电器控制技术-4

§2-4异步电动机的

正反转控制线路

在生产机械或机床中，往往要求运动部件能实现两个相反方向的运行，例如：主轴的正向和反向转动，工作台的前后、左右移动，起重机吊钩的上升和下降等等，而这两个彼此相反方向的运动，通常是靠拖动它们的三相异步电动机的正反转来实现的。复习：★由电工学可知，电动机转轴的转动方向是与定子通电所产生的旋转磁场方向一致的，而旋转磁场的方向又与接入电源的相序有关。因此只要把电动机定子三相绕组中任意两相调换一下接到三相电源上，定子相序即可改变，从而改变电动机的转向。NSTCn§2-4异步电动机的

正反转控制线路

★

相序：是指三相交流电出现幅值（或零值）的顺序。电源的相序为：A→B→C★若将电源顺相序接入定子线圈，磁场正转，且电机正转，那么若任意调换两相绕组的相序，磁场就会反转，从而使电动机也反转。L1L2L3N(A)(B)(C)

U

B

UA

UC

§2-4异步电动机的

正反转控制线路xYZ一.电动机正反转控制：★

当KM1闭合、KM2断开时，电动机定子顺相序接入电源,电动机正转，即X→A；Y→B；Z→C。★

当KM1断开、KM2闭合时，电动机定子改变相序接入电源,则电动机反转:X→C；Y→B；Z→A。注意:任意时刻KM1、KM2都不能同时接通,否则,电源短路。KM2KM1FR3M3~FUQ

L1L2L3

(A)(B)(C)主电路§2-4异步电动机的

正反转控制线路主电路：★

当KM1闭合、KM2断开时，电动机定子顺相序接入电源,电动机正转，

即X→A；Y→B；Z→C。★

当KM1断开、KM2闭合时，电动机定子改变相序接入电源,则电动机反转:X→C；Y→B；Z→A。注意:任意时刻KM1、KM2都不能同时接通,否则,电源短路。电源

(AC)两相短路KM2KM1FR3M3~FUQ

L1L2L3

(A)(B)(C)xYZ§2-4异步电动机的

正反转控制线路图(a).电动机“正→停→反”控制线路控制过程:KM1得电→断→

KM2得电若在

KM1和KM2得电支路中，不互串接常闭触点(称“电气互锁”)，有造成电源短路的可能。FUKM2KM1FR3M3~Q

L1L2L3(A)(B)(C)SB1SB2SB3KM1KM1KM2KM2KM2KM1FR§2-4异步电动机的

正反转控制线路KM2复合按钮的动作特点总是先断后合。复合按钮的这种互锁功能,也称为“机械互锁”。

图(b)控制线路中,既有“电气互锁”,又有“机械互锁”,

从而保证电路可靠地工作。SB1SB3KM1SB2KM1KM1KM2FRKM2§2-4异步电动机的

正反转控制线路在实际中可能出现这样的情况，由于负载短路或大电流长期作用，接触器的主触点被强烈的电弧“烧焊”在一起，或者接触器的机构失灵，使衔铁卡住总在吸合状态，这都可能使主触点不能断开，这时，如果另一接触器动作就会造成电源短路事故。因此控制线路必须具有双重互锁功能。由于图(b)线路操作方便，安全可靠，故被广泛应用。§2-4异步电动机的

正反转控制线路

二.电动机正反转自动循环控制1.工作台正反向自动循环控制用行程开关控制电动机的正反转，一般是由运动部件上的挡铁在工作中碰压行程开关，来实现电动机正反转的自动切换。机床(如龙门刨床、平面磨床)的工作台在一定行程内往复循环工作的自动控制就是用这样的电路来实现的。§2-4异步电动机的

正反转控制线路工作台正反转自动循环控制线路ST1ST2ST4ST3工作台前进后退ST1ST2ST3ST4SB2SB1KM2KM2KM1KM1SB3KM1KM2§2-4异步电动机的

正反转控制线路2.动力头的自动循环控制动力头的行程控制线路,也是由行程开关按行程控制来实现动力头的往复运动的。

生产要求：

首先动力头Ⅰ由位置a→b停下;然后动力头Ⅱ由位置c→d停下;接着再使动力头Ⅰ和Ⅱ同时返回到原位置停下。§2-4异步电动机的

正反转控制线路M1M2ST1aST2bST3cST4d动力头Ⅰ动力头Ⅱ(1)KM1闭合,M1正转:a→b(2)KM2闭合,M2正转:c→d(3)KM3闭合,M1反转:b→aKM4闭合,M2反转:d→cKM1KM3FR13M13~KM2KM4FR23M23~§2-4异步电动机的

正反转控制线路

KM3和KM4接触器的辅助动合触点，分别起自锁作用，这样能保障动力头Ⅰ和Ⅱ都确实退到原位。如果只有一个接触器的触点自锁，那么另一个动力头就可能出现没退回到原位接触器就已失电的情况。ST4ST2KM1SB1KM2KM3KM4SB2ST3KM3KM1KM4KM2KM1KM3KM4KM2FRST1§2-4异步电动机的

正反转控制线路★问题：如果系统完成了一个周期后，能否要求其继续进入自动循环状态呢？怎么办？ST4ST2KM1SB1KM2KM3KM4SB2ST3KM3KM1KM4KM2KM1KM3KM4KM2FRST1§2-4异步电动机的

正反转控制线路§2-4异步电动机的

正反转控制线路ST4ST2KM1SB1KM2KM3KM4SB2ST3KM3KM1KM4KM2KM1KM3KM4KM2FRST1由于生产设备可转动部分具有机械惯性，因此三相异步电动机从切除电源、利用机械摩擦等阻力使其自然停车，总要经历一段时间，而这往往不能适应许多机械设备的工艺要求。例如万能铣床、卧式镗床、组合机床等机械设备的主轴都要求能迅速停车和准确定位，这就要求对电动机进行制动控制，迫使其立即停车。§2-5异步电动机

制动控制线路电动机制动的方法一般有两类：

机械制动

就是利用电磁铁操纵机械装置进行的制动。例如电磁抱闸制动器（在吊车、卷扬机、电梯设备上常用）等，可使电动机在切断电源后迅速停转。

电气制动

实质上是在电动机停车过程中，产生一个与转子原来旋转方向相反的电磁制动转矩，迫使电动机转速迅速下降。§2-5异步电动机

制动控制线路

对于三相笼型异步电动机，常用的电气制动方法有两种：能耗制动和反接制动。

一.能耗制动控制线路

方法是：在切断电动机的三相交流电源后，立即在定子绕组中通入一个直流电源，以产生一个恒定的磁场，而因惯性旋转的转子绕组则切割磁力线产生感应电流，继而产生与惯性转动方向相反的电磁转矩，§2-5异步电动机

制动控制线路对转子起到制动作用。当电动机转速降至零时，再切除直流电源。这种消耗转子机械能，并将其转化成电能,从而产生制动力的制动方法，称为能耗制动法。

下面介绍两种分别用复合按钮手动控制(图a)和时间继电器自动控制(图b)的单向能耗制动控制线路。

§2-5异步电动机

制动控制线路§2-5异步电动机

制动控制线路能耗制动作用的强弱与通入直流电流的大小和制动开始时电动机的转速有关，在同样的转速下，电流越大制动作用越强。该电流的大小可由可调电阻来调节。该电流一般取电动机额定电流的2~3倍。M3~KM1KM2KM2RPTFU2FU1FR能耗制动控制的主电路KM1KM1KM1KM2KM2SB1SB2FR图(a)是复合按钮手动制动控制线路(要停车时，按下按钮SB1，直到制动结束放开按钮。)§2-5异步电动机

制动控制线路M3~KM1KM2KM2RPTFU2FU1FR能耗制动控制的主电路§2-5异步电动机

制动控制线路图(b)是时间继电器自动制动控制线路(延时时间的控制由电动机功率和拖动情况决定)KM1KM1KM1KM2KM2SB1SB2FRKM2KTKTM3~KM1KM2KM2RPTFU2FU1FR能耗制动控制的主电路§2-5异步电动机

制动控制线路

特点：电动机能耗制动时，制动转矩随电动机的惯性转速下降而减小，故制动平稳且能量消耗小，但制动力较弱，特别是低速时尤为突出，另外控制系统需附加直流电源装置。一般在重型机床中常与电磁抱闸配合使用，先能耗制动，待转速降至一定值时，再令抱闸动作，可有效实现准确、快速停车。能耗制动一般用于制动要求平稳准确、电动机容量大和起制动频繁的场合，如磨床、龙门刨床及组合机床的主轴定位等等。

二.反接制动控制线路电动机反接制动方法：要停车时，将电动机上三相电源相序切换，使之产生一个与转子惯性转动方向相反的转矩，使电机转速迅速下降，当转速接近零时，将电源切除。假设电动机正在正向运行，若将电源反接，电动机转速将由正转急剧降到零，如果反接电源不及时切除，则电动机又要从零速§2-5异步电动机

制动控制线路反向起动运行。

如何在电动机转速降为零时及时切除电源呢？控制电路采用了速度继电器来完成，速度继电器转子与电动机的轴同轴相连，电动机的转速即反映为速度继电器转子的转速。速度继电器的工作原理是：当速度继电器的转子转速大于120rpm时，其触点动作;而当转速小于100rpm时，其触点复位。§2-5异步电动机

制动控制线路另外，由于反接制动时旋转磁场与转子的相对速度很大，接近两倍的同步转速，因此电流很大，所以对于鼠笼式电动机，常在定子电路中串接电阻；对于绕线式电动机，则在转子电路中串接电阻，此电阻称为反接制动电阻。可三相均衡串接，也可两相串接，两相串接电阻的阻值应为三相串接的1.5倍。下面介绍两种反接制动的控制线路。§2-5异步电动机

制动控制线路KSKM2KM1FR3M3~FUQ

L1L2L3(A)(B)(C)RKM1KM1KM2KM2SB1SB2FRKM1nKM2KS单向起动反接制动控制线路电动机运转时，速度继电器常开触点闭合，为KM2得电作好准备。制动时，按SB1,KM2得电制动,

当n＜100rpm时,KS打开,制动结束。§2-5异步电动机

制动控制线路§2-5异步电动机

制动控制线路双向起动反接制动控制线路M3~KSRRFRKM3KM2KM1FUKM1KM2KKKKM2SB3SB1SB2KM3KKM2KM3KM1KKS1KS2KM1FRnn右图为C650卧式车床电气控制系统中，主电动机的点动、正反转及正反向制动控制电路。SB2SB0KM1KM2KKKKM2SB3SB1KM3KKM2KM3KM1KKS1KS2KM1FRnn§2-5异步电动机

制动控制线路§2-5异步电动机

制动控制线路电动机反接制动方式的优点是：制动力大，制动效果显著。缺点是：制动准确性差，制动过程冲击力大，容易损坏传动部件，而且使电网供给的电磁功率与拖动系统的机械功率全部转变为电动机转子的热损耗，其能量损耗大，故应限制反接制动次数，一般用于系统惯性较大，制动要求迅速，起制动不频繁的场合。如铣床、镗床、中型车床等主轴的制动。

在同一负载下，人为地将电动机的转速从某一数值改变为另一数值，来符合生产机械工作的需要称为调速。

例如：在金属切削机床上加工零件，为保证零件加工质量，主轴的转速随着工件和刀具的材料、工件的直径、加工工艺要求及走刀量等的不同而不同。§2-6异步电动机

调速控制线路长期以来，在电动机的调速领域中，直流调速方案一直占有主要地位。20世纪60年代以后，随着电力电子学与电子技术的发展，使得采用半导体交流技术的交流调速系统得以实现，特别是70年代以来，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，为交流电力传动的进一步开发创造了有利的条件。§2-6异步电动机

调速控制线路

实际应用中，交流调速技术不仅调速性能优良，而且还具有节约能源、减少维护费用、节约占地面积等优点，尤其是在大容量或工作于恶劣环境时，更为直流拖动所不及。因此，了解和掌握交流调速的原理和方法，熟悉交流传动控制系统研究的现状和发展，已经成为从事机电传动与控制的人士十分关注的一个领域。§2-6异步电动机

调速控制线路根据异步电动机的转速公式：n=60f

(1-s)/p可以知道，异步电动机的调速方法有三种：改变频率f

、改变极对数

p

和改变转差率

s，其中,改变转差率s的方法，又可通过调定子电压、转子电阻、转子电压以及定转子供电频率差等方法来实现，从而派生出很多种调速方法。§2-6异步电动机

调速控制线路我国电网频率是固定的50Hz，改变电源频率需要专门的变频装置，控制电路复杂、成本较高，虽可实现大范围的无级调速，是一种理想的调速方法，但是由于其成本较高，故尚未普遍应用。§2-6异步电动机

调速控制线路目前常用的调速方法是改变极对数调速和转子电路串电阻调速方法。

这种方法调速虽然简单可靠，但它是有级调速；若在转子电路中串入一个调速变阻器，便可以实现平滑地无级变速，但是这要消耗大量的电能，不经济。并且随转速降低，特性变软。这种调速方法大多用在重复短期运转的生产机械中。如在起重运输设备中应用非常广泛。§2-6异步电动机

调速控制线路转子电路串电阻调速的方法只适用于绕线式异步电动机。在实际中，还存在大量的生产机械，它们并不需要连续平滑的调速，只是需要几种特定的转速即可，而且对起动性能没有高要求，一般只在空载或轻载下起动，在这种情况下，可以采用变极对数的调速方法。改变定子绕组的接线，可以改变磁极对数。§2-6异步电动机

调速控制线路由于绕线式异步电动机改变定子极对数后，转子绕组也要重新组合，生产中难以实现。而鼠笼式异步电动机转子绕组本身无固定的极对数，它是随定子绕组极对数改变而变化的。§2-6异步电动机

调速控制线路变极对数的调速方法只适用于鼠笼式异步电动机。一.三相鼠笼式异步电动机定子绕组改变极对数的原理：

磁极对数p的改变取决于电动机定子绕组的结构和接线。下面，只以三相定子绕组中的一相(U1U2)为例来说明:NSU1U2U1U2p=1可见，可产生唯一的一对磁场磁极。§2-6异步电动机

调速控制线路假若每相绕组由两个线圈组成，结果就不唯一。§2-6异步电动机

调速控制线路变极调速原理NNSSA1X1A2X2每相绕组中两个线圈串联时(p=2)

A1X1A2X2NSA1A2X1X2每相绕组中两个线圈并联时(p=1)

A1X1A2X2U1U2V1V2W1W2①②①①②②(a)三角形联接①①①②②②U1V1W1U2V2W2(b)双星形联接4/2极双速电动机三相定子绕组接线示意图§2-6异步电动机

调速控制线路此方法的原理是，通过改变定子绕组中线圈的接线，来得到不同的磁场极对数，从而改变电动机的转速。若在定子上安装两套独立的三相绕组，且各自具有所需的极对数，两套独立绕组中每套又可有不同的连接，这样就可以分别得到双速、三速或四速电动机，通常称为多速电动机。§2-6异步电动机

调速控制线路

二.双速电动机高低速控制线路

注意:

图(a)中定子绕组由Y形改接成YY形，即每相绕组由串联改成并联，故极对数减少了一倍。可以证明，此时转矩维持不变,而功率增加了一倍，即属于恒转矩调速；

§2-6异步电动机

调速控制线路下面将以双速电动机为例来分析这类电动机的变速控制线路。

而在图(b)中，定子绕组由△形改接成

YY形时，极对数也减小了一倍。也可以证明，此时功率基本维持不变，而转矩约减小了一倍，即属于恒功率调速。U1U2X1X2ACBU1U2X1X2ABC图(a)Y-YYU1U2X1X2ACBU1U2X1X2ABC图(b)△-YY§2-6异步电动机

调速控制线路

为了使电动机在改变磁极对数后仍能维持原来的转向不变，就必须在改变极对数的同时，改变三相绕组接线的相序(如将B和C两相对换),这是设计变极调速电动机控制线路时一个必须注意的问题。§2-6异步电动机

调速控制线路

UVWD1D6D3D5D2D4KMLKMLKMH

4

/

2

极双速电动机高低速控制主电路：

将出线端D1、D2、D3接电源，D4、D5、D6端悬空,则绕组为△形接法，每相绕组中两线圈串联(四极)，电动机为低速；而当D1、D2、D3短接,D4、D5、D6接电源,则绕组为YY形,每相绕组中两线圈并联(二极)，电动机为高速。§2-6异步电动机

调速控制线路SB1SB2KMLKMHKMHKMHKMLKMLSFR图(a)KMHSB3SB1KMLSB2KMHKMLKMLKMHFR图(b)

UVWD1D6D3D5D2D4KMLKMLKMH§2-6异步电动机

调速控制线路图(a)和图(b)中接触器KML动作为低速,KMH动作为高速。图(a)用双投开关S实现高低速控制;图(b)用复合按钮SB2和SB3来实现高低速控制。采用复合按钮联锁,可使高低速直接转换,而不必经过停止按钮。主电路使用了两个接触器。而在下面的图(c)主电路中，则采用了三个接触器，用双投开关S转换高低速。§2-6异步电动机

调速控制线路

UVWD1D6D3D5D2D4KMLKMKMH图(c)KMLKMKMHKTKTKTKMKTKMHKMLKMS高速低速§2-6异步电动机

调速控制线路图(c)的接触器KML动作，电动机为低速运行状态；接触器KMH和KM动作时，电动机为高速运行状态。当开关打到高速时，由时间继电器的两个触点首先接通低速，经延时后自动切换到高速，这样先低速后高速的控制，目的是起限制起动电流的作用。§2-6异步电动机

调速控制线路双速电动机调速的优点:可以适用不同负载性质的要求，需要恒功率调速时可采用三角形—双星形电动机，需要恒转矩调速时用星形—双星形电动机，线路简单、效率高、特性好，调速时所需附加设备少，维修方便。缺点是：多速电动机体积大、价格高、只能有级调速。多速电动机调速主要用于机电联合调速场合，特别是中小型机床上用得很多。§2-6异步电动机

调速控制线路§2-7典型生产设备

的控制线路分析电器控制系统是生产设备的重要组成部分。能对生产设备进行正确的安装、使用和维护，工程技术人员不仅要考虑生产设备的结构、传动方式，还要提出系统的控制方案。这些都要求在设计前对国内外同类型产品的电器控制系统进行分析、比较，从而选出最佳的控制方案。此外，学习分析典型生产机械的电气控制线路，一方面可进一步掌握电气控制线路的组成、各种基本控制电路在具体的电气控制系统中的应用；另一方面学会分析电气控制线路的方法，从中找出规律，逐步提高阅读电气原理