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中职学生对三相异步电动机正反转控制原理图认识

摘 要:在中职电工电子教学中,三相异步电动机正反转控制是一个重点内容。在电工电子实际工作中,各类自动化装置的电动机驱动工作部往往需要正、反两个方向的运动,如主轴的正转与反转、摇臂的上升和下降等很多是靠电动机的正反转来实现的。三相异步电动机的正反转控制是一个基本的自动控制环节,对电工电子教学中较简单的控制内容教师可以在此基础上做一些删改,较复杂的控制内容可以在此基础上进行适当的补充。本文重点介绍在中职电工电子专业教学中,几种常见的正反转控制电路的安装与调试中的常见问题及解决方案。
三相异步电动机正反转控制原理图1

    为了使电动机能够正转和反转,可采用两只接触器KM1、KM2换接电动机三相电源的相序,但两个接触器不能吸合,如果同时吸合将造成电源的短路事故,为了防止这种事故,在电路中应采取可靠的互锁,上图为采用按钮和接触器双重互锁的电动机正、反两方向运行的控制电路。线路分析如下:
一、正向启动:1、合上空气开关QF接通三相电源2、按下正向启动按钮SB3,KM1通电吸合并自锁,主触头闭合接通电动机,电动机这时的相序是L1、L2、L3,即正向运行。
二、反向启动:1、合上空气开关QF接通三相电源2、按下反向启动按钮SB2,KM2通电吸合并通过辅助触点自锁,常开主触头闭合换接了电动机三相的电源相序,这时电动机的相序是L3、L2、L1,即反向运行。
三、互锁环节:具有禁止功能在线路中起安全保护作用1、接触器互锁:KM1线圈回路串入KM2的常闭辅助触点,KM2线圈回路串入KM1的常闭触点。当正转接触器KM1线圈通电动作后,KM1的辅助常闭触点断开了KM2线圈回路,若使KM1得电吸合,必须先使KM2断电释放,其辅助常闭触头复位,这就防止了KM1、KM2同时吸合造成相间短路,这一线路环节称为互锁环节。2、按钮互锁:在电路中采用了控制按钮操作的正反传控制电路,按钮SB2、SB3都具有一对常开触点,一对常闭触点,这两个触点分别与KM1、KM2线圈回路连接。例如按钮SB2的常开触点与接触器KM2线圈串联,而常闭触点与接触器KM1线圈回路串联。按钮SB3的常开触点与接触器KM1线圈串联,而常闭触点压KM2线圈回路串联。这样当按下SB2时只能有接触器KM2的线圈可以通电而KM1断电,按下SB3时只能有接触器KM1的线圈可以通电而KM2断电,如果同时按下SB2和SB3则两只接触器线圈都不能通电。这样就起到了互锁的作用。
四、电动机正向(或反向)启动运转后,不必先按停止按钮使电动机停止,可以直接按反向(或正向)启动按钮,使电动机变为反方向运行。
五、电动机的过载保护由热继电器FR完成。
 
三相异步电动机正反转控制原理图2
  在选择断路器时,我们不仅要关注断路器的延迟曲线等主要指标,还应重视它的很多次要功能,这些常容易被忽略的性能不仅能为一个良好的设计锦上添花,而且还能帮助工程师们为其应用设计精密的保护电路。
  目前市面上有许多配备了各种可选功能的断路器,这些功能对于电路保护设计很有帮助。下面列出的是一些较为常见的功能。
  辅助接点(辅助开关):它们是与主接点电隔离的接点,适用于报警和程序开关。辅助接点可用于向操作人员或控制系统告警,发出警报,或在重要应用中接通备用电源。
  传动:传动器类型的选择不仅是出于美观的考虑。具有开关速度是通/断开关两倍的传动摇杆开关的断路器能够节约成本和电路板空间。推挽式传动器在遇到突发事件时最为稳定。
  分流端子:传统断路器被认为是“串联跳闸”的,这是因为接点、电流感应元件和负载都是串联的。分流端子从主电路分出支路,这样可将次级负载接入。如果初级负载发生了短路或过载,断路器将跳闸并切断两个负载的电源。
  与辅助接点不同,分流端子是接到位于开关接点和电流感应元件之间的断路器载流通路的,这意味着第二个负载不受过载或短路保护。可以采用一个独立的断路器来保护次级电路,否则该电路只可用于具有内置保护电路的设备。 
  复式控制(遥控跳闸或继电器跳闸):复式控制断路器将两个彼此电隔离的感应元件组合起来以实现多项功能。例如,复式控制断路器可利用遥控传动器或感应器来进行传统的过流保护以及电路断接。遥控跳闸是复式控制的一个例子,通常被称为“继电器跳闸”。
  低压跳闸:这是断路器中一个独立的电压敏感元件,如果电压降到预定值以下,它将使主接点开路。具有低电压跳闸的开关断路器被广泛用于有线连接电器的通/断控制。安全管理部门要求这些电器在发生掉电时必须切断电源,以避免电源恢复时电器突然重新启动的危险。
  自动跳闸:一个自动跳闸的断路器在故障期间不会一直保持闭合—因为开关装置不会因强行保持传动器接通而失效。在一个完全自动跳闸的设计中,当传动器被保持在“接通”位置时,主接点在发生故障之后将始终保持开路。一些被称为“循环自动跳闸”的断路器在故障期间不能强行保持接通状态,但如果传动器一直处在“接通”的位置,则它们将周期性地接通和断开。如果断路器安装在容易够得着的地方(即未封闭),则应采用自动跳闸断路器。
六、倒顺开关正反转控制线路的安装与调试模块的特点分析:
  在中职电工电子教学中,倒顺开关正反转控制线路所用电器较少,线路比较简单,操作人员劳动强度大,操作安全性差。在倒顺接法安装时,学生的一些常见问题有:一是开关的金属外壳是否可靠接地。接地线连接倒顺开关是否接到指定的接地螺钉上,切忌接在开关的罩壳上。二是进出线接线是否接错。接线时,应看清开关线端标记,保证标记为L1、L2、L3接电源,标记为U、V、W接电动机,否则会造成两线电源短路。三是倒顺开关的操作顺序是否正确。四是若作为临时性装置安装时,如将倒顺开关安装在墙壁上时,接到电动机的引线可采用塑料铜线或橡套电缆线,并采用金属软管保护;若将开关和电动机一起安装在同一金属结构件上或支架上,开关的电源进线必须采用四角插头和插座连接,并在插座前装熔断器或再加装隔离开关。可移动的引线必须完整无损,不得有接头。引线的长度一般不超过2m。
  学生在调试时的注意事项:一是电动机由正转变反转。应先使电动机停转,然后再把手柄扳到倒向的位置,使其反转。若直接由顺变倒,电动机的定子绕组会因为电源突然反接而产生很大的反向电流,易使电动机定子绕组因过热而损坏。二是调试时电动机不启动或电动机缺相可能使熔断器的熔体熔断、倒顺开关操作失控、倒顺开关动静触头接触不良。查明原因后更换熔体、修复或更换倒顺开关,对触头进行修整。这些应是教师指导的重点。
七、电动机接触器控制线路的安装与调试模块的教学分析:
  在电工电子学中,我们采用接触器来控制电动机的正反转,可以大大减轻劳动强度,但电路相对复杂。学生在实习安装时有以下常见问题。
  1.接线常见故障:
  接触器连锁触头接线没有正确连接两个接触器,即正转的接触器和反转的接触器没有分别用正转按钮和反转按钮控制。教师要提醒学生注意两个接触器的主触头所接的电源相序不同,其相应的控制电路有两个接触器连锁触头,如果连接错误会造成主电路中两相电源短路。一般我们采取的措施就是在正反转控制电路中分别串接对方接触器的一对常闭辅助触头。在调试时,我们应先合上QF,再按下SB1及SB3,看控制是否正常,并在按下SB1后,再按下SB2,观察有无连锁作用。
  2.学生实习排除故障常见原因:
  (1)铁芯吸不上或吸力不足。原因:电流电压过低、线圈技术参数不符合使用要求、线圈烧断或断线、卡住、生锈、弹力过大。
  (2)铁芯不放开或释放过慢。原因:触头熔焊或压力过小、卡住、生锈、磁面有油污或尘埃、剩磁过大(铁芯材料或加工问题)。
  (3)线圈过热或烧毁:铁芯不能完全吸合。原因:使用条件不符、操作频率过高(交流)、空气潮湿或含有腐蚀性气体。
  (4)电磁铁噪声过大。原因:电压过低、压力过大、磁面不平、有油污、尘埃、断路环断裂。
  (5)触头熔焊。原因:操作频率过高或过负荷、触头表面有金属颗粒突起或异物、有卡住现象。
  解决这些问题对于教学效果的提升非常重要。
八、电动机接触器双重连锁正反转控制电路模块的教学分析:
  教学中对于接触器连锁正反转控制线路的优点是安全可靠的,缺点是操作不便。用接触器控制电动机的正反转,大大减轻了劳动强度,但电路要相对复杂;用按钮连锁正反做控制线路的优点是操作方便,不需按动停止按钮,可以直接进行正反转切换,但缺点是容易产生相间短路。如:当接触器主触头熔焊或者被异物卡住时,即使接触器线圈失电,其主触头也没有分断,这时按下开关,得电动作,主触头闭合,就会造成相间短路。所以,这一电路存在一定的安全隐患,这也是教学中教师和学生应该关注的一个重点问题。按钮、接触器双重连锁正反转控制电路克服了接触器控制电路中间歇性的缺点,但电路中元件较多。控制电路至少含有5个控制电器,正反停3个按钮,正反转2个接触器。这样线路相对复杂,电路中有两个按钮不带自锁,具有两对触点,一组常开,一组常闭。利用按钮与接触器的触点组成的电路,在按下正转按钮后再按反转按钮就没有反应,这就是连锁;相反,在反转时按正转按钮也没有反应,这样正反转切换必须要在停机后才能起作用。在实际应用当中,设计的电路既要工作安全也要操作方便,这就是按钮、接触器双重连锁正反转控制线路的特点。优点:接触器连锁控制线路与按钮连锁控制线路组合在一起形成的新电路,具备了以上两种电路的优点,操作方便、安全可靠,还不会造成相间短路。在完成教学任务时,学生应该同时完成作业记录表格,培养良好的职业习惯。
九、位置控制线路的控制电路模块的教学特点分析:
  在机械运动过程中,一些部件的行程或位置要进行限制。学生在设计控制电路时要对机械工作性能、结构特点、运动情况、加工工艺及加工情况加以充分的了解,使控制系统简单、经济、合理,便于操作,维修方便,安全可靠,能够最大限度地满足机械加工工艺的要求,但更重要的是确保控制电路工作的安全性和可靠性。学生在学习此部分内容时,要经常考虑安装调试的注意事项:一是要正确连接电器的线圈、正确连接电器元件的触头、防止出现寄生电路;二是在控制电路中控制触头应合理布置,所有导线的截面积在等于或大于0.55mm2时,必须使用软管,在布线时严禁损伤线芯和导线绝缘;三是在各电器元件接线端子上引入和引出的导线,除了间距很小和元件机械强度很差允许直接架空敷设外,其他导线必须经过走线槽进行连接,进入走线槽内的导线要完全置于走线槽内,并尽可能避免交叉;四是在所有接线端子、导线线头上,都应套有与电路图上相应接线号码一致的编码套管,并按线号连接,连接必须牢靠,不得松动,并严格按照工序要求操作。学生完成作业项目后,教师要组织小组进行评价和检查,防止出现错误连接和安全事故。
十、小结:
在中职电工电子课实习教学中,异步电动机的检查与调整内容是教学的重点,我们采取模块化教学有助于学生更好地理解体会不同正反转控制电路的优缺点,学生通过比较学习能够强化理解和记忆能力,有助于理解此部分内容。但在实际工作中,学生会遇到更为复杂的故障,因此只通过教学中简单的实习是远远不够的,还需要在实习的基础上进行更深刻的思考与探究。

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