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三相異步電動機正反轉控制線路電路分析及教學


三相異步電動機正反轉控制線路是電機拖動課程教學中的核心部分,也是學生中級維修電工技能鑒定考核中必考知識技能之一,是學生學習後續課程,學習電路故障排除的基礎。而接觸器聯鎖、按鈕聯鎖及雙重聯鎖正反轉這三種聯鎖控制線路又是控制線路中最基礎、最常用的控制電路。為了更合理、完善地完成三種聯鎖電路的教學,本文對這三種聯鎖電路的地位作用、電路組成、工作原理、聯系及區别進行了詳細的分析,并且給出了便于學生理解和掌握的教學思路。
1、三種正反轉控制線路的地位和作用
接觸器、按鈕、雙重聯鎖這三種聯鎖線路是三相異步電動機正反轉控制電路中很重要的控制線路,是通過将接觸器、按鈕的一個常閉觸點串聯在另外一個接觸器線圈的回路裡,起到防止出現正反轉接觸器同時吸合造成電路短路的作用。
2、電路組成
三種電路均由電源隔離開關QS;交流接觸器KM1、KM2;熱繼電器FR;熔斷器FU1、FU2,啟動按鈕SB2、SB3;停止按鈕SB1及電動機M組成。電路中各個元件的文字符号、圖形表示、工作原理、實物的觸點等,是學習電路工作原理的基礎。
3、工作原理圖

圖一 接觸器聯鎖正反轉控制線路

圖二 按鈕聯鎖正反轉控制線路
4、工作原理分析
(1)接觸器聯鎖正反轉控制線路的工作原理(圖一)
A、正轉控制:按下正轉按鈕SB2→接觸器KM1線圈得電→KM1主觸頭閉合,KM1的自鎖觸頭閉合→電動機自鎖正轉。同時,KM1聯鎖觸頭斷開,對KM2聯鎖。
B、反轉控制:按下反轉按鈕SB3→接觸器KM2線圈得電→KM2主觸頭閉合,KM2的自鎖觸頭閉合→電動機自鎖正轉。同時,KM2聯鎖觸頭斷開,對KM1聯鎖。
C、停止控制:按下停止按鈕SB1,KM2線圈斷電,KM2主觸頭斷開,同時KM2自鎖觸點也斷開,電機反轉停止。KM1常閉觸點閉合,為正轉做好準備。

圖三 雙重聯鎖正反轉控制線路
(2)按鈕聯鎖正反轉控制線路的工作原理(圖二)
A、正轉控制:按下正轉按鈕SB2→SB2常閉觸頭先分斷,對KM2聯鎖,SB2常開觸頭後閉合→接觸器KM1線圈得電→KM1主觸頭閉合,KM1的自鎖觸頭閉合→電動機自鎖正轉。
B、反轉控制:按下反轉按鈕SB3→SB3常閉觸頭先分斷,對
KM1聯鎖,SB3常開觸頭後閉合→接觸器KM2線圈得電→KM2主觸頭閉合,KM2的自鎖觸頭閉合→電動機自鎖反轉。
C、停止:按下停止按鈕SB1,KM2線圈斷電,KM2主觸頭斷開,同時KM2自鎖觸點也斷開,電機反轉停止。
(3)雙重聯鎖正反轉控制線路的工作原理(圖三)
A、正轉控制:按下正轉按鈕SB2→SB2常閉觸頭先分斷,對KM2聯鎖,SB2常開觸頭後閉合→接觸器KM1線圈得電→KM1主觸頭閉合,KM1的自鎖觸頭閉合→電動機自鎖正轉,同時,KM1聯鎖觸頭斷開,對KM2聯鎖。
B、反轉控制:按下反轉按鈕SB3→SB3常閉觸頭先分斷,對KM1聯鎖,SB3常開觸頭後閉合→接觸器KM2線圈得電→KM2主觸頭閉合,KM2的自鎖觸頭閉合→電動機自鎖反轉。同時,KM2聯鎖觸頭斷開,對KM1聯鎖。
C、停止:按下停止按鈕SB1,KM2線圈斷電,KM2主觸頭斷開,同時自鎖觸點也斷開,電機反轉停止。KM1常閉觸點閉合,為正轉做好準備。
5、三種聯鎖電路的聯系及區别
(1)聯系
從圖一、圖二兩種聯鎖的控制線路可以看到,在主電路中,KM1和KM2的主觸點不能同時吸合,不然會造成電路的短路。為解決這個問題,在控制電路中,将按鈕、接觸器的一個常閉觸點串聯到另外一個接觸器線圈電路中。如圖一,接觸器聯鎖正反轉控制線路是将接觸器KM1和KM2的常閉觸點分别串聯在KM2和KM1的線圈電路中。如圖二,按鈕聯鎖正反轉控制線路是将按鈕SB2和SB3的常閉觸點分别串聯在KM2和KM1的線圈電路中。通過聯鎖,當接觸器KM1線圈通電的同時,接觸器KM2線圈斷電;而接觸器KM2線圈通電的同時,接觸器KM1線圈斷電,從而保證主電路KM1和KM2的主觸點不能同時吸合而造成短路。如圖三,将前兩者:接觸器及按鈕聯鎖結合起來,就形成了雙重聯鎖電路。
(2)區别
①接觸器聯鎖正反轉控制線路特點:
由以上工作原理分析知道,要改變電動機的轉向時,必須先按下停止按鈕,解除聯鎖後,再按下反轉按鈕,才能使電動機反轉。
優點:工作安全可靠。
缺點:操作不方便。
②按鈕聯鎖正反轉控制線路特點:
由以上工作原理分析知道,要改變電動機的轉向時,由于按鈕有松手即複位的特點,松開正轉啟動按鈕的同時,按鈕的常閉觸頭已恢複閉合(解除聯鎖),可直接按下反轉按鈕,使電動機反轉。
優點:操作方便。
缺點:聯鎖的作用隻發生在按下按鈕的瞬間,當松開按鈕,聯鎖作用解除。當接觸器發生主觸頭熔焊、雜物卡住等故障時,會造成電源兩相短路。
③雙重聯鎖正反轉控制線路特點:
要改變電動機的轉向時,無須先按下停止按鈕,可直接按下反轉按鈕,使電動機反轉。
優點:兼有以上兩種聯鎖電路的優點,既操作方便,又安全可靠,不會造成電源兩相短路的故障。
總結起來,接觸器聯鎖正反轉控制線路雖工作安全可靠但操作不方便;而按鈕聯鎖正反轉控制線路雖操作方便但容易産生電源兩相短路故障。雙重聯鎖正反轉控制線路則兼有兩種聯鎖控制線路的優點,既操作方便,又工作安全可靠。
6、三種聯鎖線路的教學思路
(1)首先講授接觸器聯鎖線路
三種聯鎖電路中,接觸器聯鎖是最先講授的,是學生第一次接觸到“聯鎖”這一概念:利用接觸器(按鈕)的輔助觸點與對方的線圈串聯,起到相互制約的作用。隻要學生建立了“聯鎖”的概念,無論是接觸器聯鎖,還是後續兩種聯鎖電路的分析,學生就更容易理解。“聯鎖”起到了防止電路短路的作用,而接觸器聯鎖線路是通過接觸器來實現聯鎖功能,而交流接觸器常閉觸點先斷開,常開觸點後閉合,是分析該電路的關鍵點。上面線路特點分析指出接觸器聯鎖線路有操作不方便,不能從正轉直接切換到反轉,要先按下停止按鈕的缺點。提出問題:有沒有另外的元件跟接觸器一樣能實現聯鎖?能不能設計一個能從正轉直接切換到反轉的電路?引出按鈕聯鎖正反轉控制線路。
(2)其次講授按鈕聯鎖線路
由于接觸器聯鎖電路有不能從正轉直接切換到反轉,操作不方便的特點,為了解決這一問題,引入了按鈕聯鎖線路。按鈕聯鎖線路的關鍵知識點是按鈕的動作特點:常閉先斷開,常開後閉合,并且松手後,按鈕複位。這是按鈕聯鎖線路能起到聯鎖作用并且從正轉直接切換到反轉的原因。但按鈕聯鎖容易産生電源兩相短路故障,如果解決這個問題?就是接下來講解的雙重聯鎖電路。
(3)最後講授雙重聯鎖線路
介于接觸器聯鎖和雙重聯鎖線路都各自有缺點,故引入了雙重聯鎖電路,以彌補前兩種聯鎖電路的不知。雙重聯鎖線路是将接觸器聯鎖和按鈕聯鎖線路結合起來,該聯鎖線路兼有前兩種聯鎖控制線路的優點,既能從正轉直接切換到反轉,又避免了電源易産生兩相短路的故障。
總之,接觸器聯鎖、按鈕聯鎖及雙重聯鎖正反轉控制線路是三相異步電動機最基本的三種聯鎖控制電路。既是學生在學習電機拖動課程中最基礎、最常見的線路,又是學習後續控制電路故障排除的基礎。三種線路既有共通點,又各自有不同的優缺點,三種線路的教學要結合起來講解,有分析、有對比,才能使學生更透徹地理解三種線路的工作原理,掌握三相異步電動機正反轉控制線路的工作過程。

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