机床电器控制基础

机床电器控制基础第1页，课件共130页，创作于2023年2月

由于机械设备的生产工艺不同，所以电器控制线路的复杂程度也各不相同。但任何复杂的控制线路都是由一些常用的基本回路（控制环节和保护环节）按需要组合而成。

本章主要介绍一些电器控制线路中的基本环节。掌握这些基本环节有利于以后对典型机械设备控制线路的阅读、分析以及继电接触器式控制系统的设计。第二章电器控制基础第2页，课件共130页，创作于2023年2月本章的学习要求

掌握电器控制线路图的基础知识、电器控制系统的基本回路(如保护环节和控制环节)、鼠笼式异步电动机的起动控制线路及电动机的正反转控制线路;熟悉异步电动机的制动控制线路、电动机的调速控制线路；了解典型机床的电器控制线路。第二章电器控制基础第3页，课件共130页，创作于2023年2月§2-1电器控制线路图

的基本概念和绘制电器控制系统是由许多电器元件和电动机等用电设备按一定生产工艺要求连接而成的，为了便于其设计、分析、安装、调整、使用和维护，需要将各种电器元件及其连接，并用统一规定的文字和图形表达出来，其工程图表示有三种方法：电器控制原理(电路)图、电器设备安装图、电器设备接线图。第4页，课件共130页，创作于2023年2月

由于构成电器工程的元器件、设备和连线很多，结构类型千差万别，安装方式也多种多样。因此，在主要以简图形式表示的电器工程图中，为了描述和区分这些元件和电器设备的名称、功能、状态、特征、相互关系、安装位置及其连接等等，没有必要也不可能一一画出它们的外形结构，一般是用一些简单符号表示的，这些符号就是图形符号。§2-1电器控制线路图的基本概念和绘制第5页，课件共130页，创作于2023年2月

图形符号提供了一类设备或元件的共同符号，为了更明确地区分不同设备或元件，尤其是区分同类设备或元件中不同功能的设备或元件，还必须在图形符号旁标注相应的文字符号，且字母必须大写。国家标准局参照国际电工委员会(IEC)颁布的有关文件,制定了我国电器设备新的有关国家标准。§2-1电器控制线路图的基本概念和绘制第6页，课件共130页，创作于2023年2月§2-1电器控制线路图的基本概念和绘制第7页，课件共130页，创作于2023年2月

一.电器控制原理图电器控制原理图,表示电器控制线路图的工作原理、各电器元件导电部件的作用及其相互关系，而不考虑各电器元件实际安装的位置和实际连线情况。

§2-1电器控制线路图的基本概念和绘制第8页，课件共130页，创作于2023年2月§2-1电器控制线路图的基本概念和绘制第9页，课件共130页，创作于2023年2月§2-1电器控制线路图的基本概念和绘制第10页，课件共130页，创作于2023年2月1.电器控制线路根据电路通过的电流大小分为主电路和控制电路两大部分。

控制电路

指通过弱小电流的电路，它包括接触器和继电器的线圈、接触器的辅助触头、继电器和其它控制电器的触头等，还包括信号、保护和各种联锁电路一般用细线条绘在原理图的右侧（或下部）。

主电路

包括从电源到电动机的电路,是大电流通过的部分，一般用粗线条绘在原理图的左侧（或上部）。§2-1电器控制线路图的基本概念和绘制绘制电器控制原理图应遵循的原则：第11页，课件共130页，创作于2023年2月3.各电器并不按照它实际的位置情况绘在原理图上，而是采用同一电器元件的各部分分别绘在它们完成作用的地方，但需用同一文字符号标出。若有多个同一种类的电器元件，可在文字符号的后面加上数字序号的下标，如KM1、KM2等。2.控制线路的全部触点都要按“平常”(即未通电或未受外力作用时)状态绘出。§2-1电器控制线路图的基本概念和绘制第12页，课件共130页，创作于2023年2月5.控制电路的分支线路上，各电器元部件原则上是按照动作的先后顺序、自左而右、从上而下的排列；原理图上应尽可能减少线条和避免线条交叉；两线交叉连接时在连接点处需用黑点标出。

4.对具有循环运动的机构，应给出工作循环图，如行程开关等应绘出动作程序和动作位置。§2-1电器控制线路图的基本概念和绘制第13页，课件共130页，创作于2023年2月

二.电器设备安装图

表示各种电器在生产设备和电器控制柜中实际的安装位置。主要有控制柜、控制板、操纵台等电器设备具体布置图。

安装图是电器设备安装和维修时必备的资料。在绘制时，均用粗实线画出简单轮廓，留出线槽和备用面积(图中不标尺寸)。§2-1电器控制线路图的基本概念和绘制第14页，课件共130页，创作于2023年2月

特点：(1)

同一电器元件的各部件（例如触点和线圈）必须画在一起,

各电器元件的位置应与实际安装的位置一致；

(2)

各电器元件的安装位置由生产设备的结构和工作要求决定（如电动机要与被拖动的机械部件在一起;行程开关应放在要取的信号的地方；操作元件放在便于操纵的地方;一般电器元件应放在控制柜内）。§2-1电器控制线路图的基本概念和绘制第15页，课件共130页，创作于2023年2月§2-1电器控制线路图的基本概念和绘制第16页，课件共130页，创作于2023年2月

三.电器设备接线图

它是根据原理图，配合安装要求来绘制的，

用来表示各电器元件之间实际接线情况。

电器设备接线图为各电器元件的配线、检修和施工提供了方便，实际工作时一般要与电器控制原理图配合使用。§2-1电器控制线路图的基本概念和绘制第17页，课件共130页，创作于2023年2月绘制电器设备接线图的主要规定:

⑶图中文字符号、元件连接顺序、线路号码编制都必须与原理图一致；

⑵不在同一控制柜或配电屏上的电器元件的电气连接，必须通过端子板进行，端子板的编号应与原图一致,并按原理图的接线进行连接；⑴同一电器元件的各个部件应画在一起;

⑷走向相同的多根导线可用单线表示。画连接导线时，应标明导线的规格、型号、根数和穿线管的尺寸。§2-1电器控制线路图的基本概念和绘制第18页，课件共130页，创作于2023年2月§2-1电器控制线路图的基本概念和绘制第19页，课件共130页，创作于2023年2月§2-2电器控制线路的基本电路

在电器控制线路中,常用的基本电路主要有:保护环节和控制环节。

为了保护电网、电动机、控制电器以及其它电路元件，消除不正常工作时的有害影响，避免因误操作而发生事故，在自动控制系统中应具有尽可能完善的保护环节。一.电器控制系统基本的保护环节第20页，课件共130页，创作于2023年2月常用保护环节有：短路、过流、过载、过压、失压(欠压)、弱磁、超速和极限保护等。

1.短路保护

当电路发生短路时，短路电流会引起电器设备绝缘损坏和产生强大的电动力，从而使电机和电路中的各种电器设备产生机械性损坏，因此当电路中出现短路时，必须迅速可靠地断开电源。§2-2电器控制线路的基本电路第21页，课件共130页，创作于2023年2月

方法一：采用熔断器作短路保护的电路。在对主电路采用三相四线制或对变压器采用中点接地的三相三线制的供电电路中，必须采用三相短路保护。若主电路容量较小，其控制电路不需要另外设置熔断器；若主电路容量较大，则控制电路一定要单独设置短路保护的熔断器。KMFR3M3~FU1QSFU2§2-2电器控制线路的基本电路第22页，课件共130页，创作于2023年2月§2-2电器控制线路的基本电路M3~KMQF

方法二：采用自动开关既作为短路保护，同时又作为过载保护的电路（自动开关的过流线圈用作短路保护，热元件则用作过载保护）。当线路出现故障时，自动开关断开。待事故处理完毕后，重新合上开关使线路重新工作。第23页，课件共130页，创作于2023年2月

2.过电流保护

不正确的起动方式和过大的负载，常会引起电动机出现很大的过电流，但一般情况下比短路电流小。这种过电流，不仅容易损坏电机，而且过大的电流所引起的过大的电动机转矩(冲击力)也会损坏机械传动机构，因此要瞬时切断电源。§2-2电器控制线路的基本电路

电动机在运行过程中产生这种过电流的可能性比发生短路要大，特别是对于频繁起动和正反转重复短时工作的电动机更是如此。第24页，课件共130页，创作于2023年2月§2-2电器控制线路的基本电路

(1).对于直流电动机和绕线式异步电动机的限流起动，过流保护元件是过流继电器FA，串联于主电路的隔离开关QS与接触器KM的主触点之间。FA的动作值一般定为1.2

倍的电动机起动电流。第25页，课件共130页，创作于2023年2月§2-2电器控制线路的基本电路(2).鼠笼式电动机工作时的过电流保护电路：当电机起动时，时间继电器KT的延时触点并未动作，过电流继电器FA的线圈不接入电路中，尽管电动机的起动电流很大，但FA不起作用。当时间继电器延时结束后，触点动作，过电流继电器线圈得电，开始起保护作用。第26页，课件共130页，创作于2023年2月

3.过载保护

当电动机长期超载运行时，其绕组的温升将超过允许值而损坏，所以应设过载保护环节，此保护元件多采用热继电器。§2-2电器控制线路的基本电路热继电器具有反时限特性，但因热惯性的关系，热继电器不会受短路电流的冲击而瞬时动作。例如，当有8-10倍额定电流通过热继电器时，需经1-3秒的时间才能动作，这样在热继电器动作前，就可能使热继电器的发热元件先烧坏。所以在使用热继电器作过载保护时，还必须将熔断器与热继电器配合使用。第27页，课件共130页，创作于2023年2月§2-2电器控制线路的基本电路

3.过载保护第28页，课件共130页，创作于2023年2月

4.失压(或零压)保护

电动机正常工作时，如果因电源电压的消失而使电动机停转，那么电源电压恢复时，电动机就会自行起动，并可造成人身伤害事故或设备损坏。防止电压恢复时电动机自行起动的保护称为失压保护。

KMSB2KMSB1自锁触点(当U＜25%UN时)§2-2电器控制线路的基本电路第29页，课件共130页，创作于2023年2月

5.欠压保护

在电动机正常运转的过程中，如果电压过分降低，将会引起一些电器释放，造成控制线路工作的失调，甚至可能造成事故。因此当电源电压降到一定允许值以下时，必须切断电源，这就是欠电压保护。一般常采用电磁式电压继电器实现欠压(以及失压)保护(当U＜40-70%UN时)。§2-2电器控制线路的基本电路第30页，课件共130页，创作于2023年2月

6.预防接地故障产生误操作的保护

★

控制电路的接地故障,容易导致机械设备的意外开动，产生危险运动等。因此应把控制电路的一边连接到保护电路上。每个电磁动作器件的线圈、信号灯或向信号灯供电的变压器原边线圈，都必须连接在控制电路接地的一边，各个器件的触点应接线圈和控制电路的另一边。§2-2电器控制线路的基本电路

★

当控制电路直接连接到电源的两条相线之间或连接到相线和中线之间且中线不接地或通过高阻抗接地情况时,必须采用双极开关来“起动”和“停止”进行控制，以防止意外开动设备，避免人身伤害和机械损坏。第31页，课件共130页，创作于2023年2月二.电器控制系统基本的控制环节

1.长动与点动控制若生产设备在正常的加工过程中，是处于长期工作状态的，则称之为“长动”。§2-2电器控制线路的基本电路第32页，课件共130页，创作于2023年2月

1.长动与点动控制

除了长动状态以外，生产设备还有一种调整工作状态，例如机床在作加工准备时的对刀，这一工作状态对电动机的控制要求是一点一动,这种动作常称为“点动”或“点车”。二.电器控制系统基本的控制环节

§2-2电器控制线路的基本电路第33页，课件共130页，创作于2023年2月§2-2电器控制线路的基本电路但在实际工作中，生产设备往往既要求点动，又要能长期连续工作(即长动)。采用选择开关S来选择工作状态，S打开时为点动工作，S闭合时为长动工作。由于此线路操作时多了一个动作，故不太方便。第34页，课件共130页，创作于2023年2月§2-2电器控制线路的基本电路但在实际工作中，生产设备往往既要求点动，又要能长期连续工作(即长动)。当按动按钮SB1时为长动工作,而按复合按钮SB2时为点动工作。但此线路的可靠性不高,如果KM的释放动作缓慢,将因SB2的动断触点过早闭合,使KM继续自锁而得电，并使电动机长动工作。第35页，课件共130页，创作于2023年2月§2-2电器控制线路的基本电路但在实际工作中，生产设备往往既要求点动，又要能长期连续工作(即长动)。为消除上述缺点，图中采用中间继电器K进行连锁控制。当按SB1时，通过K接通KM且K自锁,使电动机长动工作；若按SB2时,由于没有接通K,所以不能将KM自锁，仅能点动工作，且当电动机已经起动长动工作后，若再按点动按钮SB2,SB2将不能再起作用。第36页，课件共130页，创作于2023年2月

2.联锁与互锁控制

生产设备或自动生产线都由许多运动部件组成，不同运动部件之间既相互联系又相互制约。例如，车床的主轴必须在油泵电动机起动使齿轮箱充分润滑后才能起动。又如，龙门刨床的工作台运动时不允许刀架移动等。这种既互相联系又互相制约的控制称为联锁控制。§2-2电器控制线路的基本电路第37页，课件共130页，创作于2023年2月§2-2电器控制线路的基本电路第38页，课件共130页，创作于2023年2月

互锁控制，实际上也是一种联锁控制，之所以这样称谓，是为了强调触点之间的互锁作用。例如常常有这样的要求，两台电动机M1和M2不能同时接通。KM1和KM2的两对动断触点称为“互锁”触点§2-2电器控制线路的基本电路第39页，课件共130页，创作于2023年2月

这种互锁关系在电动机的正反转线路中，可保证正反向接触器KM1和KM2不能同时闭合，防止电源短路。

总之，若要求甲接触器动作后乙接触器才能动作，则需将甲接触器的动合触点串在乙接触器的线圈电路中；若要求甲接触器动作时，乙接触器不能动作，则需将甲接触器的动断触点串在乙接触器的线圈电路中。§2-2电器控制线路的基本电路第40页，课件共130页，创作于2023年2月

3.优先控制

优先控制电路实际上也是一种互锁控制电路，通常分为先动作优先和后动作优先。

先动作优先控制电路是指其工作状态为：无论哪一台设备先动作，其它设备则都不能动作。后动作优先控制电路是指其工作状态为：多台设备，只要任一台工作，前面所有已动作的设备自动停止工作。§2-2电器控制线路的基本电路第41页，课件共130页，创作于2023年2月

先动作优先控制电路:

若先按下SB1,

KM1线圈得电,

并自锁(电动机M1工作),此时KM1的动合触点闭合,使中间继电器KA的线圈得电,其动断触点则断开KM2和KM3的线圈电路,因而在KM1未断电之前,其它接触器都不能工作。§2-2电器控制线路的基本电路第42页，课件共130页，创作于2023年2月§2-2电器控制线路的基本电路后动作优先控制电路：

若先按下SB1,

KM1线圈得电并自锁(使电动机M1工作);此时若再按下SB2,

则KM2线圈得电并自锁(使电动机M2工作),

且KM2的所有动断触点断开,从而使KM1断电。第43页，课件共130页，创作于2023年2月

4.多地点与多条件控制

对于有些机械和生产设备，为了便于操作，常常要求在两个或两个以上的地点都能进行操作。例如，重型龙门刨床，有时在固定的操作台上控制，有时需要站在机床的四周利用悬挂按钮进行控制。再如，自动电梯，人在电梯箱里时要在里面控制，人进电梯箱前在楼道上也能控制等等。§2-2电器控制线路的基本电路第44页，课件共130页，创作于2023年2月§2-2电器控制线路的基本电路第45页，课件共130页，创作于2023年2月§2-2电器控制线路的基本电路

5.顺序控制

在自动化生产中，根据加工工艺的要求，加工需按一定的程序进行，即工步要依次转换，一个工步完成后，自动转换到下一个工步。在组合机床和专用机床中，常用继电器顺序控制线路来完成这类任务。第46页，课件共130页，创作于2023年2月§2-2电器控制线路的基本电路第47页，课件共130页，创作于2023年2月

6.工作循环自动控制

某些生产机械要求在一定范围内能自动往复运行。例如，机床的工作台就需要利用行程开关来检测往返运动的相对位置，再控制电动机的正反转，从而实现对往复运动的控制。再如高炉的添加料设备和机器手等等。§2-2电器控制线路的基本电路第48页，课件共130页，创作于2023年2月由行程开关控制的工作台自动循环控制线路SQ1SQ2SQ4SQ3工作台后退前进§2-2电器控制线路的基本电路第49页，课件共130页，创作于2023年2月

由于反复循环的行程控制，电动机在每经过一个自动往复行程控制，都要进行两次反接制动过程，会受到较大的制动电流和机械冲击，因此这种电路只适用于对小容量电动机的控制。

行程控制是机床和自动生产线应用最为广泛的控制方式之一。§2-2电器控制线路的基本电路第50页，课件共130页，创作于2023年2月§2-3鼠笼式异步电动机

的起动控制线路

三相笼型异步电动机，具有结构简单、价格便宜、坚固耐用、运行维护方便等一系列优点，常作为生产设备的主要驱动源，被广泛地使用。

电动机接通电源后，由静止状态逐渐加速到稳定运行状态的过程,称为电动机的起动。第51页，课件共130页，创作于2023年2月

复习三相异步电动机的工作原理

定子线圈通三相交流电→产生旋转磁场

→相当于转子切割磁力线运动

→在转子回路中产生感应电流(右手定则)→带电导体在旋转磁场中受到电磁力(左手定则)→产生电磁转矩→使转子转动(方向与旋转磁场同向)NS§2-3鼠笼式异步电动机的起动控制线路第52页，课件共130页，创作于2023年2月NSI§2-3鼠笼式异步电动机的起动控制线路

复习三相异步电动机的工作原理

定子线圈通三相交流电→产生旋转磁场→相当于转子切割磁力线运动→在转子回路中产生感应电流(右手定则)

→带电导体在旋转磁场中受到电磁力(左手定则)→产生电磁转矩→使转子转动(方向与旋转磁场同向)第53页，课件共130页，创作于2023年2月NSTC§2-3鼠笼式异步电动机的起动控制线路

复习三相异步电动机的工作原理

定子线圈通三相交流电→产生旋转磁场→相当于转子切割磁力线运动→在转子回路中产生感应电流(右手定则)→带电导体在旋转磁场中受到电磁力(左手定则)

→产生电磁转矩

→使转子转动(方向与旋转磁场同向)第54页，课件共130页，创作于2023年2月NSTCn§2-3鼠笼式异步电动机的起动控制线路

复习三相异步电动机的工作原理

定子线圈通三相交流电→产生旋转磁场→相当于转子切割磁力线运动→在转子回路中产生感应电流(右手定则)→带电导体在旋转磁场中受到电磁力(左手定则)→产生电磁转矩→使转子转动(方向与旋转磁场同向)第55页，课件共130页，创作于2023年2月

电动机的主要起动特性：

起动电流:

IST≥(4~7)IN

笼型异步电动机的起动方式：

(1)全压直接起动

(2)降压起动§2-3鼠笼式异步电动机的起动控制线路第56页，课件共130页，创作于2023年2月

通常对中、小容量的异步电动机均采用直接起动方式。优点是：控制线路简单,维修工作量小；缺点是：起动电流大。大容量电动机起动时，其过大的起动电流会引起电网电压降低，使电动机转矩减小，甚至起动困难，而且还要影响同一供电网络中其它设备的正常工作，另外，如果电动机频繁起动，由于热量的积累，可能使电动机过热，加速线圈的老化，缩短电动机的寿命，所以，大容量笼型异步电动机的起动电流应限制在一定范围内。§2-3鼠笼式异步电动机的起动控制线路第57页，课件共130页，创作于2023年2月

一台电动机可否直接起动，应根据起动的次数、电网的容量和电动机的容量来决定。一般规定：起动时供电母线上的电压降落不得超过额定电压的10％～15％；起动时变压器的短时过载不超过最大允许值，即电动机的最大容量不超过变压器容量的20％～30％。若不满足条件，则必须采用减压起动。§2-3鼠笼式异步电动机的起动控制线路第58页，课件共130页，创作于2023年2月

笼型异步电动机降压起动是指起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，当电动机的转速接近额定值时，再将电压恢复到额定值，使之在全电压下运行。由于降低了起动电压，起动电流也就降低了，起动转矩也随之减小，因此，降压起动只适用于起动时负载转矩不大的情况（如轻载或空载）。由于机床电动机一般都为空载起动，所以常采用降压起动方式。§2-3鼠笼式异步电动机的起动控制线路第59页，课件共130页，创作于2023年2月§2-3鼠笼式异步电动机的起动控制线路

常用方式：定子串电阻或电抗器降压起动Y—

△

降压起动

自耦变压器减压起动笼型异步电动机的起动方式：

(1)全压直接起动常用方式：采用刀开关直接起动采用接触器直接起动

(2)降压起动第60页，课件共130页，创作于2023年2月QF图(a).刀开关直接起动线路§2-3鼠笼式异步电动机的起动控制线路图(b).接触器直接起动控制线路

把接触器KM、熔断器FU、热继电器

FR

和按钮SB1和SB2组装成一个控制装置，叫电磁起动器。它有可逆和不可逆两种：不可逆的电磁起动器,可控制电动机的单向直接起动和停止；可逆电磁起动器有两个接触器组成，可控制电动机的正反转。一.全压直接起动第61页，课件共130页，创作于2023年2月二.降压起动

1.定子串电阻(或电抗器)降压起动

所谓定子串电阻降压起动，就是在电动机起动过程中，利用串联电阻来减小定子绕组的电压，以达到限制起动电流的目的，一旦起动完毕，再将电阻短接，电动机进入全电压正常运行状态。§2-3鼠笼式异步电动机的起动控制线路第62页，课件共130页，创作于2023年2月§2-3鼠笼式异步电动机的起动控制线路图(b)控制线路虽然简单,但其缺点主要是:

在电动机正常运行时,

只要接触器KM2得电即可,可是这时除了KM2得电以外,时间继电器KT,和接触器KM1在正常运行过程中,,也始终通电,这样不仅电路耗能大,而且也对KT、KM1不利,同时增加了电路的故障点,降低电路的可靠性。第63页，课件共130页，创作于2023年2月§2-3鼠笼式异步电动机的起动控制线路第64页，课件共130页，创作于2023年2月

定子串电阻降压起动方式，由于不受电动机定子绕组接线形式的限制，起动过程平滑，设备简单，成本低廉，因而在中小型生产机械中应用较广，机床中也常采用这种方式减小点动及制动时的电流。缺点是:每次起动都要在起动电阻上消耗大量的电能。若采用电抗器代替电阻器，则所需设备费较贵，且体积大。§2-3鼠笼式异步电动机的起动控制线路第65页，课件共130页，创作于2023年2月

2.Y

—△降压起动

Y—△降压起动法，是指电动机起动时定子绕组先连成Y

形，接入三相交流电源，待转速接近额定转速时，再将电动机定子绕组连成△形，电动机进入正常运行。因此

Y—△降压起动适合于在正常工作时三相定子绕组接成△形的三相笼型异步电动机。

而功率在

4kW

以上的三相笼型异步电动机的定子绕组,在正常工作时都接成三角形，对这种电动机就可采用Y—△降压起动方式。§2-3鼠笼式异步电动机的起动控制线路第66页，课件共130页，创作于2023年2月L1L2L3N

Ul

UpZ1Z2Z3ISTYY—△降压起动原理：L1L2L3

UlZ1Z2Z3IST△∵IST△=3

Ul

/

Z；

ISTY

=（Ul

/3）/Z∴ISTY=IST△/3Ul=380VUp=220VD1D2D3D4D5D6§2-3鼠笼式异步电动机的起动控制线路第67页，课件共130页，创作于2023年2月§2-3鼠笼式异步电动机的起动控制线路∵IST△=3

Ul

/

Z；

ISTY

=（Ul

/3）/Z∴ISTY=IST△/3L1L2L3N

Ul

UpZ1Z2Z3ISTY第68页，课件共130页，创作于2023年2月Y—△降压起动线路§2-3鼠笼式异步电动机的起动控制线路

KM1通电按SB2KM3通电(Y起动)KT通电(延时)KM3、KT断电KM2通电(△起动)KM1仍通电第69页，课件共130页，创作于2023年2月

Y—△换接起动除了可用接触器控制外，尚有一种专用的Y—△起动器，其特点是价格便宜、体积小、重量轻、不易损坏、维修方便。

Y—△降压起动是一种应用十分广泛的起动方式。但是由于起动转矩小，且起动电压不能按实际需要调节，故只适用于空载或轻载起动的场合，并只适用于正常运行时定子按△接线的异步电动机。§2-3鼠笼式异步电动机的起动控制线路第70页，课件共130页，创作于2023年2月

3.自耦变压器降压起动

利用自耦变压器来降低电动机起动时的电压，达到限制起动电流的目的。起动时，电源电压加在自耦变压器的一次绕组上，电动机的定子绕组与自耦变压器的二次绕组相连，当电动机的转速接近额定值时，将自耦变压器切除，电动机直接与电源相连，在正常电压下运行。这个使电动机减压起动的自耦变压器也称为起动补偿器。§2-3鼠笼式异步电动机的起动控制线路第71页，课件共130页，创作于2023年2月§2-3鼠笼式异步电动机的起动控制线路第72页，课件共130页，创作于2023年2月§2-3鼠笼式异步电动机的起动控制线路XJ01系列自耦降压起动器适合于功率为14–300kW的被控制电动机的降压起动第73页，课件共130页，创作于2023年2月

自耦变压器降压起动适用于电动机正常运转时定子绕组接成Y形，而不能采用Y—△降压起动方式的三相笼型异步电动机。自耦变压器降压起动与Y

—△

降压起动相比，前者的起动电压、起动转矩可通过不同的抽头来调节，具有调整灵活的优点，但此起动设备费用大，通常用于起动大型和特殊用途的电动机。§2-3鼠笼式异步电动机的起动控制线路第74页，课件共130页，创作于2023年2月§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，工作台的前后与左右移动，起重机吊钩的上升和下降等，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。第75页，课件共130页，创作于2023年2月

★

电动机转轴的转动方向与定子通电所产生的旋转磁场方向一致，而旋转磁场的方向又与定子接入三相电源的相序有关。因此只要把电动机定子三相绕组中任意两相调换一下接入三相电源，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第76页，课件共130页，创作于2023年2月

★

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第77页，课件共130页，创作于2023年2月§2-4异步电动机的正反转控制线路(A)(B)(C)xYZ主电路一.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,X→A;Y→B;Z→C,

则电动机正转。★

当KM1断开、KM2闭合时,

电动机定子改变相序接入电源,即X→C;

Y→B;

Z→A,

则电机反转。第78页，课件共130页，创作于2023年2月§2-4异步电动机的正反转控制线路注意：无论任意时刻决不能将接触器KM1、KM2同时接通，否则电源短路!(A)(B)(C)xYZ主电路电源

(AC)两相短路第79页，课件共130页，创作于2023年2月§2-4异步电动机的正反转控制线路图(a)为电动机“正→停→反”控制线路。其缺点是操作不方便。第80页，课件共130页，创作于2023年2月§2-4异步电动机的正反转控制线路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”。

在图(b)的控制线路中

既有“电气互锁”,

又有“机械互锁”,

从而保证控制线路可靠地工作。第81页，课件共130页，创作于2023年2月

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第82页，课件共130页，创作于2023年2月二.电动机正反转自动循环控制§2-4异步电动机的正反转控制线路[应用一]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。第83页，课件共130页，创作于2023年2月§2-4异步电动机的正反转控制线路由行程开关控制的工作台自动循环控制线路SQ1SQ2SQ4SQ3工作台后退前进第84页，课件共130页，创作于2023年2月§2-4异步电动机的正反转控制线路[应用二]动力头的自动循环控制二.电动机正反转自动循环控制第85页，课件共130页，创作于2023年2月§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都能确实退到原位。第86页，课件共130页，创作于2023年2月§2-4异步电动机的正反转控制线路★问题：如果系统完成一个周期后，能否要求其继续进入自动循环状态？第87页，课件共130页，创作于2023年2月★问题：如果系统完成一个周期后，能否要求其继续进入自动循环状态？§2-4异步电动机的正反转控制线路第88页，课件共130页，创作于2023年2月§2-4异步电动机的正反转控制线路[应用三]电动机自动延时往复运动控制(15s)(20s)二.电动机正反转自动循环控制第89页，课件共130页，创作于2023年2月§2-4异步电动机的正反转控制线路第90页，课件共130页，创作于2023年2月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第91页，课件共130页，创作于2023年2月

电动机制动的方法一般有两类：

§2-5异步电动机制动控制线路电气制动

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。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。第92页，课件共130页，创作于2023年2月§2-5异步电动机制动控制线路

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，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。

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。

第93页，课件共130页，创作于2023年2月这种消耗转子的机械能，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。

§2-5异步电动机制动控制线路下面介绍两种单向能耗制动控制线路:复合按钮手动控制

时间继电器自动控制第94页，课件共130页，创作于2023年2月§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。该电流一般取为电动机额定电流的2-3倍。第95页，课件共130页，创作于2023年2月图(a).复合按钮手动制动控制线路[在停车时,要按下按钮SB1,一直到制动结束才放开按钮.]§2-5异步电动机制动控制线路第96页，课件共130页，创作于2023年2月图(b).时间继电器自动制动控制线路

[延时时间的控制可由电动机功率和拖动情况来决定]§2-5异步电动机制动控制线路第97页，课件共130页，创作于2023年2月

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，但是制动力较弱，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。§2-5异步电动机制动控制线路第98页，课件共130页，创作于2023年2月

二.反接制动控制线路

电动机反接制动的方法为：要停车时，将电动机上的三相电源相序切换，使之产生一个与转子惯性转动方向相反的转矩，电机的转速就会迅速下降，当转速接近零时，再将电源切除。§2-5异步电动机制动控制线路问题是：如果将正在正向运行的电动机的电源一反接，其转速就会由正转急剧降到零，若反接电源不及时切除，电机又会从零速反向起动运行。第99页，课件共130页，创作于2023年2月

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第100页，课件共130页，创作于2023年2月

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。§2-5异步电动机制动控制线路下面介绍两种反接制动的控制线路:第101页，课件共130页，创作于2023年2月§2-5异步电动机制动控制线路单向起动反接制动控制线路当电动机在运转时，速度继电器的常开触点闭合，为KM2的得电作好准备。制动时按SB1,KM2得电制动,

当n＜100rpm时,则KS打开,制动过程结束。第102页，课件共130页，创作于2023年2月§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第103页，课件共130页，创作于2023年2月C650型卧式车床电气控制线路图第104页，课件共130页，创作于2023年2月

电动机反接制动方式的优点是：制动力大，效果显著。缺点是：制动准确性差，制动过程冲击力大，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。§2-5异步电动机制动控制线路第105页，课件共130页，创作于2023年2月

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

异步电动机的调速控制线路第106页，课件共130页，创作于2023年2月长期以来，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

异步电动机的调速控制线路第107页，课件共130页，创作于2023年2月

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

异步电动机的调速控制线路第108页，课件共130页，创作于2023年2月§2-6

异步电动机的调速控制线路根据异步电动机的转速公式：n=60f

(1-s)/p可知异步电动机的调速方法有改变频率

f

、改变极对数

p

和改变转差率

s

三种。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，且控制电路复杂、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，但由于其成本较高，故在普通的中小型设备中应用较少。第109页，课件共130页，创作于2023年2月§2-6

异步电动机的调速控制线路而改变转差率s的方法，又可通过调节定子电压、转子电阻、转子电压、定转子供电频率差以及采用串级调速等方法来实现，从而派生出很多种调速的方法。根据异步电动机的转速公式：n=60f

(1-s)/p可知异步电动机的调速方法有改变频率

f

、改变极对数

p

和改变转差率

s

三种。第110页，课件共130页，创作于2023年2月§2-6

异步电动机的调速控制线路较常采用的调速方法：改变极对数调速转子电路串电阻调速

转子电路串电阻调速的方法只适用于绕线式异步电动机。它简单可靠，属于有级调速；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，但这要消耗大量的电能，不经济。并且随转速降低，特性变软。因此这种调速方法大多用在短期重复运转的生产机械中。如起重运输设备中。第111页，课件共130页，创作于2023年2月§2-6

异步电动机的调速控制线路而实际中还存在着大量的生产机械，它们并不需要连续平滑的调速，只需几种特定的转速，而且对起动性能没有高要求，一般只在空载或轻载下起动。因此在这种情况下，可采用变磁极对数的调速方法，即改变定子绕组的接线，来改变极对数。较常采用的调速方法：改变极对数调速转子电路串电阻调速第112页，课件共130页，创作于2023年2月§2-6

异步电动机的调速控制线路较常采用的调速方法：改变极对数调速转子电路串电阻调速由于绕线式异步电动机改变定子磁极对数以后，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并无固定的极对数，它随定子绕组极对数的改变而变化。故变磁极对数的调速方法只适用于鼠笼式异步电动机。第113页，课件共130页，创作于2023年2月一.三相鼠笼式异步电动机定子绕组改变极对数的原理：§2-6

异步电动机的调速控制线路

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:U1U2U1U2NSp

=

1可见，可产生唯一的一对磁场磁极。如果每相绕组都是由两个线圈串联或并联组成，结果就不唯一了。第114页，课件共130页，创作于2023年2月变极调速原理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)

A1X1A2X2§2-6

异步电动机的调速控制线路n=60f

(1-s)/p第115页，课件共130页，创作于2023年2月①①①②②②U1V1W1U2V2W2(b)双星形联接§2-6

异步电动机的调速控制线路U1U2V1V2W1W2①②①①②②(a)三角形联接变极调速原理nYY=2n△第116页，课件共130页，创作于2023年2月§2-6

异步电动机的调速控制线路变极调速原理(a)星形联接U1U2V1V2W1W2①②①①②②O(b)双星形联接①①①②②②U1V1W1U2V2W2OnYY=2nY

第117页，课件共130页，创作于2023年2月可见，通过改变定子绕组中线圈的接线，就可得到不同的磁场极对数，从而