《电机与电气控制（第三版）》 课件 课题5、6　三相异步电动机基本控制线路的安装与调试、常用机床电气控制线路的安装与调试

课题五三相异步电动机基本控制线路的安装与调试658任务5电气控制线路的设计与故障分析任务4三相异步电动机启动和制动控制线路的安装与调试任务2三相异步电动机正反转控制线路的安装与调试任务1三相异步电动机启停控制线路的安装与调试任务3三相异步电动机顺序控制和时间控制线路的安装与调试任务1三相异步电动机启停控制线路的安装与调试660学习目标1.熟悉三相异步电动机启停控制线路的组成。2.掌握开关、按钮、熔断器、热继电器、交流接触器等常用低压电器的作用、符号、选用和接线方法。3.熟悉电气控制线路的接线和使用方法。661学习目标日常生活中电风扇、洗衣机等家用电器的运转，工业生产中车床、钻床、起重机等各种生产机械的运转都是由电动机来驱动的，部分应用如图所示。显然，不同机械，其工作性质和加工工艺不同，使得它们对电动机的控制要求也不同。要使电动机按照工作生产的要求正常、安全地运转，必须配备一定的电器，组成一定的控制线路，才能达到控制目的。本任务通过安装与调试三相异步电动机启停控制线路，来熟悉低压电器的结构、符号、用途和选用方法，掌握电气控制线路的绘制、接线和规范的使用方法。662663家用电器和机床a）洗衣机b）C6132型车床图所示为三相异步电动机启动、停止的简单控制线路。仔细观察一下，认识这些低压电器。664三相异步电动机的简单控制线路相关知识一、常用低压电器低压电器通常是指在交流1200V及以下或直流1500V及以下电路中，起通断、控制、保护和调节作用的电气设备。其主要作用是接通或断开电路中的电流，因此，“开”和“关”是低压电器最基本和最典型的功能。1.刀开关（1）刀开关的用途刀开关是一种结构简单且应用广泛的手控电器，一般用来不频繁地接通和分断容量不太大的低压供电线路，也可作为电源的隔离开关，并可对小容量异步电动机做不频繁的全压启动和停止的控制。665（2）刀开关的结构及工作原理如图所示为刀开关的典型结构。推动手柄使触刀紧紧插入静夹座中，电路即被接通。666刀开关的典型结构刀开关的图形符号和文字符号（3）刀开关的种类刀开关的种类很多。按刀的极数可分为单极、双极和三极；按刀的转换方向可分为HD（单投）系列和HS（双投）系列。为了使刀开关分断时加快分断速度，有利于灭弧，在刀开关的基础上加装速断装置，再与熔断器组合就形成了封闭式负荷开关，俗称铁壳开关，其常用型号有HH4系列。刀开关加装简易灭弧罩和熔丝就形成开启式负荷开关，俗称瓷底胶盖刀开关，其常用型号有HK系列，如图所示。这种开关结构简单，价格低廉，常用作照明电路的电源开关，也可用来控制5.5kW以下异步电动机的启动和停止。667668HK系列刀开关（4）刀开关的型号含义（5）刀开关的使用注意事项1）电源进线应接在静触点一边的进线端（进线座应在上方），用电设备应接在动触点一边的出线端。2）安装时，刀开关在合闸状态下手柄应该向上，不能倒装或平装，以防止触刀松动落下时误合闸。3）对于普通负载，刀开关可以根据额定电流来选择；而对于电动机，刀开关的额定电流可选电动机额定电流的3倍左右。6692.熔断器（1）熔断器的用途熔断器是一种用于短路保护的电器，它具有分断能力高，安装体积小，使用、维护方便等优点，它还可以起到使电路与电源隔离的作用。（2）熔断器的结构及工作原理熔断器主要由熔体和安装熔体的熔管或熔座两部分组成。（3）熔断器的种类常用的熔断器有RC1A系列瓷插式熔断器、RL1和RL5系列（矿用）螺旋式熔断器、RM7系列无填料封闭管式熔断器、RT0系列有填料封闭管式熔断器等。670671低压熔断器的外形a）RL1系列螺旋式熔断器b）RL5系列（矿用）螺旋式熔断器c）RS0系列有填料快速熔断器（4）熔断器的型号含义（5）熔断器的选用熔断器在使用中应选用恰当，才能既保证电路正常工作，又起到保护作用。熔断器的额定电压应大于或等于被保护线路的工作电压，熔断器额定电流应大于或等于所装熔体的额定电流。熔体的额定电流是指相当长时间流过熔体而不熔断的电流。672（6）熔断器的使用注意事项1）熔断器的插座与插片的接触要保持良好。如果发现插口处过热或触头变色，则说明插口处接触不良，应及时修复。2）熔体烧断后，应首先查明原因，排除故障。更换熔体时，新熔体的规格与原来的要一致。3）更换熔体或熔管时，必须把电源断开，以防触电。4）对于有指示器的熔断器，应注意经常观察。5）安装螺旋式熔断器时，熔断器下接线板的接线端子应安装在上方，并与电源线连接；连接金属螺纹壳体的上接线端子应装于下方，并与用电设备的导线连接。6733.接触器（1）接触器的用途接触器是一种自动控制电器，可用来频繁地接通与断开主电路，并具有欠压和零压释放保护功能，能实现远距离控制。接触器是电气传动自动控制系统中应用最广泛的电器。接触器按其线圈通过的电流种类不同，可分为交流接触器和直流接触器，本任务只介绍交流接触器。674（2）交流接触器的结构及工作原理交流接触器的外形，如图所示；其结构和图形符号，如图所示。它由电磁系统、触头系统、灭弧装置等部分组成。675交流接触器的外形a）CJ20系列交流接触器b）CJ40系列交流接触器c）CJX2系列交流接触器676交流接触器的结构和图形符号a）结构b）图形符号1）电磁系统用来操纵触头的闭合与分断，由铁心、线圈和衔铁三部分组成。当线圈通电后，衔铁在电磁吸力的作用下，克服反力弹簧的拉力与铁心吸合，带动触头动作，从而接通或断开相应电路；当线圈断电后，动作过程与上述相反。交流接触器为了减小其吸合时产生的振动和噪声，在铁心上装设了短路环。2）触头系统它是接触器的执行元件，用以接通或分断所控制的电路，必须工作可靠、接触良好。根据用途不同，可分为主触头和辅助触头。3）灭弧装置主触头额定电流在10A以上的接触器都有灭弧装置，在断开主电路的大电流时，迅速消除电弧。交流接触器通常采用电动力、纵缝和金属栅片等方式进行灭弧。677（3）交流接触器的型号含义678（4）接触器的选用1）选择类型根据控制对象的电流类型来选用交流或直流接触器。2）选择触头的额定电压接触器的额定电压应大于或等于负载回路的额定电压。3）选择主触头的额定电流主触头的额定电流应大于或等于负载的额定电流。4）选择线圈电压从人员及设备安全的角度考虑，线圈电压可选择低一些。但从简化控制线路、节省变压器考虑，也可选用380V。线圈电压应与控制电路电压一致。5）接触器的触头数量和种类应满足控制电路要求。6794.热继电器（1）热继电器的用途热继电器是用作电动机过载保护的自动电器。电动机在实际运行中，短时过载是允许的，即电动机具有一定的过载能力。但若过载太大或时间过长、欠电压运行或断相运行等，都可能使电动机的电流超过其额定值，这样将引起电动机发热，绕组温升超过额定温升，将损坏绕组的绝缘，缩短电动机的使用寿命，严重时甚至会烧坏电动机绕组。为了最大限度发挥电动机的过载能力，又能在长时间过载时切断线路，使电动机得到保护，而采用热继电器作过载保护。680（2）热继电器的结构热继电器的外形，如图所示。681热继电器的外形a）JR36系列热继电器b）JR20系列热继电器热继电器是利用电流的热效应工作的保护电器。它主要由热元件、双金属片、触头、动作机构复位按钮和整定电流装置等部分组成。双金属片是由两种膨胀系数不同的金属片碾压而成的，受热后膨胀系数较高的主动片将向膨胀系数较低的被动片弯曲。热继电器的结构及图形、文字符号，如图所示。682热继电器的外形a）JR36系列热继电器b）JR20系列热继电器（3）热继电器的工作原理热继电器的三相热元件串接在电动机定子绕组中，绕组电流即为流过热元件的电流，常闭触头串接在控制电路中。当电动机正常工作时，热元件产生的热量虽能使双金属片弯曲，但不足以使其触头动作。当过载时，流过热元件的电流增大，其产生的热量增加，使双金属片产生的弯曲位移增大，从而推动导板，带动温度补偿双金属片和与之相连的动作机构使热继电器触头动作，切断了电动机的控制电路。（4）热继电器的型号含义683（5）热继电器的选用热继电器由于其热惯性，当电路短路时不能立即动作切断电路，因此，不能用作短路保护。同理，当电动机处于重复短时工作时，也不适宜用热继电器作过载保护，而应选择能及时反应电动机温升变化的温度继电器作为过载保护。对于Y形连接的电动机选择两相或三相结构的热继电器均可；而对于△形连接的电动机，则应选择三相带缺相保护的热继电器。热继电器的主要技术数据是整定电流。所谓整定电流，是指长期通过发热元件而不会动作的最大电流。6845.按钮（1）按钮的用途按钮是一种手动控制的主令电器。它适用于交流电压500V或直流电压440V、电流为5A及以下的电路中。按钮不直接操纵主电路的通断，而是在控制电路中发出接通或断开的指令，以控制接触器、继电器等电器的通电或断电，再由它们去接通或断开主电路。（2）按钮的结构按钮由按钮帽、复位弹簧、桥式动触头、静触头和外壳等组成。按钮根据触头结构的不同，分为常闭按钮、常开按钮和复合按钮。如图所示，为按钮的外形及文字、图形符号。685686按钮的外形及文字、图形符号a）外形b）文字、图形符号（3）按钮的工作原理1）常开按钮手指未按下时，触头是断开的；当手指按下按钮帽时，触头被接通，而手指松开后，触头在复位弹簧作用下返回原位而断开。常开按钮在控制电路中常用作启动按钮，其触头称为常开触头或动合触头。2）常闭按钮手指未按下时，触头是闭合的；当手指按下时，触头被断开，而手指松开后，触头在复位弹簧作用下恢复闭合。常闭按钮在控制电路中常用作停止按钮，其触头称为常闭触头或动断触头。3）复合按钮当手指未按下时，常闭触头是闭合的，常开触头是断开的；当手指按下时，先断开常闭触头，后接通常开触头，而手指松开后，触头在复位弹簧作用下常开触头先复位，常闭触头后复位。复合按钮在控制电路中常用于电气联锁。687（4）按钮的型号含义（5）按钮的选用按钮的选择主要依据是使用场合、触头数量和颜色等。通常选用交流额定电压500V、允许持续电流5A的按钮。按钮的颜色有红、绿、黑、黄以及白、蓝等几种，供不同场合选用。全国统一设计的按钮新型号为LA25系列，其他常用的有LA2、LA10、LA18、LA19、LA20等系列。6886.断路器（1）断路器的用途断路器又称自动空气开关或低压断路器。它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地接通和分断电路；当电路中发生短路、过载或失压等故障时，能自动切断故障电路，保护线路和电气设备。断路器具有操作安全、安装及使用方便、工作可靠、动作值可调、分断能力较强、兼作多种保护、动作后不需要更换元件等优点，因此得到广泛应用。689（2）断路器的结构图所示为常用的单相、三相断路器的外形结构和图形符号。它们主要由动触头、静触头、灭弧装置、操作机构、热脱扣器、电磁脱扣器及外壳等部分组成。690断路器的外形结构和图形符号a）单相断路器b）、c）三相断路器d）图形符号（3）断路器的工作原理断路器的工作原理，如图所示。691断路器的工作原理图1—动触头2—静触头3—锁扣4—搭钩5—反作用弹簧6—转轴座7—分断按钮8—杠杆9—拉力弹簧10—欠压脱扣器衔铁11—欠压脱扣器12—热元件13—双金属片14—电磁脱扣器衔铁15—电磁脱扣器16—接通按钮1）热脱扣器作过载保护当线路发生过载时，过载电流流过热元件产生一定的热量，使双金属片受热向上弯曲，通过杠杆推动搭钩与锁扣脱开，在反作用弹簧的推动下，动、静触头分开，从而切断电路，使线路或用电设备不致因过载而烧坏。整定电流的大小由电流调节装置调节。2）电磁脱扣器作短路保护当线路发生短路故障时，短路电流超过电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流，电磁脱扣器产生足够大的吸力将衔铁吸合，通过杠杆推动搭钩与锁扣分开，从而切断电路实现短路保护。3）欠压脱扣器作零压和欠压保护欠压脱扣器的动作过程与电磁脱扣器恰好相反。692（4）断路器的型号含义（5）断路器的选用1）断路器的额定电压和额定电流应不小于电路正常工作电压和电流。2）热脱扣器的整定电流应与所控制的电动机额定电流或负载额定电流相等。3）电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流应大于负载电路正常工作时的尖峰电流。4）极限分断能力应不小于线路中最大短路电流。6937.转换开关（1）转换开关的特点和用途转换开关又称组合开关。转换开关是刀开关的一种发展，区别是刀开关操作时是上下的平面动作，转换开关则是左右旋转的平面动作。694转换开关的外形结构（2）转换开关的结构原理转换开关的接触系统是由数个装嵌在绝缘壳体内的静触头座和可动支架中的动触头构成。动触头是双断点对接式的触桥，在附有手柄的转轴上，随转轴旋至不同位置使电路接通或断开。定位机构采用滚轮卡棘轮结构，配置不同的限位件，可获得不同挡位的开关。转换开关由多层绝缘壳体组装而成，可立体布置，减小了安装面积，结构简单、紧凑，操作安全可靠。转换开关可以按线路的要求组成不同接法的开关，以适应不同电路的要求。695（3）转换开关的型号和符号以LW12-16系列小型万能转换开关为例，其型号的含义如图所示，该开关约定发热电流为16A，可用于交流50Hz，电压至500V及直流电压到440V的电路中，作电气控制线路的转换之用和电压380V、5.5kW及以下的三相电动机的直接控制之用，品种有普通型基本式，防护型组合式。转换开关的符号，如图所示。696转换开关的型号转换开关的符号（4）转换开关的选用按额定工作电压和工作电流选用合适的系列；按操作需要选定手柄形式和定位特征；按用途选择是主令控制用还是控制电动机用；转换开关的触头和操动器位置较多，其触头开闭和操动器位置之间的对应关系常用操作图来表示，有些转换开关是按标准操作图制造的，选用时应注意核对，当标准操作图不能满足要求时，可设计新的操作图进行改装。697二、电气控制线路的组成图所示为三相电动机单向运行的电气控制线路。698三相异步电动机单向运行控制线路主电路是电气控制线路中大电流通过的部分。主电路中三相导线按相序从上到下或从左到右排列，中性线应排在相线的下方或右方，并用L1、L2、L3及N标记；辅助电路包括控制电路、照明电路、信号电路和保护电路，是小电流通过的部分。通常将主电路画在控制电路的上方或左方。无论是主电路还是辅助电路，各电气元件一般应按动作顺序从上到下、从左到右依次排列，电路可采用水平布置或竖直布置。电气元件的触头通常按没有通电或不受外力作用时的正常状态画出。同一电器的各个部件（如接触器的线圈和触头），分别画在各自所属的电路中。为便于识别，同一电器的各个部件均以相同的文字符号表示。图进行改装。699三、电气控制线路的工作原理电动机启动时，合上电源开关QS，按下启动按钮SB2，接触器KM线圈通电吸合，其主触头闭合，电动机定子绕组接通三相电源启动运转。同时，与按钮SB2并联的接触器KM的常开辅助触头闭合。当松开SB2时，KM线圈通过自身常开辅助触头仍保持通电状态，从而使电动机保持连续运行。这种依靠电器自身触头保持其线圈通电状态的电路称为自锁电路，该触头则称为自锁触头。电动机需停转时，可按下停止按钮SB1，接触器KM线圈断电释放，其动合主触头与辅助触头同时复位，切断电动机主电路及控制电路，电动机停止运转。最后，关断电源开关QS。700四、电气控制线路的保护环节1.短路保护电动机、电器和导线的绝缘损坏或线路发生故障时，都可能造成短路故障。当发生短路故障时，必须迅速、可靠地断开电源。上图中由熔断器FU1和FU2分别实现主电路和控制电路的短路保护。2.过载保护由热继电器KH实现电动机的长期过载保护。当电动机长期过载时，串接在电动机电路中的热元件使双金属片受热弯曲，使其串接在控制电路中的常闭触头断开，从而切断了接触器KM线圈的电源，使电动机断电，实现了保护的目的。7013.失压（零压）和欠压保护电动机正常工作时，如果交流电源停电，会使电动机停转。当电源恢复供电时，如果电动机自行启动，可能会造成设备损坏和人员事故。为了防止电源恢复供电时电动机自行启动的保护措施称为零压保护。此外，在电动机负载运行时，电源电压过低会造成电动机电流增大，引起电动机发热，严重时会烧坏电动机；同时，电压的降低会引起一些电器的释放，造成电路不能正常工作，因而需要设置欠电压保护环节。702五、三相异步电动机的点动控制线路生产机械不仅需要连续运转，有时还需要做点动控制。点动控制多用于机床刀架、横梁、立柱等的快速移动和机床对刀等场合。所谓点动，就是按下按钮时电动机转动工作，松开按钮时电动机停止工作。点动控制线路，如图所示，它由启动按钮SB和接触器KM组成，其控制过程如下：合上电源开关QS，按下按钮SB，接触器KM的吸引线圈通电，主触头KM闭合，电动机接通电源开始运转；松开SB后，接触器吸引线圈断电，主触头复位，电动机断电停转，最后，关断电源开关QS。703704点动控制线路任务2三相异步电动机正反转控制线路的安装与调试705学习目标1.熟悉三相异步电动机正反转控制线路的工作原理。2.掌握接触器互锁和双重互锁正反转控制线路的使用。3.熟悉行程开关的作用、符号和用途。4.掌握自动往复运行控制线路的工作原理和使用方法。706任务引入生产机械的运动部件往往要求实现正、反两个方向的运动，例如，铣床工作台的前进与后退、主轴的正转与反转、磨床砂轮架的升降以及起重机的提升与下降等，这就要求电气传动系统中的电动机可做正反向运转。为了使电动机能够安全、可靠地实现正反转，需要正确使用互锁电路，以及利用行程开关使电动机自动正反转。本任务就来完成三相异步电动机正反转控制线路的安装与调试。707相关知识由电动机原理可知，若将电动机三相电源中的任意两相对调，即可改变电动机的旋转方向。常用的电动机可逆运行控制电路有以下几种：一、接触器互锁正反转控制线路图所示为接触器互锁正反转控制线路。图中使用了两个接触器KM1和KM2，分别控制电动机的正转和反转运行，而KM1和KM2不能同时通电；否则，它们的主触头同时闭合，将造成L1、L2两相电源短路。708709接触器互锁正反转控制线路为此，将接触器KM1、KM2的常闭触头串接在对方线圈电路中，形成相互制约的控制。这种相互制约关系称为互锁控制，由接触器或继电器常闭触头构成的互锁称为电气互锁，起互锁作用的触头称为互锁触头。该电路在进行正反转切换时，必须先按停止按钮，然后再启动相反方向的控制，这就构成了正—停—反的操作顺序。图所示为接触器互锁正反转控制线路的接线。710接触器互锁正反转控制线路的接线二、按钮和接触器双重互锁的正反转控制线路为了缩短辅助工时，往往要求电动机能直接进行正反转切换，可采用如图所示的电路进行控制。它是在图的基础上增设了启动按钮的常闭触头进行互锁，构成了按钮和接触器双重互锁的控制线路。该电路既可实现正—停—反操作，又可实现正—反—停操作，使用非常方便，并且安全、可靠，在实际生产机械中用得很多。711712按钮和接触器双重互锁的控制线路接触器互锁正反转控制线路图所示为按钮和接触器双重互锁正反转控制线路的接线。713按钮和接触器双重互锁正反转控制线路的接线三、自动往复运行控制线路有些生产机械的工作台需要在一定距离内自动往复运行，以使工件能得到连续的加工，如龙门刨床、导轨磨床等。为此，常利用直接测量位置信号的元件———行程开关作为控制元件来控制电动机的正反转，这种控制方式称为行程原则的自动控制。1.行程开关行程开关又称限位开关，是一种利用生产机械运动部件的碰撞发出指令的主令电器，用于控制生产机械的运动方向、行程大小或作限位保护。714行程开关的结构形式很多，但基本上都是以某种位置开关元件为基础，装置不同的操作头而得到各种不同的形式，如图所示。715行程开关的外形结构行程开关按运动形式不同可分为直动式和转动式；按结构不同可分为直动式、滚动式和微动式；按触头性质不同可分为有触头式和无触头式。行程开关的文字符号和图形符号，如图所示。716行程开关的文字符号和图形符号a）常开触头b）常闭触头（1）直动式行程开关图所示为JLXK1型直动式行程开关的结构。717JLXK1型直动式行程开关的结构（2）微动开关为了克服直动式结构的缺点，可采用具有弯片状弹簧的瞬动机构，如图所示为LX31型微动开关。当推杆被压下时，弹簧片发生变形，储存能量并产生位移，当达到预定的临界点时，弹簧片连同动触头产生瞬时跳跃，从而导致电路接通、分断或转换。同样，减小操作力时，弹簧片会向相反方向跳跃。718LX31型微动开关（3）接近开关接近开关是电子式、无触头的行程开关，它是由运动部件上的金属片与之接近到一定距离时发出的接近信号来实现控制的。接近开关使用寿命长，操作频率高，动作迅速、可靠，其用途已远远超出一般的行程控制和限位保护，它还可用于高速计数、测速、液面控制、金属体检测等，其常用型号有LJ2、LJ5、LXJ6等系列。7192.自动往复运行控制线路图所示为工作台自动往复运行示意图。在工作台上装有挡铁1和挡铁2，机床床身上装有行程开关SQ1和SQ2，工作台的行程可通过移动挡铁或行程开关的位置来调节，以适应加工零件的不同要求。SQ3和SQ4用作限位保护，即限制工作台的运行超出其极限位置。720工作台自动往复运行示意图图所示为电动机自动往复运行的控制线路，图所示为该控制线路的接线。合上电源开关QS，按下启动按钮SB2，接触器KM1线圈通电吸合并自锁，电动机正转启动，驱动工作台左移。当工作台运动到一定位置时，挡铁1压下行程开关SQ1，其常闭触头断开，使接触器KM1断电释放，电动机暂时脱离电源，同时SQ1常开触头闭合，使接触器KM2通电吸合并自锁，电动机反转，驱动工作台右移。当工作台运动到挡铁2压下行程开关SQ2时，使KM2断电释放，KM1重新通电吸合，电动机又开始正转。如此往复循环，直至按下停止按钮SB1，电动机停止运行，加工结束。最后，关断电源开关QS。721722电动机自动往复运行的控制线路电动机自动往复运行控制线路的接线行程开关SQ3、SQ4分别安装在运动部件的正向、反向极限位置。当由于某种故障，运动部件到达换向开关位置但未能切断KM1或KM2时，运动部件继续移动，撞块压下极限行程开关SQ3或SQ4，使KM1或KM2断电释放，电动机停止，从而避免运动部件由于越出允许位置而导致事故的发生。因此，SQ3、SQ4起限位保护作用。由上述控制情况可以看出，工作台往返一次，电动机要进行两次反接制动和启动，将会出现较大的反接制动电流和机械冲击。因此，这种控制线路只适用于电动机容量较小、循环周期较长和电动机转轴具有足够刚度的驱动系统中。723任务3三相异步电动机顺序控制和时间控制线路的安装与调试724学习目标1.了解顺序控制电路的用途，掌握顺序控制线路的接线和使用技能。2.了解时间继电器的原理、结构和用途，掌握时间控制线路的使用技能。725任务分析许多生产机械对多台电动机的启动和停止有一定的要求，必须按预先设计好的先后次序实现启动和停止。例如，某些机床常要求先启动润滑油泵电动机，然后才能启动主轴电动机；多级物料传送带工作时，为了防止物料堆积在传送带上，要求按照末端到首端的顺序启动电动机，首端到末端的顺序停止电动机。这都要求几台电动机按一定顺序工作，能够实现这种控制要求的电路就是顺序控制线路。726在自动控制系统中，常用到以时间为参数的控制电路。例如，两个运动部件按一定时间间隔先后启动，某些机械设备按一定时间要求完成相应的工作等，这些都属于时间控制。能够实现时间控制功能的电路称为时间控制线路。本任务主要完成顺序控制线路和时间控制线路的安装与调试。727相关知识一、时间继电器从得到输入信号起，需经过一定时间的延迟才能输出信号的继电器称为时间继电器。图所示为时间继电器的外形。728时间继电器的外形a）JS7型b）JS7-1A型c）JSS1型数字式时间继电器获得延时的方法是多种多样的，按其工作原理可分为电磁式、空气阻尼式、电动式和数字式，延时方式有通电延时和断电延时两种。1.空气阻尼式时间继电器空气阻尼式时间继电器又称气囊式时间继电器，它是利用空气阻尼作用来达到延时目的的。JS7系列空气阻尼式时间继电器的结构，如图a所示。729JS7-1A型时间继电器由电磁系统、触头系统和延时机构等组成。电磁铁采用直动式双E型；触头系统是借助桥式双断点微动开关，构成瞬时触头和延时触头两部分，供控制时选用；延时机构是利用气囊式阻尼器中空气通过小孔时产生阻尼作用来延时的，旋转调节螺钉，改变进气孔的大小，就可调节延时时间的长短。这种继电器分为通电延时和断电延时两种形式。时间继电器的文字符号为KT，各种常开触头、常闭触头的符号比较复杂，如图b所示。线圈的符号也分为通电延时和断电延时两种。730731时间继电器的结构和符号a）JS7系列时间继电器的结构b）时间继电器触头和线圈的符号2.数字式时间继电器数字式时间继电器是目前应用比较广泛的时间继电器。它具有体积小、质量轻、延时时间长（可达几十小时）、延时精度高、调节范围广泛（0.1s~9999min）、工作可靠和使用寿命长等优点，正逐渐取代机电式时间继电器。732二、中间继电器中间继电器的特点是触头数较多（4对以上），触头电流容量较大（5~10A），动作灵敏（动作时间不大于0.05s）。主要用途是当其他低压电器的触头数量或触头容量不够时，可借助中间继电器来增加它们的触头数量或触头容量，起到中间信号的转换和放大作用。常用的中间继电器有JZ7、JZ8等系列，其结构和外形与小型交流接触器相似。JZ7型中间继电器的外形，如图a所示。其图形符号与交流接触器的差别在于没有主触头，文字符号为KA，如图b所示。733734中间继电器a）外形b）符号三、顺序控制线路图所示为两台电动机顺序控制主电路的接线。接触器KM1和KM2分别控制两台电动机M1和M2。735两台电动机顺序控制主电路的接线图所示为电动机顺序控制线路的原理图。736电动机顺序控制线路的原理图a）顺序控制主电路b）顺序启动同时停止控制电路c）顺序启动可单独停止控制电路d）顺序启动逆序停止控制电路四、时间控制电路时间控制电路是利用时间继电器来完成的。常用的延时控制电路有通电延时型时间继电器控制电路和断电延时型时间继电器控制电路两大类。1.通电延时型时间继电器控制电路图所示为通电延时型时间继电器控制电路。图中KA为中间继电器，KT为时间继电器，KM为接触器。接触器KM线圈必须在时间继电器KT常开触头延时闭合以后才能得电，也就是说，接触器KM得电是由时间继电器延时后控制的。737738通电延时型时间继电器控制电路2.断电延时型时间继电器控制电路图所示为断电延时型时间继电器控制电路。739断电延时型时间继电器控制电路电路工作原理：按下启动按钮SB2，中间继电器KA线圈得电，其自锁触头闭合，使时间继电器KT线圈得电，因该时间继电器为断电延时型时间继电器，所以它的常开触头立即闭合，串联在同一电路的接触器KM线圈得电，主电路工作。按下停止按钮SB1时，中间继电器KA和时间继电器KT的线圈同时断电，但是时间继电器的常开延时断开触头仍然保持闭合，经过一段时间Δt的延时（由KT决定）后，该触头才断开，接触器KM线圈失电，从而主电路断电。740任务4三相异步电动机启动和制动控制线路的安装与调试741学习目标1.掌握三相异步电动机启动控制线路的接线和使用技能。2.掌握三相异步电动机制动控制线路的接线和使用技能。742任务分析小容量三相异步电动机可以采用全压启动，但大容量三相异步电动机，应采用减压启动，以减小启动电流。待电动机转速上升后，恢复额定电压，进入正常运行状态。在减压启动的转换过程中，可以借助电气控制线路的功能自动完成。743三相异步电动机定子绕组脱离电源后，由于惯性作用，转子需经一定时间后才停止转动，这往往不能满足某些生产机械的工艺要求，也影响生产效率的提高，并造成运动部件停位不准确。为此，应对驱动电动机采取有效的制动措施。从电动到制动的工作状态转换也可以借助于电气控制线路的功能而自动完成。本任务就来完成三相异步电动机启动控制线路和能耗制动控制线路的安装与调试。744相关知识一、三相笼型转子异步电动机减压启动控制线路1.定子绕组串电抗器（或电阻）减压启动控制线路三相异步电动机定子绕组串接电阻或电抗器启动时，启动电流在电阻或电抗器上产生电压降，使电动机定子绕组上的电压低于电源电压，启动电流随之减小。745待电动机转速接近额定转速时，再将电阻或电抗器短接，使电动机在额定电压下运行。电抗器减压启动通常用于高压电动机，电阻减压启动一般用于低压电动机。但是串电阻启动时，在电阻上会消耗大量的电能，所以不宜用在经常启动的电动机上。若用电抗器代替电阻，虽能克服这一缺点，但设备费用较大。上述两种方法，均不受电动机接法的限制，但电压降低后，启动转矩与电压的平方成比例地减小，因此只适用于空载或轻载启动的场合。746图所示为按照时间原则自动短接电阻的减压启动控制线路。图中KM1为启动接触器，KM2为运行接触器，KT为时间继电器。747定子串电阻减压启动控制线路电路工作情况：合上电源开关QS，按下启动按钮SB2，KM1、KT线圈同时通电并自锁，此时电动机定子绕组串接电阻R进行减压启动。当电动机转速接近额定转速时，时间继电器KT通电延时闭合常开触头闭合，KM2线圈通电，KM2常闭触头断开并切断KM1、KT线圈电路，使KM1、KT断电释放，KM2自锁触头闭合，线路自锁。于是完成了先由KM1主触头串接定子电阻减压启动，后由KM2主触头短接定子电阻，电动机在全压下正常运转的启动全过程。7482.Y-△减压启动控制线路凡是额定运行时三相定子绕组△形接法的三相笼型转子异步电动机，均可采用Y-△减压启动方法来达到限制启动电流的目的。启动时，定子绕组先采用Y形连接，待转速上升后，将定子绕组的接线恢复为△形连接，电动机进入全压额定运行状态。图所示为三接触器式Y-△减压启动控制线路，其中，KM1用于接通三相电源，KM2将定子绕组接成△形连接，KM3将定子绕组接成Y形连接。749750Y-△减压启动控制线路3.自耦变压器减压启动控制线路自耦变压器减压启动控制线路中，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。电动机启动时，定子绕组得到的电压是自耦变压器的二次电压。启动完毕，将自耦变压器切除，额定电压（即自耦变压器的一次电压）直接加于定子绕组，电动机进入全压正常运行。自耦变压器采用Y形连接，各相绕组有几组不同的电压抽头，可根据电动机启动时负载的大小选择适当的启动电压。751图所示为自耦变压器启动控制线路，其中KM1为减压启动接触器，KM2为运行接触器，KA为中间继电器，KT为减压启动时间继电器，HL1为电源指示灯，HL2为减压启动指示灯，HL3为正常运行指示灯。752自耦变压器启动控制线路二、绕线转子异步电动机启动控制线路与笼型转子异步电动机不同，绕线转子异步电动机的转子回路可以通过电刷集电环与外部电路连接。串入适当的电阻，就可以限制启动电流，同时还能提高功率因数，增大启动转矩。为了减小启动电流的冲击，一般转子串电阻启动采取分段切除启动电阻的方法。1.绕线转子异步电动机转子串电阻启动控制线路绕线转子异步电动机转子串电阻启动用于限制启动电流，提高启动转矩。一般是在转子回路串入多级电阻器，利用接触器的主触头分段切除，使电动机的转速逐级提高，最后达到额定转速而稳定运行。753利用时间继电器控制绕线转子异步电动机转子串电阻三级启动的控制线路，如图所示。754利用时间原则短接电阻的启动控制线路启动线路的工作原理：合上电源开关QS，按下启动按钮SB2，接触器KM1线圈和时间继电器KT1线圈同时得电。KM1线圈得电后，它的自锁触头闭合，实现对KM1线圈的自锁。主电路KM1主触头也闭合，三相电源经KM1闭合的主触头接入电动机定子绕组，此时电动机转子串电阻R3、R2、R1启动。随着启动的进行，转子转速提高，时间继电器KT1延时时间到，KT1延时触头动作。755KT1延时闭合常开触头的闭合使接触器KM2线圈得电，它的自锁触头闭合，实现对KM2线圈的自锁。KM2串联在KT1线圈支路的常闭触头断开，实现对KT1的互锁。主电路KM2主触头闭合，电阻R1被短接，电动机转子串两段电阻继续启动。KM2串联在时间继电器KT2线圈支路的常开触头闭合，使KT2线圈得电，经过KT2的时间整定值后，KT2触头动作。756KT2延时闭合的常开触头闭合，使接触器KM3线圈得电，它的自锁触头闭合，实现对KM3线圈的自锁。KM3串联在KT2线圈的常闭触头断开，实现对KT2的互锁。主电路KM3主触头闭合，电阻R2被短接，电动机转子只串一段电阻继续启动。KM3串联在时间继电器KT3线圈支路的常开触头闭合，使KT3线圈得电，经过KT3的整定时间后，KT3触头动作。757KT3延时闭合的常开触头闭合后，接触器KM4线圈得电，它的自锁触头闭合，实现对KM4线圈的自锁。KM4串联在KT3线圈支路中的常闭触头断开，实现对KT3的互锁。主电路KM4主触头闭合，电阻R3被短接，三段电阻全部切除，电动机启动完毕，工作于固有机械特性上正常运行。利用时间继电器自动控制切除转子电阻的启动方法目前得到较广泛的应用。7582.绕线转子异步电动机转子串频敏变阻器启动控制线路在三相绕线转子异步电动机转子串电阻启动过程中，由于逐级短接电阻，电流与转矩波动较大，会产生一定的机械冲击；同时，铸铁电阻片或镍铬电阻丝比较粗大，控制箱体积较大，为此，可采用频敏变阻器来替代转子电阻器。频敏变阻器的阻抗随转子电流频率的减小而自动减小，是绕线转子异步电动机较为理想的启动装置，常用于300kW及以下的380V低压绕线转子异步电动机的启动控制。759（1）频敏变阻器频敏变阻器的铁心由30~50mm厚的铸铁板或钢板叠成，在三相铁心上分别套有线圈，三个线圈接成Y形连接，并与电动机转子绕组相串联。电动机启动时，频敏变阻器通过转子电路获得交变电动势，由于其铁心是由厚钢板制成的，所以在铁心中产生较大的涡流损耗和少量的磁滞损耗，它在转子电路中相当于一个等效电阻R。而且R的阻值大小随转子电流频率的变化而变化。理论分析和实践测试都可证明，频敏变阻器的等值电阻近似与转差率的平方根成正比。所以，当绕线转子异步电动机串接频敏变阻器启动时，随着电动机转速的升高，转子频率的降低，其阻抗值自动减小，从而既限制了启动电流，又获得了大致恒定的启动转矩，实现了平滑无级的启动。760频敏变阻器结构简单，体积小，运行可靠，无须经常维修，但是，由于三相线圈中电感的存在，因此功率因数较低，启动转矩小于串电阻启动时的情况，对于要求低速运转和启动转矩大的机械不宜采用。当电动机反接时，频敏变阻器的等效阻抗极大，在电动机由反接制动到反向启动过程中，其等效阻抗随转子电流频率的减小而减小，使电动机在反接过程中转矩也接近恒定。因此，绕线转子异步电动机转子串接频敏变阻器启动尤其适用于反接制动和需要频繁正反转工作的机械。常用的频敏变阻器有BP1、BP2-700、BP4、BP6等系列。761（2）电流继电器根据线圈中电流的大小而动作的继电器称为电流继电器。这种继电器的线圈导线粗，匝数少，能通过大电流，串联在主电路中。当线圈中电流大于整定值而动作的继电器称为过电流继电器，低于整定值而动作的称为欠电流继电器。JT4系列电流继电器的外形以及文字、图形符号如图所示。762JT4系列电流继电器a）外形b）文字、图形符号过电流继电器在正常工作时电磁吸力不足以克服弹簧力，衔铁处于释放状态；当线圈电流超过某一整定值时，衔铁动作，于是常闭触头断开，常开触头闭合。瞬动型过电流继电器常用于电动机的短路保护；延时动作型常用于过载保护。有的过电流继电器带有手动复位机构，发生过电流时，继电器衔铁动作后不能自动复位，只有当操作人员检查并排除故障后，采用手动松掉锁扣机构，衔铁才能在复位弹簧作用下返回，从而避免重复过电流事故的发生。欠电流继电器是当线圈电流降到低于某一整定值时释放的继电器，所以在线圈电流正常时衔铁是吸合的。这种继电器常用于直流电动机和电磁吸盘的失磁保护。763（3）频敏变阻器启动控制线路通常将断路器、接触器、频敏变阻器、电流互感器、时间继电器、电流继电器和中间继电器等组合而成频敏变阻器启动控制箱（柜）。常用的有XQP系列频敏变阻器启动控制箱、CTT6121系列和TG1系列频敏变阻器启动控制柜等。其中，TG1系列控制柜广泛应用于冶金、矿山、轧钢、造纸、食品、纺织与发电等厂矿企业。图所示为TG1-K21型频敏变阻器启动控制柜的电路图。764765TG1-K21型频敏变阻器启动控制柜的电路图电路工作情况：合上断路器QF，红色指示灯HL1亮，表示电源电压正常。按下启动按钮SB2，KT1、KM1线圈同时通电并自锁，电动机定子绕组接通三相电源，转子绕组接入频敏变阻器启动，随着电动机转速的提高，转子电流频率减小，频敏变阻器阻抗随之下降。当电动机转速接近额定转速时，时间继电器KT1动作，其触头闭合，使KA1线圈通电吸合，KA1的常开触头闭合，使KM2线圈通电并自锁，同时绿色指示灯HL2亮，KM2主触头将频敏变阻器短接，电动机启动过程结束；KA1的另一常开触头闭合，使KT2线圈通电吸合，经延时后KT2动作，使KA2线圈通电并自锁，其常闭触头断开，使过电流继电器KA串入定子电路，对电动机进行过电流保护，所以电动机启动过程中，KA是被KA2触头短接的，不至于因电动机启动电流大而使KA发生误动作。766三、三相异步电动机电气制动控制线路1.反接制动控制线路反接制动是在电动机的原三相电源被切断后，立即通上与原相序相反的三相交流电源，以产生与原转向相反的电磁转矩，利用这个制动力矩使电动机迅速停止转动。这种制动方式必须在电动机转速接近零时切断电源，否则电动机会反转，造成事故。速度继电器是一种当转速达到规定值时动作的继电器。它常用于电动机反接制动的控制电路中，当反接制动的转速下降到接近零时，它能自动及时地切断电路。速度继电器由转子、定子和触头三部分组成。图所示为速度继电器的外形、工作原理和符号。767768速度继电器a）外形b）工作原理c）符号速度继电器的转子是一块永久磁铁，与电动机或机械转轴连接，随轴转动。它的外边有一个可以转动一定角度的外环，装有笼型绕组。当转轴带动永久磁铁旋转时，定子外环中的笼型导体因切割磁力线而产生感应电动势和感应电流，该电流在转子磁场作用下产生电磁转矩，使定子外环跟随磁场转过一个角度。如果永久磁铁顺时针方向转动，则定子外环带动摆杆向左边转动，使左边的动断触头断开，动合触头接通；当永久磁铁逆时针方向旋转时，使右边的触头改变状态。当电动机转速较低（小于100r/min）时，触头复位。常用的速度继电器有JY1型和JFZ0型两种，JY1型用于700~3600r/min的场合，JFZ0型用于1000~3600r/min的场合。769图所示为异步电动机反接制动控制线路。图中KM1为电动机运行接触器，KM2为反接制动接触器，KS为速度继电器，R为反接制动电阻。770异步电动机反接制动控制线路电路工作情况：电动机处于电动运行状态时，KM1通电并自锁。由于转速较高，使速度继电器KS常开触头闭合，为反接制动做准备。需停车制动时，按下停止按钮SB1，KM1线圈断电，主触头断开，切除三相交流电源，电动机以惯性旋转。当SB1按到底时，SB1常开触头闭合，使KM2线圈通电并自锁，电动机定子串入不对称电阻后接到反相序的三相电源进行反接制动，电动机转速迅速下降，当电动机转速低于100r/min时，速度继电器KS的常开触头复位，使KM2线圈断电释放，电动机断开电源，自然停车。7712.能耗制动控制线路图所示为单相桥式整流能耗制动控制线路。772单相桥式整流能耗制动控制线路电路工作情况：电动机处于电动运行状态时，KM1通电并自锁。若要使电动机停转，按下停止按钮SB1，KM1线圈断电，电动机定子绕组脱离三相交流电源；KM2、KT线圈同时通电并自锁。KM2主触头将电动机两相定子绕组接入直流电源进行能耗制动，使电动机转速迅速降低，当电动机转速为零后，时间继电器KT延时时间到，其延时断开常闭触头动作，使KM2、KT线圈相继断电，制动过程结束。该电路，将KT常开瞬动触头与KM2自锁触头串接，是考虑如果时间继电器线圈断线或出现其他故障，会使KT通电延时断开触头打不开，从而导致KM2线圈长期通电，造成电动机定子长期通入直流电源引起绕组过热。引入KT常开瞬动触头后，则避免了上述故障的发生。773任务5电气控制线路的设计与故障分析774学习目标1.了解电气控制线路设计的基本原则和一般步骤。2.熟悉电气控制线路的常见故障及分析和处理方法。775任务引入电气控制线路的设计应在充分满足生产设备具体要求的前提下，力求工作可靠，动作准确，结构简单，操作、安装、调整及维修方便。电气控制线路发生故障后，为了能迅速、准确地判断故障部位并及时地予以排除，就必须对控制线路的工作原理及特点有清楚的认识，熟悉电路中各个电器的动作顺序，了解各种器件的技术性能，并切实弄清楚故障现象。然后根据故障现象对照电气原理图进行分析，再拟定出检查步骤和修复方法。本任务通过检修三相异步电动机Y-△启动控制线路的故障，来熟悉并掌握检修电气控制线路常见故障的方法和步骤。776相关知识一、电气控制线路设计的基本原则设计电气控制线路时应遵循的基本原则如下：1.电气控制线路应最大限度地满足机械设备对加工工艺的要求一般控制线路只需满足启动、反向和制动要求，有些则还要求在一定的范围内平滑调速和按规定改变转速；当出现事故时需要有必要的保护和报警；各部分运动要求有一定的配合和联锁关系等。7772.控制线路应能安全、可靠地工作为了保证控制线路工作可靠，最主要的是选用可靠的元器件。同时，在具体的线路设计中应注意正确连接电器的触头，防止出现电源短路故障。电路设计时要考虑电网的情况，如电网的容量，电压、频率的波动范围，电动机是采用全压启动还是减压启动等。控制大容量接触器线圈时，要加中间继电器。完善保护环节，增设信号指示。7783.控制线路应简单、经济、合理在保证控制功能要求的前提下，控制线路应力求简单，造价低。尽量选用标准件及标准的线路和环节；尽量减少连接线的数量，缩短连接线的长度；减少电器的种类和数量；简化电路，减少电器的触头；减少电路的耗电功率。4.控制线路应便于操作和维修控制机构的操作应简单和方便，能迅速、快捷地由一种形式转换到另外一种形式，同时能实现多点控制和自动转换程序，减少人工操作。电控设备应力求维修方便，使用安全，并应有隔离电器，以免带电检修。779二、电气控制线路设计时应注意的问题1.控制电器的线圈应接在电源的同一端。接触器、继电器以及其他执行电器线圈的一端统一接在电源的同一侧，使所有电器的控制触头在电源的另一侧，如图所示。这样当某一电器的触头发生短路故障时，不至于引起电源短路。同时也便于检修和安装接线。780线圈、触头在电路中的位置2.交流电器的线圈不能串联使用。这是因为交流电器线圈的感抗与它的衔铁吸合间隙有关。由于吸合时间不完全同步，只要有一个电器做出吸合动作，它的线圈上的压降就增大，从而使另一电器达不到所需要的动作电压。图a所示接触器KM与KA串联使用是错误的；而接触器KM与KA这两个线圈必要时并联使用是可以的，如图b所示。781两只交流接触器的接法a）错误b）正确3.应避免许多电器依次动作才能接通另一个电器的现象。如图a所示，继电器KA4在KA1、KA2和KA3相继动作后才能接通电源，也就是说，KA4的接通要经过KA1、KA2、KA3这三对触头。但图b中继电器KA4的动作只需KA2动作，而且只需要经过一对触头，工作较为可靠。782触头的合理使用4.应尽量减少控制线路中所用控制电器触头的数量。在控制线路中应尽量减少触头，提高线路工作的可靠性。在简化、合并触头的过程中，应注意同类性质触头的合并，或一个触头能完成的动作不用两个触头。合并时应注意触头的额定电流是否允许。图所示列举了一些触头化简与合并的例子。783触头的化简与合并5.设计控制线路时应考虑到各个控制电器的实际接线，尽可能减少连接的导线。图b、d所示为不合理的接线方法，而图a、c所示为合理的接线方法。6.设计控制线路时，应考虑各种关系的自锁、互锁和电气保护，也应考虑机床调试方便和安全操作。784电气元件的合理接线a）、c）合理b）、d）不合理三、电气控制线路设计的一般步骤1.根据生产设备的加工工艺设计电气传动的方案和控制方式的整体框图。2.设计各控制单元环节中电动机的启动、正反转、制动、调速、停机的主电路和其他执行元件的电路。3.设计满足电动机运转功能和与工作状态相对应的控制电路。4.连接各单元环节，构成满足整机生产工艺要求，实现加工过程自动、半自动或调整的控制电路。7855.设计保护、联锁、检测、信号和照明等环节的控制电路。6.全面检查所设计的电路，在有条件的情况下进行模拟实验，进一步完善设计的电气控制线路。7.按标准规定绘制电气控制线路图。8.恰当选用电气元件，并制定元器件明细表。786四、电气控制线路检修的基本方法和一般步骤1.详细了解故障产生的经过电气控制线路出现了故障，应首先向操作者详细了解故障发生前设备的工作状况和故障现象，然后根据操作者提供的故障现象，结合电气控制原理来判断故障部位。因为生产一线的操作者对设备经常产生故障的部位和应采取的处理方法有许多好的经验可供借鉴，所以必须重视设备操作者的意见。7872.从原理上进行分析，确定故障的可能范围某些设备的电气控制线路看起来似乎很复杂，但仔细分析，它们总是由一些基本环节、基本线路所组成的，总是由几种不同作用的几个独立部分组合而成的，例如，摇臂钻床电气控制线路由主轴旋转、立柱夹紧和松开、摇臂升降等几部分组成。3.进行一般的外表检查由原理分析确定故障可能的范围后，对有关元器件进行外表检查，常能发现故障的确切部位，例如，触头脱落、触头磨损或烧损、衔铁产生噪声、线圈烧毁、活动部分被卡阻、触头失灵、弹簧断裂或脱落、发生接地等都能明显地找到故障的所在位置。7884.实验控制回路电器的动作顺序在外表检查中没有发现毛病时，可采用实验电器动作顺序的方法来检查，即操作某一按钮或开关，线路中每个继电器、接触器应按规定动作顺序进行工作。若动作顺序与某一电器应有的动作不符，即说明与此电器有关的电路有问题，再在此回路中进行深入、细致的检查，常可发现故障。当采用此法检查时，必须特别注意设备及人身安全，尽可能切断电动机的主电路电源，只在控制电路带电的情况下进行实验，以避免设备运动部分互相碰撞。要暂时隔离有故障的主电路，以免故障扩大。7895.用电工仪表测量及寻找故障部位用电工仪表检查电气元件是否通路，线路是否断路，电压、电流的大小是否正常、平衡，电阻值是否符合要求，这是人们经常使用的找出故障的方法。（1）测量电压的方法如测量电动机、接触器和继电器线圈的电压，有关控制电路两端的电压等。若发现所测点电压与控制线路要求的电压不相符合时，则所测点是故障可疑处。790（2）测量电阻或通路的方法将控制线路电源切断后，用万用表的电阻挡测量线路的通路、触头的接触情况、元件的电阻值等。（3）测量电流的方法用电流表或万用表的电流挡测量电动机的电流、有关控制电路中的工作电流。（4）测量绝缘电阻的方法用兆欧表（摇表）测量各元件和线路的对地绝缘电阻以及相互间的绝缘电阻等。791五、电器的常见故障及维修继电器和接触器通常由触头系统、电磁系统（电磁铁）、灭弧系统三个基本部分组成，这些部分经过长期使用或因使用不当可能产生故障，从而影响电器的正常工作。下面分别介绍触头系统和电磁系统的故障原因及维修方法。1.触头系统的故障及维修触头是继电器的执行元件，它担负着接通和断开线路电流的任务。它比较容易损坏，触头常见的故障如下：（1）触头过热触头过热主要是由于接触电阻增大和触头容量不够，电流超过了它的额定值引起的。792（2）触头烧毛触头在高温电弧作用下，表面易形成许多凸出的小点，造成触头接触不良。（3）触头的熔焊触头在闭合时，若跳动很严重，则可能产生高温电弧使触头熔化，从而导致动、静触头牢牢地熔焊在一起。（4）触头磨损触头磨损主要是由于电弧的高温作用，使触头金属汽化蒸发，触头变得越来越薄。7932.电磁系统的故障及维修电磁系统包括静铁心、衔铁和吸引线圈等几个部件。它可能产生以下故障：（1）衔铁噪声大电磁系统在工作时必有一种均匀、调和、轻微的嗡嗡声，这是正常现象。（2）吸引线圈过热或烧毁吸引线圈过热以至于烧坏，主要原因是通过线圈的电流过大。（3）衔铁吸不上当继电器和接触器的吸引线圈接通电源后，衔铁不能吸合，应立即切断电源，以免线圈被烧坏。794课题六常用机床电气控制线路的安装与调试795任务5镗床电气控制线路的安装与调试任务4钻床电气控制线路的安装与调试任务2磨床电气控制线路的安装与调试任务1普通车床电气控制线路的安装与调试任务3铣床电气控制线路的安装与调试任务1普通车床电气控制线路的安装与调试797学习目标1.了解车床的结构和加工方式。2.掌握车床电气控制线路的工作原理、电路接线以及调试技能。3.熟悉车床电气控制线路的常见故障以及分析和处理方法。798学习目标车床是机械加工中使用最广泛的一种机床。在各种车床中普通车床是应用最多的一种，主要用来车削工件的外圆、内孔、端面和螺纹等，此外还可以装上钻头、铰刀等进行多种加工。本任务将利用上一课题所学的低压电器和基本电气控制线路的知识，分析车床电气控制线路的工作原理；介绍车床电气控制线路的常见故障和排除方法；安装车床的电气控制线路，进行操作和调试，了解车床电气控制线路的工作过程。799相关知识一、车床的主要结构及运动形式下面以C620-1型普通车床为例进行分析。C620-1型普通车床的外形结构，如图所示。车床切削时，主运动是工件做旋转运动，而刀具做直线进给运动，电动机的动力由V带通过主轴箱传给主轴。变换主轴箱外手柄的位置，可以改变主轴的转速。主轴通过卡盘带动工件做旋转运动。主轴一般只要求单方向旋转，只有在车螺纹时才需要用反转来退刀。它是用操作手柄通过机械的方法来改变主轴旋转方向的。有的车床也通过改变电动机的转向来改变主轴转向。800801C620-1型普通车床的外形结构C620-1型普通车床的进给运动消耗的功率很小，所以也由主轴电动机驱动，不需再另加单独的电动机驱动。主轴电动机传来的动力经过主轴箱、交换齿轮箱传到进给箱，再由光杠或丝杠传到溜板箱，使溜板箱带动刀架沿床身导轨做纵向进给运动；或者传到溜板箱，使刀架做横向进给运动。所谓纵向运动，是指相对于操作者做向左或向右的运动。所谓横向运动，是指相对于操作者做往前或往后的运动。802二、车床电气控制线路分析图所示为C620-1型普通车床电气控制线路图。803C620-1型普通车床电气控制线路图1.主电路电源由开关QS引入，该开关为转换开关，不宜直接接通或断开负载。主轴电动机M1的运转或停止由接触器KM主触头的接通或断开来控制。电动机的容量不大，故采用全压启动。冷却泵电动机M2的主电路接在接触器KM主触头的后面，这样使得只有在主轴电动机启动后才有可能接通冷却泵电动机。要使用切削液时，可将转换开关SA2转到接通位置，这时冷却泵电动机运转，给机床提供切削液。因为考虑到进入车床前的电源（配电箱或铁壳开关）处已装有熔断器，所以，主轴电动机没有再加熔断器作为短路保护。冷却泵电动机的容量很小，所以加了熔断器FU1作为短路保护。8042.控制电路控制电路采用380V交流电压供电，由熔断器FU2作短路保护。控制电路的工作原理：先合上电源开关QS，按下启动按钮SB2，接触器KM的线圈通电。接触器KM的衔铁吸合，主电路上KM的主触头闭合，主轴电动机M1启动运转。同时，接触器KM的常开辅助触头闭合，进行自锁，保证主轴电动机M1在松开启动按钮后仍能连续运转。按下停止按钮SB1，接触器KM的衔铁因线圈断电而释放，它的主触头断开，主轴电动机M1便停止。805热继电器KH1和KH2的常闭触头均串联在控制电路中，所以只要任何一台电动机过载，控制电路便断电，两台电动机都停止。这个电路有零压保护功能，在电源断电后，接触器KM释放；当电源电压再次恢复正常时，如果没有按下启动按钮SB2，则电动机不会自行启动，以免发生事故。这个电路同时还具有欠压保护功能，当电源电压太低时，接触器KM因电磁吸力不足而自动释放，将电源切除，电动机自行停止，以避免欠电压时电动机因电流过大而烧坏。8063.照明电路照明变压器T将380V的交流电压降低到36V安全电压。照明电路由转换开关SA1接36V低压灯泡组成，灯泡的另一端必须接车床的金属外壳，以防止照明变压器一次绕组和二次绕组间发生短路时可能发生的触电事故。熔断器FU3作为照明电路的短路保护。807三、车床电气控制线路常见故障及排除1.主轴电动机不能启动（1）控制电路熔断器FU2熔体熔断，应更换。（2）热继电器KH1已动作过，动断触头未复位。要判断故障所在的位置，还要查明引起热继电器动作的原因，并进行排除。可能的原因是：长期过载；继电器的整定电流太小；热继电器选择不当。按原因排除故障后，将热继电器复位即可。808（3）控制电路接触器线圈松动或烧坏，接触器的主触头及辅助触头接触不良，应修复或更换接触器。（4）启动按钮或停止按钮内的触头接触不良，应修复或更换按钮。（5）各连接导线虚接或断线。（6）主轴电动机损坏，应修复或更换。8092.主轴电动机缺相运行按下启动按钮，电动机发出嗡嗡声不能正常启动，这是电动机的电源缺相造成的，此时应立即切断电源，否则易烧坏电动机。可能的原因是：（1）电源断相。应查明原因，恢复正常供电。（2）接触器有一对主触头没接触好，应修复。3.主轴电动机只能点动运转故障原因是控制电路中自锁触头接触不良或自锁电路接线松开，修复即可。8104.按下停止按钮后主轴电动机不停止（1）接触器主触头熔焊，应修复或更换接触器。（2）停止按钮动断触头被卡住，不能断开，应更换停止按钮。5.冷却泵电动机不能启动（1）熔断器FU1熔体熔断，应更换。（2）热继电器KH2已动作过，未复位。（3）转换开关SA2触头已损坏，应修复或更换。（4）冷却泵电动机已损坏，应修复或更换。811任务2磨床电气控制线路的安装与调试812学习目标1.了解磨床的结构和加工方式。2.掌握磨床电气控制线路的工作原理和接线、调试技能。3.熟悉磨床电气控制线路的常见故障以及分析和处理方法。813任务引入磨床是对工件表面进行高精度加工的一种精密机床，它利用砂轮对工件的表面进行磨削加工，从而使工件表面的形状、精度和表面粗糙度等都达到工艺要求。磨床的种类有很多，可分为平面磨床、外圆磨床、内圆磨床、球面磨床、齿轮磨床、螺纹磨床等，其中平面磨床应用最为普遍。本任务以M7130型平面磨床为例介绍其加工工艺过程、电气控制线路的工作原理、常见故障的分析和处理方法，熟悉磨床电气控制线路的接线和操作方法。814相关知识一、平面磨床的主要结构及运动形式平面磨床的主运动是砂轮的快速旋转，进给运动有工作台的纵向往复运动和砂轮的横向进给运动。当工作台反向运动时，砂轮箱横向进给一次，能连续加工整个平面。当整个平面磨完一遍后，砂轮在垂直于工件表面的方向移动一次，称为吃刀运动。通过吃刀运动，可将工件磨到所需的尺寸。下面以M7130型平面磨床为例进行分析。815M7130型平面磨床是卧轴矩形工作台磨床，它的外形如图所示，构造如图所示。主要由床身、工作台、电磁吸盘、砂轮箱（又称磨头）、滑座和立柱等部分组成。砂轮箱内由一电动机带动砂轮做旋转运动，砂轮的旋转一般不需要调速，所以可以用一台三相异步电动机来带动。有些磨床考虑到砂轮磨钝以后要用较高的转速将砂轮工作表面削去一层磨料，使砂轮表面露出新的、锋利的磨粒，以恢复砂轮的切削力，此过程称为对砂轮进行修整。所以，这些磨床、砂轮均采用双速电动机带动。为了做到体积小、结构简单和提高加工精度，采用装入式的电动机，将砂轮直接装在电动机轴上。816817卧轴矩形工作台平面磨床的外形卧轴矩形工作台平面磨床的构造长方形的工作台装在床身的水平纵向导轨上做往复直线运动。为了运动时换向平稳和容易调整运动速度，采用了液压传动。液压电动机驱动液压泵，工作台在液压作用下做纵向运动。在工作台的前侧装有两个可调整位置的换向撞块，在每个撞块碰击床身上的液压换向开关后，工作台的运动方向就换向。这样来回换向就可使工作台往复运动。砂轮箱的上部有燕尾形导轨，可沿着滑座上的水平导轨做横向（向前或向后）移动。在磨削中，工作台换向时横向进给一次；在修整砂轮或调整砂轮的前后位置时，可连续横向移动，这一进给运动可由液压传动，也可用手轮来操作。818滑座可沿着立柱的导轨垂直上下移动，调整砂轮箱的上下位置，可使砂轮磨入工件，并且控制磨平面时工件的尺寸。这一垂直进给运动可通过操作手轮由机械传动装置来实现。为了在磨削加工过程中对工件进行冷却，磨床上设有冷却泵电动机，用来驱动冷却泵旋转，提供切削液。工件根据尺寸大小、结构和形状，可以用螺栓和压板直接固定在工作台上（大的工件）；也可在工作台上装电磁吸盘，将工件放在电磁吸盘上吸住。当工件加工完毕时，将电磁吸盘开关先扳到退磁位置进行退磁，最后再扳到“工件放松”位置，工件就可以取下。819二、磨床的电气控制线路图所示为M7130型平面磨床的电气控制线路。其电气设备安装在床身后部的电气接线盒内，控制按钮安装在床身前部的电气操纵盒上。电气控制线路可分为主电路、控制电路、电磁吸盘控制电路及照明电路等部分。1.主电路部分M7130型平面磨床中有三台电动机，分别是砂轮电动机M1、液压泵电动机M3和冷却泵电动机M2，其中M1、M2由接触器KM1控制，再经插座X1供电给M2，电动机M3由接触器KM2控制。820821M7130型平面磨床的电气控制线路2.控制电路部分控制按钮SB1、SB2与接触器KM1构成砂轮电动机M1单方向旋转的启动、停止控制电路；由按钮SB3、SB4与接触器KM2构成液压泵电动机M3单方向旋转的启动、停止控制电路。但电动机的启动必须在电磁吸盘YH工作，且欠电流继电器KA通电吸合，触头KA（3—4）闭合，或者YH不工作，但转换开关SA1置于“去磁”位置，触头SA1（3—4）闭合后方可进行。8223.电磁吸盘控制电路（1）电磁吸盘的构造及原理电磁吸盘外形有长方形和圆形两种。矩台平面磨床采用长方形电磁吸盘，圆台平面磨床采用圆形电磁吸盘。电磁吸盘的工作原理，如图所示。823电磁吸盘工作原理钢制吸盘体在中部凸起的芯体A上绕有线圈；钢制盖板被隔磁层隔开。在线圈中通入直流电流后，芯体将被磁化，磁力线经过盖板、工件、盖板、吸盘体、芯体闭合，将工件牢牢吸住。盖板中的隔磁层由铅、铜、黄铜及巴氏合金等非磁性材料制成，其作用是使磁力线通过工件再回到吸盘体，不会导致直接通过盖板闭合，以增加对工件的吸持力。电磁吸盘与机械夹紧装置相比，具有夹紧迅速，不损伤工件，工作效率高，能同时吸持多个小工件；在加工过程中，工件发热可自由延伸，加工精度高等优点。但也有夹紧力不及机械夹紧方式、调节不便、需用直流电源供电、不能吸持非磁性材料等缺点。824（2）电磁吸盘控制电路它由整流装置、控制装置及保护装置等部分组成。电磁吸盘整流装置由整流变压器T2与桥式整流电路VD组成，输出110V直流电压对电磁吸盘线圈供电。电磁吸盘由转换开关SA1控制。SA1有充磁、断电与去磁三个位置。当开关置于“充磁”位置时，触头SA1（14—16）与触头SA1（15—17）接通；当开关置于“去磁”位置时，触头SA1（14—18）、SA1（16—15）及SA1（4—3）接通，当开关置于“断电”位置时，SA1所有触头都断开。825（3）电磁吸盘保护环节电磁吸盘具有欠电流保护、过电压保护及短路保护等。1）电磁吸盘的欠电流保护为了防止平面磨床在磨削过程中出现断电事故或电磁吸盘电流减小，致使电磁吸盘失去吸力或吸力减小，造成工件飞出，引起工件损坏或伤人事故。2）电磁吸盘线圈的过电压保护电磁吸盘线圈匝数多，电感大，通电工作时储存有大量磁场能量。3）电磁吸盘的短路保护在整流变压器T2的二次侧或整流装置输出端装有熔断器作短路保护。8264.照明电路由照明变压器T1将380V交流电压降低为36V，并由开关SA2控制照明灯EL。在变压器T1的一次侧装有熔断器FU3作短路保护。827三、平面磨床电气控制线路常见故障分析平面磨床电气控制线路的特点是采用电磁吸盘来固定工件，其他控制线路的故障分析和处理与普通车床的电路类似，在此仅对电磁吸盘的常见故障进行分析。1.电磁吸盘没有吸力首先应检查三相交流电源是否正常，然后检查FU1、FU2与FU4是否完好，接触是否正常，再检查接插器X3接触是否良好。如上述检查均未发现故障，则进一步检查电磁吸盘电路，包括KA线圈是否断开，吸盘线圈是否断路等。8282.电磁吸盘吸力不足常见原因可能是交流电源电压低，导致直流电压相应下降，以至于吸力不足。若直流电压正常，则可能是接插器X3接触不良。此外，也有可能是桥式整流电路的故障原因，如整流桥中某一只二极管发生开路，将使直流输出电压下降一半左右，使吸力减小。若有一只二极管击穿形成短路，则整个整流电路形成短路，此时，变压器T2也会因电路短路而造成过电流，致使吸力很小甚至无吸力。3.电磁吸盘退磁效果差若电磁吸盘退磁效果差，会造成工件难以取下，其故障原因在于退磁电压过高或去磁回路断开，无法去磁或去磁时间掌握不好等。