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1、教学目标知识目标：了解电路中常用的低压控制电器的结构、工作原理；了解三相异步电动机的结构、工作原理，掌握有关三相异步电动机的简单计算；了解三相异步电动机复杂继电控制的方法。能力目标：掌握识别常用低压控制电器型号的方法；掌握常用低压控制电器的检修方法；掌握电气图纸的识读；掌握三相异步电动机的点动控制方法；掌握三相异步电动机的直接起停控制方法；掌握三相异步电动机正反转控制的方法。素质目标：沟通、协作能力；观察、信息收集能力；分析总结能力。良好的职业道德和严谨的工作作风教学重点常用低压控制电器的检修方法，三相异步电动机的电路连接教学难点三相异步电动机的直接起停控制方法及正反转控制方法教学手段理实一体
2、实物讲解小组讨论、协作教学学时14教 学 内 容 与 教 学 过 程 设 计注 释项目七 低压电器及三相异步电动机的控制任务一 常用低压控制电器的故障分析与检修任务目标了解电路中常用的低压控制电器的结构、工作原理；掌握识别常用低压控制电器型号的方法；掌握常用低压控制电器的检修方法。知识链接一、主令电器（一）按钮1.按钮的外形、结构及符号按钮一般有按钮帽、复位弹簧、动触点、静触点和外壳等组成。按钮根据触点结构的不同，可分为常开按钮、常闭按钮和复合按钮等几种。2.按钮的工作原理当按下按钮时，动触点与上面的静触点分开（称常闭触点断开），而与下面的静触点接通（称常开触点闭合）。当松开按钮时，按钮复位，
3、在弹簧的作用下动触点恢复原位，即常开触点恢复断开，常闭触点恢复闭合。3.按钮型号含义（1）按钮型号含义如下所示。（2）按钮颜色代表的意义。4.按钮的选择与使用（1）根据使用场合，选择按钮的型号和形式。（2）按工作状态指示和工作情况的要求，选择按钮和指示灯的颜色。（3）按控制回路的需要，确定按钮的触点形式和触点的组数。（4）按钮用于高温场合时，易使塑料变形老化而松动，引起接线螺钉间相碰短路，可在接线螺钉处加套绝缘塑料管来防止短路。（5）带指示灯的按钮因灯泡发热，长期使用易使塑料灯罩变形，应降低灯泡电压，延长使用寿命。5.按钮的常见故障及修理方法按钮的常见故障及修理方法见表7-2。（二）行程开关1
4、.行程开关的工作原理撞块式和滚轮式行程开关的工作原理相同。撞块式行程开关撞块要由运动机械来撞压。撞块在常态时（未受压时），其常闭触点闭合，常开触点断开。撞块受压时，常闭触点先断开，常开触点后闭合。撞块被释放时，常开和常闭触点均复位。2.行程开关型号含义3.行程开关的选择与使用（1）根据控制回路的电压和电流选择采用何种系统的行程开关。（2）根据机械与行程开关的传力与位移关系选择合适的头部结构形式。（3）行程开关安装时位置要准确，否则不能达到位置控制和限位的目的。（4）应定期检查行程开关，以免触头接触不良而达不到行程和限位控制的目的。4.行程开关的常见故障及修理方法行程开关的常见故障及修理方法见表
5、7-3。（三）万能转换开关常用的万能转换有LW5和LW6两个系列。万能转换开关由很多层触点底座叠装而成，每层底座内装有1对(或3对)触点和1个装在转轴上的凸轮，操作时手柄带动转轴和凸轮一起旋转，凸轮推动触点，从而达到换接电路的目的。二、接触器1.交流接触器1）交流接触器结构及符号（1）电磁机构。电磁机构包括线圈和铁心(静铁心和动铁心)两部分。（2）触点系统。所谓触点的常开和常闭，是指电磁系统未通电动作前触点的原始状态。常开和常闭触点是由衔铁通过杠杆连同动作的。当电磁线圈通电时，常闭触点首先断开，继而常开触点闭合；电磁线圈断电时，常开触点首先恢复断开，继而常闭触点恢复闭合。两种触点在改变工作状态
6、时，先后有个时间差，尽管这个时间差很短，但对分析电路的控制原理是很重要的。2）接触器的工作原理2.直流接触器直流接触器主要用于远距离接通和分断额定电压440 V、额定电流600 A以下的直流电路或频繁地操作和控制直流电动机的一种控制电器。直流接触器主要由电磁机构和触点系统组成。3.接触器的选择与使用（1）选择接触器类型。（2）选择接触器主触点的额定电压。（3）选择接触器主触点的额定电流。（4）选择接触器吸引线圈的电压。（5）选择接触器的触点数量及触点类型。（6）接触器的安装多为垂直安装，其倾斜角不得超过5，否则会影响接触器的动作特性；安装有散热孔的接触器时，应将散热孔放在上下位置，以降低线圈的
7、温升。（7）接触器安装与接线时应将螺钉拧紧，以防振动松脱。（8）接线器的触头应定期清理，若触头表面有电弧灼伤时，应及时修复。4.接触器的常见故障及修理方法接触器的常见故障及修理方法见表7-4。三、继电器 1.中间继电器中间继电器的主要用途有两个：一是当电压或电流继电器触点容量不够时，可借助中间继电器来控制，用中间继电器作为执行元件，这时中间继电器可被看成是一级放大器；二是当其他继电器或接触器触点数量不够时，可利用中间继电器来切换多条电路。2.电流继电器根据电流值的大小而动作的继电器称为电流继电器。根据实际应用的要求，电流继电器可分为过电流继电器和欠电流继电器。图7-12所示为电磁式通用继电器的
8、典型结构示意图，在这种继电器的磁系统上装设不同的线圈，便可制成过电流、欠电流、过电压、欠电压等继电器。（1） 过电流继电器在正常工作时（2） 欠电流继电器是当通过线圈的电流降低到某一整定值时（3） 型号及含义。图7-12 电磁式继电器构造3.电压继电器根据电压大小而动作的继电器称为电压继电器。电压继电器的线圈并联在被测量的电路中，此时，继电器所反映的是电路中电压的变化，电压继电器的电磁机构及工作原理与接触器类似。4.热继电器热继电器是利用电流的热效应来推动动作机构，使触点系统闭合或分断的保护电器，主要用于电动机的过载保护、断相保护、电流不平衡运行的保护及其他电气设备发热状态的控制。热继电器的形
9、式有许多种，其中以双金属片式用得最多。1）两相结构的热继电器2）三相结构的热继电器3）热继电器的选用（1）热继电器的类型选择。（2）根据电动机的额定电流选择热继电器的规格。（3）根据需要的整定电流值选择热元件的电流等级。4）热继电器的型号及含义5）热继电器的常见故障及修理方法热继电器的常见故障及修理方法见表7-5。5.时间继电器1）空气阻尼式时间继电器JS7-A系列时间继电器主要由以下几部分组成。（1）电磁机构。电磁机构由线圈、铁心和衔铁组成。（2）触点系统。触点系统由两对瞬动触点(一常开一常闭)和两对延时触点(一常开一常闭)组成。瞬动触点和延时触点分别是两个微动开关。（3）气室。气室为一空腔
10、，内装一成型橡皮薄膜，随空气的增减而移动，气室顶部的调节螺钉可调节延时时间。（4）传动机构。传动机构由推板、活塞杆、杠杆及各种类型的弹簧等组成。（5）基座。基座由金属钢板制成，用以固定电磁机构和气室。2）晶体管式时间继电器具有机械结构简单、延时范围广、精度高、返回时间短、消耗功率小、耐冲击、调节方便和寿命长等优点。3）选用时间继电器的注意事项（1）根据系统的延时范围和精度选择时间继电器的类型和系列。（2）根据控制线路的要求选择时间继电器的延时方式(通电延时或断电延时)。（3）根据控制线路电压选择时间继电器吸引线圈的电压。4）时间继电器的常见故障及修理方法以气囊式时间继电器为例，其常见故障及修理
11、方法见表7-6。6.速度继电器1）速度继电器的结构及工作原理2）型号及含义任务二 三相异步电动机点动控制电路的连接任务目标了解三相异步电动机的结构、工作原理，了解掌握有关三相异步电动机的简单计算；掌握电气图纸的识读；掌握三相异步电动机的点动控制方法。知识链接一、三相交流异步电动机的结构1.定子1）定子铁心定子铁心是电机磁路的部分，由于异步电动机中的磁场是旋转的，定子铁心中的磁通为交变磁通。为了减小磁场在铁心中引起的涡流及磁滞损耗，定子铁心由导磁性能较好的0.350.5 mm厚、表面具有绝缘层(涂绝缘漆或硅钢片表面具有氧化膜绝缘层)的硅钢片叠压而成。定子铁心叠片内圆冲有均匀分布的一定形状的槽，用
12、以嵌放定子绕组。2）定子绕组定子绕组是电机的电路部分，由许多线圈按一定的规律连接而成。小型异步电动机的定子绕组由高强度漆包圆铜线或铝线绕制而成；大、中型异步电机的定子绕组用截面较大的扁铜线绕制成型，再包上绝缘。2.机座机座是电动机的外壳，用以固定和支撑定子铁心及端盖，机座应具有足够的强度和刚度，同时还应满足通风散热的需要。3.转子1)转子铁心2)转子绕组转子绕组根据结构不同分为笼型和绕线型两种。二、三相交流异步电动机的工作原理（一）旋转磁场的产生1.定子的旋转磁场2.旋转磁场的转速旋转磁场的转速n0取决于电源频率和电动机的磁极对数p。旋转磁场的转速亦称同步转速。3.旋转磁场的方向图7-36 旋
13、转磁场的反向旋转旋转磁场的旋转方向与三相电源的相序一致。要使旋转磁场反转，只要改变电源的相序，即只要把接到三相绕组始端上的任意两根电源线对调，就可以实现旋转磁场的反转。改变异步电动机的转向，就是根据这一原理来实现的。4.旋转磁场的特点(1)在对称的三相绕组中，通入三相电流，可以产生在空间旋转的合成磁场。(2)磁场的旋转方向与电流的相序一致。 (3)旋转磁场的转速(即同步转速)与电流频率有关，改变电流的频率可以改变旋转磁场的转速（变频调速利用的就是这个原理）。（二）三相异步电动机的转动原理图7-37 异步电动机的转动原理三、三相交流异步电动机的电磁转矩和机械特性（一）异步电动机电磁转矩1.电磁转
14、矩电磁转矩是指电动机由于电磁感应作用，从转子转轴上输出的作用力矩。它是衡量三相异步电动机带负载能力的一个重要指标。2.异步电动机的转矩特性图7-38 异步电动机的转矩特性曲线（二）异步电动机的机械特性1.机械特性 为了更直接地表示电磁转矩T和转速n之间的关系，可根据转速n与转差率s的关系，将曲线T=f(s)变换为n=f(s)曲线，这种曲线称为异步电动机的机械特性，如图7-39所示。图7-39 异步电动机机械特性曲线2.额定转矩和过载能力当异步电动机在额定状态下运行时，从其转轴上以转矩的形式输出动力，此时的转矩为额定转矩。从物理学受力平衡的角度出发，电机在匀速运行时，电机的电磁转矩必与电机的负载
15、阻力转矩相平衡，经过推导，可以得出异步电动机额定转矩为TN9 550（PN/nN）四、三相异步电动机的铭牌和技术数据1.型号2.额定功率额定功率指电动机在额定工作状态下运行时转轴上所能输出的机械功率，单位为瓦（W）或千瓦（kW）。3.额定电压额定电压指电动机在额定工作状态下运行时定子绕组规定使用的线电压，单位为伏（V）或千伏（kV）。按我国国家标准规定，电动机的电压等级分为220 V、380 V、3 kV、6 kV和10 kV五级。4.接法接法指电动机三相定子绕组的连接方式，一般有三角形和星形两种。5.额定电流额定电流指电动机在额定工作状态下运行时电源输入电动机绕组的线电流，单位为安（A）。若
16、铭牌上标有两个电流值，则表示定子绕组在两种不同接法时的输入线电流。6.频率频率指输入电动机的交流电频率，单位是Hz。国际上有50 Hz和60 Hz两种标准的频率，我国采用50 Hz频率的交流电。7.功率因数功率因数指电动机在额定状态下运行时电源输入电动机的有功功率与视在功率的比值。电动机空载运行时功率因数很低，约为0.2。满载运行时，功率因数较高，一般为0.750.92。8.效率效率指电动机在额定状态下运行时电动机轴上输出的机械功率与电源输入的电功率的比值。9.转速电动机在额定状态下运行时的转速，以每分钟的转数表示（r/min）。10.温升与绝缘等级温升与绝缘等级都是用来表示电动机的允许发热限
17、度的值极限工作温度的数值。一般铭牌上只要标出一种即可。11.定额(1)连续定额(S1)。这类电动机可按其铭牌规定的数据长期连续运行而不会超过容许的温升限度。(2)短时定额(S2)。这类电动机只能在规定的时间内短期运行(由冷却开始运行)，才能保证不超过温度限度。我国规定的短时运行时间有15 min、30 min、60 min及90 min四种。(3)断续定额(S3)。这类电动机运行一段时间后需停止一段时间，因而周而复始地按一定的周期重复运行。负载运行时间与整个周期之比称为负载持续率(或暂载率)。我国规定的负载持续率分为15、25、40及60四种，而每一周期为10 min。12.防护等级防护等级指
18、电动机外壳防护型式的分级，具体情况可查阅有关电工手册。13.LW铭牌所标“LW 82分贝”为电动机的总噪声等级。对于绕线转子异步电动机，还需要标出转子额定电压和转子额定电流等参数。五、三相异步电动机的起动和调速（一）三相异步电动机的起动例如，一台90 kW的电动机，其额定电流为164 A，若Ist/IN=6，则起动电流可达984 A。这样大的起动电流产生的不良影响如下。（1）使线路电压降增大，致使负载端的电压降低。使电动机本身的起动转矩随端电压的降低而减小，甚至不能起动，而且还会影响同一线路上其他负载的正常运行。（2）使电动机绕组铜损增大，发热增加。起动过程越长，次数越频繁，发热就越严重。这将
19、加速电动机中绝缘材料的老化，缩短使用寿命。（二）三相笼型异步电动机的起动1.全压起动电动机全压起动的优点是起动设备简单，运行可靠，成本低廉，起动时间短，这也是小型异步电动机常用的起动方式；缺点是对电动机和电网有一定的电流冲击。起动电路如图7-44所示。图7-44 简单全压起动电路图2.降压起动降压起动是利用起动设备使加到电动机定子绕组上的电压降低，让电动机在低电压下起动，等到电动机达到稳定转速后，再使电动机定子绕组上的电压恢复到额定电压，使之正常运行。这种方法可以降低电动机的起动电流，从而减小起动电流引起的不良影响。降压起动一般有下列四种具体方法。（1） 串电阻(或电抗器)降压起动。采用这种降
20、压起动方法，设备较简单，虽能达到降压起动的目的，但起动转矩随电压平方成正比例下降，并且起动时，电阻上要消耗较多的电能。（2） 星形-三角形(Y-)减压起动。星形三角形起动方法的优点是设备简单、价格低。一般做成自动切换，应用极为广泛。（3） 自耦变压器(补偿器)降压起动。自耦补偿起动的优点是自耦变压器的不同抽头可供不同负载起动时选择，适用Y形或形接法的电动机；缺点是体积大、价格高、质量重。（4） 延边三角形起动。这种起动方法的起动电流比星形三角形起动电流要大，当然起动转矩也随之增大。如果改变每相两段绕组（如1到7与7到4之间）的匝数比，可以得到不同的起动电流和起动转矩，但用延边三角形起动的笼型异
21、步电动机定子绕组的抽头多，限制了它的使用。（三）三相绕线转子异步电动机的起动1.转子串接电阻起动电动机刚开始起动时，变阻器的电阻全部串入转子回路，起动后，转速逐渐上升，切除一部分电阻，使电动机转子加速；随着转速的升高，又切除一部分电阻；随着转速的再升高，电阻全部切除。电动机转速继续上升，最后在额定转速状态下稳定运行，起动过程结束。2.转子串接频敏变阻器起动起动开始时，电动机转速很低，转子电流频率很高，频敏变阻器的损耗较大，即损耗电阻值较大，限制了起动电流，增大了起动转矩。随着转速的上升，转子电流频率不断下降，频敏变阻器的损耗等效电阻值随着平滑下降，使电动机平滑起动。起动结束，应将滑环短接切除频
22、敏变阻器。（四）三相异步电动机的调速1.变极调速能够改变磁极对数的电动机称为多速电动机。这种电动机的定子有多套绕组或绕组有多个抽头引至电动机的接线盒，通过在外部改变绕组接线的方法来改变电动机的极对数。多速电机可以做到二速、三速、四速等。变极调速的优点是所需设备简单；缺点是电动机绕组引出头多，调速只能有极调节，极数少。2.变频调速变频调速是目前生产过程中使用最广泛的一种调速方式。主要是通过由晶闸管整流器和晶闸管逆变器组成的变频器，把频率为50 Hz工频的三相交流电源变换成为频率和电压均可调节的三相交流电源，然后供给三相笼型异步电动机，从而使电动机的速度得到调节。变频调速属于无极调速，具有机械特性
23、曲线较硬的特点。3.改变转差率调速（五）三相异步电动机的反转三相异步电动机的转动方向是由旋转磁场的方向决定的，而旋转磁场的转向取决于定子绕组中通入三相交流电的相序。因此，要改变三相异步电动机的转动方向非常容易，只要将电动机三相供电电源中的任意两相对调，这时接到电动机定子绕组的电流相序被改变，旋转磁场的方向也被改变，电动机就实现了反转。（六）三相异步电动机的制动1.机械制动电动机与电源断开之后，由于转子有惯性，要经过一段时间后才会停车。利用机械装置使电动机断开电源后迅速停转的方法称为机械制动。机械制动通常利用电磁抱闸制动器来实现。电动机启动时，电磁抱闸线圈同时通电，电磁铁吸合，使抱闸打开；电动机
24、断电时，抱闸线圈同时断电，电磁铁释放，在弹簧作用下，抱闸把电动机转子紧紧抱住，实现制动。2.电气制动1)反接制动反接制动是改变正在转动的电动机定子绕组中任意两相与电源接线的相序，使旋转磁场的转向与原来相反，从而使转子受到反力矩作用，转速很快下降到零。当电动机转速接近零时，立即切断电源，以免电动机反转。反接制动线路如图7-53所示。图7-53 反接制动路线2)能耗制动能耗制动控制线路如图7-54所示，假定电动机是顺时针旋转，拉开开关S1，电动机脱离三相电源，但由于惯性的作用，转子仍沿着顺时针方向继续转动。立即合上开关S2，直流电源通过电阻R加在定子W相、V相绕组上，通入的直流电流大小应为(1.5
25、2)IN，直流电流在定子绕组W相、V相流过，会产生一个固定的磁场，如图755所示。惯性运动的转子导体切割固定磁场的磁通，产生感应电动势及电流(用右手定则判别)，这个电流又与固定磁场作用产生电磁力矩，其方向与转子转动方向相反(用左手定则判别)，使转子较快地停止转动。实质是将电动机转为发电机状态，产生与转速反向的转动力矩。图7-54 能耗制动控制线路3）再生制动(发电制动)在电动机工作过程中，由于外来因素的影响，使电动机转速n超过旋转磁场的同步转速n0(一般指势能负荷，如起重机在下放重物时)，电动机进入发电机状态，此时电磁转矩的方向与转子的旋转方向相反，变为制动转矩，电机将机械能转变成电能向电网反
26、馈，故又称为再生制动或回馈制动。任务三 三相异步电动机直接起停控制线路的连接任务目标了解三相异步电动机复杂继电控制的方法，掌握三相异步电动机的直接起停控制方法。知识连接一、三相异步电动机接触器自锁正转控制三相异步电动机接触器自锁正转控制又称为三相异步电动机的长动控制。在要求电动机启动后能连续运转时，可采用如图7-58所示的接触器自锁正转控制线路。图7-58 接触器自锁正转控制线路二、带有保护功能的接触器自锁正转控制1.欠压保护“欠压”是指线路电压低于电动机应加的额定电压。“欠压保护”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，是避免电动机在欠压下运行的一种保护措施。采用接触器自锁
27、控制线路就可避免电动机欠压运行。2.失压(或零压)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的一种保护措施。3.过载保护过载保护是指当电动机出现过载时能自动切断电动机电源，使电动机停转的一种保护措施。常用的过载保护是由热继电器来实现的。具有过载保护的自锁正转控制线路与接触器自锁正转控制线路的区别是增加了一个热继电器FR，其发热元件串接在三相主电路中，常闭触头串接在控制电路中。任务四 三相异步电动机正反转控制电路的连接任务目标掌握三相异步电动机正反转控制的方法。知识连接一、接触器联锁的正反转控制电路图7-61 接
28、触器联锁的正反转控制线路二、按钮联锁正反转控制电路按钮联锁正反转控制电路的优点是操作方便；缺点是易产生故障，如正转时接触器主触头发生故障，分断不开时，若按反转按钮换向，会产生短路故障。因此仅用按钮联锁还是不太安全可靠。三、接触器与按钮复合联锁正反转控制电路由于按钮联锁不可靠，综合上述两种联锁控制的优点，将其联锁相串联，既可以防止不安全问题，又能操作方便，是目前应用最广的控制方式之一，如图7-63所示。图7-63 双重联锁的正反转控制线路明确任务。说一说你见过的按钮。根据表格内容，熟悉按钮常见故障及修理方法。教师讲解如何选用行程开关。教师讲解接触器的选择与使用。集合实物讲解不同类型的继电器。根据表格内容，了解热继电器常用故障及修理方法。以常用的JS7-A系列时间继电器为例，讲解空气阻尼式时间继电器。以JYl型速度继电器为例，讲解结构及工作原理。教师讲解三相交流异步电动机的工作原理。结合例7-2讲解。请学生说一说电动机铭牌上各参数的含义。教师讲解三相异步电动机的起动和调速。学生思考什么场合应用了三相异步电动机的反转。讨论分析各种制动的优缺点。结合线路图讲解三相异步电动机接触器自锁正转控制。讨论分析各种电路的优缺点。11第 页