电力拖动控制线路与技能训练教案概要.docx

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电力拖动控制线路与技能训练教案概要

第一单元低压电器

一、低压电器的分类和常用术语。

电力拖动；是指用电动机拖动生产机械的工作机构，使之运转的一种方法。

电力拖动系统由控制设备、电动机、传动机构、工作机构组成。

二、低压熔断器

1、作用：

短路保护

2、符号：

3、分类：

RC1A 系列、RL1A 系列

4、选用：

不频繁启动 IFUN=（1.5~2.5）IMN （IMN 为电机 IN ）

频繁启动 IFUN=（3~3.5）IMN

5、安装要求：

低进高出（下进上出）

三、低压开关

1、用途：

控制作用和保护作用

2、结构：

电磁脱扣器、热脱扣器、欠压脱扣器

3、选用：

断路器电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流应大于负载电路正常工作峰值电流：

I ≥KIST （K=1~7）

四、主令电器

1、按钮

分类：

停止按钮、启动按钮、复合按钮

符号；

原理：

按下：

常闭先断开常开后闭合；松开：

常开先断开常闭后闭合。

型号：

LA10-3H

2、行程开关

结构：

P37

符号：

原理：

撞压：

常闭先断开常开后闭合；分开：

常开先断开常闭后闭合。

五、接触器

1、型号：

CJT1-20

2、结构：

3、符号：

六、继电器

1、作用：

根据输入信号（电量或非电量）的变化，来接通或分断小电流电路（如控

制电路），实现自动控制和保护电力拖动装置的电器。

2、分类：

按输入信号的性质分：

电压继电器、电流继电器、时间继电器、温度继电器、速度

继电器、压力继电器

按工作原理分：

电磁式继电器、电动式继电器、感应式继电器、晶体管式继电器、

热继电器

按输出方式分：

有触点继电器、无触点继电器

3、结构：

任何一种继电器，都主要分为三个部分：

感测机构：

把感测到的电量或非电量传递给中间机构，并将它与预定值（整定值）

相比较

中间机构：

当比较值达到预定值（过量或欠量时），使执行机构动作

执行机构：

执行动作

一、电磁式继电器

1、中间继电器：

具有多组触头，所以当其他电器的触头数或触点容量不够时，可借

助中间继电器作中间转换，来控制多个元件或回路。

2、电流继电器

电流继电器：

反映输入量为电流的继电器。

它的线圈串联在被测电路中，当通过

线圈的电流达到预定值时，其触头动作。

一般电流继电器的线圈的匝数少，导线粗，阻抗小（可降低串入电流继电器线圈

后，对原电路工作状态的影响）。

可分为过电流继电器和欠电流继电器。

（1）过电流继电器

（2）欠电流继电器

3、电压继电器

（1）过电压继电器：

用于对电路或设备的过电压保护。

（2）欠压继电器：

当电压降至某一规定范围时释放的电压继电器。

当继电器的电压

降至接近消失时才释放的电压继电器。

二、时间继电器

利用电磁原理或机械动作原理来实现触头延时闭合或分断的自动控制电器。

分类：

电磁式、电动式、空气阻尼式、晶体管式（空气阻尼式和晶体管式应用比较

多）

三、热继电器

利用流过继电器的电流所产生的热效应而反时限动作（指电器的延时动作时间随通

过电路电流的增加而缩短）的自动保护电器。

作用：

与接触器配合使用，用作电动机的过载保护、断相保护、电流不平衡运行的

保护、其他电气设备发热状态的控制。

1、结构、工作原理

结构的核心是发热元件，包括双金属片和绕在外面的电阻丝。

工作原理：

将热元件串联在主电路中，常闭触头串联在控制电路中，当过载发生，

电流会增加，电阻丝发热增多，温度升高，双金属片弯曲，常用闭触头断开。

定子绕组接成三角形的电动机，必须采用三极带断相保护装置的热继电器，才能实

现断相保护。

2、型号含义

JR36-20 额定电流 20A

36 系列具有断相保护、温度裣、自动与手动复位功能。

3、选用与安装

所保护的电动机的额定电流来确定规格和热元件的电流等级。

安装时热继电器应安装在其他电器的下方，以免受到其他电器发热的影响。

导线的粗细会影响热元件传导到外部热量的多少，所以应注意按规定选择。

四、速度继电器

反映转速和转向的继电器。

输入为旋转速度的快慢。

与接触器配合实现对电动机的反接制动控制。

1、结构与原理

继电器的轴与电机的轴同步旋转，带动转子旋转，产生旋转磁场，定子绕组中有感

应电动势（电流）产生，通电导体在磁场中受力产生转距，定子发生偏转。

2、选用与安装

速度继电器的转轴应与电动机同轴连接，且使两轴的中心线重合。

金属外壳应可靠

接地。

五、压力继电器

根据压力源压力的变化情况决定触头的断开或闭合。

经常用于机械设备的液压或气压控制系统中。

当管路压力超过整定值时，通过缓冲器和橡皮膜顶起顶杆，推动微动开关使其触头

动作。

六、固态继电器

SSR，又叫半导体继电器。

具有相当于电磁继电器的功能，但没有可动部件。

是一种四端组件，即一组输入、一组输出。

第二单元、电动机的基本控制线路

一、三相异步电动机的正传控制线路

当启动按钮松开后，接触器通过自身的辅助敞开出头使其线圈保持的店的作用，叫做自锁。

与启动按钮并联，起自锁作用的辅助常开触头叫做自锁触头。

1、电路图

2、原理

在接触器自锁正转控制线路中，增加一只热继电器 KH，构成了具有过载保护的自锁正转控

制线路。

若电动机在运行过程中，由于过载或其他原因使电流超过额定值，热继电器的串接在主电路

中的热元件因受热发生弯曲，通过传动机构使串接在控制电路中的常闭触头分断，切断控制电路。

接触器 KM 线圈失电，主触头和自锁触头分断，电动机 M 失电停转。

在三相异步电动机控制线路中，熔断器不能起到过载保护的作用（在低压电器控制电路中可

以），是因为三相异步电动机的启动电流远大于额定电流，若用熔断器做过载保护，则在电动机

启动时一定会熔断，所以只能选择额定电流较大的熔断器，用于短路保护。

热继电器的动作时间太长，不能用于短路保护，只能用于过载保护。

二、接触器联锁正反转控制线路

当一个接触器得电动作时，通过其辅助常闭触头使另一个接触器不能得电动作，接触器之间

这种相互制约的作用叫做接触器联锁（或互锁）。

实现作用的辅助常闭触头称为联锁触头（或互

锁触头），联锁用符号“♦”表示。

1、电路图

2、工作原理：

先合上开关 QS。

按下 SB1，KM1 线圈得电，KM1 自锁触头闭合自锁，KM1 主触头闭合，同时

KM1 联锁触头分断对 KM2 联锁，电动机 M 启动连续正转，工作台向左运动，移至限定位置时，挡

铁 1 碰撞位置开关 SQ1，SQ1-1 常闭触头先分断，KM1 线圈失电 KM1 自锁触头分断解除自锁，KM1

主触头分断，KM1 联锁触头恢复闭合解除联锁，电动机 M 失电停转，工作台停止左移，同时 SQ1-

2 后闭合，使 KM2 自锁触头闭合自锁，KM2 主触头闭合，同时 KM2 联锁触头分断对 KM1 联锁，电

动机 M 启动连续反转，工作台右移（SQ1 触头复位），移至限定位置时，挡铁 2 碰撞位置开关

SQ2，SQ2-1 先分断，KM2 线圈失电，KM2 自锁触头分断解除自锁，KM2 主触头分断，KM2 联锁触

头恢复闭合解除联锁，电动机 M 失电停转，工作台停止左移，同时 SQ2-2 后闭合，使 KM1 自锁触

头闭合自锁，KM1 主触头闭合，同时 KM1 联锁触头分断对 KM2 联锁。

电动机 M 启动连续正转，工

作台向左运动，以次循环动作使机床工作台实现自动往返动作。

三、位置控制与自动往返控制线路

1、位置控制线路

利用生产机械运动部件上的挡铁与行程开关碰撞，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搁置或行程的自动控制的方法称为位置控制，又称行程控制或限位控制。

实现这种控制要求所依靠的主要电器是行程开关。

利用生产机械运动部件上的挡铁与行程开关碰撞，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控制的方法称为位置控制，又称行程控制或限位控制。

实现这种控制要求所依靠的主要电器是行程开关

2、自动往返控制线路

四、顺序控制与多地控制线路

一、顺序控制线路

要求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控制方式，叫做电动机的顺序控

制。

1、主电路实现顺序控制

线路的特点是电动机 M2 的主电路接在 KM 主触头的下面。

2、控制电路实现顺序控制

二、多地控制

能在两地或多地控制同一台电动机的控制方式叫做电动机的多地控制。

对三地或多地控制，只要把各地的启动按钮并接、停止按钮串接就可以实现。

五、三相异步电动机的降压启动控制线路

直接起动是一种简单、可靠、经济的起动方法，但电动机起动电流 Ist 为额定电流 IN 的 4~7 倍。

过大的起动电流一方面会造成电网电压显著下降，直接影响在同一电网工作的其他电动机及用电设

备正常运行；另一方面电动机频繁起动会严重发热，加速线圈老化，缩短电动机的寿命。

1、鼠笼异步电动机定子绕组串接电阻降压启动控制线路

电动机启动电阻的短接时间由时间继电器自动控制。

串电阻降压启动控制线路

2.定子串自耦变压器（TM）降压启动控制

（1）自耦变压器降压启动的方法

自耦变压器降压启动是指电动机启动时利用自耦变压器来降低加在电动机定子绕组上的启动电压。

待

电动机启动后，再使电动机与自耦变压器脱离，从而在全压下正常运动。

这种降压启动分为手动控制

和自动控制两种。

接线：

自耦变压器的高压边投入电网，低压边接至电动机，有几个不同电压比的分接头供选择。

特点：

设自耦变压器的变比为 K，原边电压为 U1，副边电压 U2=U1/K，副边电流 I2（即通过电动机定

子绕组的线电流）也按正比减小。

又因为变压器原副边的电流关系 I1=I2/K，可见原边的电流（即电

源供给电动机的启动电流）比直接流过电动机定子绕组的要小，即此时电源供给电动机的启动电流为

直接启动时 1/K2 倍。

由于电压降低为 1/K 倍，所以电动机的转矩也降为 1/K2 倍。

自耦变压器副边有 2～3 组抽头，如二次电压分别为原边电压的 80%、60%、40%。

自耦变压器降压启动优点：

可以按允许的启动电流和所需的启动转矩来选择自耦变压器的不同抽头实

现降压启动，而且不论电动机的定子绕组采用 Y 或 Δ 接法都可以使用。

缺点：

设备体积大，投资较

贵。

（2）自耦变压器降压启动控制线路

自耦变压器降压启动控制线路如下图所示。

定子串自耦变压器降压启动控制线路

（1）星形

三角形（Y-）降压启动的方法

星形—三角形降压启动是指电动机启动时，把定子绕组接成星形（Y），以降低启动电压，限制启动电

流；待电动机启动后，再把定子绕组改接成三角形（△），使电动机全压运行。

只有正常运行时定子绕

组作三角形（△）联接的异步电动机才可采用这种降压启动方法。

电动机启动时，接成星形，加在每相定子绕组上的启动电压只有三角形接法直接启动时的，启动

电流为直接采用三角形接法时的 1/3，启动转矩也只有三角形接法直接启动时的 1/3。

所以这种降压

启动方法，只适用于轻载或空载下启动。

星形—三角形降压启动的最大优点是设备简单，价格低，因

而获得较广泛的应用。

缺点是只用于正常运行时为 Δ 接法的电动机，降压比固定，有时不能满足启

动要求。

（2）星形

三角形（Y-）降压启动控制线路

控制线路及电路组成：

三相异步电动机的 Y—Δ 降压启动控制线路如下图所示，它主要有以下元器件组成：

三相异步电动机的 Y—Δ 降压启动控制线路

①起动按钮 SB2：

手动按钮开关，可控制电动机的起动运行。

②停止按钮 SB1：

手动按钮开关，可控制电动机的停止运行。

③主交流接触器 KM1：

电动机主运行回路用接触器，起动时通过电动机起动电流。

④Y 形连接的交流接触器 KM3：

用于电动机起动时作 Y 形连接的交流接触器，起动结束后停止工作。

⑤Δ 形连接的交流接触器 KM2：

用于电动机起动结束后恢复 Δ 形连接作正常运行的接触器。

⑥时间继电器 KT：

控制 Y—Δ 变换起动的起动过程时间（电动机起动时间），即电动机从起动开始到

额定转速及运行正常后所需的时间。

六、三相异步电动机的制动控制线路

1．机械制动

（1）电磁抱闸断电制动控制电路

（2）电磁抱闸通电制动控制电路

2．电力制动

电动机在切断电源的同时给电动机一

个和实际转向相反的电磁力矩（制动力矩）

使电动迅速停止的方法。

最常用的方法有

：

反接制动和能耗制动。

（1）反接制动。

在电动机切断正常运转电源

的同时改变电动机定子绕组的电源相序，

使之有反转趋势而产生较大的制动力矩的

方法。

反接制动的实质：

使电动机欲反转

而制动，因此当电动机的转速接近零时，

应立即切断反接转制动电源，否则电动机

会反转。

实际控制中采用速度继电器来自动切除

制动电源。

（2）能耗制动。

电动机切断交流电源的同时给定

子绕组的任意二相加一直流电源，以产生静止磁

场，依靠转子的惯性转动切割该静止磁场产生制

动力矩的方法。

八、绕线转子异步电动机的控制线路

绕线式异

步电动机与鼠笼式异步电动机的主要区别是绕线式异步电动机的转子采用三相对称绕组，启动时通常采用转子串电阻

启动，或者是采用频敏变阻器启动。

一、绕线式异步电动机转子串电阻启动

1.方法

启动时，在绕线式异步电动机的转子回路中串入合适的三相对称电阻，如果正确选取电阻器的电阻值，使转子回路的

总电阻值 R2=X20，由前面分析可知，此时 Sm=1，即最大转矩产生在电动机启动瞬间，从而缩短起动时间，达到减小

启动电流增大启动转矩的目的。

随着电动机转速的升高，可变电阻逐级减小。

启动完毕后，可变电阻减小到零，转子

绕组被直接短接，电动机便在额定状态下运行。

类型

电路

If 与 Ia 关

系

特性

受负载

影响

应用

他

励

式

无关

硬

不受负

载影响

适于负载变化不大，转速要求稳定

的场合。

并

励

式

If≈5%Ia

硬

几乎不

受影响

串

励

式

If=Ia

软

影响较

大

空载轻载易飞车

TST 大，过载能力强，适于起重机、

电动机车

复

励

式

Ia= If1+

If2

较软

受负载

影响

适于轻载空载，负载变化大的场合

十、并励直流电动机的基本控制线路

直流电动机的优点：

启动转矩大，调速范广，调速成精度高，能够实现无级平滑调速，可以频繁启动。

直流电动机适用场合：

要求启动转矩大、能实现无级平滑调速的生产机械。

（如：

高精度金属切削机床、扎钢机、造纸机、龙门

刨床、电力机车等）

直流电动机的分类：

依据：

主磁极绕组与电枢绕组接线方式。

一、启动控制线路

启动方法：

电枢回路串电阻启动（并励、他励）

降低电源电启动（并励）

1．手动启动控制线路

设备：

BQ3 直流电动机启动变阻器。

P220：

图 2-85

2．电枢回路串电阻二级启动控制线路

P221，图 2-86

一、正反转控制线路

P224：

图 2-87

二、制动控制线路

P225，图 2-88

十二电动机的控制、保护与选择

一、电动机的控制原则

1．行程控制原则

2．时间控制原则

3．速度控制原则

4．电流控制原则

二、电动机的保护

1．短路保护

2．过载保护

3．欠压保护

4．失压/零压保护

5．过流保护

三、电动机的选择

原则：

1．电动机能够完全满足生产机械特性方面的要求；

2．电动机在工作过程中，其功率被充分利用，即温升达到国家标准规定的数值；

3．电动机的结构形式应适合周围环境条件。

内容：

1．电动机额定功率的选择

功率选得过小，电动机容易过载运行；过大，电动机得不到充分利用，造成电力浪费，并且设备投资大，

运行费用高，很不经济。

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

1）恒定负载下电动机额定功率的选择

PN ≥ PL

2）变化负载下电动机额定功率的选择

PLj= PL1t1+PL2+... ...tn PLntn =

i=1

（2）短期工作制电动机额定功率的选择

标准工作时间：

15min、30 min、60 min、90 min。

PN ≥ PL

（3）周期性断续工作制电动机额定功率的选择

标准负载持续率 FC：

15%、25%、40%、60%。

周期不大于 10min。

FC≤10%时，应按短期工作制选择；FC≥10%时，应按长期工作制选择。

2．电动机额定电压的选择

3．电动机额定转速的选择

4．电动机种类的选择

5．电动机形式的选择

十三电气控制线路设计基础

一、设计电气控制线路的基本原则

1．应最大限度地满足机械设备对电气控制线路的控制要求和保护要求；（工艺）

2．在满足生产工艺要求的前提下，应力求使控制线路的简单、经济、合理；（简单经济）

3．保证控制的可靠性和安全性；（可靠安全）

4．操作和维修方便。

（方便性）

二、设计电气控制线路举例

1．选择基本控制线路

2．修改完善线路

3．校核完成线路

三、设计电气控制线路应注意的问题

1．尽量缩减电器的数量，采用标准件和尽可能选用相同型号的电器；

2．尽量缩短连接导线的数量和长度；

3．正确连接电器的线圈；

4．正确连接电器的触头

5．在满足控制要求的情况下，应尽量减少电器通电的数量；

6．应尽量避免采用许多电器依次动作才能接通另一个电器的控制线路；

7．在控制线路中应避免出现寄生回路；

8．保证控制线路工作可靠和安全；

9．线路应具有必要的保护环节。

第三单元常用生产机械的电气控制线路及其安装、调试与维修

课题一、工业机械电气设备维修的一般要求和方法

一、工业机械电气设备维修的一般要求

1．采取的维修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．电气设备的各种保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，控制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，无破损和炭化现象；

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、复位机构都有必须灵活可靠；

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、工业机械电气设备维修的一般方法

1．电气设备的日常维护保养

电气设备的日常维护保养包括电动机和控制设备的日常维护保养。

1）控制设备的日常维护保养（内容：

P258，1-9）

2）电气设备的维护保养周期

维护保养周期应根据电气设备的构造、使用情况及环境条件等来确定。

一级保养：

一季度左右；

二级保养：

一年左右。

2．电气故障检修的一般步骤和方法

1）电气故障检修的一般步骤

（1）检修前的故障调查

（2）确定故障范围

（3）查找故障点

（4）排除故障

（5）通电试车

2）查找故障点的常用方法

检修过程的重点是判断故障范围和确定故障点。

其方法有电压测量法、电阻测量法和短接法。

前

两种第二单元已介绍，下面介绍短接法。

（1）局部短接法

（2）长短接法

课题二、 CA6140 车床电气控制线路

一、CA6140 车床的主要结构及型号意义

1．功能：

车床能够车削外圆、内圆、端面、螺纹、切断及割槽等，并可以装上钻头或铰刀进行钻孔和铰孔

等加工。

2．结构：

CA6140 型卧式车床主要由床身、主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、卡盘、尾架、丝杠和光杠等

部分组成。

3．型号

C 表示车床，A 表示第一次重大改进，6 表示落地及普通车床，1 表示普通车床，40 是机床主参数，回转

直径为 400 毫米。

附：

车床第一位数字的含义，0 表示仪表车床，1 表示单轴自动车床，2 表示多轴自动半自动车床，3 表示

六角车床，4 表示曲轴及凸轮轴车床，5 表示立式车床，6 表示落地及普通车床，7 表示多刀及仿形车床，

8 表示轮、轴、锭、辊及铲齿车床，9 表示其他车床。

落地及普通车床中第二位数字的含义：

0 为落地车床，1 为普通车床，2 为马鞍车床，3 为无丝杠车床，4

为卡盘车床，5 为球面车床。

二、CA6140 车床的主要运动形式及控制要求

1．主运动

运动形式：

主轴通过卡盘或顶尖带动工件的旋转运动。

控制要求：

三相笼型异步电动机，机械有级调速，要求主轴正反转，一般由机械方法实现，主男同志电动

机只作单向运转，可直接启动。

2．进给运动

运动形式：

刀架带动刀具的直线运动。

控制要求：

由主轴电动机拖动，通过挂轮箱传递给进给箱来实现刀具的纵向和横向进给。

3．辅助运动

刀架的快速移动：

由刀架快速移动电动机拖动，可直接启动，单向运转

尾架的纵向移动：

由手动操作控制。

工件的夹紧与放松：

由手动操作控制。

加工过程的冷却：

与主轴电动机实现顺序启动，停止不要求。

三、CA6140 车床电气控制线路分析

1．绘制和识读机床电路图的基本知识

（1）电路图按电路功能分成若干个单元

（2）在电路图下部（或上部）划分若干图区

（3）线圈下面用三条或两条竖线分开：

左中右（主触头、辅助常开，辅助常闭），数字表示所

在图区。

（4）触头下面的数字表示其线圈所在图区。

2．主电路分析

主轴电动机 M1：

主轴旋转及刀架进给，KM1，KH1，QF

冷却泵电动机 M2：

供给冷嘲热讽却液，KA1，KH2，FU1

快速移动电动机 M3：

刀架快速移动，KA2，FU1

3．控制电路分析

TC：

变压器，AC380V 变成 24V（照明），6V（信号），110V（控制）

开门断电 QF：

SB：

钥匙开关，SQ2 门控开关，QF 为跳闸线圈三者组成开门断电保护。

主轴电动机 KM：

启动：

SB2，停止：

SB1；

刀架快速移动 KA2：

SB3（进给操作手柄顶端）为点动控制。

冷却泵控制 KA1：

SB4 旋转开关

4．照明与信号电路分析

照明：

EL，开关 SA

信号：

四、CA6140 车床常见电气故障分析与检修方法

对线路讲解

课题二、 CA6140 车床电气控制线路

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