第七章三相异步电动机控制电路.doc

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课题
第七章三相异步电动机控制电路
第一节起动控制

课型
新课
授课班级

授课时数
1

教学目标
了解三相异步电动机直接起动控制及单向点动与连续控制线路的组成和工作原理。

教学重点
三相异步电动机单向点动与连续控制线路的组成和工作原理

教学难点
三相异步电动机连续控制线路的组成和工作原理。

学情分析

教学效果

教后记

5

新授课

A、新授课
第一节起动控制

为了使电动机能够按照设备的要求运转，需要对电动机进行控制。电动机的控制电路通常由电动机、控制电器、保护电器与生产机械及传动装置组成。传统的电动机控制系统主要由各种低压电器组成，称为继电器—接触器控制系统。如下图所示为一个最简单的三相电动机控制电路。用一个闸刀开关控制电动机的起动和停机，用三相熔断器对电动机进行短路保护，这个简单的电路就具有对电动机进行控制和保护的基本功能，但只能进行手动控制.自动控制电路由各种开关、继电器、接触器等电器组成，它能够根据人所发出的控制指令信号，实现对电动机的自动控制、保护和监测等功能。
所谓“起动”，是指电动机通电后转速从零开始逐渐加速到正常运转的过程。
异步电动机在开始起动的瞬间，定子绕组已接通电源，而转子因惯性仍未转动起来，此刻n=0,s＝l，转子绕组感应出很大的电流，定子绕组的起动电流也可达到额定电流的5~7倍。虽然起动时转子电流很大，但因为转子功率因数却最低，所以起动转矩并不大，最大也只有额定转矩的2倍左右。因此，异步电动机起动的主要问题是：起动电流大而起动转矩并不大。
在正常情况下，异步电动机的起动时间很短（一般为几秒到十几秒）,短时间的起动大电流一般不会对电动机造成损害(但对于频繁起动的电动机则需要注意起动电流对电动机工作寿命的影响)，但它会在电网上造成较大的电压降从而使供电电压下降，影响在同一电网上其他用电设备的正常工作，同时又会造成正在起动的电动机起动转矩减小、起动时间延长甚至无法起动。
另一方面，由于异步电动机的起动转矩不大，因此有的用异步电动机拖动的机械可让电动机先空载或轻载起动，待升速后再用机械离合器加上负载.但有的设备（如起重机械)要求电动机能带负载起动，因此要求电动机有较大的起动转矩。但过大的起动转矩又可能会使电动机加速过猛,使机械传动机构受到冲击而容易损坏,所以有时又要求电动机在起动时先减小其起动转矩,以消除转动间隙，然后再过渡到所需的起动转矩有载起动.
综上所述，对异步电动机起动的基本要求是：在保证有足够的起动转矩的前提下尽量减小起动电流，并尽可能采取简单易行的起动方法。
在一般情况下，如果电动机的容量不超过供电变压器容量的20％～30％。则可以把电动机直接接到电网上进行起动,称为“直接起动".直接起动方法简单易行、工作可靠且起动时间短。但要求能够将电动机起动所造成的电网电压降控制在许可范围以内(一般不超过线路额定电压的5％).一般7.5 KW以下的电动机允许直接起动。
如果电动机的容量相对于供电变压器的容量较大，就不能采取直接起动，而需要降压起动。所谓“降压起动”，就是起动时采用各种方法先降低电动机定子绕组的电压，以减小起动电流，待电动机升速后再加上额定电压运行。降压起动的主要问题是造成起动转矩的减小，所以应保证有足够的起动转矩。

一、三相异步电动机直接起动控制
对于小容量电动机的起动，在控制条件要求不高的场合，可以使用胶盖闸刀、铁壳开关等简单控制装置直接起动。如右图所示为用刀开关控制的三相异步电动机直接起动电路的原理图。
电路的工作原理是：
起动:合上电源开关QS→三相异步电动机通电→电动机起动。
停止：断开QS→电动机断电停转。
该电路除电动机外，使用的电器有刀开关和熔断器两种。
二、三相异步电动机点动控制

点动控制电路是用最简单的控制电路（又称为二次电路)控制主电路，完成电动机的全压起动。其电路结构如下图所示。三相电源经过隔离开关QS、主电路熔断器FU1、交流接触器主触点KM到电动机M构成主电路。由二次电路熔断器FU2、动合（常开）按钮SB和接触器线圈KM组成二次电路。二次电路除具有控制功能外，还具有保护和信号指示功能。
电路工作原理是：
起动：闭合QS，接通电源→按下动合按钮SB→控制电路通电→接触器线圈KM通电→接触器动合主触点闭合→主电路接通→电动机M通电起动.
停止：放开动合按钮SB→控制电路分断→接触器线圈KM断电→接触器动合触点KM分断→主电路分断→电动机M断电停转。
该电路只要按SB电动机即转动，松开按钮SB即停止转动，因此称为点动控制。
三、三相异步电动机连续运转控制
对于需要较长时间运行的电动机，用点动控制是不方便的。因为一旦放开按钮SB，电机立即停转。因此，对于连续运行的电动机,可在点动控制的基础上，保持主电路不变，在控制电路中串联动断（常闭）按钮SB1(2-3)，并在起动按钮SB2上并联一副接触器动合辅助触点KM(3—4）即可成为电动机连续运转控制电路，如右图所示。

从右图可见，主电路与点动控制电路相同.在控制电路中，起动按钮SB2是分断的即接常开触点.只要SB2或与之并联的接触器辅助触点KM(3—4）任意一处接通,控制电路即可通电，使接触器线圈通电动作。
电路工作原理是:
起动：闭合QS,接通电源→按下起动按钮SB2→控制电路（3—4）闭合→接触器线圈KM(4—1）通电→接触器动合辅助触点KM（3-4）闭合自锁（SB2释放后KM（4-1）仍然通电)→接触器动合主触点闭合→电动机M通电持续运转。
停止：按下动断按钮SB1→控制电路分断→接触器线圈KM(4-1）断电→接触器自锁触点KM（3—4）分断(同时接触器主触点分断）→主电路分断→电动机M停转。
在上图中，接触器动合辅助触点KM（3-4）在起动按钮SB2松开后,仍能保持闭合通电，这种功能叫做自锁.这种具有自锁功能的控制电路叫自锁电路。接触器中起自锁作用的触点（如KM(3-4）)叫做自锁触点。
上图所示电路只具有简单的欠压和失压保护功能。所谓欠压保护，指的是当电压低于电动机额定电压的85%时,接触器线圈的电流减小，磁场减弱,电磁力不足，动铁心在反作用弹簧推动下释放，分断主电路,使电动机停止转动。失压保护则是指当电动机在运行当中，如遇线路故障或突然停电，控制电路失去电压，接触器线圈断电，电磁力消失，动铁心复位，将接触器动合主触点、辅助触点全部分断。即使电路恢复供电，电动机也不会转动,必须重新按起动按钮，才能使电动机恢复工作.
除线路欠压以外，电动机在运行中如果负载过重，频繁起动或频繁正、反转，电源缺相，都将使电动机的电流增大而使其过热，导致绝缘老化甚至烧毁电动机。所以电动机只有欠压、失压保护是不够的,在使用中还需加接专门的过载保护装置。在众多过载保护装置中，应用最多的是热继电器，装有热继电器的保护电路如下图所示.图中热电器的热元件FR串联在主电路中，它的动断触点FR（2-3）串联在控制电路中。

电路保护原理是：电动机在运行过程中，由于过载或其他原因使线路供电电流超过允许值，热元件因通过大电流而温度升高,烘烤热继电器内的双金属片使其弯曲，将串联在控制电路中的动断触点FR（2-3）分断，接触器线圈断电，释放主触点，切断主电路，电动机停止转动，从而起到过载保护作用。

（讲解、演示）

（讲解）

（讲解、演示)

（讲解、演示）

（讲解、演示）

(结合实例讲解）

小结
1.三相异步电动机的起动分为直接起动和降压起动.所谓“起动”,是指电动机通电后转速从零开始逐渐加速到正常运转的过程。
2.对异步电动机起动的基本要求是：在保证有足够的起动转矩的前提下尽量减小起动电流，并尽可能采取简单易行的起动方法。
3．在一般情况下，如果电动机的容量不超过供电变压器容量的20％～30%.则可以把电动机直接接到电网上进行起动，称为直接起动。
4.降压起动，就是起动时采用各种方法先降低电动机定子绕组的电压，以减小起动电流，待电动机升速后再加上额定电压运行。
5.在电动机控制电路中停止按钮采用串联方式接入，起动按钮采用并联方式接入.
6.对于小容量电动机的起动，在控制条件要求不高的场合，可以使用胶盖闸刀、铁壳开关等简单控制装置直接起动.
7.点动控制电路是用最简单的控制电路（又称为二次电路）控制主电路,完成电动机的全压起动，每按一下起动按钮，电动机就转动一次，随时释放起动按钮，电动机随时停止转动。
8。在点动控制的基础上,保持主电路不变，在控制电路中串联动断（常闭）按钮,并在起动按钮上并联一副接触器动合辅助触点即可成为电动机连续运转控制电路。按下起动按钮后，电动机长期运转直到按下停止按钮。
9。在连续运转控制电路中，松开起动按钮电路仍能保持闭合通电这种功能叫做自锁;这种具有自锁功能的控制电路叫自锁电路;接触器中起自锁作用的触点叫做自锁触点。
10。在连续运转控制电路中串联热继电器就构成具有过载保护功能的连续运转控制电路。

课题
第七章三相异步电动机控制电路
第二节正反转控制

课型
新课
授课班级

授课时数
1

教学目标
了解三相异步电动机接触器互锁正反转控制电路的组成和工作原理.

教学重点
三相异步电动机接触器互锁正反转控制电路的组成和工作原理。

教学难点
三相异步电动机正反转控制电路的工作原理.

学情分析

教学效果

教后记

新授课

A、新授课
第二节正反转控制
上节介绍的电路只能控制电动机朝一个方向旋转,而许多机械设备要求实现正反两个方向的转动。如机床主轴的正反转、工作台的前进与后退、提升机构的上升与下降、机械装置的夹紧与放松等。因此都要求拖动电动机能够正反转，所以电动机的正反转控制电路是经常用到的。根据三相异步电动机工作原理,只要将电动机主电路三根电源线的其中两根对调就可以实现电动机械正反转。下图所示为使用两个交流接触器控制电动机正反转的电路。
一、正反转控制电路
如下图（a）所示电路：图中接触器KM1和KM2的主触点使三相电源的其中两相调换,因此，KM1和KM2分别控制电动机的正、反转，SB2和SB3分别为正、反转起动控制按钮，SB1为停机按钮。

（a） （b） （c）
图（a)电路存在的问题是:按下正转按钮SB2电动机正转后，如需要电动机反转,若未按停止按钮SB1而直接按反转按钮SB3，则将使KM1和KM2同时接通，造成电动机主电路两相电源短路。也就是说，KM1和KM2两个接触器在任何时候只能接通其中一个,因此在接通其中一个之后就要设法保证另一个不能接通.这种相互制约的控制称为“互锁”控制.
上图(b）、（c）两图为互锁控制电路(图(b）、(c)中只画出控制电路,其主电路与图(a）相同），在图（b)电路中采取的方法是：将KM1、KM2的辅助动断触点分别串联在对方线圈的支路之中。显然，在其中一个接触器通电后，由于其动断触点的断开，保证了另一个接触器不能再通电。两个实现互锁控制的动断触点称为“互锁触点”。
但是，图（b）的控制电路在起动电动机运行后，若要改变电动机的转向,必须先按下停机按钮SB1，操作不够方便。此外,如果互锁触点损坏而无法断开，同样可能会造成KM1和KM2同时通电.图（c）的电路对此作了进一步的改进，除了用KM1、KM2的辅助动断触点作互锁之外，还串入了正、反转起动按钮SB2、SB3的各一对动断触点,起双重保险作用。该电路可实现电动机的直接正反转,但在操作时注意不要使电动机反转过于频繁(特别是大容量电动机)
二、电路工作原理
如上图(c)所示。
→SB2（动合）并联KM1动合辅助触点（4-5）→SB3
→SB3（动合）并联KM2动合辅助触点（4-8）→SB2
1．控制电路电流流向L1→FU2（上)→FR（2-3)

→SB1（3-4)
FU2（下）→L2

动断（5-6）→KM2动断辅助触点（6-7） → KM1（7—1）
动断（8-9）→KM1动断辅助触点（9-10)→KM2（10—1）
注：动合触点又称为常开触点，动断触点又称为常闭触点
2．电路工作原理
正转控制:闭合QS，接通电源→按下正转起动按钮SB2→控制电路（4—5）闭合→电流通过SB3动断触点(5—6）→接触器KM2动断辅助触点（6—7）→接触器线圈KM1（7-1）通电→同时接触器动合辅助触点KM1（4—5)闭合自锁→接触器KM1动合主触点闭合→电动机M通电正转。
在此过程中，KM2没有通电,因此其各触点处于未通电状态：KM2动合辅助触点（4—8)断开，KM2动断辅助触点（6-7）闭合，KM2线圈(10—1）断电，KM2主触点断开.
反转控制：按下反转起动按钮SB3→控制电路（4—8）闭合→电流通过SB2动断触点（8—9）→接触器KM1动断辅助触点（9—10）→接触器线圈KM2（10-1）通电→同时接触器动合辅助触点KM2(4-8）闭合自锁→接触器KM2动合主触点闭合→电动机M通电反转。
在此过程中，同样KM1也没有通电，其各触点处于未通电状态：KM1动合辅助触点（4—5）断开，KM2动断辅助触点（9—1）闭合，KM1线圈（7—1)断电,KM1主触点断开.
需要指出的是，正转时按下起动按钮SB2的同时，其动合触点SB2（4-5）闭合,但其动断触点SB2(8—9）则断开,使得KM2无法通电。反转时按下起动按钮SB3的同时，其动合触点SB3（4-8）闭合，但其动断触点SB2(5-6）则断开，使得KM1无法通电。
正转直接到反转控制：在正转过程中,若直接按下反转按钮SB3→控制电路（4-8）闭合,（5—6）断开→KM1线圈（7-1)断电→KM1主触点断开，切断主电路→电动机正转停止→与此同时KM1（9—10）复位接通→KM2线圈(10-1）得电→KM2主触点接通→电动机M通电反转.
反转直接到正转控制：在反转过程中，若直接按下正转按钮SB2→控制电路（4-5)闭合，（8-9）断开→KM2线圈（10—1）断电→KM2主触点断开，切断主电路→电动机反转停止→与此同时KM2（6-7)复位接通→KM1线圈（7—1）得电→KM1主触点接通→电动机M通电正转。
停止：任何时候按下动断按钮SB1→控制电路分断→接触器线圈KM1或KM2断电→主触点分断→电动机M停转.

（引入)

(对照图形进行说明）

(结合图形进行讲解)

小结
电动机正反转控制实质是交换三相交流电源线中的任意两相。

课题
第七章三相异步电动机控制电路
拓展学习生产机械控制电路

课型
新课
授课班级

授课时数
0

教学目标
1．认识电动机常用控制线路。
2．了解三相异步电动机的起动与调速方法。
3．理解三相异步电动机的正、反转控制原理。

教学重点
三相异步电动机的正、反转控制原理。

教学难点
三相异步电动机的主电路、控制电路的构成及控制过程。

学情分析

教学效果

教后记

新授课
A、复习
直流电动机的转动原理。
B、新授课
拓展学习生产机械控制电路
一、生产机械设备电器控制电路图的读图方法
（1)了解设备的基本结构、运行情况、工艺要求、操作方法以及设备对电力拖动的要求，电气控制和保护的具体要求，对设备总体有一个总体了解，为阅读电气图做好准备。
（2）阅读主电路，了解电力拖动系统由几台拖动电动机组成,各用什么电器进行控制。
（3）看控制电路,分析各个控制环节的工作原理和工作过程。
（4）根据电气的控制和保护要求，分析各环节之间的联系、工作程序、和联锁关系。“化整为零看电路，积零为整看全部。”
（5)统观整个电路,看有哪些保护环节。
（6)再看电气原理图的其他辅助电路,如检测、信号指示、照明电路等。
二、CA6140型普通车床的电气控制电路
1．CA6140型车床外形和结构

2．三台电动机拖动
电气控制电路如图所示。

（1)M1 为主轴电动机,拖动车床的主轴旋转，并通过进给电动机实现车床的进给运动.
（2）M2为冷却泵电动机,拖动冷却泵在切割过程中为刀具和工件提供冷却液。
(3）M3为刀架快速移动电动机.
3．主电路
（1）电源采用三相380 V交流电源,由漏电保护断路器QF引入,总熔断器FU由用户提供。
（2）主轴电动机M1的短路保护由QF的电磁脱扣器来实现。
（3）冷却泵电动机M2和刀架快速移动电动机M3分别由熔断器FU1、FU2实现短路保护。
(4)三台电动机均直接起动，单向运转，分别由交流接触器KM1、KM2、KM3控制运行。
(5）M1和M2分别由热继电器FR1、FR2实现过载保护,M3由于是短时工作制，所以不设过载保护。
4．控制电路
TC提供110 V电源，由FU3作短路保护。电气控制盘装在床身左下部后方的壁龛内，电源开关锁SA2和冷却泵开关SA1均安装在床头挂轮保护罩的前侧面.开机前用钥匙右旋SA2，合上QF接通电源,即可操作了。
（1）主轴电动机控制：按下SB1，KM1接通并自锁,M1起动运行；停机时，按下SB2,KM1断电，M1停止转动；按下SB2自行锁住，右旋复位.
(2）冷却泵控制电路：通过开关SA1操纵，由KM2控制。M1运行后M2才能起动,M1停止M2也停止。
（3）刀架快速移动电动机的控制：通过SB3控制开关，由十字形手柄控制刀架快速移动的方向.
5．照明与信号指示电路
TC提供电源，EL为24 V车床照明灯,FU5做其短路保护;HL为6 V电源指示灯FU4做其短路保护。
6．电气保护环节
行程开关SQ1、SQ2组成断电保护环节。
SQ2——电气箱安全行程开关，当SA2左旋锁上或电气控制盘的壁龛门被打开,SQ2闭合,使QF自动断开，即使出现误合，QF也可在0。1 s内再次自动跳闸。
SQ1—-挂轮箱安全行程开关，当箱罩被打开后SQ1断开，使主轴电动机停止。
三、Z535型立式钻床的电气控制电路
Z535型钻床属于立式钻床，外形和结构如图所示。

电气控制图如图所示。

1．主电路
三相电源——由QS1引入,FU1作电路的短路保护。
M1——主轴电动机。
KM1、KM2——热继电器，分别M1的控制整反转.
FR——作过载保护。
M2—-冷却泵电动机，QS2控制其运行。
FQ2-—作M2及控制、照明电路的短路保护.
2．控制电路
由操纵手柄压动三个微动开关SQ1、SQ2、SQ3来控制KM1、KM2，实现M1的正反转控制：
(1）手柄置于中间位置时，SQ1的动合触点(1—3）断开，M1停机。
(2)M1正转控制：手柄置于向下位置®压动SQ1与SQ2®SQ1与SQ2的动合触点(1-3)、(3-5）闭合®KM1通电®M1正转。手柄松开，SQ2的动合触点（3—5）断开，但KM1由其自锁触点（15—5）经SQ3的动断触点(3-5）支路自锁而保持通道.
（3）M1反转控制:手柄置于向上位置®则压动SQ1与SQ3®SQ1与SQ3的动合触点（1—3）、(3—11）闭合®KM2通电®M1反转。松开手柄®SQ3的动合触点（3—11）断开时,KM2由自锁触点(9-11）经SQ2的动断触点（3-9）支路保持通电。
（4)自动进给控制：预先调节好自动进给的速度和进给深度，按照正转控制的方法将操纵手柄向下压®M1正转®完成攻丝加工后，装在刻度盘上的撞块碰撞凸轮,通过杠杆作用而压住SQ3®SQ3的动断触点（3-15）断开使KM1断电,而SQ3的动合触点（3-11）闭合®KM2通电，M1反转®使丝锥推出工件.
（5）继续加工，将手柄再向下压®SQ2动作®SQ2的动断触点（3-9)断开而动合触点（3-5)闭合®KM2断电而KM1通电®M1由反转转为正转。
3．照明电路
照明变压器TC为钻床照明灯EL提供电源,SA为照明灯开关,FU3作短路保护.
(提问引入）

（结合上节内容对比讲解)

（详细讲解）

（结合实例讲解)

练习

小结
生产机械设备电器控制电路图的读图方法
（1)了解设备的基本结构、运行情况、工艺要求、操作方法以及设备对电力拖动的要求，电气控制和保护的具体要求。
（2）了解主电路.
(3）分析控制电路。
（4）化整为零看电路,积零为整看全部。
（5）查看保护环节。
（6)再看其他辅助电路。

布置作业