電機及電氣控制技術教案：第15講

****學院單元教學設計****學年第**學期課程名稱：電機與電氣控制技術授課班級：****任課教師：所在系部及教研室：研室

第15講標題：三相籠型異步電動機直接起動控制電路（2學時）授課班級上課時間上課地點多媒體教室教學目的掌握正反轉控制電路的工作原理，尤其是自鎖、互鎖的概念。教學目標能力（技能）目標知識目標能正確分析單向旋轉電路和可逆旋轉電路的工作原理；能正確對單向旋轉電路和可逆旋轉電路的電氣故障進行分析和判斷，并排除其故障。了解三相籠型異步電動機直接起動的條件；掌握自鎖、互鎖等概念以及實現(xiàn)方法；掌握機械互鎖和電氣互鎖的概念以及實現(xiàn)方法；掌握過載、短路、欠壓、失壓（零壓）保護等概念以及實現(xiàn)方法；掌握限位保護的概念以及實現(xiàn)方法。。重點難點及解決方法重點：自鎖、互鎖及其實現(xiàn)難點：自動往返控制電路的工作原理解決方法：實例分析法分析其工作過程參考資料【步驟一】說明主要教學內容、目的（時間：3分鐘）反轉控制電路的工作原理，尤其是自鎖、互鎖的概念?！静襟E二】新知識講解（時間：80分鐘）一、單向旋轉直接起動及其控制電路圖3-10是三相籠型異步電動機起動時的機械特性，從圖上可以看出，電動機定子繞組加正向（正相序）電壓時，從A點開始起動，沿特性逐漸加速至B點時，電動機拖動力矩與其所拖動的負載力矩（TL）相等，電動機穩(wěn)定運行在B點。如果給三相籠型異步電動機的定子繞組加反向（反相序）電壓，則電動機反向起動并運行。因此，三相籠型異步電動機單向旋轉直接起動只需要給電動機加合適相序的電壓即可。圖3-11為三相籠型異步電動機直接起動單方向旋轉控制電路。它由電源開關QS、熔斷器FU1、交流接觸器KM的主觸頭，熱繼電器FR的熱元件與電動機M構成主電路。由起動按鈕SB1、停止按鈕SB2、交流接觸器KM的線圈及其常開輔助觸頭、熱繼電器FR的常閉觸頭和熔斷器FU2構成控制回路。1.控制電路的工作原理當電動機M需要起動時，先合上電源開關QS，引入三相電源，此時電動機M尚未接通電源。按下起動按鈕SB1，交流接觸器KM的線圈得電，使銜鐵吸合，同時帶動接觸器KM的三對主觸頭閉合，電動機M便接通電源直接起動運轉。與此同時與SB1并聯(lián)的接觸器常開輔助觸頭KM閉合，使接觸器KM的線圈經兩條路徑通電。這樣，當松開按鈕SB1時，按鈕在復位彈簧的作用下恢復斷開，接觸器KM的線圈仍可通過KM常開輔助觸頭通電，從而保持電動機的連續(xù)運行。像這種當松開起動按鈕SB1后，接觸器KM通過其常開輔助觸頭而使線圈保持通電的作用叫做自鎖，與起動按鈕SB1并聯(lián)起自鎖作用的常開輔助觸頭叫自鎖觸頭。要使電動機M停止運轉，只需按下停止按鈕SB2，將控制電路（即接觸器線圈回路）切斷，這時接觸器KM斷電釋放，KM的三相常開主觸頭恢復斷開，切斷三相電源，電動機M失電停止運轉。當松開按鈕后，SB2的常閉觸頭在復位彈簧作用下，雖又恢復到原來的常閉狀態(tài)，但此時接觸器的自鎖觸頭在線圈失電后也已恢復斷開，所以不再提供通電路徑，即接觸器線圈已不再能依靠自鎖觸頭通電。此處有修改此處有修改2.電路的保護環(huán)節(jié)（1）短路保護熔斷器FU作為電路的短路保護。（2）過載保護熱繼電器FR作為電路的過載保護。（3）欠壓保護“欠壓”是指電路電壓低于電動機應加的額定電壓。“欠壓保護”是指當電路電壓下降到某一數(shù)值時，電動機能自動脫離電源停轉，避免電動機在電壓不足的狀態(tài)下運行而損壞。接觸器自鎖控制電路即可避免電動機欠壓運行。因為當電路電壓下降到一定值（一般指低于額定電壓85%以下）時，接觸器線圈兩端的電壓也同樣下降到此值，從而使接觸器線圈磁通減弱，產生的電磁吸力減小。當電磁吸力減小到小于反作用彈簧的拉力時，動鐵心被迫釋放，主觸頭、自鎖觸頭同時分斷，自動切斷主電路和控制電路，電動機失電停轉，達到了欠壓保護的目的。（4）失壓（也叫零壓）保護失壓保護是指電動機在正常運行中，由于外力某種原因引起突然斷電時，能自動切斷電動機電源，當重新供電時，保證電動機不能自行起動的一種保護。接觸器自鎖控制電路可實現(xiàn)失壓保護。因為接觸器自鎖觸頭和主觸頭在電源斷電時已經斷開，使控制電路和主電路都不能接通，所以在電源恢復供電時，電動機就不會自行起動運轉，保證了人身和設備的安全?？刂齐娐肪邆淝?、失壓保護能力以后，有以下三個方面的優(yōu)點：第一，防止電壓嚴重下降時電動機低壓運行；第二，避免電動機同時起動而造成電壓的嚴重下降；第三，防止電源電壓恢復時，電動機突然起動運轉造成設備和人身事故。二、可逆旋轉控制電路在生產加工過程中，往往要求電動機能夠實現(xiàn)可逆運行，即正、反轉，如機床工作臺的前進與后退；萬能銑床主軸的正轉與反轉；起重機的上升與下降等等。由電動機的原理可知，若改變通入電動機定子繞組的三相電源相序，即把接入電動機三相電源進線中的任意兩根對調接線時，電動機就可以反轉。所以可逆運行控制電路實質上是兩個方向相反的單向運行電路，但為了避免誤動作引起電源相間短路，又在這兩個相反方向的單向運行電路中加設了必要的聯(lián)鎖。按照電動機可逆運行操作順序的不同，有“正—?！础焙汀罢础！眱煞N控制電路。1.電動機“正—?！础笨刂齐娐冯妱訖C“正—?！础笨刂齐娐分傅氖请妱訖C改變運行方向時，必須首先按下停止按鈕，然后再按反向起動按鈕。接觸器聯(lián)鎖的正反轉控制電路便是電動機“正—?！础笨刂齐娐罚鐖D3-12所示。電路中采用兩個接觸器，即正轉用的KM1和反轉用的KM2。它們分別由正轉按鈕SB1和反轉按鈕SB2控制。從主電路中可以看出，這兩個接觸器的主觸頭所接通的電源相序不同，KM1按L1—L2—L3相序接線。KM2則按L3—L2—L1相序接線，對調了兩相的相序。必須指出，接觸器KM1和KM2的主觸頭絕對不允許同時閉合，否則將造成兩相電源（L1相和L3相）短路事故。為了保證一個接觸器得電動作時，另一個接觸器不能得電動作，在正轉控制電路中串接了反轉接觸器KM2的常閉輔助觸頭，而在反轉控制電路中串接了正轉接觸器KM1的常閉輔助觸頭，利用兩個接觸器的常閉觸頭KM1、KM2起相互控制作用，即一個接觸器通電時，利用其常閉輔助觸頭的斷開來鎖住對方線圈的電路。這種利用兩個接觸器的常閉輔助觸頭互相控制的方法叫做聯(lián)鎖（或互鎖），而兩對實現(xiàn)聯(lián)鎖作用的常閉輔助觸頭稱為聯(lián)鎖觸頭（或互鎖觸頭）。利用電器常閉觸頭實現(xiàn)的聯(lián)鎖（或互鎖）稱為電氣聯(lián)鎖（或互鎖）。電路工作時，先合上電源開關QS。正轉時，先按下按鈕SB1，接觸器KM1線圈得電，根據接觸器觸頭的動作順序可知，其常閉輔助觸頭先斷開，切斷KM2線圈回路，起到聯(lián)鎖作用，然后KM1自鎖觸頭閉合，同時KM1主觸頭閉合，電動機M起動正轉運行。若想反轉時，必須先按下停止按鈕SB3，使KM1線圈失電，KM1的常開主觸頭斷開，電動機M失電停轉，KM1的常開輔助觸頭斷開，解除自鎖；KM1的常閉輔助觸頭恢復閉合，解除對KM2的聯(lián)鎖。然后再按下起動按鈕SB2，KM2線圈得電，KM2的常閉輔助觸頭斷開對KM1聯(lián)鎖，KM2的常開主觸頭閉合，電動機M起動反轉運行，KM2的常開輔助觸頭閉合自鎖。需要停止時，按下停止按鈕SB3，控制電路失電，KM1（或KM2）主觸頭斷開，電動機M失電停轉。從以上分析可知，接觸器聯(lián)鎖正反轉控制電路存在明顯有缺點，即電動機改變轉向時，必須先按下停止按鈕后，才能按反轉起動按鈕。為克服電路的不足，可采用電動的“正—反—停”控制電路。2.電動機“正—反—?！彪娐冯妱訖C“正—反—停”電路有兩種典型電路。（1）按鈕聯(lián)鎖的正反轉控制電路圖3-13所示為按鈕聯(lián)鎖的正反轉控制電路。這種控制電路的工作原理與接觸器聯(lián)鎖的正反轉控制電路的工作原理基本相同，只是把接觸器的常閉聯(lián)鎖觸頭換成了復合按鈕的常閉觸頭，這種電路當電動機從正轉改變?yōu)榉崔D時，可直接按下反轉按鈕SB2即可實現(xiàn)，不必先按下停止按鈕SB1。由按鈕實現(xiàn)的聯(lián)鎖（或互鎖）稱為機械聯(lián)鎖（或互鎖）。當按下反轉按鈕SB2時，串接在正轉控制電路中SB2的常閉觸頭先分斷，使正轉接觸KM1線圈失電，KM1的主觸頭和自鎖觸頭分斷，電動機M失電停轉。SB2的常閉觸頭分斷后，其常開觸頭才隨后閉合，接通反轉控制電路，電動機M反轉。這樣既保證了接觸器KM1和KM2的線圈不會同時得電，又可不按停止按鈕而直接按反轉按鈕實現(xiàn)反轉。同樣，若使電動機從反轉運行變?yōu)檎D運行時，只要直接按下正轉按鈕SB1即可。這種電路雖然操作方便，但是容易產生電源兩相短路故障。如當正轉接觸器KM1發(fā)生熔焊故障時，即使斷開接觸器線圈回路，主觸頭也不能分斷，這時，若再直接按下反轉按鈕SB2，KM2線圈得電，觸頭動作，必然造成電源兩相短路故障。因此，為了安全可靠，在實際工作中，經常采用按鈕、接觸器雙重聯(lián)鎖的正反轉控制電路。（2）按鈕、接觸器雙重聯(lián)鎖的正反轉控制路圖3-14所示為按鈕接觸器雙重聯(lián)鎖的正反轉控制電路。這種電路中既有接觸器的聯(lián)鎖（電氣聯(lián)鎖），又有按鈕的聯(lián)鎖（機械聯(lián)鎖），保證了電路可靠地工作。因此，在電力拖動系統(tǒng)中被廣泛采用。電路工作時，先合上電源開關QS。正轉時，先按下起動按鈕SB1，SB1的常閉觸頭先分斷，對KM2聯(lián)鎖（切斷反轉控制電路）；SB1的常開觸頭后閉合，使KM1線圈得電，KM1的常閉輔助觸頭先分斷，再次對KM2聯(lián)鎖（此時實現(xiàn)雙重聯(lián)鎖），KM1的主觸頭和常開輔助觸頭后同時閉合，電動機M起動正轉運行。若想反轉時，直接按下起動按鈕SB2，SB2的常閉觸頭先分斷，對KM1聯(lián)鎖，KM1線圈失電，KM1主觸頭斷開，電動機M失電，KM1聯(lián)鎖觸頭恢復閉合，為KM2線圈得電作好準備；SB2的常開觸頭后閉合，KM2線圈得電，電動機反轉起動運行。需要停止，按下停止按鈕SB3，整個控制電路失電，主觸頭分斷，電動機M失電停止正轉或反轉。該電路當KM1出現(xiàn)熔焊時，由于電氣聯(lián)鎖的存在，KM2的線圈不會被接通，可避免出現(xiàn)短路故障。3.位置控制與自動往復行程控制電路在生產實踐中，有些生產機械的工作臺需要限位控制或者自動往復運動，如搖臂鉆床、萬能銑床、龍門刨床、導軌磨床等。而實現(xiàn)這種控制要求所依靠的主要電器是位置開關。（1）位置控制（或限位控制）電路圖3-15所示是位置控制電路。它是以行程開關作控制元件來控制電動機的自動停止。在正轉接觸器KM1的線圈回路中，串接正向行程開關SQ1的常閉觸頭，在反轉接觸器KM2的線圈回路中，串接反向行程開關SQ2的常閉觸頭，這便成為具有自動停止的正反轉控制電路。這類電路常用作機床設備的行程極限保護及橋式起重機的行程保護等。它的工作原理是：當按下起動按鈕SB1后，按觸器KM1線圈通電吸合并自鎖，電動機正轉，拖動運動部件作相應的移動，當位移至規(guī)定位置（或極限位置）時，安裝在運動部件上的擋鐵（撞塊）便壓下行程開關SQ1，切斷KM1線圈回路，KM1斷電釋放，電動機停止運轉，這時即使再按下SB1，KM1也不會吸合。只有按下反轉起動按鈕SB2，電動機反轉，使運動部件退回，擋鐵脫離行程開關SQ1，其常閉觸頭復原，為下次正向起動作準備。反向自動停止的控制原理與正向相同。（2）自動往返行程控制電路在位置控制電路的基礎上，將行程開關SQ1的常開觸頭并聯(lián)在反轉起動按鈕SB2的兩端，將SQ2的常開觸頭并聯(lián)在正轉起動按鈕SB1的兩端，便成為圖3-16所示的自動往返行程控制電路了。它的右下角是工作臺自動往返運動的示意圖。為了使電動機的正反轉控制與工作臺的左右運動相配合，在控制電路中設置了四個位置開關，即SQ1、SQ2、SQ3、SQ4，并把它們安裝在合適的地方。其中SQ1、SQ2被用來自動換接電動機正反轉控制電路，實現(xiàn)工作臺的自動往返行程控制；SQ3、SQ4被用來作終端保護，以防止SQ1、SQ2失靈，工作臺越過限定位置而造成事故。在工作臺的T型槽中裝有兩塊擋鐵，擋鐵1只能和SQ1、SQ3相碰撞，擋鐵2只能和SQ2、SQ4相碰撞。當工作臺運動到需要位置時，擋鐵碰撞行程開關，使其觸頭動作，自動換接電動機正反轉電路，通過機械傳動機構使工作臺自動往返運動。電路工作時，先合上電源開關QS。按下起動按鈕SB1，KM1線圈得電，KM1聯(lián)鎖觸頭和自鎖觸頭分別斷開和閉合，起到聯(lián)鎖和自鎖保護作用，KM1主觸頭閉合，電動機正轉，拖動工作臺左移，當運動到限定位置時，擋鐵1碰撞行程開關SQ1，SQ1-1（常閉觸頭）先分斷，KM1主觸頭分斷，電動機失電，KM1聯(lián)鎖觸頭恢復閉合，為KM2線圈得電作好準備，SQ1常開觸頭（SQ1-2）后閉合，接通KM2線圈回路，KM2主觸頭閉合，電動機先反接制動停止左移，然后反向起動，拖動工作臺右移（SQ1觸頭復位），當工作臺移至限定位置時，擋鐵2碰撞行程開關SQ2，SQ2-1（常閉觸頭）先分斷，KM2線圈失電，KM2主觸頭分斷，SQ2-2（常開觸頭）后閉合，KM1線圈又得電，電動機對右移過程進行制動后又正轉，工作臺又左移……以后重復上述過程，工作臺就在限定的行程內自動往返運動。停止時，按下停止按鈕SB3，整個控制電路失電，KM1（或KM2）主觸頭分斷，電動機M失電停轉，工作臺停止運動?！静襟E三】知識和能力的歸納（時間：5分鐘）三相籠型感應電動機直接起動時，起動電流大約是電動機額定電流的4－7倍。在電源變壓器容量不足夠大的情況下，會導致變壓器二