项目2　三相交流异步电动机的启动控制

常用的三相交流异步电动机的启动方式有两种，直接启动和降压启动，因此本项目分为两个任务来介绍。

任务1　三相交流异步电动机的直接启动

任务目标

1.了解常用低压电器的识别、选择及安装。

2.掌握电动机电路配线的工艺要求、导线要求及接线方法。

3.了解正确分析三相异步电动机启动控制电路的方法。

4.能够完成三相异步电动机启动控制电路的安装与调试。

任务描述

任何生产机械（设备）都有两种状态：工作和不工作。目前，生产机械（设备）广泛采用电力拖动。要想使其工作，需要启动电动机；要想使其不工作，需要使电动机停车。为此，我们以CA6140为例介绍三相交流电动机的启动控制。

任务分析

电动机的类型选择主要根据工作机械的载荷特性，有无冲击、过载情况，调速范围，启动、制动的频繁程度以及电网供电状况等。

对恒转矩负载特性的机械，应选用机械特性为硬特性的电动机；对恒功率负载特性的机械，应选用变速直流电动机或带机械变速的交流异步电动机。

由于直流电动机需要直流电源，结构复杂，价格较高，因此当交流电动机能满足工作机械要求时，一般不采用直流电动机。现场一般采用三相交流电源，如无特殊要求均应采用三相交流电动机。其中，以三相交流异步电动机应用最多。所以本书选用的电动机均为三相交流异步电动机。

三相笼型异步电动机因具有结构简单、价格便宜、坚固耐用等优点而获得广泛的应用。在实际生产中，三相笼型异步电动机占到了全部电动机的80％以上。

完成电机直接启动的安装与调试：首先要分析电动机直接启动控制线路的工作原理；其次，依据各电气元件所起的作用，确定各电气元件的实际位置，并在相应位置固定好电气元件，依据电气原理图接线；第三，接线后进行断电检查与通电调试，遇到问题分析故障原因并予以排除。

知识储备

三相笼型异步电动机的控制大都由刀开关、熔断器、接触器、按钮开关等有触点的电器组成。

1.刀开关

刀开关又称闸刀开关，也叫低压隔离器，主要用于电气线路的电源隔离，也可以作为不频繁接通和分断空载电路或小电流电路之用。刀开关按极数可分为单极、双极和三极；按结构可分为平板式和条架式；按操作方式可分为直接手柄操作、正面旋转手柄操作、杠杆操作和电动操作；按转换方式可分为单投和双投。

（1）刀开关的识别

刀开关是一种结构简单、应用广泛的低压电器，主要由静触点、动触点、操作手柄、进线座、出线座和绝缘底板等组成。静触点由导电材料和弹性材料组成，固定在绝缘材料制成的底板上；动触点与下支座铰链连接，连接处依靠弹簧保证必要的接触压力；操作手柄直接与动触点绝缘固定。刀开关如图1-7所示，其电气图形和文字符号如图1-8所示。

（2）刀开关的选择

刀开关的主要类型有：大电流刀开关、负荷开关、熔断器式刀开关。常用的产品有：HD11～HD14和HS11～HS13系列刀开关。

①结构形式的选择　根据刀开关在线路中的作用和安装位置来确定其结构形式，例如仅用来隔离电器，则只需选用不带灭弧装置的产品；如用来分断负载，就应选用带灭弧罩，而且是通过杠杆来操作的刀开关。

②操作方式的选择　可选择正面操作还是侧面操作、直接操作还是杠杆传动等。

③接线方式的选择　可选择板前接线还是板后接线。

④额定电流的选择　刀开关的额定电流一般应大于或等于所关断电路中各个负载额定电流的总和。若负载是电动机，就必须考虑到电动机的启动电流为额定电流的4～7倍，故应选用额定电流大一级的刀开关。若再考虑电路出现的短路电流，还应选用额定电流更大一级的刀开关。

QA系列、QF系列、QSA（HH15）系列隔离开关用在低压配电中，HY122带有明显断口的数模化隔离开关，广泛用于楼层配电、计量箱、终端组电器中。

HR3熔断器式刀开关具有刀开关和熔断器的双重功能，采用这种组合开关的电器可以简化配电装置结构，经济实用，越来越广泛地用在低压配电屏上。

HK1、HK2系列开启式负荷开关（胶壳刀开关）用作电源开关和小容量电动机非频繁启动的操作开关。

HH3、HH4系列封闭式负荷开关（铁壳开关）的操作机构有速断弹簧与机械联锁，用于非频繁启动、28kW以下的三相异步电动机。

（3）刀开关的安装

①刀开关安装时，应注意母线与刀开关接线端子相连时不应存在扭应力；在安装杠杆操作机构时，应调节好连杆的长度，以保证操作到位且灵活。

②刀开关应垂直安装在开关板上，并要使静触点位于上方。

③刀开关作电源隔离开关使用时，合闸顺序是先合上刀开关，再合上其他用以控制负载的开关；分闸顺序相反。

④严格按照产品说明书规定的分段能力来分断负载，无灭弧罩的刀开关，一般不允许分断和合上功率大的负载，否则会烧坏刀开关，严重的还会造成电源线间短路，甚至发生火灾。

⑤对于多极刀开关，应保证各极动作的同步性，而且接触良好。否则，当负载是电动机时，便可能发生电动机因缺相运转而烧坏的事故。

2.熔断器

熔断器是一种结构简单、使用方便、价格低廉的保护电器，广泛用于供电线路和电气设备的短路保护。熔断器由熔体和安装熔体的外壳两部分组成。熔体是熔断器的核心，通常用低熔点的铅锡合金、锌、铜、银的丝状或片状材料制成，新型的熔体通常设计成灭弧栅状，并具有变截面片状结构。当通过熔断器的电流超过一定数值并经过一定时间时，熔体发热使某处熔化而切断电路，从而保护了电路和设备。

使熔断器熔体熔断的电流值与熔断时间的关系称为熔断器的保护特性曲线，也称为熔断器的安-秒特性，如图1-9所示。由特性曲线可以看出，流过熔体的电流越大，熔断所需的时间越短。熔体的额定电流IfN是熔体长期工作而不致熔断的电流。

（1）熔断器的识别

常见的熔断器如图1-10所示，其电气图形和文字符号如图1-11所示。识别过程如下：识读熔断器的型号；找到接线端子；检测、判别熔断器的好坏；识读熔断管的额定电流。

（2）熔断器的选择

①根据被保护负载的性质和短路电流的大小，选择具有相应分断能力的熔断器。

②在选用熔断器的具体参数时，应使熔断器的额定电压大于或等于被保护电路的工作电压；其额定电流大于或等于所装熔体的额定电流。

③熔体的额定电流是指长时间流过而熔体不熔断的电流。熔体电流值的大小与熔体线径粗细有关，熔体线径越粗，额定电流值越大。一般首先选择熔体的规格，再确定熔断器的规格。

④根据安装场所选择合适的熔断器，在经常发生故障处，选用可拆式熔断器。如RL、RM系列；易燃易爆或有毒气的地方，选用封闭式熔断器。

⑤熔体电流确定的几条原则如下。

a.上、下级熔体额定电流的比值不小于1.6:1。

b.在照明、电热等没有冲击负载的电路中，熔体的额定电流IfN≥电路的工作电流IN。

c.一台电机时，为防止电机启动时电流较大将熔丝烧断，熔体的电流IfN≥（1.5～2.5）IN，IN为电机的额定电流。

d.多台电机时，为了保证多台电机能同时工作，同时有电机启动，熔体的电流为

IfN≥（1.5～2.5）INmax+∑IN

其中，INmax为容量最大的电机的额定电流，∑IN为其余电机的额定电流之和。

（3）熔断器的安装

①安装熔断器时，必须在断电情况下操作。

②安装位置及相互间距应便于更换熔体。

③应垂直安装，并应能防止熔体熔断飞溅在临近的带电体上。

④安装螺旋式熔断器时，为了更换熔断管时的安全，下接线端应接电源，而连接螺口的接线端应该接负载。必须注意将电源线接到瓷底座下的接线端，以保证安全。

⑤瓷插式熔断器安装熔丝时，熔丝应顺着螺钉旋紧方向绕过去，注意不要划伤熔丝，也不要把熔丝绷断，以免减小熔丝截面尺寸或拉断熔丝。

⑥有熔断指示的熔管，其指示器方向应装在便于观察侧。

3.接触器

接触器是电力拖动和自动控制系统中使用量大、涉及面广的一种低压控制电路，用来频繁地接通和分断交直流主回路和大容量控制电路。主要控制对象是电动机，能实现远距离控制，并具有欠（零）电压保护。接触器主要由电磁系统、触点系统和灭弧装置组成，结构如图1-12所示。

（1）接触器的组成

①电磁系统　电磁系统包括衔铁（动铁芯）、静铁芯和电磁线圈三部分，其作用是将电磁能转换成机械能，产生电磁吸力带动触点动作。

②触点系统　触点又称为触头，是接触器的执行机构，用来接通或断开控制电路。触点的结构形式很多，按其所控制的电路可分为主触点和辅助触点。主触点用于接通或断开主电路，允许通过较大的电流；辅助触点用于接通或断开控制电路，只能通过较小的电流。

触点按其原始状态可分为常开触点（动合触点）和常闭触点（动断触点）。原始状态（即线圈未通电）时断开，线圈通电后闭合的触点叫常开触点；原始状态时闭合，线圈通电后断开的触点叫常闭触点。线圈断电后所有触点复位，即恢复到原始状态。

③灭弧装置　触点在分断电流瞬间，在触点间的气隙中会产生电弧，电弧的高温会烧损触点，并可能造成其他事故。因此，应采用适当措施快速熄灭电弧，常采用灭弧罩、灭弧栅和磁吹灭弧装置。

接触器根据电磁原理工作。当电磁线圈通电后，线圈电流产生磁场，使静铁芯产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触点动作，使常闭触点断开，常开触点闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁力消失，衔铁在弹簧的作用下释放，使触点复位，即常开触点断开，常闭触点闭合。

接触器按其主触点所控制主电路电流的种类可分为交流接触器和直流接触器。

交流接触器线圈通交流电，主触点接通、切断交流主回路。当交变磁通穿过铁芯时，将产生涡流和磁滞损耗，使铁芯发热。为减少铁损，铁芯用硅钢片冲压制成。为便于散热，线圈做成短而粗的圆筒状绕在骨架上。为防止交变磁通使衔铁产生强烈振动和噪声，交流接触器铁芯端面上都安装一个铜制的短路环。交流接触器的灭弧装置通常采用灭弧罩和灭弧栅。

直流接触器线圈通直流电，主触点接通、切断直流主回路。直流接触器铁芯中不产生涡流和磁滞损耗，所以不发热。铁芯可用整块钢制成。为散热良好，通常将线圈绕制成长而薄的圆筒状。直流接触器灭弧较难，一般采用灭弧能力较强的磁吹灭弧装置。在电气控制电路中，主要采用的是交流接触器。

（2）交流接触器的识别

交流接触器如图1-13所示，其电气图形和文字符号如图1-14所示。

识别过程：识读接触器的型号；识读接触器线圈的额定电压；找到线圈的接线端子；找到三对主触点的接线端子；找到常开辅助触点和常闭辅助触点的接线端子；压下和释放接触器，观察触点的吸合和复位情况；检测、判别接触器触点和线圈的好坏。

（3）交流接触器的选择

①交流接触器的触点数量应满足控制支路数的要求，触点类型应满足控制线路的功能要求。

②接触器主触点额定电流（压）大于或等于负载回路的额定电流（压）。

③接触器的线圈应根据电磁线圈的额定电压选择。

（4）交流接触器的安装

①交流接触器安装前，应先检查线圈的额定电压等技术数据是否与实际使用相符，判断线圈是否正常，各触点对是常开触点还是常闭触点。然后检查各触点接触是否良好，有无卡阻现象。最后将铁芯极面上的防锈油擦净，以免油垢黏滞造成断电不能释放的故障。

②安装与接线时，应注意勿使螺钉、垫圈、接线头等零件落入接触器内部，以免造成卡住或短路现象，并将螺钉拧紧，以免振动松脱。

③交流接触器应垂直安装，接触器底面与地面的倾斜度应不大于5°，安装位置不得剧烈振动，安装必须牢固可靠，连接电路的导线必须排列整齐规范。

④安装后必须检查接线是否正确，应在主触点不带电的情况下，先使吸引线圈通电分合数次，检查主触点动作是否到位，铁芯吸合后有无噪声，然后才能投入使用。

⑤不允许将交流接触器接到直流电源上，否则会烧毁线圈。

4.继电器

继电器是一种根据外界输入信号（电的或非电的）来控制电路中电流“通”与“断”的自动切换电器。它主要用来反应各种控制信号，其触点通常接在控制电路中。由输入电路（又称感应元件）和输出电路（又称执行元件）组成，当感应元件中的输入量（如电流、电压、温度、压力等）变化到一定值时继电器动作，执行元件便接通或断开控制电路。控制继电器种类繁多，常用的有电流继电器、电压继电器、中间继电器、时间继电器、热继电器等。

电压、电流继电器和中间继电器属于电磁式继电器。其结构、工作原理与接触器相似，由电磁系统、触点系统和释放弹簧等组成。由于继电器用于控制电路，流过触点的电流小，故不需要灭弧装置。

电磁式继电器的主要特性是输入-输出特性，又称继电特性，继电特性曲线如图1-15所示。

继电器输入量x由零增至x2以前，输出量y为零。当输入量增加到x2时，继电器吸合，输出量为y0，若x再增大，y0值保持不变。当x减小到x1时，继电器释放。输出量由y0降到零。x再减小，y值均为零。x2称为继电器吸合值，欲使继电器吸合，输入量必须等于或大于x2；x1称为继电器释放值，欲使继电器释放，输入量必须等于或小于x1。

k=x1/x2称为继电器的返回系数，它是继电器的重要参数之一。k值是可以调节的，可通过调节弹簧的松紧程度（拧紧时，k增大；放松时，k减小）或调节铁芯与衔铁间非磁性垫片的厚薄（增厚时x1增大，k增大）来达到。在不同场合要求不同的k值。例如，一般继电器要求低的返回系数，k值应在0.1～0.4之间，这样当继电器吸合后，输入量波动较大时不致引起误动作；欠电压继电器则要求高的返回系数，k值应在0.6以上。

另一个重要参数是吸合时间和释放时间。吸合时间是指从线圈接收电信号到衔铁完全吸合所需的时间；释放时间是指从线圈失电到衔铁完全释放所需的时间。一般继电器的吸合时间与释放时间为0.05～0.15s，快速继电器为0.005～0.05s。

（1）电压、电流继电器

根据输入（线圈）电流大小而动作的继电器称为电流继电器。按用途还可以分为过电流继电器和欠电流继电器。

过电流继电器的任务是当电路发生短路及过流时立即将电路切断，因此当过电流继电器线圈通过小于整定电流时继电器不动作，只有超过整定电流时，继电器才动作。过电流继电器的动作电流整定范围，交流为（110％～350％）IN，直流为（70％～300％）IN。

欠电流继电器的任务是当电路电流过低时立即将电路切断，因此欠电流继电器线圈通过的电流大于或等于整定电流时，继电器吸合，只有电流低于整定电流时，继电器才释放。欠电流继电器动作电流整定范围，吸合电流为（30％～50％）IN，释放电流为（10％～20％）IN，欠电流继电器一般是自动复位的。电流继电器如图1-16（a）所示，其文字符号为KI，其图形符号如图1-17（a）所示。

电压继电器是根据输入电压大小而动作的继电器，过电压继电器动作电压整定范围为（105％～120％）UN，欠电压继电器吸合电压调整范围为（30％～50％）UN，释放电压调整范围为（7％～20％）UN。电压继电器如图1-16（b）所示，其文字符号为KV，其图形符号如图1-17（b）所示。

（2）中间继电器

中间继电器是用来将一个输入信号变成多个输出信号或将信号放大（即增大触点容量）的继电器，它也是一种电磁式继电器，中间继电器如图1-16（c）所示，其文字符号为KA，其图形符号如图1-17（c）所示。

常用的中间继电器有JZ7系列。以JZ7-62为例，JZ为中间继电器的代号，7为设计序号，有6对常开触点，2对常闭触点，其技术参数见表1-1。

新型中间继电器触点闭合过程中动静触点间有一段摩擦、滚压过程，可以有效地清除触点表面的各种生成膜及尘埃，使接触电阻减小，提高了接触可靠性。有些继电器安装防尘罩或采用密封结构，也是提高可靠性的措施。有些中间继电器还可安装在形式多样的插座上或直接安装在导轨上，给安装和拆卸带来很大方便，常用的中间继电器有JZ18、MA、K、HH5、RT11等系列。

（3）固态继电器

固态继电器（solid state relay,SSR）是由微电子电路、分离电子器件、电力电子功率器件组成的无触点开关，用隔离器件实现了控制端与负载端的隔离。固态继电器的输入端用微小的控制信号达到直接驱动大电流负载。固态继电器如图1-18所示。固态继电器是近年发展起来的一种新型电子继电器，具有开关速度快、工作频率高、质量轻、使用寿命长、噪声低和动作可靠等一系列优点，不仅在许多自动化装置中代替了常规电磁式继电器，而且广泛应用于数字程控装置、调温装置、数据处理系统及计算机I/O接口电路。固态继电器按其负载类型分类，可分为直流型（DC-SSR）和交流型（AC-SSR）。固态继电器的选取主要是选取适当的额定电流。

（4）热继电器

热继电器是专门用来对连续运行的电动机进行过载及断相保护的继电器。热继电器的工作原理是由流入热元件的电流产生热量，使具有不同膨胀系数的双金属片发生形变，当形变达到一定距离时，就推动连杆动作，使控制电路断开，从而使接触器失电，主电路断开，实现电动机的过载保护。热继电器动作后，双金属片经过一段时间冷却，按下复位按钮即可复位。鉴于双金属片受热弯曲过程中热量的传递需要较长的时间，因此，热继电器不能用作短路保护，而只能用作过载保护。热继电器如图1-19所示。热继电器的文字符号为FR，图形符号如图1-20所示。

热继电器的技术参数有额定电压、额定电流、额定频率和整定电流范围。

额定电压：热继电器能够正常工作的最高电压值，一般为交流220V,380V。

额定电流：主要是指通过热继电器的电流。

额定频率：一般而言，其额定频率按照45～62Hz设计。

整定电流范围：整定电流的范围由本身的特性来决定。它描述的是在一定的电流条件下热继电器的动作时间和电流的平方成正比。

热继电器主要用于电动机的过载保护，因此选用时必须了解电动机的情况，如工作环境、启动电流、负载性质、工作制、允许过载能力等。

①原则上应使热继电器的安-秒特性尽可能接近电动机的过载特性，或者在电动机的过载特性之下，同时在电动机短时过载和启动的瞬间，热继电器应不受影响（不动作）。

②当热继电器用于保护长期工作制或间断长期工作制的电动机时，一般按电动机的额定电流来选用。例如，热继电器的整定值可等于0.95～1.05倍的电动机额定电流，或者取热继电器整定电流的中值等于电动机额定电流，然后进行调整。

③当热继电器用于保护反复短时工作制的电动机时，热继电器仅有一定范围的适应性。如果短时间内操作次数很多，就要选用带速饱和电流互感器的热继电器。

④对于正反转和通断频繁的特殊工作制电动机，不宜采用热继电器作为过载保护装置，而应使用埋入电动机绕组的温度继电器或热敏电阻来保护。

时间继电器和速度继电器见后续章节。

5.按钮开关

按钮开关是一种通过手动操作接通或分断电流控制电路的控制开关。按钮的触点允许通过的电流较小，一般不超过5A，因此一般情况下按钮不直接控制主电路的通断，而是在控制电路中发出指令或信号去控制接触器、继电器等电器，实现主电路的通断、功能转换或电气联锁。

（1）按钮的识别

按钮如图1-21所示，其电气图形和文字符号如图1-22所示。

识别过程：看按钮的颜色，绿色和黑色为启动按钮，红色为停止按钮；找到常开触点和常闭触点的接线端子；按下和松开按钮，观察触点的动作和复位情况；检测、判别触点的好坏。

（2）按钮的选择

①根据使用场合选择按钮的种类，如开启式、保护式、防水式和防腐式等。

②根据用途选用合适的形式，如手把旋钮式、钥匙式、紧急式和带灯式等。

③按控制回路的需要确定不同按钮数，如单钮、双钮、三钮和多钮等。

④按工作状态指示和工作情况要求，选择按钮的颜色。

（3）按钮的安装

①按钮和指示灯安装在面板上时，应布置合理，排列整齐。可根据生产机械或机床启动、工作的先后顺序，从上到下或者从左到右依次排列。电路有几种工作状态，如上、下、前、后、左、右、松、紧等，应使每一组正反状态的按钮安装在一起。

②在面板上固定按钮和指示灯时安装应牢固，停止按钮用红色，启动按钮用绿色，按钮较多时，应在显眼且便于操作处用红色蘑菇头设置总停按钮，以应付紧急情况。

③按钮安装应牢固，接线正确，接线螺钉应拧紧，减少接触电阻。按钮操作应灵活、可靠、无卡阻。

任务实施

电动机的控制是生产中最主要的电气控制方式之一。电动机直接启动控制电路是应用最广泛，也是最基本的电路。现在以电动机直接启动控制电路为例，如图1-23所示，学习电气原理图主电路和控制电路的识读方法。

1.电路工作过程分析

①合上刀开关QS，接通三相电源→按下启动按钮SB2→交流接触器KM线圈得电→KM触点动作→KM主触点闭合→电动机M得电运转。

②主触点KM闭合的同时，常开辅助触点KM闭合，保持线圈KM通电，形成自锁。当松开启动按钮时，接触器KM通过自身常开辅助触点而使线圈保持得电的现象叫作自锁，与启动按钮SB2并联起自锁作用的常开辅助触点叫作自锁触点。

③按下停止按钮SB1→交流接触器KM线圈失电→交流接触器KM主触点复位断开→电动机M失电停转。

2.电路特点

电动机直接启动控制电路能实现对电动机的启动控制、停止控制、远距离控制、频繁操作等。通过交流接触器KM的常开辅助触点并联于启动按钮SB2两端实现自锁，并具有短路、过载、欠（失）压保护等特点。

（1）短路保护

利用熔断器FU1和FU2实现对电路的短路保护。

（2）过载保护

过载是指当电动机在运行过程中，因长期负载过大，或启动操作频繁，以及缺相运行等原因，使电动机定子绕组中的电流过大，超过了其额定值。在过载的情况下，定子绕组因大电流而发热，若温度超过了电动机允许的温升，就会使电动机的绝缘老化而损坏。因此，对于长期运行的电动机必须采取过载保护措施。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。最常用的过载保护是由热继电器实现的，将热继电器的热元件串接在电动机电路中，并将热继电器的常闭触点串接在接触器控制电路中，过载时，热继电器的热元件发热弯曲，通过动作机构使常闭触点断开，使接触器线圈失电，其主触点、自锁触点断开，电动机失电停转，达到过载保护的目的。

（3）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，接触器线圈两端的电压同时下降，接触器电磁吸力将小于复位弹簧的反作用力，衔铁被释放，带动主触点、辅助触点同时断开，自动切断主电路和控制电路，电动机失电停止，避免了电动机在欠电压下运行而损坏。

（4）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，而当重新供电时，电动机不能自行启动的保护。零电压保护避免了由于突然停电后，操作人员忘记切断电源，当来电后电动机自行启动而造成的设备及人身伤亡事故。凡是接触器控制的电路均有欠电压保护和零电压保护作用。

3.电气原理图识读的方法和步骤

（1）主电路的识读

①看用电器。用电器是指消耗电能的用电器或电气设备，如电动机、电热器件等。看图首先要看清楚有几个用电器，它们的类型、用途、接线方式及一些不同要求等。例如最常见的电动机，要先搞清楚电动机属于哪类，采用了什么接线方式，电动机有何特殊要求，如启动方式、正反转及转速的要求等。

本电路的用电器有一台三相交流异步电动机M，采用交流直接启动方式。

②看主电路中的用电器与控制元件的对应关系。主电路中的用电器是采用什么控制元件进行控制，是用几个控制元件控制的。由于用电器种类繁多，因此对用电器的控制方式就有很多种，这就要求分析清楚主电路中的用电器与控制元件的对应关系。

在本电路中，控制电动机的电气元器件是交流接触器KM。

③看清楚主电路中除用电器以外的其他元件，以及这些元件所起的作用。如电源开关、熔断器、热继电器等。主电路中元件和用电器一般情况下都比控制电路少，看主电路时，可以顺着电源引入端往下逐个观察。

在本电路中还接有电源开关QS、熔断器FU。QS控制主电路电源的接通和断开，FU起短路保护作用。

④看电源。要了解电源的种类和电压等级，是直流电源还是交流电源。直流电源等级有660V、220V、110V、24V、12V等；交流电源等级有380V、220V、110V、36V、24V等，频率为50Hz。

本电路的电源是380V三相交流电。

（2）控制电路的识读

①看控制电路的电源，分清控制电路的电源种类和电压等级。控制电路电源有直流和交流两类。控制电路所用交流电源电压一般为380V或220V，频率为50Hz。控制电路电源若引自三相电源的两根相线，电压为380V；若引自三相电源的一根相线和一根中性线，则电压为220V。控制电路常用直流电源等级有110V、24V、12V三种。

本控制电路电源直接采用380V交流电。

②按布局顺序从左到右搞清楚控制电路各条支路如何控制主电路，分析每一条支路的工作原理。弄清楚控制电路中每个控制元件的作用，各控制元件与主电路用电器的控制关系。控制电路是一个大回路，而在大回路中经常包含着若干个小回路，在每个小回路中有一个或多个控制元件。一般情况下，主电路中用电器越多，则控制电路的小回路和控制元件也就越多。

本电路的控制电路为接触器KM所在的支路。

③寻找电气元件之间的相互联系。电路中的一切电气元件都是相互联系、相互制约的。有的元件之间是控制与被控制的关系，有的是相互制约关系，有的是联动关系。在控制电路中控制元件之间的关系也是如此。无相互控制的电气元件，识图时可省略。弄清控制电路中各控制元件的动作情况和对主电路中用电器的控制作用是看懂电路图的关键。

④看其他电气元件。如整流、照明等。

4.安装接线图的识读方法和步骤

学会看电路图是学会看安装接线图的基础，学会看安装接线图是进行实际接线的基础。反过来，通过具体电路接线又能促进看安装接线图和看电路图能力的提高。看安装接线图，首先要看清楚电路图，结合电路图看安装接线图是看懂安装接线图的最好方法。

（1）安装接线图的识读步骤

①分析电路图中主电路和控制电路所含有的元件，弄清楚每个元件的动作原理，特别是控制电路中控制元件之间的关系，控制电路中有哪些控制元件与主电路有关系。

②搞清楚电路图和接线图中元件的对应关系。虽然电路图各元件的图形符号与电路接线图中元件图形符号都按照国标符号绘制，但是电路图是根据电路工作原理绘制，而接线图是按电路实际接线绘制，这就造成了同一元件在两种图中绘制方法上可能有区别。例如，接触器、继电器、热继电器、时间继电器等控制元件，在控制电路图中是将它们的线圈和触点画在不同的位置（不同的支路中），在安装接线图中是将同一继电器的线圈和触点画在一起的。

③弄清楚接线图中连接导线的根数和所用导线的具体规格。通过对接线图细致的观察，可以得出所需导线的准确根数和所用导线的具体规格。

④根据接线图中的线号分析主电路的线路走向。分析主电路的线路走向是从电源引入线开始，依次找出主电路用电器的元件。

⑤根据接线图中的线号分析控制电路的线路走向。在实际电路接线过程中，主电路和控制电路是分先后顺序接线的，这样做的目的是避免主、辅电路混杂。分析控制电路的线路走向是从控制电路电源引入线开始，依次分析每条分支的线路走向。

（2）具有过载保护的接触器自锁正转电动机控制电路接线图的识读

具有过载保护的接触器自锁正转电动机控制电路原理图如图1-23所示，识读过程见表1-2，平面布置图如图1-24所示。

5.机床电路图的识读原则

机床电路图包含的电气元件和符号较多，控制过程相对复杂，为了能够正确地识读，需要注意以下几点。

①通常按功能将一条支路划分为一个图区，整个电路图分成若干个图区，并从左到右依次用数字编号，标注在图形下部的图区栏内。

②电路图上设有用途栏，用文字说明对应的电路在机床电气系统中的用途。

③接触器线圈文字符号的下方画两条竖直线，分成左、中、右三栏，将其动作的触点所处的图区号按触点标记规定表示；继电器线圈文字符号的下方画一条竖直线，分成左、右两栏，将受其控制而动作的触点所处图区号按触点标记规定表示。对于没有使用的触点，则在相应的栏中用“×”标出或不标任何符号，触点标记规定如表1-3所示。

6.项目实施中需要注意的问题

各电气元件的安装位置是由设备的结构和工作要求决定的，功能类似的元件组合在一起，例如用于操作的各类按钮、开关、键盘、指示检测、调节等元件集中为操作面板组件，放在操作台及悬挂操作箱等操作方便的地方；各种继电器、接触器、熔断器、照明变压器等自动电气元件放在控制柜或配电盘内；电动机要和被拖动的机械部件放在一起；行程开关、接近开关应放在要取得信号的地方。通常，电气元件分为配电盘组件、操作面板组件和现场设备组件，将电动机启动控制线路中用到的电气元件依据各自作用放到相应的组件中。

考虑配电盘（或控制柜）和操作面板内电气元件的实际安装方法和结构尺寸，确定配电盘（或控制柜）和操作面板的结构和外形尺寸。在每类组件中，元件布置应根据配线合理、操作方便、电气间隙满足各个电气元件间隙要求等原则进行。若采用板前走线槽配线方式，应适当加大各排电气元件间距，以利于布线和维护。

各电气元件的位置确定以后，绘制电气元件布置图。通常用电气元件布置图来表明各种电气设备在机械设备上和电气控制柜或配电盘中的实际位置，为电气控制设备的制造、安装、维修提供必要的资料。

绘制电气元件布置图的基本规则：各电气元件不画实际的结构，只根据电气元件的最大外形尺寸绘制轮廓图；各电气元件按实际的相对位置绘制；图形符号和文字符号应和原理图一致，并符合国家标准。

7.工作任务单（表1-4）

8.材料工具单（表1-5）

总结评价

电动机直接启动控制电路能实现对电动机的启停控制、远距离控制、频繁操作等，通过交流接触器KM的常开辅助触点并联于启动按钮SB2两端实现自锁，具有短路、过载、欠压保护等特点。

任务2　三相交流异步电动机的降压启动

任务目标

1.掌握时间继电器的识别及使用方法。

2.掌握三相异步电动机降压启动的控制要求。

3.掌握正确分析三相异步电动机降压启动控制电路的工作过程。

4.能够完成三相异步电动机降压启动控制电路的安装与调试。

任务描述

在工厂中，若笼型异步电动机的额定功率超出了直接启动的范围，则应采用降压启动。所谓降压启动，实际是借助启动设备将电源电压适当降低后再加在定子绕组上进行启动，待电动机转速升高到接近稳定时，再使电压恢复到额定值，转入正常运行。三相笼型异步电动机容量在10kW以上或由于其他原因不允许直接启动时，应采用降压启动。

任务分析

降压启动的目的是减小启动电流以及对电网的不良影响，但它同时又降低了启动转矩，所以只适用于空载或轻载启动时的笼型异步电动机。笼型异步电动机降压启动的方法通常有定子绕组串电阻或电抗器降压启动、定子绕组自耦变压器降压启动、Y-△降压启动、延边三角形降压启动4种方法。其中最常用的是Y-△降压启动，所以本任务以Y-△降压启动为例讲述。降压启动与正常运行之间的转换采用时间继电器实现，即从启动开始延时，延时时间到利用时间继电器自动转换到正常运行。

完成Y-△启动控制线路的安装与调试，首先要知道如何实现Y-△的改变，从而画出主电路并加以分析，并会分析给出的控制电路的工作原理；其次，依据各电气元件所起的作用划分组件，确定各电气元件的实际位置并在相应的位置上固定好电气元件，依据原理图接线；第三，接线完成后进行断电检查与通电试车，遇到问题分析故障原因并予以排除。

知识储备

时间继电器作为辅助元件用于各种保护及自动装置中，是被控元件达到所需要的延时时间而动作的继电器。

1.时间继电器的分类与原理

时间继电器是一种利用电磁原理或机械工作原理实现触点延时接通或断开的自动控制电器。其种类很多，常用的有电磁式、空气阻尼式、电动式和晶体管式等。时间继电器按照延时类型可分为通电延时型和断电延时型。

（1）通电延时型时间继电器

特点：线圈通电后触点要延迟一段时间才动作，但线圈断电后触点立即动作。

结构：如图1-25（a）所示，其中16为立即动作触点，13为延时动作触点。

动作过程：线圈通电后衔铁吸合，16立即触点动作，即常开闭合，常闭断开，同时空气室开始充气延时，延时时间到后，13延时触点动作，即常开闭合，常闭断开，也就是说，13延时触点要在线圈通电一段时间后才能动作。线圈断电后衔铁释放，13和16触点动作，即常开断开，常闭闭合。

（2）断电延时型时间继电器

特点：线圈通电后触点立刻动作，但断电后触点要延迟一段时间才动作。

结构：如图1-25（b）所示，其中16为立即动作触点，13为延时动作触点。

动作过程：线圈通电后衔铁吸合，13和16触点动作，即常开闭合，常闭断开。但是线圈断电时衔铁释放，16立即触点动作，即常开断开，常闭闭合，同时空气室开始充气延时，延时时间到后，13延时触点动作，即常开断开，常闭闭合，也就是说，13延时触点要在线圈断电一段时间后才能动作。

2.时间继电器的识别、选择和安装

（1）时间继电器的识别

时间继电器如图1-26所示，其电气图形和文字符号如图1-27所示。

识别过程：识读时间继电器的铭牌；识读时间继电器的控制电压；识读时间继电器的引脚号和引脚接线图；检测判别各触点的好坏；测量线圈的阻值，线圈的阻值与产品、控制电压的等级及类型有关。

（2）时间继电器的选择

时间继电器主要根据控制回路中的延时方式、瞬时动作触点的数量及吸引线圈的电压等级来选用。空气阻尼式时间继电器的延时触点有4种，即常开通电延时闭合的触点、常闭通电延时断开的触点、常开断电延时断开的触点、常闭断电延时闭合的触点。

（3）时间继电器的调整

①断开主回路电源，接通控制回路电源。

②用螺丝刀调节螺钉，按所需延时的时间，使指针指向与这一时间大致相符的刻度。

③按下延时控制回路按钮，同时记下延时起始时间。延时结束后，立即记下结束时间，核对实际延时时间与所需延时时间是否相符，如不符则继续向左或向右旋转调整螺钉，重复这一调节过程，直至实际延时时间与所需延时时间相符。

（4）时间继电器的安装

①时间继电器应按说明书规定的方向安装，继电器在断电后释放的衔铁运动方向垂直向下，其倾斜度不超过5°。

②时间继电器的整定值应预先在不通电时整定，并在试车时校正。

③时间继电器金属底板上的接地螺钉须与接地线可靠连接。

④通电延时型和断电延时型可在整定时间内自行调整。

⑤使用时，应经常清除灰尘及油污，否则延时误差将增大。

3.低压断路器

低压断路器又称自动空气开关或自动空气断路器，简称断路器。它是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载和短路保护的电器。它可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过流、欠压、热继电器等的组合，而且在分断故障电流后一般不需要更换零部件，因而获得了广泛的应用。

断路器的结构有框架式（又称万能式）和塑料外壳式（又称装置式）两大类。框架式断路器为敞开式结构，适用于大容量配电装置；塑料外壳式断路器的外壳用绝缘材料制作，具有良好的安全性，广泛用于电气控制设备、电动机过载和短路保护及建筑物内作电源线路保护作用。低压断路器如图1-28所示。

低压断路器主要由触点和灭弧装置、各种可供选择的脱扣器与操作机构、自由脱扣机构三部分组成。脱扣器主要分为过流脱扣器、欠压（失压）脱扣器和热脱扣器等。工作原理如图1-29所示，图中选用了过流和欠压两种脱扣器。开关的主触点靠操作机构手动或电动合闸，在正常工作状态下能接通和分断工作电流，当电路发生短路或过流故障时，过流脱扣器4的衔铁被吸合，使自由脱扣机构的钩子脱开，自动开关触点分离，及时有效地切除高达数十倍额定电流的故障电流。若电网电压过低或为零时，欠压脱扣器5的衔铁被释放，自由脱扣机构动作，使断路器触点分离，从而在过流与零压、欠压时保证了电路及设备的安全。低压断路器的图形及文字符号如图1-30所示。

低压断路器按照极数分为单极、二极、三极、四极。极数就是指切断线路的导线根数，1P就是切断一根导线，2P就是同时切断两根导线，以此类推。1P为单极断路器，1P常控制火线的分与合；1P+N为单极+N断路器，1P+N的断路器的N是用来接零线的并且不可分断，不管开关的合与分，N线始终处于导通状态。2P为单相二极断路器，2P断路器可以同时控制火线和零线，合上开关时火、零同时接通，分闸时同时断开。注意：1P+N和2P都是2极开关，但1P+N实际上是假2极，因为它的零线始终是导通的。如果是漏电断路器就不能混用零线，同一负载的火线和零线必须接在断路器的出线端，否则断路器推不上（跳闸）。同理3P+N为三极+N断路器，其中的N是用来接零线的并且不可分断，不管开关的合与分N线始终处于导通状态，而4P为四极断路器，可以同时控制三相火线和零线，合上开关时火、零同时接通，分闸时同时断开。

塑料外壳断路器的主要参数有额定电压、壳架额定电流等级、极数、脱扣器类型及额定电流、短路分断能力等。主要产品有DZ15、DZ20系列等。

带漏电保护的低压断路器简称漏电保护器，又叫漏电保护开关，主要用来在设备发生漏电故障以及有致命危险的人身触电时进行保护。

漏电保护器可以按其保护功能、结构特征、安装方式、运行方式、极数和线数、动作灵敏度等分类，这里主要按其保护功能和用途分类进行叙述，一般可分为漏电保护继电器、漏电保护开关和漏电保护插座三种。

漏电保护继电器是指具有对漏电流检测和判断的功能，而不具有切断和接通主回路功能的漏电保护装置。漏电保护继电器由零序互感器、脱扣器和输出信号的辅助接点组成。它可与大电流的自动开关配合，作为低压电网的总保护或主干路的漏电、接地或绝缘监视保护。漏电保护继电器如图1-31所示。当主回路有漏电流时，由于辅助接点和主回路开关的分离脱扣器串联成一回路。因此辅助接点接通分离脱扣器而断开空气开关、交流接触器等，使其掉闸，切断主回路。辅助接点也可以接通声、光信号装置，发出漏电报警信号，反映线路的绝缘状况。

漏电保护开关是指不仅它与其他断路器一样可将主电路接通或断开，而且具有对漏电流检测和判断的功能。当主回路中发生漏电或绝缘破坏时，漏电保护开关可根据判断结果将主电路接通或断开。它与熔断器、热继电器配合可构成功能完善的低压开关元件。目前这种形式的漏电保护装置应用最为广泛。漏电保护开关如图1-32所示。

漏电保护插座是指具有对漏电流检测和判断并能切断回路的电源插座。其额定电流一般为10A、16A，漏电动作电流6～30mA，灵敏度较高，常用于手持式电动工具和移动式电气设备的保护及家庭、学校等民用场所。

任务实施

三相异步电动机三相绕组的接法如图1-33所示。

当a、b、c接三相交流电源时，Y接法每相绕组加的电压为220V，△接法每相绕组加的电压为380V，可见绕组接成星形时启动电压降为直接启动的，启动时每相电流为直接启动的1/3，从而达到了限制电流的目的，但是其启动转矩小，为三角形直接启动的1/3。这种方法适用于空载或轻载状态，在机床启动中应用较普遍。

要想改变电动机三相绕组的接法，就要用开关的闭合和断开来控制。主电路中应用的开关元件是接触器，为此可用接触器来实现绕组接法的改变。图1-34所示接触器KM3主触点闭合时，定子绕组接成星形；接触器KM3主触点断开、接触器KM2主触点闭合时，定子绕组接成三角形。

时间继电器控制的Y-△降压启动控制电路如图1-35所示。

1.电路工作过程分析

（1）Y形降压启动

合上刀开关QS，接通三相电源→按下启动按钮SB2→时间继电器KT和交流接触器KM3线圈均得电吸合→接触器KM3的联锁触点KM3断开→切断接触器KM2线圈回路的电源，使接触器KM3闭合时接触器KM2不能通电闭合→KM1线圈得电吸合并自锁→KM1和KM3主触点闭合→电动机M接成Y形降压启动。

（2）△形全压启动

时间继电器KT线圈得电，开始延时→延时5s（时间继电器整定5s）后，KT常闭延时断开触点断开，KT常开延时闭合触点闭合→接触器KM3线圈失电→KM3的主触点断开，Y形连接断开，同时接触器KM3的常闭触点复位闭合→接触器KM2线圈得电吸合并自锁→接触器KM2主触点闭合，将电动机M接成△形全压运行。

（3）联锁控制

接触器KM2线圈得电吸合→KM2常闭辅助触点断开→接触器KM3线圈保持失电→时间继电器KT线圈失电→KT常闭延时断开触点瞬时复位闭合，为下次启动做好准备。

（4）停止

按下停止按钮SB1→交流接触器KM1、KM2线圈失电→KM1、KM2主触点复位断开→电动机M失电停止运转。

2.电路特点

①本电路由3个交流接触器KM1、KM2、KM3主触点的通断配合，分别将电动机M的定子绕组接成Y形或△形。当KM1、KM3线圈通电吸合时，其主触点闭合，定子绕组接成Y形；当KM1、KM2线圈通电吸合时，其主触点闭合，定子绕组接成△形。

②利用时间继电器的延时，自动控制电动机的星形启动和三角形运行，启动时间与时间继电器的延时时间相同，可通过时间继电器整定。Y-△降压启动只适用于三角形接法运行的电动机。

③三相笼型异步电动机Y-△降压启动具有投资少、电路简单的优点。但是在限制启动电流的同时，启动转矩只有直接启动时的1/3，因此只适用于空载或轻载启动的场合。

3.工作任务单（表1-6）

4.材料工具单（表1-7）