电气控制与PLC应用1

第1章三相笼型异步电动机运转控制电路

本章要点低压电器的认识电动机的顺序控制电动机的正反转控制电气控制电路的实现与调试1.1手动运转控制电路1.1.1熔断器熔断器是一种当电流超过额定值一定时间后，以本身产生的热量使熔体熔化而分断电路的电器。熔断器主要由熔体和安装熔体的熔管（或熔座）两部分组成，几种常用熔断器的外观及其电气图形和文字符号如图1-1所示。

a）b）c）d）图1-1熔断器a）RT14系列圆筒式熔断器b）RL1系列螺旋式熔断器c）RS14快速熔断器d）电气图形和文字符号1．熔断器的选择（1）应根据使用场合选择熔断器的类型。电网配电一般用管式熔断器；电动机保护一般用螺旋式熔断器；照明电路一般用圆筒式熔断器；保护晶闸管则应选用快速式熔断器。（2）熔断器的额定电压、额定电流应大于或等于电路工作电压和电流。（3）电路上、下两级都设熔断器保护时，其上、下两级熔体电流大小的比值不小于1.6：l。2．熔体的选择（1）对电阻性负载电路（如电炉、照明电路），熔断器可作过载和短路保护，熔体的额定电流应大于或等于负载的额定电流。（2）对电感性负载的电动机电路，只作短路保护而不宜作过载保护。（3）对单台电动机保护，熔体的额定电流应不小于电动机额定电流的1.5~2.5倍，轻载起动或起动时间较短时，系数可取在1.5附近；带负载起动、起动时间较长或起动较频繁时，系数可取2.5。（4）对多台电动机保护，熔体的额定电流，应不小于最大一台电动机额定电流的1.5~2.5倍，再加上其余同时使用电动机的额定电流之和。3．熔断器的使用（1）安装熔断器时必须在断电情况下操作。（2）安装位置及相互间距应便于更换熔体。（3）应垂直安装，并应能防止熔体熔断飞溅在临近带电体上。（4）安装螺旋式熔断器时，为了更换熔体时安全，下接线端应接电源，而连接螺口的接线端应接负载。必须注意将电源线接到瓷底座下的接线端上，以保证安全。（5）有熔断指示的熔体，其指示器方向应装在便于观察侧。（6）熔断器应安装在线路的各相线上，单相交流电路的中性线上也应安装熔断器，但在三相四线制的中性线上严禁安装熔断器。（7）对不同性质的负载，如照明电路、电动机电路的主电路和控制电路等，应尽量分别保护，装设单独的熔断器。（9）更换熔体时应切断电源，并应换上相同额定电流的熔体，不能随意加大熔体。4．熔断器的常见故障表1-1熔断器的常见故障故障现象可能原因排除方法电动机起动瞬间熔体即熔断熔体规格太小更换熔体被保护的电路短路或接地检查电路，找出故障点并排除熔体安装时受到机械损伤更换熔体有一相电源发生断路，造成电动机缺相运行找出断路点并排除熔体未熔断，电路不通熔体或连接线接触不良旋紧熔体或将接线紧牢紧固螺钉松脱找出松动处螺钉或螺母并旋紧1.1.2刀开关刀开关又称闸刀开关，主要用于电气线路的电源隔离，也可作为不频繁接通和分断空载电路或小电流电路之用。刀开关按极数可分为单极、双极和三极；按结构可分为平板式和条架式；按操作方式可分为直接手柄操作、正面旋转手柄操作、杠杆操作和电动操作；按转换方式可分为单投和双投。刀开关是手动电器中结构最简单的一种，主要由静触头、动触头、操作手柄、进线座、出线座和绝缘底板等组成。常用刀开关的外形及其电气图形和文字符号如图1-2所示。

a）b）图1-2刀开关a）HD系列开启式刀开关b）电气图形和文字符号1．刀开关的选择（1）结构形式的选择。根据刀开关在线路中的作用和安装位置来确定其结构形式，例如仅用来隔离电源，则只需选用不带灭弧罩的产品；如用来分断负载，就应选用带灭弧罩，而且是通过杠杆来操作的刀开关。（2）操作方式的选择。可选择正面操作还是侧面操作、直接操作还是杠杆传动等。（3）接线方式的选择。可选择板前接线还是板后接线。（4）额定电流的选择。刀开关的额定电流，一般应大于或等于所关断电路中各个负载额定电流的总和。若负载是电动机，就必须考虑到电动机的起动电流为额定电流的4～7倍，故应选用额定电流大一级的刀开关。2．刀开关的安装及维护（1）刀开关安装时，应注意母线与刀开关接线端子相连时，不应存在扭应力；在安装杠杆操作机构时，应调节好连杆的长度，以保证操作到位且灵活。（2）刀开关应垂直安装在开关板上，并要使静触头位于上方。如静触头位于下方，则当刀开关断开时，如果铰链支座松动，动触头在自重作用下掉落而发生误动作，会造成严重事故。（3）刀开关作电源隔离开关使用时，合闸顺序是先合上刀开关，再合上其他用以控制负载的开关；分闸顺序则相反。（4）严格按照产品说明书规定的分断能力来分断负载，无灭弧罩的刀开关一般不允许分断负载，否则有可能导致持续燃弧，使刀开关寿命缩短，严重的还会造成电源线间短路，开关被烧毁，甚至发生火灾。（5）对于多极刀开关，应保证各极动作的同步性，而且接触良好。否则，当负载是电动机时，便可能发生电动机因缺相运转而烧坏的事故。（6）如果刀开关不是安装在封闭的控制箱内，则应经常检查，防止因积尘过多而发生线间闪络现象。3．刀开关的常见故障表1-2刀开关的常见故障故障现象可能原因排除方法动触头过热或烧毁电路电流过大，超过刀开关的额定电流更换额定电流更大的刀开关动触头表面被电弧烧蚀用锉刀修复动触头表面或更换刀开关静触头与动触头接触不良调整动触头与静触头的位置开关手柄转动失灵动触头转动铰链过松修理铰链定位机械损坏修理或更换1.1.3负荷开关负荷开关由刀开关和熔断器组合而成，分为开启式和封闭式两种。开启式负荷开关适用于照明、电热设备及小容量电动机控制电路中，供手动不频繁接通和分断电路，并起短路保护作用，但这种开关没有专门的灭弧装置，其动触头和静触头容易被电弧灼伤引起接触不良；封闭式负荷开关是在开启式负荷开关的基础之上改进设计的一种开关，其灭弧性能、操作性能、通断能力和安全防护性能都优于开启式负荷开关，可用于手动不频繁地接通和断开带负荷的电路以及作为电路末端的短路保护，也可用于控制15kW以下的交流电动机不频繁地直接起动和停止。常用负荷开关的外形及其电气图形和文字符号如图1-3所示。

a）b）c）图1-3负荷开关a）HK系列开启式负荷开关b）HH3系列封闭式负荷开关c）电气图形和文字符号QS1．负荷开关刀开关的选择（1）用于照明或电热电路。负荷开关刀开关的额定电流等于或大于被控制电路中各负载额定电流之和。（2）用于电动机电路。开启式负荷开关刀开关的额定电流一般可为电动机额定电流的3倍；封闭式负荷开关的刀开关额定电流一般可为电动机额定电流的1.5倍。2．负荷开关熔断器的选择（1）对于变压器、电热器和照明电路，熔体的额定电流宜等于或稍大于实际负荷电流。（2）对于配电线路，熔体的额定电流宜等于或略微小于线路的安全电流。（3）对于电动机，熔体的额定电流一般为电动机额定电流的1.5～2.5倍。3．负荷开关的使用（1）负荷开关不准横装或倒装，必须垂直地安装在控制屏或开关板上，更不允许将开关放在地上使用。（2）负荷开关安装接线时，电源进线和出线不能接反，开启式负荷开关的电源进线应接在上端进线座，负载应接在下端出线座，以便更换熔体；60A以上的封闭式负荷开关的电源进线应接在上端进线座，60A以下的应接在下端进线座。（3）封闭式负荷开关的外壳应可靠地接地，防止意外的漏电使操作者发生触电事故。（4）更换熔体必须在触头断开的情况下进行，且应换上与原用熔体规格相同的新熔体。（5）应经常检查开关的触头，清理灰尘和油污，操作机构的摩擦处应定期加润滑油，使其动作灵活，延长使用寿命。（6）在修理负荷开关时，要注意保持手柄与门的联锁，不可轻易拆除。4．负荷开关的常见故障表1-3负荷开关的常见故障故障现象可能原因排除方法合闸后一相或两相没电夹座弹性消失或开口过大，使夹座与动触头不能接触修理或更换电源进线或出线接头氧化后接触不良用砂纸打磨氧化处熔体熔断或接触不良更换熔体或重新连接夹座、动触头氧化或有尘污用砂纸打磨氧化处或清除尘污夹座或动触头过热或烧坏开关容量太小或负载过大更换容量更大的开关动触头与夹座压力不足调整动触头与夹座压力夹座表面烧蚀用锉刀修复夹座分、合闸时动作太慢造成电弧过大，烧坏触头更换触头，调整弹簧拉力1.1.4组合开关组合开关又称为转换开关，组合开关多用在机床电气控制线路中，作为电源的引入开关，也可以用做不频繁地接通和断开电路、转换电源相序和负载等。常用组合开关的外形及其电气图形和文字符号如图1-4所示。

a）b）c）图1-4组合开关a）HZ10系列b）HZ12系列c）电气图形和文字符号1．组合开关的选择（1）用于照明或电热电路。组合开关的额定电流应等于或大于被控制电路中各负载电流的总和。（2）用于电动机电路。组合开关的额定电流一般取电动机额定电流的1.5~2.5倍。2．组合开关的使用（1）由于组合开关的通断能力较低，故不能用来分断故障电流。当用于控制电动机作可逆运转时，必须在电动机完全停止转动后，才允许反向接通。（2）当操作频率过高或负载功率因数较低时，转换开关要降低容量使用，否则会影响开关寿命。3．组合开关的常见故障表1-4组合开关的常见故障故障现象可能原因排除方法手柄转动而内部触头未动手柄上的三角形或半圆形口磨成圆形更换手柄操作机构损坏修复或更换绝缘杆由方形磨成圆形更换绝缘杆轴与绝缘杆装配不紧紧固开关接线柱相间短路铁屑或油污粘附在接线柱间形成导电层，将胶木烧焦，绝缘破坏形成短路清除铁屑或油污后，用电工刀刮去胶木上的烧焦处手柄转动而三对静触头和动触头不能同时接通或断开修理后触头位置装配不正确重新装配触头弹簧失去弹性或有尘污更换弹簧或清除尘污1.1.5低压断路器断路器是低压配电网络和电力拖动系统中常用的一种配电电器，集控制和多种保护功能于一体，在正常情况下可用于不频繁接通和断开电路以及控制电动机的运行。当电路发生短路、过载和失电压等故障时，能自动切断故障电路，保护电路和电器设备。断路器具有操作安全、安装使用方便、工作可靠、动作值可调、分断能力较高，兼顾多种保护，动作后不需要更换元件等优点，因此得到了广泛应用。断路器按结构形式可分为塑壳式、框架式、限流式、直流快速式、灭磁式和漏电保护式。常用的断路器是DZ系列塑壳式断路器，其外形及其电气图形和文字符号如图1-5所示。

a）b）c）d）图1-5低压断路器a）DZ108-20b）

DZ158-125c）DZ267-32d）电气图形和文字符号1．低压断路器的选择（1）在电气设备控制系统中，常选用塑壳式断路器或漏电保护断路器；在电力网主干线路中主要选用框架式断路器；而在建筑物的配电系统中则一般采用漏电保护式断路器。（2）低压断路器的额定电压和额定电流应不小于电路的额定电压和最大工作电流。（3）低压断路器用于电动机保护时，电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流应为电动机起动电流的1.7倍。（4）选用低压断路器作多台电动机短路保护时，一般电磁脱扣器的整定电流为容量最大的一台电动机起动电流的1.3倍再加上其余电动机额定电流之和。2．低压断路器的使用（1）低压断路器在安装前，应将脱扣器电磁铁工作面的防锈油脂抹净，以免影响电磁机构的动作值。（2）低压断路器与熔断器配合使用时，熔断器应尽可能装于断路器之前，以保证使用安全。（3）电磁脱扣器的整定值一经调好后就不允许随意更动，使用日久后要检查其弹簧是否生锈卡住，以免影响其动作。（4）低压断路器在分断短路电流后，应在切除上一级电源的情况下，及时地检查触头。若发现有严重的电灼痕迹，可用干布擦去；若发现触头烧蚀，可用砂纸或细锉小心修整，但主触头一般不允许用锉刀修整。（5）应定期清除低压断路器上的积尘和检查各种脱扣器的动作值，操作机构在使用一段时间后（1～2年），在传动机构部分应加润滑油（小容量塑壳式断路器不需要）。（6）低压断路器的底板应垂直于水平位置，固定后应保持平整，倾斜度不大于5°；有接地螺钉的低压断路器应可靠连接地线；具有半导体脱扣装置的低压断路器，其接线端应符合相序要求，脱扣装置的端子应可靠连接。3．断路器的常见故障表1-5断路器的常见故障故障现象产生原因排除方法手动操作断路器不能合闸欠电压脱扣器无电压或线圈损坏检查线路后加上电压或更换线圈储能弹簧变形，闭合力减小更换储能弹簧释放弹簧的反作用力太大调整弹力或更换弹簧机构不能复位调整脱扣参数至规定值断路器在起动电动机时自动分闸电磁式过流脱扣器瞬动整定电流太小调整瞬动整定电流空气式脱扣器的阀门失灵或橡皮膜破裂更换有一相触头不能闭合该相连杆损坏更换连杆限流开关拆开机构可拆连杆之间的角度变大调整至规定要求断路器工作一段时间后自动分闸过电流脱扣器整定值过低重新调整热元件或半导体元件损坏更换元件欠压脱扣器有噪声或振动铁芯工作面有污垢清除污垢衔铁或铁芯短路环断裂更换衔铁或铁芯反力弹簧的反作用力太大调整或更换弹簧断路器温升过高触头接触压力太小调整或更换触头弹簧触头表面磨损严重，接触不良修整触头表面或更换触头导电零件间连接螺钉松动拧紧螺钉辅助开关不能接通动触杆卡死或脱落调整或重装动触杆传动杆断裂或滚轮脱落更换损坏的零件1.1.6手动运转控制电路手动运转控制电路多采用封闭式负荷开关、组合开关和低压断路器控制，三相笼型异步电动机定子绕组星形接法，外壳接保护地（PE），其电路原理图如图1-6所示。1.2点动与连续运转控制电路1.2.1按钮按钮是一种利用外力操作，具有自动复位功能的控制开关。由于其触头允许通过的电流较小（一般不超过5A），只能短时接通或分断小电流电路，所以不能直接控制主电路的通断，而在控制电路中发出“指令”去控制接触器、继电器等电器，再由它们去控制主电路。常用按钮的外形及其电气图形和文字符号如图1-7所示。

a）b）c）d）e）f）图1-7按钮a）LAY39系列b）LA4系列

c）NP2系列d）动断按钮e）动合按钮f）复合按钮1．按钮的选择（1）按钮帽有多种颜色，按工作状态指示和工作情况的要求，选择颜色。一般红色用作停止按钮，绿色用作正转起动按钮，黑色用作反转起动按钮。（2）根据使用场合和具体用途选择按钮的种类。如嵌装在操作面板上的按钮选用开启式，需要显示工作状态的选用光标式。（3）根据控制电路的需要选择按钮的数量，如单联按钮、双联按钮和三联按钮等。2．按钮的使用（1）由于按钮的触头间距较小，如有油污等极易发生短路事故，故使用时应经常保持触头间的清洁。（2）按钮用于高温场合，易使塑料变形老化，导致按钮松动，引起接线螺钉间相碰短路，可视情况在安装时多加一个紧固圈，两个拼紧使用；也可在接线螺钉处加套绝缘塑料管来防止。（3）带指示灯的按钮由于灯泡要发热，时间长时易使塑料灯罩变形造成调换灯泡困难，故不宜用在通电时间较长之处；如欲使用，可适当降低灯泡电压，延长使用寿命。（4）按钮安装在面板上时，应布置整齐，排列合理，如根据电动机起动的先后次序，从上到下或从左到右排列。（5）同一个机床运动部件如果具有几种不同的工作状态（如上、下，前、后，左、右，松、紧等），应使每一对相反状态的按钮安装在一组。（6）为了应付紧急情况，当按钮板上安装的按钮较多时，应采用红色蘑菇头的总停按钮，且应安装在显眼而容易操作的地方。（7）复合按钮操作时，动断按钮先断开，动合按钮后闭合；复位时，正好相反。3．按钮的常见故障表1-6按钮的常见故障故障现象产生原因排除方法触头接触不良触头烧蚀修整触头或更换产品触头表面有尘垢清洁触头表面触头弹簧失效重绕弹簧或更换产品触头间短路杂物或油污在触头间形成通路清洁按钮内部1.2.2交流接触器接触器是一种自动的电磁式开关，适用于远距离频繁地接通或断开交、直流主电路及大容量控制电路。不仅能实现远距离自动操作和欠电压释放保护功能，而且还具有控制容量大、工作可靠、操作效率高、使用寿命长等优点，在电力拖动系统中得到了广泛的应用。接触器可分为交流接触器和直流接触器，机床控制上多应用交流接触器。常用交流接触器的外形如图1-8所示。

a）b）c）图1-8交流接触器a）CJ20系列b）CJT1系列

c）CJX1系列交流接触器的触头有主触头和辅助触头，主触头可用于主电路，辅助触头分为动合（常断）和动断（常开）两类，只能用于控制回路。交流接触器的线圈额定电压有380V、220V、110V、48V、36V和24V，其电气图形和文字符号如图1-9所示。

a）b）c）d）图1-9交流接触器的电气图形和文字符号a）主触头b）动合辅助触头

c）动断辅助触头d）线圈1．交流接触器的选择（1）交流接触器的触头数量应能满足控制支路数的要求，触头类型应满足控制线路的功能要求。（2）交流接触器主触头额定电流应大于或等于负载回路额定电流；额定电压也应大于或等于负载回路额定电压。（3）交流接触器的线圈电压应与控制回路的电压一致。2．交流接触器的使用（1）交流接触器安装前，应先检查线圈的额定电压等技术数据是否与实际使用相符，判断线圈是否正常、各触头对是动合触头还是动断触头。（2）安装与接线时，应注意勿使螺钉、垫圈、接线头等零件失落，以免落入交流接触器内部造成卡阻或短路现象，并将螺钉拧紧，以免振动松脱。（3）交流接触器应垂直安装，交流接触器底面与地面的倾斜度应不大于5°，安装位置不得受到剧烈振动，安装必须固定可靠；连接电路的导线必须排列整齐、规范。（4）安装后必须检查接线是否正确，应在主触头不带电的情况下，先使吸引线圈通电分合数次，检查主触头动作是否到位，铁芯吸合后有无噪音，然后才能投入使用。3．交流接触器的常见故障故障现象产生原因排除方法触头不吸合或吸不牢电源电压过低或波动过大检查并调整电源电压线圈断路调换线圈通入的电压与线圈所需的电压不符调整控制回路电压或更换线圈电压相符的交流接触器机械机构生锈或歪斜拆开接触器擦磨清除生锈部位，并涂上润滑油；机构歪斜时还要调整或更换配件线圈断电，触头不释放或释放缓慢触头熔焊修理或更换触头铁芯极面油污过多，自身粘吸拆开交流接触器，把铁芯的所有极面全部用布擦干净，清除油污触头弹簧压力过小或反作用弹簧损坏、疲劳调整触头弹簧压力或更换反作用弹簧衔铁或机械部分被卡住拆开交流接触器，清除障碍物，重新装配触头熔焊触头弹簧压力过小适当调整触头弹簧压力触头上有氧化膜或太脏，接触电阻太大先用细砂纸打平触头，然后用棉布擦掉尘污，把触头磨光滑触头行程太长调整运动系统或更换合适的触头铁芯噪声过大电源电压过低检