他励直流电动机M的磁场调节电阻Rf1调至最小值，电枢串联起动电阻R1调至最大值，接通控制屏的电枢电源开关使其起动，旋转方向符合转速表正向旋转。3）调节相关参量M起动正常后，将其电枢串联电阻R1调至零，调节电枢电源的电压为220V，调节G的励磁电流If2为校正值，再调节其负载电阻R2和电动机的磁场调节电阻Rf1，使电动机达到额定值（U＝UN，I＝IN，n＝nN）。此即为M的额定励磁电流IfN。50

4）参量测量保持U＝UN，If=IfN，If2为校正值不变的条件下，逐次减小电动机负载。测取电动机电枢输入电流Ia、转速n和发电机的负载电流IF（由校正曲线查出电动机输出对应转矩T2）。共取数据8组，记录于表1-1中。表1－1他励电机的工作特性和机械特性测定表（U＝UN＝

V，If=IfN=mA，If2=mA）

实验数据Ia（A）n（r/min）IF（A）T2（N·m计算数据P2（W）P1（W）η（％）Δn（％）51

（2）调速特性1）电枢绕组串电阻调速①M运行后，将电阻R1调至零，If2调至校正值，再调节负载电阻R2、电枢电压及磁场电阻Rf1，使M的U=UN，Ia=0.5IN，If＝IfN记下此时G的IF值。②保持此时的IF值（即T2值）和If＝IfN不变，逐次增加R1的阻值，降低电枢两端的电压Ua，使R1从零调至最大值，每次测取电动机的端电压Ua，转速n和电枢电流Ia。52

③共测量数据8组，记录于表1-2中。表1－2电枢绕组串电阻调速测定表（If＝IfN＝mA，IF=A，T2＝N•m，If2=mA）

Ua（V）n（r/min）Ia（A）532）改变励磁电流的调速

①他励直流电动机运行后，将M的电枢串联电阻R1和励磁调节电阻Rf1调至零，将G的励磁调节电阻If2调至校正值，再调节M的电枢电源调压旋钮和G的负载，使电动机M的U=UN，Ia＝0.5IN记下此时的IF值。

②保持G的IF值（T2值）和M的U＝UN不变，逐次增加磁场电阻值，直至n＝1.3nN，每次测定电动机的n、If和Ia。

共取8组记录于表1－3中。表1－3改变励磁电流的调速测定表（U＝UN＝V，IF=A，T2＝N·m，If2=100mA）n（r/min）If（mA）Ia（A）54

（3）能耗制动1）按图1-21接线。图1－21他励电动机能耗制动接线图55

（3）能耗制动2）把他励直流电动机M的电枢串联起动电阻R1调至最大，磁场调节电阻Rf调至最小位置。S1合向1端位置，然后合上控制屏下方右边的电枢电源开关，使电动机起动。3）电动机运转正常后，将开关S1合向中间位置，使电枢开路。由于电枢开路，电动机处于自由停机，记录停机时间。4）将R1调回最大位置，重新起动电机，待运转正常,把S1合向RL端，记录停机时间。5）选择RL不同的阻值，观察对停机时间的影响。注意调节R1及RL不宜太小的阻值，以免因产生过大的电流而损坏电机。56

5、实训报告

（1）完成表1-1中计算数据电动机输出功率：P2＝0.105nT2式中输出转矩T2的单位为N˙m（由If2及IF值，从校正曲线T2=f（IF）查得），转速n的单位为r/min。电动机输入功率：P1=UI输入电流：I=Ia+IfN电动机效率：转速变化率：57

5、实训报告

（2）绘制n=f（Ia）、T2＝f（Ia）及n＝f（T2）的特性曲线

根据表1-1中所测定的数据画出。

（3）绘制出电枢绕组串电阻的调速特性曲线根据表1-2中所测定的数据画出。

（4）绘制出改变励磁电流的调速特性曲线根据表1-3中所测定的数据画出。58第6

讲项目2电机驱动常用低压电器

任务3常用低压主令电器情景1按钮和行程开关教学目标

1、熟悉常用低压主令电器2、掌握常用低压主令电器的性能；

教学重点按钮和行程开关教学难点接近开关教学方法探究式、演示、情境交融、启发互动式教学法教学手段多媒体教学、动画演示教学作业布置

作业题2-159教学过程：

1、控制按钮控制按钮通常用作短时接通或断开小电流控制电路的开关。其结构示意如图2-1所示。

1-按钮帽2-复位弹簧3-常闭触头（a）常开触头（b）常闭触头（c)复式触头4-动触头5-常开触头

图2-1按钮结构示意图图2-2按钮图文符号60控制按钮的组成有按钮帽、复位弹簧、桥式触点和外壳等。通常制成复合式结构。指示灯式按钮内可装入信号灯显示信号；紧急式按钮装有蘑菇形钮帽，以便于紧急操作；旋钮式按钮是用手扭动旋钮进行操作。按钮的颜色：红色为停止按钮，绿色为起动按钮。按钮的图形符号及文字符号如图2-2所示。

2、行程开关（位置开关）行程开关的功能是反映生产机械的位置变化（行程），用以发出指令，改变电动机的工作状态。把行程开关安装于工作机械行程的终端，以限制其行程，此时行程开关一般被称为限位开关或终端开关。61行程开关主要由类似按钮的触头系统和接受机械部件发来信号的操作头组成。按操作头不同，行程开关可分为直动式、滚动式和微动式等。

1-推杆2-弹簧1-滚轮2-上转臂1.推杆2.弹簧3.动合触点3-动断触点4-动合触点3、5、11-弹簧5静触头4.动断触点5.压缩弹簧8、9-触点10横板4-套架6-滑轮7-压板（a）直动式（b）滚轮式（c）微动式图2-4行程开关结构图62行程开关不仅是控制电器，也是实现终端保护的保护电器。行程开关的图文符号如图2-5所示。图2-5行程开关的图形与文字符号情景2万能转换开关和接近开关

1、转换开关

转换开关实质上是一种特殊刀开关，其操作手柄可以在与安装面平行的平面内左右转动。一般刀开关的操作手柄在垂直安装面的平面内向上或向下转动，而转换开关的操作手柄在平行于安装面的平面内向左或向右转动而已。63转换开关又称组合开关，如图2-6所示。1-手柄2-转轴3-弹簧4-凸轮5-绝缘垫板6-静触头7-动触头8-绝缘方轴9-接线柱图2-6HZ10系列转换开关外形与结构图转换开关多用于机床电气控制线路的电源引入开关，也可以用作不频繁接通和断开电路、切换电源和负载以及控制5KW以下的小容量电动机的正反转和星三角起动等。64

2、万能转换开关万能转换开关比转换开关有更多的操作位置和触点、能够接多个电路的一种手动控制电器，档位多、触点多，可控制多个电路，能适应复杂线路的要求。LW12万能转换开关外形如图2-8所示，多组相同结构触点叠装而成，在触头盒的上方有操作机构。

图2-8LW12万能转换开关外形图65

开关内装有储能的扭转弹簧，操作可瞬时动作，触头分断迅速，不受操作速度影响。万能转换开关的画法如图2-9所示。

（a）触点状态图

（b）触点状态表图2-9万能转换开关触点状态图表

触点状态图中虚线表示操作位置，各对触点通断状态与触点下方(状态线垂直画时)或右侧（状态线水平画时）对应，规定与虚线相交位置的涂黑圆点表示接通。66

触点通断状态表中以“×”表示触点闭合。

万能转换开关的文字符号为SA。

3、接近开关

接近开关是无触点式行程开关，也叫电子接近开关。外形结构多种多样，电子电路装调后用环氧树脂密封，防潮防腐性能良好。

它能无接触又无压力地发出检测信号，用于工业自动化控制系统中以实现检测、控制并与输出环节全盘无触点化的新型开关元件。

当开关接近某一物体时，即发出控制信号。当物体接近开关一定距离，位移传感器有“感知”，开关动作。

（1）无源接近开关

不需电源，通过磁力感应控制开关闭合。当磁质或铁质触发器靠近开关磁场时，与开关内部磁力作用控制开关闭合。67

（2）涡流式接近开关它也叫电感式接近开关，导电物体接近这个能产生电磁场接近开关而使内部产生涡流，这个涡流反作用到接近开关，使开关内部电路参数发生变化，由此识别出有无导电物体移近，进而控制开关的通断。它能检测的物体必须是导电体。如图2-10（a）所示。

（3）电容式接近开关测量头构成电容器的一个极板，另一个极板是开关的外壳，测量时外壳接地或与设备机壳连接。物体移向接近开关使电容的介电常数发生变化，从而使电容量发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之变化，由此便可控制开关的接通或断开。这种接近开关检测的对象可以是导体、绝缘的液体或粉状物等。如图2-10（b）所示。68

（a）涡流式

（b）电容式

（c）光电式

（d）电感式

（e）霍尔式（f）接线图(g)图文符号图2-10各种接近开关及其符号69

（4）光电式接近开关光电开关是利用光电效应做成的，将发光器件与光电器件按一定方向装在同一个检测头内，当有反光面（被检测物体）接近时，光电器件接收到反射光后便有信号输出，由此便可“感知”有物体接近。图2-10（c）所示。（5)电感式接近开关①原理：由电感线圈和电容及晶体管组成振荡器，并产生一个交变磁场，当有金属物体接近这一磁场时就会在金属物体内产生涡流，从而导致振荡停止，这种变化被后极放大处理后转换成晶体管开关信号输出。如图2-10（d）所示。②特点：抗干扰性能好，开关频率高，大于200Hz；只能感应金属。③应用：各种机械设备上作位置检测、计数信号拾取等。70

（6）霍尔接近开关霍尔元件是一种磁敏元件，用霍尔元件做成的开关叫霍尔开关。如图2-10（e）所示。当磁性物件接近霍尔开关时，霍尔元件产生霍尔效应而使开关内部电路状态变化，由此识别附近有磁性物体存在，进而控制开关的通断。这种接近开关的检测对象必须是磁性物体。

（7)其它型式当与波源的距离发生改变时，接近到的波的频率会发生偏移，这种现象称为多普勒效应。声纳和雷达就是利用这个制成。利用多普勒效应可制成超声波接近开关、微波接近开关等。有物体移近时，接近开关接收到的反射信号会产生多普勒频移，由此接近开关可以完成行程控制和限位保护外，还是一种非接触型的检测装置，用作检测零件尺寸和测速等，也可用于变频计数器、变频脉冲发生器、液面控制和加工程序的自动衔接等。其优点是工作可靠、灵敏度高、重复定位精度高、功耗低、操作频率高、使用寿命长和适应恶劣工作环境等。71第7

讲项目2

电机驱动常用低压电器

任务4常用低压控制电器情景1接触器教学目标

1、熟悉接触器结构与原理2、掌握接触器的应用

教学重点接触器结构与原理教学难点接触器的应用教学方法探究式、演示、情境交融、启发互动式教学法教学手段多媒体教学、动画演示教学作业布置

作业题2-172教学过程：任务4常用低压控制电器情景1接触器接触器用来频繁接通和分断交直流主回路和大容量控制电路，能远距离控制电动机，具有欠压和失/零压保护功能。它在机床电气控制中使用量大和涉及面广。

1、结构接触器组成有电磁系统、触头系统和灭弧装置。图2-11接触器外形和结构图73

（1）电磁机构电磁机构为磁路系统，其主要作用是将电磁能转换为机械能并带动触头动作从而接通或断开电路。电磁机构由电磁线圈、静铁芯和动铁芯（衔铁）三部分组成。当电磁线圈通电后，电流产生磁场，衔铁获得足够电磁吸力，克服弹簧的反作用力与静铁芯吸合。

(a)、(d)螺管式(c)、(f)、(g)转动式(b)、(e)直动式图2-12电磁机构的结构形式74

2、电枢回路串电阻启动通常直流电动机多采用电枢回路串电阻的启动方法。起动时将全部启动电阻串入电枢回路，以限制启动电流，起动结束后将电阻切除。如图1-15所示。起动开始时,电枢电阻为Ra+R1+R2，起动电流Ist所产生的电磁转矩为T1。控制T1>TL（负载阻转矩），电动机开始旋转，转速上升，转矩下降，加速度逐步减小。为得到较大加速度，到一定时候把R2切除（接触器主触点KM2闭合），电枢中剩余的电阻为Ra+R1。当电机加速到一定时候再切除R1（KM1也闭合），只剩余自身的电阻Ra，拖动系统继续加速最后稳定在额定转速nN，转矩T=TL，起动过程结束。

串电阻起动的优点是起动电流小；缺点是变阻器较笨重且起动过程消耗能量多。753、降压启动降压起动在起动过程中不会有大量的能量消耗。如图1-16所示。图1-16直流电动机的降压起动特别注意串励电动机绝对不允许空载启动，否则电机的转速将达到危险的高速，电机会因此损坏。降压启动要有一套可变电压的直流电源，这种方法只适合于大功率电动机。76特别提醒：交流电流过零时磁通也为零，交流电磁机构中为避免衔铁抖动，需在交流电磁机构铁心的端部开一条槽并嵌入一个铜短路环，确保衔铁可靠吸合，以消除振动与噪音。1-衔铁2-铁芯3-线圈4-短路环图2-13短路环77

（2）触头系统

触头是执行部分，通过触头的闭合与断开控制电路接通与断开。触头有桥式触头和指式触头两种。

图2-14触头的结构形式

（3）灭弧装置

触点和开关电器切断电路时，当触头间电压大于10V，电流超过80mA时，触头间就会产生称为电弧的蓝色光柱。

电弧的危害不少，它延长了切断故障的时间，电弧的高温能将触头烧损，高温引起电弧附近电气绝缘材料烧坏，产生飞弧造成电源短路事故。78

灭弧的措施有吹弧灭弧法、速拉灭弧法、长弧割短弧灭弧法、利用多断口的粗弧分细灭弧灭弧法、利用介质的冷却灭弧法、改善触头表面材料等方法。

常采用灭弧罩、灭弧栅和磁吹灭弧装置，如图2-15所示。

（a）双断口灭弧（b）灭弧罩（c)灭弧栅图2-15灭弧装置79

2、工作原理接触器的电磁线圈通电后，线圈电流产生磁场，静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，衔铁带动动触头动作，导致常闭触头先断开，常开触头后闭合（常闭触头和常开触头两者机械联动）。当接触器的电磁线圈断电时，电磁力消失，衔铁在释放弹簧（回复弹簧）的作用下释放，使触头复原，即常开触头先断开，常闭触头后闭合。

3、图文符号(a)线圈(b)主触点(c)常开触点(d)常闭触点图2-16接触器的图文符号

80

4、交/直流接触器的特点接触器按其主触头所控制主电路电流的种类可分为交流接触器和直流接触器。

（1）交流接触器交流接触器线圈通以交流电，主触头接通和分断交流主电路。当交变磁通穿过铁芯时，将产生涡流和磁滞损耗，使铁芯发热。为减少铁损，铁芯用硅钢片冲压而成。为便于散热，线圈做成短而粗的圆筒状绕在骨架上。为防止交变磁通使衔铁产生强烈振动和噪声，交流接触器铁芯端面上都安装一个铜制的短路环。交流接触器的灭弧装置通常采用灭弧罩和灭弧栅。81

（2）直流接触器直流接触器线圈通以直流电流，主触头接通与切断直流主电路。直流接触器铁芯中不产生涡流和磁滞损耗，所以不发热。铁芯可用整块铸钢制成。为保证散热良好，通常将线圈绕制成长而薄的圆筒状。采用灭弧能力较强的磁吹灭弧装置。

5、接触器型号及主要技术指标

（1）型号如CJ10-20：C-接触器，J-交流，10-设计序号，20-主触头额定工作电流。82

（2）主要技术指标

83第8

讲项目2

电机驱动常用低压电器

任务4常用低压控制电器情景2继电器教学目标

1、熟悉继电器的种类与特点2、掌握继电器的应用

教学重点继电器的种类与特点教学难点继电器的应用教学方法探究式、演示、情境交融、启发互动式教学法教学手段多媒体教学、动画演示教学作业布置

作业题2-384教学过程：情景2继电器继电器在控制和保护电路中作信号转换。其感应元件中的输入量（如电流、电压、温度、压力等）变化到某一定值时继电器动作，其执行元件便接通和断开控制回路。控制继电器种类繁多，常用的有电流继电器、电压继电器、中间继电器、时间继电器、热继电器以及温度、压力、计数、频率继电器等。851、电磁式继电器电流继电器、电压继电器和中间继电器属于电磁式继电器，其结构、工作原理与接触器相似，由电磁系统、触头系统和释放弹簧等组成。由于继电器用于控制电路，流过触头的电流小,所以不需要灭弧装置。电磁式继电器的结构如图2-17所示。图2-17电磁式继电器的结构

86

（1)电流继电器

1）特点电流继电器的线圈串接于被测电路，反映电路电流的变化。电流继电器线圈匝数少，导线粗，线圈阻抗小。2）类型

过电流继电器在电路正常工作时不动作，只有当负载电流超过某一整定值时才动作。交流过电流继电器的吸合电流整定为额定电流的1.1～4倍。直流过电流继电器的吸合电流整定为额定值的0.7～3.5倍。

欠电流继电器在电路正常工作时衔铁处于吸合状态，只有当电流降到某定值才释放。整定吸引电流为额定电流30～65%，释放电流为10～20%。87（2)电压继电器1）特点电压继电器的结构与电流继电器相似，不同的是其线圈与被测电路并联，匝数多、导线细、阻抗大。2）类型过电压继电器在线圈电压为额定电压的105～115％以上时才吸合，实现过电压保护。

欠电压继电器在电路为额定电压时衔铁衔铁是吸合的。若电路电压低于欠电压继电器线圈的释放电压，其衔铁在回复弹簧的作用下打开，触点复位，从而控制接触器及时分断电源。欠电压继电器的吸合电压值整定为额定电压值的30％～50％，释放电压值整定为额定电压值的10％～35％。零压继电器是当电压降至额定电压的5～25％时释放，实现对电路的零（失）电压保护。88

（3)中间继电器中间继电器触点数多（有六对或更多），触点电流容量大。其功能是当主继电器（电压或电流继电器）的触点数量或触点容量不足时，利用中间继电器来扩大触点数或触点容量，起到中间转换的作用。图2-18电磁式继电器的图文符号电流继电器的文字符号为KI，线圈方格中用I＞（或I＜）表示过电流（或欠电流）继电器。电压继电器的文字符号为KV，线圈方格中用U＞（或U＜或U=0）表示过电压（或欠电压或零电压）。89

2、时间继电器时间继电器是一种用来实现触点延时接通或断开的控制电器。按其动作原理与构造不同，可分为电磁式、空气阻尼式、电动式和电子式等类型。机床控制线路中以前常用空气阻尼式时间继电器，目前电子式时间继电器获得愈来愈广泛的应用。

（1）空气阻尼式结构如图2-19所示。图2-19空气阻尼式时间继电器的结构90

空气阻尼式时间继电器有通电延时和断电延时两种类型。

这两种时间继电器的组成元件通用，结构上只需改变电磁机构的安装方向，将铁芯与衔铁的位置掉转180度，便可获得两种不同的延时方式。

衔铁位于铁心和延时机构之间为通电延时型。

铁心位于衔铁和延时机构之间为断电延时型。

1）通电延时型时间继电器的工作原理

线圈通电时，衔铁吸合，活塞杆在宝塔形弹簧的作用下移动，移动速度视进气孔的节流程度而定，各延时触头通过传动机构延长一段整定时间动作，线圈断电时延时触头迅速复位。

2）断电延时型继电器的工作原理

时间继电器线圈通电时，衔铁吸合，各延时触头瞬时动作，而线圈断电时触头延时复位。91

（2）电子式

电子式时间继电器现已成为时间继电器的主流产品，采用晶体管或集成电路和电子元件等构成，已有采用单片机控制。

电子式时间继电器具有延时范围广、精度高、体积小、耐冲击和耐振动、调节方便及寿命长等优点，应用广泛。

（3）时间继电器的图文符号

时间继电器的图文符号如图2-23所示。图2-23时间继电器的图形符号92

3、速度继电器

速度继电器依据电磁感应原理制成,用于转速的检测。常用于铣床和镗床的控制线路中，当三相交流异步电动机反接制动转速接近零时，自动切断制动（反相序）电源。速度继电器的文字符号为KS。图2-24速度继电器的符号93

速度继电器主要组成是转子、圆环（笼型空心绕组）和触点三个部分。转子由一块永久磁铁制成，与电动机同轴相联，用以接受转动信号。当转子（磁铁）旋转时，笼型绕组切割转子磁场产生感应电动势，形成环内电流，此电流与磁铁磁场相作用产生电磁转矩，圆环在此力矩的作用下带动摆锤，克服弹簧力而顺转子转动的方向摆动，并拨动触点改变其通断状态（在摆锤左右各设一组切换触点，分别在正转和反转时发生作用）。速度继电器的动作转速不低于120r/min，复位转速在100r/min以下，工作允许转速高达1000～3600r/min。94

4、固态继电器固态继电器（简称SSR）是一种新型无触点继电器，与TTL、CMOS等集成电路有较好的兼容性。固态继电器是具有两个输入端和两个输出端的一种四端器件，其输入与输出之间通常采用光电耦合器隔离。

图2-25固态继电器的外形及其控制三相感应电动机的线路95第9

讲项目2电机驱动常用低压电器

任务4常用低压控制电器情景3 开关电器教学目标

1、熟悉闸刀开关与铁壳开关2、掌握自动开关

教学重点闸刀开关与铁壳开关教学难点自动开关教学方法探究式、演示、情境交融、启发互动式教学法教学手段多媒体教学、动画演示教学作业布置

作业题2-496教学过程：情景3开关电器

1、闸刀开关

（1）功能闸刀开关是一种手动配电电器，主要用来隔离电源或手动接通与断开交直流电路，也可用于不频繁的接通与分断小负载，如小型电动机、电炉等。

（2）外型与结构闸刀开关组成有静触头刀座、与操作瓷柄相连的动触刀、熔丝、进线及出线接线座，这些导电部分都固定于瓷底板。外面用胶盖盖好，以免操作人员当闸刀合上时触及带电部分。

图2-26闸刀开关外形与结构97胶盖还具有以下保护作用。

1）将各电极隔开，防止极间飞弧导致电源短路；2）防止电弧飞出盖外，灼伤操作人员；3）防止金属零件掉落在闸刀上形成极间短路。装设的熔丝又提供了短路保护功能。

（3）使用注意事项

1）宜垂直安装，不可随意搁置；2）进线座位于上方，出线座位于下方，否则更换熔丝时将发生触电危险；3）更换熔丝必须先拉开闸刀，并换上原熔丝规格的新熔丝，同时还要防止新熔丝受到机械损伤；4）若胶盖和瓷底座损坏或胶盖失落，闸刀开关就不可再使用，以防发生安全事故；5）闸刀开关控制电动机时，考虑电动机起动电流可达额定电流的4～7倍，故选择闸刀开关的额定电流为电动机额定电流的3倍。98

2、铁壳开关铁壳开关也称封闭式负荷开关。铁壳开关的组成有安装在铸铁或钢板制成的外壳内的刀式触头和灭弧系统、熔断器及操作机构等。

1-刀式触头2-夹座3-熔断器4-速断弹簧5-转轴6-手柄图2-27铁壳开关结构99（1）特点与闸刀开关相比铁壳开关有下列特点。①触头设有灭弧室（罩）、电弧不会喷出，不必耽心发生相间短路事故；②有坚固的封闭外壳，可保护操作人员免受电弧灼伤；③操作机构为储能合闸式机械联锁装置。前者可使开关的合闸和分闸速度与操作速度无关，从而提高开关的动作性能和灭弧性能；后者可保证开关在合闸状态下打不开箱盖且箱盖没有关妥前合不上闸，从而提高了安全性。（2）类型

铁壳开关有HH3、HH4、HH10、HH11、HR11等系列，其额定电流由10A到600A可供选择，其中60A及以下的可作为异步电动机的全压起动控制开关。（3）选择

①铁壳开关控制电加热和照明电路：铁壳开关可按电路的额定电流选择。②铁壳开关控制异步电动机：因为电动机全压起动电流为额定电流4～7倍,而开关的通断能力为额定电流的4倍，所以铁壳开关的额定电流应为电动机额定电流的1.5倍以上。100

3、自动开关

（1）功能自动开关又称空气开关或低压断路器。

分为装置式DZ系列（又称塑壳式）和万能式DW系列（又称框架式）两大类。自动开关主要的功能是当电路正常工作时作为线路的不频繁接通和分断用，而当电路发生短路、过载及失压时能自动跳闸而分断电路。自动开关的组成有触头系统、灭弧室、传动机构和脱扣机构几部分，如图2-28所示。101

（2）原理正常时，断路器的主触点通过操作机构手动或电动合闸的。若要正常切断电路，应操作分励脱扣器。自动开关的自动分断是由过电流脱扣器、热脱扣器和欠压脱扣器完成的。当电路发生短路或过流故障时，过流脱扣器衔铁被吸合，使自由脱扣机构的钩子脱开，自动开关触头分离，及时有效地切除高达数十倍额定电流的故障电流。过流脱扣器具有短路保护功能。当线路过载时，过载电流通过热脱扣器使触点断开，起到过载保护作用。热脱扣器具有过载保护功能。若电网电压过低或为零时，失压脱扣器（双金属元件）的衔铁被释放，自由脱扣机构动作，断路器触头分离，保证了零压与欠压时电路及设备的安全。失压脱扣器具有低压（包括失压和欠压）保护功能。102

a）外形图b)原理图1-主触头2-自由脱扣器3-过电流脱扣器4-分励脱扣器5-热脱扣器6-失压脱扣器7-按钮（a）DZ系列自动开关

1-过电流脱扣器2-分励脱扣器3-欠压脱扣器4-热继电器5-主轴6-防回跳机构7-辅助触头8-灭弧罩9-接触系统（b）DW系列自动开关图2-28自动开关103

（3）漏电断路器图2-29漏电断路器1）功能漏电断路器主要用于当发生人身触电或漏电时，能迅速切断电源，保障人身安全，防止触电事故。有的漏电保护器还兼有过载保护和短路保护，用于不频繁起停电动机。2）原理

正常工作时，不论三相负载是否平衡，通过零序电流互感器主电路的三相电流相量之和为零，故二次绕组中无感应电动势，漏电保护器工作于闭合状态。

发生漏电或触电事故时，三相电流之和为某一电流值Is。Is会通过人体、大地、变压器中性点形成回路，这样零序电流互感器二次侧产生与Is对应的感应电动势加于脱扣器上，当Is达到一定值时，脱扣器动作，推动主开关的锁扣，分断主电路。104第10

讲项目2电机驱动常用低压电器

任务5常用低压保护电器情景1熔断器情景2热继电器教学目标1、熟悉熔断器2、掌握热继电器

教学重点熔断器教学难点热继电器教学方法探究式、演示、情境交融、启发互动式教学法教学手段多媒体教学、动画演示教学作业布置

作业题2-5105教学过程：情景1熔断器

1、结构熔断器的组成有熔体和熔体座等部分。

2、功能熔断器串联于被保护电路中，当电路电流超过一定值时，熔体因发热而熔断，使电路被切断，从而起到保护作用。熔体的热量与通过熔体电流的平方及持续通电时间成正比，电路短路时电流很大，熔体急剧升温立即熔断。而当电路电流值等于熔体额定电流时，熔体不会熔断。所以熔断器作短路保护。106

3、特性

熔体是熔断器控制熔断特性的关键部分，如图2-30（a）所示。熔体材料分为低熔点和高熔点两类。

低熔点材料（如铅和铅合金）熔点低易熔断，因电阻率较大，故制成熔体的截面尺寸较大，熔断时产生的金属蒸气较多，只适用于分断能力低的熔断器。

高熔点材料（如铜、银）熔点高，不易熔断，因电阻率较低，可制成较小的截面尺寸，熔断时产生的金属蒸气少，适用于分断能力高的熔断器。107

（a）熔体(b)瓷插式(c)螺旋式

(d)有填料密封管式（e）无填料密封管式

（f）导轨式（g）快速式（h）自复式图2-30熔断器外形图108熔体的形状分为丝状和带状两种。

熔断器有反时延特性，即过载电流小时熔断时间长，电流大时熔断时间短。故在一定过载电流范围内，当电流恢复正常时熔断器不会熔断而能继续使用。

4、类型

（1）瓷插式熔断器瓷插式（也称插入式）熔断器常用于380V及以下电压等级的线路末端，作为配电支线或电气设备的短路保护用。如图2-30（b）所示。（2）螺旋式熔断器熔体的上端盖有一熔断指示器，一旦熔体熔断，指示器马上弹出，可透过瓷帽的玻璃孔观察到，它常用于机床电气控制设备中。螺旋式熔断器分断电流较大，可用于电压等级500V及其以下、电流等级2