项目单元4 三相笼型异步电动机的单向控制线路的安装接线

4.1 训练目标

（1）学会绘制电气安装接线图，熟悉安装控制线路的步骤。

（2）培养电气控制线路的安装、调试、故障分析与排除的操作能力。

4.2 实训设备和器件

任务所需实训设备和元器件见表4-1。

4.3 相关知识

电磁式继电器是一种自动电器，它的功能是根据外界输入信号，在电气输出电路中，控制电路接通或断开。它主要用来反映各种控制信号，其触点一般接在控制电路中。电磁式继电器是应用最早、最多的一种形式。其结构及工作原理与接触器大体相同，在结构上由电磁机构和触头系统等组成。但接触器只有在一定的电压信号下动作，而电磁式继电器可以对各种输入量变化做出反应，如电流、电压、时间、速度等；另外，继电器是用于切断小电流的控制和保护回路的，而接触器是用来控制大电流电路，因此接触器有灭弧装置，而电磁式继电器没有灭弧装置。以上是接触器与电磁式继电器的区别。

电磁式继电器按所反映的参数可分为电流继电器、电压继电器、中间继电器等。

项目学习情境1 电磁式继电器

1.电磁式电流继电器

根据输入（线圈）电流大小而动作的继电器称为电流继电器。电流继电器的线圈串接于被测电路中，反映电路电流的变化，对电路实现过电流与欠电流保护。为了使串入电流继电器后不影响电路工作情况，因此，电流继电器的线圈应阻抗小，导线粗，其匝数应尽量少，只有这样线圈的功率损耗才小。

根据实际应用的要求，电流继电器又有过电流继电器和欠电流继电器之分。过电流继电器在正常工作时，线圈通过的电流在额定值范围内，它所产生的电磁吸力不足以克服反力弹簧的反作用力，故衔铁不动作；当通过线圈的电流超过某一整定值时，电磁吸力大于反力弹簧拉力，吸引衔铁动作，于是常开触头闭合，常闭触头断开；有的过电流继电器带有手动复位结构，它的作用是：当过电流时，继电器动作，衔铁被吸合，但当电流再减小甚至到零时，衔铁也不会自动返回，只有当故障得到处理后，采用手动复位结构，松开锁扣装置后，衔铁才会在复位弹簧作用下返回原始状态，从而避免重复过电流事故的发生。

过电流继电器主要用于频繁启动的场合，作为电动机或主电路的过载和短路保护。一般的交流过电流继电器调整在（110%～350%）IN动作，直流过电流继电器调整在（70%～300%） IN动作。

欠电流继电器是当通过线圈的电流降低到某一整定值时，继电器衔铁被释放，所以，欠电流继电器在电路电流正常时，衔铁吸合。欠电流继电器的吸引电流为线圈额定电流的30%～65%，释放电流为额定电流的10%～20%。因此，当继电器线圈电流降低到额定电流10%～20%时，继电器即动作，给出信号，使控制电路做出应有的反应。交流过电流继电器的铁芯和衔铁上可以不安放短路环。

电流继电器的动作值与释放值可用调整反力弹簧的方法来整定。旋紧弹簧，反作用力增大，吸合电流和释放电流都被提高；反之，旋松弹簧，反作用力减小，吸合电流和释放电流都降低。另外，调整夹在铁芯柱与衔铁吸合端面之间的非磁性垫片的厚度也能改变继电器的释放电流，垫片越厚，磁路的气隙和磁阻就越大，与此相应，产生同样吸力所需的磁动势也越大，当然，释放电流也要大些。

电流继电器型号意义如图4-1所示。

JL14系列交直流电流继电器的磁系统为棱角转动拍合式，由铁芯、衔铁、磁轭和线圈组成，触点为桥式双断点，触点数量有多种，并带有透明外罩。

2.电磁式电压继电器

电压继电器是根据输入电压大小而动作的继电器。电压继电器线圈与被测电路并联，反映电路电压的变化，可作为电路的过电压和欠电压保护。为了不影响电路的工作状态，要求其线圈的匝数要多，导线截面要小，线圈阻抗要大。根据电压继电器动作电压值的不同分为过电压、欠电压、零电压继电器，一般欠电压继电器用得较多。过电压继电器在电路电压为（105%～120%）UN时吸合动作，欠电压继电器在电路电压为（40%～70%）UN时释放，零电压继电器在电路电压降至（5%～25%）UN时释放。对于交流励磁的过电压继电器在电路正常时不动作，只有在电路电压超过额定电压，达到整定值时才动作，且一动作就将电路切断。为此，铁芯和衔铁上也可以不安放短路环。

常用的过电压继电器为JT4-A型，欠电压及零电压继电器为JT4-P型。

电压继电器型号意义如图4-2所示。

3.电磁式中间继电器

电磁式中间继电器的用途很广。若主继电器的触点容量不足，或为了同时接通和断开几个回路需要多对触点时，或一套装置有几套保护需要用共同的出口继电器等，都要采用中间继电器。中间继电器实质上为电压继电器。当线圈加上70%以上的额定电压时，衔铁被吸合，并使衔铁上的动触点与静触点闭合；当失电后，衔铁受反作用弹簧的拉力而返回原位。

电磁式中间继电器的基本结构及工作原理与接触器完全相同，故称为接触器式继电器，所不同的是中间继电器的触点对数较多，并且没有主、辅之分，各对触点允许通过的电流大小是相同的，其额定电流约为5A。

常用的中间继电器如JZ7型和JZ14型等中间继电器。

JZ7型继电器采用立体布置，铁芯和衔铁用E形硅钢片叠装而成，线圈置于铁芯中柱，组成双E直动式电磁系统。触点采用桥式双断点结构，上、下两层各有4对触点，下层触点只能是常开的，故触点系统可按8常开，6常开、2常闭，4常开、4常闭组合。

JZ14型中间继电器采用螺管式电磁系统及双断点桥式触点。其基本结构为交、直流通用，交流铁芯为平顶形，直流铁芯与衔铁为圆锥形接触面。触点采用直列式布置，触点对数可达8对，按6常开、2常闭，4常开、4常闭及2常开、6常闭任意组合。继电器还有手动操作钮，便于点动操作和作为动作指示，同时还带有透明外罩，以防尘埃进入内部，影响工作的可靠性。

电磁式中间继电器与电压继电器在电路中的接法和结构特征基本上也相同。在电路中起到中间放大与转换作用。即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，可用中间继电器来切换多条电路。图4-3为JZ7—44型中间继电器结构示意图和图形文字符号。

电磁式继电器一般图形文字符号是相同的，电流继电器、电压继电器、中间继电器文字符号都为KA等。

中间继电器型号意义如图4-4所示。

项目学习情境2 热继电器

热继电器是利用电流的热效应来切断电路的保护电器，主要对电动机或其他负载进行过载保护以及三相电动机的断相保护。电动机在实际运行中，由于过载时间过长，绕组温升超过了允许值时，将会加剧绕组绝缘的老化，缩短电动机的使用寿命，严重时会使电动机绕组烧毁。因此，在电动机的电路中应设置有过载保护。

双金属片式热继电器的基本结构由加热元件、主双金属片、触点系统、动作机构、复位按钮、电流整定装置和温升补偿装置等部分组成。

热继电器的双金属片加热方式有三种，即直接加热式、间接加热式和复合加热式。其中间接加热式应用最普遍。

它是一种双金属片间接加热式热继电器，有两个主双金属片与两个发热元件，两个热元件分别串接在主电路的两相中。双金属片作为测量组件，由两种不同线膨胀系数的金属压焊而成。动触点与静触点接于控制电路的接触器线圈回路中。在电动机正常运行时，热组件产生的热量虽能使双金属片产生弯曲变形，但还不足以使热继电器的触点系统动作；当负载电流超过整定电流值并经过一定时间后，工作电流增大，热组件产生的热量也增多，温度升高，发热元件所产生的热量足以使双金属片受热向右弯曲，并推动导板向右移动一定距离，导板又推动温度补偿片与推杆，使动触点与静触点分断，从而使接触器线圈断电释放，将电源切除起到保护作用。电源切断后电流消失，双金属片逐渐冷却，经过一段时间后恢复原状，于是动触点在失去作用力的情况下，靠自身弹簧的弹性自动复位与静触点闭合。

1.两相结构的热继电器

图4-5所示为两相结构的热继电器工作原理示意图及图形文字符号。这种热继电器也可以采用手动复位，将螺钉向外调节到一定位置，使动触点弹簧的转动超过一定角度而失去反弹性，在此情况下，即使主双金属片冷却复原，动触点也不能自动复位。必须采用手动复位，按下复位按钮使动触点弹簧恢复到具有弹性的角度，使静触点恢复闭合。这在某些故障未被消除，为防止带故障投入运行的场合是必要的。

热继电器的动作电流还与周围环境有关。当环境温度变化时，主双金属片会发生所谓零点漂移（即发热元件未通过电流时主双金属片所产生的变形）的现象，因而在一定动作电流下的动作时间会产生误差。为了补偿周围环境温度所带来的影响，设置了温度补偿双金属片，当主双金属片因环境温度升高向右弯曲时，补偿双金属片也同样向右弯曲，这就使热继电器在同一整定电流下，保证动作行程基本一致。

热继电器的整定电流是指热继电器连续工作而不动作的最大电流。整定电流的调节可以借助于旋转凸轮于不同位置来实现，旋钮上刻有整定电流值标尺，转动旋钮改变凸轮位置便改变了支撑杆的起始位置，即改变了推杆与动触点连杆的距离，调节范围可达1∶1.6。

2.三相结构的热继电器

一般情况下，应用两相结构的热继电器已能对电动机的过载进行保护。这因为电源的三相电压均衡，电动机的绝缘良好，三相线电流也是对称的。但是，当三相电源因供电线路故障而产生不平衡情况，或因电动机绕组内部发生短路或接地故障时，就可能使电动机某一相线电流比另外两相电流要高，若该相线电路中恰巧没有热元件，就不能对电动机进行可靠的保护。为此，就必须选用三相结构的热继电器。

三相结构的热继电器外形、结构及工作原理与两相结构的热继电器基本相同。仅是在两相结构的基础上，增加了一个加热元件和一个主双金属片而已。三相结构的热继电器又分为带断相保护装置和不带断相保护装置两种。

三相电源的断相是引起电动机过载的常见故障之一。一般，热继电器能否对电动机进行断相保护，这还要看电动机绕组的连接方式。

对于绕组是星形接法的电动机来说，当运行中发生断相，则另外两相就会发生过载现象，因流过继电器热元件的电流就是电动机绕组的电流，所以，普通的两相结构或三相结构的继电器都可以起到断相保护作用。

对于绕组是三角形接法的电动机来说，若继电器的热元件串接在电源的进线中，并且按电动机的额定电流来整定。当运行中发生断相，流过热继电器的电流与流过电动机绕组的电流增加的比例是不同的。在电动机三相绕组内部，故障相电流将超过其额定电流。但此时的故障相电流并未超过继电器的整定电流值，所以热继电器不动作，但对电动机来说某相绕组就有过载危险。

为了对三角形接法的电动机进行断相保护，必须采用三相结构带断相保护装置的热继电器。由于热继电器主双金属片受热膨胀的热惯性及带动机构传递信号的惰性的原因，从过载开始到控制电路分断为止，需要一定的时间，由此可以看出，电动机即使严重过载或短路，热继电器也不会瞬时动作，所以热继电器不能作短路保护。但正是这个热惯性和机械惰性，在电动机启动或短时过载时，热继电器也不会动作，从而满足了电动机的某些特殊要求。

3.热继电器的基本特性

继电器主要用于保护电动机的过载，因此在选用时，必须了解被保护对象的工作环境、启动情况、负载性质、工作制以及电动机允许的过载能力，与此同时还应了解热继电器的某些基本特性和某些特殊要求。

（1）安秒特性

安秒特性即电流—时间特性，是表示热继电器的动作时间与通过电流之间的关系的特性，也称动作特性或保护特性。

（2）热稳定性

热稳定性即耐受过载能力。热继电器热元件的热稳定性要求是：在最大整定电流时，对额定电流100A及以下的，通10倍最大整定电流；对额定电流100A以上的，通8倍最大整定电流，热继电器应能可靠动作5次。

（3）控制触点寿命

热继电器的常开、常闭触点的长期工作电流为3A，并能操作视在功率为510W的交流接触器线圈10000次以上。

（4）复位时间

自动复位时间不多于5min，手动复位时间不多于2min。

（5）电流调节范围

电流调节范围约为66%～100%，最大为50%～100%。

项目学习情境3 三相笼型异步电动机单向全压启动控制线路

图4-6所示为三相笼型异步电动机单向全压启动控制线路。它是一个常用的最简单的控制线路。由刀开关QS、熔断器FU1、接触器KM的主触头、热继电器FR的热元件与电动机M构成主电路。

启动按钮SB2、停止按钮SB1、接触器KM的线圈及其常开辅助触头、热继电器FR的常闭触头和熔断器FU2构成控制回路。

启动时，合上QS，引入三相电源。按下SB2，交流接触器KM的吸引线圈通电，接触器主触头闭合，电动机接通电源直接启动运转。同时与启动按钮并联的接触器常开辅助触头闭合，当松开SB2时，KM线圈通过本身辅助触点继续保持通电，从而保证了电动机连续运转。这种依靠接触器自身辅助触点保持线圈通电的电路，称为自锁或自保电路。辅助常开触点称为自锁触点。

当需要电动机停止运转时，可按下停止按钮SB1，切断KM线圈电路，KM常开主触头与辅助触点均断开，切断电动机电源电路和控制电路，电动机停止运转。

该电路可实现保护环节如下。

（1）短路保护

由熔断器FU2、FU1分别实现主电路和控制电路的短路保护。为扩大保护范围，在电路中熔断器应安装在靠近电源端，通常安装在电源开关下边。

（2）过载保护

由于熔断器具有反时限保护特性和分散性，难以实现电动机的长期过载保护，为此采用热继电器FR实现电动机的长期过载保护。当电动机出现长期过载时，串接在电动机定子电路中的双金属片因过热变形，致使其串接在控制电路中的常闭触头打开，切断KM线圈电路，电动机停止运转，实现了过载保护。

（3）欠压和失压保护

当电源电压由于某种原因严重欠压和失压时，接触器电磁吸力急剧下降或消失，衔铁释放，常开主触点与自锁触点断开，电动机停止运转。而当电源电压恢复正常时，电动机不会自行启动运转，避免事故发生。因此具有自锁的控制电路具有欠压与失压保护功能。

4.4 训练内容和步骤

1.训练内容和控制要求

图4-6所示为三相笼型异步电动机单向全压启动控制线路训练原理图。

启动：合上电源开关QS，按下按钮SB2→KM线圈得电→KM主触点闭合（KM辅助触点闭合）→电动机M启动运转。实现了三相笼型异步电动机单向全压启动控制。

停止：按下停止按钮SB1→KM线圈失电→KM主触点断开→电动机M停止运转。

2.训练步骤及要求

（1）分析识读三相异步电动机的单向启动控制线路的电气原理图。

（2）根据电气原理图4-6绘制安装接线图。

三相异步电动机的单向启动控制电气元件布置图如图4-7所示。电气安装接线图如图4-8所示。

（3）检查电气元件，并固定元件。

（4）按电气安装接线图接线，注意接线要牢固，接触要良好，工艺力求美观。

（5）检查控制线路的接线是否正确，是否牢固。

（6）接线完成后，检查无误，经指导教师检查允许后方可通电调试。

确认接线正确后，接通交流电源L1、L2、L3并合上开关QS，此时电动机不转。按下按钮SB2，电动机M应自动连续转动，按下按钮SB1电动机应停转。若按下按钮SB2启动运转一段时间后，电源电压降到320V以下或电源断电，则接触器KM主触点会断开，电动机停转。再次恢复电压380V（允许±10%波动），电动机应不会自行启动——具有欠压或失压保护。

如果电动机转轴被卡住而接通交流电源，则在几秒内热继电器应动作，自动断开加在电动机上的交流电源（注意不能超过10s，否则电动机过热会冒烟导致损坏）。

3.注意事项

接线要求牢靠，不允许用手触及各电气元件的导电部分，以免触电及伤害。

4.思考与练习

（1）什么叫电磁式电压继电器？什么叫电磁式电流继电器？

（2）热继电器的作用是什么？

（3）比较点动控制和单向长动控制线路在结构和功能上有何区别？

4.5 实训报告要求和考核标准

实训考核标准见表4-2。