第7章 繼電器接觸器控制

第7章繼電器接觸器控制7．1常用低壓電器控制電器是一種能根據(jù)外界的信號和要求，手動或自動地接通、斷開電路，以實現(xiàn)對電路或非電對象的切換、控制、保護、檢測、變換和調(diào)節(jié)的元件或設(shè)備。低壓電器是指額定電壓等級在交流1

200

V、直流1

500

V以下的控制電器。低壓電器其用途可分為以下三類。

機電控制系統(tǒng)中的繼電器接觸器控制是許多生產(chǎn)機械設(shè)備廣泛采用的基本電氣控制形式，它主要由繼電器、接觸器、按鈕、行程開關(guān)等組成，具有控制簡單、方便實用、價格低廉、易于維護、抗干擾能力強等優(yōu)點。

（1）控制電器：用來控制電動機的啟動、反轉(zhuǎn)、調(diào)速、制動等動作，如接觸器、繼電器等。

（2）保護電器：用來保護電動機，使其安全運行，以及保護生產(chǎn)機械使其不受損壞，如熔斷器、電流繼電器等。

（3）執(zhí)行電器：用來操作、帶動生產(chǎn)機械和支撐與保持機械裝置在固定位置上的一種元件，如電磁鐵、電磁離合器等。

大多數(shù)低壓電器既可作控制電器，亦可作保護電器，例如行程開關(guān)既可用來控制工作臺的加、減速及行程長度，又可作為終端開關(guān)，保護工作臺不致闖到導(dǎo)軌外面去。7.1.1開關(guān)電器開關(guān)電器是指低壓電器中作為不頻繁地手動接通和分斷電路的開關(guān)，或作為機床電路中電源的引入開關(guān)。它包括刀開關(guān)、組合開關(guān)等。

刀開關(guān)又稱閘刀開關(guān)或隔離開關(guān)，它是手控電器中最簡單而使用又較廣泛的一種低壓電器。刀開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單，手動操作，在低壓控制柜中作為電源的引入開關(guān)。刀開關(guān)主要技術(shù)參數(shù)有額定電壓、額定電流、通斷能力、動穩(wěn)定電流、熱穩(wěn)定電流等。

刀開關(guān)按觸刀的極數(shù)可分為單極、雙極和三極；按觸刀的轉(zhuǎn)換方向可分為單擲（HD）和雙擲（HS）；按操作方式可分為直接手柄操作式和遠距離連桿操縱式；按滅弧情況可分為有滅弧罩和無滅弧罩。

刀開關(guān)的結(jié)構(gòu)如圖7.1所示，由手柄、觸刀、靜插座、鉸鏈支座和絕緣底板等組成，依靠手動來實現(xiàn)觸刀插入插座與脫離插座的控制。1．刀開關(guān)圖7.1HS11系列刀開關(guān)

常用的刀開關(guān)有HD型單投刀開關(guān)、HS型雙投刀開關(guān)（刀形轉(zhuǎn)換開關(guān)）、HR型熔斷器式刀開關(guān)、HZ型組合開關(guān)、HK型閘刀開關(guān)、HY型倒順開關(guān)和HH型鐵殼開關(guān)等。圖7.2所示為刀開關(guān)圖形符號。圖7.2刀開關(guān)圖形符號

組合開關(guān)也是一種刀開關(guān)，不過它的刀片是轉(zhuǎn)動式的，操作比較輕巧。組合開關(guān)有單級、雙級和多級之分，多用在機床電氣控制線路中作為電源的引入開關(guān)，也可用作不頻繁地接通和斷開電路、換接電源和負載以及控制5kW及以下的小容量異步電動機的正反轉(zhuǎn)和星三角啟動。其主要技術(shù)參數(shù)有額定電流、額定電壓、允許操作頻率、可控制電動機最大功率等。其外形及圖形符號如圖7.3和圖7.4所示。2．組合開關(guān)圖7.3組合開關(guān)

圖7.4組合開關(guān)圖形符號

隔離開關(guān)用來斷開無負荷電流的電路，使所檢修的設(shè)備與電源有明顯的斷開點，以保證檢修人員的安全。隔離開關(guān)沒有專門的滅弧裝置，因此，不能切斷負荷電流和短路電流，必須在斷開電路的情況下才可以操作隔離開關(guān)。其中，熔斷器式隔離器一般多由有填料熔斷器和刀開關(guān)組合而成，如圖7.5所示，廣泛應(yīng)用于開關(guān)柜或與終端電器配套的電器裝置中，作為線路或用電設(shè)備的電源隔離開關(guān)及嚴重過載和短路保護之用。隔離開關(guān)的圖形符號如圖7.6所示。3．隔離開關(guān)圖7.5熔斷器式隔離開關(guān)圖7.6隔離開關(guān)圖形符號

低壓斷路器俗稱自動空氣開關(guān)，是低壓配電網(wǎng)中的主要電器之一，可作為線路不頻繁切換及電動機的不頻繁啟動之用，在配電網(wǎng)絡(luò)中用來作為線路及電源設(shè)備的過載、短路、欠壓和漏電保護。如圖7.7和圖7.8所示，分別為斷路器外形圖和圖形符號。

斷路器的特性主要有：額定電壓Ue；額定電流IN；過載保護（Ir或Irth）和短路保護（Im）的脫扣電流整定范圍；額定短路分斷電流。4．低壓斷路器（a）DZ20系列塑料外殼式斷路器（b）DZ47系列小型斷路器圖7.8斷路器圖形符號圖7.7斷路器外形圖

低壓斷路器應(yīng)根據(jù)具體使用的條件選擇使用類別，確定額定工作電壓、額定工作電流、脫扣器整定電流和分勵、欠壓脫扣器的電壓電流等參數(shù)，參照產(chǎn)品樣本提供的保護特性曲線選用保護特性，并須對短路特性和靈敏系數(shù)進行校驗。

主令電器用來閉合或斷開控制電路，以發(fā)布命令或用作程序控制，它主要有控制按鈕、行程開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)和主令控制器等。7.1.2主令電器

控制按鈕是一種接通或分斷小電流電路的主令電器，主要用于遠距離控制接觸器、電磁起動器、繼電器線圈及其他控制線路，也可用于電氣聯(lián)鎖線路等，其結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng)用廣泛?？刂瓢粹o結(jié)構(gòu)如圖7.9所示，由按鈕帽、復(fù)位彈簧、橋式動觸頭、橋式靜觸頭和外殼等組成。常用的控制按鈕有LA18、LA19、LA20、LAY3系列等。圖7.10所示為控制按鈕的圖形符號。圖7.9按鈕結(jié)構(gòu)及外形圖1．控制按鈕圖7.10按鈕圖形符號

行程開關(guān)將機械信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡姎庑盘?，用來控制其運動機械的運動方向、速度或行程長短的主令電器稱為行程開關(guān)，如圖7.11所示。行程開關(guān)按其結(jié)構(gòu)可分為直動式、滾輪式和微動式三種。常用的行程開關(guān)型號有LX19、JLXK1、X2、LXW—11和JXP1系列等。圖7.12所示為行程開關(guān)圖形符號。2．行程開關(guān)圖7.11JXP1系列行程開關(guān)

7.12行程開關(guān)圖形符號

轉(zhuǎn)換開關(guān)是由多組相同結(jié)構(gòu)的開關(guān)元件疊裝而成，用以控制多回路的一種主令電器。轉(zhuǎn)換開關(guān)具有多觸點、多位置、體積小、性能可靠、操作方便、安裝靈活等優(yōu)點，不僅可以作為線路中電源的引入開關(guān)，起著隔離電源作用，也可作為直接控制小容量異步電動機不頻繁起動和停止的控制開關(guān)。3．轉(zhuǎn)換開關(guān)

如圖7.13和7.14所示，分別為LW5系列萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)及萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)圖形符號。圖7.14中顯示了開關(guān)的檔位、觸頭數(shù)目及接通狀態(tài)，表中用“×”表示觸點接通，否則為斷開，圖中虛線表示操作手柄的位置，用有無“.”表示觸點的閉合和打開狀態(tài)，當觸點圖形符號下方的虛線位置上有“．”，說明當操作手柄處于該位置時，該觸點是處于閉合狀態(tài)；若無“.”時，則表示該觸點是處于打開狀態(tài)。圖7.13LW5系列萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)圖7.14萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)圖形符號

主令控制器是用來較為頻繁地切換復(fù)雜的多回路控制電路的主令電器，多用于電氣傳動裝置中，按一定順序分合觸頭，達到發(fā)布命令或其他控制線路聯(lián)鎖、轉(zhuǎn)換的目的。廣泛用于各類起重機械的拖動電動機的控制系統(tǒng)中。

圖7.15所示為凸輪非調(diào)整式主令控制器和凸輪調(diào)整式主令控制器。常用的主令控制器主要有LK4、LK14、LK15、LK16、QS、XLKT8等系列產(chǎn)品。

熔斷器是一種利用物質(zhì)過熱熔化的性質(zhì)制作的保護電器。主要由熔體和安裝熔體的熔管或熔座兩部分組成，如圖7.16所示。常用熔斷器包括RC1A系列瓷插式熔斷器、RM10系列熔斷器、RT12和RT14、RT0系列有填料封閉管式熔斷器、RL6系列螺旋式熔斷器及RLS2系列螺旋式快速熔斷器等。4．主令控制器7.1.3熔斷器

圖7.15主令控制器圖

7.16RT0系列有填料封閉管式熔斷器

熔斷器熔體材料主要為鉛錫合金絲、銅絲和變截面紫銅片等，而某些快速熔斷器的熔體為銀絲，以實現(xiàn)對小容量的硅整流元件和晶閘管的短路保護。熔體具有反時限保護特性，圖7.17所示為電流與熔斷時間的關(guān)系曲線，稱為安秒特性。圖7.18為熔斷器圖形符號。

圖7.17熔體安秒特性圖7.18熔斷器圖形符號

接觸器是一種用于頻繁地接通或斷開交直流主電路、大容量控制電路等大電流電路的自動切換電器，如圖7.19所示。常用的交流接觸器有NDC2系列接觸器、NDC3系列接觸器、CJ10系列交流接觸器、CJ20系列交流接觸器等。7．1.4交流接觸器（a）NCD1、NCD2系列接觸器

（b）CJ20系列接觸器圖7.19接觸器

電磁式接觸器的結(jié)構(gòu)如圖7.20所示，包括電磁機構(gòu)、主觸頭及滅弧系統(tǒng)、輔助觸頭、反力裝置、支架和底座幾部分。其工作原理如下，當接觸器電磁機構(gòu)的線圈通電后，在鐵心中產(chǎn)生磁通，在銜鐵氣隙處產(chǎn)生吸力，使銜鐵產(chǎn)生閉合動作，主觸頭及輔助觸頭在銜鐵的帶動下也閉合，主觸頭接通電路，輔助觸頭常開觸頭閉合，常閉觸頭打開，利用輔助觸頭可以構(gòu)成控制回路。

當線圈斷電或電壓顯著降低時，鐵芯中的磁通消失或減小，使得銜鐵吸力消失或減弱，并在釋放彈簧作用下，主觸頭斷開，輔助觸頭常開斷開，常閉觸頭打開，繼電器恢復(fù)到初始狀態(tài)。接觸器圖形符號如圖7.21所示。圖7.20電磁式接觸器的結(jié)構(gòu)圖7.21接觸器圖形符號

繼電器是一種當輸入量變化到某一定值時，其觸頭（或電路）即接通或分斷交直流小容量控制回路的自動控制電器，包括電磁繼電器、時間繼電器、熱繼電器、速度繼電器等。7.1.5繼電器1．電磁繼電器

電磁繼電器的結(jié)構(gòu)和原理與接觸器基本相同，但是接觸器的輸入量只有電壓，而繼電器的輸入可以是各種物理量，并控制各種電磁線圈，以及信號放大或傳遞給控制元件。

常用的繼電器有JZ7系列中間繼電器、JZC1系列接觸式繼電器、MY4N系列中間繼電器等。圖7.22和圖7.23分別為電磁繼電器外觀及電磁繼電器圖形符號，針對信號的不同，給出了過電流繼電器、欠電流繼電器、過電壓繼電器、欠電壓繼電器及普通中間繼電器的線圈及觸點的圖形符號。圖7.22電磁繼電器圖7.23電磁繼電器圖形符號

繼電器的輸入—輸出特性稱為繼電器的繼電特性。繼電器的參數(shù)包括額定參數(shù)、時間特性（包括動作時間和返回時間）、觸點的開閉能力、靈敏度即能被吸動時所必須具有的最小功率、返回系數(shù)和整定值等。表7.1為JZ7系列中間繼電器的主要技術(shù)參數(shù)。表7.1 JZ7系列中間繼電器的主要技術(shù)參數(shù)

時間繼電器是接受信號后，經(jīng)過設(shè)定時間延時執(zhí)行元件動作的繼電器?？煞譃殡姎馐胶蜋C械式兩大類，延時類型包括通電延時型和斷電延時性。常用的時間繼電器有JS11S、DH48S、JS10、JS11、JS17系列時間繼電器。電子式時間繼電器采用集成電路和LED取代了電動式時間繼電器的電動機和機械傳動系統(tǒng)，工作穩(wěn)定、可靠，精度高。圖7.24和圖7.25為時間繼電器及型號說明。圖7.24電子式時間繼電器圖

7.25JS11S時間繼電器型號說明2．時間繼電器

時間繼電器的文字符號通常用KT表示，其圖形符號如圖7.26所示。圖7.26時間繼電器圖形符號

熱繼電器通常用在電路中對三相交流電動機的進行過載及斷相保護。常用的型號有JRS1、JRS2、JR29、JR20系列熱繼電器。圖7.27、7.28所示為JR29熱繼電器外形及動作范圍曲線圖。從圖中可以看到，當熱繼電器三極通電時，電流達到整定電流倍數(shù)越高，動作時間越短。圖7.27JR29熱繼電器

圖7.28JR29熱繼電器動作范圍曲線3．熱繼電器熱繼電器的圖形符號如圖7.29所示。圖7.29熱繼電器圖形符號

速度繼電器又叫反接制動繼電器，主要用于三相異步電動機反接制動的控制電路中，在電機轉(zhuǎn)速接近零時立即發(fā)出信號，從而切斷電動機電源使電動機停止運行。常用的速度繼電器有JY1型和JFZ0型，如圖7.30所示，圖形符號如圖7.31所示。4．速度繼電器圖7.30速度繼電器

圖7.31速度繼電器圖形符號7.2電氣原理圖的畫法規(guī)則7.2.1電氣控制系統(tǒng)圖中的圖形符號和文字符號

在繪制電氣線路圖時，電氣元件的圖形符號和文字符號必須符合國家標準的規(guī)定。表7.2、7.3、7.4是符合國家標準GB/T4728-2005的常用電氣圖形符號、常用電氣文字符號和常用輔助文字符號。表7.2 常用電氣圖形符號優(yōu)選形其他形表7.2 常用電氣圖形符號（續(xù)1）表7.2 常用電氣圖形符號（續(xù)2）優(yōu)選形其他形表7.2 常用電氣圖形符號（續(xù)3）優(yōu)選形其他形表7.2 常用電氣圖形符號（續(xù)4）表7.2 常用電氣圖形符號（續(xù)5）表7.3 常用電氣文字符號表7.4 常用輔助文字符號7.2.2電氣原理圖原理圖一般分為電源電路、主電路和輔助電路。主電路是電氣控制線路中強電流通過的部分，是由電機及熱繼電器的熱元件、接觸器的主觸點等電器元件組成的線路，主電路流過電動機的工作電流，電流較大。輔助電路一般由主令電器觸頭、接觸器線圈和輔助觸頭、繼電器線圈及觸頭、指示燈等組成，包括控制電路、照明電路、信號電路及保護電路，輔助電路電流較小。繪制電氣原理圖應(yīng)遵循以下原則。（1）電源電路畫成水平線，三相交流電源相序L1、L2、L3由上而下排列，中線N和保護地線PE畫在相線之下。直流電源則正端在上，負端在下畫出。（2）所有電機、電器等元件的圖形符號和文字符號應(yīng)采用國家統(tǒng)一規(guī)定的符號；（3）電路圖中，各電器的觸頭位置按照自然狀態(tài)畫出，即按電路未通電、電器未受外力作用時的常態(tài)位置畫出。（4）主電路用粗實線繪制在圖面的左側(cè)或上方，輔助電路用細實線繪制在圖面的右側(cè)或下方。（5）在原理圖中，同一電器元件的各個部分（如線圈、觸點）按其在線路中所起的作用分別畫在不同的電路中，為了表示動作相互關(guān)聯(lián)的同一電器元件，要在電器元件的不同部分使用同一文字符號來標明。（6）原理圖上應(yīng)盡可能減少線條和避免線條交叉，如有直接電氣連接的交叉點，要用小黑圓點表示。（7）電路圖采用電路編號法，對電路中的各個接點用字母或數(shù)字編號。主電路從電源開關(guān)的出線端開始，按從上到下，從左到右的順序，每經(jīng)過一個電器元件，編號依次增加。輔助電路按“等電位”原則編號，從上到下、從左到右，每經(jīng)過一個電器元件后，編號依次遞增。7.2.3電氣元件布置圖

電氣元件布置圖，如圖7.33所示，主要是表明機械設(shè)備上所有電氣設(shè)備和電器元件的實際位置，是電氣設(shè)備制造、安裝和維修必不可少的技術(shù)文件。圖7.32三相異步電機正反轉(zhuǎn)控制電氣原理圖圖7.33電氣元件布置圖7.2.4電氣安裝接線圖

接線圖主要用于電氣設(shè)備安裝接線、線路檢查、線路維修和故障處理。接線圖不僅要明確設(shè)備控制系統(tǒng)各單元和各元器件間的接線關(guān)系，而且要明確接線端子號、連接導(dǎo)線參數(shù)等。電氣安裝接線圖如圖7.34所示。繪制電氣安裝接線圖時應(yīng)注意以下原則。（1）電器元件布置合理、連接導(dǎo)線最經(jīng)濟。（2）各電器元件符號采用國家統(tǒng)一規(guī)定的符號。（3）與原理圖繪制不同，電氣安裝接線圖中同一電器元件的各部件必須畫在一起，且元件位置、接線位置與實際一致。（4）畫連接導(dǎo)線時，應(yīng)標明導(dǎo)線的規(guī)格、型號、根數(shù)、穿線管徑等，相同走向的多根導(dǎo)線可采用單線表示。（5）不在同一控制柜或安裝板上的元件之間的電氣連接應(yīng)采用端子板連接，并注意編號的統(tǒng)一。圖7.34電氣安裝接線圖7.3.1啟動、自鎖與停止控制電路7.3基本控制電路

對于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、運輸?shù)刃袠I(yè)各類生產(chǎn)設(shè)備，雖然控制要求不同，控制難易程度不同，但無論何種控制電路，均由基本控制電路組合而成，包括點動控制、連續(xù)控制、自鎖控制、互鎖控制、多點控制和順序控制等。

由于接觸器、繼電器自身沒有機械自鎖，線圈一旦失電，觸點即回復(fù)（恢復(fù)）初始狀態(tài)，因此，需要自鎖電路實現(xiàn)接觸器、繼電器狀態(tài)的保持。常用的啟動、自鎖與停止電路如圖7.35所示，按下啟動按鈕SB2，由于停止按鈕SB1的常閉觸點閉合，因此，接觸器KM的線圈得電，與啟動按鈕SB2并聯(lián)的接觸器常開觸點KM閉合，此時，即使放開按下啟動按鈕SB1，由于觸點KM已經(jīng)閉合，則線圈KM保持得電，并維持吸合狀態(tài)。7.3.2連續(xù)工作與點動控制

接觸器（或繼電器）利用其輔助觸點來維持線圈的得電狀態(tài)，稱為自鎖或自保。這個觸點稱為自鎖或自保觸點。

當按下停止按鈕SB1，由于SB1常閉觸點斷開，KM線圈失電，KM自保觸點斷開，由于啟動按鈕SB2未按下，SB2觸點斷開，因此，放開停止按鈕SB1后，KM線圈保持失電狀態(tài)。

點動控制是指操作者按下起動按鈕后，接觸器線圈得電，放開起動按鈕，接觸器線圈失電，如果接觸器的主觸點控制電動機，則點一下，電機動一下，如果不點則不動。

連續(xù)工作控制，也叫長動控制，采用如圖7.35啟動、自鎖與停止控制電路。與點動控制不同的是，用手按下按鈕接觸器線圈得電，放開起動按鈕，接觸器線圈保持得電狀態(tài)，如果接觸器的主觸點控制電動機，則點一下起動按鈕，電動機得電運行，當手松開后，由于接觸器常開輔助觸頭自鎖，電動機照樣得電運行，只有按下停止按鈕后電動機才會失電停止運行。圖7.36所示為點動控制、長動控制及點動、長動混合線路。點動控制與長動控制的區(qū)別是控制電路中控制電器通電后能否自鎖，及是否有自鎖觸點。圖7.36（a）是最基本的點動控制線路。圖7.36（b）為長動控制電路，與圖7.35不同，線路（b）采用中間繼電器KA實現(xiàn)點動與長動的控制。圖7.36（c）和（d）為點動長動混合控制，圖7.36（c）通過手動開關(guān)Q進行長動與點動控制，圖7.36（d）通過不同的按鈕分別實現(xiàn)點動和長動，但是此種點動運行要求SB3常閉觸點的閉合要滯后于KM常開觸點的斷開，因此，點動運行動作不夠可靠。7.3.3多點控制

多點控制電路也叫多地點控制電路，該電路中設(shè)置多套起動和停止按鈕，并安裝于設(shè)備的多個位置，使得無論操作哪個起動按鈕，均可實現(xiàn)電動機的起動，操作任何圖7.36點動控制、長動控制線路（a）點動控制（b）長動控制（c）點動長動混合控制（d）點動長動混合控制7.3.4聯(lián)鎖控制一個停止按鈕，均可使電動機停止運行。如圖7.37所示，多點控制電路具有如下特點，停止與起動按鈕成對出現(xiàn)，且起動按鈕的常開觸點并聯(lián)，停止按鈕的常閉觸點串聯(lián)。要想增加新的控制地點，只要并接常開控制按鈕和串接常閉控制按鈕即可。聯(lián)鎖控制也叫互鎖控制，是通過繼電器的觸點，制約有相互聯(lián)系動作的電路，以實現(xiàn)保護電器和操作者的目的。如圖7.38所示，圖中有三種聯(lián)鎖方式，第一種聯(lián)鎖方式如圖7.38（a）所示，是將按鈕的常開常閉觸點分別串入KM1、KM2的控制電路中，以實現(xiàn)按下SB1按鈕時，SB1常開觸點閉合，KM1得電，同時SB2的常閉觸點斷開，使得KM2線圈電路斷開，同樣，按下SB2，KM2線圈得電，KM1線圈失電，從而確保KM1、KM2線圈只能有一個線圈得電，這種電路通過按鈕的觸點實現(xiàn)互鎖的電路也叫機械聯(lián)鎖控制。圖7.37多點控制第二種聯(lián)鎖方式如圖7.38（b）所示，是通過兩個接觸器的常閉觸點分別串入對方的控制電路中，實現(xiàn)一個接觸器線圈得電時，而另一個接觸器線圈不可能得電，例如圖中KM2與KM1的互鎖控制，這種控制方式也叫電氣聯(lián)鎖。第三種聯(lián)鎖方式如圖7.38（c）所示，既包含機械聯(lián)鎖也包含電氣聯(lián)鎖方式。比較這三種聯(lián)鎖控制方式，圖7.38（a）中，假如KM2線圈處于得電狀態(tài)，按下SB1，則KM1得電，而KM2僅通過SB1的常閉觸點斷開，線路不能保證KM2失電后KM1才能得電；圖7.38（b）中，假如KM2線圈處于得電狀態(tài)，只有先按下SB3，使得KM2失電后，再按下SB1，接觸器KM1線圈才能得電；圖7.38（c）既包括機械聯(lián)鎖也包括電器聯(lián)鎖，假如KM2線圈處于得電狀態(tài)，按下SB1，SB1的常閉觸點斷開，使得KM2線圈失電，當KM2失電后，KM2常閉觸點閉合，KM1線圈才得電。圖7.38聯(lián)鎖控制電路7.3.5順序啟動控制圖7.39順序啟動控制電路

當控制設(shè)備對起動順序有要求時，需要通過電氣線路進行控制。圖7.39所示為最簡單的兩個電器順序起動控制基本電路。只有KM1得電，即KM1控制的設(shè)備起動，KM1常開觸點閉合，KM2接觸器線圈才可能得電，KM2控制的設(shè)備才能起動。7.4異步電動機的控制7.4.1異步電動機的啟動電路

異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，堅固耐用，價格便宜，維修方便等一系列優(yōu)點，在企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中廣泛引用，三相異步電動機的繼電器控制通常包括啟動控制、正反轉(zhuǎn)控制、制動及調(diào)速控制等。

在供電變壓器容量足夠大時，小容量三相異步電動機可以直接啟動，而當異步電動機功率大于7.5kW時，通常會采用降壓啟動的方式。1．采用接觸器直接啟動采用接觸器直接啟動的方式如圖7.40所示，圖中實現(xiàn)了對電動機的連續(xù)控制。對電動機實現(xiàn)點動控制和連續(xù)控制如圖7.36所示。圖7.40電動機連續(xù)運行控制線路

其中應(yīng)注意，為了保護電動機，線路中設(shè)置了相應(yīng)的保護環(huán)節(jié)。（1）短路保護

通過短路時熔斷器FU熔芯熔斷從而切斷電路電源實現(xiàn)保護。（2）過載及缺相保護

通過熱繼電器實現(xiàn)長期過載及缺相保護。（3）欠壓、失壓保護

通過接觸器KM的自鎖觸點來實現(xiàn)，當電源電壓由于某種原因而嚴重欠壓或失壓時，接觸器線圈失電，電動機停止，而當電源電壓恢復(fù)正常時，電動機保持停止狀態(tài)，直到操作者按下啟動按鈕才恢復(fù)正常運行。

由于具有欠壓失壓保護，使得線路具有了以下優(yōu)點：①防止電壓嚴重下降時電動機在重負載情況下的低壓運行；②避免電動機同時起動而造成電壓的嚴重下降；③防止電源電壓恢復(fù)時，電動機突然起動運轉(zhuǎn)，造成設(shè)備和人身事故。2．三相異步電動機降壓啟動三相異步電動機降壓降壓啟動的方法有定子繞組串電阻或串電抗器啟動、自耦變壓器降壓啟動、星—三角形啟動等。（1）定子繞組串電阻降壓啟動在電動機起動過程中，常在三相定子電路中串接電阻（電抗）來降低定子繞組上的電壓，從而限制起動電流。如圖7.41所示，閉合電源開關(guān)QS1、QS2，按起動按鈕SB2，接觸器KM1得電并自鎖，電動機定子串電阻啟動，同時時間繼電器KT線圈得電，開始延時，延時時間到，KT時間繼電器延時常開觸點閉合，KM2線圈得電，KM2主觸點閉合，將啟動電阻R切除，電動機啟動結(jié)束，電動機在額定電壓下正常運行。

（2）自耦變壓器降壓啟動在自耦變壓器降壓起動的控制線路中，限制電動機起動電流是依靠自耦變壓器的降壓作用來實現(xiàn)的。自耦變壓器降壓啟動方法控制線路對電網(wǎng)的電流沖擊小，損耗功率小，但自耦變壓器價格較高，因此，主要用于較大容量電動機的啟動。圖7.41定子串電阻降壓起動控制線路圖7.42電動機定子繞組串自耦變壓器啟動啟動時電動機接到自耦變壓器二次側(cè)，定子繞組電壓為自耦變壓器二次電壓。啟動完畢后，自耦變壓器切除，電動機在額定電壓下正常運行。其自動控制線路如圖7.42所示。（3）星—三角啟動星—三角啟動時，起動機繞組接成星型，則加在電動機每相繞組上的電壓為額定電壓的，從而減小了啟動電流。經(jīng)過設(shè)定時間后，電動機啟動繞組切換成三角型，電動機恢復(fù)在額定電壓下運行。該線路結(jié)構(gòu)簡單，但啟動轉(zhuǎn)矩隨電壓下降而下降為三角型連接時轉(zhuǎn)矩的1/3。星—三角型啟動控制電路如圖7.43所示。（4）轉(zhuǎn)子串電阻啟動繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子回路可以通過串入三相對稱電阻啟動，以限制啟動電流并增大電動機的啟動轉(zhuǎn)矩。對于繞線式異步電動機采用逐級切除啟動電阻的轉(zhuǎn)子串電阻分級啟動方法可使電機在整個啟動過程中獲得較大的啟動轉(zhuǎn)矩。圖7.44所示為通過延時繼電器實現(xiàn)電阻分級切除的控制線路。（5）軟啟動傳統(tǒng)的啟動方式雖然能減小啟動電流，但是在大電機啟動瞬間及電壓切換瞬間依然存在瞬時大電流沖擊。而對于類似離心機設(shè)備，啟動電流大、啟動轉(zhuǎn)矩大、啟動時間長，傳圖7.43電動機星-三角啟動控制線路圖7.44繞線式異步電動機串電阻啟動控制線路統(tǒng)的啟動方式在降低啟動電流的同時啟動轉(zhuǎn)矩也將降低，啟動時間延長，不能滿足工藝要求，同時啟動設(shè)備接觸器觸點帶載切換容易拉弧損壞，設(shè)備維護量大。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，一種新型的電機啟動設(shè)備——軟啟動器（固態(tài)軟啟動器）以其優(yōu)良的啟動、保護性能得到了廣泛的應(yīng)用，并將成為傳統(tǒng)啟動設(shè)備的替代產(chǎn)品。圖7.45所示為電機軟啟動（softstart）控制框圖，主電路由六只反并聯(lián)晶閘管組成，通過控制電路控制觸發(fā)脈沖的觸發(fā)角，從而控制晶閘管的導(dǎo)通角，控制軟啟動器輸出電壓，使電動機的啟動電流按要求的規(guī)律變化。圖7.46為西門子SIKOSTART3RW34軟啟動器方框圖。異步電動機軟啟動的啟動方式包括斜坡電壓軟啟動、恒流軟啟動、脈沖恒流軟啟動、斜坡恒流軟啟動等，軟啟動與前面介紹的降壓啟動、轉(zhuǎn)子串電阻啟動等相比有以下優(yōu)點：（1）啟動電流小，對電網(wǎng)無沖擊電流，減小負載的機械沖擊；（2）啟動電壓及其上升斜率、啟動時間可根據(jù)負載進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)電機平穩(wěn)啟動；圖7.45電動機軟啟動控制框圖（3）可實現(xiàn)電動機軟停車、軟制動以及短路保護、缺相保護、過熱保護、欠壓保護等；（4）電動機輕載或空載時，輸出電壓能隨負載而變化，實現(xiàn)節(jié)能運行。而軟啟動的缺點則是：（1）啟動過程中的諧波對電網(wǎng)產(chǎn)生影響；（2）當重載或滿負荷運轉(zhuǎn)時，啟動轉(zhuǎn)矩大于額定轉(zhuǎn)矩60%的拖動系統(tǒng)，啟動電流大，軟啟動器容量大，成本高。圖7.46西門子SIKOSTART3RW34軟啟動器方框圖（3）可實現(xiàn)電動機軟停車、軟制動以及短路保護、缺相保護、過熱保護、欠壓保護等；（4）電動機輕載或空載時，輸出電壓能隨負載而變化，實現(xiàn)節(jié)能運行。而軟啟動的缺點則是：（1）啟動過程中的諧波對電網(wǎng)產(chǎn)生影響；（2）當重載或滿負荷運轉(zhuǎn)時，啟動轉(zhuǎn)矩大于額定轉(zhuǎn)矩60%的拖動系統(tǒng)，啟動電流大，軟啟動器容量大，成本高。另外，變頻器同樣具有優(yōu)良的軟啟動性能，采用調(diào)頻調(diào)壓方式，可實現(xiàn)無過流軟啟動，可在限流的同時得到較大的啟動轉(zhuǎn)矩，適用于各種類型負載的啟動，并具有軟停車、調(diào)速、保護等功能，但是變頻器的成本比軟啟動器高，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，價格的下降，變頻器將擁有非常廣闊的前景。7.4.2異步電動機的正反轉(zhuǎn)控制電路在實際生產(chǎn)中，常常要求生產(chǎn)機械改變運動方向，如工作臺前進、后退，電梯上升、下降等，因此，要求控制異步電動機正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，即電動機可逆運行。電動機可逆運行控7.4.3異步電動機的制動電路制線路，實質(zhì)上是兩個方向相反的單向運行電路的組合。如圖7.47所示，圖7.47（a）、圖7.47（b）分別為“正—?！础笔謩涌刂齐娐泛团c“正—反—?！笔謩涌刂齐娐贰．旊妱訖C的電磁轉(zhuǎn)矩T的方向與轉(zhuǎn)速的方向相反時，電動機處于制動狀態(tài)。其目的是使電動機轉(zhuǎn)速從某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速迅速降為零（停車）或使電動機產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩相平衡，使電動機的下降轉(zhuǎn)速保持恒定。三相異步電動機的制動方法有機械制動和電氣制動。電氣制動包括能耗制動、反接制動、回饋制動三種。1．異步電動機反接制動控制異步電動機反接制動是利用改變電動機電源相序，使定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反，從而產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩。反接制動應(yīng)注意，當電動機轉(zhuǎn)速接近零時，須立即切斷電源，否則電動機會繼續(xù)反轉(zhuǎn)；另外，反接制動時，電動圖7.47異步電動機正反轉(zhuǎn)控制線路（a）正、停、反控制電路（b）正、反、停電路機轉(zhuǎn)子輸入機械功率而轉(zhuǎn)換成的電功率和從電源輸入的電功率都消耗在轉(zhuǎn)子電路的電阻上，此時反接制動電流相當于全電壓直接啟動時電流的2倍，因此，電機轉(zhuǎn)子回路必須串入較大電阻R，以限制制動電流，防止電機轉(zhuǎn)子繞組因電流過大而過熱燒毀。定子電路串接限流電阻的方式有對稱電阻接法和不對稱電阻接法，如圖7.48所示。（1）異步電動機單向運行反接制動異步電動機單向運行反接制動線路如圖7.49所示，采用與電動機同軸相連的速度繼電器進行控制，當速度低于100r/min時，速度繼電器觸點復(fù)位，在速度達到120～3000r/min時，速度繼電器觸點動作。（2）異步電動機可逆運行反接制動電動機可逆運行時反接制動控制線路如圖7.50所示。圖7.50（a）中KS-Z和KS-F為速度繼電器的兩組常開觸點，正轉(zhuǎn)時KS-Z閉合，反轉(zhuǎn)時KS-F閉合。按下按鈕SB2，接觸器KM1得電并自鎖，KM1主觸點閉合，電動機正向運行，速度繼電器觸點KS-Z常開觸點閉合、常閉觸點斷開，為反接制動做（a）對稱電阻接法

（b）不對稱電阻接法圖7.48三相異步電動機反接制動電阻接法圖7.49異步電動機單向運行反接制動線路準備，按下停止按鈕SB1，接觸器KM1失電，KM1常開觸點斷開，常閉觸點閉合，由于慣性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速依然較高，速度繼電器觸點KS-Z常開觸點閉合、常閉觸點斷開，接觸器KM2得電，KM2主觸點閉合，電動機進入反接制動狀態(tài)。當轉(zhuǎn)速接近于零時，KS-Z常開觸點斷開，然后常閉觸點閉合，接觸器KM2線圈失電，制動過程結(jié)束。同理，電動機反轉(zhuǎn)時，通過速度繼電器KS-F觸點可實現(xiàn)電動機反接制動。實際工作中異步電動機可逆運行反接制動控制線路采用圖7.50（b）線路，這是因為圖（a）線路存在安全隱患，當停車檢修時，如果人為轉(zhuǎn)動電動機轉(zhuǎn)子，只要電動機轉(zhuǎn)速大于100r/min，則速度繼電器觸點KS-Z或KS-F可能閉合，使得KM1或KM2接觸器線圈得電，KM1或KM2主觸點閉合，電動機電源接入，電動機異常起動，引起事故。圖7.50（b）線路增加正轉(zhuǎn)按鈕SB2、和反轉(zhuǎn)按鈕SB3的觸點的機械聯(lián)鎖，可實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的直接切換。同時，通過增加中間繼電器KA，利用KA常開觸點使得設(shè)備在未啟動時，速度繼電器觸點KS-Z或KS-F的閉合不會造成接觸器KM1和KM2意外得電，從而確保設(shè)備的安全。圖7.50異步電動機可逆運行時反接制動控制線路2．異步電動機能耗制動控制異步電動機能耗制動時在切斷定子繞組交流電源后，在定子繞組任意兩相通入直流電流，形成一個固定磁場，利用轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流與靜止磁場的作用產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)制動。制動結(jié)束必須及時切除直流電源。異步電動機能耗制動有電動機單向運行能耗制動和電動機可逆運行能耗制動控制，有采用時間繼電器控制和采用速度繼電器控制不同的形式。其中采用速度繼電器控制的單向能耗制動控制線路如圖7.51所示。按下啟動按鈕SB2，接觸器KM1得電自鎖，電動機運行。按下停止按鈕SB1，接觸器KM1線圈失電，KM1主觸點斷開，切斷電動機三相交流電源。此時，由于慣性，電動機轉(zhuǎn)子的速度依然很高，速度繼電器KS常開觸點閉合，接觸器KM2線圈得電，KM2主觸點閉合，接通整流裝置，電動機定子繞組接入直流電源，開始能耗制動。當電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近于零時，速度繼電器KS常開觸點斷開，接觸器KM2失電，KM2常開觸點斷開，切除直流電源，能耗制動結(jié)束。圖7.51按速度原則控制的單向能耗制動控制線路3．電磁抱閘制動控制線路電磁抱閘制動是機械制動，通過電磁制動閘緊緊抱緊與電動機同軸的制動輪來實現(xiàn)制動。電磁抱閘制動又分為斷電電磁抱閘制動和通電電磁抱閘制動。圖7.52為斷電電磁抱閘制動控制線路。如圖7.52所示，按下停止按鈕SB2，則KM1和KM2失電，電動機電源切除，電磁鐵電源切除，在彈簧作用下，制動閘壓緊制動輪，從而使電動機迅速停車。7.4.4雙速異步電動機的調(diào)速控制由異步電動機轉(zhuǎn)速公式可知，當轉(zhuǎn)差率s及電動機電源頻率f1不變時，改變異步電動機的定子繞組的極對數(shù)p可以改變電動機的同步轉(zhuǎn)速及在一定負載下的穩(wěn)定運行轉(zhuǎn)速。變極調(diào)速只適用于鼠籠式異步電動機，須采用專用變速電動機。三相鼠籠式異步電動機定子繞組極對數(shù)的改變是通過改變繞組的接線方式實現(xiàn)的。以單相繞組為例，如圖7.53（a）所示，A相定子繞組的兩個線圈頭尾相連（正向串聯(lián)）時，由右手定則可判斷，具有四個磁極，即；如圖7.53（b）所示，將兩個線圈尾尾相接，即將兩個線圈反向串聯(lián)，再通入電流時，定子繞組具有兩個磁極，即；如圖7.53（c）所示，將兩個線圈首尾相接，即兩個線圈反向并聯(lián)，再通入電流時，定子繞組也具有兩個磁極，即。由此可見，三相鼠籠式異步電動機的定子繞組，若把每相繞組中一半線圈的電流改變方向，即半相繞組反向，則可成倍地改變定子極對數(shù)，同時成倍改變同步轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)電動機的調(diào)速。在進行變極調(diào)速時，為了保證改變定子繞組接線方式后電動機的轉(zhuǎn)向不變，還須改變定子繞組（或電源）的相序。雙速電動機三相定子繞組接線示意圖如圖7.54所示，圖7.54（a）變更電動機定子繞組△/YY接線，△接線電動機四極，轉(zhuǎn)速較低；YY接線電機兩極，轉(zhuǎn)速較高。圖7.54（b）變更電動機定子繞組Y/YY接線，Y接線電動機四極，轉(zhuǎn)速較低；YY接線電機兩極，轉(zhuǎn)速較高。圖7.52斷電電磁抱閘制動控制線路圖7.53定子繞組變極原理圖圖7.54雙速電動機定子繞組接線示意圖（a）△/YY變換

（b）Y/YY變換雙速異步電動機調(diào)速控制線路如圖7.55所示。雙投開關(guān)打向低速，接觸器KM3得電，電動機Δ運行；雙投開關(guān)打向高速，接觸器KM3得電，電動機Δ低速運行，時間繼電器KT開始延時，延時時間到，則KT延時閉合常開觸點閉合，延時斷開常閉觸點斷開，使得KM3失電后，KM2得電，KM2常開觸點閉合，KM1得電，電動機YY連接，高速運行。圖7.55雙速電動機調(diào)速控制線路7.5異步電動機的調(diào)速7.5.1電氣調(diào)速概述隨著電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)的發(fā)展，交流電動機的調(diào)速也取得了很大的進展，尤其是變頻調(diào)速的發(fā)展，使得三相異步電動機調(diào)速在許多領(lǐng)域得以廣泛的應(yīng)用。電氣調(diào)速是指在電力拖動系統(tǒng)中人為地改變電動機的轉(zhuǎn)速，以滿足生產(chǎn)機械的不同轉(zhuǎn)速要求。調(diào)速是通過改變電動機的參數(shù)或電源電壓等方法來改變電動機的機械特性，從而改變它與負載機械特性的交點，使得電動機的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速改變。電氣調(diào)速主要包括調(diào)速范圍、調(diào)速平滑性、靜差率和調(diào)速的經(jīng)濟性幾個指標。7.5.2交流調(diào)速根據(jù)三相異步電動機的轉(zhuǎn)速表達式

（7.1）三相異步電動機的調(diào)速方法大致可分為以下幾類。（1）改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速，包括改變定子電壓調(diào)速、電磁離合器調(diào)速、轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速、串級調(diào)速；（2）改變電動機定子極對數(shù)，變極調(diào)速；（3）改變定子電源頻率，變頻調(diào)速；1．電磁離合器調(diào)速圖7.56所示為電磁離合器，也叫滑差離合器，當繞組內(nèi)有電流通過時，在電樞與感應(yīng)子之間便有磁通相鏈，如圖中虛線所示。當異步電動機帶動電樞旋轉(zhuǎn)時，電樞便以相應(yīng)的轉(zhuǎn)速在感應(yīng)子所建立的磁場內(nèi)旋轉(zhuǎn)，于是電樞的各點上磁通處在不斷重復(fù)的變化之中，根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知，電樞上將出現(xiàn)感應(yīng)電動勢，在此感應(yīng)電動勢的作用下，電樞內(nèi)將出現(xiàn)渦流，渦流與感應(yīng)子磁場產(chǎn)生相互作用力，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。電磁離合器調(diào)速只有電樞與感應(yīng)子間存在轉(zhuǎn)速差，才產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。電磁離合器調(diào)速線路圖如圖7.57所示。圖7.56滑差離合器示意圖圖7.57電磁離合器調(diào)速控制線路圖2．降低定子電壓調(diào)速三相異步電動機降低定子電源電壓同步轉(zhuǎn)速n1不變，臨界轉(zhuǎn)差率sm不變，最大電磁轉(zhuǎn)矩Tm與電源電壓的平方成比例變化。當電動機拖動恒轉(zhuǎn)矩負載時，降低電源電壓可以降低轉(zhuǎn)速，但是只能在機械特性的直線段調(diào)速，即0<s<sm部分。調(diào)速范圍很小，沒有多大實用價值。當電動機拖動泵類負載時，降壓調(diào)速可獲得較好的調(diào)速效果，可在機械特性的0<s<1部分調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。但應(yīng)注意低速時功率因數(shù)低，過電流，電機發(fā)熱的問題。為了既能滿足靜差率、調(diào)速范圍的要求，又能克服硬度低和過載能力差的問題，可采用如圖7.58（a）所示的轉(zhuǎn)速負反饋降壓調(diào)速閉環(huán)控制系統(tǒng)。調(diào)壓裝置一般由電力電子器件組成。u反映給定轉(zhuǎn)速，un反映電機轉(zhuǎn)速，偏差電壓Δu=u-u。如圖7.58（b）所示，系統(tǒng)穩(wěn)定運行于A點，當某種原因使負載轉(zhuǎn)矩增大，轉(zhuǎn)速下降，如果沒有閉環(huán)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)將由A點下降并穩(wěn)定運行于C點，可見，轉(zhuǎn)速變化很大。采用閉環(huán)控制系統(tǒng)后，由于電機轉(zhuǎn)速的下降使un減小，偏差電壓增大，并經(jīng)過速度調(diào)節(jié)器ASR、觸發(fā)器GT的控制，使晶閘管的控制角減小，調(diào)壓裝置的輸出電壓增大，使電動機穩(wěn)定運行于B點，可見轉(zhuǎn)速下降減小了很多，電機特性的硬度得到了提高。圖7.58轉(zhuǎn)速負反饋降壓調(diào)速閉環(huán)控制系統(tǒng)3．串極調(diào)速異步電動機的串級調(diào)速，就是在異步電動機轉(zhuǎn)子電路內(nèi)引入感應(yīng)電動勢，以調(diào)節(jié)異步電動機的轉(zhuǎn)速。引入電動勢的方向，可與轉(zhuǎn)子電動勢方向相同或相反，其頻率則與轉(zhuǎn)子頻率相同。串級調(diào)速系統(tǒng)具有機械特性較硬、調(diào)速范圍寬、平滑性好、轉(zhuǎn)差功率損耗小、效率高等優(yōu)點，但是控制設(shè)備復(fù)雜、成本高，一般適用于大功率繞線式異步電動機的調(diào)速，如大容量的風(fēng)機、提升機等泵類負載。如圖7.59所示，異步電動機轉(zhuǎn)子電動勢經(jīng)過三相不可控整流裝置整流，輸出直流電壓Ud，經(jīng)過平波電抗器L加到逆變裝置，通過逆變器將經(jīng)整流裝置整流后輸出的電動機轉(zhuǎn)差功率逆變成交流電壓，經(jīng)逆變變壓器TI回饋至電網(wǎng)，同時該逆變器還提供一可調(diào)的直流輸出電壓Ui作為調(diào)速所需的轉(zhuǎn)子附加電壓。圖7.59交直交變頻器串級調(diào)速系統(tǒng)4．繞線轉(zhuǎn)子串電阻的調(diào)速三相異步電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻的人為機械特性是一組同步轉(zhuǎn)速n1、最大轉(zhuǎn)矩Tm不變，臨界轉(zhuǎn)差率sm與轉(zhuǎn)子回路電阻成正比的曲線，如圖7.60所示。電動機拖動恒轉(zhuǎn)矩負載時，轉(zhuǎn)子回路串入電阻增大（R1<R2<R3）時，電機的轉(zhuǎn)差率越大（sA<sB<sC），電機轉(zhuǎn)速越低。串電阻調(diào)速控制電路與圖7.44電路圖相同，僅電阻取值不同。圖7.60繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速7.5.3交流電動機的變頻調(diào)速隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器（FrequencyConverter）的性能日趨完善，價格也越來越便宜，同時由于其在異步電動機調(diào)速系統(tǒng)中性能最好、效率最高、節(jié)能等突出優(yōu)勢，使其成為交流調(diào)速系統(tǒng)的主要研究以及發(fā)展的方向，并已廣泛應(yīng)用于化工、紡織、制造等領(lǐng)域。三相異步電動機轉(zhuǎn)速式

（7.1）當極對數(shù)不變，轉(zhuǎn)差率變化不大時，，因此，連續(xù)改變?nèi)喈惒诫妱訖C電源頻率可實現(xiàn)對三相異步電動機的平滑調(diào)速。額定頻率稱為基頻，變頻調(diào)速包括從基頻向下變頻調(diào)速和從基頻向上變頻調(diào)速兩種情況。如圖7.61為牽引機電氣控制原理圖，牽引機是生產(chǎn)線上常見的設(shè)備，它在各設(shè)備之間輸送零件，并保證前后級設(shè)備之間合適的牽引力。其工作原理如下。圖7.61牽引機電氣控制原理圖按下啟動按鈕SB1，中間繼電器KA得電自保，控制箱散熱風(fēng)扇FS啟動，同時KA常開觸點閉和，啟動變頻器控制電機正轉(zhuǎn)；按下停止按鈕，繼電器KA線圈失電，KA常開觸點斷開，電機正常停止。按下點動按紐SB2，同樣控制變頻器FWD端子輸入信號，手動控制牽引電機的正轉(zhuǎn)。按下急停按紐SB4，則KA失電，KA常開觸點斷開，同時X1端子的常開觸點SB4閉合并自鎖，電機停車。當電機發(fā)生異常情況，TA—TB常閉觸點斷開，同樣使繼電器失電，確保牽引機安全工作。SA為手動調(diào)速和自動調(diào)速轉(zhuǎn)換，手動調(diào)速時通過電位器VR2進行調(diào)速，自動調(diào)速時，通過前方擺桿上的電位器進行調(diào)速，當前方的零件送出速度較快時，擺桿下降，從而帶動擺桿上的電位器，使電位器中心抽頭的電壓升高，從而調(diào)節(jié)牽引機的速度，實現(xiàn)前后設(shè)備的協(xié)調(diào)。當牽引機牽引鋼帶類零件時，假如零件發(fā)生拱起觸碰到行程開關(guān)SL，或當變頻器異常時（TA、TB觸點斷開），則牽引機停止。7.6.1設(shè)計的基本原則、內(nèi)容和程序7.6控制電路的設(shè)計在對控制電路進行設(shè)計前，應(yīng)了解被控對象、生產(chǎn)工藝，以及安全等環(huán)節(jié)，確定控制方案，進行控制器件的選擇，以及控制系統(tǒng)的工藝設(shè)計。設(shè)計中應(yīng)注意設(shè)計原則，使得電氣控制設(shè)計既要滿足生產(chǎn)機械及生產(chǎn)工藝的要求，也要滿足電氣控制設(shè)備的制作、使用及維護的要求。電氣控制的對象繁多，控制工藝要求不同，控制方案也不同，但電氣控制設(shè)計的基本原則、內(nèi)容和程序基本相同。1．電氣控制設(shè)計基本原則（1）電氣控制線路要能最大限度滿足生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)工藝的要求。（2）設(shè)計方案合理。在滿足要求的前提下盡量簡化線路，力求簡單、經(jīng)濟，便于操作和維護。例如圖7.62（a）用了兩個KA5，可以通過合并同類觸點來減少觸點數(shù)目，圖7.62（b）只用了一個KA5，實現(xiàn)了同樣的控制；如圖7.63（a）所示，SQ位置不合理，從控制柜到外部行程開關(guān)的導(dǎo)線有四根，而經(jīng)過調(diào)整如圖7.63（b）所示的電路，從控制柜到外部行程開關(guān)的導(dǎo)線只需三根，從而節(jié)省了導(dǎo)線。圖7.62合并同類觸點圖7.63節(jié)省連接導(dǎo)線（3）盡量選用標準、廣泛采用并經(jīng)過長期使用的控制環(huán)節(jié)，同時要注意觸點的等電位布置。（4）合理選用元器件。（5）確保控制系統(tǒng)安全可靠。2．電氣控制設(shè)計的基本內(nèi)容電氣控制設(shè)計的基本任務(wù)是根據(jù)控制要求設(shè)計和編制出控制設(shè)備在制造、使用和維護過程中所必須的圖紙和資料。包括電氣原理圖、元件布置圖、安裝接線圖、電氣箱圖、控制面板圖、設(shè)備說明書等。電氣控制設(shè)計的主要內(nèi)容包括電路原理圖設(shè)計和工藝設(shè)計兩部分。以電力拖動控制系統(tǒng)為例，電路原理圖設(shè)計內(nèi)容包括：（1）擬定電氣設(shè)計任務(wù)書；（2）確定電力拖動控制方案并選擇電動機類型、電壓等級、容量、轉(zhuǎn)速及型號；（3）設(shè)計并繪制電氣原理圖，計算主要技術(shù)參數(shù)；（3）選擇電器元件，制定元件明細表；（4）編寫設(shè)計說明書。工藝設(shè)計內(nèi)容包括：（1）設(shè)計電氣總布置圖、總安裝圖及總接線圖；（2）設(shè)計組件布置圖、安裝圖和接線圖；（3）設(shè)計電氣箱、操作臺和安裝支架等；（4）元件清單；（5）編寫使用維護說明書。3．電氣控制設(shè)計的基本程序（1）擬定設(shè)計任務(wù)書。設(shè)計任務(wù)書包括設(shè)備名稱、用途、結(jié)構(gòu)、工藝要求、電力拖動方式及控制要求等；同時也包括對設(shè)備的安全性能如聯(lián)鎖和保護等，以及自動化程度、抗干擾性能、操作臺、照明、信號指示等要求，并對設(shè)備的驗收標準等進行明確。設(shè)計任務(wù)書是電氣控制設(shè)計的依據(jù)，以及最終設(shè)備竣工驗收的依據(jù)。（2）電力拖動方案的確定，包括拖動方式、調(diào)速方案的選擇；（3）拖動電動機的選擇，包括類型、容量、額定電壓與額定轉(zhuǎn)速等的選擇；（4）選擇控制方式，滿足工藝要求；（5）設(shè)計電氣控制原理圖，選擇元器件；（6）設(shè)計電氣設(shè)備施工圖紙；（7）編寫設(shè)計、使用、維護說明書。7.6.2電力拖動方案確定原則和電動機的選擇1．電力拖動方案確定電力拖動方案的確定是根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，生產(chǎn)機械結(jié)構(gòu)，運動部件數(shù)量、運動要求、負載特性、調(diào)速要求以及投資額等條件，確定電動機的類型、數(shù)量、拖動方式，擬定電動機的啟動、運行、調(diào)速、轉(zhuǎn)向、制動等控制要求。電力拖動方案是電氣原理圖設(shè)計及電器元件選擇的依據(jù)。（1）拖動方式的選擇電力拖動方式的選擇應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝要求、生產(chǎn)機械結(jié)構(gòu)等確定電動機數(shù)量，確定電力拖動方式是獨立拖動方式還是集中拖動方式，應(yīng)按照縮短機械傳動鏈、提高傳動效率、簡化總體結(jié)構(gòu)的原則進行選擇。（2）調(diào)速方案的選擇調(diào)速方案的選擇與具體機械設(shè)備的要求及應(yīng)用場合有關(guān)，例如一般沒有特殊要求的中小型設(shè)備，可以選擇簡單、經(jīng)濟的三相鼠籠異步電動機；對于加工精度要求較高的精密機械設(shè)備則采用無級調(diào)速方案。（3）適應(yīng)負載特性選擇電動機調(diào)速方案時，要考慮具體負載特性，例如恒功率特性或恒轉(zhuǎn)矩特性，使電動機調(diào)速特性與負載特性相適應(yīng)。2．電動機的選擇電動機的選擇包括電動機類型、容量、數(shù)量、額定電壓與額定轉(zhuǎn)速等的選擇，并確定具體電動機型號。電動機選擇的原則如下。（1）根據(jù)生產(chǎn)機械對調(diào)速的穩(wěn)定性、調(diào)速范圍、動態(tài)性能等的要求選擇電動機的類型。（2）根據(jù)工作環(huán)境選擇電動機的結(jié)構(gòu)形式、絕緣等級等。（3）根據(jù)機械負載和設(shè)備工作方式，正確選擇電動機容量，使電動機容量得到充分利用。（4）根據(jù)使用地點的電源電壓確定電動機電壓。1．控制線路設(shè)計控制線路的設(shè)計要綜合考慮各方案的性能，設(shè)備投資、使用周期、維護檢修、發(fā)展等因素。常用的控制線路設(shè)計方法有經(jīng)驗設(shè)計法和邏輯設(shè)計法。7.6.3控制線路的設(shè)計及元件選擇（5）在滿足設(shè)計要求的前提下，優(yōu)先選擇結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜的交流異步電動機。電動機容量的計算有分析計算法、統(tǒng)計類比法兩種方法。電動機容量的選擇應(yīng)考慮以下幾個方面：（1）拖動長期工作制、恒定負載的電動機，電動機額定功率大于或等于負載所需功率；（2）拖動長期工作制、變動負載的電動機，電動機額定功率應(yīng)在最大負載時滿足負載所需功率，且電動機溫升不超過允許值；（3）拖動短時工作制負載的電動機，應(yīng)按照電動機過載能力來選擇；（4）拖動重復(fù)短時工作制負載的電動機，電動機額定功率原則上可按一個工作循環(huán)內(nèi)的平均功耗來選擇。（1）經(jīng)驗設(shè)計法經(jīng)驗設(shè)計法又稱為一般設(shè)計法或分析設(shè)計法。一般用于不太復(fù)雜的電氣控制線路的設(shè)計。要求設(shè)計者具有豐富的實際設(shè)計經(jīng)驗，根據(jù)生產(chǎn)機械工藝要求，采用典型基本環(huán)節(jié)電路，進行合理組合、補充和修改，獲得綜合控制線路；或者根據(jù)實際生產(chǎn)機械工藝要求進行設(shè)計、分析、畫圖、審查和修改，得到滿足要求的控制線路。（2）邏輯設(shè)計法利用邏輯代數(shù)