北邮电机与电气控制.docx
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北邮电机与电气控制
北邮电机与电气控制
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项目六三相异步电动机的基本控制电路及安装
任务一电气控制线路图、接线图和布置图的识读
学习目标
了解电气图形符号与文字符号的含义；
了解电气原理图、接线图和布置图的概念；
掌握电气原理图、接线图和布置图的绘制规则。
任务分析
由于各种生产机械的工作性质和加工工艺不同，使得它们对电动机的控制要求不同。
要使电动机按照生产机械的要求正常安全地运转，必须配置一定的电器，组成一定的控制线路，才能达到目的。
在生产实践中，一台生产机械的控制线路可以比较简单，也可能相当复杂，但任何复杂的控制线路总是由一些基本控制线路有机地组合起来的。
所以要我们了解电路图，连接图和布置图等，和掌握电气原理图，接线图和布置图的绘制原则。
知识链接
一、电气原理图
电气原理图是用来表示电路各电气元器件中导电部件的连接关系和工作原理的图。
该图应根据简单、清晰的原则，采用电气元器件展开形式来绘制，它不按电气元器件的实际位置来画，也不反映电气元器件的大小、安装位置，只用电气元器件的导电部件及其接线端钮按国家标准规定的图形符号来表示电气元器件，再用导线将这些导电部件连接起来以反映其连接关系。
所以电气原理图结构简单、层次分明，关系明确，适用于分析研究电路的工作原理，且为其他电气图的依据，在设计部门和生产现场获得广泛的应用。
现以图6-1CW6132型普通车床电气原理图为例来阐明绘制电气原理图的原则和注意事项。
图6-1CW6132型普通车床电气原理图
（一）绘制电气原理图的原则
1．电气原理图的绘制标准。
图中所有的元器件都应采用国家统一规定的图形符号和文字符号。
2．电气原理图的组成。
电气原理图由电源电路、主电路和辅助电路三部分组成。
（1）电源电路一般画成水平线，三相交流电源相序L1、L2、L3自上而下依次画出，中线N和保护地线PE依次画在相线之下。
（2）主电路是从电源到电动机的电路，主要由刀开关、熔断器、接触器主触头、热继电器发热元件与电动机组成。
主电路用粗线绘制在图面的左侧或上方。
（3）辅助电路包括控制电路、照明电路、信号电路及保护电路等。
它们由继电器、接触器的电磁线圈，继电器、接触器辅助触头，控制按钮，其他控制元件触头、控制变压器、熔断器、照明灯、信号灯及控制开关等组成。
画辅助电路图时，辅助电路要跨接在两相电源线之间，一般按照控制电路、指示电路和照明电路的顺序依次用细实线垂直画在主电路图的右侧，且电路中与下边电源线相连的耗能元件（如接触器和继电器的线圈、指示灯、照明灯等）要画在电路图的下方，而电器的触头要画在耗能元件与上边电源线之间。
为读图方便，一般应按照自左至右、自上而下的排列来表示操作顺序。
3．电气触头的画法。
原理图中各元器件触头状态均按没有外力作用时或未通电时触头的自然状态画出。
对于接触器、电磁式继电器，是按电磁线圈未通电时触头状态画出；对于控制按钮、行程开关的触头，是按不受外力作用时的状态画出；对于断路器和开关电器触头，是按断开状态画出。
当电气触头的图形符号垂直放置时，以“左开右闭”原则绘制，即垂线左侧的触头为常开触头，垂线右侧的触头为常闭触头；当符号为水平放置时，以“上闭下开”原则绘制，即在水平线上方的触头为常闭触头，水平线下方的触头为常开触头。
4．电气元器件的画法。
原理图中的各电气元器件均不画实际的外形图，原理图中只画出其带电部件，同一电气元器件上的不同带电部件是按电路中的连接关系画出，但必须按国家标准规定的图形符号画出，并且用同一文字符号标明。
对于几个同类电器，在表示名称的文字符号之后加上数字序号，以示区别。
5．原理图的布局。
电气原理图中，同一电器的各元气件不按实际位置画在一起，而是按功能布置，即同一功能的电气元器件集中在一起，尽可能按动作顺序从上到下或从左到右的原则绘制。
6．线路连接点、交叉点的绘制。
画电气原理图时，应尽可能减少线条和避免线条交叉。
对有电联系的交叉导线连接点，用小黑圆点表示；无电联系的交叉导线则不画小黑圆点。
7．电路编号法。
电路图采用电路编号法，即对电路中各个接点用字母或数字编号。
主电路在电源开关的出线端按相序依次编号为U11、V11、W11。
然后按从上至下、从左到右的顺序，每经过一个电器元件，编号递增，如U12、V12、W12；U13、V13、W13。
一台三相交流电动机或设备的三根出线依次编号为U、V、W。
对于多台电动机引出线的编号，可在字母前用不同的数字区别，如1U、1V、1W。
辅助电路编号按“等电位”原则从上至下、从左至右的顺序用数字依次编号，每经过一个电器元件后，编号要依次递增。
控制电路编号的起始数字必须是1，其他辅助电路编号的起始数字依次递增100，如照明电路编号从101开始；指示电路编号从201开始等。
（二）电气原理图图面区域的划分
为了便于确定原理图的内容和组成部分在图中的位置，有利于读者检索电气线路，常在各种幅面的图纸上分区。
每个分区内竖边方面用大写的拉丁字母编号，横边用阿拉伯数字编号。
编号的顺序应从与标题栏相对应的图幅的左上角开始，分区代号用该区的拉丁字母或阿拉伯数字表示，有时为了分析方便，也把数字区放在图的下面。
为了方便读图，利于理解电路工作原理，还常在图面区域对应的原理图上方标明该区域的元件或电路的功能，以方便阅读分析电路。
（三）继电器、接触器触头位置的索引
电气原理图中，在继电器、接触器线圈的下方注有该继电器、接触器相应触头所在图在位置的索引代号，索引代号用图面区域号表示。
其中左栏为常开触头所在图区号，右栏为常闭触头所在图区号。
（四）电气图中技术数据的标注
电气图中各电气元器件的相关数据和型号，常在电气原理图中电器元件文字符号下方标注出来。
如图6-1中热继电路器文字符号FR下方标有。
6.8~11A，该数据为该热继电器的动作电流值范围，而8.4A为该继电器的整定电流值。
二、电器元件布置图
电器元件布置图是用来表明电气原理图中各元器件在控制板上的实际安装位置，采用简化的外形符号而绘制的一种简图。
它不表达电器的具体结构、作用、接线情况以及工作原理，主要用于电器元件的布置和安装。
图中各电器的文字符号必须与电路图和接线图的标注相一致。
电器元件布置图是控制设备生产及维护的技术文件，电器元件的布置应注意以下几方面：
（1）体积大和较重的电器元件应安装在电器安装板的下方，而发热元件应安装在电器安装板的上方。
（2）强电、弱电应分开，弱电应屏蔽，防止外界干扰。
（3）需要经常维护、检修、调整的电器元件安装位置不宜过高或过低。
（4）电器元件的布置应考虑整齐、美观、对称。
外形尺寸与结构类似的电器安装在一起，以利安装和配线。
（5）电器元件布置不宜过密，应留有一定间距。
如用走线槽，应加大各排电器间距，以利布线和维修。
电器布置图根据电器元件的外形尺寸绘出，并标明各元器件间距尺寸。
控制盘内电器元件与盘外电器元件的连接应经接线端子进行，在电器布置图中应画出接线端子板并按一定顺序标出接线号。
图6-2为CW6132型车床控制盘电器布置图。
图6-2CW6132型车床控制盘电器布置图
三、安装接线图
安装接线图是根据电气设备和电器元件的实际位置和安装情况绘制的，用来表示电气设备电器元件的位置、配线方式和接线方式的图形。
主要用于安装接线、线路的检查维修故障处理。
通常接线图与电气原理图和元器件布置图一起使用。
接线图表示出项目的相对位置、项目代号、端子号、导线号、导线型号、导线截面等内容。
接线图中的各个项目采用简化外形表示，简化外形旁应标注项目代号，并应与电气原理图中的标注一致。
电气接线图的绘制原则是：
（1）各电气元器件均按实际安装位置绘出，元器件所占图面按实际尺寸以统一比例绘制。
（2）一个元器件中所有的带电部件均画在一起，并用点划线框起来，即采用集中表示法。
（3）各电气元器件的图形符号和文字符号必须与电气原理图一致，并符合国家标准。
（4）各电气元器件上凡是需接线的部件端子都应绘出，并予以编号，各接线端子的编号必须与电气原理图上的导线编号相一致。
（5）绘制安装接线图时，走向相同的相邻导线可以绘成一股线。
图6-3是根据上述原则绘制的与图6-1对应的电器箱外连部分电气安装接线图。
图6-3CW6132型车床电气安装接线图
电动机基本控制线路的安装步骤：
（1）识读电路图，明确线路所用电器元件及其作用，熟悉线路的工作原理。
（2）根据电路图或元件明细表配齐电器元件，并进行检验。
（3）根据电器元件选配安装工具和控制板。
（4）根据电路图绘制布置图和接线图，然后按要求在控制板上固装电器元件。
（5）根据电动机容量选配主电路导线的截面。
控制电路导线一般采用截面为1平方毫米的铜芯线，按钮线一般采用截面为0.75平方毫米的铜芯线，接地线一般采用截面不小于1.5平方毫米的铜芯线。
（6）根据接线图布线，同时将剥去绝缘层的两端线头套上标有与电路图相一致编号的编码套管。
（7）安装电动机。
（8）连接电动机和所有电器元件金属外壳的保护接地线。
（9）连接电源、电动机等控制板外部的导线。
（10）自检。
（11）交验。
（12）通电试车。
任务二电动机正、反转控制线路
学习目标
会正确识别、选用、安装、使用常用低压电器，熟悉它们的功能、基本结构、工作原理及型号意义，熟记它们的图形符号和文字符号；
熟悉电动机正、反转控制线路的构成和工作原理；
会安装与检修电动机正反转控制线路。
任务分析
了解正、反转控制线路在实际生产中的应用，以及如何使电动机正、反转的原理。
熟悉电动机正、反转各种控制线路的构成和工作原理。
会安装和检修各正、反转的控制线路。
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一、点动与连续运转的控制
自锁与互锁的控制系统统称为电气的联锁控制，在电气控制电路中应用十分广泛，是最基本的控制。
生产机械的运转状态有连续运转与短时间断运转，所以对其拖动电动机的控制也有点动与连续运转两种控制方式，对应的有点动控制与连续运转控制电路，如图6-4所示。
图6-4（a）是基本的点动控制电路。
按下点动按钮SB，KM线圈通电，电动机起动旋转；松开SB按钮，KM线圈断电释放，电动机停转。
所以该电路为单纯的点动控制电路。
图6-4（b）是用开关SA断开或接通自锁电路，可实现点动也可实现连续运转的电路。
合上开关SA时，可实现连续运转；SA断开时，可实现点动控制。
图6-4（c）是用复合SB3实现点动控制，按钮SB2实现连续运转控制的电路。
图6-4电动机点动与连续运转控制电路
（a）基本点动控制电路（b）开关选择运行状态的电路（c）两个按钮控制的电路
1．点动正转控制电路
点动正转控制电路是用按钮、接触器来控制电动机运转的最简单的正转控制电路，如图6-4（a）所示。
电路的工作原理如下：
先合上电源开关Q。
起动：
按下SB→KM线圈得电→KM主触点闭合→电动机M起动运转。
停止：
松开SB→KM线圈失电→KM主触点分断→电动机M失电停转。
停止使用时，断开电源开关Q。
2．开关选择运行状态电路
电路如图6-4（b）所示，松开转换开关SA，该电路为点动正转控制电路，工作原理和点动正转控制电路相同。
闭合转换开关SA，电路为自锁正转控制电路。
此电路是用按钮、接触器来控制电动机运转的正转控制电路。
三相异步电动机的自锁控制电路的主电路和点动控制的主电路大致相同，但在控制电路中又串接了一个停止按钮SB1，在起动按钮SB2两端并接了接触器KM的一对演武辅助触点。
接触器自锁正转控制电路不但能使电动机连续运转，而且还有一个重要的特点，就是具有欠压和失压（或零压）保护作用。
它主要由按钮开关SB（起/停电动机使用）、交流接触器KM（用做接通和切断电动机的电源及失压保护和欠压保护等）、热继电器（用做电动机的过载保护）等组成。
（1）欠压保护。
“欠压”是指电路电压低于电动机应加的额定电压。
“欠压保护”是指当电路电压下降到某一数值时，电动机能自动脱离电源电压停转，避免电动机在欠压下运行的一种保护。
因为当电路电压下降时，电动机的转矩随之减小，电动机的转速也随之降低，从而使电动机的工作电流增大，影响电动机的正常运行，电压下降严重时还会引起“堵转”的现象，以致损坏电动机。
采用接触器自锁正转控制电路就可避免电动机欠压运行，这是因为当电路电压下降到一定值，从而使接触器线圈磁通减弱，产生的电磁吸力减小。
当电磁吸力减小到小于反作用弹簧的拉力时，动铁心被迫释放，带动主触点、自锁触点同时断开，自动切断主电路和控制电路，电动机失电停转，达到欠压保护的目的。
（2）失压保护。
失压保护是指电动机在正常运行中，由于外界某种原因引起突然断电时，能自动切断电动机电源。
当重新供电时，保证电动机不能自行起动，避免造成设备和人身伤亡事故。
采用接触器自锁控制电路，由于接触器自锁触点和主触点在电源断电时已经断开，使控制电路和主电路都不能接通。
所以在电源恢复供电时，电动机就不能自行起动运转，保证了人身和设备的安全。
电路的工作原理如下：
先合上电源开关Q。
起动：
按下SB1→KM线圈得电→KM主触点闭合→电动机M起动连续运转
→KM自锁触点闭合自锁
停止：
按下SB2→KM线圈失电→KM主触点分断→电动机M失电停转
→KM自锁触点分断
3．连续与点动混合正转控制电路
机床设备在正常运行时，一般电动机都处于连续运行状态。
但在试车或调整刀具与工件的相对位置时，又需要电动机能点动控制，实现这种控制要求的电路是连续与点动混合控制的正转控制电路，如图6-4（c）所示。
电路的工作原理如下：
先合上电源开关Q。
（1）连续控制
起动：
按下SB2→KM线圈得电→KM线圈触点闭合→电动机M起动连续运转
→KM自锁触点闭合自锁
停止：
按下SB3→KM线圈失电→KM主触点分断→电动机M失电停转
→KM自锁触点分断
（2）点动控制
起动：
按下SB3→SB3常闭触点先分断切断自锁电路
→SB3常开触点后闭合→KM线圈得电→KM自锁触点闭合→电动机M起动连续运转
→KM主触点闭合
停止：
松开SB3→SB3常闭触点后恢复闭合
→SB3常开触点先恢复分断→KM线圈失电→KM自锁触点分断
→KM主触点分断→电动机M失电停转
二、正反转控制线路
单向转动的控制线路比较简单但是只能使电动机朝一个方向旋转，带动生产机械的运动部件朝一个方向运动。
但很多生产机械往往要求运动部件能向正、反两个方向运动。
如机床工作台的前进和后退；万能铣床主轴的正反转；起重机的上升和下降等。
当改变通入电动机定子绕组的三相电源相序，即把接入电动机三相电源进线中的任意两相对调接线时，电动机就可以反转。
下面介绍几种常用的正反转控制线路。
1．转换开关控制电动机正反转电路
转换开关控制电动机正反转电路如图6-5所示。
图中SC是转换开关，SC有四对触头，三个工作位置。
当SC置于上、下方不同位置时，通过其触头来改变电动机定子接入三相交流电源的相序，进而改变电动机的旋转方向。
在这里，接触器KM作为线路接触器使用。
转换开关SC为电动机旋转方向预选开关，由按钮来控制接触器，再由接触器主触头来接通或断开电动机三相电源，实现电动机的起动和停止。
图6-5转换开关控制电动机正反转电路
2．无互锁的正反转控制电路
图6-6（a）是将两个单向旋转控制电路组合而成。
主电路由正、反转接触器KM1、KM2的主触头来实现电动机三相电源任意两相的换相，从而实现电动机正反转。
当需要正转起动时，按下正转起动按钮SB2，KM1线圈通电吸合并自锁，电动机正向起动并运转；当需要反转起动时，按下反转起动按钮SB3，KM2线圈通电吸合并自锁，电动机便反向起动并运转。
但若在按下正转起动按钮SB2，电动机已进入正转运行后，发生又按下反转起动按钮SB3的误操作时，由于正反转接触器KM1、KM2线圈均通电吸合，其主触头均闭合，于是发生电源两相短路，致使熔断器FU1熔体熔断，电动机无法工作。
因此，该电路在任何时候只能允许一个接触器通电工作。
为此，通常在控制电路中将KM1、KM2正反转接触器常闭辅助触头串接在对方线圈电路中，形成相互制约的控制，这种相互制约的控制关系称为互锁，这两对起互锁作用的常闭触头称为互锁触头。
3．接触器联锁的正反转控制电路
接触器联锁的正反转控制电路如图6-6（b）所示。
线路中采用了两个接触器，即正转用接触器KM1和反转用的接触器KM2，它们分别用正转按钮SB1和反转按钮SB2控制。
从主电路中可以看出，这两个接触器的主触点所接通的电源相序不同，KM1按L1-L2-L3相序接线，KM2则按L3-L2-L1相序接线。
由主电路看出接触器KM1和KM2的主触点决不允许同时闭合，否则将造成两相电源短路事故。
为了避免两个接触器同时得电动作，就在正反转控制电路中分别串接了对方接触器的一对常闭辅助触头，这种互锁称为电气互锁，这样，当一个接触器得电动作时，通过其常闭触点使另一个接触器不得电动作，接触器间这种相互制约的作用叫接触器联锁。
电路工作原理：
先合上电源开关Q。
正转控制：
按下SB2→KM1线圈得电→KM1自锁触点闭合自锁
→KM1主触点闭合→电动机M正转起动连续运转
反转控制：
按下SB3→KM2线圈得电→KM2自锁触点闭合自锁
→KM2主触点闭合→电动机M反转起动连续运转
停止：
按下SB1，整个控制电路失电，主触点分断，电动机M失电停转。
从以上分析可见，该线路的优点是工作可靠，但缺点是操作不便，正、反转变换时需要按下停止按钮。
为了克服接触器联锁的正反转控制线路操作不便的缺点，可以采用按钮联锁的正反转控制线路，这种正反转控制线路的工作原理与接触器联锁的正反转控制线路的工作原理基本相同，
4．按钮、接触器双重联锁的正反转控制电路
为了克服接触器的正反转控制线路和按钮联锁的正反转控制线路的不足，在接触器联锁的基础上又增加了一对按钮联锁，这对互锁是将正、反转起动按钮的常闭辅助触头串接在对方接触器线圈电路中，这种互锁称为按钮互锁，又称机械互锁。
图6-6（c）是具有双重互锁的控制电路。
电路工作原理：
先合上电源开关Q。
正转控制：
按下SB3→SB3常闭触点先分断对KM2联锁
→SB3常开触点后闭合→KM1线圈得电→KM1自锁触点闭合自锁
→KM1主触点闭合→电动机M正转起动连续运转
→KM1联锁触点分断对KM2联锁
反转控制：
按下SB2→SB2常闭触点先分断→KM1线圈失电→KM1自锁触点分断
→KM1主触点分断→电动机M正转失电
→KM联锁触点恢复闭合→KM2线圈得电→
→SB2常开触点后闭合
→KM2自锁触点闭合自锁
→KM2主触点闭合→电动机M起动连续反转
→KM2联锁触点分断对KM1联锁
停止：
按下SB1，整个控制电路失电，主触点分断，电动机M失电停转。
该电路可以实现不按停止按钮，由正转直接变反转，或由反转直接变正转。
这是因为按钮互锁触头可实现先断开正在运行的电路，再接通反向运转电路，称为正-反-停电路。
图6-6三相异步电动机正反转控制电路
（a）无互锁电路（b）具有电气互锁电路（c）具有双重互锁电路
项目技能实训一三相异步电动机的点动与连续运转控制
一、实训目的
1、了解按钮、交流接触器和热继电器的基本结构和动作原理。
2、掌握三相异步电动机直接起动的工作原理、接线及操作方法。
2、了解电动机运行时的保护方法。
4、比较常用点动、长动控制电路的特点。
5、学会实验电路接线及故障排除。
二、实训设备
三相异步电动机一台，三相转换开关一个，交流接触器一个，热继电器一个，三联按钮开关一个，导线若干
三、实训原理及依据
1、点动控制环节
点动控制电路主要由按钮、接触器组成。
如图1所示。
闭合电源开关QS，按下起动按钮SB，接触器KM线圈得电，接触器常开主触头闭合，电动机得电运转；松开起动按钮SB，由于复位弹簧的作用，按钮复位，接触器KM线圈失电，接触器常开主触头断开，电动机停转，从而实现点动控制。
图1图2
2、长动控制环节（自锁控制环节）
点动控制只能在按下按钮时使电动机转动，松开按钮就停止运行。
为了实现电动机长期连续运行，需要加入自锁触头。
当按下起动按钮SB2时，接触器KM线圈得电，常开主触头吸合，同时自锁触头闭合，这样即使松开起动按钮SB2，接触器的线圈仍然有电流通过，因此，电动机可连续运行。
为了使自锁后的电动机可以停止运转，在控制电路中再串入一个停止按钮SB1即可。
带自锁环节的控制电路如图2所示。
3、保护环节
为确保电动机正常运行，防止由于短路、过载、失压和欠压等事故造成的危害，在电动机的主电路和控制电路中必须具备各种保护装置。
一般有短路保护、过载保护、失压保护和欠压保护等。
短路保护利用熔断器来实现，过载保护利用热继电器来实现。
（本实验台带有短路保护，故电路中没有接入熔断器）。
注意，由于熔断器和热继电器在电路中所起作用不同，所以，两者不能互相代替使用。
失压保护是为了在电动机运行时由于外界原因突然断电又重新供电，在未加防范的情况下容易出现事故，为了确保断电后，在工作人员没有重新操作的情况下，电动机不能得电转动，因此，在控制电路中应有保护环节。
在三相异步电动机控制电路中常用接触器实现失压和欠压保护。
四、实训内容和步骤
1、三相异步电动机的单方向点动控制。
按图1接线，其中电动机采用星形接法。
合上开关，按下按钮SB，观察电动机和交流接触器的动作情况，松开SB，电动机停止运转。
2、电动机连续运转。
主电路不变，控制电路如图2接线，按下起动按钮SB2，电动机连续运转，按下停止按钮SB1，电动机停转。
五、实训要求
1、认真仔细连接电路并自检，确认无误后方可通电。
2、连接电路时，要按照“先主后控、先串后并、上入下出、左进右出”的原则接线，做到心中有数。
3、主、控制电路的导线要区分开颜色，以便于检查。
4、实验所用电压为380V或220V的三相交流电，严禁带电操作，不可触及导电部件，尽可能单手操作，保证人身和设备的安全。
六、思考题
1、实验电路中的过载和失压保护是如何实现的？
2、实验过程中出现的问题及产生问题的原因。
4、电动机的正反转能否同时接通，为什么？
七、技能训练考核评分标准
评分标准
项目内容
评分标准
配分
扣分
得分
装前检查
1.电动机质量检查，每漏一处扣3分
2.电器元件漏检或错检，每处扣2分
15
安装元件
1.不按布置图安装，扣10分
2.元件安装不牢固，每只扣2分
3.安装元件时漏装螺钉，每只扣0.5分
4.元件安装不整齐、不匀称、不合理，每只扣3分
5.损坏元件，扣10分
15
布线
1.不按电路图接线，扣15分
2.布线不符合要求：
主电路，每根扣2分；控制电路，每根扣1分
3.接点松动、接点露铜过长、压绝缘层、反圈等，每处扣0.5分
4.损伤导线绝缘或线芯，每根扣0.5分
5.漏记线号不清楚、遗漏或误标，每处扣0.5分
6.标记线号不清楚、遗漏或误标，每处扣0.5分
30
通电试车
1.第一次试车不成功，扣10分
2.第二次试车不成功，扣20分
3.第三次试车不成功，扣30分
40
安全文明生产
违反安全、文明生产规程，扣5~40分
定额时间90min
按每超时5min扣5分计算
备注
除定额时间外，各项目的最高扣分不应超过配分数
开始时间
结束时间
实际时间
指导教师签名_______________________日期_______
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