Transcript 项目1 三相异步电动机正反转控制

项目1
三相异步电动机正反转控制
1.1 低压控制电器概述
低压电器指用于交流50Hz、额定电压为1200V以下，直流
额定电压1500V以下的电路中的电器。它们具有控制、保护、测
量、调节、指示、转换电路的作用。
图1.1 低压电器组成的控制电路实物图
低压电器按用途分类：
1、控制电器：控制电路和控制系统中的电器。如接触
器、继电器、启动器等。
2、主令电器：自动控制系统中发送控制指令的电器。
3、保护电器：用于保护电路及用电设备的电器。
4、执行电器：用于完成某种动作或传动功能的电器。
1.2 电气控制元件相关知识
一、刀开关
刀开关俗称闸刀开关，用于隔离电源和在无负载情况下的电
路转换。
图1.2 .1刀开关实物图
工作方式：作为开关使用，常用手动控制电源接通或断
开。
用途：常用于容量较小、启动不频繁的电器设备的电源
通断，并且具有隔离电源的保护作用。
结构：由手柄、进线座、出线座、上下胶盖、熔丝、瓷
底等组成。
图1.2 .2刀开关外形和结构
刀开关按极数不同刀开关分单极（单刀）、 双极（双
刀）和三极（三刀）三种， 单刀和三刀在电路图中的符号如
图1.2.3所示。
ÊÖ±ú
¾²²å×ù
QS
¶¯´¥ µ¶
½ÂÁ´Ö§×ù
¾ø Ôµµ×°å
µ¥µ¶
(a)
图1.2.3刀开关的基本结构及电气符号
(a) 结构； (b) 电气符号
Èýµ¶
(b)
二、空气开关
空气开关又称断路器，就是既能开断正常负荷电流，又能开断短路故
障电的开关。
图1.2.4 空气开关实物图
工作方式：可以手动控制进行电路的通断，当电流、电压过载或是温
度过高时自动断开电路。
用途：集控制和多种保护功能于一身，除了完成接触和分断电路外，
也能对电路或电气设备发生的短路、严重过载及欠电压等进行保护。
工作原理：一旦发生过载或短路时, 过流脱钩器将吸合而顶开锁钩，将
主触头断开，从而起到短路保护作用。一旦电压严重下降或断电时，衔铁
就被释放而使主触头断开，实现欠压保护作用。
主触点
锁钩
连杆装置
弹簧
M
3~
图1.2.5 空气开关结构原理图
空气开关文字符号为QF，图形符号如下图：
图1.2.6 空气开关文字符号和图形符号
优点:简单、成本低
缺点:(1)只适合不频繁启动的小容量电机,不得超过75KW.
(2) 只能就地操作,不能远程控制
(3) 无失压、欠压保护功能，断电后不能自动复位。
三、主令电器
主令电器是用作接通或断开控制电路,以发出指令的开关电器 。
LA2系列按钮
YBLX系列行程开关
LW6万能转换开关
用途：利用主令电器控制接触器、继电器或其他电器，使电
路接通和分断来实现对生产机械的自动控制。
分类：常用的主令电器有按扭开关、行程开关、万能转换开
关、凸轮控制器、主令控制器等。
1、按钮
工作方式：按钮为手动控制，向下按下为接通电路，向上弹起为断
开电路。
用途：按钮是最常用的主令电器，可作远距离电气控制使用。
结构：主要由按钮帽、复位弹簧、常开触点、常闭触点、接线柱、
外壳等组成。
1
2
4
SB
SB
SB
3
5
(a)
(b)
(c)
1¡ª°´Å¥Ã±£»2¡ª¸´Î»µ¯»É£»3¡ª¶¯´¥Í·£»
(a) 常开触点； (b) 常闭触点； (c) 复式触点
4¡ª³£±Õ¾²´¥Í·£»5¡ª³£¿ª¾²´¥Í·
图1.2.7 按钮结构示意图
图1.2.8 按钮图形符号
按钮的选用：
（1）按钮可根据实际工作需要组成多种结构形式，最多可至六对常开触点
和六对常闭触点。
（2）根据工作状态指示和工作情况要求，选择按钮的颜色。
• 停止和急停按钮： 红色。 按红色按钮时， 必须使设备断电、 停车。
• 启动按钮： 绿色。
• 点动按钮： 黑色。
• 启动与停止交替按钮：必须是黑色、 白色或灰色，不得使用红色和绿色
• 复位按钮： 必须是蓝色； 当其兼有停止作用时， 必须是红色。
（3）根据控制回路的需要选择按钮的数量。
按钮的型号含义如下：
2、行程开关
行程开关又称限位开关， 用于机械设备运动部件的位置检测。
YBLX－1系列行程开关
径向传动杆式行程开关
单轮行程开关
工作方式及用途：利用生产机械某些运动部件的碰撞来发出控制指
令， 以控制其运动方向或行程的主令电器。
结构：由操作机构、触头系统、外壳等组成。
1－滚轮 2－杠杆 3－转轴 4－复位弹簧
5－撞块 6－微动开关 7－凸轮 8－调节螺钉
图1.2.9 行程开关的结构及行程开关的符号
工作原理：工作原理和按钮相似，当移动物体碰撞推杆或滚轮时，
通过内部传动机构使微动开关触头动作， 即常开、 常闭触点状态发生改
变， 从而实现对电路的控制作用。
(a) 碰撞前触点位置
图1.2.10
(b) 碰撞后触点位置
行程开关工作原理图
3、万能转换开关
万能转换开关是由多组相同的触头组件叠装而成的、控制多回路的
主令电器 。
工作方式：手动控制。
用途：主要用于低压断路操作机构的分合闸控制, 各种控制线路的
转换, 电气测量仪器的转换， 也可用于小容量异步电动机的启动、 调速
和换向控制， 还可用于配电装置线路的转换及遥控等。
结构：由多组相同的触头组件叠装而成的。
图1.2.11
万能转换开关关结构、工作原理图
图形符号：相对的两个圆点代表一路触头。竖的虚线表示手柄位置。当
手柄置于某一个位置上时，处于接通状态的触头下方虚线上就标注黑点
“·”
×ó
0
ÓÒ
1
2
3
4
5
6
7
8
图1.2.12 万能转换开关图形符号
万能转换开关的使用：
（1）万能转换开关的安装位置应与其他电器元件或机床的金属部件有一定
间隙。
（2）万能转换开关一般应水平安装在平板上。
（3）万能转换开关主要根据用途、接线方式、所需触头挡数和额定电流来
选择。
（4）万能转换开关本身不带保护，必须与其他电器配合使用。
（5）当万能转换开关有故障时，应切断电路检查相关部件。
四、接触器
接触器主要用于频繁接通或分断交、直流主电路和大容量的控制电
路，可远距离操作，配合继电器可以实现定时操作，联锁控制及各种定
量控制和失压及欠压保护。
工作方式：接触器的动力来源是电磁机构，是一种自动的电磁
式开关。触头的通断不是由手来控制，而是电动操作。
用途：主要用于远距离频繁接通和分断交直流主电路及大容
量控制电路。其主要的控制对象为电动机。根据主触点通过的电流
的种类的不同，接触器有交流接触器与直流接触器之分。
1、交流接触器
交流接触器的主触点通过的电流种类为交流电流。
交流接触器主要由电磁系统 、触点系统、灭弧装置和绝缘框架及辅
助部件组成。
图1.2.13
交流接触器结构图
电磁系统：交流接触器的电磁系统主要由线圈、静铁心、动铁心（衔
铁）、线圈接线端子等组成。
触点系统：触点是接触器的执行元件，用于接通或者断开电路。在接
触器的触点系统中，触点按照各自的功能不同分为主触点和辅助触点
两大类。
灭弧装置：灭弧装置是用陶土和石棉水泥制成的绝缘、耐高温的灭弧
罩 。是一种简单的灭弧装置。 在灭弧罩内一般均采用纵缝灭弧的方
法来灭弧。
其他部件：反作用弹簧、复位弹簧、缓冲弹簧、触点压力弹簧、传动
机构、接线端子、外壳等部件。
交流接触器工作原理：
主触点动合(
常开)
辅助触头
1
2
复位弹簧
3
线圈
动
断
触
点
动
合
触
点
1´
2´
3´
静铁心
动铁心
图1.2.14
交流接触器通电前动作示意图
辅助触头
复位弹簧
主触点闭合
1
2
3
i
线圈
动
断
触
点
断
开
动
合
触
点
闭
合
1´
2´
3´
静铁心
动铁心
图1.2.15
交流接触器通电后动作示意图
接触器的图形与文字符号：
交流接触器的型号及含义：
2、直流接触器
直流接触器主要供远距离接通和分断额定电压440V、额定电流
1600A以下的直流电力线路之用。
用途：远距离通断直流电路或控制直流电动机的频繁起停。
结构：电磁机构、触头系统和灭弧装置。
工作原理：与交流接触器基本相同。
直流接触器的型号及含义：
C Z □ —□ / □ □
接触器
直流
设计序号
常闭主触头数
常开主触头数
额定电流
接触器的选择：
1.根据接触器所控制的负载性质选择接触器的类型。
2.接触器主触头的额定电压应大于或等于所控制线路的额定电压。
3.接触器主触头的额定电流应大于或等于负载的额定电流。
4.当控制线路简单、可直接选用380V或220V的电压。若线路较复杂，可选用36V
或110V电压的线圈。
5.接触器的触头数量和种类应满足控制线路的要求。
五、热继电器
热继电器是用于防止线路或电气设备长时间过载的低压保护电器。
它特别适用于电动机的过载保护。
工作方式：热继电器是利用流过继电器的电流所产生的热效应而反
时限动作的自动保护电器。
用途：用作电动机的过载保护、断相保护、电流不平衡运行的保护
。
结构：
由发热元件、双金属片和触头及动作机构等部分组成 。
a ）
14-
外形
b ）
电流整定装置
常闭触头
32 -
5 -
2
动作机构
主电路接线柱
6
公共动触头接线柱
图1.2.16
-
热元件
33
-
3
31
-
-
结构图
复位按钮
常闭触头接线柱
常开触头接线柱
热继电器结构图
工作原理：
~
双金属片
常闭触头
发热元件
杠杆
图1.2.17 热继电器结构原理图
当电动机过载时，流过电阻丝的电流超过热继电器的整定电流，电
阻丝发热增多，温度升高，由于两块金属片的热膨胀程度不同而使主双
金属片向右弯曲，通过传动机构推动常闭触头断开，分断控制电路。
当主电路中电流超过容许值而使双金属片受热时，它便向上弯曲，
因而脱钩。
I
I
常闭触点
双金属片
发热元件
扣板
弹簧
复位按钮
图1.2.18
热继电器结构动作图
热继电器的型号含义及技术数据：
KR
KR
KR
KR
(a)热元件
(b)触点
图1.2.19
热继电器图形符号
KR
六、熔断器
熔断器俗称保险丝，是进行短路保护的电器。
工作方式：当电路发生短路，负载电流超过额定电流许多倍时，熔
体立既熔断，保护电路及用电设备不遭损坏。
用途：熔断器在电路中主要起短路保护作用。
结构：
熔断器主要由熔体和安装熔体的绝缘管(或盖、座)等部分组成。
熔断器的选择：
1、熔断器的类型选择:根据线路要求、适用场合和安装条件选择；
2、熔断器的额定电压选择:应大于或等于实际电路的工作电压；
3、熔断器额定电流选择:应大于等于所装熔体的额定电流。
4、熔体电流选择：对于照明线路或电阻炉等电阻性负载，熔体的额定电流
应大于或等于电路的工作电流
熔断器的图形、文字符号 ：
FU
七、三相交流电机
三相交流电机是工业中常用的拖动机械，是电气控制的执行对象。
工作方式：当通上三项交流电后，利用电磁原理，将电能转换成机械
能。
用途：用来拖动生产器械。
三相交流异步电动机的结构：由定子和转子两大部分组成。
定子由定子铁心、励磁绕组、机座、端盖等组成。转子由转子
铁心和电枢绕组等部分组成。
图1.2.20
三项交流电动机结构图
三项交流电动机分为鼠笼式和绕线式两种：
1、鼠笼式：铁芯槽内放铜条，端 部用短路环形成一体。或铸铝形成转子
绕组。
2、绕线式：同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。
鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：
鼠笼式：
结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。
绕线式：
结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子
外加电阻可人为改变电动机的机械特性。
1.3 基本控制电路和电气控制系统图的基本知识
一、电气控制系统基础知识
电气控制系统是由电气设备及电气元件按照一定的控制要求连接而成，
电气控制系统中的基本电路包括电机的启动、调速和制动等控制电路。
电气设计的一般原则：
1、能最大限度地满足生产机械和工艺对电气控制的要求。
2、在满足要求的前提下，控制线路力求简单、经济、可靠并便于操作。
3、具有必要的保护环节，保证在使用中安全可靠。
二、电气控制系统图
作用： 表达电气控制系统的组成结构、工作原理及安装、调试、维修等
技术要求。
电气图特点：
表达了电气设备、元件及其连接关系根据国家电气制图标准，采用
规定文字图形符号及规定画法来描述。
1、图形符号
由符号要素、限定符号、一般符号、动作符号组合。
图1.3.1
电气控制图基本图形符号
2、文字符号
也称文字代号，按照国标GB7159—87对元件的代号有明确规定。
分类：基本文字符号：分为单字母符号，表示电气设备、装置、元
器件的大类，如K表示继电器元件；双字母符号，表示两种特性，如KA表
示中间继电器。
辅助文字符号：进一步表示电气设备、装置和元器件功能、
状态和特征。
图1.3.2
电气控制图基本图形文字符号
三、电气原理图
作用：用于表达电路、电气控制系统组成及逻辑连接关系，在测试和
故障诊断时提供信息是编制接线图的依据。
绘制规则：1、分为主电路、控制电路、辅助电路。
主电路：为设备（负载）驱动电路。
控制电路：由低压电器线圈触头按控制逻辑要求连接。
辅助电路：信号指示、照明、保护电路。
2、电路可以水平分布或者垂直分布。
图1.3.3
机床系统控制电路图
1.4 工作模块1 电动机点动控制电路
电动机的点动控制是用按钮开关、接触器来控制电动机运
转的。
一、工作任务
掌握电动机点动控制线路的工作原理及接线方法。
掌握交流接触器的使用方法及其原理。
理解点动的控制过程。
二、电气原理图
电动机的保护
保险丝
短路保护
QS
FU
主
电
路
热继电器
动断触点
KM
. .
控制电路
FR
SB1
FR
过载保护
热继电器
M
3~
接触器
零压、欠压保护
图1.4 电动机点动控制电路原理图
KM
控
制
电
路
三、电路工作原理及特点
电动机点动控制是手动控制间断工作。合上主开关Q后，当按下SB1时
，控制回路交流接触器线圈KM得电，使得主电路中交流接触器KM动合触头
闭合，三相异步电动机得到三相交流电起动旋转。当松开SB1时，交流接触
器线圈KM失电使主电路中交流接触器KM动合触头断开，电动机失电停转。
工作方式：按下按钮时电动机得电运行，松开按钮时电动机断电停转。实
现了通过控制电路控制主电路的方式。
特点：控制电路不能自锁，用于手动控制进行调整（如工作台快速移动）
四、安装与接线
• 在实验室装置WD021挂板上选择热继电器；WD022挂板上选择熔断器FU1、
低压开关QS、接触器KM等器件；在WD023挂板上选择按钮SB1；电机Ｍ放
在桌面上。接线可参照图1.4，操作者应画出具体接线图。
五、检测与调试
• 经检查接线无误后，操作者可接通电源进行操作。合上开关QS并按下按
钮SB1，电动机起动运行。在电机运转时，松开按钮SB1，电机应能立即
停转。
• 若动作过程不符合要求或出现不正常，则应分析并排除故障，使控制线
路能正常工作。
1.5 工作模块2 电动机单向连续控制电路
电动机单向连续控制也叫做单向自锁控制，电路具有自
动保持按钮动作状态的功能。
一、工作任务
 掌握自锁控制电路的工作原理及接线方法。
 掌握交流接触器的使用方法及其原理。
 理解低压电器的控制过程。
二、电路图
保险丝
QS
主
电
路
热继电器
动断触点
开关
FU
. .
KM
接触器
主触点
控制电路
起动按钮
SB1
SB2
FR
热继电器
发热元件
FR
KM
接触器
线圈
KM
M
3~
停止按钮
图1.5 电动机自锁控制电路原理图
接触器
辅助触点
（2）自锁控制电路工作原理及特点：
所谓自锁，即起动按钮在按下后能保持按下的状态，即使松开起动
按钮后起动按钮仍能保持接通的状态，只有在按下停止按钮后才能断开
电路。
自锁控制电路原理图如图1.5所示。合上电源开关QS,当按下起动按
钮SB2后，交流接触器KM得电主触头吸和使电动机得电运转，KM得电
时辅助触头闭合，实现自锁控制。当按下停止按钮SB1后交流接触器失
电主触头断开，电动机失电停转。
四、安装与接线
• 在本装置WD021挂板上选择热继电器；WD022挂板上选择熔断器FU、
低压开关QS、接触器KM1等器件；在WD023挂板上选择按钮SB1、按钮
SB2；电机Ｍ放在桌面上。可参照图1.5进行接线。接线时需注意工艺要
求。
五、检查与调试
• 经检查接线无误后，操作者可接通电源进行操作。在电机运转时，按下
停止按钮SB1，电机应能立即停转。
• 若动作过程不符合要求或出现不正常，则应分析并排除故障，使控制线
路能正常工作。
1.6 工作模块3 电动机正反转控制电路
将电动机接到电源的任意两根线对调一下，即可使电动机反转。用
两个交流接触器可以实现，一个接触器接通后正转，另一个接触器将电
动机任意两根电源线对调，接通后电动机将反转。
一、工作任务
掌握电动机正反转控制线路的工作原理及接线方法。
掌握低压电气元件使用方法及其原理。
理解机械互锁或电气互锁的作用和原理。
二、电路图
QS
FU
KMR
反转触点
FR
FR
.
.
. .
.
. .
正转按钮 正转接触器
KMF
KM
R
SB SB
F
.
.
.
.
KM KM KM
正转触点
. SB .
F
F
R
R
M
3~
反转按钮
KMR
图1.6.1 电动机正反转控制电路原理图
反转接触器
三、工作原理和特点:
（1）正向起动过程:按下起动按钮SBF ，接触器KMF 线圈通电，与SBF 并联的
KMF的辅助常开触点闭合，以保证KMF线圈持续通电，串联在电动机回路中的
KMF的主触点持续闭合，电动机连续正向运转。
（2）停止过程:按下停止按钮SB，接触器KMF 线圈断电，与SBF并联的KMF的
辅助触点断开，以保证KMF线圈持续失电，串联在电动机回路中的KMF的主触
点持续断开，切断电动机定子电源，电动机停转。
（3）反向起动过程:按下起动按钮SBR ，接触器KMR线圈通电，与SBR并联的
KMR的辅助常开触点闭合，以保证KMR线圈持续通电，串联在电动机回路中的
KMR的主触点持续闭合，电动机连续反向运转。
注意：正反转控制电路必须保证正转、反转接触器不能同时动
作。
为保证正反转接触器不会同时闭合，采用机械联锁和电气联锁。机
械联锁使用按钮，电气联锁使用交流接触器。
SB
机械联锁
SBF
KMF
SBR
KMR
KMF
KMF KMR
电气联锁
KMR
图1.6.2 电动机正反转联锁控制电路原理图
四、安装与接线
在本装置WD021挂板上选择热继电器；WD022挂板上选择熔断器FU1、低
压开关QS、热继电器FR、接触器KM1、接触器KM2等器件；在WD023挂板上选
择按钮SB1、按钮SB2、按钮SB等器件；电机Ｍ放在桌面上。可参照图1.6.1
进行接线。接线时需注意工艺要求。
五、检查与调试
经检查接线无误后，操作者可接通电源进行操作。在电机运转时，按
下停止按钮SB，电机应能立即停转。
若动作过程不符合要求或出现不正常，则应分析并排除故障，使控制线
路能正常工作。
1.7 其他控制电路
多地控制
电气控制中有时需要从多个地方控制一台设备，并且两
地都能使其启动和停止。此电路特点：多个停止按钮串联，
多个启动按钮并联。
一、工作任务
 掌握多地控制线路的工作原理及接线方法。
 掌握按钮的使用方法及其原理。
 理解多地控制的控制过程。
二、电路图
图1.7.1 电动机正反转联锁控制电路原理图
三、工作原理和特点：
实现两地控制的基本原则为在控制线路中将两个起动按钮的常开触
点并联连接，将两个停止按钮的常闭触点串联连接。图1.7.1所示为对一
台电动机实现两地控制的控制线路，按钮SB1、按钮SB2为启动按钮，按
钮SB3、按钮SB4为停止按钮。其中按钮SB1、SB3位于甲地，按钮SB2、
SB4位于乙地。可以实现两地控制。如果想要增加控制地可以增加启动按
钮和停止按钮。
四、安装与接线
• 在本装置WD021挂板上选择热继电器；WD022挂板上选择熔断器FU1、低压
开关QS、接触器KM、热继电器FR等器件；在WD023挂板上选择按钮SB1、
按钮SB2、按钮SB3、按钮SB4;电机Ｍ放在桌面上。可参照图1.7.1进行接
线。接线时需注意工艺要求。
五、检查与调试
• 经检查接线无误后，操作者可接通电源进行操作。在电机运转时，按下
停止按钮SB3或SB4，电机应能立即停转。
• 若动作过程不符合要求或出现不正常，则应分析并排除故障，使控制线
路能正常工作。
顺序控制
顺序启动控制电路是对操作顺序有严格要求的电路，常
用于多台生产设备控制中。
一、工作任务
 掌握顺序控制线路的工作原理及接线方法。
 掌握交流接触器的使用方法及其原理。
 理解顺序控制的控制过程和控制方法。
二、电路图
QS
FU
.
..
闭合
. .
KM1
按SB1
再按SB2
M1转动
M2转动
SB
KM2
闭合
M1
3~
M2
3~ 闭合
SB1
KM1
通电 KM1
闭合
SB2
KM2
图1.7.2 电动机顺序启动控制电路原理图
KM2
通电
三、工作原理和特点：
控制顺序：M1起动后M2才能起动。
M2既不能单独起动，也不能单独停车。按下启动按钮SB1使得KM1得
电自锁，主电路KM1主触头闭合使M1起动，先按SB2时KM2不能得电，
M2不能先起动。在SB1闭合后按下SB2时KM2才能得电自锁，使得M2起动
。当按下SB后两台电机停转。
四、安装与接线
•在本装置WD021挂板上选择热继电器；WD022挂板上选择熔断器FU1、低压
开关QS、接触器KM1、接触器KM2等器件；在WD023挂板上选择按钮SB1、按
钮SB2、按钮SB；电机Ｍ放在桌面上。可参照图1.7.2进行接线。接线时需
注意工艺要求。
五、检查与调试
•经检查接线无误后，操作者可接通电源进行操作。在电机运转时，按下停
止按钮SB，电机应能立即停转。
•若动作过程不符合要求或出现不正常，则应分析并排除故障，使控制线路
能正常工作。