項目單元4 三相籠型異步電動機的單向控制線路的安裝接線

4.1 訓練目標

（1）學會繪制電氣安裝接線圖，熟悉安裝控制線路的步驟。

（2）培養電氣控制線路的安裝、調試、故障分析與排除的操作能力。

4.2 實訓設備和器件

任務所需實訓設備和元器件見表4-1。

4.3 相關知識

電磁式繼電器是一種自動電器，它的功能是根據外界輸入信號，在電氣輸出電路中，控制電路接通或斷開。它主要用來反映各種控制信號，其觸點一般接在控制電路中。電磁式繼電器是應用最早、最多的一種形式。其結構及工作原理與接觸器大體相同，在結構上由電磁機構和觸頭系統等組成。但接觸器只有在一定的電壓信號下動作，而電磁式繼電器可以對各種輸入量變化做出反應，如電流、電壓、時間、速度等；另外，繼電器是用于切斷小電流的控制和保護回路的，而接觸器是用來控制大電流電路，因此接觸器有滅弧裝置，而電磁式繼電器沒有滅弧裝置。以上是接觸器與電磁式繼電器的區別。

電磁式繼電器按所反映的參數可分為電流繼電器、電壓繼電器、中間繼電器等。

項目學習情境1 電磁式繼電器

1.電磁式電流繼電器

根據輸入（線圈）電流大小而動作的繼電器稱為電流繼電器。電流繼電器的線圈串接于被測電路中，反映電路電流的變化，對電路實現過電流與欠電流保護。為了使串入電流繼電器后不影響電路工作情況，因此，電流繼電器的線圈應阻抗小，導線粗，其匝數應盡量少，只有這樣線圈的功率損耗才小。

根據實際應用的要求，電流繼電器又有過電流繼電器和欠電流繼電器之分。過電流繼電器在正常工作時，線圈通過的電流在額定值范圍內，它所產生的電磁吸力不足以克服反力彈簧的反作用力，故銜鐵不動作；當通過線圈的電流超過某一整定值時，電磁吸力大于反力彈簧拉力，吸引銜鐵動作，于是常開觸頭閉合，常閉觸頭斷開；有的過電流繼電器帶有手動復位結構，它的作用是：當過電流時，繼電器動作，銜鐵被吸合，但當電流再減小甚至到零時，銜鐵也不會自動返回，只有當故障得到處理后，采用手動復位結構，松開鎖扣裝置后，銜鐵才會在復位彈簧作用下返回原始狀態，從而避免重復過電流事故的發生。

過電流繼電器主要用于頻繁啟動的場合，作為電動機或主電路的過載和短路保護。一般的交流過電流繼電器調整在（110%～350%）IN動作，直流過電流繼電器調整在（70%～300%） IN動作。

欠電流繼電器是當通過線圈的電流降低到某一整定值時，繼電器銜鐵被釋放，所以，欠電流繼電器在電路電流正常時，銜鐵吸合。欠電流繼電器的吸引電流為線圈額定電流的30%～65%，釋放電流為額定電流的10%～20%。因此，當繼電器線圈電流降低到額定電流10%～20%時，繼電器即動作，給出信號，使控制電路做出應有的反應。交流過電流繼電器的鐵芯和銜鐵上可以不安放短路環。

電流繼電器的動作值與釋放值可用調整反力彈簧的方法來整定。旋緊彈簧，反作用力增大，吸合電流和釋放電流都被提高；反之，旋松彈簧，反作用力減小，吸合電流和釋放電流都降低。另外，調整夾在鐵芯柱與銜鐵吸合端面之間的非磁性墊片的厚度也能改變繼電器的釋放電流，墊片越厚，磁路的氣隙和磁阻就越大，與此相應，產生同樣吸力所需的磁動勢也越大，當然，釋放電流也要大些。

電流繼電器型號意義如圖4-1所示。

JL14系列交直流電流繼電器的磁系統為棱角轉動拍合式，由鐵芯、銜鐵、磁軛和線圈組成，觸點為橋式雙斷點，觸點數量有多種，并帶有透明外罩。

2.電磁式電壓繼電器

電壓繼電器是根據輸入電壓大小而動作的繼電器。電壓繼電器線圈與被測電路并聯，反映電路電壓的變化，可作為電路的過電壓和欠電壓保護。為了不影響電路的工作狀態，要求其線圈的匝數要多，導線截面要小，線圈阻抗要大。根據電壓繼電器動作電壓值的不同分為過電壓、欠電壓、零電壓繼電器，一般欠電壓繼電器用得較多。過電壓繼電器在電路電壓為（105%～120%）UN時吸合動作，欠電壓繼電器在電路電壓為（40%～70%）UN時釋放，零電壓繼電器在電路電壓降至（5%～25%）UN時釋放。對于交流勵磁的過電壓繼電器在電路正常時不動作，只有在電路電壓超過額定電壓，達到整定值時才動作，且一動作就將電路切斷。為此，鐵芯和銜鐵上也可以不安放短路環。

常用的過電壓繼電器為JT4-A型，欠電壓及零電壓繼電器為JT4-P型。

電壓繼電器型號意義如圖4-2所示。

3.電磁式中間繼電器

電磁式中間繼電器的用途很廣。若主繼電器的觸點容量不足，或為了同時接通和斷開幾個回路需要多對觸點時，或一套裝置有幾套保護需要用共同的出口繼電器等，都要采用中間繼電器。中間繼電器實質上為電壓繼電器。當線圈加上70%以上的額定電壓時，銜鐵被吸合，并使銜鐵上的動觸點與靜觸點閉合；當失電后，銜鐵受反作用彈簧的拉力而返回原位。

電磁式中間繼電器的基本結構及工作原理與接觸器完全相同，故稱為接觸器式繼電器，所不同的是中間繼電器的觸點對數較多，并且沒有主、輔之分，各對觸點允許通過的電流大小是相同的，其額定電流約為5A。

常用的中間繼電器如JZ7型和JZ14型等中間繼電器。

JZ7型繼電器采用立體布置，鐵芯和銜鐵用E形硅鋼片疊裝而成，線圈置于鐵芯中柱，組成雙E直動式電磁系統。觸點采用橋式雙斷點結構，上、下兩層各有4對觸點，下層觸點只能是常開的，故觸點系統可按8常開，6常開、2常閉，4常開、4常閉組合。

JZ14型中間繼電器采用螺管式電磁系統及雙斷點橋式觸點。其基本結構為交、直流通用，交流鐵芯為平頂形，直流鐵芯與銜鐵為圓錐形接觸面。觸點采用直列式布置，觸點對數可達8對，按6常開、2常閉，4常開、4常閉及2常開、6常閉任意組合。繼電器還有手動操作鈕，便于點動操作和作為動作指示，同時還帶有透明外罩，以防塵埃進入內部，影響工作的可靠性。

電磁式中間繼電器與電壓繼電器在電路中的接法和結構特征基本上也相同。在電路中起到中間放大與轉換作用。即一是當電壓或電流繼電器觸點容量不夠時，可借助中間繼電器來控制，用中間繼電器作為執行元件，這時，中間繼電器可被看成是一級放大器。二是當其他繼電器或接觸器觸點數量不夠時，可用中間繼電器來切換多條電路。圖4-3為JZ7—44型中間繼電器結構示意圖和圖形文字符號。

電磁式繼電器一般圖形文字符號是相同的，電流繼電器、電壓繼電器、中間繼電器文字符號都為KA等。

中間繼電器型號意義如圖4-4所示。

項目學習情境2 熱繼電器

熱繼電器是利用電流的熱效應來切斷電路的保護電器，主要對電動機或其他負載進行過載保護以及三相電動機的斷相保護。電動機在實際運行中，由于過載時間過長，繞組溫升超過了允許值時，將會加劇繞組絕緣的老化，縮短電動機的使用壽命，嚴重時會使電動機繞組燒毀。因此，在電動機的電路中應設置有過載保護。

雙金屬片式熱繼電器的基本結構由加熱元件、主雙金屬片、觸點系統、動作機構、復位按鈕、電流整定裝置和溫升補償裝置等部分組成。

熱繼電器的雙金屬片加熱方式有三種，即直接加熱式、間接加熱式和復合加熱式。其中間接加熱式應用最普遍。

它是一種雙金屬片間接加熱式熱繼電器，有兩個主雙金屬片與兩個發熱元件，兩個熱元件分別串接在主電路的兩相中。雙金屬片作為測量組件，由兩種不同線膨脹系數的金屬壓焊而成。動觸點與靜觸點接于控制電路的接觸器線圈回路中。在電動機正常運行時，熱組件產生的熱量雖能使雙金屬片產生彎曲變形，但還不足以使熱繼電器的觸點系統動作；當負載電流超過整定電流值并經過一定時間后，工作電流增大，熱組件產生的熱量也增多，溫度升高，發熱元件所產生的熱量足以使雙金屬片受熱向右彎曲，并推動導板向右移動一定距離，導板又推動溫度補償片與推桿，使動觸點與靜觸點分斷，從而使接觸器線圈斷電釋放，將電源切除起到保護作用。電源切斷后電流消失，雙金屬片逐漸冷卻，經過一段時間后恢復原狀，于是動觸點在失去作用力的情況下，靠自身彈簧的彈性自動復位與靜觸點閉合。

1.兩相結構的熱繼電器

圖4-5所示為兩相結構的熱繼電器工作原理示意圖及圖形文字符號。這種熱繼電器也可以采用手動復位，將螺釘向外調節到一定位置，使動觸點彈簧的轉動超過一定角度而失去反彈性，在此情況下，即使主雙金屬片冷卻復原，動觸點也不能自動復位。必須采用手動復位，按下復位按鈕使動觸點彈簧恢復到具有彈性的角度，使靜觸點恢復閉合。這在某些故障未被消除，為防止帶故障投入運行的場合是必要的。

熱繼電器的動作電流還與周圍環境有關。當環境溫度變化時，主雙金屬片會發生所謂零點漂移（即發熱元件未通過電流時主雙金屬片所產生的變形）的現象，因而在一定動作電流下的動作時間會產生誤差。為了補償周圍環境溫度所帶來的影響，設置了溫度補償雙金屬片，當主雙金屬片因環境溫度升高向右彎曲時，補償雙金屬片也同樣向右彎曲，這就使熱繼電器在同一整定電流下，保證動作行程基本一致。

熱繼電器的整定電流是指熱繼電器連續工作而不動作的最大電流。整定電流的調節可以借助于旋轉凸輪于不同位置來實現，旋鈕上刻有整定電流值標尺，轉動旋鈕改變凸輪位置便改變了支撐桿的起始位置，即改變了推桿與動觸點連桿的距離，調節范圍可達1∶1.6。

2.三相結構的熱繼電器

一般情況下，應用兩相結構的熱繼電器已能對電動機的過載進行保護。這因為電源的三相電壓均衡，電動機的絕緣良好，三相線電流也是對稱的。但是，當三相電源因供電線路故障而產生不平衡情況，或因電動機繞組內部發生短路或接地故障時，就可能使電動機某一相線電流比另外兩相電流要高，若該相線電路中恰巧沒有熱元件，就不能對電動機進行可靠的保護。為此，就必須選用三相結構的熱繼電器。

三相結構的熱繼電器外形、結構及工作原理與兩相結構的熱繼電器基本相同。僅是在兩相結構的基礎上，增加了一個加熱元件和一個主雙金屬片而已。三相結構的熱繼電器又分為帶斷相保護裝置和不帶斷相保護裝置兩種。

三相電源的斷相是引起電動機過載的常見故障之一。一般，熱繼電器能否對電動機進行斷相保護，這還要看電動機繞組的連接方式。

對于繞組是星形接法的電動機來說，當運行中發生斷相，則另外兩相就會發生過載現象，因流過繼電器熱元件的電流就是電動機繞組的電流，所以，普通的兩相結構或三相結構的繼電器都可以起到斷相保護作用。

對于繞組是三角形接法的電動機來說，若繼電器的熱元件串接在電源的進線中，并且按電動機的額定電流來整定。當運行中發生斷相，流過熱繼電器的電流與流過電動機繞組的電流增加的比例是不同的。在電動機三相繞組內部，故障相電流將超過其額定電流。但此時的故障相電流并未超過繼電器的整定電流值，所以熱繼電器不動作，但對電動機來說某相繞組就有過載危險。

為了對三角形接法的電動機進行斷相保護，必須采用三相結構帶斷相保護裝置的熱繼電器。由于熱繼電器主雙金屬片受熱膨脹的熱慣性及帶動機構傳遞信號的惰性的原因，從過載開始到控制電路分斷為止，需要一定的時間，由此可以看出，電動機即使嚴重過載或短路，熱繼電器也不會瞬時動作，所以熱繼電器不能作短路保護。但正是這個熱慣性和機械惰性，在電動機啟動或短時過載時，熱繼電器也不會動作，從而滿足了電動機的某些特殊要求。

3.熱繼電器的基本特性

繼電器主要用于保護電動機的過載，因此在選用時，必須了解被保護對象的工作環境、啟動情況、負載性質、工作制以及電動機允許的過載能力，與此同時還應了解熱繼電器的某些基本特性和某些特殊要求。

（1）安秒特性

安秒特性即電流—時間特性，是表示熱繼電器的動作時間與通過電流之間的關系的特性，也稱動作特性或保護特性。

（2）熱穩定性

熱穩定性即耐受過載能力。熱繼電器熱元件的熱穩定性要求是：在最大整定電流時，對額定電流100A及以下的，通10倍最大整定電流；對額定電流100A以上的，通8倍最大整定電流，熱繼電器應能可靠動作5次。

（3）控制觸點壽命

熱繼電器的常開、常閉觸點的長期工作電流為3A，并能操作視在功率為510W的交流接觸器線圈10000次以上。

（4）復位時間

自動復位時間不多于5min，手動復位時間不多于2min。

（5）電流調節范圍

電流調節范圍約為66%～100%，最大為50%～100%。

項目學習情境3 三相籠型異步電動機單向全壓啟動控制線路

圖4-6所示為三相籠型異步電動機單向全壓啟動控制線路。它是一個常用的最簡單的控制線路。由刀開關QS、熔斷器FU1、接觸器KM的主觸頭、熱繼電器FR的熱元件與電動機M構成主電路。

啟動按鈕SB2、停止按鈕SB1、接觸器KM的線圈及其常開輔助觸頭、熱繼電器FR的常閉觸頭和熔斷器FU2構成控制回路。

啟動時，合上QS，引入三相電源。按下SB2，交流接觸器KM的吸引線圈通電，接觸器主觸頭閉合，電動機接通電源直接啟動運轉。同時與啟動按鈕并聯的接觸器常開輔助觸頭閉合，當松開SB2時，KM線圈通過本身輔助觸點繼續保持通電，從而保證了電動機連續運轉。這種依靠接觸器自身輔助觸點保持線圈通電的電路，稱為自鎖或自保電路。輔助常開觸點稱為自鎖觸點。

當需要電動機停止運轉時，可按下停止按鈕SB1，切斷KM線圈電路，KM常開主觸頭與輔助觸點均斷開，切斷電動機電源電路和控制電路，電動機停止運轉。

該電路可實現保護環節如下。

（1）短路保護

由熔斷器FU2、FU1分別實現主電路和控制電路的短路保護。為擴大保護范圍，在電路中熔斷器應安裝在靠近電源端，通常安裝在電源開關下邊。

（2）過載保護

由于熔斷器具有反時限保護特性和分散性，難以實現電動機的長期過載保護，為此采用熱繼電器FR實現電動機的長期過載保護。當電動機出現長期過載時，串接在電動機定子電路中的雙金屬片因過熱變形，致使其串接在控制電路中的常閉觸頭打開，切斷KM線圈電路，電動機停止運轉，實現了過載保護。

（3）欠壓和失壓保護

當電源電壓由于某種原因嚴重欠壓和失壓時，接觸器電磁吸力急劇下降或消失，銜鐵釋放，常開主觸點與自鎖觸點斷開，電動機停止運轉。而當電源電壓恢復正常時，電動機不會自行啟動運轉，避免事故發生。因此具有自鎖的控制電路具有欠壓與失壓保護功能。

4.4 訓練內容和步驟

1.訓練內容和控制要求

圖4-6所示為三相籠型異步電動機單向全壓啟動控制線路訓練原理圖。

啟動：合上電源開關QS，按下按鈕SB2→KM線圈得電→KM主觸點閉合（KM輔助觸點閉合）→電動機M啟動運轉。實現了三相籠型異步電動機單向全壓啟動控制。

停止：按下停止按鈕SB1→KM線圈失電→KM主觸點斷開→電動機M停止運轉。

2.訓練步驟及要求

（1）分析識讀三相異步電動機的單向啟動控制線路的電氣原理圖。

（2）根據電氣原理圖4-6繪制安裝接線圖。

三相異步電動機的單向啟動控制電氣元件布置圖如圖4-7所示。電氣安裝接線圖如圖4-8所示。

（3）檢查電氣元件，并固定元件。

（4）按電氣安裝接線圖接線，注意接線要牢固，接觸要良好，工藝力求美觀。

（5）檢查控制線路的接線是否正確，是否牢固。

（6）接線完成后，檢查無誤，經指導教師檢查允許后方可通電調試。

確認接線正確后，接通交流電源L1、L2、L3并合上開關QS，此時電動機不轉。按下按鈕SB2，電動機M應自動連續轉動，按下按鈕SB1電動機應停轉。若按下按鈕SB2啟動運轉一段時間后，電源電壓降到320V以下或電源斷電，則接觸器KM主觸點會斷開，電動機停轉。再次恢復電壓380V（允許±10%波動），電動機應不會自行啟動——具有欠壓或失壓保護。

如果電動機轉軸被卡住而接通交流電源，則在幾秒內熱繼電器應動作，自動斷開加在電動機上的交流電源（注意不能超過10s，否則電動機過熱會冒煙導致損壞）。

3.注意事項

接線要求牢靠，不允許用手觸及各電氣元件的導電部分，以免觸電及傷害。

4.思考與練習

（1）什么叫電磁式電壓繼電器？什么叫電磁式電流繼電器？

（2）熱繼電器的作用是什么？

（3）比較點動控制和單向長動控制線路在結構和功能上有何區別？

4.5 實訓報告要求和考核標準

實訓考核標準見表4-2。