電機(jī)及電氣控制技術(shù)教案：第15講

****學(xué)院單元教學(xué)設(shè)計(jì)****學(xué)年第**學(xué)期課程名稱：電機(jī)與電氣控制技術(shù)授課班級：****任課教師：所在系部及教研室：研室

第15講標(biāo)題：三相籠型異步電動機(jī)直接起動控制電路（2學(xué)時(shí)）授課班級上課時(shí)間上課地點(diǎn)多媒體教室教學(xué)目的掌握正反轉(zhuǎn)控制電路的工作原理，尤其是自鎖、互鎖的概念。教學(xué)目標(biāo)能力（技能）目標(biāo)知識目標(biāo)能正確分析單向旋轉(zhuǎn)電路和可逆旋轉(zhuǎn)電路的工作原理；能正確對單向旋轉(zhuǎn)電路和可逆旋轉(zhuǎn)電路的電氣故障進(jìn)行分析和判斷，并排除其故障。了解三相籠型異步電動機(jī)直接起動的條件；掌握自鎖、互鎖等概念以及實(shí)現(xiàn)方法；掌握機(jī)械互鎖和電氣互鎖的概念以及實(shí)現(xiàn)方法；掌握過載、短路、欠壓、失壓（零壓）保護(hù)等概念以及實(shí)現(xiàn)方法；掌握限位保護(hù)的概念以及實(shí)現(xiàn)方法。。重點(diǎn)難點(diǎn)及解決方法重點(diǎn)：自鎖、互鎖及其實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)：自動往返控制電路的工作原理解決方法：實(shí)例分析法分析其工作過程參考資料【步驟一】說明主要教學(xué)內(nèi)容、目的（時(shí)間：3分鐘）反轉(zhuǎn)控制電路的工作原理，尤其是自鎖、互鎖的概念。【步驟二】新知識講解（時(shí)間：80分鐘）一、單向旋轉(zhuǎn)直接起動及其控制電路圖3-10是三相籠型異步電動機(jī)起動時(shí)的機(jī)械特性，從圖上可以看出，電動機(jī)定子繞組加正向（正相序）電壓時(shí)，從A點(diǎn)開始起動，沿特性逐漸加速至B點(diǎn)時(shí)，電動機(jī)拖動力矩與其所拖動的負(fù)載力矩（TL）相等，電動機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在B點(diǎn)。如果給三相籠型異步電動機(jī)的定子繞組加反向（反相序）電壓，則電動機(jī)反向起動并運(yùn)行。因此，三相籠型異步電動機(jī)單向旋轉(zhuǎn)直接起動只需要給電動機(jī)加合適相序的電壓即可。圖3-11為三相籠型異步電動機(jī)直接起動單方向旋轉(zhuǎn)控制電路。它由電源開關(guān)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(jī)M構(gòu)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(gòu)成控制回路。1.控制電路的工作原理當(dāng)電動機(jī)M需要起動時(shí)，先合上電源開關(guān)QS，引入三相電源，此時(shí)電動機(jī)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(shí)帶動接觸器KM的三對主觸頭閉合，電動機(jī)M便接通電源直接起動運(yùn)轉(zhuǎn)。與此同時(shí)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(jīng)兩條路徑通電。這樣，當(dāng)松開按鈕SB1時(shí)，按鈕在復(fù)位彈簧的作用下恢復(fù)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(jī)的連續(xù)運(yùn)行。像這種當(dāng)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(jī)M停止運(yùn)轉(zhuǎn)，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(shí)接觸器KM斷電釋放，KM的三相常開主觸頭恢復(fù)斷開，切斷三相電源，電動機(jī)M失電停止運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)松開按鈕后，SB2的常閉觸頭在復(fù)位彈簧作用下，雖又恢復(fù)到原來的常閉狀態(tài)，但此時(shí)接觸器的自鎖觸頭在線圈失電后也已恢復(fù)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(hù)環(huán)節(jié)（1）短路保護(hù)熔斷器FU作為電路的短路保護(hù)。（2）過載保護(hù)熱繼電器FR作為電路的過載保護(hù)。（3）欠壓保護(hù)“欠壓”是指電路電壓低于電動機(jī)應(yīng)加的額定電壓。“欠壓保護(hù)”是指當(dāng)電路電壓下降到某一數(shù)值時(shí)，電動機(jī)能自動脫離電源停轉(zhuǎn)，避免電動機(jī)在電壓不足的狀態(tài)下運(yùn)行而損壞。接觸器自鎖控制電路即可避免電動機(jī)欠壓運(yùn)行。因?yàn)楫?dāng)電路電壓下降到一定值（一般指低于額定電壓85%以下）時(shí)，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(chǎn)生的電磁吸力減小。當(dāng)電磁吸力減小到小于反作用彈簧的拉力時(shí)，動鐵心被迫釋放，主觸頭、自鎖觸頭同時(shí)分?jǐn)啵詣忧袛嘀麟娐泛涂刂齐娐?，電動機(jī)失電停轉(zhuǎn)，達(dá)到了欠壓保護(hù)的目的。（4）失壓（也叫零壓）保護(hù)失壓保護(hù)是指電動機(jī)在正常運(yùn)行中，由于外力某種原因引起突然斷電時(shí)，能自動切斷電動機(jī)電源，當(dāng)重新供電時(shí)，保證電動機(jī)不能自行起動的一種保護(hù)。接觸器自鎖控制電路可實(shí)現(xiàn)失壓保護(hù)。因?yàn)榻佑|器自鎖觸頭和主觸頭在電源斷電時(shí)已經(jīng)斷開，使控制電路和主電路都不能接通，所以在電源恢復(fù)供電時(shí)，電動機(jī)就不會自行起動運(yùn)轉(zhuǎn)，保證了人身和設(shè)備的安全?？刂齐娐肪邆淝?、失壓保護(hù)能力以后，有以下三個方面的優(yōu)點(diǎn)：第一，防止電壓嚴(yán)重下降時(shí)電動機(jī)低壓運(yùn)行；第二，避免電動機(jī)同時(shí)起動而造成電壓的嚴(yán)重下降；第三，防止電源電壓恢復(fù)時(shí)，電動機(jī)突然起動運(yùn)轉(zhuǎn)造成設(shè)備和人身事故。二、可逆旋轉(zhuǎn)控制電路在生產(chǎn)加工過程中，往往要求電動機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)可逆運(yùn)行，即正、反轉(zhuǎn)，如機(jī)床工作臺的前進(jìn)與后退；萬能銑床主軸的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)；起重機(jī)的上升與下降等等。由電動機(jī)的原理可知，若改變通入電動機(jī)定子繞組的三相電源相序，即把接入電動機(jī)三相電源進(jìn)線中的任意兩根對調(diào)接線時(shí)，電動機(jī)就可以反轉(zhuǎn)。所以可逆運(yùn)行控制電路實(shí)質(zhì)上是兩個方向相反的單向運(yùn)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(yùn)行電路中加設(shè)了必要的聯(lián)鎖。按照電動機(jī)可逆運(yùn)行操作順序的不同，有“正—停—反”和“正—反—?！眱煞N控制電路。1.電動機(jī)“正—?！础笨刂齐娐冯妱訖C(jī)“正—停—反”控制電路指的是電動機(jī)改變運(yùn)行方向時(shí)，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(zhuǎn)控制電路便是電動機(jī)“正—停—反”控制電路，如圖3-12所示。電路中采用兩個接觸器，即正轉(zhuǎn)用的KM1和反轉(zhuǎn)用的KM2。它們分別由正轉(zhuǎn)按鈕SB1和反轉(zhuǎn)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(diào)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(shí)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(shí)，另一個接觸器不能得電動作，在正轉(zhuǎn)控制電路中串接了反轉(zhuǎn)接觸器KM2的常閉輔助觸頭，而在反轉(zhuǎn)控制電路中串接了正轉(zhuǎn)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(shí)，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(shí)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(shí)現(xiàn)的聯(lián)鎖（或互鎖）稱為電氣聯(lián)鎖（或互鎖）。電路工作時(shí)，先合上電源開關(guān)QS。正轉(zhuǎn)時(shí)，先按下按鈕SB1，接觸器KM1線圈得電，根據(jù)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(shí)KM1主觸頭閉合，電動機(jī)M起動正轉(zhuǎn)運(yùn)行。若想反轉(zhuǎn)時(shí)，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(jī)M失電停轉(zhuǎn)，KM1的常開輔助觸頭斷開，解除自鎖；KM1的常閉輔助觸頭恢復(fù)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(jī)M起動反轉(zhuǎn)運(yùn)行，KM2的常開輔助觸頭閉合自鎖。需要停止時(shí)，按下停止按鈕SB3，控制電路失電，KM1（或KM2）主觸頭斷開，電動機(jī)M失電停轉(zhuǎn)。從以上分析可知，接觸器聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路存在明顯有缺點(diǎn)，即電動機(jī)改變轉(zhuǎn)向時(shí)，必須先按下停止按鈕后，才能按反轉(zhuǎn)起動按鈕。為克服電路的不足，可采用電動的“正—反—?！笨刂齐娐?。2.電動機(jī)“正—反—停”電路電動機(jī)“正—反—?！彪娐酚袃煞N典型電路。（1）按鈕聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路圖3-13所示為按鈕聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(fù)合按鈕的常閉觸頭，這種電路當(dāng)電動機(jī)從正轉(zhuǎn)改變?yōu)榉崔D(zhuǎn)時(shí)，可直接按下反轉(zhuǎn)按鈕SB2即可實(shí)現(xiàn)，不必先按下停止按鈕SB1。由按鈕實(shí)現(xiàn)的聯(lián)鎖（或互鎖）稱為機(jī)械聯(lián)鎖（或互鎖）。當(dāng)按下反轉(zhuǎn)按鈕SB2時(shí)，串接在正轉(zhuǎn)控制電路中SB2的常閉觸頭先分?jǐn)啵拐D(zhuǎn)接觸KM1線圈失電，KM1的主觸頭和自鎖觸頭分?jǐn)啵妱訖C(jī)M失電停轉(zhuǎn)。SB2的常閉觸頭分?jǐn)嗪螅涑ｉ_觸頭才隨后閉合，接通反轉(zhuǎn)控制電路，電動機(jī)M反轉(zhuǎn)。這樣既保證了接觸器KM1和KM2的線圈不會同時(shí)得電，又可不按停止按鈕而直接按反轉(zhuǎn)按鈕實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)。同樣，若使電動機(jī)從反轉(zhuǎn)運(yùn)行變?yōu)檎D(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)，只要直接按下正轉(zhuǎn)按鈕SB1即可。這種電路雖然操作方便，但是容易產(chǎn)生電源兩相短路故障。如當(dāng)正轉(zhuǎn)接觸器KM1發(fā)生熔焊故障時(shí)，即使斷開接觸器線圈回路，主觸頭也不能分?jǐn)?，這時(shí)，若再直接按下反轉(zhuǎn)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(shí)際工作中，經(jīng)常采用按鈕、接觸器雙重聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路。（2）按鈕、接觸器雙重聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制路圖3-14所示為按鈕接觸器雙重聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)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(jī)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(shí)，先合上電源開關(guān)QS。正轉(zhuǎn)時(shí)，先按下起動按鈕SB1，SB1的常閉觸頭先分?jǐn)啵瑢M2聯(lián)鎖（切斷反轉(zhuǎn)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?jǐn)?，再次對KM2聯(lián)鎖（此時(shí)實(shí)現(xiàn)雙重聯(lián)鎖），KM1的主觸頭和常開輔助觸頭后同時(shí)閉合，電動機(jī)M起動正轉(zhuǎn)運(yùn)行。若想反轉(zhuǎn)時(shí)，直接按下起動按鈕SB2，SB2的常閉觸頭先分?jǐn)啵瑢M1聯(lián)鎖，KM1線圈失電，KM1主觸頭斷開，電動機(jī)M失電，KM1聯(lián)鎖觸頭恢復(fù)閉合，為KM2線圈得電作好準(zhǔn)備；SB2的常開觸頭后閉合，KM2線圈得電，電動機(jī)反轉(zhuǎn)起動運(yùn)行。需要停止，按下停止按鈕SB3，整個控制電路失電，主觸頭分?jǐn)?，電動機(jī)M失電停止正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。該電路當(dāng)KM1出現(xiàn)熔焊時(shí)，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(fù)行程控制電路在生產(chǎn)實(shí)踐中，有些生產(chǎn)機(jī)械的工作臺需要限位控制或者自動往復(fù)運(yùn)動，如搖臂鉆床、萬能銑床、龍門刨床、導(dǎo)軌磨床等。而實(shí)現(xiàn)這種控制要求所依靠的主要電器是位置開關(guān)。（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(guān)作控制元件來控制電動機(jī)的自動停止。在正轉(zhuǎn)接觸器KM1的線圈回路中，串接正向行程開關(guān)SQ1的常閉觸頭，在反轉(zhuǎn)接觸器KM2的線圈回路中，串接反向行程開關(guān)SQ2的常閉觸頭，這便成為具有自動停止的正反轉(zhuǎn)控制電路。這類電路常用作機(jī)床設(shè)備的行程極限保護(hù)及橋式起重機(jī)的行程保護(hù)等。它的工作原理是：當(dāng)按下起動按鈕SB1后，按觸器KM1線圈通電吸合并自鎖，電動機(jī)正轉(zhuǎn)，拖動運(yùn)動部件作相應(yīng)的移動，當(dāng)位移至規(guī)定位置（或極限位置）時(shí)，安裝在運(yùn)動部件上的擋鐵（撞塊）便壓下行程開關(guān)SQ1，切斷KM1線圈回路，KM1斷電釋放，電動機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，這時(shí)即使再按下SB1，KM1也不會吸合。只有按下反轉(zhuǎn)起動按鈕SB2，電動機(jī)反轉(zhuǎn)，使運(yùn)動部件退回，擋鐵脫離行程開關(guān)SQ1，其常閉觸頭復(fù)原，為下次正向起動作準(zhǔn)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(chǔ)上，將行程開關(guān)SQ1的常開觸頭并聯(lián)在反轉(zhuǎn)起動按鈕SB2的兩端，將SQ2的常開觸頭并聯(lián)在正轉(zhuǎn)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(yùn)動的示意圖。為了使電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制與工作臺的左右運(yùn)動相配合，在控制電路中設(shè)置了四個位置開關(guān)，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(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路，實(shí)現(xiàn)工作臺的自動往返行程控制；SQ3、SQ4被用來作終端保護(hù)，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(dāng)工作臺運(yùn)動到需要位置時(shí)，擋鐵碰撞行程開關(guān)，使其觸頭動作，自動換接電動機(jī)正反轉(zhuǎn)電路，通過機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)使工作臺自動往返運(yùn)動。電路工作時(shí)，先合上電源開關(guān)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(hù)作用，KM1主觸頭閉合，電動機(jī)正轉(zhuǎn)，拖動工作臺左移，當(dāng)運(yùn)動到限定位置時(shí)，擋鐵1碰撞行程開關(guān)SQ1，SQ1-1（常閉觸頭）先分?jǐn)啵琄M1主觸頭分?jǐn)?，電動機(jī)失電，KM1聯(lián)鎖觸頭恢復(fù)閉合，為KM2線圈得電作好準(zhǔn)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(jī)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(fù)位），當(dāng)工作臺移至限定位置時(shí)，擋鐵2碰撞行程開關(guān)SQ2，SQ2-1（常閉觸頭）先分?jǐn)啵琄M2線圈失電，KM2主觸頭分?jǐn)啵琒Q2-2（常開觸頭）后閉合，KM1線圈又得電，電動機(jī)對右移過程進(jìn)行制動后又正轉(zhuǎn)，工作臺又左移……以后重復(fù)上述過程，工作臺就在限定的行程內(nèi)自動往返運(yùn)動。停止時(shí)，按下停止按鈕SB3，整個控制電路失電，KM1（或KM2）主觸頭分?jǐn)?，電動機(jī)M失電停轉(zhuǎn)，工作臺停止運(yùn)動。【步驟三】知識和能力的歸納（時(shí)間：5分鐘）三相籠型感應(yīng)電動機(jī)直接起動時(shí)，起動電流大約是電動機(jī)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(dǎo)致變壓器二