《 城市轨道交通电工电子（第2版）》（课件） 项目6 低压电器与控制电路

项目6低压电器与控制电路项目导读电力牵引系统是城轨列车行进的能量来源，其功能主要依靠三相异步电动机的主电路和控制电路来实现。其中，三相异步电动机的主电路主要由三相异步电动机和三相正弦交流电源组成，用于将电能转换为机械能；控制电路主要由熔断器、继电器、行程开关等低压电器组成，用于控制三相异步电动机的启动、停止、正反转等动作。可以说，三相异步电动机控制电路决定了三相异步电动机是否运行，以及以何种方式运行。因此，为帮助学生更好地掌握三相异步电动机的控制方法，本项目将详细介绍控制电路常用低压电器，并在此基础上对三相异步电动机基本控制电路的功能、原理及特点展开介绍。知识目标0102掌握常用低压电器的结构、类型及电气符号。掌握三相异步电动机的控制方式及原理。03熟悉三相异步电动机不同控制方式的特点及注意事项。能力目标0201能够实现三相异步电动机的启动控制、调速控制及制动控制。能够实现三相异步电动机的正反转控制。思政目标020103养成科学严谨、追求卓越的工匠精神。养成脚踏实地、求真务实的工作作风。厚植爱国爱党、服务人民的社会主义情怀。CONTENTS1常用低压电器2三相异步电动机控制电路常用低压电器任务6.1任务引入在电能的产生、输送、分配和应用过程中，起着通断、控制、调节和保护作用的电气设备称为电器。其中，工作电压为工频交流1000V及以下或直流1500V及以下的电器称为低压电器；反之，则称为高压电器。低压电器品种繁多，构造各异，在城市轨道交通系统中有着各式各样的应用。那么，常用低压电器有哪些？这些低压电器又能够起到什么样的作用呢？6.1.1负荷开关开启式负荷开关（又称闸刀开关或胶壳刀开关）的结构较为简单，主要由触刀（动触头）、刀座（静触头）和绝缘底座组成。如图6-1所示为开启式负荷开关的结构示意图和电气符号。01开启式负荷开关（a）结构示意图

（b）电气符号图6-1开启式负荷开关的结构示意图和电气符号02封闭式负荷开关（a）结构示意图（b）电气符号图6-2封闭式负荷开关的结构示意图和电气符号6.1.1负荷开关封闭式负荷开关（又称铁壳开关）主要由开关盖、触刀开关、操作手柄和熔断器等组成。其中，触刀开关带有灭弧装置，能够通断负荷电流；熔断器可用于切断短路电流。封闭式负荷开关有以下两个特点。（1）采用储能合闸方式。（2）设有连锁装置,起到安全保护的作用。6.1.2组合开关组合开关是一种转换开关，主要用于电源引入或小功率电动机的直接启动、停止、正反转等控制电路。如图6-3所示为HZ10系列组合开关的结构示意图和电气符号。（a）结构示意图（b）电气符号图6-3HZ10系列组合开关的结构示意图和电气符号6.1.3低压断路器低压断路器（又称自动空气开关）是一种常用的低压保护电器，具有短路保护、过载保护和失压保护等功能。如图6-4所示为低压断路器的工作原理图和电气符号。低压断路器主要由触头、灭弧装置（图中未画出）和保护装置等组成。低压断路器的触头靠操作机构手动或电动闭合。（a）工作原理图

（b）电气符号图6-4低压断路器的工作原理图和电气符号6.1.4熔断器（a）瓷插式熔断器（b）螺旋式熔断器（c）电气符号图6-5常用熔断器的结构示意图和电气符号熔断器是一种结构简单、使用方便、价格低廉、控制有效的短路保护电器。熔断器主要由熔体（俗称保险丝）和安装熔体的熔管（或熔座）组成。如图6-5所示为常用熔断器的结构示意图和电气符号。6.1.4熔断器针对不同的电路，熔体的选择方法如下:6.1.5继电器继电器是一种自动控制电器，它能够根据某种物理量的变化，自动接通或切断电路。根据受控物理量的不同，继电器可分为热继电器、时间继电器和速度继电器等类型。热继电器利用电流的热效应自动切断电路，可实现对电动机的过载保护、缺相保护、三相电流不平衡保护等功能，使电动机免受过电流的危害。如图6-6所示为热继电器的工作原理图和电气符号。热继电器主要由热元件、双金属片和触头三部分组成。1．热继电器（a）工作原理图（b）电气符号图6-6热继电器的工作原理图和电气符号6.1.5继电器时间继电器是一种利用电磁原理或机械原理实现延时控制的控制电器，有空气式、电动式、电子式之分。其中，空气式时间继电器利用空气阻尼原理实现延时控制，在正弦交流电路中较为常用，其工作原理图和电气符号如图6-7所示。2．时间继电器（a）工作原理图（b）通电延时继电器的电气符号（c）断电延时继电器的电气符号图6-7空气式时间继电器的工作原理图和电气符号6.1.5继电器速度继电器是利用转轴的转速来切换电路的自动电器，主要由转子、定子和触头三部分组成，常用于笼型三相异步电动机的反接制动电路。如图6-8所示为速度继电器的结构示意图和电气符号。3．速度继电器（a）结构示意图（b）电气符号图6-8速度继电器的结构示意图和电气符号6.1.6按钮按钮是一种短时接通或切断小电流电路的电器，它可通过控制接触器、继电器等低压电器的工作来实现对主电路的控制。如图6-9所示为按钮的结构示意图和电气符号。按钮可分为单按钮和复合按钮两种。（a）结构示意图（b）电气符号图6-9按钮的结构示意图和电气符号6.1.7交流接触器接触器是一种接通或切断交直流主电路的开关电器，能够实现对电动机、电容器、电阻炉、照明器具等电力负载的远距离控制。根据主触头通过电流类型的不同，接触器可分为直流接触器和交流接触器两种。（a）结构示意图（b）电气符号图6-10交流接触器的结构示意图和电气符号如图6-10所示为交流接触器的结构示意图和电气符号。交流接触器主要由电磁机构、触头、灭弧装置（图中未画出）和其他部分组成。（1）电磁机构包括线圈、铁芯和衔铁。（2）触头包括主触头和辅助触头。（3）其他部分包括绝缘外壳、弹簧、短路环和传动机构等。6.1.8行程开关行程开关（又称限位开关）的作用与按钮相同，它通过机械碰撞使其触头动作，从而实现对电路通断的控制。根据外形的不同，行程开关可分为按钮式、旋转式等。（a）按钮式（b）单轮旋转式（c）双轮旋转式（d）电气符号图6-10交流接触器的结构示意图和电气符号任务实施----检测常用低压电器任务准备实验器材准备：万用表1块，常用电工工具1套，按钮1个，行程开关1个。实施步骤（1）老师向学生演示按钮和行程开关的拆装步骤。（2）学生两人一组，拆装按钮。实验数据记录，填入表6-1中，见教材。（3）学生两人一组，拆装行程开关。实验数据记录，填入表6-2中，见教材老师根据学生的实际表现情况进行评分，并将评分结果填入表6-3中。表6-3常用低压电器的检测评分表任务评价序号内容评分标准分值得分1总体表现遵守课堂纪律和实训规定，服从老师管理，主动思考并积极参与讨论，否则酌情扣分20分

2实际操作拆装、组装还原步骤正确，否则每错1处扣5分20分

3实施结果表6-1、表6-2中的记录结果准确，否则每错1处扣5分50分

4安全文明作业严格执行安全操作规程，否则每错1处扣5分；不得损坏仪器、仪表，否则扣10分10分

总分

三相异步电动机控制电路任务6.2任务引入为向出行不便的乘客提供便利，除电动扶梯外，地铁站还配有升降电梯。升降电梯的运行主要通过对三相异步电动机的控制来实现。例如，三相异步电动机的调速控制可用来实现升降电梯的加速或减速，三相异步电动机的正反转控制可用来实现升降电梯的上行或下行。那么，三相异步电动机的基本控制电路有哪些？这些基本控制电路又是如何工作的呢？电气原理图是工程技术的一种通用语言，可以用来表达电气设备的工作原理、各部件的作用及相互关系。简单的电气原理图一般包含主电路、控制电路等，如图6-12所示。其中，主电路是强电流通过的部分，主要包含电源及三相异步电动机绕组等；控制电路是弱电流通过的部分，主要由各类低压电器组成。6.2.1三相异步电动机的电气原理图图6-12简单的电气原理图三相异步电动机从静止状态过渡到稳定运行状态的过程称为三相异步电动机的启动。在实际应用中，笼型三相异步电动机和绕线型三相异步电动机较为常见。其中，笼型三相异步电动机通常采用直接启动或降压启动；绕线型三相异步电动机则可采用直接启动、转子绕组串电阻启动、转子绕组串频敏变阻器启动等。6.2.2三相异步电动机的启动控制（1）直接启动（又称全压启动）是指通过闸刀开关或接触器将三相异步电动机与额定电压电源相连的启动方法。直接启动具有操作简单、设备少、投资少等优点，但其启动电流较大、启动转矩小，只适用于小容量三相异步电动机（7.5kW以下）。6.2.2三相异步电动机的启动控制（2）降压启动是指在启动三相异步电动机时，降低定子绕组两端的电压，并在启动结束后将定子绕组两端的电压增大到额定值的启动方法。降压启动只适用于空载或轻载启动的三相异步电动机。常用的降压启动方法有Y-△降压启动和自耦变压器降压启动两种。（3）转子绕组串电阻启动是指在转子电路中接入电阻，从而减小启动电流、提高启动转矩的启动方法。该方法适用于启动转矩较大的生产设备，如锻压机、起重机、卷扬机等。6.2.2三相异步电动机的启动控制（4）转子绕组串频敏变阻器启动与转子绕组串电阻启动类似，是在转子电路中接入频敏变阻器的启动方法。频敏变阻器是铁损很大的三相电抗器，其等效阻抗的大小随三相异步电动机转速的升高而自动且连续地减小。6.2.2三相异步电动机的启动控制电路的工作原理详见教材p169图6-13Y-△降压启动控制电路6.2.3三相异步电动机的调速控制6.2.3三相异步电动机的调速控制图6-14变极调速控制电路如图6-14所示为变极调速控制电路。电路的工作原理详见教材p169。6.2.4三相异步电动机的制动控制三相异步电动机的制动方法可分为机械制动和电气制动两种。其中，电气制动又可分为能耗制动、反接制动等。如图6-15所示为反接制动控制电路。电路的工作原理详见教材。图6-15反接制动控制电路6.2.5三相异步电动机的正反转控制图6-16接触器无互锁的正反转控制电路由三相异步电动机的工作原理可知，三相异步电动机的正反转控制可通过改变其电源相序来实现。如图6-16所示为接触器无互锁的正反转控制电路。电路的工作原理详见教材。任务实施----调试三相异步电动机的正反转控制电路任务准备实验器材准备：交流电压表、万用表各1块，三相正弦交流电源（220V）1台，三相异步电动机1台，交流接触器2个，按钮、熔断器（15A）各3个，热继电器1个，熔断器（2A）2个，导线若干。实施步骤1．交流接触器互锁的正反转控制图6-17接触器互锁的正反转控制电路

实施步骤2．按钮、接触器双重互锁的正反转控制图6-18按钮、接触器双重互锁的正反转控制电路（1）根据图6-18所示电路，将各类实验器材连接起来。（2）-（7）步骤详见教材p174老师根据学生的实际表现情况进行评分，并将评分结果填入表6-