汽车电工与电子基础（第4版）课件：交流电动机及控制

汽车电工与电子基础（第4版）

交流电动机及控制单元学习目标知识目标：１.简述交流电动机的结构、铭牌、控制保护器件。

２.正确描述三相异步电动机的工作原理及其启动、正反转、调速和制动。能力目标：１.能进行三相异步电动机的星形接线和三角形接线，实现其启动与正反转。２.会连接接触器、热继电器以及各按钮的控制电路。

交流电动机及控制三相异步电动机的结构三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的铭牌和技术数据三相异步电动机的启动、调速和制动控制、保护器件一.二.三.四.五.六.基本控制电路

三相异步电动机的结构图５-１三相异步电动机图５-２笼型异步电动机的各个部件１-端盖２-定子３-定子绕组４-转子５-风扇６-风扇罩７-接线盒三相异步电动机的结构1.1定子三相异步电动机的定子由机座和装在机座中的定子铁芯及定子绕组组成，机座一般由铸铁制成，定子铁芯是由冲有槽的硅钢片叠成，片与片之间涂有绝缘漆，冲片的形状如图５-３所示，三相绕组是用绝缘铜线或铝线绕制成三相对称的绕组按一定的规则连接嵌放在定子槽中，过去用Ａ、Ｂ、Ｃ表示三相绕组始端，Ｘ、Ｙ、Ｚ表示其相应的末端，这六个接线端引出至接线盒，按现国家标准，始端标以Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１，末端标以Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２，三相定子绕组可以接成如图５-４所示的星形或三角形，但必须视电源电压和绕组额定电压的情况而定，一般电源电压为３８０Ｖ(指线电压)，如果电动机定子各相绕组的额定电压是２２０Ｖ，则定子绕组必须接成星形，如图５-4ｂ)所示，如果电动机各相绕组的额定电压为３８０Ｖ，则应将定子绕组接成三角形，如图５-４ｃ)所示。图５-３定子冲片

三相异步电动机的结构1.2转子转子部分是由转子铁芯和转子绕组组成的，转子铁芯也是由相互绝缘的硅钢片叠成的，转子冲片如图５-５ａ)所示，铁芯外圆冲有槽，槽内安装转子绕组，根据转子绕组构造不同可分为两种形式:笼型转子和绕线型转子。

三相异步电动机的结构1.2转子绕线型转子绕组和定子绕组一样，也是一个用绝缘导线绕成的三相对称绕组，被嵌放在转子铁芯槽中，接成星形，绕组的三个出线端分别接到转轴端部的三个彼此绝缘的铜质滑环上，通过滑环与支持在端盖上的电刷构成滑动接触，把转子绕组的三个出线端引到机座上的接线盒内，以便与外部变阻器连接，故绕线式转子又称滑环式转子，其外形如图５－７所示。图５－６铸铝转子图５－７绕线型转子与外部变阻器的连接１－绕组，２－滑环，３－轴，４－电刷，５－变阻器转子的转轴用圆钢制成，用于传送机械功率，为了保证转子能可靠地自由旋转，定子铁芯与转子铁芯之间留有尽可能小的空气间隙，中小型电动机的空气间隙为０.２~１ｍｍ。

三项异步电动机的工作原理2.1旋转磁场的产生图５－８为一最简单的三相定子绕组，每相只有一个线圈，这三个线圈Ｕ１Ｕ２、Ｖ１Ｖ２、Ｗ１Ｗ２在空间彼此相隔１２０°，将三相绕组按要求连接(假设连成星形)后接到三相电源上，三相绕组中就会过三相对称电流，各相绕组内电流的参考方向如图５－８ｂ)中箭头所示，其波形如图５－９所示，三相电流的解析式为图５－８三相异步电动机最简单的定子绕组(星形连接)

三项异步电动机的工作原理

每相绕组电流都将产生磁场，三相绕组电流将共同形成一个合成磁场，下面选择几个瞬间，用作图的方法来说明此合成磁场是一旋转磁场。当ωｔ＝０时，当ｉＵ＝０，ｉＶ<０，ｉＶ从Ｖ２端流入，从Ｖ１端流出，ｉＷ>０，ｉＷ从Ｗ１端流入，从Ｗ２端流出，如图５-９ａ)所示，绕组中通入电流后，应用右手螺旋定则可以知道，三个线圈通电后该瞬间所产生的合成磁场形成一对磁极，磁极位置为上端Ｎ极，下端Ｓ极。当ωｔ＝１２０°时，ｉＵ>０，ｉＵ从Ｕ１端流入，从Ｕ２端流出，ｉＶ＝０，ｉＷ<０，ｉＷ从Ｗ２端流入，从Ｗ１端流出，其合成磁场如图５-ｂ)所示，仍为一对磁极，但是这时的合成磁场在空间的位置和ωｔ＝０的位置相比，已按顺时针方向在空间旋转了１２０°。用同样的方法，可以作出ωｔ＝２４０°和ωｔ＝３６０°时的合成磁场，分别如图５-９ｃ)、５-９ｄ)所示，可以看出，合成磁场的位置和ωｔ＝０位置相比，已分别按顺时针方向在空间旋转了２４０°和３６０°。2.1旋转磁场的产生

三项异步电动机的工作原理2.1旋转磁场的产生图５－９旋转磁场(一对磁极)形成

由此可见，当三相对称电流变化一个周期时，它所产生的合成磁场在电动机里也正好转了一圈，因此，电流不断地变化，电动机里的Ｎ、Ｓ极的位置就不断旋转，即产生了旋转磁场。三项异步电动机的工作原理2.2旋转磁场的转向

从图５－９可知，旋转磁场的旋转方向与定子绕组中电流的相序一致，相序Ｕ、Ｖ、Ｗ顺时针排列，磁场顺时针方向旋转，如果将定子三相绕组接至电源的三根端线中的任意两根对调，例如Ｗ１改接电源Ｖ相，Ｖ１接电源Ｗ相，则相序变为Ｕ、Ｗ、Ｖ，那么磁场必然逆时针方向旋转，因此得到结论:旋转磁场的转向与三相电流的相序一致，只要将三相异步电动机接到电源的三根端线中的任意两根对调一下，就可以使电动机所产生的旋转磁场的旋转方向改变。

三项异步电动机的工作原理2.3旋转磁场的转速对于图５－９所示电动机，当电流变化一个周期时，电动机里的磁场也正好转了一圈，如果电流的频率为ｆ１，则旋转磁场转速为ｎ１＝６０ｆ１(ｒ/ｍｉｎ)。图５－９旋转磁场(一对磁极)形成

三相异步电动机旋转磁场转速的高低与电动机定子三相绕组在定子槽内放置的位置及连接的方法有关，如果定子三相绕组中的每相由两个相隔１８０°的线圈串联而成，并且相邻两相绕组的首端与首端、末端与末端都相隔６０°空间角，如图５￣１０所示，当通以三相对称电流时，所形成的合成磁场为四极，两个Ｎ极，两个Ｓ极(又称２对磁极)，当电流变化一个周期，磁场只转动半圈，比两极情况下的电动机磁场转速慢了一半，即ｎ１＝６０ｆ１/２。

三项异步电动机的工作原理2.3旋转磁场的转速图５-１０四极旋转磁场依此类推，当旋转磁场具有ｐ对磁极时，电流变化一周，旋转磁场在空间旋转１/ｐ圈，旋转磁场的转速

三项异步电动机的工作原理2.3旋转磁场的转速上式表明，旋转磁场的转速ｎ１与电源的频率ｆ１成正比，与磁极对数ｐ成反比，旋转磁场的转速ｎ１又称为同步转速。当三相异步电动机的三相定子绕组接通三相交流电源，流过三相对称电流后，就能在电动机的气隙中产生转速为ｎ１的旋转磁场，若旋转磁场的转向及瞬时位置如图５￣１１所示，则静止的转子绕组便相对磁场运动而切割磁感线，感应出电动势，由于转子绕组自成闭合回路，在转子导体中便有电流流过，如忽略转子电路的感抗，感应电流方向与电动势方向相同，该电流再与旋转磁场相互作用，便在转子绕组中产生电磁力，形成电磁转矩，带动异步电动机的转子顺着旋转磁场的方向，以ｎ的转速转动起来，如使旋转磁场的方向改变，则转子的转动方向也跟着改变。

三项异步电动机的工作原理2.4转动原理图５-１１三相异步电动机旋转原理图异步电动机转子转向与旋转磁场转向相同，一般情况下，异步电动机转子的转速ｎ低于旋转磁场的转速ｎ１，因为假如ｎ＝ｎ１，则转子绕组与旋转磁场之间就没有相对运动，就不会切割磁力线，就不会产生感应电动势并产生电流ꎬ也不会产生电磁转矩使转子继续转动，所以通常转子转速ｎ小于同步转速ｎ１，这就是异步电动机的“异步”由来。

三项异步电动机的工作原理2.5转差率转速差(ｎ１－ｎ)是异步电动机运行的必要条件，此值与同步转速ｎ１之比，称之为转差率，用符号ｓ表示，即转差率ｓ是异步电动机的一个重要参数，它对电动机的运行有着极大的影响，在电动机启动瞬间，ｎ＝０，ｓ＝１，随着ｎ的上升，ｓ不断下降，在理想空载状态下，可认为ｎ＝ｎ１，ｓ＝０，由此可见，处于运行状态的异步电动机，其转差率变化范围为０≤ｓ≤１。

【例５-１】已知一台５０Ｈｚ的三相异步电动机，额定转速ｎＮ＝１４６０ｒ/ｍｉｎ，试求该电动机的磁极对数Ｐ和额定转差率ｓＮ。

三项异步电动机的工作原理2.5转差率磁极对数为额定转差率为

三相异步电动机的铭牌和技术数据每台电动机的机座都装有一块铭牌，上面标明这台电动机的型号，主要额定技术数据和使用方法，现以Ｙ１３２Ｓ-４型三相异步电动机的铭牌(表５-１)为例说明其意义。

三相异步电动机的铭牌和技术数据3.1型号

三相异步电动机的铭牌和技术数据3.2额定电压ＵＮ额定电压是指电动机在额定运行时定子绕组所加的线电压，它与定子三相绕组的接法有对应关系，Ｙ系列电动机的额定电压ＵＮ都是３８０Ｖ，当ＰＮ≤３ｋＷ时，定子绕组都是星形(Ｙ)连接，当ＰＮ≥４ｋＷ时，定子绕组都是三角形(△)连接。额定电流是指电动机在额定运行时定子绕组的线电流。异步电动机是感性负载，定子电路的相电流滞后相电压φ角，其功率因数λ＝ｃｏｓφ，铭牌上额定功率因数是指电动机在额定运行时定子电路的功率因数，一般为０.７~０.９。

三相异步电动机的铭牌和技术数据额定功率ＰＮ与效率ηＮ额定功率是指电动机在额定运行时转轴输出的机械功率。电动机是能量转换设备,在额定运行时,其输入的电功率为电动机的输入电功率ＰＩＮ要大于输出机械功率ＰＮ,其差值就是电动机本身的功率损耗,输出机械功率与输入电功率的比值就是效率即一般异步电动机额定运行的效率ηＮ＝(７２.５％~９４.５％)。额定功率因数λＮ和额定效率ηＮ是异步电动机的重要技术数据。异步电动机运行时，当负载增大，其输出功率随之增大，使得功率因数λ和效率η跟着增高，当电动机处于满载或接近满载运行时，λ≈λＮ，η≈ηＮ最高，而在轻载或空载运行时，λ和η都很低，因此，使用电动机时，一是正确选择电动机的额定功率，二是工作时电动机要处于满载或接近满载下运行，三是力求缩短空载运行时间。

三相异步电动机的铭牌和技术数据额定功率ＰＮ与效率ηＮ额定转速是指电动机额定运行时的转子转速，吗它非常接近或略低于同步转速ｎ１。电动机的额定转矩、额定功率(单位为ｋｍ)、额定转速之间的关系为

指电动机运行时的工作方式，分为连续运行(Ｓ１)，短时运行(Ｓ２)和断续运行(Ｓ３)。绝缘等级是电动机所用的绝缘材料的耐热等级，它决定电动机工作时允许的最高温度，表５￣２列出了绝缘材料的耐热等级和极限温度。

三相异步电动机的铭牌和技术数据工作方式防护等级是电动机外壳防护形式的分级，按ＧＢ４９４２.１—２００６，“ＩＰ４４”中的ＩＰ是指国际防护标准的表征字母，第一位数字是防颗粒物等级，第二位数字是防水等级，４４表示本台电动机可以防止直径或厚度大于１ｍｍ的导线或片条触及或接近壳内带电或转动部件，能防止直径大于１ｍｍ的固体异物进入壳内和承受任何方向的溅水应无有害影响。当三相异步电动机接入三相电源，电动机由静止状态加速到稳定运行，这个过程称为启动过程，简称启动。

三相异步电动机的启动、调速和制动4.1启动在刚启动瞬间，转子转速ｎ＝０。接入三相电源的定子绕组产生的旋转磁场以同步转速ｎ１切割转子导体，在其中产生很大的感应电动势和电流，从而使定子电流也很大，一般是额定电流的４~７倍，由于启动时间短，这样大的启动电流还不至于引起电动机过热。但若频繁启动，不仅使电动机温度升高，还会由于电磁力的频繁冲击，影响电动机寿命，同时过大的启动电流会引起电网电压下降，影响到接在同一电网的其他用电设备的正常运行。启动时的转子漏电抗(ＳＸ２０)很大，使转子电路的功率因数很低，所以启动转矩并不大，只是额定转矩的１~２.２倍，研究异步电动机启动的目的，就是要减小启动电流，增大启动转矩，改变其启动性能，同时力求启动设备简单经济，操作方便。１)直接启动通过开关，将额定电压直接加到电动机上使之启动的方法，称为直接启动，又称全压启动，此法简便、经济，电动机能否直接启动，要根据电动机容量和供电电网容量确定。２)星形—三角形(Ｙ—△)换接降压启动这种方法只适用于正常运行时是三角形连接的笼型异步电动机。启动时，定子绕组先接成星形，启动后再换接成三角形。图５-１２是手动Ｙ/△降压启动控制电路，启动时，先合上电源开关Ｑ１，然后将开关Ｑ２合到“Ｙ启动”位置，这时定子绕组连接成星形降压启动，待转速上升到接近额定转速时，再将开关Ｑ２合到“△运行”位置，把定子绕组改接成三角形，在额定电压下正常运行。

三相异步电动机的启动、调速和制动4.1启动图５-１２Ｙ/△降压启动控制电路

三相异步电动机的启动、调速和制动4.1启动当定子绕组连成星形降压启动时，设每相绕组的阻抗为｜Ｚ｜，则当定子绕组连成三角形直接启动时比较上面二式，可得根据电磁转矩正比于电压的平方，得可见，Ｙ—△降压启动时，启动电流和启动转矩是直接启动的１/３，我们国家Ｙ系列三相异步电动机额定电压是３８０Ｖ，容量在４ｋＷ和４ｋＷ以上的正常工作都接成三角形，因此可以采用Ｙ—△降压启动，这种方法适用于轻载或空载启动。

三相异步电动机的启动、调速和制动4.1启动绕线转子异步电动机串入适当的电阻Ｒｓｔ启动，可以增大转子电路的阻抗，减小启动电流，还可以提高转子电路的功率因数，增大启动转矩，在要求启动电流小，启动转矩大或启图５-１３绕线转子异步电动机串电阻启动动频繁的生产机械，例如起重、吊车等大都使用绕线转子异步电动机，与之配套的启动电阻也已标准化，可根据电动机容量大小，查阅有关电工手册和产品目录选配。绕线转子异步电动机的转子三相绕组通过滑环、电刷与外部启动变阻器连接,如图５-１３所示,启动变阻器通过操作手柄连成星形,启动前逆时针旋转手柄将电阻调到最大值,合上电源开关Ｑ,电动机开始启动,随着转速的上升,顺时针旋转操作手柄,逐段切除变阻器的电阻,当转速接近额定值时,切除全部启动电阻,使转子三相绕组短接,启动结束。图５-１３绕线转子异步电动机串电阻启动

三相异步电动机的启动、调速和制动4.2调速在同一负载下，用人为的方法调节电动机的转速，称为调速，根据三相异步电动机的转速表达式改变电源频率ｆ１、磁极对数ｐ和转差率ｓ都可以调节电动机的速度。

三相异步电动机的启动、调速和制动4.2调速１)变频调速当改变电源频率ｆ１时，同步转速ｎ１与ｆ１成正比变化，转子转速ｎ也随之改变，我国电网供电频率是固定的５０Ｈｚ，因此要改变频率，就需要专用的频率可变的交流电源向电动机供电。变频调速具有调速范围宽、平滑的无级调速、机械特性硬和能适应不同负载要求等优点。是笼型异步电动机最好的调速方法。２)变极调速通过定子三相绕组的布置和改变接线能够改变磁极对数ｐ，从而改变电动机转速。改变定子绕组的接线方法只能使磁极对数ｐ成对改变，这种调速方法是有级的，双速电动机在机床中，如车床、铣床、镗床等都有较多应用。３)变压调速改变定子绕组所加的电源电压Ｕ１，随着电源电压连续下降，转子转速连续降低，可实现无级调速，这种调速方法的缺点是调速范围小、机械特性软，可通过带有负反馈的闭环控制系统解决。

三相异步电动机的启动、调速和制动在绕线转子异步电动机的转子电路中串入调速电阻，改变临界转差率ｓｍ，在负载转矩不变时，随着调速电阻增大，转差率增大，转速下降，这种在转子电路串联电阻改变转差率的调速方法只适用绕线转子异步电动机。4.2调速这种调速方法简单易行，多用于起重、运输等生产机械上，缺点是调速电阻要消耗电能，效率低，机械特性软，解决方法是把在转子电路中串联调速电阻改为串联反电势，称为绕线转子异步电动机串级调速，其调速原理和电路比较复杂，本书不作介绍。异步电动机的转向与旋转磁场转向相同，而旋转磁场的转向取决于定子绕组的三相电流相序，所以，只要将接到电动机的三相电源线中的任意两根线对调，改变三相电流相序，就可改变电动机的转向。

三相异步电动机的启动、调速和制动4.4制动电动机的制动是指在电动机的转子加上一个与转动方向相反的电磁转矩，称为制动转矩，使电动机迅速、准确停转，电动机的制动可由机械的或电气的方法实现，这里介绍电气制动方法。当要求电动机停止转动时，将接到电动机的三根电源线中的任意两根线对调，改变三相电流相序，旋转磁场立即反向旋转，如图５-１４所示ꎬ它与由于惯性仍在原方向旋转的转子相互作用，产生与转子转向相反的制动转矩，使电动机迅速减速，当转速减至接近为零时，及时断开三相电源(否则电动机将反转)，转速为零，反接制动结束。反接制动简单、快速，但能量消耗大，准确性差。

三相异步电动机的启动、调速和制动4.4制动电动机的制动是指在电动机的转子加上一个与转动方向相反的电磁转矩，称为制动转矩，使电动机迅速、准确停转，电动机的制动可由机械的或电气的方法实现，这里介绍电气制动方法。当要求电动机停止转动时，将接到电动机的三根电源线中的任意两根线对调，改变三相电流相序，旋转磁场立即反向旋转，如图５-１４所示，它与由于惯性仍在原方向旋转的转子相互作用，产生与转子转向相反的制动转矩，使电动机迅速减速，当转速减至接近为零时，及时断开三相电源(否则电动机将反转)，转速为零，反接制动结束。反接制动简单、快速，但能量消耗大，准确性差。图５-１４反接制动原理

三相异步电动机的启动、调速和制动能耗制动的原理电路如图５-１５所示，运行的电动机要停转时，将开关Ｑ断开，电动机断开三相电源，使旋转磁场消失同时将开关Ｓ闭合，接通直流电源，使定子绕组建立一个静止不动的直流磁场，使由于惯性继续在原方向转动的转子导体感应出电动势和电流，从而产生一个与转动方向相反的制动转矩，强迫电动机迅速停转，制动结束，将开关Ｓ打开，断开直流电源。4.4制动图５-１５能耗制动

控制、保护器件异步电动机是应用最为普遍的旋转动力源，各种生产机械的运动部件大多是由异步电动机来驱动的。为了自动完成各种加工过程，减轻劳动强度，提高劳动生产率，提高产品质量，在生产过程中要对电动机进行自动控制。对电动机和生产机械实现控制和保护的电工设备称为控制电器。控制电器的种类很多，按其动作方式可分为手动和自动两类:手动电器的动作是由工作人员手动操纵的，如刀开关、组合开关、按钮等；自动电器的动作是根据指令、信号或某个物理量的变化自动进行的，如各种继电器、接触器、行程开关等。

控制、保护器件刀开关又称闸刀开关(图5－16)，由闸刀(动触点)、静插座(静触点)、手柄和绝缘底板等组成。一般用于不频繁操作的低压电路中，用作接通和切断电源，或用来将电路与电源隔离，有时也用来控制小容量电动机的直接启动与停机。5.1手动电器刀开关一般与熔断器串联使用，以便在短路或过负荷时熔断器熔断而自动切断电路。刀开关的额定电压通常为２５０Ｖ和５００Ｖ，额定电流在１５００Ａ以下。安装刀开关时，电源线应接在静触点上，负荷线接在与闸刀相连的端子上。对有熔断丝的刀开关，负荷线应接在闸刀下侧熔断丝的另一端，以确保刀开关切断电源后闸刀和熔断丝不带电。在垂直安装时，手柄向上合为接通电源，向下拉为断开电源，不能反装，否则会因闸刀松动自然落下而误将电源接通。图5－16刀开关的结构与符号

控制、保护器件组合开关又称转换开关，是一种转动式的闸刀开关，主要用于接通或切断电路、换接电源、控制小型笼型三相异步电动机的启动、停止、正反转和局部照明。它有若干个动触片和静触片，分别装于数层绝缘件内，静触片固定在绝缘垫板上，动触片装在转轴上，随转轴旋转而变更通、断位置。图5－17是组合开关及启停电动机的接线图。按钮主要用于远距离操作继电器、接触器接通或断开控制电路，从而控制电动机或其他电气设备的运行。按钮由按钮帽、复位弹簧和接触部件等组成，其结构及符号如图5－18所示。按钮的触点分常闭触点(又称动断触点)和常开触点(又称动合触点)两种。常闭触点是按钮未按下时闭合，按下后断开的触点。常开触点是按钮未按下时断开，按下后闭合的触点。按钮按下时，常闭触点先断开，然后常开触点闭合；松开后，依靠复位弹簧使触点恢复到原来的位置。按钮内的触点对数及类型可根据需要组合，最少具有一对常闭触点或常开触点。5.1手动电器

控制、保护器件5.1手动电器图5－17是组合开关及启停电动机的接线图图５-１８按钮的结构及符号

控制、保护器件5.2自动电器熔断器主要作短路或过载保护用，串联在被保护的线路中。线路正常工作时如同一根导线起通路作用；当线路短路或过载时熔断器熔断，起到保护线路上其他电器设备的作用。熔断器一般由夹座、外壳和熔体组成。熔体有片状和丝状两种，用电阻率较高的易熔合金或截面积很小的良导体制成。图5－19所示为熔断器及其符号。断路器(图5－20)又称自动空气开关或自动开关，它的主要特点是具有自动保护功能，当发生短路、过载、欠电压等故障时能自动切断电路，起到保护作用。图5－21所示是断路器的工作原理图，它主要由触点系统、操作机构和保护元件３部分组成，主触点靠操作机构(手动或电动)来闭合。开关的脱扣机构是一套连杆装置，有过流脱扣器和欠电压脱扣器等，它们都是电磁铁。主触点闭合后就被锁钩锁住。在正常情况下，过流脱扣器的衔铁是释放着的，一旦发生严重过载或短路故障，线圈因流过大电流而产生较大的电磁吸力，把衔铁往下吸而顶开锁钩，使主触点断开，起到了过电流保护作用。欠电压脱扣器的工作情况与之相反，正常情况下吸住衔铁，主触点闭合，电压严重下降或断电时释放衔铁而使主触点断开，实现了欠电压保护。电源电压正常时，必须重新合闸才能工作。

控制、保护器件5.2自动电器图５-１９熔断器及其符号图５-２０断路器图５-２１断路器的工作原理

控制、保护器件5.2自动电器交流接触器是用来远距离频繁接通或切断电动机或其他负载主电路的一种控制电器。图5－22所示为交流接触器的结构原理示意图及符号。交流接触器利用电磁铁的吸引力而动作，主要由电磁机构、触点系统和灭弧装置３部分组成。触点用来接通或断开电路，由动触点、静触点和弹簧组成。电磁机构实际上是一个电磁铁，包括吸引线圈、铁芯和衔铁。当电磁铁的线圈通电时，产生电磁吸引力，将衔铁吸下，使常开触点闭合，常闭触点断开。电磁铁的线圈断电后，电磁吸引力消失，依靠弹簧使触点恢复到原来的状态。图５-２２交流接触器的结构原理图及符号接触器是电力拖动中最主要的控制电器之一。

基本控制电路5.2自动电器继电器是一种根据特定输入信号而动作的自动控制电器，其种类很多，有中间继电器、热继电器、时间继电器等类型。热继电器主要用于负载的过载保护，其触点的动作不是由电磁力产生的，而是通过感温元件受热产生机械变形，推动机构动作来开闭触点。图5－23所示是热继电器的结构原理图和符号。发热元件是一段电阻不大的电阻丝，接在电动机的主电路中。感温元件是双金属片，由热膨胀系数不同的两种金属碾压而成，图中下层金属膨胀系数大，上层金属膨胀系数小。当主电路中电流超过容许值而使双金属片受热时，双金属片的自由端便向上弯曲超出扣板。扣板在弹簧的拉力下将常闭触点断开。触点是接在电动机的控制电路中的，控制电路断开便使接触器的线圈断电，从而断开电动机的主电路。图５-２３热继电器的结构原理图和符号

控制、保护器件通过开关、按钮、继电器、接触器等电器触点的接通或断开来实现的各种控制称为继电—接触器控制，这种方式构成的自动控制系统称为继电—接触器控制系统，典型的控制环节有点动控制、单向自锁运行控制、正反转控制、行程控制、时间控制等。电动机在使用过程中由于各种原因可能会出现一些异常情况，如电源电压过低、电动机电流过大、电动机定子绕组相间短路或电动机绕组与外壳短路等，如不及时切断电源则可能会对设备或人身带来危险，因此必须采取保护措施。常用的保护环节有短路保护、过载保护、零压保护和欠电压保护等。

控制、保护器件点动控制常用于各种机械的调整、调试等情况。图５－２４ａ)所示的是用按钮、接触器实现的三相异步电动机点动控制的连接示意图，图５－２４ｂ)为其电气原理图。图中SB为按钮，ＫＭ为接触器。合上开关Ｓ，三相电源被引入控制电路，但电动机还不能启动。按下按钮ＳＢ，接触器ＫＭ线圈通电，衔铁吸合，常开主触点接通，电动机定子接入三相电源启动运转。松开按钮ＳＢ，接触器ＫＭ线圈断电，衔铁松开，常开主触点断开，电动机因断电而停转。6.1三相异步电动机的简单起停控制图5－24点动控制

控制、保护器件实际工作中更多的情况要求电动机连续长时间运转，图５－２５所示电路就是为满足这一要求而设计的电动机的连续运转控制电路，其工作过程如下:(１)启动过程。按下启动按钮SB1接触器ＫＭ线圈通电，与SB1并联的ＫＭ的辅助常开触点闭合，以保证松开按钮SB1后ＫＭ线圈持续通电，串联在电动机回路中的ＫＭ的主触点持续闭合，电动机连续运转，从而实现连续运转控制。(２)停止过程。按下停止按钮SB2，接触器ＫＭ线圈断电，与SB1并联的ＫＭ的辅助常开触点断开，以保证松开按钮SB2后ＫＭ线圈持续失电，串联在电动机回路中的ＫＭ的主触点持续断开，电动机停转。(３)保护措施。与SB1并联的ＫＭ的辅助常开触点的这种作用称为自锁。图５－２５所示控制电路还可实现短路保护、过载保护和零压保护。6.1三相异步电动机的简单起停控制图5－25连续运行控制

控制、保护器件实现短路保护的是串接在主电路中的熔断器ＦＵ。一旦电路发生短路故障，熔体立即熔断，电动机立即停转。实现过载保护的是热继电器ＦＲ。当过载时，热继电器的发热元件发热，将其常闭触点断开，使接触器ＫＭ线圈断电，串联在电动机回路中的ＫＭ的主触点断开，电动机停转。同时ＫＭ辅助触点也断开，解除自锁。故障排除后若要重新启动，需按下ＦＲ的复位按钮，使ＦＲ的常闭触点复位(闭合)。实现零压(或欠电压)保护的是接触器ＫＭ本身。当电源暂时断电或电压严重下降时，接触器ＫＭ线圈的电磁吸力不足，衔铁自行释放，使主、辅触点自行复位，切断电源，电动机停转，同时解除自锁。6.1三相异步电动机的简单起停控制

控制、保护器件在实际生产中，无论是工作台的上升、下降，还是立柱的夹紧、放松，或者是进刀、退刀，大都是通过电动机的正反转来实现的。图5－26所示电路可以实现电动机的正反转控制。在主电路中，通过接触器KM1的主触点将三相电源顺序接入电动机的定子三相绕组，通过接触器KM2的主触点将三相电源逆序接入电动机的定子三相绕组。因此当接触器KM1的主触点闭合而KM2的主触点断开时，电动机正向运转。当接触器KM2的主触点闭合而KM1的主触点断开时，电动机反向运转。当接触器KM1和KM2的主触点同时闭合时，将引起电源相间短路，因此这种情况是不允许发生的。6.2正反转控制图5-26正反转控制

控制、保护器件为了实现主电路的要求，在控制电路中使用了三个按钮ＳＢ１、ＳＢ２和ＳＢ３，用于发出控制指令。ＳＢ１为正向启动控制按钮，ＳＢ２为反向启动控制按钮，ＳＢ３为停机按钮。通过接触器ＫＭ１、ＫＭ２来实现电动机的正反转。动作过程如下:(１)正向启动过程。按下启动按钮ＳＢ１，接触器ＫＭ１线圈通电，与ＳＢ１并联的ＫＭ１的辅助常开触点闭合，以保证ＫＭ１线圈持续通电，串联在电动机回路中的ＫＭ１的主触点持续闭合，电动机连续正向运转。(２)停止过程。按下停止按钮ＳＢ３，接触器ＫＭ１线圈断电，与ＳＢ１并联的ＫＭ１的辅助触点断开，以保证ＫＭ１线圈持续失电，串联在电动机回路中的ＫＭ１的主触点持续断开，切断电动机定子电源，电动机停转。(３)反向启动过程。按下启动按钮ＳＢ２，接触器ＫＭ２线圈通电，与ＳＢ２并联的ＫＭ２的辅助常开触点闭合，以保证ＫＭ２线圈持续通电，串联在电动机回路中的ＫＭ２的主触点持续闭合，电动机连续反向运转。6.2正反转控制项目步骤知识拓展

图５-２６所示的控制电路在使用时应该特别注意ＫＭ１和ＫＭ２线圈不能同时通电,因此不能同时按下ＳＢ１和ＳＢ２,也不能在电动机正转时按下反转启动按钮,或在电动机反转时按下正转启动按钮,如果操作错误,将引起主回路电源短路,这对操作带来潜在的危险和很大的不便,在控制回路中引入连锁可解决这一问题。图５-２７ａ)所示为带接触器连锁的正反转控制电路，将接触器ＫＭ１的辅助常闭触点串入ＫＭ２的线圈回路中，从而保证在ＫＭ１线圈通电时ＫＭ２线圈回路总是断开的，将接触器ＫＭ２的辅助常闭触点串入ＫＭ１的线圈回路中，从而保证在ＫＭ２线圈通电时ＫＭ１线圈回路总是断开的，这样接触器的辅助常闭触点ＫＭ１和ＫＭ２保证了两个接触线圈不能同时通电，这种控制方式称为连锁或者互锁，这两个辅助常开触点称为连锁或者互锁触点。图５-２７具有连锁环节的正反转控制项目步骤知识拓展