低压工业配线及感应马达介绍V1.0.doc

低壓工業配線及感應馬達介紹
版 本：V1.0
作 者：賴春億
修訂日期：95/06/07
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01
初版定稿
2006/06/07
賴春億
V1.0

第一章：電控元件介紹
名 稱
同 異 名 稱
常 用 英 文 註 腳
符 號
說 明
無熔絲開關
斷路器
NFB、CB、MCB

1. 過載跳脫保護性接點
2. 過電流保護性接點、a接點
電磁接觸器主接點

M、MC

1. 電磁接點
2. 通常為a接點，當線圈未受電時，接點開啟，當線圈受電後，接點瞬時閉合
積熱電驛接點
過載保護器
OL、TH-RY、THR

1. 過載跳脫保護性接點
2. 通常為C接點，C點為公共接點，含1a1b型
瞬時常開接點
NO接點、a接點、常開接點
CR、AUX、R、X、MC、
MC-a、MC/a

1. 電磁接點
2. 當線圈未受電時，接點開啟；當線圈受電時，接點瞬時閉合
瞬時常閉接點
NC接點、b接點、常閉接點
CR、AUX、R、X、MC、
MC-b、MC/b

1. 電磁接點
2. 當線圈未受電時，接點閉合；當線圈受電時，接點瞬時開啟
通電延時電驛
延時常開接點
延時a接點
延遲a接點
ON DELAY a接點
T、TR

1. 電磁接點
2. 當線圈未受電時，接點開啟，當線圈受電經一段時間後閉合
通電延時電驛
延時常閉接點
延時b接點
延遲b接點
ON DELAY b接點
T、TR

1. 電磁接點
2. 當線圈未受電時，接點閉合，當線圈受電經一段時間後開啟

斷電延時電驛
延時a接點
OFF DELAY
b接點
T、TR

1. 電磁接點
2. 當線圈未受電時，接點開啟，當線圈受電後接點瞬時閉合，當線圈斷電經一電時間後，接點開啟者
斷電延時電驛
延時b接點
OFF DELAY
b接點
T、TR

1. 電磁接點
2. 當線圈未受電時，接點閉合，當線圈受電後接點瞬時開啟，當線圈斷電經一電時間後，接點閉合者

閃爍電驛
FR
FR

1. 電磁接點
2. 當線圈受電後，a接點閉合，b接點開啟，經一電時間後a、b接點復歸，反覆切換，一直至線圈斷電停止切換者
按鈕開關
常開接點
按紐開關a接點
a接點
NO接點
PB
PB-ON PB/ON
PB-a

1. 機械接點
2. 平時接點開啟，手按後接點始閉合
按鈕開關
常閉接點
按紐開關b接點
b接點
NC接點
PB
PB-OFF PB/OFF
PB-b

1. 機械接點
2. 平時接點閉合，手按後接點始開啟
極限開關
常開接點
微動開關a接點
位置開關a接點
LS LS/a
LS-a

1. 機械接點
2. 平時接點開啟，當引桿受力後接點閉合
極限開關
常閉接點
微動開關b接點
位置開關b接點
LS LS/b
LS-b

1. 機械接點
2. 平時接點閉合
選擇開關接點
C接點
切換開關
CS、COS

通常C為公共接點，含1a1b
低壓工業配線電路發展至今，己有其相當歷史。而使用的器具亦隨日而增，
故只針對職場上常出現的電路與器材加以介紹。
1. 電磁開關(Magnetic Switch)
電磁開關仍電磁接觸器與積熱電驛之組合，簡稱M.S(IEC簡稱K或
KM)。
(1)電磁接觸器：
基本組成：
可分為電磁線圈、固定鐵心、可動鐵心、主接點、輔助接點、遮蔽線圈等七部份。
動作原理：
當加電壓置電磁線圈的兩個端頭時，電磁線圈即有電流流通，產生磁場，使固定鐵心變成電磁鐵，吸引在上方的可動鐵心，可動鐵心受吸引下移時，帶動固定在其上的可動主、副接點，而使接點開啟閉合，作為電路開啟閉合之用。
主接點用途：
一般常應用在交流大電流的電路開關，因為內部遮蔽線圈具有穩定電磁線圈交流激磁之吸引力的作用及避免於交流零點消磁所引起的振動，減少雜音。
輔助接點用途：
通常位於電磁接觸器的兩旁，為較小電流容量的接點，作為控制線路之用，不可當主接點使用。

(2)積熱電譯(Thermal Over Current Relay)：
基本組成：
可分為加熱元件、雙金屬片、a,b,c控制接點(a-c常開,b-c常閉)
動作原理：
內部加熱元件與電磁接觸器的主接點串接；接上負載供電時，流經
其內部的電流即為負載電流，若此電流達預設值時，加熱元件產生
熱量，使雙金屬片彎曲，雙金屬片帶動絕緣板，使接點狀態切換，
將控制線電源切斷，使電磁接觸器電磁線圈失磁，主接點打開，負
載斷電而達到保護的功用。
PS：一般積熱電譯又稱熱動電譯或熱動式過載繼電器
一般用途：
a.過載跳脫保護性接點
b.通常為C接點，C點為公共接點，含1a1b型
2. 輔助電譯(Auxiliary Relay)：
又稱電力電譯或者控制電譯，即一般常見的繼電器。
3. 無熔絲開關(No Fuse Breaker)：
無熔絲開關是一種低壓過電流保護之斷路器，簡稱NFB又稱MCB。依
動作原理可分為 (1) 熱動跳脫式; (2) 磁動跳脫式; (3) 全磁跳脫式。
(1)熱動跳脫式
當電流超過NFB額定電流時，雙金屬片受熱彎曲，觸動跳脫元件，
使接點打開，以切斷負載電流。由於此型NFB具有延時性，故不能
用來做短路保護，而只能做過載保護之用。
(2)磁動跳脫式
如下圖所示，當電流如圖方向流通時，依安培右手定則知可動鐵心必
感生N極，而固定鐵心呈現S極，而其磁力F與電流成正比。當過
載時，磁力增大迫使可動鐵心下移，帶動跳脫元件，使接點跳脫。若
遇短路故障時，導線流通之電流將甚大，吸力較過載時為大，可動鐵
心下移的速度也快，故可作為過載及短路保護。
一般可動鐵心上有螺絲，可調整可動鐵心與固定鐵心的距離，其間距
離愈大，跳脫速度愈慢；距離愈小，跳脫速度愈快。

(3)全磁跳脫式
正常負載狀態：
過載初期狀態：
過載斷路時之狀態：
短路跳脫狀態：
4. 按鈕開關(Push Button Switch)
5. 切換開關(Change Over Switch)
6. 微動開關(Limit Switch)

第二章：順序控制電路規劃
順序控制系統上即使很複雜的控制電路，如經由分析的話，就知道是由幾個基本電路所組合而成的。為了理解順序控制，這些都是必需記住的重要電路。
如下：
(1) BUFFER(緩衝器)、NOT (反閘)
緩衝器輸出與輸入值相同。
反閘：輸出與輸入值相反。(1變0、0變1)
BUFFER真值表
NOT真值表
PB1
X
PB2
Y
0
0
0
1
1
1
1
0

(2) AND(及閘)、NAND(反及閘)
及閘：輸入只要一個為0輸出就是0。
反及閘：輸入只要一個為0輸出就是1。
AND真值表
NAND真值表
PB1
PB2
X
PB1
PB2
Y
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
1
1
1
0

(3) OR(或閘)、NOR(反或閘)
或閘：輸入只要一個為1輸出就是1。
反或閘：輸入只要一個1輸出就是0。
OR真值表
NOR真值表
PB1
PB2
X
PB1
PB2
Y
0
0
0
0
0
1
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
0
0
1
1
1
1
1
0

(4) XOR(互斥或閘)、NXOR(反互斥或閘)
互斥或閘：兩輸入值相同時為0、兩輸入值不相同時為1。

反互斥或閘：兩輸入值相同時為1、兩輸值不相同時為0。

XOR真值表
NXOR真值表
PB1
PB2
X
PB1
PB2
Y
0
0
0

0
0
1
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
0
0
1
1
0
1
1
1

(5) 自保迴路
自保持電路就是，例如，按下按鈕開關使繼電器的線圈激磁，如果放開按鈕，因繼電器本身的A接點(NO.)組成另一激磁電路，以保持動作的電路。
一般可分為復歸優先與動作優先兩種。如下迴路

(6) 互鎖迴路
互鎖電路，其目的主要是為了操作者的安全及保護機器，利用機器動作狀態的接點，彼此牽制相關機器之動作的電路，又稱為禁止對方動作電路或先行動作優先電路。

第三章：三相感應馬達配線介紹
1.三相感應馬達一般區分有鼠籠式繞線式。
繞線式：轉子放有三相平衡繞組，經由炭刷滑環接到外面之電阻，改變外加
電阻值，可以得所需啟動特性及並可改變速度。
鼠籠式：轉子表面為短路銅條覆蓋，無法如繞線式改變轉子繞組之電阻。但
可密封、少維護、體積小。銅條一般為斜置，以減少運轉噪音及促
進運轉之平滑。依金屬條之形狀及單層或雙層，可有不同轉矩特性
之鼠籠式感應馬達。
2.三相感應馬達操作原理
a.轉子沒有外加電源激勵。
􀂄 b.當定子由外加電壓產生旋轉磁場時，轉子因轉差速度割切產生電壓，進而
於短路繞組中流有電流產生磁場，如此，轉子與定子之mmf 互相作用產生
轉矩令轉子運轉。轉子速度永遠小於同步轉速，當負載增加則轉速降低

c.在一般運轉情形下，s 很小，約為3~10%，視轉子之設計而定。額定s 越
小之馬達，其穩態之運轉效率越高。機械負載增加時，slip增大機械負載增
加時，slip增大(speed n 下降）。啟動時：s=1，必須限制啟動電流，因啟
動時感應馬達如同一短路之變壓器。
3.鼠籠式感應電動機的啟動方法
a.全壓啟動

b.降壓啟動法
(a)Y-△啟動法

• Y-△起動法是將三相感應電動機定子6條線拉出，起動時接成Y接線，等
• 到起動電流下降到穩定值後，再將接線改成△接，做全壓運轉，如圖10-2所示。因於Y接時的相電流是△接的，且每一繞組的電壓也只有△接的 ，所以Y接的起動電流實際上僅有△接的
• 此種接法的優點為接線簡單，成本低廉，且可有效減低起動電流小，缺點為起動轉矩小，加速較慢，只適用於5到l5馬力的電動機，能無載起動者。
(b)線路串聯電阻啟動法

(c)線路串聯電抗啟動法

4.三相感應馬達正逆轉控制

5.三相感應馬達Y-△切換控制

第四章：感應主軸馬達與變頻器控制介紹
1.主軸感應馬達等效電路圖

Im
Id
Iq
R1
LC
Vcc
馬達等效電路圖
LM
R2

馬達電流變數說明 :
Im : 不同轉速下 ,馬達全載電流
Id : 馬達激磁電流
Iq : 馬達負載電流
激磁電流 Id: 馬達為產生固定旋轉的磁場 ,定子所流動的電流
負載電流 Iq : 因馬達定子轉子滑差 ,在轉子產生的感應磁場 ,等效於一次側 所產生的負載電流

2.馬達與變頻器整合特性曲線 :

P
TO
N
N
Bf
變數說明 :
P : 馬達輸出功率
N : 馬達轉速
T : 馬達輸出扭力
Bf : 馬達基底頻率

Imm
N
N
Id
N
Iq
N
馬達電流變數說明 :
Im : 不同轉速下 ,馬達全載電流
Id : 馬達激磁電流
Iq : 馬達負載電流
激磁電流 Id: 馬達為產生固定旋轉的磁場 ,定子所流動的電流
負載電流 Iq : 因馬達定子轉子滑差 ,在轉子產生的感應磁場 ,等效於一次側 所產生的負載電流

P-N 曲線說明 :
(1)主軸馬達轉速在基底頻率(額定轉速)之前 ,為定扭力區
(2)主軸馬達轉速在基底頻率到三到四倍基底頻率之間 ,為定功率區
(3)過了四倍基底頻率 馬達輸出功率 ,開始下降

T-N 曲線說明 :
(1)扭矩 = 轉動慣量 * 加速度
(2)定扭力區馬達以定扭矩輸出
(3)定功率曲隨著馬達轉速增加 ,馬達輸出扭力開始下降 ,輸出扭矩與轉速成反比
(4)過了四倍基底頻率 馬達輸出功率 急速下降 輸出扭力也急速下降

I-N 曲線說明 :
(1)馬達電流 Im ,由激磁電流 Id 與負載電流 Iq合成 ,
Im**2=Id**2 + Iq**2
(2)馬達輸出扭力 Torque = K * Id * Iq (K : 馬達扭力常數)
(3)無負載時 Iq=0 ,變頻器輸出的電流 ,即為馬達激磁電流 Id
(4)在定扭力區與定功率區 , 負載電流 Iq 大小與馬達轉速滑差成正
比 ,滑差越大 ,負載電流越大 .
(5)定扭力區 ,激磁電流 Id 固定 ,此區域馬達輸出電流最大 ,最容易造成變頻器輸出過載( over load)
(6)定功率區 ,隨轉速增加 , 馬達激磁電流 Id 開始等比例下降 ,所以馬達空載時 ,會隨轉速增加Im跟著下降 ,但是馬達全載時 Iq 不會降 ,所以馬達全載合成電流 Im祇有略為下降 .
(7)過了四倍基底頻率 ,因為電壓不足以克服高頻時 ,馬達電感的感抗 ,所以Id ,Iq 會急速降低 ,馬達輸出扭力也急速降低 .
(8)過了四倍基底頻率 ,馬達合成輸出電流會急速下降 ,所以此時馬達的發熱 ,主要是來自於軸承的高速磨擦所產生的熱 .

3.馬達基本產品規格參數
馬達的產品規格主要是由下列變數所決定 :
(1)額定電流 : 因為馬達電阻發熱量與矽鋼片磁飽合兩因素決定了馬達
可承受的長時間運轉電流 ,此電流稱為 “ 額定電流 “
(2)額定電壓 : 馬達全馬力輸出時 ,產生激磁電流的 Vd , 此電壓又稱 “基底電壓” ,在馬達設計時 ,此規格已決定 ,在工具機應用場合 ,通常是變頻器輸入電壓的 80-90% .
(3)額定頻率 : 馬達定功率區的起始頻率 , 此頻率又稱”基底頻率” ,在馬達設計時 ,此規格已決定 ,在工具機應用場合 ,一般馬達基底頻率 50-60Hz ,廣域馬達是 20-30 Hz ,內藏馬達 150Hz以上 .
(4)馬達極數 : 此規格在馬達設計時 ,規格已決定 ,馬達轉速與極數的關係式如下 : 轉數 = (120*頻率)/馬達極數 ,在工具機應用場合 ,通常是 2P ,4P ,6P
(5)編碼器解析度 : 此規格在閉回路向量控制與主軸定位時會用到 .