电力拖动控制线路与技能训练教案

一、 电力拖动及其组成

电力拖动：指用电力拖动生产机械的工作机构使之运转的一种方法。 1． 电力拖动系统的组成

（１）电源：是电动机和操纵设备的能源。

（２）电动机：是生产机械的原动机，其作用是将电能转换成机械能。 （３）操纵设备：用来操纵电动机的运转。

（４）传动机构：是在电动机与生产机械的工作机构之间传递动力的装置。 2． 电力拖动的特点 （１）方便经济 （２）效率高 （３）调剂性能好

（４）易于实现生产过程的自动化 3． 电力拖动的了展过程

电力拖动的进展过程经历了成组拖动、单电动机拖动和多电动机拖动。 （１）成组拖动：由一台电动机拖动传动轴，再由传动轴通过传动带分别拖动

多台生产机械。

（２）一台拖动：由一台电动机拖动一台生产机械。

（３）多电动机拖动：一台生产机械中由多台电动机分别拖动不同的运动部件

的拖动方式。 二、

本课程的性质、内容、任务和要求

第一单元 常用低压电器及其拆装与修理

概述

电器：凡是依照外界特定的信号或要求，自动或手动接通和断开电路，断续或连续地改变电路参数，实现对电路或非电路现象的切换、操纵、爱护、检测和调剂的电气设备均称为电器。

低压电器：工作在交流额定电压1200Ｖ及以下、直流额定电压1500V及以下的电器称为低压电器。

一、

低压电器的分类、产品标准和常用术语

分类

配电电器 按用途和所操纵的对象 操纵电器 １．

自动切换电器 按动作方式样式式 非自动切换电器 有触点电器 按执行机构 无触点电器 ２．低压电器的产品标准 按内容性质 基础标准 专业标准 产品标准

国家标准〔ＧＢ〕 按批准的级别出心裁 专业〔部〕标准〔ＪＢ〕 局批企业标准〔ＪＢ／Ｄ〕Ｑ〕〕 ３．常用术语

〔１〕通断时刻：从电流开始在开关电器一个极流过瞬时起，到所有极的电弧最终熄灭瞬时为止的时刻间隔。

〔２〕分断能力：开关电器在规定的条件下，能在给定的电压下分断的预期分断电流值。二、

低压电器型号组成形式 见书Ｐ５

课题一 低压开关

一、 １．

刀开关

开启式负荷开关〔胶盖刀开关、闸刀开关〕

（１）型号含义

（２）结构 （３）选用 １）

用于照明和电热负载时，选用额定电压220V或250V，额定电流不

小于电路所有负载额定电流之和的两极开头。 ２）

用于操纵电动机的直截了当启动和停止时，选用额定电压380V或

500V，额定电流不小于电动机额定电流３倍的三极开关。 （４）安装与使用 １） ２） ３） ４）

必须垂直安装，且合闸状态时手柄朝上。

操纵照明和电热负载时，要装接熔断器作短路和过载爱护。 更换熔体时，必须在闸刀断开的情形下按原规格更换。 分、合闸操作时，应动作迅速。

（５）常见故障及处理 见书Ｐ９ ２．

封闭式负荷开关

（１）型号含义

结构特点：一是采纳了储能分合闸方式。二是设置了联锁装置。 （２）选用 １） ２）

额定电压应不小于线路工作电压。

用于操纵照明、电热负载时，开关的额定电流应不小于所有负载额

定电流之和；用于操纵电动机时开关的额定电流应不小于电动机额定电流的３倍。 （３）安装与使用 １） ２） ３）

必须垂直安装，高度不低于1.3～１.5m。 外壳必须可靠接地。

电源进线接在静还将夹座一边的接线端子上。负载引线接在熔断器

一边的接线端子上。 （４）常见故障及处理方法 P10 二、

组合开关

１．型号含义

２．结构

开关的手柄有〝倒〞、〝停〞、〝顺〞三个位置。 电路中符号：

３．选用 用于直截了当操纵异步电动机的启动和正、反转时，开关的额

定电流一样取电动机额定电流的1.5～2.5倍。 ４．安装与使用 （１）外壳应可靠接地。

（２）在箱内操作，最好装在右上方。

（３）不能用来分断故障电流。 ５．故障及处理方法 Ｐ１３ 三、

低压断路器〔自动空气开关或空气断路器〕

１．型号及含义

２．结构及工作原理

断路器要紧由动触头、静触头、灭弧装置、操作机构、热脱扣器、电磁脱扣器及外壳组成。 电路中的符号 ３．选用原那么

（１）额定值不小于线路的正常工作电压和运算负载电流。 （２）热脱扣器的速定电流等于所操纵负载的额定电流。

（３）ＩＺ≥KIst IZ-脱扣整定电流 Ｋ－安全系数 Ｉst－电动机的启动

电流

（４）欠压脱扣器的额定电压应等于线路的额定电压。 （５）断路器的极限通断能力应不小于电路最大短路电流。 ４．安装与使用

（１）垂直安装，电源引线应接到上端，负载引线接到下端。 （２）在电源进线侧必须加装刀开关或熔断器，以形成明显的断点。 ５．故障及处理 Ｐ16 例 １－１

课题二 熔断器

熔断器是低压配电网络和电力拖动系统中要紧用作短路爱护的电器。使用时串联在被爱护的电路中。

１．

熔断器的结构与要紧技术参数

（１）熔断器的结构 要紧由熔体、安装熔体的熔管和熔座组成。 （２）技术参数 １） ２） ２．

额定电压 指能保证熔断器长期正常工作的电压。 额定电流 指保证熔断器能长期工作的电流 常用的低压熔器

〔1〕RC1A系列熔断器〔瓷插式熔断器〕 1〕型号及含义

2〕结构

3〕用途 在交流50HZ、额定电压380V及以下、额定电流200A及以下人低压线路末端或分支电路中，作为电气设备的短路爱护及一定程度的过载爱护。

〔2〕RL1系列螺旋式熔断器 1〕型号及含义

2〕结构 由瓷帽、熔断器、瓷套、上接线座、下接线座和瓷座组成。 3〕用途 广泛应用于操纵箱、配电屏、机床设备及振动较大的场合，在交流额定电压500V、额定电流200A及以下的电路中，作为短路爱护器件。

〔3〕RM10系列无填料封闭管式熔断器 1〕型号及含义

2〕结构特点：一是采纳钢纸管作熔管，二是采纳变截面锌片作熔体，灭弧容易。

3〕用途 适用于交流50HZ、额定电压380V或直流额定电压440V及以下电压等级的动力网络和成套配电设备中，作为导线、电缆及较大容量电气设备的短路和连续过载爱护。 ３．

熔断器的选择

〔1〕类型的选择 依照使用环境和负荷性质选择 〔2〕额定电流的选择

1〕照明、电热负载，熔体的额定电流应等于或稍大于负载的额定电流。 2〕一台电动机

启动不频繁时：IRN≥(1.5-2.5)IN 启动频繁时：IRN≥(3-3.5)IN IRN-熔体的额定电流 IN-电动机的额定电流 3〕多台电动机 IRN≥(1.5-2.5)INmax+∑IN ４． ５． ６．

熔断器的安装与使用

熔断器的常见故障及处理 P25 熔断器的电气符号

例 1-2

课题三 主令电器

主令电器：是用作接通或断开操纵电路，以发出指令或作程序操纵的开关电器。

一、 １．

按钮

型号及含义

２．

结构 由按钮帽、复位弹簧、桥式动触头、静触头、支柱连杆

及外壳组成。 （１）常开按钮 （２）常闭按钮 （３）复合按钮 ３．

选择

（１）依照使用场合、用途选种类 （２）依照工作状态批示和工作情形选颜色 （３）依照操纵回路选数量 ４． ５． 二、

安装与使用 故障及处理

位置开关

是操动机构在机器的运动部件到达一个预定位置时操作的一种批示开关。 １．

行程开关

（１）型号含义 LX19 JLXK1系列

（２）结构原理符号

（３）选用：要紧依照动作要求、安装位置及触头数量选择 （４）安装与使用 P33 （５）故障排除 P34 ２．

接近开关 是一种与运动部件无机械接触而能操作的位置

开关。具有定位精度高、工作可靠寿命长、操作频率高以及能适应恶劣工作环境的优点。 原理方框图

电路中的符号

三、万能转换开关：是由多组相同结构的触头组件叠装而成的多回

路操纵电器。要紧用作操纵线路的转换及电气测量外表的转换，也可用于操纵小容量异步步电动机的启动、换向及变速。 １．

型号及含义

２．

结构、原理、符号：图中

代表一路触头，竖的

虚线表示手柄位置，接通的触头用〝．〞表示，表中〝×〞号表示触空白表 ３．

选

触头号 1 2 3 4 5 6 1 0 2 头闭合，示分断。

用：根依途、接线需触头额定电择。

× × × × 照据用方式、所挡数和流来选４．

× × × × × × × × 安装与使用：

（１）一样水平安装，也可倾斜或垂直安装 （２）能操纵5.5KW以下电动机 （３）必须与其他电器配合 四、主令操纵器 １．型号及含义

２．结构、原理

３．选用：依照使用环境、所需操纵的电路数、触头闭合顺序等进

行选择。 ４．安装与使用：

（１）安装前应操作手柄５次

（２）用于500-1000V的兆欧表测量绝缘电阻一样应大于0.5MΩ。 （３）外壳应可靠接地 （４）不用时手柄应在零位 ５．故障及处理：Ｐ３９

课题四 接触器

是一种自动的电磁开关，适用于远距离频繁地接通或断开交直流主电路及大容量操纵电路。其要紧对象是电动机。 一、

１． 型号含义

交流接触器

２． 结构：由电磁系统、触头系统、灭弧装置及辅助部件组成。 ３． 工作原理接触器线圈通电后，线圈中流过的电流产生磁场，使铁心产生足够大的吸力，克服反作用弹簧的反作用力，将衔铁吸合，通过传动机构带动三对主触头和辅助常开触头闭合，辅助常闭触头断开。 ４． 选用

（１）主触头额定电压：应大于或等于操纵线路的额定电压。 （２）主触头额定电流： 电阻性负荷：等于负载的额定电流

电动机：应大于或稍大于电动机的额定电流。或用体会公式：

PN103 Ic 〔仅适用于CJ0、CJ10系列〕

KUN电动机假设频繁启动、制动及正反转应降低一个等级使用 K-体会系数，一样取1-1.4； PN-被操纵电动机的额定功率〔KW〕 UN-被操纵电动机的额定电压〔V〕 IC-接触器主触头电流〔A〕

（３）线圈电压：操纵线路简单，电器少时，直截了当用380V或220V，操

纵本路复杂，电器超过5个时，用36V或110V电压的线圈。

（４）选触头数量及类型：应满足操纵线路的要求。 ５． 安装与使用

（１）安装前的检查：应测量接触器的线圈电阻和绝缘电阻。 （２）安装：应安装在垂直面上倾斜度不得超过50。 （３）日常爱护 6．故障及处理：P46 二、

１． 型号及含义

直流接触器

２． 结构：由电磁系统、触头系统和灭弧装置三部分组成。

３． 选择：通常交流负载选用交流接触器，直流负载选用直流接触器。 三、

几种常见接触器简介

１． CJ20系列交流接触器：要紧用于交流50HZ，电压660V及以下〔部分产品可用于1140V〕，电流在630A及以下的电力系统中。

２． B系列交流接触器：引进德国BBC公司的生产技术和生产线生产的新型接触器，要紧适用于交流50HZ或60HZ，电压660V及以下，电流475A及以下的电力线路中。

３． 真空接触器：主触头封闭在真空灭弧室内。有CJK系列产品，适用于交流50HZ、额定电压至660V或1140V、额定电流至600A的电力线路中。 ４． 固体接触器：〔半导体接触器〕多数由晶闸管构成。

课题五 继电器

是一种依照输入信号〔电量或非电量〕的变化，接通或断开小电流电路，实现自动操纵和爱护电力拖动装置的电器。 一、

热继电器：是利用流过继电器的电流所产生的热效应而反时限动作

的继电器。要紧用于电动机的过载爱护、断恩爱护、电流不平稳运行的爱护及其他电气设备发热状态的操纵。 １． 型号及含义

２． 结构及原理：由热元件、动作机构、触头系统、电流整定装置、复位机构和温度补偿元件组成。 ３． 选用

（１）依照电动机的额定电流选择规格

（２）整定值为电动机额定电流的0.95-1.05倍。

（３）选结构形式：定子绕组作Y形连接的电动机选用普三相结构的热继电

器，而作△形连接的电动机应选用三相结构带断恩爱护装置的热继电器。

例子1-3 P62 ４． 安装与使用：

（１）安装在其他电器的下方

（２）出线端按表1-42的规格选用。过细，可能提早动作；反之可能滞后动

作。

５． 故障及处理：P63表1-43 二、

时刻继电器：自得到动作信号起至触头动作或输出电路产生跳跃式改变有一定延时时刻，该延时时刻又符合其准确度要求的继电器称为时刻继电器。

１． JS7-A系列空气阻尼式时刻继电器 （１）型号及含义

（２）结构：由电磁系统、触头系统、空气室、传动机构和机座。 （３）原理及符号

（４）选用

１） 依照系统的延时范畴和精度选择时刻继电器的类型和系列 ２） 依照操纵线路的要求选择时刻继电器的延时方式 ３） 依照操纵线路电压选择时刻继电器吸引线圈的电压 （５）安装与使用

１） 安装时，开释时衔铁的运动方向垂直向下，倾斜度不得超过50 ２） 时刻整定值在不通电时整定好，试车时校正 ３） 外壳应可靠接地 （６）故障及处理 P66

２． 晶体管时刻继电器〔半导体或电子式时刻继电器〕 （１）型号及含义

（２）结构：P67 （３）原理 三、

中间继电器：用来增加操纵电路中的信号数量或将信号放大的继电器。

１． 型号及含义

２． 结构及原理：触头数目多，且没有主辅之分，电流多数为5A。

３． 选用：依据被操纵电路的电压等级、所需触头的数量、种类、容量等要求来选择。 四、

电流继电器：反映输入量为电流的继电器叫做电流继电器。串联在电路中，分为过电流和欠电流继电器。用于频繁启动和重载启动的场合，作为电动机和主电路的过载重短路爱护。

１．

过电流继电器：当继电器中的电流超过预定值时，引起开关电器有延

时或无延时动作的继电器。 （１）型号及含义

（２）结构及原理：交、直流的区别：交流继电器的铁心上开有槽，以减少

涡流损耗。

（３）选用

１） 额定电流一样可按电动机长期工作的额定电流来选择。 ２） 种类、数量、额定电流及复位方式应满足操纵线路的要求。 ３） 整定值一样为电动机额定电流的1.7-2倍，频繁启动场合可取2.25-2.5倍。 （４）安装与使用 ２．

欠电流继电器：当通过继电器的电流减小到低于其整定值时动作的继

电器称为欠电流继电器。正常时吸合。常用于直流电动机励磁电路和电磁吸盘的弱磁爱护。

五、

电压继电器：反映输入量为电压的继电器叫电压继电器。并联在电路中。分为：过、；欠、零电压继电器。

六、 七、 八、 九、

速度继电器 压力继电器 固态继电器 功率继电器

第二单元 电动机的差不多操纵线路及其安装、调式与修理 课题一 电动机差不多操纵线路图的绘制及线路安装步骤

几种操纵线路：点动、正转、正反转、位置、顺序、多地降压、调速和制动操纵线路等。

一、绘制、识读电气操纵线路图的原那么

1、电路图：是依照生产机械运动形式对电气操纵系统的要求，采纳国家统一规定的电气图形符号和文字符号，按照电气设备和电器的工作顺序，详细表示电路、设备或成套装置的全部差不多组成和连接关系，而不考虑事实上际位置的一种简图。 原那么：

（１）电路图一样分电源电路、主电路和辅助电路三部分绘制。 １） 电源电路画成水平线，相序L1、L2、L3、中线、PE线自上而下，直流+在上 –在下

２） 主电路是指受电的动力装置及操纵、爱护电路的支路等。电流较大。 ３） 辅助电路一样包括操纵主电路工作状态的操纵电路；显示主电路工作状态的批示电路；提供机床设备局部照明的照明电路等。电流较小，一样不超过5A。

（２）各电器状态按常态绘制。分析时也按常态位置动身。 （３）采纳国家统一规定的电气图形符号画出。

（４）同一电器的各元件不按它们的实际位置画在一起，但必须标注相

同的文字符号。

（５）尽可能减少线条和幸免线条交叉。 （６）采纳电路编号法。

１） 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、从左至右的顺序，每通过一个电器元件后，编号要递增。 ２） 辅助电路编号按〝等电位〞原那么从上至下、从左至右的顺序用数字依次编号，每通过一个电器元件后，编号要依次递增。操纵电路起始编号必须是1，其他辅助电路编号的起始数字依次递增100。

2、接线图：是依照电气设备和电器元件的实际位置和安装情形绘制的，只用来表示电气设备和电器元件的位置、配线方式和接线方式，而不明显表示电气动作原理。要紧用于安装接线、线路的检查修理和故障处理。 原那么：

（１）要显示出相关内容：各电器的相对位置、文字符号、端子号、导

线号、导线类型、导线截面、屏蔽和导线绞合。

（２）各电器按实际位置画出。

（３）导线有单根导线、导线组、电缆之分，可用连续线和中断线来表

示。

3、布置图：依照电器元件有操纵板上的实际安装位置，采纳简化的外形符号〔如正方形、矩形、圆形等〕而绘制的一种简图。 二、电动机差不多操纵线路的安装步骤：P98

课题二 三相异步电动机的正转操纵线路

一、手动正转操纵线路 1．线路图：

低压开关起接通、断开电源用；熔断器作短路爱护用。 2．工作原理：

启动：合上低压开关QS或QF，电动机M接通电源启动运转。 停止：拉开低压开关QS或QF，电动机M脱离电源失电停转。 二、点动正转操纵线路

点动：是指按下按钮，电动机就得电运转；松开按钮，电动机就失电停转。

工作原理：先合上电源开关QS

启动：按下SB KM线圈得电 KM主触头闭合 电动机M启动运转 停止：松开SB KM线圈失电 KM主触头分断 电动机M失电停转 三、接触器自锁正转操纵线路 原理图

1．欠压爱护：〝欠压〞是指线路电压低于电动机应加的额定电压。〝欠压爱护〞是指当线路电压下降到某一数值时，电动机能自动脱离电源停转，幸免电动机在欠压下运行的一种爱护。

2．失压爱护：是指电动机在正常运行中，由于外界某种缘故引起突然断电时，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启动的一种爱护。

四、具有过载爱护的接触器自锁正转操纵线路 原理图：

五、连续与点动混合正转操纵线路

连续与点动混合正转操纵电路图

课题三 三相异步电动机的正反转操纵线路

一、

倒顺开关正反转操纵线路〔P120〕

二、 接触器联锁的正反转操纵线路 线路图：

联锁：当一个接触器得电动作时，通过其常闭辅助触头使另一个接触器不能得电动作，接触器间这种相互制约的作用叫接触器联锁。实现联锁作用的常闭辅助触头称为联锁触头。

特点：该线路只能按：正、停、反的顺序进行操纵。 三、 按钮联锁的正反转操纵线路

特点：该线路能够由正转直截了当到反转的操纵，而不必通过先按停止按钮SB3。容易产生电源两相短路故障。

四、 按钮、接触器双重联锁的正反转操纵线路

优点：操作方便，工作安全可靠。

课题五 位置操纵与自动循环操纵线路

一、 位置操纵线路〔又称行程操纵或限位操纵线路〕 位置开关是一种将机械信号转换为电气信号，以操纵运动部件位置或行程的自动操纵电器。而位置操纵确实是利用生产机械运动部件上的挡铁与位置开关碰撞，使其触头动作，来接通或断开电路，以实现对生产机械运动部件的位置或行程的自动操纵。 线路图：

二、 自动循环操纵线路

课题五 顺序操纵与多地操纵线路

一、 顺序操纵线路

几台电动机的启动或停止必须按一定的先后顺序来完成的操纵方式，叫做电动机的顺序操纵。 １． 主电路实现顺序操纵 电路图：

下面。 X：接插器

２． 操纵电路实现顺序操纵

线路特点：电动机M2的主电路接在KM〔或KM1〕主触头的

特点：在电动机M2的操纵线路中串接了接触器KM1的常开辅助触头。只要M1不启动，即使按下SB2，由于KM1的常开辅助触头未闭合，KM2线圈也不得电，从而保证了M1启动后，M2才能启动的操纵要求。 二、 多地操纵线路

能在两地或多地操纵同一台电动机的操纵方式叫电动机的多地操纵。

两地操纵的具有过载爱护接触器自锁正转操纵电路图

线路特点：两地的启动按钮SB11、SB21要并联接在一起；停止按钮SB12、SB22要串联接在一起。

课题七 多速异步电动机的操纵线路

由三相异步电动机的转速公式n(1s)60f1可知， p改变异步电动机转速可通过三种方法来实现：

一是改变电源频率f1；二是改变转差率s；三是改变磁极对数p。 改变异步电动机的磁极对数调速称变极调速。

变极调速是通过改变定子绕组的连接方式来实现的，它是有级调速，且只适用用于笼型异步电动机。

磁极对数可改变的电动机称为多速电动机。 常见的多速电动机有双速、三速、四速等几种类型。 一、 双速异步电动机的操纵线路 1、 双速异步电动机定子绕组的连接

双速异步电动机定子绕组的/YY连接图如图2-65所示。

图中，三相定子绕组接成形，由三个接点接出三个线端U1、V1、W1，从每相绕组的中点各接出一个出线端U2、V2、W2，如此定子绕组共有6个出线端。通过改变这6个出线端与电源的连接方式，就能够得到两种不同的转速。 电动机低速工作时，就把三相电源分别接在出线端U1、V1、W1上，另外三个出线端U2、V2、W2空着不接，图2-65a所示，现在电动机定子绕组接成形，磁极为4极，同步转速为1500r/min。

电动机高速工作时，要把三个出线端U1、V1、W1并接在一起，三相电源分别接到另外三个出线端U2、V2、W2上，图2-65b所示，这时电动机定子绕组接成YY形，磁极为2极，同步转速3000r/min。

注意：双速电动机定子绕组从一种接法改变为另一种接法时，必须把电源相序反接，以保证电动机的旋转方向不变。 2、 双速电动机的操纵线路

（1） 接触器操纵双速电动机的操纵线路，图2-66所示。

△形低速启动运转： 按下SB1得电联锁

SB1常闭触头先分断，常开触头后闭合

KM1线圈

KM1自锁触头闭合自锁，主触头闭合，分断对KM2、KM3电动机M接成△形低速启动运转。

（2） 时刻继电器操纵双速电动机的操纵线路 用时刻继电器操纵双速电动机

低速起动高速运转的电路图2-67所示。

时刻继电器KT操纵电动机形启动时刻和YY的自动转换运转。 YY形高速运转： 按下SB2KT整定时刻〕

KT线圈得电

KT-1常开触头瞬时闭合自锁〔经

KM1线圈失电KM2、KM3线

KT-2先分断，KT-3后闭合

KM1常开触头均分断，常闭触头复原闭合圈得电

KM2、KM3主触头闭合，联锁触头分断对KM1联锁

电动机M接成YY形高速运转。

停止时，按下SB3即可。假设电动机只需按下SB2，那么电动机△形低速启动后，YY形高速运转。 二、 三速异步电动机的操纵线路 1、

三速异步电动机凳子绕组的连接

有两套定子绕组，分两层安放在定子槽内。

第一套绕组〔双速〕有七个出线端U1、V1、W1、U3、U2、V2、W2，可△或YY连接；

第二套绕组〔单速〕有三个出线端U4、V4、W4，只作Y形连接，如图2-68a所示。

当分别改变两套定子绕组的连接方式〔即改变磁极对数〕时，电动机就能够得到三种不同的转速。

三速异步电动机定子绕组的接线方法如图2-68b、c、d所示并见表2-43 W1和U3出线端分开的目的是当电动机定子绕组接成Y形中速运转时，幸免在△形接法的定子绕组中产生感应电流。

2、 三速电动机的操纵线路

（1） 接触器操纵三速电动机的操纵线路 （2） 时刻继电器操纵三速电动机的操纵线路

电路图如图2-70所示

其中，SB1、KM1操纵电动机△接法下低速启动运转；

SB2、KT1、KM2操纵电动机从△接法下低速启动到Y接法下中速运转的自动变换；

SB3、KT1、KT2、KM3操纵电动机从△接法下低速启动到Y接法下

中速过渡到YY接法下高速运转的自动变换。 转速 低速 中速 高速 线路的工作原理如下：先合上电源开关QS。 △ 形低速运转：

按下SB1

KM1线圈得电

KM1的触头动作

电动机M

L1 U1 U4 U2 电源接线 L2 V1 V4 V2 L3 W1 W4 W2 并头 U3、W1 / U1、V1、W1、U3 连接方式 △ Y YY 接成△形低速运转。 △ 形低速启动Y形中速运转：

按下SB2电

SB2常闭触头先分断、常开触头后闭合KT1-2、KT1-3未动作，KT1-1瞬时闭合KM1触头动作整定时刻) 位

KT1-3后闭合

KM2线圈得电

KM2触头动作

KT1线圈得KM1线圈得电

(经KT1KM1触头复

电动机M接成△形低速启动

KM1线圈失电

KT1-2先分断

电动机M接成Y形中速运转。

△ 形低速启动Y形中速运转过渡YY形高速运转：

按下SB3得电电

SB3常闭触头先分断、常开触头后闭合KT2-2、KT2-3未动作，KT2-1瞬时闭合KT1-2、KT1-3未动作，KT1-1瞬时闭合

KT2线圈 KT1线圈得KM1线圈得电

(经KT1KM1触头复

KM1触头动作整定时刻) 位

KT1-3后闭合动机M接成Y形中速过渡

KT2-2先分断KT2-3后闭合

电动机M接成△形低速启动

KM1线圈失电

KT1-2先分断

KM2线圈得电KM2触头动作电

(经KT2整定时刻) KM2线圈失电KM3、4线圈得电

KM2触头复位 KM3、4触头动作

对KM1联锁，KT1线圈失电 电动机M接成YY形高速运转。

KT1触头复位

课题八 绕线转子异步电动机的操纵线路

绕线转子三相异步电动机能够通过滑环在转子绕组中串接电阻来改善电动

机的机械特性，从而达到减小启动电流、增大启动转矩以及调剂转速的目的。 常用的操纵线路有：a、转子绕组串接电阻启动操纵线路b、转子绕组串接频敏变阻器启动操纵线路c、凸轮操纵器操纵线路 一、 转子绕组串接电阻启动操纵线路 1、 转子串接三相电阻启动原理

a、 启动时，在转子回路串入作Y形连接、分级切换的三相启动电阻器，以减小启动电流、增加启动转矩。

b、随着电动机转速的升高，逐级减小可变电阻。

c、 启动完毕后，切除可变电阻器，转子绕组被直截了当短接，使电动机在额定状态下运行。

三相对称电阻器：电动机转子绕组中串接的外加电阻在每段切除前和切除后，三相电阻始终是对称的。

三相不对称电阻器：假设启动时串入的全部三相电阻是不对称的，且每段切除后三相不对称。 2、 按钮操作操纵线路

图2-73所示，线路的工作原理较简单，请自行分析。该线路的缺点是操作不便，工作的安全性和可靠性较差，因此在生产实际中常采纳时刻继电器自动操纵的线路。 3、 时刻继电器自动操纵线路

时刻继电器自动操纵短接启动电阻的操纵线路如图2-73所示。

该线路利用三个时刻继电器KT1、KT2、KT3和三个接触器KM1、KM2、KM3的相互配合来依次自动切除转子绕组中的三级电阻。 线路的工作原理如下：合上电源开关QS。 按下SB1

KM线圈得电

KM触头动作经KT1整定时刻

电动机M串接全KT1常开触头闭

部电阻启动，KT1线圈得电合

KM1线圈得电

KM1触头动作，切除第一组电阻R1，电动机

KT2线圈得电

经KT2整定时刻

串接R2、R3两组电阻连续启动

KT2常开触头闭合KM2线圈得电KM2触头，切除第二KM3线圈得电KM3线圈得电

KM3KT1、

组电阻R2，电动机串接第三组电阻R3连续启动经KT3整定时刻

KT3常开触头闭合

触头动作，切除第三组电阻R3，电动机M启动终止，正常运转KM1、KT2、KM2、KT3依次断电开释，触头复位。

为保证电动机只有在转子绕组串入全部外加电阻的条件下才能启动，将接触器KM1、KM2、KM3的辅助常闭触头与启动按钮SB1串接，如此，假如接触器KM1、KM2、KM3中的任何一个因触头熔焊或机械故障而不能正常开释时，即使按下启动SB1，操纵电路也可不能得电，电动机就可不能接通电源启动运转。

停止时，按下SB2即可。 4、 电流继电器自动操纵线路

绕组转子异步电动机刚启动时转子电流较子，随着电动机转速的增大，转子电流逐步减小，依照这一特性，能够利用电流继电器自动操纵接触器来逐级切除转子回路的电阻。

电流继电器自动操纵线路如图2-75所示。三个过电流继电器KA1、KA2和KA3的线圈串接在转子回路中，它们的吸合电流都一样，但开释电流不同，KA1最大，KA2次之，KA3最小，从而能依照转子电流的变化，操纵接触器KM1、KM2、KM3依次动作，逐级切除启动电阻。 线路的工作原理如下： 按下SB1部电阻启动；

KA常开触头闭合，为KM1、KM2、KM3得电作预备

由于电动机M起动时转子电流较大，三个过电流继电器KA1、KA2和KA3均吸合，它们接在操纵电路中的闭合触头均断开，使接触器KM1、KM2、KM3的线圈都不得电，接在转子电路中的常开触头都处于断开状态，启动电阻被全部串接在转子绕组中。随着电动机转速的升高，转子电流逐级减小，

KM线圈得电

KM触头动作

电动机M串接全

当减小至KA1的开释电流时，KA1第一开释，其常闭触头复原闭合，接触器KM1得电，主触头闭合，切除第一组电阻R1。当R1被切除后，转子电流重新增大，但随着电动机转速的连续升高，转子电流又会减小，待减小至KA2的开释电流时，KA2开释，接触器KM2动作，切除第二组电阻R2，如此连续下去，直至全部电阻被切除，电动机启动完毕，进入正常运转状态。 中间继电器KA的作用是保证电动机在转子电路中接入全部电阻的情形下开始启动。因为电动机开始启动时，转子电流从零增大到最大值需要一定的时刻，如此有可能电流继电器KA1、KA2和KA3还未动作，接触器KM1、KM2、KM3就差不多吸合而把电阻R1、R2、R3短接，造成电动机直截了当启动。接入KA后，启动时由KA的常开触头断开KM1、KM2、KM3线圈的通电回路，保证了启动时转子回路串入全部电阻。 二、 转子绕组串接频敏变阻器启动操纵线路

绕线转子异步电动机采纳转子绕组串电阻的方法启动，要想获得良好的启动特性，一样需要将启动电阻分为多级，如此所用的电器较多，操纵线路复杂，设备投资大，修理不便，同时在逐级切除电阻的过程中，会产生一定的机械冲击。因此，在工矿企业中关于不频繁启动的设备，广泛采纳频敏变阻器代替启动电阻来操纵绕线转子异步电动机的启动。 1、 频敏变阻器

频敏变阻器是一种阻抗值频率明显变化、静止的无触点电磁元件。它实质上是一个铁心损耗专门大的三相电抗器。在电动机启动时，将频敏变阻器串接在转子绕组中，由于频敏变阻器的等效阻抗随转子电流频率的减小而减小，从而达到自动变阻的目的。因此，只需用一级频敏变阻器就能够平稳地把电动机启动起来。启动完毕短接切除频敏变阻器。

用频敏变阻器启动绕线转子异步电动机的优点是：启动性能好，无电流和机械冲击，结构简单，价格低廉，使用爱护方便。但由于功率因数较低，启动转矩较小，一样不宜用于重载启动的场合。

常用的频敏变阻器有BP1、BP2、BP3、BP4和BP6等系列。

图2-76b为频敏变阻器在电路图中的符号。

频敏变阻器要紧由铁心和绕组两部分组成。它的上、下铁心用四根拉紧螺栓固定，拧开螺栓上的螺母，能够在上下铁心之间增减非磁性垫片，以调整空气隙长度。出厂时上下铁心间的空气隙为零。

频敏变阻器的绕组备有四个抽头，一个抽头在绕组背面，标号为N；另外三个抽头在绕组的正面，标号分别为1、2、3。抽头1-N之间为100%匝数，2-N之间为85%匝数，3-N之间为71%匝数。出厂时三组线圈均接在85%匝数抽头处，并接成Y形。

频敏变阻器的系列应依照电动机所拖动生产机械的启动负载特性和操作频繁程度来选择，再按电动机功率选择其规格。

在安装和使用时，频敏变阻器应牢固地固定在基座上，当基座为铁磁物质时应在中间垫放10mm以上的非磁性垫片，以防阻碍频敏变阻器的特性。连接线应按电动机转子额定电流选用相应截面的电缆线。同时频敏变阻器还应可靠接地。

在使用前，应先测量频敏变阻器对地绝缘电阻，其值应不小于1M，否那么须先进行烘干处理后方可使用。使用时，假设发觉启动转矩或启动电流过大或过小，应按下述方法调整频敏变阻器的匝数和气隙。

（1） 启动电流和启动转矩过大，启动过快时，应换接抽头，使匝数增加，

以减小启动电流和启动转矩。

（2） 启动电流和启动转矩过小，启动过慢时，应换接抽头，使匝数减少，

以增大启动电流和启动转矩。

（3） 假如刚启动时，启动转矩偏大，有机械冲击现象，而启动完毕后，

稳固转速又偏低，这时可在上下铁心间增加气隙。可拧开变阻器两面上的四个拉紧螺栓的螺母，在上、下铁心之间增加非磁性垫片。增加气隙可使启动电流略微增加，启动转矩稍有减小，而启动完毕时的转矩稍有增大，从而使稳固转速得以提高。

2、 转子绕组串接频敏变阻器启动操纵线路

转子绕组串接频敏变阻器启动操纵线路如图2-77所示，线路的工作原理如下：先合上电源开关QS。 按下SB1RF启动

KT线圈得电〔经KT整定时刻〕线圈得电止，正常运行

KT线圈失电

三、 凸轮操纵器操纵线路

中、小容量绕线转子异步电动机的启动、调速及正反转操纵，常常采纳凸轮操纵器来实现，以简化操作，如桥式起重机上大部分采纳这种操纵线路。 绕线转子异步电动机凸轮操纵器操纵线路2-78a所示。

图中组合开关QS作为电源引入开关；熔断器FU1、FU2分别作为主电路和操纵电路的短路爱护；行程开关SQ1、SQ2分别作电动机正反转时工作机构的限位爱护；过电流继电器KA1、KA2作电动机的过载爱护；R是电阻器；凸轮操纵器AC有12对触头，其分合状态如图2-78b所示。

其中最上面4对配有灭弧罩的常开触头AC1~AC4接在主电路中用于操纵电动机正反转；中间5对常开触头AC5~AC9与转子电阻R相接，用来逐级切换电阻以操纵电动机的启动和调速；最下面的3对常闭触头AC10~AC12用作零位爱护。 线路的工作原理如下：将凸轮操纵器AC的手轮置于〝0”位后，合上电源开关QS，这时AC最下面的3对触头AC10~AC12闭合，为操纵电路的接通作预备。按下SB1,接触器KM得电自锁，为电动机的启动作预备。

正转操纵：将凸轮操纵器AC的手轮从〝0”位转到正转〝1”位置，这时触头AC10仍闭合，保持操纵电路接通；触头AC1、AC3闭合，电动机M接通三相电源正转启动，现在由于AC的触头AC5~AC9均断开，转子绕组串接全部电阻R启动，因此启动电流较小，启动转矩也较小。假如电动机现在负载较重，那么不能启动，但可起到排除传动齿轮间隙和拉紧钢丝绳的作用。

KT触头瞬时复位 停止时，按下SB2即可。

KM2触头动作

KT常开触头闭合

KM2

KM1线圈得电

KM1触头动作

电动机M串接

短接切除频敏变阻器RF，M启动终

当AC手轮从正转〝1”位转到〝2”位时，触头AC10、AC1、AC3仍闭合，AC5闭合，把电阻器R上的一级电阻短接切除，电动机转矩增加，正转加速。同理，当AC手轮依次转到正转〝3”和〝4”位置时，触头AC10、AC1、AC3、AC5仍闭合，AC6、AC7先后闭合，把电阻器R上的两级电阻相继短接，电动机M连续加速正转。当手轮转到〝5”位置时，AC5~AC9五对触头全部闭合，转子回路电阻被全部切除，电动机启动完毕进入正常运转。 停止时，将AC手轮扳回零位即可。

反转操纵：当将AC手轮扳倒反转〝1”~〝5”位置时，触头AC2、AC4闭合，接入电动机的三相电源相序改变，电动机将反转。反转的操纵过程与正转相似，请自行分析。

凸轮操纵器最下面的三对触头AC10~AC12只有当手轮置于零位时才全部闭合，而手轮在其余各档位置时都只有一对触头闭合〔AC10或AC11〕，而其余两对断开。从而保证了只有手轮置于〝0”位时，按下启动按钮SB1才能使接触器KM线圈得电动作，然后通过凸轮操纵器AC使电动机逐级启动，幸免了电动机在转子回路不串启动电阻的情形下直截了当启动，同时也防止了由于误按SB1使电动机突然快速运转而产生的意外事故。

课题十 并励直流电动机的差不多操纵线路

交流电动机与直流电动机使用的电源不同，交流电动机采纳交流电源，而

直流电动机使用直流电源。与交流电动机相比，直流电动机具有启动转矩大、调速范畴大、调速精度高、能够实现无级平滑调速以及能够频繁启动等一系列优点，故对需要在大范畴内实现无级平滑调速，或需要大启动转矩的生产机械，常用直流电动机来拖动。如高精度金属切削机床、轧钢机、造纸机、龙门刨床、电力机车等生产机械，如图2-82所示。

直流电动机按照主磁极绕组与电枢绕组接线方式不同，能够分他励式和自励式两种，自励式又能够分为并励、串励和复励等几种。 图2-83所示并励式直流电动机。

并励电动机励磁绕组与电枢绕组并联，并可通过调剂电阻RP的大小来调剂励磁电流。它的特点是励磁绕组匝数多，导线截面较小，励磁电流只占电枢电流的一小部分。 一、 启动操纵线路

直流电动机常用的启动方法有两种：一是电枢回路串联电阻启动；二是降低电源电压启动。对并励直流电动机常采纳的是电枢回路串联电阻启动。 1、手动启动操纵线路

BQ3直流电动机启动变阻器用于小容量而电压不超过220V的直流电动启动。它要紧由电阻元件、调剂转换装置和外壳三大部分组成。其外形如图2-84所示。

并励直流电动机手动启动操纵电路如图2-85所示。

线路四个接线端E1、L、A1和L分别与电源、电枢绕组和励磁绕组相连。手轮8附有衔铁9和复原弹簧10，弧形铜条7的一端直截了当与励磁电路接通，同时通过全部启动电阻与电枢绕组接通。

在启动之前，启动变阻器的手轮置于0位，然后合上电源开关QF，慢慢转动手轮8，使手轮从0位转到静触头1，接通励磁绕组电路，同时将变阻器RS的全部启动电阻接入电枢电路，电动机开始启动旋转。随着转速的升高，手轮依次转到静触头2、3、4等位置，使启动电阻逐级切除，当手轮转到最后一个静触头5时，电磁铁6吸住手轮衔铁9，现在启动电阻器全部切除，直流电动

机启动完毕，进入正常运转。

当电动机停止工作切断电源时，电磁铁6由于线圈断电吸力消逝，在复原弹簧10的作用下，手轮自动返回0位，以备下次启动。电磁铁6还具有失压和欠压爱护作用。

由于并励电动机的励磁绕组具有专门大的电感，因此当手轮回复到0位时，励磁绕组会因突然断电而产生专门大的自感电动势，可能会击穿绕组的绝缘材料，在手轮和铜条间还会产生火花，将动触头烧坏。因此，为了防止发生这些现象，应将弧形铜条7与静触头1相连，在手轮回到0位时，使励磁绕组、电枢绕组和启动电阻组成一闭合回路，作为励磁绕组断电时的放电回路。 启动时，为了获得较大的启动转矩，应短接励磁电路的外接电阻RP，使励磁电流最大。

2、电枢回路串电阻二级启动操纵线路

图2-86所示是并励直流电动机电枢回路串电阻二级启动操纵线路的电路图。其中KA1为欠电流继电器，作为励磁绕组的失磁爱护，以免励磁绕组因断线或接触不良引起〝飞车〞事故；KA2为过电流继电器，对电动机进行过载和短路爱护；电阻R为电动机停转时励磁绕组的放电电阻；V为续流二极管，使励磁绕组正常工作时电阻R上没有电流流入。 线路的工作原理如下： 合上断路器QF

励磁绕组A得电励磁，欠电流继电器KA1线圈得电，时

KA1常开触头闭合为启动做预备，KT1、KT2接触器KM2、KM3线圈处于断电状态，以

刻继电器KT1、KT2线圈得电延时闭合的常闭触头瞬时断开

保证电阻R1、R2全部串入电枢回路启动 按下SB1

KM1线圈得电

KM1触头动作

电动机M串R1和R2

启动，KT1、KT2线圈失电

KM2线圈得电电阻R2

经KT1整定时刻，KT1常闭触头复原闭合

KM2主触头闭合短接R1

KM3主触头闭合短接

电动机M启动终止进入正常运转。

停止时，按下SB2即可。

二、 正反转操纵线路

直流电动机实现反转有电枢绕组反接法和励磁绕组反接法两种方法。由于励磁绕组匝数多，电感大，在进行反接时因电流突变，会产生专门大的自感电动势，危及电动机及电器的绝缘安全。同时励磁绕组在断开时，由于失磁造成专门大电枢电流，易引起〝飞车〞事故，因此一样采纳电枢绕组反接法。在将电枢绕组反接的同时必须连同换向极绕组一起反接，以达到改善换向的目的。 图2-87所示为并励直流电动机电枢反接法正反转操纵线路的电路图。 线路工作原理如下： 先合上断路器QF继电器KT线圈得电

励磁绕组A得电励磁，欠电流继电器KA得电，时刻KA常开触头闭合，KT延时闭合的常闭触头瞬时分断

保证电动机M串接电阻R启动。

KM1〔或KM2〕线

接触器KM3处于失电状态

然后按下正转启动按钮SB1〔或反转启动按钮SB2〕圈得电

KM1(或KM2)触头动作

电动机M串接电阻R正转〔或反转〕

KT常闭触头复原闭合

电动机M

启动启动，KT线圈失电

KM3线圈得电进入正常运转。

停止时，按下SB3即可。 三、 制动操纵线路

通过KT整定时刻KM3主触头闭合

电阻R被短接

与交流电动机一样，直流电动机在工作中也需要制动，其制动方法与交流电动机相似，分为机械制动和电力制动两大类。机械制动常用的方法是电磁抱闸制动，电力制动常用的方法有能耗制动、反接制动和再生发电制动三种。由于电力制动具有制动力矩大，操作方便、无噪声等优点，因此在直流电力拖动中应用广泛。下面要紧介绍三种电力制动的操纵线路。

1. 能耗制动操纵线路

能耗制动是指保持直流电动机的励磁电流不变，将电枢绕组的电源切除后，赶忙使其与制动电阻连接成闭合回路，电枢凭惯性处于发电运行状态，将动能转化为电能并消耗在电枢回路中，同时获得制动力矩，迫使电动机迅速停转。

串电阻单向启动运转：

合上电源开关QF，按下启动按钮SB1，电动机M接通电源进行串电阻二级启动运转。其详细操纵过程请参照前面讲述的并励直流电动机电枢回路串电阻二级启动自行分析。 能耗制动停转： 按下SB2

KM1线圈失电

KM1触头动作

KM3、KM4失电，触

头复位，电枢回路断电，KT1、KT2线圈得电KT1、KT2延时闭合的常闭

触头瞬时分断，由于惯性运转的电枢切割磁感线而在电枢绕组中产生感应电动势头闭合

使并接在电枢两端的欠电压继电器KV的线圈的得电

KM2线圈得电

KM2常开触头闭合

KV常开触

制动电阻RB接入电

枢回路进行能耗制动动势也随之减小到专门小

当电动机转速减小到一定值时，电枢绕组的感应电

使欠电压继电器KV开释

KV触头复位

KM2断电开释，断开制动回路，能耗制动完毕。

图2-88中的电阻R为电动机能耗制动停转时励磁绕组的放电电阻，V为续流二极管。

2、反接制动操纵线路

直流电动机的反接制动，通常是通过改变电枢两端电压或改变励磁电流的方一直改变电磁转矩的方向，形成制动力矩，从而迫使电动机迅速停转。 直流电动机反接制动的原理与反转差不多相同，所不同的是反接制动过程至转速为零时即终止。

图2-89所示为并励直流电动机双向启动反接制动操纵线路。 线路工作原理如下： 正向启动运转： 合上断路器QF

励磁绕组A得电励磁，欠电流继电器KA线圈得电，时

KA常开触头闭合，为启动做预备，KT1、KT2接触器KM6、KM7线圈处于断电状态，以

刻继电器KT1、KT2线圈得电延时闭合的常闭触头瞬时断开

保证电阻R1、R2全部串入电枢回路启动

按下SB1SB1常闭触头先分断对KM2联锁，SB1常开触头后闭合

KM1主触头闭合，KM1自锁触头闭合自锁

KM1的3对辅助常闭触头分断

① ②

KM1线圈得电

①②

电动机M 串R1和R2启动

KM1辅助常开触头闭合，为KM4得电做预备

对KM1、KM2联锁，KT1、KT2线圈失电KT1和KT2的常闭触头先后闭合KM6、KM7主触头先后闭合

经KT1、KT2整定时刻KM6、KM7线圈先后得电

电动机M

逐级切除电阻R1和R2

启动终止进入正常运转

反接制动预备：电动机刚启动时，电枢中反电动势EaD，电压继电器KV不动作，接触器KM3、KM4、KM5均处于断电状态；随着电动机转速升高建立Ea后，KV得电动作，其常开触头闭合，接触器KM4得电动作，为电动机的反接制动做好预备。 反接制动停转：

按下SB3

SB3常闭触头先分断KM1线圈失电KM1触头复位，

现在电机仍惯性运动，Ea仍较高，KV仍保持得电，故KM3得电动作 作

SB3常开触头后闭合

KM2线圈得电

KM2的触头动待转速接近零时，

电动机的电枢绕组串入电阻反接制动

KV断电开释

Ea0KM3、KM4和KM2也断电开释，反接制动完毕

关于反向启动及反向反接制动的工作原理请自行分析，在此不再赘述。 3.再生发电制动

再生发电制动只适用于电动机的转速大于空载转速n0的场合。这时电枢产生的反电动势Ea大于电源电压U ，电枢电流改变方向，电动机处于发电制动状态，将拖动系统中的机械能转化为电能反馈回电网，并产生制动动力矩以限制电动机的转速。串励直流电动机采纳再生发电制动时，必须先将串励改为他励，以保证电动机的磁通不随Ia的变化而变化。

四、 调速操纵线路 由直流电动机的转速公式nUIaRa可知，直流电动机的调速可通过电枢Ce回路串电阻、改变主磁通和改变电枢电压三种方法来实现。 1、电枢回路串电阻调速

图2-90所示为并励直流电动机电枢回路串接电阻调速原理图。这种调速方法是通过在直流电动机的电枢回路中串接调速变阻器来实现的。

电枢回路串电阻调速只能使电动机的转速在额定转速以下范畴内调剂，故其调速范畴较窄，一样为1.5：1.另外这种调速稳固性也较差，能量损耗较大。但由于这种调速方法所用的设备简单，操作较方便，因此在短期工作、容量较小且机械特性硬度要求不太高的场合使用广泛。如蓄电池搬运车、无轨电车、吊车等生产机械上仍广泛采纳此种方法调速。 2、改变主磁通调速

图2-91所示为并励直流电动机改变主磁通调速的原理图。这种调速方法通过调剂附加电阻器RP，来改变励磁电流If的大小，从而改变主磁通的大小，实现电动机的调速。

值得一提的是，由于直流电动机在额定运行时，磁路已稍有饱和，此调速方法只能通过减弱励磁实现调速，因此也叫弱磁调速，即只能在额定转速以上范畴内调速。为幸免电动机振动过大，换向条件恶化，甚至显现〝飞车〞事故，转速不能调剂得过高，用这种方法调速时，其最高转速一样在30000r/min以下。

3、改变电枢电压调速

由于电网电压一样是不变的，因此这种调速方法必须配置专用的直流调压设备，适用于他励直流电动机的调速操纵。 〔1〕G-M调速系统

G-M调速系统是直流发电机-直流电动机调速系统的简称，其电路图如图2-92所示，其各元件的作用和操纵原理见表2-57.

G-M调速系统

元件作用： M1——他励直流电动机，用来拖动生产机械

G1——他励直流发电机，为他励直流电动机M1提供电枢电压

G2——并励直流发电机，为他励直流电动机M1和他励直流发电机G1提供励磁电压，同时为操纵电路提供直流电源 M2——三相笼型异步电动机，用来拖动同轴连接的他励直流发电机G1和并励直流发电机G2

A1、A2和A——分别G1、G2和M1的励磁绕组

R1、R2和R——调剂变阻器，分别用来调剂G1、G2和M1的励

磁电流

KA——过电流继电器，用于电动机M1的过载和短路爱护 SB1、KM1——组成正转操纵电路 SB2、KM2——组成反转操纵电路 操纵原理：

励磁——启动异步电动机M2转

拖动直流发电机G2和G2同速旋

输出直流电压U2，

发电机G2切割剩磁磁感线产生感应电动势

除提供本身励磁电压外还供给G-M机组励磁电压和操纵电路电压

启动——按下启动按钮SB1〔或SB2〕

接触器KM1〔或KM2〕线圈得发电机G1的励磁绕组A1接入电压

电KM1〔或KM2〕常开触头闭合

电动机M1启动

U2开始励磁

因发电机G1的励磁绕组A1的电感较大，因此励磁电流逐步增大，使G1产生的感应电动势和输出电压从零逐步增大，如此就幸免了直流电动机M1在启动时有较大的电流冲击。因此，在电动机启动时，不需要在电枢电路中串入启动电阻就能够专门平滑地进行启动

调速——启动前，应将调剂变阻器R调到零，R1调到最大，目的是使直流电压U逐步上升，直流电动机M1那么从最低速逐步上升到额定转速

当M1运转后需调速时

G1的输出电压U增大

将R1的阻值调小电动机M1转速升高

使G1的励磁电流增大

可见，调剂R1的阻值能升降直流发电机G1的输出电压U，即可达到调剂直流电动机M1转速的目的。只是加在直流电动机M1电枢上的电压U不能超过其额定电压值。因此在一样情形下，调剂电阻R1只能使电动机在低于额定转速情形下进行平滑调速

当需要电动机在额定转速以上进行调速时，那么应先调剂R1，使电动机电枢电压U保持在额定值不变，然后将电阻R的阻值调大，使直流电动机M1的励磁电流减小，其主磁通也减小，电动机M1的转速升高

制动——按下停止按钮SB3

接触器KM1〔或KM2〕线圈失电其

触头复位使直流发电机G1的励磁绕组A1失电G1的输出电压即直

流电动机M1的电枢电压U下降为零。但现在电动机M1仍沿原方向惯性运转，由于切割磁感线(因A仍有励磁)，在电枢绕组中产生与原电流方向相反的感应电流，从而产生制动力矩，迫使电动机迅速停转

G-M系统的调速平滑性好，可实现无级调速，具有较好的启动、调速、正反转、制动操纵性能，因此曾被广泛用于龙门刨床、重型镗床、轧钢机、矿井提升机设备等生产机械上。但由于G-M系统存在设备费用大、机组多、占地面积大、效率较低、过渡过程的时刻较长等不足，因此，目前正广泛地使用晶闸管整流装置作为直流电动机的可调电源，组成晶闸管-直流电动机调速系统。 〔2〕晶闸管-直流电动机调速系统

图2-93所示为带有速度负反馈的晶闸管-直流电动机调速系统，它用晶闸管整流装置代替了G-M调速系统的直流发电机。这种系统具有效率高、功率增益大、快速性和操纵性好及噪声小等优点，正在逐步取代其他的直流调速系统。 图2-93中，输入电压Ug由电位器Rg调剂，TG为测速发电机，用于转速检测。工作中测速发电机的电枢电压与转速成正比，电枢电压的一部分Uf反馈到系统的输入端，与Ug比较后，产生电压UUgUf送入放大器。经放大

器放大后，送入触发器产生移相脉冲，触发晶闸管，从而改变晶闸管整流电路的输出，使电动机M的电枢电压改变，实现电动机转速的变化。当电动机的转速达到某一值，使U0时，触发脉冲不再移相，晶闸管整流电路输出就稳固在某一值，使电动机在这一转速下稳固运转。由于反馈信号Uf与被控对象的转速n成正比，因此这一系统称为转速负反馈闭环调速系统。

课题十二 电动机的操纵、爱护与选择

一、 电动机的操纵原那么

行程开关——用来实现对运动部件的位置和行程操纵；

速度继电器——用来依照电动机的转速实现反接制动操纵；

时刻继电器——通过其触头的延时动作可实现线路按时刻操纵的要求； 电流继电器——用于实现按线路电流大小进行操纵的要求。

对电动机操纵的一样原那么，归纳起来有以下几种：行程操纵原那么、时刻操纵原那么、速度操纵原那么和电流操纵原那么。 1、行程操纵原那么

依照生产机械运动部件的行程或位置，利用行程开关来操纵电动机工作状态的原那么称为行程操纵原那么。

行程操纵原那么是生产机械电气自动化中应用最多和作用原理最简单的一种方式。

位置操纵线路和工作台自动往返操纵线路差不多上按行程原那么操纵的。 2、时刻操纵原那么

利用时刻继电器按一定时刻间隔来操纵电动机工作状态的原那么称为时刻操纵原那么。

如在电动机的降压启动、制动以及变速过程中，利用时刻继电器按一定的时刻间隔改变线路的接线方式来自动完成电动机的各种操纵要求。

在那个地点，换接时刻的操纵信号由时刻继电器发出，换接时刻的长短那么依照生产工艺要求或者电动机启动、制动和变速过程的连续时刻来整定时刻继电器的动作时刻。 3、速度操纵原那么

依照电动机的速度变化，利用速度继电器等电器来操纵电动机工作状态的原那么称为速度操纵原那么。

反映速度变化的电器有多种，直截了当测量速度的电器有速度继电器、小型测速发电机；间接测量电动机速度的电器有电压继电器和频率继电器，关于直流电动机用其感应电动势来反映其速度，通过电压继电器来操纵；关于交流绕线转子异步电动机可用转子频率来反映其速度，通过频率继电器来操纵。 4、电流操纵原那么

依照电动机主回路电流的大小，利用电流继电器来操纵电动机工作状态的原那么称为电流操纵原那么。 二、 电动机爱护

为了幸免因系统发生故障或不正常工作而引起事故，在电气操纵系统的设计与运行中，都必须考虑提高电气操纵系统运行的可靠性和安全性。

例如，电动机在运行过程中，除按生产机械的工艺要求完成各种正常运转外，还必须在线路显现短路、过载、过电流、欠电压、失压及弱磁等现象时，能自动切断电源停转，以防止和幸免电气设备和机械设备的损坏事故，保证操作人员的人身安全。因此，在生产机械的电气操纵线路中，采取了对电动机的各种爱护措施。

常用的爱护环节有短路爱护、过载爱护、过电流爱护、过压爱护、欠压爱护、断恩爱护等。见表2-60.

选择和设置爱护装置在使电动机免受损坏的同时，还应使电动机得到充分的利用。因此，一个正确的爱护方案应该是：在免于损坏的情形下使电动机充分发挥过载能力〔即过载的承担能力〕，使其在工作过程中功率被充分利用，温升达到国家标准规定的数值，同时还能提高电力拖动系统的可靠性和生产的连续性。

表2-60 电动机的爱护 短路爱护：

故障危害：线路显现短路现象时，会产生专门大的短路电流，使电动机、电器及导线等电气设备严峻损坏，甚至引发火灾。 常用爱护电器：熔断器和低压断路器

工作原理：熔断器的熔体与被爱护的电路串联。当电路正常工作时，熔断器的熔体不起作用，相当于一根导线，其上面的压降专门小，可忽略不计。当电路短路时，专门大的短路电流流过熔体，使熔体赶忙熔断，切断电动机电源，电动机停转。同样，假设电路中接入低压断路器，当显现短路现象时，低压断路器会赶忙动作，切断电源使电动机停转。

过载爱护：

故障危害：电动机负载过大、启动操作频繁或缺相运行，会使电动机的工作电流长时刻超过其额定电流，电动机绕组过热，温升超过其承诺值，导致电动机的绝缘材料变脆，寿命缩短，严峻时会使电动机损坏 常用爱护电器：热继电器

工作原理：当电动机的工作电流等于额定电流时，热继电器不动作；当电动机短时过载或过载电流较小时，热继电器不动作，或通过较长时刻才动作；当电动机过载电流较大时，串接在操纵电路中的常闭触头断开，先后切断操纵电路和主电路的电源，使电动机停转 欠压爱护：

故障危害：电动机欠压下运行，负载没有改变，欠压下电动机转速下降，定子绕组的电流增加。现在电流增加的幅度尚不足以使熔断器和热继电器动作，如长时刻不采取措施，会使电动机过热损坏。欠压还会引起一些电器开释，使线路不能正常工作，可能危害人身安全或导致设备事故 常用爱护电器：接触器和电磁式电压继电器

工作原理：大多数机床电气操纵线路中，接触器兼有欠压爱护功能，少数线路需专门装设电磁式电压继电器起欠压爱护作用。一样当电网电压降低到额定电压的85%以下时，接触器〔或电压继电器〕线圈产生的电磁吸力将小于复位弹簧的拉力，动铁心被迫开释，其主触头和自锁触头同时断开，切断主电路和操纵电路电源，使电动机停转 失压爱护/零压爱护：

故障危害：生产机械在工作时，由于某种缘故导致电网突然停电后，电源电压下降为零，电动机停转，生产机械的运动部件也随之停止运转。一样情形下，操作人员不可能及时拉开电源开关，如不采取措施，当电源电压复原正常时，电动机便会自行启动运转，专门可能造成人身和设备事故，并引起电网过电流和瞬时网络电压下降。

常用爱护器：接触器和中间继电器

工作原理：当电网停电时，接触器和中间继电器线圈中的电流消逝，电磁吸引力减小为零，动铁心开释，触头复位，切断了主电路和操纵电路电源。当电网复原供电时，假设不重新按下启动按钮，那么电动机就可不能自行启动 过载爱护：

故障危害：为了限制电动机的启动或制动电流，在直流电动机的电枢绕组中或在交流绕线转子异步电动机的转子绕组中需要串入附加的限流电阻。假如在启动或制动时，附加电阻被短接，将会造成专门大的启动或制动电流，使电动机或机械设备损坏

常用爱护电器：电磁式过流继电器

工作原理：当电动机电流值达到过电流继电器的动作值时，继电器动作，使串接在操纵电路中的常闭触头断开，切断操纵电路，电动机随之脱离电源停转，达到了过流爱护的目的 弱磁爱护：

故障危害：假设直流电动机启动时电动机的励磁电流太小，产生的磁场太弱，将会使电动机的启动电流专门大；假设电动机在正常运转过程中，磁场突然减弱或消逝，电动机的转速将会迅速升高，甚至发生〝飞车〞。 常用爱护电器：弱磁继电器〔即欠电流继电器〕

工作原理：弱磁继电器串入励磁回路。在电动机启动运行过程中，当励磁电流值达到弱磁继电器的动作值时，继电器吸合，使串接在操纵电路中的常开触头闭合，承诺电动机启动或坚持正常运转；当励磁电流减小专门多或消逝时，弱磁继电器开释，其常开触头断开，切断操纵电路，接触器线圈失电，电动机断电停转

对电动机的爱护问题，现代技术正在提供更加宽敞的途径。

例如，研制发热时刻常数小的新型PTC热敏电阻，增加电动机绕组对热敏电阻的热传导；进展高性能和多功能综合爱护装置，其要紧方向是采纳固态集成电路和微处理器作为电流、电压、时刻、频率、相位和功率等方面的检测和逻辑单元以取代电动原那么。

关于频繁或反复启动、制动和重载启动的笼型电动机以及大容量电动机，由于它们的转子温升比定子绕组温升高，因此较好的方法是检测转子的温度。国外已有红外线爱护装置的实际应用，它用红外线温度计从外部检测转子温度并加以爱护。

在电气操纵线路设计中，经常对生产过程中的温度、压力、流量、运动速度等设置必要的操纵和爱护，将以上各物理量限制在一定的范畴以内，以保证整个系统的安全运行。为此，需要采纳各种专用的温度、压力、流量、速度传感器或继电器，它们的差不多原理差不多上在操纵回路中串联一些受这些参数操纵的常开触头或常闭触头，通过逻辑组合、连锁操纵等实现爱护功能。 三、 电动机的选择

在电力拖动系统中，正确选择拖动生产机械的电动机是系统安全、经济、可靠和合理运行的重要保证。而衡量电动机的选择合理与否，要看选择电动机时是否遵循了以下差不多原那么：

第一，电动机能够完全满足生产机械在机械特性方面的要求。如生产机械

所需要的工作速度、调速指标、加速度以及启动、制动时刻等。

第二，电动机在工作过程中，其功率能被充分利用，即温升应达到国家标

准规定的数值。

第三，电动机的结构形式应适合周围环境的条件。如防止外界灰尘、水滴

等物质进入电动机内部；防止绕组绝缘受有害气体的腐蚀；在有爆炸危险的环境中应把电动机的导电部位和有火花的部位封闭起来，不使它们阻碍外部等。

电动机的选择要紧包括以下内容：电动机的额定功率〔即额定容量〕、额定电压、额定转速、种类、结构形式等。其中以电动机额定功率的选择最为重要。 1、 电动机额定功率的选择

正确合理地选择电动机的功率是专门重要的。因为假如电动机的功率选得过小，电动机将过载运行，使温度超过承诺值，缩短电动机的使用寿命，甚至烧坏电动机；假如选得过大，尽管能保证设备正常工作，但由于电动

机不在满载下运行，其用电效率和功率因数过低，电动机的容量得不到充分利用，造成电力白费，同时设备投资大，运行费用高，专门不经济。 电动机的工作方式有连续工作制、短期工作制和周期性断续工作制三种。 （1） 连续工作制电动机额定功率的选择

在这种工作方式下，电动机连续工作时刻专门长，可使其温升达到规定的稳固值，如通风机、泵等机械的拖动运转。连续工作制电动机的负载可分为恒定负载和变化负载两类。

a、恒定负载下电动机额定功率的选择

在工业生产中，相当多的生产机械是在长期恒定的或变化专门小的负载下运转，为这一类机械选择电动机的功率比较简单，只要电动机的额定功率等于或略大于生产机械所需要的功率即可。假设负载功率为PL，电动机的额定功率为PN，那么应满足下式：PNPL

电机制造厂生产的电动机，一样差不多上按照恒定负载连续运转设计，并进行形式试验和出厂试验的，完全能够保证电动机在额定功率工作时，电动机的温升可不能超过承诺值。

通常电动机的容量是按周围环境温度为40℃而确定的。绝缘材料最高承诺温度与40℃的差值称为承诺温升，各级绝缘材料的最高承诺温度和承诺温升见表2-61.

应该指出，我国幅员宽敞，地域之间的温度较大，确实是在同一地区，一年四季的气温变化也较大，因此电动机运行时周围环境的温度不可能正好是40℃，一样是小于40℃。为了充分利用电动机，能够对电动机能够应用的容量进行修正，不同环境温度下电动机功率的修正值见表2-62. b、变化负载下电动机额定功率的选择

在变化负载下使用的电动机，一样是为恒定负载工作而设计的，因此，使用时必须进行发热校验。

所谓发热校验，确实是看电动机在整个运行过程中所达到的最高温升是否接

近并低于承诺温升。因为只有如此，电动机的绝缘材料才能充分利用而又不致过热。

（2） 短期工作制电动机额定功率的选择

在这种工作方式下，电动机的工作时刻较短，在运行期间温度未升到规定的稳固值，而停止运转期间，温度那么可能降到周围环境的温度值，如吊桥、水闸、车床的夹紧装置的拖动运转。

为了满足某些生产机械短期工作的需要，电机生产厂家专门制造了一些具有较大过载能力的短期工作制电动机，其标准工作时刻有15min、30min、60min、90min四种。因此，当电动机的实际工作时刻符合标准工作时刻时，选择电动机的额定功率PN只要小于负载功率PL即可，即满足PNPL。 （3） 周期性断续工作制电动机额定功率的选择

这种工作方式的电动机的工作与停止交替进行。在工作期间内，温度未升到稳固值，而在停止期间，温度也来不及降到周围温度值，如专门多起重设备以及某些金属切削机床的拖动运转。

电机制造厂专门设计生产的周期性连续工作制的交流电动机有YZR和YZ系列。标准负载连续率FC〔负载工作时刻与整个周期之比称为负载连续率〕有15%、25%、40%和60%四种，一个周期的时刻规定不大于10min。

周期性断续工作制电动机功率的选择方法和连续工作制变化负载下的功率选择相类似，在此不再表达。但需指出的是，当负载连续率FC10%时，应按短期工作制选择；当负载连续率FC70%时，可按长期工作制选择。 2、 电动机额定电压的选择

电动机额定电压要与现场供电电网电压等级相符。否那么，假设选择的额定电压低于供电电源电压，电动机将由于电流过大而被烧毁；假设选择的额定电压高于供电电源电压，电动机有可能因电压过低不能启动，或虽能启动但因电流过大而减少其使用寿命甚至烧毁。

中小型交流电动机的额定电压一样为380V，大型交流电动机的额定电压一样为3kV、6kV等。直流电动机的额定电压一样为110V、220V、440V等，最常

用的直流电压等级为220V。直流电动机一样是由车间交流供电电压经整流器整流后的直流电压供电。选择电动机的额定电压时，要与供电电网的交流电压及不同形式的整流电路相配合。当交流电压为380V时，假设采纳晶闸管整流装置直截了当供电，电动机的额定电压应选用440V〔配合三相桥式整流电路〕或160V〔配合单相整流电路〕，电动机采纳改进的Z3型。 3、 电动机额定转速的选择

电动机额定转速选择得合理与否，将直截了当阻碍到电动机的价格、能量损耗及生产机械的生产效率等各项技术指标和经济指标。额定功率相同的电动机，转速高的电动机尺寸小，所用材料少，因而体积小，质量轻，价格低，因此选用高额定转速的电动机比较经济。但由于生产机械的工作速度一定且较低〔30-900r/min〕，因此，电动机转速越高，传动机构的传动比越大，传动机构越复杂。因此，选择电动机的额定转速时，必须全面考虑，在电动机性能满足生产机械要求的前提下，力求电能损耗少，设备投资少，爱护费用少。通常，电动机的额定转速选在750-1500r/min比较合适。 4、 电动机种类的选择

选择电动机的种类时，在考虑电动机的性能必须满足生产机械的要求下，优先选用结构简单、价格廉价、运行可靠、修理方便的电动机。在这方面，交流电动机优于直流电动机，笼型电动机优于绕线转子电动机，异步电动机优于同步电动机。电动机种类的选择方法见表2-63.

随着技术的进展，各种电动机的应用范畴也在逐步扩大，如变频调速技术的进展，使三相笼型异步电动机越来越多地应用在要求无级调速的生产机械上；使用晶闸管串级调速，可扩展绕线转子异步电动机的应用范畴，如水泵、风机的节能调速；近年来，在大功率的生产机械上，还广泛采纳晶闸管励磁的直流发电机-电动机组或晶闸管-直流电动机组。 5、 电动机形式的选择

原那么上，电动机与生产机械的工作方式应该一致，在连续工作制、短期工作制和周期性断续工作制三种方式中选取，但也可选用连续工作制的电动机来

代替。

电动机种类的选择 a、三相笼型异步电动机

特点：采纳最普遍的动力电源-三相交流电源，结构简单、价格廉价、运行

可靠、修理方便，但启动和调速性能差。

适用场合：调速和启动性能要求不高的场合——各种机床、水泵、通风机

等。

要求大启动转矩的生产机械——某些纺织机械、空气压缩机、

带运输机等。

需要有级调速的生产机械——某些机床和电梯等。 b、三相绕组转子异步电动机

特点：一样采纳转子串接电阻〔或电抗器〕的方法实现启动和调速，调速

范畴有限

适用场合：启动、制动比较频繁，启动、制动转矩较大，而且有一定调速

要求的生产机械——桥式起重机、矿井提升机等。

c、三相同步电动机

特点：高电压、大容量，转速恒定，无启动转矩，可改变功率因数 适用场合：要求大功率、恒转速和改善功率因数的场合——大功率水泵、

压缩机、通风机等。

d、直流电动机

特点：启动性能好，能够实现无级平滑调速，且调速范畴广、精度高 适用场合：要求在大范畴内平滑调速和需要准确地位置操纵的生产机械—

—高精度的数控机床、龙门刨床、可逆轧钢机、造纸机、矿井卷场机等。

要求启动转矩大、机械特性较软的生产机械——电车、重型起

重机等。

电动机按其安装方式不同可分为卧式和立式两种。由于立式电动机的价格

较贵，因此一样情形下应选用卧式电动机。只有当需要简化传动装置时，如深井水泵和钻床等，才使用立式电动机。

电动机按轴伸个数分为单轴伸和双轴伸两种。一样情形下，选用单轴伸电动机；专门情形下才选用双轴伸电动机。如需要一边安装测速发电机，另一边需要拖动生产机械时，那么必须选用双轴伸电动机。

电动机按防护形式分为开启式、防护式、封闭式和防爆式四种。为防止周围的媒介质对电动机的损坏以及因电动机本身故障而引起的危害，电动机必须依照不同环境选择适当的防护形式。

开启式电动机价格廉价，散热好，但灰尘、铁屑、水滴及油垢等容易进入其内部，阻碍电动机的正常工作和寿命，因此，只能在干燥、清洁的环境中使用。 防护式电动机的通风孔在机壳的下部，通风冷却条件较好，并能防止水滴、铁屑等杂物落入电动机内部，但不能防止潮气和灰尘侵入，因此只能用于比较干燥、灰尘不多、无腐蚀性气体和爆炸性气体的环境。

封闭式电动机分为自扇冷式、他扇冷式和密闭式三种。前两种用于潮湿、尘土多、有腐蚀行气体、易引起火灾和易受风雨腐蚀的环境中，如纺织厂、水泥厂等。密闭式电动机那么用于浸入水中的机械，如潜水泵电动机。

防爆式电动机要紧用于易燃、易爆气体的危险环境中，如煤气站、油库及矿井等场所。

总之，选择电动机时，应从额定功率、额定转速、种类和形式几方面综合考虑，做到既经济又合理。

课题十三 电气操纵线路设计基础

在工业生产中，所用的机械设备种类繁多，对电动机提出的操纵要求各不相同，从而构成的电气操纵线路也不一样。那么，如何依照生产机械的操纵要

求来正确合理地设计电气操纵线路呢？本课题将作一简单介绍。 一、 设计电气操纵线路的差不多原那么

由于电气操纵线路是为整个机械设备和工艺过程服务的，因此在设计前要深入现场收集有关资料，进行必要的调查研究。电气操纵线路的设计应遵循以下差不多原那么：

1、 应最大限度地满足机械设备对电气操纵线路的操纵要求和爱护要求。 2、 在满足生产工艺要求的前提下，应力求使操纵线路简单、经济、合理、 3、 保证操纵的可靠性和安全性。 4、 操作和修理方便。 二、 设计电气操纵线路举例

设计电气操纵线路可采纳体会设计法。

所谓体会设计法确实是依照生产机械的工艺要求选择适当的差不多操纵线路，再把它们综合地组合在一起。 下面举例说明这种设计方法。

现用某专用机床给一箱体加工两侧平面。加工方法是将箱体加紧在可前后移动的滑台上，两侧平面用左右动力头铣削加工。其要求如下：

第一， 加工前滑台应快速移动到加工位置，然后改为慢速进给。快进速度为慢进速度的20倍，滑台速度的改变是由齿轮变速机构和电磁铁来实现的，即电磁铁吸合时为快速，电磁铁开释时为慢进。

第二， 滑台从快速移动到慢速进给应自动变换，铣削完毕要自动停车，然后由人工操作滑台快速退回原位后自动停车。 第三， 具有短路、过载、欠压及失压爱护。

本专用机床共有三台笼型异步电动机，滑台电动机M1的功率为1.1kW，需正反转；两台动力头电动机M2和M3的功率为4.5kW，只需要单相运转。试设计该机床的电气操纵线路。 1.选择差不多操纵线路

依照滑台电动机M1需正反转，左右动力头电动机M2、M3只需单向运转的

操纵要求，选择接触器联锁正反转操纵线路和接触器自锁正转操纵线路，并进行有机地组合，设计画出操纵线路草图，如图2-106所示。 2、修改完善线路

修改完善后的操纵线路如图2-107所示。说明如下：

（1） 依照加工前滑台应快移到加工位置，且电磁铁吸合时为快进，说

明KM1得电时，电磁铁YA应得电吸合，故应在电磁铁YA线圈回路中串入KM1的辅助常开触头，如图中①；

（2） 滑台由快速移动自动变换为慢速进给，因此在YA线圈回路中串接

行程开关SQ3的长臂触头，如图中②；

（3） 滑台慢速进给终止〔切削完毕〕应自动停车，因此应在接触器KM1

操纵回路中串接行程开关SQ1的常闭触头，如图中③；

（4） 人工操作滑台快速退回，故在KM1辅助常开触头和SQ3常闭触头

电路的两端并接KM2辅助常开触头，如图中④；

（5） 滑台快速返回到原位后自动停车，因此应在接触器KM2操纵回路

中串接行程开关SQ2的常闭触头，如图中⑤；

（6） 由于动力头电动机M2、M3随滑台电动机M1的慢速工作而工作，

因此可把KM3的线圈串接SQ3常开触头后与KM1线圈并接，如图中⑥；

（7） 线路需要短路、过载、欠压和失压爱护，因此在线路中接入熔断

器FU1、FU2、FU3和热继电器KH1、KH2、KH3，如图中⑦和⑧；

3、

校核完成线路

操纵线路初步设计完成后，可能还有不合理、不可靠、不安全的地点，应当依照体会和操纵要求对线路进行认真认真地校核，以保证线路的正确性和有用性。如上述线路中，由于电磁铁电感大，会产生大的冲击电流，有可能引起线路工作不可靠，应选择中间继电器以组成电磁铁的操纵回路，如图2-108所示。

三、 设计电气操纵线路应注意的问题

用体会设计法设计线路时，除应牢固把握各种差不多操纵线路的构成和原理外，还应注意了解机械设备的操纵要求以及设计、使用和修理人员在长期实践中总结出的体会，这关于安全、可靠、经济、合理地设计操纵线路是十分重要的，这些体会概括起来有以下几点。

1、 尽量缩减电器的数量，采纳标准件和尽可能选用相同型号的电器 设计线路时，应减少不必要的触头以简化线路，提高线路的可靠性。 假设把图2-109a所示线路改接成图2-109b所示线路，就能够减少一个触头。2、尽量短缩连接导线的数量和长度

设计线路时，应考虑到各电器元件之间的实际接线，专门要注意电器柜、操作台和行程开关之间的连接线。

例如，图2-110a所示的接线就不合理，因为按钮通常是安装在操作台上，而接触器那么安装在电气柜内，因此假设按此线路安装时，由电器柜内引出的连接线势必要两次引接到操作台上的按钮处。合理的接法应当是把启动按钮和停止按钮直截了当连接，而不通过接触器线圈，如图2-110b所示，如此就减少了一次引出线。 3、正确连接电器的线圈

在交流操纵电路的一条支路中不能串联两个电器的线圈，如图2-111所示。即使外加电压是两个线圈额定电压之和，也是不承诺的。因为每个线圈在所分配到的电压与线圈阻抗成正比。两个电器需要同时动作时，其线圈应该并接。 4、正确连接电器的触头

同一个电器的辅助常开和常闭触头靠得专门近，假如连接不当，将会造成线路工作不正常。如图2-112a所示接线，行程开关SQ的常开触头和常闭触头由于不是等电位，当触头断开产生电弧时，专门可能在两对触头间形成飞弧而造成电源短路。因此，在一样情形下，关于共用同一电源的所有接触器、继电器以及执行电器，将线圈的一端均接在电源的一侧，操纵触头接在电源的另一侧，如图2-112b所示。

5、在满足操纵要求的情形下，应尽量减少电器通电的数量

现以三相异步电动机串电阻降压启动的操纵线路为例进行分析。在图2-113a所示电路中，电动机启动后，接触器KM1和时刻继电器KT就失去了作用，但仍旧需要长期通电，从而使能耗增加，电器寿命缩短。而采纳图2-113b所示线路，就能够在电动机启动后切除KM1和KT的电源，既节约了电能，又延长了电器的使用寿命。

6、应尽量幸免采纳许多电器依次动作才能接通另一个电器的操纵线路 在如图2-114a、b所示线路中，中间继电器KA1得电动作后，KA2才动作，而后KA3才能得电动作。KA3的得电动作要通过KA1和KA2两个电器的动作。假设接成图2-114c所示线路，KA3的动作只需KA1电器动作，而且只需通过一对触头，工作更为可靠。

7、在操纵线路中应幸免显现寄生回路

在操纵线路的动作过程中，非正常接通的线路叫寄生回路。寄生回路会破坏电器元件和操纵线路的动作顺序，在设计线路时要幸免。图2-115所示线路是一个具有指示灯和过载爱护的正反转操纵线路。在正常工作时，能完成正反转启动、停止和信号指示。但当热继电器KH动作时，线路就显现了寄生回路。这时尽管KH的常闭触头已断开，由于存在寄生回路，仍有电流沿图2-115中虚线所示的路径流过KM1线圈，使正转接触器KM1不能可靠开释，可能起不到过载爱护的作用。

8、保证操纵线路工作可靠和安全

保证操纵线路工作可靠，最要紧的是选用可靠的电器元件，尽量选用机械和电气寿命长、机构合理、动作可靠、抗干扰性能好的电器。在线路中采纳小容量继电器的触头断开和接通大容量接触器的线圈时，要运算继电器触头断开和接通容量是否足够。假设不够，必须加大继电器容量或增加中间继电器，否那么工作不可靠。

9、线路应具备必要的爱护环节

线路应具有必要的爱护环节，保证即使在误操作情形下也不致造成事故。一样应依照线路的需要选用过载、短路、过流、过压、失压、弱磁等爱护环节，

必要时还应考虑设置合闸、断开、事故、安全等指示信号。

第三单元 常用生产机械的电气操纵线路

及其安装、调试与修理

课题一 工业机械电气设备修理的一样要求和方法

学习目标

熟悉工业机械电气设备修理的一样要求，把握工业机械电气设备修理的一样方法及本卷须知。

工业机械电气设备在运行的过程中产生故障，会致使设备不能正常工作，不但阻碍生产效率，严峻时还会造成人身或设备事故。因此，电气设备发生故障后，修理人员必须及时、熟练、准确、迅速、安全地查出故障并加以排除，尽快复原其正常运行。

一、 工业机械电气设备修理的一样要求 对工业机械电气设备修理的一样要求：

1、采取的修理步骤和方法必须正确，切实可行。 2、不可损坏完好的电器元件。

3、不可随意更换电器元件及连接导线的型号规格。 4、不可擅自改动线路。

5、损坏的电气装置应尽量修复使用，但不能降低其固有性能。 6、电气设备的各种爱护性能必须满足使用要求。

7、绝缘电阻合格，通电试车能满足电路的各种功能，操纵环节的动作程序符合要求。

8、修理后的电器装置必须满足其质量标准要求。电器装置的检修质量标准是：

（1） 外观整洁，无破旧和炭化现象。 （2） 所有的触头均应完整、光洁、接触良好。 （3） 压力弹簧和反作用力弹簧应具有足够的弹力。 （4） 操纵、复位机构都必须灵活可靠。 （5） 各种衔铁运动灵活，无卡阻现象。 （6） 灭弧罩完整、清洁、安装牢固。 （7） 整定数值大小应符合电路使用要求。 （8） 指示装置能正常发出信号。

二、 工业机械电气设备修理的一样方法

电气设备的修理包括日常爱护保养和故障检修两方面。 1、 电气设备的日常爱护保养

电气设备运行过程中显现的故障，有些是由于操作使用不当、安装不合理或修理不正确等人为因素造成的，称为人为故障；

另一些那么是由于电气设备在运行时过载、机械振动、电弧的烧损、长期动作的自然磨损、周围环境温度和湿度的阻碍、金属屑和油污等有害介质的腐蚀以及电器元件的自身质量问题或使用寿命等缘故而产生的，称为自然故障。

明显，假如加强对电气设备的日常检查、爱护和保养，及时发觉一些非正常因素，并给予及时地修复或更换处理，就能够将故障消灭在萌芽状态，防患于未然，使电气设备少出甚至不出故障，以保证工业机械的正常运行。 电气设备的日常爱护保养包括电动机和操纵设备的日常爱护保养。那个地点只介绍操纵设备的日常爱护保养知识。 （1） 操纵设备的日常爱护保养

其要紧内容包括： 1）

电气柜〔配电箱〕的门、盖、锁及门框周边的耐油密封垫均应良好。门、盖应关闭严密，柜内应保持清洁，不得有水滴、油污和金属屑等进入电气柜内，以免损坏电器造成事故。

2）

操纵台上的所有操纵按钮、主令开关的手柄、信号灯及外表护罩都应保持清洁完好。

3）

检查接触器、继电器等电器的触头系统吸合是否良好、有无噪声、卡住或迟滞现象，触头接触有无烧蚀、毛刺或穴抗；电磁线圈是否过热；各种弹簧弹力是否适当；灭弧装置是否完好无损等。

4） 5）

试验门开关能否起爱护作用。

检查各电器的操作机构是否灵活可靠，有关整定值是否符合要

求。

6）

检查各线路接头与端子板的连接是否牢靠，各部件之间的连接导线、电缆或爱护导线的软管，不得被冷却液、油污等腐蚀，管接头处不得产生脱落或散头等现象。

7） 8） 9）

检查电气柜〔配电箱〕及导线通道的散热情形是否良好。 检查各类指示信号装置和照明装置是否完好。

检查电气设备和产生气械上所有裸露导体件是否接到爱护接地专用端子上，是否达到了爱护电路连续性要求。

（2） 电气设备的爱护保养周期

对设置在电气柜〔配电箱〕内的电器元件，一样不需经常进行开门监护，要紧靠定期的爱护保养来实现电气设备较长时刻的安全稳固运行。其爱护保养周期应依照电气设备的构造、使用情形及环境条件等来确定。一样可配合生产机械的一、二级保养同时进行其电气设备的爱护保养工作。保养的周期及内容见表3-1.

2、 电气故障检修的一样步骤和方法

尽管机床日常爱护保养后，降低了电气故障的发生率，但绝不能杜绝电气故障的发生。因此，修理电工除了把握日常爱护保养技术外，还必须在电气故障发生后采纳正确的检修步骤和方法，找出故障点并排除故障。 （1） 电气故障检修的一样步骤 （2） 查找故障点的常用方法

检修过程的重点是判定故障范畴和确定故障点。

测量法是修理电工工作中用来准确确定故障点的一种行之有效的检查方法。

常用的测量工具和外表有校验法、测电笔、万用表、钳形电流表、兆欧表等，通过对电路进行带电或断电时的有关参数如电压、电阻、电流等的测量，来测量，来判定电器元件的好坏、设备的绝缘情形及线路的通断情形等。 在用测量法检查故障点时，一定要保证测量工具和外表完好，使用方法正确，

还要注意防止感应电、回路电及其他并联支路的阻碍，以免产生误判定。常用的测量方法已在第二单元介绍了电压测量法和电阻测量法，下面介绍短接法。 短接法是用一根绝缘良好的导线，把所怀疑的断路部位短接，如短接过程中电路被接通，就说明该处断路。这种方法是检查线路断路故障的一种简便、可靠的方法。 a、局部短接法

用局部短接法检查故障如图3-1所示。按下启动按钮SB2，假设KM1不吸合，说明电路有故障。检查前，先用万用表测量1-0两点间的电压，假设电压正常，可按下SB2不放，然后用一根绝缘良好的导线分别短接标号相邻的两点1-2、2-3、3-4、4-5、5-6〔注意绝对不能短接6-0两点，否那么会造成电源短路〕，当短接到某点时，接触器KM1动作，即说明故障点在该两点之间，见表3-2. b、长短接法

长短接法是一次短接两个或两个以上触头来检查线路断路故障的方法，用长短接法检查故障如图3-2所示。

在图3-2所示电路中，当KH的常闭触头和SB1的常闭触头同时接触不良时，假设用局部短接法短接1-2点，按下SB2，KM1仍不能吸合，那么可能造成判定错误。而用长短接法将1-6两点短接，假如KM1吸合，那么说明1-6这段电路上有断路故障，然后再用局部短接法逐段找出故障点。

长短接法的另一个作用是可把故障范畴缩小到一个较小的范畴。例如，第一次先短接3-6两点，假如KM1不吸合，再短接1-3两点，KM1吸合，说明故障在1-3范畴内。可见，长短接法和局部短接法结合使用，专门快就能找出故障点。

在实际检修中，机床电气故障是多样的，确实是同一种故障现象，发生故障的部位往往也是不同的。因此，采纳以上故障检修步骤和方法时，不要生搬硬套，而应依照故障性质和具体情形灵活应用，各种方法可交叉使用，力求迅速、准确地找出故障点。

（3） 故障修复及本卷须知

查找出电气设备的故障点后，就要着手进行修复、试运行和记录等，然后交付使用。在此过程中应注意一下几点：

1）

在找出故障点和修复故障时，应注意不要把找出故障点作为查找故障的终点，还必须进一步分析查明产生故障的全然缘故，幸免类似故障再次发生。

2） 3）

在故障的修复过程中，一样情形下应尽量复原。

每次修复故障后，应及时总结体会，并做好修理记录，作为档案以备日后修理时参考。

课题二 CA6140车床电气操纵线路

一、 CA6140车床的要紧结构及型号意义

车床是一种应用极为广泛的金属切削机床，能够车削外圆、内圆、端面、螺纹、切断及割槽等，并能够装上钻头或铰孔等加工。图3-3所示为机械加工中应用较广的CA6140型卧式车床，它要紧由床身、主轴箱、进给箱、刀架、卡盘、尾架、丝杠和光杠等部分组成。该车床型号意义如下： 二、 CA6140车床的要紧运动形式及操纵要求 主运动：主轴通过卡盘或顶尖带动工件的旋转运动

操纵要求：〔1〕主轴电动机选用三相笼型异步电动机，不进行电气调速，主轴采纳齿轮箱进行机械有级调速。〔2〕车削螺纹时要求主轴有正反转，一样由机械方法实现，主轴电动机只作单向旋转〔3〕主轴电动机的容量不大，可采纳直截了当启动

进给运动：刀架带动刀具的直线运动

操纵要求：由主轴电动机拖动，主轴电动机的动力通过挂轮箱传递给进给箱来实现刀具的纵向和横向进给。加工螺纹时，要求刀具的移动和主轴转动有固定的比例关系

辅助运动：刀架的快移动——由刀架快移动电动机拖动，该电动机可直截了当启动，不需要正反转和调速

尾架的纵向移动——由手动操作操纵 工件的夹紧与放松——由手动操作操纵

加工过程的冷却——冷却泵电动机和主轴电动机要实现顺序操纵，冷却泵电动机也不需要正反转和调速

三、 CA6140车床电气操纵线路分析 1、 绘制和识读机床电路图的差不多知识

CA6140卧式车床电路图如图3-4所示。一样机床电气操纵线路所包含的电器元件和电气设备较多，其电路的符号较多，因此，为便于识读分析电路图，除第二单元课题一所介绍的绘制和识读电路图的一样原那么之外，还应明确以下几点：

（1） 电路图按电路功能分成假设干单元，并用文字将其功能标注在电路图上部的栏内。例如图3-4所示电路图按功能分为电源爱护、电源开关、主轴电动机等13个单元。

（2） 在电路图下部〔或上部〕划分假设干图区，并从左向右依次用阿拉伯数字编号标注在图区栏内。通常是一条回路或一条支路划为一个图区，如图3-4所示电路图共划分了12个图区。

（3） 电路图中，在每个接触器线圈下方画出两条竖直线，分成左、中、右三栏，每个继电器线圈下方画出一条竖直线，分成左、右两栏。把受其线圈操纵而动作的触头所处的图区号填入相应的栏内，对备而未用的触头，在相应的栏内用记号〝Ⅹ〞标出或不标出任何符号。见表3-4和表3-5.

（4） 电路图中触头文字符号下面用数字表示该电器线圈所处的图区号。 2、 主电路分析

CA6140卧式车床电源有钥匙开关SB操纵，将SB向右旋转，再扳动断路器QF将三相电源引入。电气操纵线路中共有三台电动机；M1为主轴电动机，带动主轴旋转和刀架作进给运动；M2为冷却泵电动机，用以输送冷却液；M3为刀架快移动电动机，用以拖动刀架快移移动。其操纵和爱护见表3-6. 3、 操纵电路分析

操纵电路通过操纵变压器TC输出的110V交流电压供电，由熔断器FU2作短路爱护。在正常工作时，行程开关SQ1的常开触头闭合。当打开床头皮带罩后，SQ1的常开触头断开，切断操纵电路电源，以确保人身安全。钥匙开关SB和行程开关SQ2在车床正常工作时是断开的，QF的线圈不通电，断路器QF能能合闸。当打开配电壁龛门时，SQ2闭合，QF线圈获电，断路器QF自动断开，切断车床的电源。 （1） 主轴电动机M1的操纵 M1启动： 按下SB2M1停止：

KM线圈得电

KM触头动作

主电动机M1启动运转

按下SB2KM线圈失电KM触头复位断开M1失电停转

〔2〕冷却泵电动机M2的操纵

主轴电动机M1和冷却泵电动机M2在操纵电路中实现顺序操纵，只有当主轴电动机M1启动后，KM的常开触头闭合，合上旋钮开关SB4，中间继电器KA1吸合，冷却泵电动机M2才能启动。当M1停止运行或断开旋钮开关SB4时，M2停止运行。

〔3〕刀架快移动电动机M3的操纵

刀架快移动电动机M3的启动是安装在进给操作手柄顶端的按钮SB3操纵的，它与中间继电器KA2组成点动操纵环节。将操作手柄扳倒所需移动的方向，按下SB2，KA2得电吸合，电动机M3启动运转，刀架沿指定的方向快速移动。刀架快移动电动机M3是短时刻工作，故未设过载爱护。 4、照明与信号电路分析

操纵变压器TC的二次侧输出24V和6V电压，分别作为车床低压照明和指示灯的电源。EL为车床的低压照明灯，由开关SA操纵，FU4作短路爱护；HL为电源指示灯，FU3作短路爱护。

四、CA6140车床常见电气故障分析与检修方法

当需要打开配电盘璧龛门进行带电检修时，应将行程开关SQ2的传动杠拉出，使断路器QF仍可合上。关上璧龛门后，SQ2复原复原爱护作用。

下面以主轴电动机不能启动的故障为例介绍常见电气故障的检修方法和步骤。 合上电源开关QF，按下启动按钮SB2，电动机M1不启动，现在第一要检查接触器KM是否吸合，假设KM吸合，那么故障必定发生在主电路，可按以下步骤检修：

假设接触器KM不吸合，可按以下步骤检修：

课题三 Z37和Z3050型摇臂钻床电气操纵线路

学习目标 熟悉Z37和Z3050型摇臂钻床的差不多结构和要紧运动形式 把握其线路的工作原理，并能检修常见的故障

机械加工过程中经常需要加工各种各样的孔，钻床确实是一种用途广泛的孔加工机床，它要紧用于钻削精度要求不太高的孔，还能够用来扩孔、铰孔、镗钻以及攻螺纹等。

钻床的结构形式专门多，有立式钻床、卧式钻床、台式钻床、深孔钻床等。 摇臂钻床是一种立式钻床，本课题以Z37和Z3050型摇臂钻床为例分析钻床的电气操纵线路。

一、Z37摇臂钻床电气操纵线路

型号意义如下：Z——钻床 3——摇臂 7——最大钻孔直径70mm 1、Z37摇臂钻床的要紧结构和运动形式

〔1〕要紧结构：要紧由底座、 内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱、工作台等部分组成。

内立柱固定在底座上，它别处套着空心的外立柱，外立柱可绕着不动的内立柱回转360°.摇臂一端的套筒部分与外立柱滑动配合，摇臂可沿外立柱上下移动，但不能绕外立柱转动，只能与外立柱一起相对内立柱回转。 主轴箱安装于摇臂的水平导轨上，可由手轮操纵沿摇臂作径向移动。 当需要钻削加工时，先将主轴箱固定在摇臂导轨上，摇臂固定在外立柱上，外立柱紧固在内立柱上。工件不大时可压紧在工作台上加工，较大工件需安装在夹具上加工，通过调整摇臂高度、回转及主轴箱位置，完成钻头的调准，转动手轮操控钻头进行钻削。

摇臂钻床的主运动——主轴带动钻头的旋转运动； 进给运动——钻头的上下运动；

辅助运动——主轴箱沿摇臂水平移动、摇臂沿外立柱上下移动以

及摇臂连同外立柱一起相关于内立柱的回转运动。

2、Z37摇臂钻床电力拖动特点及操纵要求

拖动特点：〔1〕Z37摇臂钻床相对运动部件较多，为简化传动装置，采纳

多台电动机拖动。

（2） 各种工作状态都通过十字开关SA操作，为防止十字开关手

柄停在某一工作位置时，因接通电源而产生误动作，本操纵线路设有零压爱护环节。

（3） 摇臂升降要求有限位爱护。

（4） 钻削加工时需要对刀具及工件进行冷却。

各电动机功能及操纵要求：

冷却泵电动机M1——供给冷却液——正转操纵，拖动冷却泵输送冷却液 主轴电动机M2——拖动钻削及进给运动——单向运转，主轴的正反转通过摩擦离合器实现

摇臂降升电动机M3——拖坚决臂升降——正反转操纵，通过机械和电气联合操纵

立柱松紧电动机M4——拖动内、外立柱及主轴箱与摇臂夹紧与放松——正反转操纵，通过液压装置和电气联合操纵 3、Z37摇臂钻床电气操纵线路分析 电路图如图3-10所示。

〔1〕主电路分析：Z37摇臂钻床电气操纵线路中共有四台三相异步电动机。 主电路的操纵和爱护电器 冷却泵电动机M1——组合开关QS2 主轴电动机M2——接触器KM1

摇臂降升电动机M3——接触器KM2、KM3 立柱松紧电动机M4——接触器KM4、KM5

〔2〕操纵电路分析：操纵电路的电源由操纵变压器TC提供110V电压。 Z37摇臂钻床操纵电路采纳十字开关SA操作，它由十字手柄和四个微动开关组成。电路中还设有零压爱护环节，由十字开关SA和中间继电器KA实现。

手柄位置 接通微动开关的触头 工作情形 中 均不通 操纵电路断电不工作 左 SA〔2-3〕 KA得电自锁，零压爱护 右 SA〔3-4〕 KM1获电，主轴旋转 上 SA〔3-5〕 KM2获电，摇臂上升 下 SA〔3-6〕 KM3获电，摇臂下降 1〕主轴电动机M2的操纵

主轴电动机M2的启停由接触器KM1和十字开关SA来操纵。

十字开关SA第一扳在左边位置，SA的触点〔2-3〕闭合，中间继电器KA获电吸合并自锁

十字开关扳到右边位置，SA(2-3)分断、〔3-4〕闭合，

十字开关扳到中间位置，KM1线

KM1线圈获电吸合，主轴电动机M2启动圈断电开释，主轴电动机M2停转 2〕摇臂升降操纵

摇臂放松、升降、夹紧是通过十字开关SA、接触器KM2、KM3、行程开关SQ1和SQ2及鼓形组合开关S1操纵电动机M3正反转来实现的。

当工件与钻头的相对高度不合适时，可将摇臂升高或降低来调整。摇臂上升操纵的流程图如下：

摇臂放松操纵:十字开关SA手柄扳到向上位置，SA触点〔3-5〕接通，接触器

KM2获电吸合，电动机M3启动正转，通过传动装置松开摇臂

摇臂上升：摇臂松开后，推动组合开关S1动作，其常开触头〔3-9〕闭合，为

后来的夹紧做好预备，随后摇臂开始上升

摇臂夹紧：摇臂上升到所需位置后，十字开关扳到中间位置，KM2断电开释，

电动机停转，通过KM2常闭触头〔9-10〕、S1常开触头〔3-9〕，KM3获电吸合，电动机M3启动反转，带动机械夹紧机构将摇臂夹紧。

上升终止：摇臂夹紧后鼓形开关S1常开触头〔3-9〕断开，KM3断电开释，电

动机M3停转，上升终止

可见，摇臂上升是由机械和电气联合操纵实现的，能够自动完成摇臂松开

摇臂上升摇臂夹紧的

行程开关SQ1和SQ2用作限位爱护，爱护摇臂上升或下降不致超出承诺的极限

位置。

3〕立柱的夹紧与松开操纵

Z37摇臂钻床在正常工作时，外立柱夹紧在内立柱上。

要使摇臂和外立柱绕内立柱转动，应第一将外立柱放松。立柱的松开和夹紧是靠电动机M4的正反转拖动液压装置来完成的。电动机M4的正反转由组合开关S2、行程开关SQ3、接触器KM4和KM5来操纵，行程开关SQ3那么是由主轴箱与摇臂夹紧的机械手柄操作的。 操纵过程如下：

立柱放松：扳动手柄使SQ3的常开触头〔14-15〕闭合，KM5得电吸合，M4拖

动液压泵工作，使立柱夹紧装置松开

摇臂转动：立柱夹紧装置完全松开，S2的常闭触头〔3-14〕断开，KM5失电，

M4，停转，同时S2的常开触头〔3-11〕闭合，为夹紧做预备。现在可推坚决臂旋转

立柱夹紧：扳到手柄使SQ3复位，其常开触头〔14-15〕断开，常闭触头〔11-12〕

闭合，KM4得电吸合，M4拖动液压泵反向转动，使立柱夹紧装置夹紧。当完全夹紧后，S2复位，KM4失电，M4停转

Z37摇臂钻床主轴箱在摇臂上的松开和夹紧和立柱的松开和夹紧是由同一台电动机M4拖动液压装置完成的。 〔3〕照明电路分析

照明电路的电源也是由变压器TC将380V的交流电压降为24V安全电压来提供。照明灯EL由开关SQ3操纵，由熔断器FU4作短路爱护。 4、Z37摇臂钻床常见电气故障分析与检修方法

Z37摇臂钻床主电路和操纵电路常见故障的检修方法与车床相似。 因其摇臂的升降和松紧操纵是由电气和机械机构相互配合，实现摇臂放松

上升〔下降〕

夹紧半自动顺序操纵，因此在修理时不但要检查电

气部分，还必须检查机械部分是否正常。

课题四 M7130平面磨床电气操纵线路

学习目标：

了解M7130平面磨床的要紧结构和运行形式 熟悉其电气操纵线路构成

把握其电气操纵线路的分析方法及其常见故障的修理。

机械加工中，当对零件的表面粗糙度要求较高时，就需要用磨床进行加工，磨床是用砂轮的周边或端面对工件的表面进行机械加工的一种周密机床。磨床的种类专门多，依照用途不同可分为平面磨床、内圆磨床、外圆磨床、无心磨床等。

本课题以M7130型平面磨床为例分析磨床电气操纵线路的构成、原理及其常见故障的修理方法。

图3-13所示为机械加工中应用极为广泛的M7130型平面磨床，其作用是用砂轮磨削加工各种零件的平面。它操作方便，磨削精度和光洁度都比较高，适于磨削周密零件和各种工件，并可作镜面磨削。 一、M7130平面磨床的要紧结构及型号意义

M7130平面磨床是卧轴矩形工作台式，结构如图3-13所示，要紧由床身、工作台、电磁吸盘、砂轮〔又称磨头〕、滑座和立柱等部分组成。其型号意义如下：

M——磨床，7——平面，1——卧轴矩台式，30——工作台的工作面宽为300mm 二、M7130平面磨床的要紧运动形式和操纵要求 1、工作原理

平面磨床的主运动是砂轮的旋转运动。

工作台的纵向往返移动为进给运动，工作台上装有电磁吸盘，用以吸持工件，砂轮箱升降运动为辅助运动。

工作台每完成一次纵向进给时，砂轮自动作一次横向进给，当加工完整个平面后，砂轮由手动作垂直进给。

2、拖动特点

〔1〕主运动为砂轮的旋转运动，单方向运行，不要求调速。

〔2〕进给运动为工作台的左右〔纵向〕运动，砂轮箱的上下运动，主轴的前后〔横向〕运动。

〔3〕工作台往返运动是靠液压运动装置进行的，采纳液压无级调速，运动较平稳换向是通过工作台上的撞块碰撞床身上的液压换向开关实现的。 3、对电气操纵提出的要求

〔1〕砂轮电动机和冷却泵电动机同时起停，单方向运行，直截了当起动，不要制动。

〔2〕液压泵电动机单向运行，直截了当起动，不要求制动。

〔3〕电磁吸盘保证一定的吸力才承诺主轴电动机和液压泵电动机起动。 三、M7130平面磨床的电气操纵 1、主电路分析

QS1为电源开关。主电路中有三台电动机，M1为砂轮电动机，M2为冷却泵电动机，M3为液压泵电动机，其操纵和爱护电器见表3-21。

M1，M2，M3差不多上单方向运行，由KM1，KM2操纵。

要求M1和M2同时启停，在专门情形下，假设不用冷却泵电动机时，能够把它拔掉。

液压泵电动机是单向运行，过载爱护。 2、操纵电路分析

操纵电路采纳交流380V电压供电，由熔断器FU2作短路爱护。

KM1操纵主轴电动机也操纵冷却泵电动机，同时启停。KM2操纵液压泵电动机，单方向运行，启动，停止，自锁。

要使KM1得电，正常时QS2断开，要使KM1和KM2得电，必须KA闭合。KA是电流继电器的一个常开触点，〔电磁吸盘必须要有足够的吸力，才能够启动主轴，欠电流继电器与电磁吸盘串联，吸盘中的吸力与电流成正比。 正常工作时，吸力假如满足要求，欠电流继电器是动作的，这时KA是闭合

的，如此就能够SB1，SB3启动电动机。

假设电流减小，达到欠电流继电器的值，那么KA就复位，M1、M2停止。 QS2开关作为初始调整位置用的。〔磨削停止时，恰巧把工件停在砂轮的磨头下面，这时工件拿不下来，就得调整工作台的位置，现在吸盘可能处于〝去磁〞 位置，开关是断开的，无法工作，因此设置了QS2开关来提供调整位置的电路。〕 3、电磁吸盘的操纵电路

直流电磁吸盘：通过变压器降压后通过二极管〔全波整流〕加在QS2的开关上，在副边加电阻R1和C，R1C作吸取作用，阻容阻容吸取电路。吸取当电磁吸盘的通断引起的负载的波动的能量，防止产生过电压，把二极管击穿。 在直流侧加熔断器作短路爱护，通过二极管全波整流出直流电压，QS2是双刀开关，开关打到〝吸合〞位置，R3吸取作用，当开关频繁地通断，电磁吸盘假设要产生足够地吸力，有专门多线圈绕制，当开关断开，线圈会把其中的能量开释掉，不然就会产生专门高的感应电压，因此当开关断开时，通过电阻来把线圈的能量开释掉。现在，工件放在吸盘上，假设电流足够大，就可把工件吸住，如此就能够启动磨刀，进行磨削加工。

当工件磨好后，现在要把工件从吸盘上取下，这时还在上磁，应把电流减小，就把QS2断开，注意：现在线圈产生的电磁吸力也是铁磁材料，这时会产生专门大的剩磁，假设产生的剩磁比较大，工件还会吸在吸盘上，即使电源断电，也取不下来，通常把开关打在〝退磁〞位置，正好和原先的电流方向相反，反方向加电流。

目的：抵消原先的剩磁，而且抵消电流的大小可调，调R2来操纵去磁电流的大小，使得这时去磁电流正好抵消原先反向的剩磁，使得吸盘上的吸力减小，可取下工件。

但是，关于有些工件，还有一部分剩磁，对其磁化，在插座XS上，插退磁机，是个交流退磁，通过其线圈可把工件上的剩磁去除。 从结构上分为：变压器的降压、整流、电磁吸盘。

从开关的操纵上分：上磁、去磁。

保证开关的通断，感性负载电流的连续加R1C阻容。

R3防止电压过高，R2调剂去磁电流大小。 4、照明电路分析

照明变压器T2将380V的交流电压降为36V的安全电压共给照明电路。 EL为照明灯，一端接地，由开关SA操纵。 熔断器FU3作照明电路的短路爱护。

四、M7130平面磨床常见电气故障分析与检修方法

M7130平面磨床主电路、操纵电路和照明电路的故障，检修方法与车床相似。 现将专门故障作如下分析： 1、电磁吸盘无吸力 2、电磁吸盘吸力不足 3、其他常见故障

课题五 X62W万能铣床电气操纵线路

学习目标：

1、了解X62W万能铣床的差不多结构和要紧形式。 2、熟悉其电气操纵线路的构成及工作原理。 3、把握电气操纵线路的分析方法。

铣床的种类专门多，按照结构形式和加工性能的不同，可分为立式铣床、龙门铣床、仿形铣床和专用铣床等。

万能铣床是一种通用的多用途机床，它能够用圆柱铣刀、原片铣刀、角度铣刀、成型铣刀及端面铣刀等刀具对各种零件进行平面、斜面、螺旋面及成型表面的加工，还能够加装万能铣头、分度头和圆工作台等机床附件来扩大加工范畴。

常用的万能铣床有两种：

一种是X62W型卧式万能铣床，铣头水平方向放置； 另一种是X52K型立式万能铣床，铣头垂直方向放置。

这两种铣床在结构上大体相似，工作台进给方式、主轴变速等一样，电气操纵线路通过系列化以后也差不多一样，差别在于铣头的放置方向不同。 本课题以X62W型卧式万能铣床为例，分析铣床对电气传动的要求、电气操纵线路的构成、工作原理及其安装、调试与修理。 一、 X62W万能铣床的要紧结构及型号意义

X62W型卧式万能铣床要紧由底座、床身、悬梁、主轴、刀杆支架、工作台、回转盘、横溜板和升降台等部分组成。 图3-18所示是其外形及结构。其型号意义如下：

X——铣床，6——卧式，2——2号工作台，W——万能。 二、X62W万能铣床要紧运动形式及操纵要求 1、主运动

X62W万能铣床的主运动是主轴带动铣刀的旋转运动。

铣削加工有顺铣和逆铣两种加工方式，因此要求主轴电动机能正转和反转，但考虑到大多数情形下一批或多批工件只用一个方向铣削，在加工过程中不需要变换主轴旋转的方向，因此用组合开关来操纵主轴电动机的正转和反转。 铣削加工是一种不连续的切削加工方式，为减小振动，主轴上装有惯性轮，但如此会造成主轴停车困难，为此主轴电动机采纳电磁离合制动以实现准确停车。

铣削加工过程中需要主轴调速，采纳改变变速箱的齿轮传动比来实现，主轴电动机不需要调速。 2、进给运动

进给运动是指工件随工作台在前后、左右和上下六个方向上的运动以及随圆形工作台的旋转运动。

铣床的工作台要求有前后、左右和上下六个方向上的进给运动和快速移动，因此要求进给电动机能正反转。为扩大加工能力，在工作台上可加装圆形工作台，圆形工作台的回转运动由进给电动机经传动机构驱动。

为保证机床和刀具的安全，在铣削加工时，任何时刻工件都只能有一个方向的进给运动，因此采纳机械操作作手柄和行程开关相配合的方式实现六个运动方向的联锁。

为防止刀具和机床的损坏，要求只有主轴旋转后，才承诺有进给运动；同时为了减小加工件的表面粗糙度，要求进给停止后，主轴才能停止或同时停止。 进给变速采纳机械方式实现，进给电动机不需要调速。 3、辅助运动

辅助运动包括工作台的快速运动及主轴和进给的变速冲动。

工作台的快速运动是指工作台在前后、左右和上下六个方向之一上的快速移动。它是通过快速移动电磁离合器的吸合，改变机械传动链的传动比实现的。 为保证变速后齿轮能良好齿合，主轴和进给变速后，都要求电动机做瞬时点动，即变速冲动。

三、X62W万能铣床电气操纵线路分析

X62W万能铣床的电路图如图3-19所示，它分为主电路、操纵电路和照明电路三部分。 1、主电路分析

主轴电动机M1——拖动主轴带动铣刀旋转 进给电动机M2——拖动进给运动和快速移动 冷却泵电动机M3——供应冷却液 2、操纵电路分析

〔1〕主轴电动机M1的操纵

主轴电动机M1采纳两地操纵方式，

一组启动按钮SB1和停止按钮SB5安装在工作台上； 另一组启动按钮SB2和停止按钮SB6安装在床身上。

主轴电动机M1的操纵包括启动操纵、制动操纵、换刀操纵和变速冲动操纵。具体见表3-25.

启动操纵——启动主轴电动机M1

—— 选择好主轴的转速和转向，按下启动按钮SB1或SB2，接触器KM1得电吸合并自锁，M1启动运转，同时KM1的辅助常开触头〔9-10〕闭合，为工作台进给电路提供电源。 制动操纵——停车时使主轴迅速停转

——按下停止按钮SB5或SB6，其常闭触头SB5-1或SB6-1〔13区〕断开，接触器KM1线圈断电，KM1的主触头分断，电动机M1断电做惯性运转；常开触头SB5-2或SB6-2〔8区〕闭合，电磁离合器YC1通电，M1制动停转。

换刀操纵——更换铣刀时将主轴制动，以方便换刀

——将转换开关SA1扳向换刀位置，其常开触头SA1-1〔8区〕闭合，电磁离合器YC1得电将主轴制动；同经常闭触头SA1-2〔13区〕断开，切断操纵电路，铣床不能通电运转，确保人身安全。 变速冲动——保证变速后齿轮能良好啮合

——变速时先将变速手柄向下压并向外拉出，转动变速盘选定所需转速后，将手柄推回。现在冲动开关SQ1〔13区〕短时受压，主轴电动机M1点动，手柄推回原位后，SQ1复位，M1断电，变速冲动终止。 〔2〕进给电动机M2的操纵

铣床的工作台要求有前后、左右和上下六个方向上的进给运动和快速移动，同时可在工作台上安装附件圆形工作台，进行对圆弧或凸轮的铣削加工。这些运动都由进给电动机M2拖动。

1〕工作台前后、左右和上下六个方向上的进给运动

工作台的前后和上下进给运动由一个手柄操纵，左右进给运动由另一个手柄操纵。手柄位置与工作台运动方向的关系见表3-26。

下面以工作台的左右移动为例分析工作台的进给。

左右进给操作手柄与行程开关SQ5和SQ6联动，有左、中、右三个位置，其操纵关系见表3-26。当手柄扳向中间位置时，行程开关SQ5和SQ6均未被压合，进给操纵电路处于断开状态；当手柄扳向左〔或右〕位置时，如图3-20所示，手柄压下行程开关SQ5〔或SQ6〕，同时将电动机的传动链和左右进给丝杠相连。操纵过程如下：

手柄压下行程开关SQ5或SQ6，使常闭触头SQ5-2或SQ6-2分断，常开触头SQ5-1或SQ6-1闭合或反转

接触器KM3或KM4得电动作，电动机M2正转

机械机构将电动机M2的传动链与工作台下面的左右进给丝杠相

当工作台向左或向右进

搭合，使电动机M2拖动工作台向左或向右运动

给到极限位置时，当铁碰撞手柄连杆使手柄自动复位到中间位置，行程开关SQ5或SQ6复位，工作台停止进给。

工作台的上下和前后进给由上下和前后进给手柄操纵，其操纵过程与左右进给相似，那个地点不再一一分析。

通过以上分析可见，两个操作手柄被置定于某一个方向后，只能压下四个行程开关SQ3、SQ4、SQ5、SQ6中的一个开关，接通电动机M2正转或反转电路，同时通过机械机构将电动机的传动链与三根丝杠〔左右丝杠、上下丝杠、前后

丝杠〕中的一根〔只能是一根〕丝杠相搭合，拖动工作台沿选定的进给方向运动，而可不能沿其他方向运动。

2〕左右进给与上下前后进给的联锁操纵

在操纵进给的两个手柄中，当其中的一个操作手柄被置定在某一进给方向后，另一个操作手柄必须置于中间位置，否那么将无法实现任何进给运动。这是因为在操纵电路中对两者实行了连锁爱护。如当把左右进给手柄扳向左时，假设又将另一个进给手柄扳倒向下进给方向，那么行程开关SQ5和SQ3均被压下，常闭触头SQ5-2和SQ3-2均分断，断开了接触器KM3和KM4的通路，从而使电动机M2停转，保证了操作安全。 3〕进给变速时的瞬时点动

和主轴变速一样，进给变速时，为使齿轮进入良好的啮合状态，也要进行变速后的瞬时点动。进给变速时，必须先把进给操纵手柄放在中间位置，然后将进给变速盘〔在升降台前面〕向外拉出，选择好速度后，再将变速盘推到里面去。如图3-22所示，在推进的过程中，挡块压下行程开关SQ2，使触头SQ2-2分断，SQ2-1闭合，接触器KM3经10-19-20-15-14-13-17-18路径得电动作，电动机M2启动；但随着变速盘复位，行程开关SQ2跟着复位，使KM3断电开释，M2失电停转。如此使电动机M2瞬时点动一下，齿轮系统产生一次抖动，齿轮便顺利啮合了。 4〕工作台的快速移动操纵

快速移动是通过两个进给操作手柄和快速移动按钮SB3或SB4配合实现的。操纵过程如下：

安装好工件后，选好进给方向，按下快速移动按钮SB3或SB4KM2得电给丝杠分离

接触器

KM2常闭触头分断，电磁离合器YC2失电，将齿轮传动链与进KM2两对常开触头闭合，一对使YC3得电，将M2与进给丝杠

直截了当搭合，另一对使KM3或KM4得电动作，M2得电正转或反转，带动工作台沿选定的方向快速移动5〕圆形工作台的操纵

松开SB3或SB4，KM2失电，快速移动停止。

圆形工作台的工作由转换开关SA2操纵。当需要圆形工作台旋转时，将开关SA2扳倒接通位置，现在： SA2置于接通位置

触头SA2-1断开，触头SA2-3，触头SA2-2闭合

电动

电流经10-13-14-15-20-19-17-18路径，使接触器KM3得电机M2启动，通过一根专用轴带动圆形工作台做旋转运动

当不需要圆形工作台旋转时，转换开关SA2扳倒断开位置，这时触头SA2-1和SA2-3闭合，触头SA2-2断开，工作台在六个方向上正常进给，圆形工作台不能工作。

〔3〕冷却泵及照明电路的操纵

主轴电动机M1和冷却泵电动机M3采纳的是顺序操纵，即只有在主轴电动机M1启动后，冷却泵电动机M3才能启动。冷却泵电动机M3由手动开关QS2操纵。

课题六 20/5t桥式起重机电气操纵线路

学习目标

熟悉20/5t桥式起重机电气操纵线路的构成和工作原理； 把握20/5t桥式起重机电气操纵线路的分析方法。

图3-25所示为生产车间中常用的20/5t桥式起重机，它是一种用来吊起或放下重物并使重物在短距离内水平移动的起重设备，俗称吊车、行车或天车。 起重设备按结构分，有桥式、塔式、门式、旋转式和缆索式等多种，不同结构的起重设备分别应用于不同的场合。生产车间内使用的是桥式起重机，常见的有5t、10t单钩和15/3t、20/5t双钩等，本课题以20/5t双钩桥式起重机为例分析桥式起重机的电气操纵线路。 一、20/5t桥式起重机要紧结构和运动形式

桥式起重机的结构如图3-25所示，要紧由主钩〔20t〕、副钩〔5t〕、大车和小车四部分组成。

大车的轨道敷设在车间两侧的立柱上，大车可在轨道上沿车间纵向移动；大车内装有小车轨道，供小车横向移动；主钩和副钩都装在小车内，主钩用来提升重物，副钩除可提升轻物外，还能够协同主钩完成工件的吊运，但不承诺主、副钩同时提升两个物件。当主、副钩同时工作时，物件的重量不承诺超过主钩的额定起重量。如此，桥式起重机能够在大车能够行走的整个车间范畴内进行起重运输。

20/5t桥式起重机采纳三相交流电源供电，由于起重机工作时经常移动，因此需采纳可移动的电源供电。

二、20/5t桥式起重机对电力拖动的要求

1、桥式起重机的工作环境较恶劣，经常需带负载启动，要求电动机的启动转矩大、启动电流小，且有一定得调速要求，因此多项选择用绕线转子异步电动机拖动，用转子绕组电阻实现调速。

2、要有合理的升降速度，空载、轻载速度要快，重载速度要慢。

3、提升开始和重物下降到预定位置邻近时，需要低速，因此在30%额定速度内应分为几档，以便灵活操作。

4、提升的第一档作为预备级，用来排除传动的间隙和张紧钢丝绳，以幸免过大的机械冲击，因此启动转矩不能太大。

5、为保证人身和设备安全，停车必须采纳安全可靠的制动方式，因此采纳电磁抱闸制动。

6、具有完备的爱护环节：短路、过载、终端及零位爱护。 三、20/5t桥式起重机电气操纵线路分析

20/5t桥式起重机的电路图如图3-26所示。

1、20/5t桥式起重机的电气设备操纵及操纵、爱护装置

20/5t桥式起重机中共有五台绕线转子电动机，其操纵和爱护电器见表3-29。

大车电动机M3、M4，小车电动机M2，副钩升降电动机M1，主钩升降电动机M5

整个起重机的操纵和爱护由交流爱护柜和交流磁力操纵屏来实现。 总电源由隔离开关QS1操纵，由过流继电器KA0实现过流爱护。

为了保证修理人员的安全，在驾驶室舱门盖上装有安全开关SQ7；在横梁两侧栏杆门上分别装有安全开关SQ8、SQ9；在爱护柜上还装有一只单刀单掷的紧急开关QS4。

上述各开关的常开触头与副钩、大车、小车的过电流继电器及总过电流继电器的常闭触头串联，如此，当驾驶舱门或横梁栏杆门开启时，主接触器KM不能获电，起重机的所有电动机都不能启动运行，从而保证了人身安全。 起重机设置了零位联锁爱护，只有当所有的操纵器的手柄都处于零位时，起重机才能启动运行，其目的是为了防止电动机在转子回路电阻被切除的情形下直截了当启动，产生专门大的冲击电流造成事故。 2、主接触器KM的操纵

预备时期：在起重机投入运行前，应将所有凸轮操纵器手柄置于零位，使零

位联锁触头AC1-7、AC2-7、AC3-7〔均在9区〕闭合；合上紧急开关QS4〔10区〕，关好舱门和横梁栏杆门，使行程开关SQ7、SQ8、SQ9的常开触头也处于闭合状态。

启动运行时期：合上电源开关QS1，按下启动按钮SB，主接触器KM得电吸合，KM主触头闭合，使两相电源〔U12、V12〕引入各凸轮操纵器。同时，KM的两副辅助常开触头〔7区和9区〕闭合自锁，主接触器KM的线圈经1-2-3-4-5-6-7-14-18-17-16-17-15-19-20-21-22-23-24至FU1形成通路获电。 3、凸轮操纵器的操纵

20/5t桥式起重机的大车、小车和副钩电动机的容量都较小，一样采纳凸轮操纵器操纵。

由于大车被两台电动机M3和M4同时拖动，因此大车凸轮操纵器AC3比AC1、AC2多了5对常开触头，以供切除电动机M4的转子电阻4R1~4R5用。大车、小车和副钩的操纵过程差不多相同，下面以副钩为例，说明操纵过程。 副钩凸轮操纵器AC1的手轮共有11个位置，中间位置是零位，左、右两边各有5个位置，用来操纵电动机M1在不同转速下的正、反转，即用来操纵副钩的升降。

在主接触器KM得电吸合、总电源接通的情形下，转动凸轮操纵器AC1的手轮至向上位置任一档时，AC1的主触头V13-1W和U13-1U闭合，电动机接通三相电源正转，副钩上升。反之将手轮扳至向下位置的任一档时，AC1的主触头V13-1U和U13-1W闭合，M1反转，带动副钩下降。

当将AC1的手柄扳到〝1〞时，AC1的五对辅助常开触头1R1~1R5均断开，副钩电动机M1的转子回路串入全部电阻启动，M1以最低转速带动副钩运动。依次扳到〝2~5〞档时，五对辅助常开触头1R5~1R1，电动机M1的电阻转速逐步升高，直至达到预定转速。

当断电或将手轮转至〝0〞位时，电动机M1断电，同时电磁抱闸制动器YB1也断电，M1被迅速制动停转。当副钩带有重负载时，考虑到负载的重力作用，在下降负载时，应先把手轮逐级扳到〝下降〞的最后一挡，然后依照速度要求

逐级退回升速，以免引起下降过快造成事故。 4、主令操纵器的操纵

主钩电动机的容量较大，一样采纳主令操纵器配合磁力操纵屏进行操纵，即用主令操纵器操纵接触器，再由接触器操纵电动机。为提高主钩运行的稳固性，在切除转子附加电阻时，采纳三相平稳切除，使三相转子电流平稳。 主钩上升与副钩上升的工作过程有明显的差异，区别仅在于它是通过接触器操纵的。

主钩下降时与副钩的工作过程有明显的差异，主钩下降有6挡位置〝J〞〝1” 〝2〞为制动下降位置，用于重负载低速下降，电动机处于倒拉反接制动运行状态；〝3〞〝4〞〝5〞挡为强力下降位置，要紧用于轻负载快速下降。 先合上电源开关QS1、QS2、QS3，接通主电路和操纵电路电源，将主令操纵器AC4的手柄置于零位，其触头S1闭合，电压继电器KV得电吸合，其常开触头闭合，为主钩电动机M5启动做好预备。手柄处于各挡时的工作情形见表3-30.

制动下降位置〝J〞挡

S3、S6、S7、S8

KM2、KM4、KM5

电动机M5接正序电压产生提升方向的电磁转矩，但由于YB5、YB6线

圈未得电而仍处于制动状态，在制动器和载重的重力作用下，M5不能启动旋转。现在，M5转子电路接入四段电阻，为启动做好预备。 制动下降位置〝1〞挡

S3、S4、S6、S7

KM2、KM3、KM4

电动机M5仍接正序电压，但由于KM3得电动作，YB5、YB6得电松开，

M5能自由旋转；由于KM5断电开释，转子回路接入五段电阻，M5产生的提升转矩减小，现在假设重物产生的负载倒拉矩大于M5的电磁转矩，M5运转在倒拉反接制动状态，低速下放重物。反之，重物反而被提升，现在必须将AC4的手柄迅速扳到下一挡。 制动下降位置〝2〞挡

S3、S4、S6

KM2、KM3

电动机M5仍接正序电压，但S7断开，KM4断电开释，附加电阻全部

串入转子回路，M5产生的电磁转矩减小，重负载的下降速度比〝1”挡时加快。

强力下降位置〝3〞挡KM5

S2、S4、S5、S7、S8 KM1、KM3、KM4、

KM1得电吸合，电动机M5接负序电压，产生下降方向的电磁转矩；

KM4、KM5吸合，转子回路切除两级电阻5R6和5R5；KM3吸合，YB5、YB6的抱闸松开，现在假设负载较轻，M5处于反转电动状态，强力下降重物；假设负载较重，使电动机的转速超过其同步转速，M5将进入再生发电制动状态，限制下降速度。

强力下降位置〝4〞位置KM4、KM5、KM6

S2、S4、S5、S7、S8、S9

KM1、KM3、

KM6得电吸合，转子附加电阻5R4被切除，M5进一步加

速，轻负载下降速度加快、另外，KM6的辅助常开触头闭合，为KM7获电做预备。

强力下降位置〝5〞位置KM4~KM9

S2、S4、S5、S7~S12

KM1、KM3、KM4、

AC4闭合的触头较〝4〞挡又增加了S10、S11、S12，KM7~KM9

依次得电吸合，转子附加电阻5R3、5R2、5R1依次逐级切除，以幸免过大的冲击电流；M5旋转速度逐步增加，最后以最高速度运转，负载以最快速度下降。现在假设负载较重，使实际下降速度超过电动机的同步转速，电动机将进入再生发电制动状态，电磁转矩变成制动力矩，限制负载下降速度的连续增加。 三、20/5t桥式起重机常见电气故障分析

第四单元 变频调速系统

由三相异步电动机的转速公式n(1s)60f1可知，交流异步电动机的三种调p速方法是变频调速、变转差率调速和变极调速。

在第二单元课题七中介绍了变极调速，本单元要紧介绍变频调速。 变频调速是通过改变交流异步电动机的供电频率进行调速的。由于变频调速具有性能良好、调速范畴大、稳固性好、运行效率高等特点，专门是采纳通用变频器对笼型异步电动机进行调速操纵，使用方便，可靠性高，经济效益显著。因此交流电动机变频调速技术的应用差不多扩展到了工业生产的所有领域，同时在空调、电冰箱、洗衣机等家电产品中也得到了广泛应用。

变频器是交流变频调速系统的核心，通过变频器的特点是其通用性，即指能够应用于大多数一般异步电动机的调速操纵。

课题一 通用变频器的基础知识和操纵原理

学习目标

1、了解变频器及其分类；

2、熟知通用变频器的差不多结构、工作原理及要紧功能。

一、变频器及其分类 1、变频器

变频器是一种利用电力半导体器件的通断作用，将工频交流电变换成频率、电压连续可调的交流电的电能操纵装置。 2、变频器的分类

变频器的种类专门多，分类方法也有多种，常见分类方式见表4-1. 1）按其供电电压分：低压变频器、中压变频器、高压变频器； 2）按供电电源的相数分：单相输入变频器、三相输入变频器； 3）俺直流电源的性质分：电流型变频器、电压型变频器；

4）按变换环节分：交-直-交变频器、交-交变频器；

5）按输出电压调制方式分：PAM〔脉幅调制〕操纵变频器、PWM〔脉宽调制〕操纵变频器；

6）按操纵方式分：U/f操纵变频器、转差频率操纵变频器、矢量操纵变频器；

7）按输出功率大小分：小功率变频器、中功率变频器、大功率变频器； 8）按用途分：通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器； 9）按主开关器件分：IGBT变频器、GTO变频器、GTR变频器； 10） 按机壳外形分：塑壳变频器、铁壳变频器、柜式变频器； 11） 按其商标所有权分：国产变频器、台湾变频器、进口变频器。 二、通用变频器的差不多结构

目前，通用变频器的变换环节大多采纳交-直-交变频变压方式。

交-直-交变频器是先把工频交流电通过整流器变成直流电，然后再把直流电逆变成频率、电压连续可调的交流电。 通用变频器要紧由主电路和操纵电路组成。

主电路又包括整流电路、直流中间电路和逆变电路三部分。 差不多结构框图如图4-3所示。 1、变频器的主电路

图4-4所示为通用变频器的主电路，各部分的作用见表4-2. 1〕三相整流桥VD1~VD6：将交流点变换成脉动直流电。

2〕滤波电容器CF：滤平桥式整流后的电压纹波，保持直流电压平稳。 3〕限流电阻RL和开关S：接通电源时，将电容器CF的充电冲击电流限制在承诺的范畴内，以爱护整流桥。而当CF充电到一定程度时，令开关S接通，将RL短路。在有些变频器里，S由晶闸管代替。

4〕电源指示灯HL：HL除了表示电源是否接通外，另一个功能是变频器切断电源后，指示电容器CF上的电荷是否差不多开释完毕。在修理变频器时，必须等HL完全熄灭后才能接触变频器的内部带电部分，以保证安全。

5〕三相逆变桥V1~V6：通过逆变管V1~V6按一定规律轮番导通和截止，将直流电逆变成频率、幅值都可调的三相交流电。

6〕续流二极管VD7~VD12：在换相过程中为电流提供通路。

7〕缓冲电路R01~R06、VD01~VD06、C01~C06：限制过高的电流和电压，爱护逆变管免遭损坏。

8〕制动电阻RB和制动三极管VB：当电动机减速、变频器输出频率下降过快时，消耗因电动机处于再生发电制动状态而回馈到直流电路中的能量，以幸免变频器本身的过电压爱护电路动作而切断变频器的正常输出。 PE——接地；P+、DB——接制动电阻；R、S、T——三相380V； U、V、W——接电动机。 2、变频器的操纵电路

变频器的操纵电路为主电路提供操纵信号，其要紧任务是完成对逆变器开关元件的开关操纵和提供多种爱护功能。 操纵方式有模拟操纵和数字操纵两种。

通用变频器操纵电路的操纵框图如图4-5所示，要紧由主控板、键盘与显示板、电源板与驱动板、外接操纵电路等结构。各部分的功能见表4-3. 三、变频器中常用电力半导体器件

目前，通用变频器逆变电路使用的电力半导体器件要紧有电力晶体管GTR、电力场效应晶体管MOSFET、绝缘栅双极晶体管IGBT、门极可关断晶闸管GTO和智能功率模块IPM等。

下面要紧介绍GTR、IGBT和IPM. 1、电力晶体管GTR

GTR是一种高击穿电压、大容量的晶体管。它具有自关断能力，并具有开关时刻短、饱和压降和安全工作区宽等优点。

目前，通用变频器中普遍使用的是模块型电力晶体管。GTR是一种放大器件，具有三种差不多的工作状态：放大状态、饱和状态和截止状态。在逆变电路中，GTR用作开关器件，工作过程中，总是在饱和状态和截止状态间进行交替，因

此逆变用的GTR的额定功耗通常是专门小的。假如GTR处于放大状态，其功耗将增大达百倍以上，因此，逆变电路中的GTR不承诺在放大状态下停留。 2、绝缘栅双极晶体管IGBT

IGBT是MOSFET和GTR相结合的产物，其主体部分与GTR相同，也有集电极和发射极，但驱动部分却和MOSFET相同，是绝缘栅结构。它是兼有MOSFET高输入阻抗、高速特性和GTR大电流密度特性的混合器件。较高的工作频率、宽而稳固的开关安全区及简单的驱动电路，使IGBT在600V以上的通用变频器中取代了GTR。由IGBT组成的变频器噪声低，其容量差不多覆盖了GTR的功率范畴，而且成本已逐步降低到接近GTR的水平。 3、智能电力模块器件IPM

智能电力模块器件是将大功率开关器件和其驱动电路、爱护电路、检测电路等集成在同一模块内。目前，IPM一样采纳IGBT作为大功率开关器件。IPM的要紧特点如下：

〔1〕内含设定了最正确的IGBT驱动条件的驱动电路。

〔2〕内含完善的爱护功能及相应的报警输出信号，如过流爱护、短路爱护、操纵电源欠电压爱护、过热爱护等。 〔3〕内含制动电路。 〔4〕散热成效良好。 四、变频器的工作原理和功能 1、变频器的工作原理 〔1〕逆变的差不多工作原理

将直流电变换为交流电的过程称为逆变，完成逆变功能的装置叫逆变器，它是变频器的重要组成部分。

电压型逆变器的动作原理可用图4—17所示机械开关的动作来说明。 当开关S1、S2与S3、S4轮番闭合和断开时，在负载上即可得到波形如图4—17b所示的交流电压，完成直流到交流的逆变过程。用具有相同功能的逆变器开关元件取代机械开关，即得到单相逆变电路，电路结构和输出电压波形如

图4-18所示。改变逆变器开关元件的导通与截止时刻，就可改变输出电压的频率，即完成变频。

生产中常用的变频器采纳三相逆变电路，电路结构结构如图4—19a所示。在每个周期中，各逆变器开关元件的工作情形如图4—19b所示，图中阴影部分表示各逆变管的导通时刻。

下面以U、V之间的电压为例，分析逆变电路的输出线电压。

1〕在t1、t2时刻内，V1、V4同时导通，U为〝+〞、V为〝-〞，uUV为〝+〞，且UmUD。

2〕在t3时刻内，V2、V4均截止，uUV0。

3〕在t4、t5时刻内，V2、V3同时导通，U为〝-〞、V为〝+〞，uUV为〝-〞，且UmUD。

4〕在t6时刻内，V1、V3均截止，uUV0。

依照以上分析，可画出U与V之间的电压波形。同理可画出V与W之间、W与U之间的电压波形。如图4-19c所示。从图中看出，三相电压的幅值相等，相位互差120。

可见，只要按照一定得规律来操纵6个逆变器开关元件的导通和截止，就可

把直流电逆变成三相交流电。而逆变后的交流电的频率，那么能够在上述导通规律不变的前提下，通过改变操纵信号的频率来进行调剂。 〔2〕U/f操纵

U/f操纵是在改变变频器输出电压频率的同时改变输出电压的幅值，以坚持电动机磁通差不多恒定，从而在较宽的调速范畴内，使电动机的效率、功率因数不下降。U/f操纵是目前通用变频器中广泛采纳的差不多操纵方式。 三相交流异步电动机在工作过程中，铁心磁通接近饱和状态，使得铁心材料得到充分利用。在变频调速的过程中，当电动机电源的频率变化时，电动机的阻抗将随之变化，从而引起励磁电流的变化，使电动机显现励磁不足或励磁过强的情形。

在励磁不足时，电动机的输出转矩将降低，而励磁过强时，又会使铁心中的磁通处于饱和状态，使电动机中流过专门大的励磁电流，增加电动机的铁耗，降低其效率和功率因数，并易使电动机温升过高。因此在改变频率进行调速时，必须采取措施保持磁通恒定并为额定值。

由异步电动机定子绕组感应电动势的有效值E4.44krf1N1m，得 mE

4.44krf1N1 明显，要使电动机的磁通在整个调速过程中保持不变，只要在改变电源频率

f1的同时改变电动机的感应电动势E，使其满足E/f为常数即可。但在电动机的电源电压与感应电动势近似相等，只要操纵电源U与频率f，使U/f等于常数，即可使电动机的磁通差不多保持不变，采纳这种操纵方式的变频器称为U/f操纵变频器。

由于电动机实际电路中定子阻抗上存在压降，专门是电动机低速运行时，感应电动势较低，定子阻抗上的压降不能忽略，采纳U/f操纵调速系统在工作频率较低时，电动机的输出转矩将下降。为了改善低频时的转矩特性，可采纳补偿电源电压的方法，即低频时适当提升电压U来补偿定子阻抗上的压降，以保证电动机在低速区域运行时仍能得到较大的输出转矩，这种补偿功能称为变频器的转矩提升功能。

综上所述，对电动机供电的变频器一样要求兼有调压和调频功能，通常将这种变频器称为变频变压〔VVVF〕型变频器。 〔3〕脉冲宽度调制〔PWM〕技术

实现变频变压的方法有多种，目前应用较多的是脉冲宽度调制技术，简称PWM技术。PWM技术是指在保持整流得到的直流电压大小不变的条件下，在改变输出频率的同时，通过改变输出脉冲的宽度〔或占空比表示〕，达到改变等效输出电压的一种方法。

PWM的输出电压差不多波形如图4-20所示。在半周期内，输出电压平均值的大小由半周中输出脉冲的总宽度决定。在半周中保持脉冲个数不变而改变脉

冲宽度，可改变半周内输出电压的平均值，从而达到改变输出电压有效值的目的。

PWM输出电压的波形是非正弦波，用于驱动三相异步电动机运行时性能较差。假如使整个半周内脉冲宽度按正弦规律变化，即使脉冲宽度先逐步增大，然后再逐步减小，那么输出电压电压的平均值，从而达到改变输出电压有效值的目的。

PWM输出电压的波形是非正弦波，用于驱动三相异步电动机运行时性能较差。假如使整个半周内脉冲宽度按正弦规律变化，即使脉冲宽度先逐步增大，然后再逐步减小，那么输出电压也会按正弦规律变化。这确实是目前工程实际中应用最多的正弦PWM法，简称SPWM。 〔4〕三相异步电动机变频调速后的机械特性 1〕在基频f1N以下调速

在基频f1N〔一样为电动机的额定频率〕以下调速时，采纳的是U/f恒定操纵方式。现在，电动机的机械特性差不多上是平行下移的，如图4-22所示。由图4-22可看出，在频率较低时最大转矩将减小〔现在定子阻抗上的压降不能忽略，电动机主磁通有较大削弱〕，采纳转矩提升后的特性曲线如图中的虚线所示。由于采纳U/f恒定操纵时电动机主磁通差不多恒定，因此在基频以下调速属于恒转矩调速。 2〕在基频f1N以上调速

在基频以上调速时，频率能够从f1N往上增高，但电压U1却不能超过额定电压U1N，最多只能保持U1=U1N。在基频f1N以上变频调速时，由于电压U1=U1N不变，当频率提高时，同步转速随之提高，最大转矩减小，机械特性上移，如图4-23所示。由于频率提高而电压不变，气隙磁动势必定减弱，导致转矩减小。但由于转速升高了，能够认为输出功率差不多不变。因此在基频以上变频调速属于弱磁恒功率调速。 2、变频器的功能

随着变频器调速技术的进展，变频器专门是高性能通用变频器的功能越来越丰富。下面按用途对通用变频器的要紧功能进行简要介绍。 〔1〕系统所具有的功能 1〕全范畴转矩自动增强功能

由于电动机绕组中阻抗的作用，采纳U/f操纵的变频器在电动机的低速运行区域会显现转矩不足的情形。为提高系统的性能，具有全范畴转矩自动增强功能的变频器的在电动机的加速、减速和正常运行的所有区域中能够依照负载情形自动调剂U/f值，对电动机的输出转矩进行补偿。 2〕防失速功能

变频器的防失速功能包括加速过程的防失速功能、恒速运行过程的防失速功能和减速过程的防失速功能三种。

加速过程和恒速运行过程中的防失速功能的差不多作用是：当电动机由于加速过快或负载过大等缘故显现过电流现象时，变频器将自动降低输出频率，以幸免显现变频器因过电流爱护电路动作而停止工作。

关于电压型变频器，在电动机的减速过程中回馈能量将使变频器的直流中间电路的电压上升，可能会显现过电压爱护电路动作而使变频器停止工作的情形。减速过程的防失速功能的差不多作用是：在过电压爱护电路动作之前暂停降低变频器的输出频率或减小输出频率的降低速率，达到防止失速的目的。 3〕过转矩限定运行功能

这种功能的作用是对机械设备进行爱护并保证运行的连续性。利用该功能能够对电动机的输出转矩极限值进行设定，当电动机的输出转矩达到该设定值时，变频器停止工作并发出报警信号。 4〕运行状态检测显示功能

该功能要紧用于检测变频器的工作状态并及时显示。 5〕自动节能运行功能

该功能的作用是使变频器能自动选择工作参数，使电动机在满足负载转矩要求的情形下以最小电流运行。

6〕自动电压调整功能

当电源电压下降时，使用自动电压调整功能能够坚持电动机的高启动转矩。

7〕通过外部信号对变频器进行启停操纵的功能

变频器通常都具有通过外部信号操纵变频器启停的功能。 〔2〕频率设定功能 1〕给定频率的设定方法

与给定信号对应的变频器的工作频率称为给定频率。 2〕差不多频率fb和最高频率fmax

电动机的额度频率称为变频器的差不多频率。

当频率给定信号为最大时，变频器的给定频率称为最高频率。 3〕上限频率fH和下限频率fL

上限频率与下限频率是调速系统所要求变频器的工作范畴，依照调速系统的工作需要进行设定。 4〕载波频率

采纳PWM技术的变频器的输出电压是一系列脉冲，输出脉冲的频率称为变频器的载波频率。 5〕点动频率

生产机械在调试的过程中，以及每次新的加工过程开始前，常需要点动操纵。变频器可依照生产机械的特点和要求，预先一次性地设定一个点动频率，每次点动时都在该频率下运行，而不必变动差不多设定好的给定频率。 〔3〕升速时刻和降速时刻的设定功能 1〕升速时刻的设定

设定的差不多原那么是：在电动机的启动电流不超过承诺值的提早下，尽可能地缩短升速时刻。 2〕降速时刻的设定

设定降速时刻时考虑的要紧因素是拖动系统的惯性。一样情形下，惯性越大，设定的降速时刻应越长。 〔4〕变频器的爱护功能 1〕过电流爱护功能 2〕过载爱护功能 3〕电压爱护功能

〔5〕变频器U/f操纵方式的选择功能

课题二 通用变频器的选用、安装与调试

学习目标：

熟知通用变频器的要紧参数及其含义，能正确选用、安装与调试通用变频器。 变频器在安装使用前，必须认真阅读产品说明书等有关资料，熟悉各输入、输出端子的名称、作用及接线时必须注意的事项；了解键盘上各键的功能并进行试操作；把握功能预置的方法和步骤。 一、变频器的选用 1、变频器的额定值

包括输入侧的额定值及输出侧的额定值。 〔1〕输入侧的额定值要紧是电压和相数。 〔2〕输出侧的额定值

1〕额定输出电压UN是指变频器输出电压中的最大值。

2〕额定输出电流IN是指变频器能够连续输出的最大交流电流的有效值，是用户选择变频器的要紧依据。

3〕输出容量SN是决定于额定输出电流与额定输出电压的三相视在输出功率。

4〕适用电动机功率PN是指以4极的标准电动机为对象，表示在额定输出电流以内能够驱动的电动机功率。

5〕过载能力是指其输出电流超过额定电流的承诺范畴和时刻。 2、变频器的选择

包括类型的选择、容量的选择和外围设备的选择三方面。 〔1〕变频器类型的选择

依照操纵功能可将通用变频器分为三种类型：一般功能类型U/f操纵变频器、具有转矩操纵功能的高功能型U/f操纵变频器和矢量操纵高性能型变频器。

变频器类型的选择，要依照负载的要求来进行。 〔2〕变频器容量的选择

变频器的容量通常额定输出电流〔A〕、输出容量〔kVA〕、适用电动机功率

〔kW〕表示。

关于标准4极电动机拖动的连续恒定负载，变频器的容量可依照适用电动机的功率选择。关于其他极数的电动机拖动的负载、变动负载断续负载和短时负载，因其额定电流比标准电动机大，不依照适用电动机的功率选择变频器容量。变频器的容量应按运行过程中可能显现的最大工作电流来选择，即

INIMmax 式中 IN——变频器的额定电流，A

IMmax——电动机的最大工作电流，A。 〔3〕变频器外围设备及其选择

外围设备通常是指配件，分为常规配件和专用配件。

断路器和接触器是常规配件；交流电抗器、滤波器、制动电阻、直流电抗器和输出交流电抗器是专用配件。 1〕常用常规配件的选择

电源侧断路器的额定电流可按变频器的额定电流来选用。 2〕专用配件选择

专用配件的选择应以变频器厂家提供的变频器使用手册中的要求为依据，不可盲目选取。 二、变频器的安装

1、变频器对安装环境的要求

变频器属于电力电子装置，为了确保安全、可靠地运行，变频器的安装环境应满足以下要求： 〔1〕环境温度 〔2〕环境湿度 〔3〕安装场所

2、变频器的发热与散热

变频器内部存在着功率损耗，因而工作过程中会导致变频器发热。通常采纳的方法是用冷却风扇将热量吹走，即强迫风冷散热。 3、安装变频器的方法和要求 〔1〕墙挂式安装

由于变频器本身具有较好的外壳，一样情形下承诺直截了当靠墙安装，称为墙挂式安装。 〔2〕柜式安装

当一个柜内装有两台或两台以上变频器时，应尽量并排安装。

假设必须采纳上下排列方式时，那么应在两台变频器间加一隔板，以免下面变频器中出来的热风进入上面变频器内。 4、变频器的接线 〔1〕主电路的接线

R、S、T是变频器的输入端，接电源进线；U、V、W是变频器输出端，与电动机相接。输出端与输入端绝对不承诺接错，否那么会严峻损坏变频器。 假如电动机的转向与生产工艺要求相反，应调换变频器输出相序。 〔2〕操纵电路的接线

由于模拟信号的抗干扰能力较低，因此模拟量操纵线必须使用屏蔽线。 屏蔽层靠近变频器的一端应接操纵电路的公共端〔GND〕，或接在变频器的地端〔E〕或大地，屏蔽层的另一端应悬空。 〔3〕变频器的接地

所有变频器都设有专门的接地端子〝PE〞或〝E〞，使用时应将此端子与大地相接。假如现场不具备接地条件，接地端子〝PE〞或〝E〞能够悬空，但不能与电源中的零线相接，以免引入强干扰。 三、变频器调速系统的调试

变频调速系统的调试工作，并没有规定的步骤，只是一样应遵循〝先外围电路，后变频器〞〝先空载、继轻载、后重载〞的规律。

1、变频器通电前的检查

变频器安装、接线完成后，通电前应进行以下检查：

〔1〕外观、构造检查 〔2〕绝缘电阻的检查 〔3〕电源电压检查 2、变频器的功能预置

变频器和具体的生产机械配置用时，需依照该机械的特性与要求，预先进行一系列的功能设定〔如设定差不多频率、最高频率、升速时刻等〕，这称为预置设定，简称预置。

变频器的三种停车方式：减速停车、自由停车、减速+直流制动停车 3、电动机的空载试验

空载试验的内容是将变频器的输出端接上电动机，但将电动机与负载脱开，进行通电试验，以观看变频器配上电动机后的工作情形，并校准电动机的旋转方向。

4、调速系统的负载试验

将电动机的输出轴通过机械传动装置与负载连接起来，进行试验。 5、测量变频器电路时外表类型的选择

〔1〕输入电压 因变频器使用工频正弦电压，故各类外表均可使用。 〔2〕输出电压 以整流式外表为宜。如选用电磁外表，那么读数偏差较大。注意绝对不能用一样数字电压表。

〔3〕输入和输出电流 均以选用电磁式外表为宜。 〔4〕输入和输出功率 均可选用电动式外表。

课题三 通用变频调速系统的爱护与修理

学习目标

1、熟知变频器日常检查和定期爱护检查的项目及方法，通用变频器常见故

障缘故的分析、处理及修理方法。

2、熟练把握变频器主电路的电阻特性参数测试方法。 一、变频器的日常爱护和检查

尽管新一代变频器的可靠性差不多专门高，但变频器是以半导体元件为核心构成的静止装置，因此仍会因温度、湿度、尘埃、振动等使用环境的阻碍及零部件老化等缘故而发生故障。另外，变频器中使用的滤波电容器、冷却风扇等属于消耗性器件，也需要依照使用情形及时予以更换。可见变频器的日常检查和定期爱护必不可少。假如使用合理、爱护得当，能够延长变频器的使用寿命，并减少因突发故障造成的生产缺失。 1、变频器爱护检查时的本卷须知 2、变频器的日常检查 3、变频器的定期检查及爱护 4、变频器零部件的更换 二、变频器的故障检查

1、通用变频器故障缘故的分析 〔1〕参数设置类故障 〔2〕过电流跳闸的缘故分析

〔3〕过电压、欠电压跳闸的缘故分析 〔4〕电动机不转的缘故分析

2、通用变频器常见故障处理及修理方法