《电机与电气控制》讲义(第六章)

1 第六章 三相异步电动机的基本控制线路

本章要点

 三相异步电动机的点动、长动和正反转控制线路

 三相异步电动机的起动、制动和调速控制线路

 三相异步电动机的顺序控制线路。

 三相异步电动机的自动控制原则。

本章难点

 三相异步电动机降压起动控制线路。

随着直流发电机、交流发电机、直流电动机和异步电动机的相继问世，拉开了电气控制技术的帷幕。在工农业生产中，几乎所有的生产机械都用电动机来拖动，这种拖动方式称为电力拖动。电力拖动有很多优点，它能实现生产过程的自动控制和远距离控制，可以减轻繁重的体力劳动，由于采取了从集中传动到单独传动、多电机传动等方式的过渡，使生产机械的传动机构大为简化，减少了传动损耗。简而言之，采用电力拖动可以实现生产过程的自动化，提高生产效率，改善劳动条件，提高产品质量。

各种生产机械对电动机的运行要求不同，常用的有起动、正反转、调速、制动和互锁等。为了实现这些要求，需要用各种电气元件组成电力拖动控制系统。目前生产上广泛采用的是由继电器、接触器和按钮等组成的控制系统，这种控制系统称继电接触器控制系统，它具有所用电器结构简单、价格低廉、原理容易掌握、维修方便等优点。

随着生产过程自动化程度的提高，现代电力拖动系统中应用了许多新的控制电路，如电子无触点控制电路、可编程序控制器（简称PLC）、计算机控制技术等，以便对电动机和其它电气设备实施控制过程自动化，但继电接触器控制仍是一种基本控制，被广泛应用于电气行业中。

一个实际的自动控制系统，可能较为复杂，但要完成任何一个复杂的控制过程，都是通过一些基本环节来实现的。因此，本章主要讨论三相异步电动机的基本控制线路，熟悉这些基本环节，就能更好地分析复杂的控制线路。 2 第一节 三相异步电动机单向运行控制线路

三相异步电动机的单向运行控制线路是继电接触控制线路中最简单而又最常用的一种，这种线路主要用来实现异步电动机的单向起动、自锁、点动等要求。

一、单向运行的点动控制线路

在自动控制中，电动机拖动运动部件沿一个方向运动，称为单向运动。这是基本控制线路中最简单的一种。点动俗称“点车”，其特点是按下按钮，电动机就转动，松开按钮，电动机就停转。它用于机床的刀架调整、试车、电动葫芦的起重电机控制等。

三相异步电动机单方向点动运行可由开关或接触器控制，其控制线路如图3.1所示。

对于容量较小，并且工作要求简单的电动机，如小型台钻、砂轮机、冷却泵电动机等，可采用手动开关在动力电路中接通电源直接起动。其控制电路如图3.1中（a）图所示。

采用开关控制的电路仅适用于不频繁起动的小容量电机，它不能实现远距离控制和自动控制，也不能实现失压、欠压和过载保护。

(a) 刀开关控制单向运行 （b）接触器控制单向运行

图6.1 三相异步电动机单方向点动运行控制线路

图6.1中的（b）图是采用接触器控制的单向运行点动控制线路。分作主电路和控制电路两大部分，主电路由接触器的主触点接通与断开；控制电路由按钮、接触器吸引线圈组成，控制接触器线圈的通断电，实现对主电路的通断控制。

1．电路的工作原理

起动：合上电源开关QS，按下起动按钮SB1，接触器KM线圈通电，主触点闭合后，电动机接通电源起动。

停止：松开起动按钮SB1，接触器KM线圈失电，主触点断开后，电动机脱离电源停止转动。

2．保护环节：

图中熔断器FU1、FU2分别串联在主电路和控制电路中，起短路保护作用； 3 刀开关QS起隔离电源的作用，当更换熔断器、检修电动机和控制线路时，用它断开电源，确保操作安全。

二、单向运行起停自锁控制线路

一般生产机械要求电动机起动后能连续运行，由停止按钮控制停止，此为长动。显然采用点动控制线路是实现不了长动的，为使电动机起动后能连续运行，必须采用自锁环节。

图6.2是三相异步电动机单向连续运行控制线路，它与图6.1（b）图的区别在于电路中增加了一个停止按钮SB2和接触器KM的一个常开辅助触点，该触点与起动按钮SB1并联；并设置了用于过载保护的继电器FR，其热元件串接在主电路中，而常闭触点串接在控制电路中。

图6.2 三相异步电动机单向连续运行控制线路

图中由刀开关QS、熔断器FU1、接触器KM的主触点、热继电器FR的热元件与电动机M构成主电路；停止按钮SB1、起动按钮SB2、接触器KM的吸引线圈及常开辅助触点、热继电器FR的常闭触点与熔断器FU2构成控制电路。

1．电路的工作原理：

起动：合上电源开关QS，按下起动按钮SB2，接触器KM吸引线圈通电，KM的主触点闭合，电动机M起动。同时与SB2并联的KM常开辅助触点闭合，相当于将SB2短接，所以当松开起动按钮SB2后，KM吸引线圈仍然通电，电动机继续运行，实现长动，这种依靠接触器自身的辅助触点来使其线圈保持通电的电路，称为自锁或自保电路，起自锁作用的常开辅助触点称自锁触点。

停止：按下停止按钮SB1，切断KM吸引线圈电路，使线圈失电，常开触点全部断开，切断主电路和控制电路，电动机停转。

当松开停止按钮SB1后，控制电路已经断开，只有再次按下起动按钮SB2按钮，电动机才能重新启动。

2．保护环节：

（1）熔断器FU1、FU2分别串联在主电路和控制电路中，起短路保护作用，但是不起过载保护作用。 4 （2）热继电器FR具有过载保护作用。电动机在较长时间过载下FR才动作，其常闭触点断开，使接触器KM吸引线圈断电，主触点断开，切断电动机的电源，实现了过载保护。

（3）接触器KM具有欠压和失压（零压）保护功能，此功能是依靠接触器的

电磁机构来实现的。

当电动机正常起动后，由于某种原因使电源电压过分降低，而电动机的电磁转矩与电压的平方成正比（T∝U2），因此使电动机的转速大幅度下降，绕组电流大大增加。如果电动机长时间在这种欠压状态下工作，将会使电动机严重损坏，为防止电动机在欠压状态下工作的保护叫做欠压保护。当因某种原因电源电压突然消失而使电动机停转，那么，电源电压恢复时，电动机不应自行起动，否则可能造成人身事故或设备事故，这种保护称为失压保护（也称零电压保护）。

在本电路中，当电动机运行时，若电源电压降至额定电压的85%以下或失压时，接触器吸引线圈产生的磁通大为减小，电磁吸力不够，接触器所有常开触点均断开，自锁作用也解除，电动机脱离电源而停转，所以，接触器具有欠压保护功能。当电源电压恢复正常时，接触器的吸引线圈不能自动通电，因而电动机不会自行起动，可避免各种意外事故发生。所以，接触器具有失压（零电压）保护功能。

由此可见，带有自锁功能的控制线路都具有欠压和失压（零电压）保护功能。

三、单向运行既能点动也能长动的控制线路

实际生产中，同一机械设备有时候需要长时间运转，即电动机持续工作；有时候需要手动控制间断工作，这就需要能方便地操作点动和长动的控制线路。

图6.3所示电路是既能实现点动，同时也能实现长动控制的常用控制电路。

（a）开关控制 (b) 按钮控制

图6.3 实现点动和长动的控制线路 图6.4 多地控制线路

图6.3（a）是采用组合开关SA断开或接通自锁回路，实现点动、长动控制。

当需要点动控制时，将开关SA断开，切断自锁回路，此时SB2具有点动按钮的功能，按下或松开SB2即可实现对电动机的点动控制。

当需要连续工作时，闭合开关SA，接通自锁回路，按下SB2后，电动机起动，松开SB2电动机持续工作，只有按下SB1，电动机才停止运行，即实现了电动机连续运行的长动控制。 5 图6.3（b）是用点动复合按钮的常闭触点断开或接通自锁回路，实现点动、

长动控制。若需要点动控制时，按下点动按钮SB3，其常闭触点先断开，切断自锁回路，而常开触点后闭合，使KM吸引线圈通电，KM的主触点闭合，电动机起动，此时KM的自锁触点虽然闭合，但是SB3常闭触点处于断开状态，所以自锁触点无效。当松开SB3时，在其常开触点断开而常闭触点尚未闭合的瞬间，KM吸引线圈处于断电状态，自锁触点断开，故当SB3常闭触点恢复闭合时，就不可能使KM的线圈得电，所以实现了点动控制。

若需要连续运行时，只要按连续运行的起动按钮用SB2即可；当需要电动机停转时，则需按下停止按钮SB1，由此实现长动控制。

四、多地控制线路

在大型生产设备上，为使操作人员在不同位置均能进行起、停操作，常常要求组成多地控制线路，接线的原则是将各起动按钮的常开触点并联，各停止按钮的常闭触点串联，分别安装在不同的地方，即可进行多地操作。如图6. 4所示电路，SB2 、SB3 、SB4 均为起动按钮，SB1 、SB5 、SB6均为停止按钮。

第二节 三相异步电动机正反转控制线路

在生产上往往要求运动部件向正反两个方向运动，例如机床工作台的前进与后退，主轴的正传与反转，起重机的提升与下降等等。根据电动机工作原理可知，只要改变电动机电源相序，即交换三相电源进线中的任意两根相线，就能改变电动机的转向。为此可用两个接触器的主触点来对调电动机定子绕组电源的任意两根接线，就可实现电动机的正反转。如图3.5所示为电动机的正反转控制线路。

图3.5中的（a）图为主电路，当接触器KM1工作时，KM1的三对主触点把三相电源和电动机的定子绕组按顺相序L1、L2、L3连接，电动机正转。当接触器KM2工作时，则KM2的三对主触点把三相电源和电动机的定子绕组按反相序L3、L2、L1连接，电动机反转。

但是，如果两个接触器同时工作，那么从图中可以看到，将由两根电源线通过它们的主触点而将电源短路了。所以对正反转控制线路最根本的要求是：必须保证两个接触器不能同时工作。这种在同一时间里两个接触器只允许其中一个接触器工作的控制作用，称作互锁。图6.5(b)和(c)两个图是两种有互锁保护的三相异步电动机正反转控制线路。 6

（a） 主电路 (b) 电气互锁 (c) 双重互锁

图6.5三相异步电动机正反转电气控制线路

一、接触器互锁的正反转控制线路

图6.5（b）控制线路中，分别在接触器KM1 、KM2线圈的支路中串接了对方的一个常闭辅助触点，这样可以保证接触器KM1 、KM2不会同时通电。这种作用称为互锁，这两个常闭触点称为互锁触点，这种通过接触器常闭触点实现互锁的控制方式称为接触器互锁。

（1）正转控制：如果按下正转起动按钮SB2，接触器KM1线圈通电且自锁，主触点闭合使电动机正转，与此同时，互锁触点断开，切断了反转接触器KM2线圈的通路，此时按下反转起动按钮SB3将无效。

（2）反转控制：先按下停止按钮SB1, 接触器KM1线圈断电，主触点和自锁触点断开，电动机断电停转。此时接触器KM1的互锁触点重新闭合，为接通反转控制电路做好准备。再按下反转起动按钮SB3，接触器KM2线圈通电且自锁，主触点闭合使电动机反转。与此同时，互锁触点断开，切断了正转接触器KM1线圈的通路，此时按下正转起动按钮SB3将无效。