电动机的基本控制线路与图示法

课题 电动机的基本控制线路与图示法 教学 目的 与 要求 目的：通过介绍点动、自锁和正反转及控制线路图示法，提高分析电气线 线路的能力。 要求：掌握点动、自锁和正反转及电气线路分析 重点 难点 与 关键 重点：掌握点动、自锁和正反转及电气线路分析 难点：点动、自锁和正反转及电气线路图示法 关键：入门，建立抽象动作概念。 师傅领进门，修行在个人 教学 方法 讲解和讨论 授课时数 2 教具 多媒体 教学 过程 主要教学内容 教学方法 的运用 组织教学 （约 1 分钟） 检查人数 安顿情绪等 复习提问 （约 3 分钟） 1 、本课程性质、作用、目的 2 、 如何学好本课程 提问题让学生思考，回答时或个别或集体。 引入新课 （约 1 分钟） 从简单到难，入门， 开始进入控制学习：点动 讲授新课 合上空气开关，通过按下按钮，线圈得电，使线圈的主触头闭合，接通电动机电源，电动机启动。按下停止按钮，线圈断电，主触头断开，电机停转。 电机这种工作状态称为 “ 点动 ” （分析） 如果电动机长期工作，显然点动线路不适用，就可以采用如图所示的 “ 自锁 ” 电路这种用接触器自己的辅助触头在保证自己长期通电的方法就叫 “ 自琐 ” 。 （分析） 在继电 接触控制中，当不允许两个继电器同时吸合时，往往把一个接触器的常闭辅助触头与另一个接触器的线圈串联，这种方法成为 电气联锁保护 （分析） 在实际使用中，有时后单有电气联锁保护还不够，接触器的线圈断电后，其触头可能由于熔焊而仍然闭合，如果有人用手推另一个接触器的衔铁就会使两个接触器都处于吸合状态，所以除电气联锁外还应加装机械连锁。 机械连锁更可靠的保证两个接触器不会同时吸合，但是只能在空间位置比较靠近的两个接触器间安装。 电器连锁可以不受空间位置的限制，但在接触器触头焊住时不能起到保护作用。 在线路中不允许单独采用机械连锁， 因为当一个接触器吸合时，按另一接触器的按钮，虽然由于机械连锁的作用，另一接触器不会吸合，单它的线圈却通过所谓的 “ 起动 ” 电流（铁心未闭合时，交流接触器线圈的感抗小、电流大），时间过长就会烧会线圈。 实际应用中也有点动与自锁相结合的线路。点动与自锁相结合，既有按钮连锁又有接触器连锁的正反转线路，适用与工作较为复杂的场所。 如果同时换接多个电路、正反转操作频繁，用按钮控制很不方便，这时常用主令控制器代替按钮。 （分析） LK 的 K 0 触头，只有手柄在零位时才是闭合的，它是电动机只有在主令控制器 LK 的手柄在零位时才能起动。如果手柄在其他位置，合上电源开关后线路不会开始工作，这可以避免电动机突然启动而造成人身和生产事故，这就是 零位保护（也是零电压保护） 。 课 题 电动机的控制原则（ 1 ） 教学目的 与 要求 1 使学生理解对电动机运行状态的控制，是根据行程、转速、时间、温度、压力等一个或几个物理量的变化来实现的 . 2 了解行程开关、电流继电器的结构，理解它们的原理。 3 熟悉按行程原则、电流原则控制的基本电路。 4 能分析按行程原则、电流原则控制基本电路在实际控制电路中的应用。 重点 难点 与 关键 重点：行程开关、电流继电器的结构、原理。按行程原则、电流原则控制的基本电路。 难点：按电流原则控制逐级切除启动电阻电流继电器整定值的确定。 关键：行程开关、电流继电器的原理。 教学方法 讲解和讨论 授课时数 2 教 具 教学指示棒、 多媒体课件、行程开关、电流继电器 教学过程 主要教学内容 教学方法 的运用 组织教学 （约 1 分钟） 检查人数 安顿情绪等 复习提问 （约 2 分钟） 直流电动机串电阻启动过程的回顾。 由直流电动机串电阻启动、逐段切除电阻等为例说明为保证拖动系统正确的工作，电动机在启动、运转、制动、调速等过程中需在自动控制中控制电路中完成一系列转换，这些转换必须依一定的顺序和在适当的时间内完成。用什么方法来实现，按生产要求、转换控制电路化？ 例：刨床要求工作台往复运动，根据行程控制电动机正反转；电动机启动要求分级切除电阻根据电流控制接触器；电动机启动要求分段切除电阻；根据时间控制接触器；电动机反接制动要及时切段电源，根据转速控制控制接触器。 提问题让学生思考，回答时或个别或集体。 引入新课 所谓 电动机的控制原则根据某一个或某几个物理量（行程、电流、转速、时间、温度、压力、等）的变化进行控制。 （板书） 首先，讨论根据行程这一物理量的变化进行控制的控制电路，（引入 2 1 ）刨床工作台往复运动起重机上升限位和下降限位均属行程控制 2-1 行程原则控制（板书） 一行程原则控制 ：电动机根据工作部件的预定行程，对拖动电动机进行控制的方法称为行程原则控制。（板书） 例如：起重机的限位保护要求工作部件起重机的起重臂、吊钩等运行到某一最大、最小幅度，或最高最低高度，能自动停止对电动机而言要自动断电制动。刨床工作台要求到一定位置改变运动方向，往复运动对电动机而言要求改变电动机转向。 可见： 行程控制基本电器是“限位开关” 程控制的基本电器限位开关 1 行程开关的结构：（板书） 播放课件结构图 讲授新课 讲授新课 讲授新课 行程开关工作原理 在明确行程开关构造和原理的前提下，进行计算按行程原则控制的控制电路。 三 行程控制的控制电路 行程控制用于往返循环运动 2 行程控制用于限位保护 四、行程控制应用举例 小结以上两种行程控制基础上进行 课件展示刨床电气原理图，找出工作台往复运动并进行分析 课件展示门机电气原理图，找出行走、变幅、起升等机构限位保护的行程控制加以分析 引入：直流电动机电枢回路串电阻启动过程中随转速增加电流减小，为保证足够的启动转矩，启动过程中电流不能太小，新的根据电流的变化逐段切除启动电阻，以保证启动过程中电流在某一范围变化，从而保证启动转矩的需要。按电流原则控制，当电流减小到某一数值，不能在减了就切除一级电阻使电流回升。 又例：过流保护 2-2 按电流原则控制 一、电流原则控制 - 当电动机电流变化到某一预定值时，给控制电路换接以改变电动机的运行状态 二、电流控制的基本电器 - 电流继电器 电流继电器的构造 电流继电器的工作原理 明确基本电器的基础的进行讨论按电流原则控制；控制电路 三、电流原则控制的控制线路 电动机按电流原则控制的启动线路 电动机的过电流保护电路 四、应用举例 1 课件展示门机电器原理图，找出行走、变幅、起升等机构电流原则控制加以分析 播放课件中原理图 课件展示原理图 课件展示刨床电器原理图 课件展示门机电气原理图 播放课件中结构图 课件展示原理图 课件展示门机电器原理图 结课在总结两种控制原则的基础上，根据它们的特点比较两种控制原则 异同。并说明两种控制原则。作业 分析讲义中有关两种控制原则的控制线路。 分析两种控制原则在港口装卸机械电气控制中的应用 课 题 电动机的控制原则 2 教学目的 与 要求 1 了解速度继电器、时间继电器的结构，理解它们的原理。 2 熟悉按速度原则、时间原则控制的基本电路。 3 能分析按速度原则、时间原则控制基本电路在实际控制电路中的应用。 重点 难点 与 关键 重点：速度继电器、时间继电器的结构行程开关、。按行程原则、电流原则控制的基本电路。 关键：速度继电器、时间继电器的原理。 教学方法 讲解和讨论 授课时数 2 教 具 教学指示棒、 多媒体课件、速度继电器、时间继电器 教学过程 主要教学内容 教学方法的运用 组织教学 （约 1 分钟） 检查人数，安顿情绪等 复习提问 （约 3 分钟） 举例说明 按行程原则、电流原则控制电动机的 运行状态的含义。 提问题让学生思考，回答时或个别或集体。 引入新课 当电动机能耗制动时速度小于一百转每分时需切断励磁电流自由停车。 当电动机反接制动时速度接近 0 时需切断电源及时停车。 以上均属按速度原则控制电动机的运行状态。 讲授新课 2-3 速度原则控制（板书） 一、速度原则控制 根据电动机的转速变化来转换控制电路而改变电动机的运行状态。 二、速度控制的基本电器速度继电器（板书） 速度继电器的结构（板书） 速度继电器的原理（板书） 三、速度控制的控制线路（板书） 电动机按速度原则控制的能耗制动电路 播放课件 结构图 播放课件 原理图 课件展示电气原理图 电动机按速度原则控制的反接制动电路（板书） 四、应用举例（板书） 引入：星 - 三角降压启动；启动时按接成星，过一定时间启动结束接成角。 直流电动机和绕线式异步电动机各级启动电阻的切除是过一定时间切除一级，过一定时间切除一级 以上同属按时间原则控制。 2-4 时间原则控制（板书） 按时间原则控制 根据时间的变化来控制电动机的运行状态 时间控制的基本电器 时间继电器（板书） 时间继电器结构（板书） 时间继电器原理（板书） 三、按时间控制的控制电路（板书） 时间控制的星三角启动 间控制的自耦变压器降压启动 四、 应用举例 课件展示电气原理图 课件展示电气原理图 结课在总结两种控制原则的基础上，根据它们的特点比较两种控制原则 异同。并说明两种控制原则。 作业 分析讲义中有关两种控制原则的控制线路。 分析两种控制原则在港口装卸机械电气控制中的应用课 题 电动机保护 教学目的 与 要求 理解电动机保护的目的以及电动机保护的重要意义。 掌握热保护的工作原理及控制电路 掌握过电流保护的工作原理及控制电路 掌握短路保护的工作原理及控制电路 重点难点 与 关键 重点：热继电器、过流继电器、熔断器以及自动空气开关在电动机保护中的作用，基本控制电路。 难点：过电流继电器在绕线式电动机保护中与笼型电动机的保护中动作时间的不同。 关键：短路保护与热保护 教学方法讲解和讨论授课时数2教 具 教学指示棒、 多媒体课件 教学过程 主要教学内容 教学方法的运用 复习提问 电动机运行时，如果绕组温度过高，会对电动机产生 什么影响？ 交流电动机运行时，如果有一相电源断相，会对电动机产生 什么影响？ 如果直流并励电动机的励磁回路断路，会对电动机产生 什么影响？ 提问题让学生思考，回答时或个别或集体。 引入新课 通过提问，使学生了解电动机在上述各种情况下如果不能及时 采取有效保护措施，而让电动机继续运行下去，均会对电动机 产生不良影响，减少电机使用寿命，甚至损坏电机。因此对电 动机的保护是电动机运行时必不可少的环节。 讲授新课 机械或电气方面的故障都能使电动机处在不正常的状态，影响电动机的使用寿命甚至在短时间内烧毁电机 , 所以对电动机采取有效的保护措施是一个很重要的问题 . 电动机常见的故障有以下几种 : 长期过载和过热保护 缺相保护 过电流保护 短路保护 零电压保护 零激磁保护 讲授新课 热保护 介绍造成电机过载过热的原因： 负载过大。电动机超过额定输出，电机绕组因电流增加而过热，特别是在堵转时，电机会在短时间内被烧毁 电网电压过低，引起电机绕组中电流增大 三相电压不对称，甚至一相电源中断 起动和停止的操作过于频繁 环境温度太高 介绍热保护的方法以及具体电路的原理分析 热继电器作热保护的线路 图 3-1 热继电器的热保护线路 图 3-1 是用热继电器作热保护的线路。热继电器 FR 的发热元件串联在电动机的主电路中，它的常闭触头与接触器 KM 的线圈相串联。电机过载时，流经 FR 发热元件的电流增大，经过一定时间，热继电器动作，它的常闭触头断开 KM 的线圈电路， KM 释放，电机停转。在正常情况下，发热元件中通过额定电流值，热继电器不会动作，保证电动机正常地工作。 如生产中不允许中途停车（停车会造成损失），则用热继电器来发出报警。热继电器的报警线路见下图。 图 3-2 热继电器的报警线路 对于容量较大的电动机，可以采用电流互感器，热继电器的发热元件接在电流互感器的二次回路中。电机过载时流经电流互感器的电流增大，它的二次回路电流也按一定比例增加，这样热继电器可用小规格的产品。原理图如下 通过屏幕展示各种保护电器及元件。 图 3-3 有电流互感器的热继电器的热保护线路 二、用温度继电器作热保护 温度继电器可以直接反映电动机的温度变化，它的测量元件埋在电动机发热部位（定子槽内及定子绕组的端部）。只要电动机绕组的温升超过允许值，温度继电器就立即动作，使电动机脱离电源。我国生产的温度继电器有两种：双金属片式温度继电器和热敏电阻式温度继电器。 3-2 过电流保护 对过电流保护的要求是，当电动机产生过电流故障时，过电流继电器要立即动作，但在电动机起动或反接制动时，过电流继电器要保证电动机正常工作。 过电流继电器作过电流保护线路 电路图见 3-4 图 3-4 原理分析：过电流继电器 KA 的线圈串联在直流电机 M 的电枢电路中，常闭触头与主接触器 KM 的线圈串联。电机正常运转时， KA 不会动作。当产生严重过载时，主电路中的电流超过 KA 的电流值， KA 的常闭触头断开， KM 释放并切断电机电源。 鼠笼式电动机的堵转保护 鼠笼式电动机处于堵转状态时，它的电流等于起动电流，时间一长电动机就会烧毁，所以必须及时切断电源，但不能用瞬时动作的过电流保护。应与延时继电器配合，电流继电器的吸引电流小于电机的起动电流，大于正常运转的最大负载电流，释放电流大于正常运转的最大负载电流。时间继电器的延时值要大于电动机的起动时间。过电流继电器的返回系数不能太低。电路图见 3-5 图 3-5 鼠笼式电动机堵转保护 3- 3 短路保护 短路保护的作用就是在短路电流刚出现时，就立即切断电路电源，使电路和电器设备免受短路电流的损害。 熔断器和空气开关是最重要的保护电器。 熔断器作短路保护： 线路简单，断开电流的任务由熔断器自己承担；但熔体容易老化，动作不准确，有时一相熔断，造成交流电机缺相运行，熔体熔断后需更换，手续麻烦。 自动空气开关作短路保护 保护线路如下： 图 3-6 分析线路工作原理 过电流继电器作短路保护 短路时，断开短路电流的任务由接触器的主触头来完成，因此只有当接触器的分断电流大于线路的短路电流时，才能用过电流继电器作短路保护。 总结 热保护、过电流保护、短路保护的作用、基本方法 作业 为什么对鼠笼式电动机一般不加瞬时动作的过电流保护？对其延时时间有何要求？为什么电流继电器的返回系数不能太低？ 画出用自动空气开关作短路保护的线路图。并回答为什么把自动空气开关 QF 的辅助常开触头串联在控制线路中？ 3 、用过电流继电器作短路保护时，对接触器有何要求？ 课 题 电动机保护 教学目的 与 要求 了解造成电动机缺相的原因以及缺相运行的危害 掌握用热继电器作缺相保护的工作原理及控制电路 熟悉用零序电压继电器作缺相保护的工作原理及控制电路 熟悉零压保护、零激磁保护的工作原理及控制电路 重点 难点 重点：热继电器作缺相保护 难点： 1 、晶体管保护继电器 2 、对于星型接法与三角形接法的电动机用零序电压继电器作缺相保护时保护线路的区别。 教学方法 讲解和讨论 授课时数 2 教 具 教学指示棒、 多媒体课件 教学过程 主要教学内容 教学方法 的运用 复习提问 复习热保护、过电流保护以及短路保护。并画出热继电器的 报警控制线路，由学生分析，检查上一节教学内容的掌握情 况。 提问题让学生思考，回答时或个别或集体。 引入新课 上节课介绍了电动机共有六种常用的保护措施，并讲解了热保 护、过电流保护、短路保护，本次课将继续讲解另外三种保护 即缺相保护、零压保护、零激磁保护。 通过屏幕展示各种保护电器及元件。 新课内容 3-4 缺相保护 交流异步电动机的三相电源中有一相断开称为缺相（或称为断相），电动机在缺相状况下运行称为缺相运行。 造成缺相的原因大致有以下几种： 熔断器的熔丝一相熔断； 电源接线头或接线处松脱； 接触器主触头严重烧毛而造成三相中的某一相不能接通； 电动机一相绕组的接线柱松脱或一相绕组断开。 缺相运行的危害 电动机在额定负载下缺相运行时，非故障相电流升高。对长期工作制下运行的鼠笼式电动机的危害很大，据统计，此类电机被烧毁的事故中， 60%-70% 是由缺相运行造成的，所以缺相保护是一种很重要的保护。 下面介绍几种常用的缺相保护线路。 新课内容 热电器作缺相保护的线路 星型接法的电动机，缺相保护线路与热保护 线路相同 三角形接法的电动机，可采用三相带断相保 护的热继电器，保护线路与热保护线路相同；如采用普 通三相热继电器，应把热继电器的热元件接在相电路中 见下图 图 3-7 、图 3-8 二、反应电动机零序电压强变化作缺相保护的线路 三相电压平衡时， Y 接法电动机定子绕组的星点与地之间的电压在理论上为零，当缺相时，零序电压会增加到几十伏，负载越大，增加得就越多，用零序电压继电器来检测电动机的零序电压也能起缺相保护作用，线路见图 3-9 。 图 3-9 。 分析其工作原理（略） 注意设计时应考虑起动时接触器主触头动作的不同期性 这时，零序电压继电器不应动作。 图 3-10 是三角形接法的电动机，定子绕组没有没有星 点，通过一组小型电容器制造了一个人工星点。 图 3-10 通过屏幕展示各种保护的工作情况录象 三、 晶体管断相保护器 图 3-11 是磁环式晶体管断相保护的线路 图 3-11 分析其工作原理 用 KM 的辅助常开触点与 L5 串联，是为了防止接触器线圈吸 合后，主触点闭合过程中（固有动作时间），继电器动作，导 致接触器不断跳动，电机无法正常起动。 图 3-12 也是晶体管断相保护的线路 分析其工作原理 这是利用正常工作时三相电压平衡，缺相时三相电压不平衡 的原理使继电器动作，来保护电动机的。 3-5 零电压保护 在电机运行时，电源电压突然消失（零压）会使电机停转，当电压恢复时，电机有可能突然起动，这会造成生产和人身事故，如有多台电动机同时起动，还会使线路上产生很大的压降，所以必须采取防止电机自行起动的措施，即零压保护。 1、 在用按钮控制的线路中，接触器本身就具有零电压保护作用，所以不必特别设置保护元件。 用主令控制器控制时，用零电压继电器作零电压保护，线路如图 3-13所示。 图 3-13 分析其工作原理（略） 36零激磁保护 直流并激和复激电动机零激磁的危害： 直流并激和复激电动机在起动和工作时，激磁电路一定要接通，不能断开。否则，由于磁路中只有很小的剩磁，就可能发生下述事故： 若电动机是静止的，由于转矩太小，它将不能起动，如果把起动电阻切除得太多，会引起电枢电流的剧增和烧毁电枢绕组； 如果电动机有载运转，断开激磁电路也将立刻使它停止，由于反电动势急剧下降，也会引起同样的后果； 如果电动机空载运转，它的转速可能上升到使机械“飞车”，为了防止电机在零激磁下起动和运转，可以在并激绕组中串联零电流继电器的线圈来检测激磁电流。在正常激磁电流下，零电流继电器吸合接通控制电路，当激磁电流减小到危险值时，继电器释放，切断控制电路，使电机停转。 图 3-14是直流并激电动机零激磁保护的线路。 图 3-14 分析零激磁保护线路的工作原理 图中 R X 是放电电阻，并激绕组在电流突然消失后会产生很高的感应电势，现在并接R X 之后，使感应电势有一闭合回路，让磁场能量消耗在电阻上，避免由于过高的感应电势而可能引起的损坏绝缘等事故。整流器GZ使电阻R X 在正常情况下不通过电流，在激磁电流消失时能通过放电电流，减少了电能的损耗。 总结 缺相保护、零压保护、零激磁保护的作用、基本方法 作业 分析图 3-11 中与 L5 串联的主接触器 KM 的常开触点的作用。 对于三角形接法的电动机如何采用零序电压继电器作缺相保护？ 课 题 直流电动机的控制 教学目的 与 要求 熟悉 直流电动机起动控制的基本要求。 了解起动电阻的三种不同的接法以及各种接法的特点。 掌握直流电机的起动控制线路，能熟练分析其工作原理。 了解机械制动时，串激制动电磁铁与并激制动电磁铁的制动特点。 理解反接制动的工作原理，正确进行线路分析。 理解时间原则以及电势原则进行能耗制动的工作原理，正确进行线路分析。 重点 难点 与 关键 重点：直流电机的起动控制线路分析、制动控制线路分析。 难点：手动与自动相结合的起动线路的分析。按电势原则进行能耗制动的线路分析。起动与制动的机械特性曲线。 关键：起动、制动工作原理与线路分析。 教学方法 讲解和讨论 授课时数 4 教 具 教学指示棒、 多媒体课件 教学过程 主要教学内容 教学方法的运用 复习提问 直流电动机能否直接起动，直接起动有哪些危害？ 高速运行的电动机停止时，能否直接采取机械制动？对电动机 有何危害？ 提问题让学生思考，回答时或个别或集体。 引入新课 通过以上问题的问答，使学生了解起动、制动的时间长短不 仅影响着生产效率，而且不恰当的起动、制动会严重影响电机的 使用寿命。因此有必要研究电动机的起动与制动。 新课内容 新课内容 直流电动机的控制 4-1 直流电动机的起动控制 对直流电动机起动控制的基本要求 起动电流必须限制在电动机允许的最大电流之内 有足够的起动转矩 起动时间短 并激和复激电机的并激激磁绕组应先通电，然后起动电 机。 起动电阻的连接方法 起动电阻有三种连接方法，如图 4-1 。 图 4-1 它们各自的特点是： 第一种连接方法不会造成无电阻起动；第二种和第三种连接 方法可能会造成无电阻起动，形成很大的冲击电流。 直流电动机的起动控制线路 直流电动机的起动控制可按时间原则和电势原则进行，其中 按时间原则的控制方式是比较常用的方式 图 4-2 是直流电动机按时间原则起动的线路 图 4-2 线路中的保护：过电流继电器作过流保护、零电流继电器 作零激磁保护、零电压继电器作零电压保护、空气开关作短路 保护。 线路工作原理分析 图 4-3 是手动和自动相结合的起动电路，可以通过手柄的控制，使电动机运行在某一机械特性曲线上，获得各种不同的转速，同时满足 起动和调速的要求。 图 4-3 线路工作原理分析 直流电动机的制动控制 机械制动 起重设备中，制动电磁铁都是与电机同时得电、同时失电。 采用“得电松闸、失电抱闸”的控制方法。 串激电磁铁与并激电磁铁的特点 二、反接制动的控制 反接制动：当电动机的 旋转方向与由电源接法决定的旋转方向相反时，电机就处在反接制动状态。 反接制动有倒拉反接和电源反接两种。 如果在电动机运转的时候改变电枢电压的极性而保持激磁电流的方向不便，则电枢电流的方向改变，转矩的方向也改变而起制动作用，这就是电源反接制动 。 其机械特性见图 4-6 图 4-6 对反接制动的要求： 反接制动时 I= （ U+E ） /R ，其电流比起动电流大，因此，除 了起动电阻外，还要串上反接电阻。 图 4-7 是电动机反接制动控制的主电路 图 4-7 分析图 4-7 的工作原理 2 、反接制动线路 图 4-8 是具有反接制动的直流电机线路 图 4-8 分析图 4-8 的工作原理 能耗制动控制 能耗制动：电动机在运转时，用开关断开电枢电源，并使电 枢与一附加电阻构成闭合回路，保持激磁电流的方向不变。 能耗制动分为他激能耗制动和自激能耗制动两种。 能耗制动的主电路 并激能耗制动的主电路 图 4-13 是并激电机他激能耗制动的主电路和特性曲线，其 中图 a) 是电动状态，图 b ）是制动状态，图 c ）是机械特性 曲线 图 4-13 图 4-14 是并激电机二机他激能耗制动的主电路和特性曲线。 其中图 a ）是附加电阻串联，制动过程中，逐级短接，图 b ） 是附加电阻并联，制动过程中，逐级短接，图 c ）是反映制 动过程中电阻变化的特性曲线。 图 4-14 图 4-15 是并激电机自激能耗制动的主电路 图 4-15 2 ）串激电机能耗制动的主电路 图 4-16 、图 4-17 分别是串激电机的他激和自激能耗制动的主电路 与并激电机相比，串激电机能耗制动的线路复杂，电器元件 多，价格昂贵，在他激能耗制动中，串联电阻大，损耗大 所以能耗制动在串激电机中的应用不如并激电机广泛。 图 4-18 是串激电机自激能耗制动的机械特性 图 4-18 复激电机能耗制动的主电路（ 图 4-19 是复激电机能耗制动的主电路，是由并激绕组供给 磁通的他激能耗制动线路。 图 4-19 能耗制动的控制电路 分为时间原则和电势原则两种控制方式 用时间原则控制的线路 图 4-20 是按时间原则控制的能耗制动线路。 图 4-20 分析其工作原理 用时间原则控制能耗制动的缺点是当负载变化时，电机转速 减小到零的时间也在变化，但时间继电器的延时时间是预先 调整好的，因而不能保证准确地控制能耗制动的持续时间。 用电势原则控制的线路 图 4-21 是复激电机他激能耗制动线路 分析其工作原理 由于制动继电器的释放电压是高于零的某一值，所以电机在能耗制动下转速只能降到接近零的某一值。 通过屏幕展示各种直流电机控制的录象。 展示启动过程课件 展示课件 放映幻灯片 总结 对直流电机起动、制动的要求 起动电阻连接方法、起动控制线路 制动控制：机械制动、反接制动、能耗制动 用时间原则的能耗制动控制、用电势原则的能耗制动控制作业 直流电机用时间原则的能耗制动控制和用电势原则的能耗制动控制各有哪些缺点？ 为什么直流电机的能耗制动在串激电机中的应用不如并激电动机广泛？ 课 题 直流电动机的调速控制 教学目的 与 要求 掌握并激电动机的三种调速方法。 熟悉并激电机的调速控制、串激电机的调速控制、复激电机的调速控制 了解 G-M 系统的控制、熟悉可控硅代替励磁机的 G-M 系统、掌握可控硅控制的直流电动机调速系统 重点 难点 重点：直流电动机的调速原理的理解及各种调速方法的特点 难点：各种调速方法的机械特性曲线以及可控硅整流原理 教学方法 讲解和讨论 授课时数 3 教 具 教学指示棒、 多媒体课件 主要教学内容 教学过程 第四章 直流电动机的控制 4-3 直流电动机的调速控制 在生产中经常需要改变生产机械的工作速度，改变方法有机械和电气两种。机械方法是通过改变传动机构的传动比来实现调速的。电气方法是通过改变电动机的参数、电源的参数和电动机的接线方式，是电动机运行在不同的人为特性曲线上以得到不同的相对稳定转速 并激电机的调速控制 并激电机调速的方法有三种：改变电枢回路的电阻、改变磁通和改变供电电压。前两种是改变电机参数的方法，后一种是改变电源参数的方法。 1 串联电阻法 电动机的起动电阻按长期运行的条件来选择容量的话，就可用来进行调速。控制线路的分析。 这种方法的缺点是： 稳定性差 电阻损耗大 2 电枢分路法 即分路电阻与电枢绕组并联。电枢分路法的主电路。这种方法的特点克服了串联电阻法稳定性差的缺点，但电阻损耗仍比较大。 教学方法的运用 通过多媒体展示各种调速装置的实际动作情况。 新课内容 二 串激电动机的调速控制 调速方法 串激电动机的调速方法有以下几种：电枢串接电阻；电枢并联电阻；电枢与串激绕组串联后再并联电阻；电枢与激磁绕组并联；两台串激电机串联或并联；激磁绕组并联电阻。 1 ）电枢串联电阻 这种方法就是利用起动电阻来调速的，电阻的容量要按长期工作制选择。 这种调速方法的缺点是：电机不能在轻载下运转，因为这使电机的转速太高；电阻上的能量损耗大；调速的稳定性差。 电枢分路法 用电枢并联电阻来调速的方法称为电枢分路法。 分路电动机 分路电动机是串激绕组与电枢绕组串联后再与电阻并联。 4) 并接电动机的线路 串激绕组与电阻 Rt 串联，电枢与电阻 Rf 串接，然后两者并联后由电阻 Re 串联。 串激电机的串、并联 这种方法大多用在有两台串激电机拖动一个生产机械的场所。需要高速时，将两者并联，需要低速时，将两者串联。 分析线路工作过程。 调速电气线路分析 起重机提升机构串激电动机的控制电路，提升机构要求能以低速提升轻载，下降空钩和很轻负载时既要低速也要高速，下降重载时要求稳定而可调的低速。 分析该电路的工作原理： 提升 下降 停车 三、 复激电机的调速控制 复激电机也可以用变换电枢回路中电阻的方法来调速，线路与串激电机相同。复激电机的另一种调速的方法是改变并激绕组中的激磁电流。 在正常情况下，并激绕组中通过的是额定激磁电流，所以改变激磁电流实际上就是减少激磁电流，即减少激磁磁通，这时电机的转速（包括理想空载转速）和电枢电流都有所增加，这种调速方法称为“弱磁调速”。减少磁通的方法是在并激绕组回路内串入可变电阻，用改变电阻的数值来改变激磁电流。 该电路的工作原理分析： 全磁通起动 弱磁调速 3 、在能耗制动下停车 4-4 发电机电动机系统的控制 发电机电动机系统能够实现平滑和比较广阔的调速。由 一台交流电动机带动一台并激直流发电机和一台励磁机。发电机是电动机的电源，励磁机供给发电机和电动机激磁电流。 电气控制的步骤： 起动过程 电动机调速 电机反转 电机制动 自消磁环节 简要分析以上两图的工作原理 用可控硅代替励磁机组成的 G-M 调速系统 发电机励磁由可控硅控制 集装箱装卸桥的大车行走控制采用此种调速系统。 2 、 G-M 系统的励磁全由 SCR 控制 集装箱装卸桥的起升控制多采用此种调速系统。 以上两种控制方法中，第一种方法只有调压调速，第二种方法有调压调速和弱磁调速两部分。在额定转矩之内电机升高转速由调压调速来实现，当转速等于额定值时，再升高转速就必须由弱磁调速来实现。 可控硅控制的直流电动机调速系统 省去了交流电动机、直流电动机和励磁机的直流电动机调速系统，直接由可控硅三相全控桥整流供给电动机电枢电流、由可控硅单相半控桥整流供给电动机的励磁电流。这种调速系统可以调压调速和调磁调速，实现恒功率控制，调速范围广。 播放课件 总结并激电机的调速控制、串激电机的调速控制、复激电机的调速控制 G-M 系统的控制、可控硅代替励磁机的 G-M 系统、可控硅控制的直流电动机调速系统 作业 分析并激电动机调速方法中串联电阻法和电枢分路法的特点。 举例说明 G-M 系统在港口设备上的应用。 3 、举例说明可控硅控制的直流电动机调速系统港口设备上的应用。课 题 鼠笼式异步电动机的启动控制 教学目的 与 要求 了解直接启动和降压启动的优缺点。 知道允许直接启动的电动机的容量确定的原则。 3 掌握各种降压启动的原理、方法、优缺点适用场合。 4 能知道各种降压启动的基本控制电路的主电路的组成 , 控制电路的组成 , 熟练分析它们的控制原理和各保护环节。5.了解各种 降压启动的基本控制电路在港口各种大型装卸机械上的应用。 重点 难点 与 关键 重点： 各种 降压启动的基本控制原理。 难点： 各种 降压启动的基本控制原理。 关键：电阻 . 电抗的分压 , 自耦变压器的原理等。 教学方法 讲授 授课时数 教 具 多媒体课件 教学指示棒等 教学过程 主要教学内容 教学方法的运用 引入新课 直流电动机控制的学习使我们知道，对电动机 进行控制控制电动机的起动、制动、反转、调速 等运行状态按需要进行转换。今天讨论交流电机的 控制。（引入新课） 第五章 异步电动机的控制（板书） 首先讨论 鼠笼式异步电动机的起动控制 由直流电机的 控制引入交流 电机的控制 讲授新课5-1 鼠笼式异步电动机的起动控制（板书） 一 、直接起动 ( 全压起动 ) （板书） 起动时电流大 (4-7)I 1. 全压起动的优点 : 保证足够的起动转矩 , 设备简单 ( 尽量采用 ) 2. 全压起动的缺点 : 起动电流大 , 如起动频繁 , 导致电机过热 , 引起电网电 压下降幅度大 , 影响同电网电气设备的正常运行。 二 、降压起动 1 采用降压起动的几种情况 经常起动的鼠笼式电动机 , 起动时电网 降压到 U10%UN 。 不经常起动的鼠笼尼式电动机 , 起动时电网 降压到 U15%UN 。 为保证足够的起动转矩 , 在不影响其它设备运 行的条件下允许 U20% 。 直接起动的电动机功率满足各地电管部门的 的规定 上海 =10kw( 满载 ) 上海 =14kw( 空载 ) (3) 用户有独立变压器供电时用以下公式确定能否 直接起动。 起动电流 / 额定电流 = 3/4 + 电源总容量 (KVA)/4* 电 动机功率 (kw) 例：设一台鼠笼式电动机 PN=20kw Is/IN=6.5 如变压器的容量为 560KVA, 问可否直接起动 ? 解： 3/4+560/4*20=7.726.5 所以 , 允许直接起动 . 引：如不允许直接起动 , 可采取降压起动 三、 降压起动的方法 : 当电动机容量过大造成起动电流过大 , 以致电机本身 过热或影响同电网设备运行时 , 采取降压起动。1 、定子绕组串电阻 ( 或电抗 ) 降压起动的控制电路 主电路组成： 控制电路组成： 控制原理： 保护环节：短路、 过载、 欠压保护等。 应用： 空、轻载起动 ，低压电动机。 、星形 - 三角形降压起动的控制电路 （ 1 ）主电路组成： （ 2 ）控制电路组成： （ 3 ）控制原理： （ 4 ）保护环节： （ 5 ）应用：空、轻载起动 , 正常运行三角形接法 的电动机。 、自耦变压器降压起动控制线路 主电路组成： 控制电路组成： 控制原理： （4）保护环节： 短路、 过载 、欠压保护等。 （5）应用 : 空 , 轻载起动 , 价格贵 , 不允许频繁起动 4 、延边三角形降压起动控制电路 电路组成： （）控制电路组成： （）控制原理： （）保护环节 ：短路、 过载 、欠压保护等。 （）应用：接线麻烦、电动机制造复杂、未被 广泛使用。 5-2 三相绕线式异步电动机起动 三相绕线式电动机起动可以通过滑环在转子 绕组串电阻来减小起动电流。 转子绕组串电阻起动控制电路 电路组成： 主电路组成： 控制原理： 保护环节 ： 应用： 转子绕组串频敏变阻器起动的控制电路 （ 介绍频敏变阻器） 主电路组成： 控制电路组成： 控制原理： （）保护环节 ： （）应用： 课件展示公式和例 题 课件展示电路课件展示电路 课件展示电路课件展示电路引入三相绕 线式异步电 动机起动 课件展示电路课件展示电路课件展示电路结课1、总结比较各个减压起动方法的特点。 2、介绍各种减压起动方法在港口各种大型 装卸机械上的应用。 作业 写出各种降压启动的基本控制电路的控制 过程。 在港口各种大型装卸机械的电气控制图中 找出采用的降压启动控制部分并试分析之。教学目的与要求 通过本节的学习掌握交流异步电动机的各种制动控制的工作原理。 重点、 难点 与关键 重点：掌握各种电器制动 难点：能耗制动 关键：绕线式电动机反接、能耗、机械制动线路。 教学方法 讲解和讨论 授课时数 6 课时 教具 挂图、录象片 教学过程 主要教学内容 教学方法的运用 组织教学 检查人数、安顿情绪等 复习提问 直流电动机的制动方法有哪些？ 直流电动机的反接制动的工作原理是什么？ 提问题让学生思考，回答时或个别或集体 引入新课 与直流电动机相似，交流异步电动机的制动也有机械制动和电器制动两种。电器制动有反接制动、能耗制动、再生制动、单相制动等方式，它们的原理都是使电动机产生一个与转子转向相反的电磁转矩（制动转矩），在制动转矩的作用下，电动机迅速停车或稳定运行在低速状态。 播放各种有关制动的课件。 新课讲授 交流异步电动机的制动控制 本节主要介绍交流异步电动机的各种电器控制。 机械制动 最常见的机械制动装置是电磁抱闸，它是由驱动元件和闸瓦式制动器组成。驱动元件有制动电磁铁（单相和三相两种）、电力液压推动器和液压电磁铁。驱动元件和电动机同时得电或失电，得电松闸，失电抱闸。 用制动电磁铁制动的工作原理： 单相制动 三相制动 停车时能调节主轴的机械制动。 反接制动： 反接制动有电源反接和倒拉反接两种。 鼠笼式电动机反接制动控制 绕线式电动机的反接制动 在转子中接入反接电阻 在转子中接入频敏变阻器 能耗制动的控制 鼠笼式电动机的能耗制动线路 2 、绕线式电动机的能耗制动线路 单相制动： 再生制动 各种制动方式在起重机上的应用 各种制动性能的比较： 反接制动 能耗制动 单相制动 再生制动 起重机起升机构电动机运转状态分析： 提升负载 下降负载 强迫下降 运用各种制动挂图 结课 教师根据板书要点总结本课 播放课件中板书部分，对照总结 布置作业 阅读教材相关内容 练习题册（ 1 ）（ 2 ） 强调先看书，再作题。 课 题 交流电动机的调速控制 教学 目的 与 要求 目的：通过介绍交流调速系统的特点、常用的调速方案及其性能比较、发展趋势及交流变频调速在起重机上的应用，使学生对交流调速有更新的认识 要求：了解交流调速系统的特点、发展趋势及交流变频调速在起重机上的应用，掌握常用的调速方案及其性能比较。 重点 难点 与 关键 重点：三种交流调速方法、矢量控制、脉宽调制 难点：三种交流调速方法、矢量控制、脉宽调制 关键：更新观念，发展新技术 教学 方法 讲解和讨论 授课时数 2 教具 多媒体 教学 过程 主要教学内容 教学方法 的运用 组织教学 （约 1 分钟） 检查人数 安顿情绪等 复习提问 （约 3 分钟） 1 交流制动的分类 2 、绕线式电动机反接、能耗、机械制动线路分析 提问题让学生思考，回答时或个别或集体。 引入新课 （约 1 分钟） 交流控制我们已经学习了启动、制动还有最后一部分， 也是最关键部分：交流调速 因为我们不仅需要让电机转起来，停下来，而且还要控制它在不同的速度下旋转，满足不同的要求。 承上启下 讲授新课 交流调速 1. 交流调速系统的特点 对于可调速的电力拖动系统，工程上往往把它分为直流调速系统和交流调速系统两类。这主要是根据采用什么电流制型式的电动机来进行电能与机械能的转换而划分的， 所谓交流调速系统，就是 以交流电动机作为电能 机械能的转换装置，并对其进行控制以产生所需要的转速。 纵观电力拖动的发展过程，交、直流两大调速系统一直并存于各个工业领域，虽然由于各个时期科学技术的发展使得它们所处的地位有所不同，但它们始终是随着工业技术的发展，特别是随着电力电子元器件的发展而在相互竞争。在 过去 很长一段时期，由于直流电动机的优良调速性能，在可逆、可调速与高精度、宽调速范围的电力拖动技术领域中， 几乎都是采用直流调速系统 。然而由于直流电动机其 有机械式换向器这一致命的弱点，致使直流电动机制造成本高、价格昂贵、维护麻烦、使用环境受到限制， 其自身结构也约束了单台电机的转速，功率上限，从而给直流传动的应用带来了一系列的限制。相对于直流电动机来说，交流电动机特别是鼠笼式异步电动机具有结构简单，制造成本低，坚固耐用，运行可靠，维护方便，惯性小，动态响应好，以及易于向高压、高速和大功率方向发展等优点。因此，近几十年以来，不少国家都在致力于交流调速系统的研究，用没有换向器的交流电动机实现调速来取代直流电动机，突破它的限制。 随着电力电子器件，大规模集成电路和计算机控制技术的迅速发展，以及现代控制理论向交流电气传动领域的渗透，为交流调速系统的开发研究进一步创造了有利的条件。诸如交流电动机的串级调速、 各种类型的变频调速，特别是矢量控制技术的应用，使得交流调速系统逐步具备了宽的调速范围、较高的稳速精度、快速的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性 能。现在从数百瓦的伺服系统到数百千瓦的特大功率高速传动系统，从一般要求的小范围调速传动到高精度、快响应、大范围的调速传动，从单机传动到多机协调运转，已几乎都可采用交流调速传动。交流调速传动的客观发展趋势已表明，它完全可以和直流传动相媲美、相抗衡，并有取代的趋势。 课件展示 讲授新课 2. 交流调速常用的调速方案及其性能比较 由电机学知，交流异步电动机的转速公式如下： l 式中 P n 电动机定子绕阻的磁极对数； l f 1 电动机定子电压供电频率； l s 电动机的转差率。 从式中可以看出，调节交流异步电动机的转速有三大类方案。 （1）改变电动机的磁极对数 由异步电动机的同步转速可知，在供电电源频率 不变的条件下，通过改接定子绕组的连接方式来改变异步电动机定子绕组的磁极对数 ，即可改变异步电动机的同步转速 n 0 ，从而达到调速的目的。这种控制方式比较简单，只要求电动机定子绕组有多个抽头，然后通过触点的通断来改变电动机的磁极对数。采用这种控制方式，电动机转速的变化是有级的，不是连续的，一般最多只有三档，适用于自动化程度不高，且只须有级调速的场合。 （2）变频调速 从式中可以看出，当异步电动机的磁极对数 一定，转差率 s 定时，改变定子绕组的供电频率 可以达到调速目的，电动机转速 n 基本上与电源的频率 f 1 成正比，因此，平滑地调节供电电源的频率，就能平滑，无级地调节异步电动机的转速。变频调速调速范围大，低速特性较硬，基频 f=50Hz 以下，属于恒转矩调速方式，在基频以上，属于恒功率调速方式，与直流电动机的降压和弱磁调速十分相似。且 采用变频起动更能显著改善交流电动机的起动性能，大幅度降低电机的起动电流，增加起动转矩。所以变频调速是交流电动机的理想调速方案。 （3）变转差率调速 改变转差率调速的方法很多，常用的方案有： 异步电动机定子调压调速，电磁转差离合器调速和绕线式异步电动机转子回路串电阻调速，串级调速 等。 课题 Q161 轮胎吊的电气控制 教学目的与要求 掌握 Q161 电动轮胎吊的电动原理，通过机械的现场作业情况录象了解机器的结构和动作情况。 重点、难点与关键 重点： Q161 轮胎吊整机的工作原理。 难点：行走机构在长距离下坡时的制动原理。 关键：实际操作与原理之间的联系。 教学方法 讲解和讨论 授课时数 4 课时 教具 挂图、