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2021/2/27 1 第三章 继电接触控制系统的基本控制电路 电动机控制的基本环节 按联锁控制的规律 按控制过程的变化参量进行控制的规律 电动机控制的保护环节 2021/2/27 2 熔断器 FU 交流接触器 KM 组合开关 Q 按扭 SB SB 1 SB 2 3 5 热继电器 FR M 3 4 2 1 1.1 鼠笼式电动机直接起动的控制线路 1.直接起动 (a)结构图 2021/2/27 3 2. 既能长期工作又能点动的控制电路 按下起动按钮，电动 机运转，松开起动按 钮 ，电动机停转。 点动按钮 SB3的作用 (1) 使接触器线圈 KM通电； (2) 使线圈 KM不能自锁。 KM SB2 FR KM SB1 SB3 复合按钮 2021/2/27 4 按下 SB3 电机运转 点动时： KM SB2 FR KM SB1 SB3 后闭合 先断开 闭合 自锁触点不起作用 通电 2021/2/27 5 松开 SB3 电机停转 实现点动 KM SB2 FR KM SB1 SB3 先断开 后闭合 断开 断电 2021/2/27 6 3、多地控制线路 在大型生产设备上， 为使操作人员在不同 方位均能进行起、停 操作，常常要求组成 多地控制线路。 需要多个起动、停止 按钮。 启动按钮应并联，停 止按钮应串联，分别 装在不同地方。 2021/2/27 7 4、鼠笼式电动机正反转的控制线路 将电动机接到电源的任意两根线对调一下，即可使电动 机反转。 (即改变电动机定子绕组的电源相序 ) 需要用两个接触器来实现这一要求。 当正转接触器工作时，电动机正转； 当反转接触器工作时，将电动机接到电源的任意两根联 线对调一下，电动机反转。 2021/2/27 8 按下 SB1 SB0 KM2 利用两个接触器的常闭辅助触头互相控制的方法成为 “ 互锁 ” ，起互锁作用的两对触头称为互锁触头。利用接触 器的触点实现互锁控制称电气互锁（也称电气联锁）。 “互锁 ” 触点 缺点： 改变转向时必须 先按停止按 钮。 KM1 SB1 KM2 KM2 SB R2 KM1 KM1 . . . . . 通电 断开 断电 电机正转 闭合 2021/2/27 9 利用复合按 钮的触点实 现互锁控制 称机械互锁。 鼠笼式电动机正反转的控制线路 机械互锁 电气互锁 KM2 KM2 SB2 SB0 KM1 SB1 KM2 KM1 KM1 既有接触器互 锁，又有按钮 互锁，叫做具 有双重互锁的 可逆控制电路 2021/2/27 10 当电机正转时，按下反转按钮 SB2 停止正转 电机反转 KM2 KM2 SB2 SB0 KM1 SB1 KM2 KM1 KM1 先断开 断电 闭合 通电 断开 闭合 闭合 2021/2/27 11 5、优先控制电路 (分为 先动作优先 和 后动作优先 ) 先动作优先电路工作状态： 无论哪一台设备先动作， 其他设备则不能动作，即 先动作优先。 若首先按下 SB1， KM1线圈 得电并自锁（电动机 M1工 作）， KM1的动合触点闭合， 使中间继电器 KA线圈得电， KA的动断触点断开 KM2、 KM3的线圈电路，因而在 KM1未断电之前， KM2、 KM3 接触器都不能工作。 互锁控制电路都属于先动 作优先控制电路。 SB0 KA KM1 KM1 KA KM2 KM2 SB3 KA KM3 KM3 KM1 KM2 KM3 KA SB1 SB2 先动作优先电路 2021/2/27 12 后动作优先电路的工作状态： 多台设备，任一台工作，前 面所有已动作的设备自动停 止工作，即后动作优先。 若先按下 SB1，则 KM1线圈得 电并自锁（电动机 M1工作）， 若再按 SB2，则 KM2线圈得电 并自锁（电动机 M2工作）， KM2的动断触点断开，使 KM1 断电。 后动作优先电路 KM1 KM1 KM2 KM2 SB3 KM3 SB1 SB2 KM3 KM2 KM1 KM3 KM3 KM1 KM2 SB0 2021/2/27 13 第二节 按联锁控制的规律 凡是生产线上某些环节或一台设备的某些部件之间具有互相 制约或互相配合的控制，匀称为 联锁控制。 自锁控制 连锁控制 正常工作与点 动的连锁控制 互锁控制 2021/2/27 14 控制顺序： M1起动后 M2才能起动。 M2既不能单独起动，也不能单独停车。 按下停止按钮两台电动机同时停止工作。 1. 电机的顺序工作的联锁控制 按 SB1 再按 SB2 M1转动 M2转动 KM1 FU Q KM2 M1 M2 3 3 . SB SB1 KM1 KM1 SB2 KM2 KM2 通电 闭合 闭合 通电 闭 合 闭合 . . . . 顺序启动， 逆序停止 2021/2/27 15 2、顺序启动，逆序停止控制线路 KM1 FU Q KM2 M1 M2 3 3 . SB0 SB1 KM1 KM1 KM2 通电 闭合 闭合 通电 闭 合 闭合 SB2 KM2 . . . . SB3 KM 1 闭合 M1转动 再按 SB2 M2转动 启动 ： 按 SB1 KM2 . . 闭 合 停止：按 SB3 M2停止 再按 SB0 M1停止 KM2断电 KM2断电 2021/2/27 16 控制规律 实现联锁的关键：正确选择和安排联锁 触点。 互相制约关系（互锁）由将各自控制电 器的常闭触点串接到对方电器的线圈电 路中。 顺序动作联锁，将先通电的电器的常开 触点串接在后通电的电器的线圈电路中， 将先断电的电器的常开触点并接在后断 电的电器的线圈电路中的停止按钮上。 2021/2/27 17 M1 3 这样的顺序控 制是否合理？ 两电机各自 要有独立的 电源；这样 接，主触头 (KM1)的负 荷过重。 KM1 KM2 M2 3 M1 2021/2/27 18 KM2 SB0 KM2 SB1 KM1 FR1 FR2 KM1 例 1： 两条皮带运输机分别由两台鼠笼异步电动机拖动，由一 套起停按钮控制它们的起停。为避免物体堆积在运输机上，要 求电动机按下述顺序起动和停止： 起动时 : M1起动后 M2才能起动； 停车时 : M2停车后 M1才能停车。应如何实现控制？ 起动： 通电 通电 闭合 闭合 2021/2/27 19 SB KM1 FR1 KM2 SB KM2 FR2 KM1 停止： 断电 断电 断开 断开 2021/2/27 20 第三节 按控制过程的变化参量进行控制的规律 一、时间原则控制 1. 基本电器： 时间继电器 实现：电动机降压启动和制动 自动间歇 各种动作的时间顺序控制 2. 定子串电阻降压启动控制线路 是在电动机起动时在三相定子电路串接电阻，使 得加在定子绕组上的电压降低，起动结束后再将 电阻短接，电动机在额定电压下正常运行。 2021/2/27 21 3. 鼠笼式电动机能耗制动控制线路 在制动过程中，电流、转速和时间三个参量都 在变化，原则上可以任取其中一个参量作为控 制信号。 取时间作为变化参量，其控制线路简单，成本 较低，故实际应用较多。 2021/2/27 22 正反转控制线路 3 M FR FU Q . . . . . . FR KMR SB1 SB F KMF SBR KMR KMR KMF KMR 下图所示的鼠笼式电动机正反转控制线路中 有几处错误，请改正之。 2021/2/27 23 二、行程原则控制 基本电器： 行程开关 工作原理：行程开关装在所需的地点，当装在 运动部件上的撞块碰动行程开关时，行程开关 的触点动作，从而实现电路的切换。 主要用于：机床进给速度的自动换接； 自动工作循环； 自动定位； 运动部件的限位保护。 2021/2/27 24 行程控制的限位线路 KM1和 KM2分别行车向 前和向后的接触器。 限位线路： SB0 KM2 SB1 KM1 KM1 KM2 SQb SQa KM1 KM2 SB2 按 SB1时 KM1通电 电机正转 到达预定位臵， 行车撞击 SQb (其常闭断开 ) 限位保护作用 停止正转 KM1断电 当行车离开终点位臵，按 SB2时，行程开关自动复位， 行车继续正常运行。 2021/2/27 25 按 SBF时 KMF通电 (其常闭断开， 常开闭合 ) KMF断电 电机正转 工作台前进 到达预定位臵， 挡块 1撞击 SQb KMR通电 停止正转 电机反转 (工作台后退 ) SQa SQb 前进 (正转） 后退 1 2 行程开关 挡块 自动往返运动： SB KMR SBF KMF KMF KMR SQb SQa KMF KMR SBR 自动往返循环控制线路 2021/2/27 26 运动部件每经过一次自动往复循环，电动机 就要进行两次反接制动过程，这将出现较大 的电流和机械冲击。因此，这种线路只适用 于电动机容量较小、循环周期较长、电动机 转轴具有足够刚性的拖动系统中。 2021/2/27 27 三、速度原则控制 1、速度原则控制的单向能耗制动控制电路 取速度为变化参量 基本电器： 速度继电器 ，检测电动机的速度变化， 在 120 3000r/min范围内速度继电器触点动作，当 转速低于 100r/min时，触点复位。速度继电器要与 电动机同轴旋转。 实现：电动机反接制动； 能耗制动； 电动机的低速脉动控制。 2021/2/27 28 电动机正常工作 KS的常开触头闭合，为制动作准备。 停车时按下 KM1线圈断电 主触头断开，切断交流电源 复合按钮 SB1 KM2线圈通电 主触头闭合，电动机通直流电 进入能耗制动 当电动机的转速下降至接近零时， KS的常开触头断开 KM2线 圈断电 常开主触头断开 切除直流电源 能耗制动结束 SB1 KM1 SB2 FR KM1 KS KM2 FU2 FU2 n KM1 KM2 KM2 2021/2/27 29 2、反接制动控制线路 反接制动是利用改变电动机电源的相序，使定子绕组 产生相反方向的旋转磁场，因而产生制动转矩的制动 方法。 反接制动常采用 转速 为变化参量进行控制。 反接制动特点：制动迅速，效果好，冲击大。 适用范围： 10KW以下的小容量电动机。 为了减少冲击电流，通常在电动机主电路中串接限流 电阻。 2021/2/27 30 KM2 SB1 KM1 SB2 FR KM1 KT KS KM2 FU2 FU2 n KM1 KM2 3 M FR KM1 Q KS KM2 2021/2/27 31 电动机正常工作 KS的常开触头闭合，为制动作准备。 按复合按钮 SB1 KM1线圈失电 电动机断电惯性运转 （ KS仍闭合） KM1常闭触头闭合 KM2线圈得电 KM2常开触头闭合自锁 KM2主触头闭合 电机接电阻反接制动 KM2常闭触头断开 当电动机的转速下降至接近零时， KS的常开触头断开 KM2线圈断电 常开 主触头断开反序电源耗制动结束。 SB1 KM1 SB2 FR KM1 KS KM2 FU2 FU2 n KM1 KM2 KM2 2021/2/27 32 电动机可逆运行的反接制动控制线路 FR FU2 FU2 SB 1 KM1 KS1 KS2 n KM1 SB2 n KM2 KM1 KS1 KS2 n SB3 n KM2 KM2 KS1是速度继电 器 KS的正转触 头， KS2反转触 头。 KM1正转接 触器， KM2反转 接触器 2021/2/27 33 当正转接触器 KM1闭合，电动机接正相序 三相电源运转时，速度继电器 KS的正转常闭触头 KS1断开，常开触头 KS1闭合。 由于反转接触器 KM2的线圈电路中串连的起互 锁作用的常闭触头 KM1早已断开，所以 KS1 正转常开触点的闭合仅起 KM2准备通电的作用， 并不能使其线圈立即通电。 按停止按钮 SB1时， KM1线圈断电，其常闭触头 复位使 KM2线圈通电，电动机接反相序电源，进入 正向反接制动状态。 2021/2/27 34 FR FU2 FU2 SB 1 KM1 KS1 KS2 n KM1 SB2 n KM2 KM1 KS1 KS2 n SB3 n KM2 KM2 由于速度继电器 KS1的常 闭触头这时是断开的， KM2线圈的自锁通路已被 切断。当电动机转速降到 接近零时，速度继电器的 正转常闭和常开触头 KS1 均复位，接触器 KM2线圈 断电，正向反接制动过程 结束。 反向起动和 反接制动 2021/2/27 35 四、电流原则控制 基本电器： 电流继电器 工作原理：电流继电器可在线圈中的电 流达到某一整定值时动作，或在电流降 低到某一整定值时释放。 实现：过电流或欠电流保护 电动机的分级起动 夹紧力的自动控制等。 2021/2/27 36 3 M FR KM1 I j I j I j KI 按电流原则和行程原则控制的机床横梁夹 紧机构的自动控制线路 FR SB3 KM2 QS KM1 KM1 SB1 KI KM2 KM2 KM1 KM1 SB 2 2021/2/27 40 FR SB3 KM2 QS KM1 KM1 SB1 KI KM2 KM2 KM1 KM1 SB2 接触器 KM1控制电动机正 转为夹紧 接触器 KM2控制电动机反 转为放松 行程开关 SQ为夹紧和放 松状态的检查 电流继电器 KI用于根据 电动机的电流大小检查 夹紧力。 作业：分析具体工作过 程并改进电路为全自动 控制。 2021/2/27 41 第四章 电动机控制的保护环节 电动机控制的保护环节是保证设备长期安全， 可靠、无故障运行的重要部分。 保护电动机、电网、电气控制设备及人身安 全。 常用的保护环节：短路保护、过载保护、零 压、欠压保护、弱磁保护。 2021/2/27 42 一、短路保护 常用短路保护元件有 熔断器 和 自动开关 。 熔断器优点 ：价格便宜、断弧能力强。 缺点 ：熔体的品质、老化及环境温度等因素对其动作值 影响大。用其保护电动机时，可能只有一相熔体烧断而 造成电动机单相运行。 改进 ：用自动开关作短路保护。当出现短路时，其电流 线圈动作，将整个开关跳闸，三相电源便同时被切断。 自动开关还有过载保护和欠压保护的作用。 自动开关缺点 ：结构复杂，价格贵，不宜频繁操作，一 般用在要求高的场合。 2021/2/27 43 二、过电流保护 过电流出现的情况： 电动机不正确启动； 负载转矩剧烈增加。比电动机的额定电流大的多。 常用瞬时动作的过电流继电器与接触器配合起来作过电流保 护。过电流继电器作为测量元件，接触器作为执行元件断开 电路。 过电流保护一般只用在直流电动机和绕线式异步电动机上。 整定过电流动作值一般为启动电流的 1.2倍。 2021/2/27 44 三、过载保护 常采用的过载保护元件是热继电器。 由于热惯性的原因，热继电器不会受电动机短 时过载冲击电流或短路电流的影响而瞬时动作， 所以用热继电器作过载保护同时必须设有短路 保护。选作短路保护的熔断器熔体的额定电流 不应超过 4倍热继电器发热元件的额定电流。 短路、过电流、过载保护都是电流保护，但由 于故障电流的动作值、保护特性和保护要求以 及使用元件的不同，它们不能互相取代。 2021/2/27 45 四、零电压和欠电压保护 为了防止电网失电后恢复供电时电动机自行启动的保护叫 零电压保护。 在电源电压降到允许值以下时，需要采用保护措施，及时 切断电源，这就是欠压保护。通常采用欠电压继电器或设 臵专门的零电压继电器。 在控制线路的主电路和控制电路由同一个电源供电时，具 有电气自锁的接触器兼有欠电压和零电压保护作用。 欠电压继电器的线圈直接跨接在定子的两相电源线上，其 常开触点串接在控制电动机的接触器线圈电路中。 2021/2/27 46 五、弱磁保护 直流电动机在磁场有一定强度情况下才能启动，如果磁场 太弱，电动机的起动电流就会很大； 直流电动机正在运行时磁场突然减弱或消失，电动机转速 就会迅速升高，甚至发生 “ 飞车 ” ，因此需要采用弱磁保 护。 弱磁保护是通过在电动机励磁回路串入欠电流继电器。 在电动机运行中，如果励磁电流消失或降低太多，欠电流 继电器就会释放，其触头切断主回路接触器线圈电路，使 电动机断电停车。 2021/2/27 47 六、其它保护 联锁保护 行程保护 油压保护 温度保护 2021/2/27 48 第五章 电气控制设计基础 电气原理图设计 为满足生产机械及工艺要求进行的 电气控制电路的设计 电气工艺设计 为电气控制装臵的制造、使用、运 行、维修的需要进行的生产施工设计 2021/2/27 49 第一节 电气控制系统设计的基本原则和内容 一、电气控制设计的原则 1)最大限度满足生产机械和生产工艺对电气控制的要 求 2）在满足要求的前提下，使控制系统简单、经济、 合理、便于操作、维修方便、安全可靠 3）电器元件选用合理、正确，使系统能正常工作 4）为适应工艺的改进，设备能力应留有裕量 2021/2/27 50 二、电气控制系统设计的基本内容 1.电气原理图设计内容 1）拟定电气设计任务书 :扼要的说明所设计设备的用途、 加工工艺、技术性能及工作条件及该设备的拖动特性、控 制特性和操作功能等。 2）选择电力拖动方案和控制方式： 电力拖动方案 ：一般设备采用交流拖动系统。 如果设备对起动、制动要求很高，需要无级调速，采用直 流电动机调速系统或交流变频调速系统。 控制方式 :继电接触控制、顺序控制、 PLC控制、计算机联 网控制。 2021/2/27 51 3）根据设备的要求，确定电动机的数量、类型、 型号、容量、转速。 4）设计电气控制原理图 5）选择电器元件，制定电机和电器元件清单 6）设计电气柜、操纵台、电气安装板，画出电 机和电器元件的总体布臵图。 7）绘制电器控制线路装配图及接线图。 6）编写设计计算说明书和使用说明书。 2021/2/27 52 2. 电气工艺设计内容 1）设计电气设备的总体配臵，绘制 总装配图和总接线图 2）绘制各组件电器元件布臵图与安 装接线图，标明安装方式、接线方式 3）编写使用维护说明书 2021/2/27 53 第二节 电力拖动方案的确定和 电动机的选择 一、电力拖动方案的确定 1、拖动方式的选择 根据设备中主要电动机的负载情况、调速范围及对 起动、反向、制动的要求确定拖动方式。 2、调速方案的选择 3、电动机调速性质应与负载特性相适应 2021/2/27 54 二、拖动电动机的选择 （ 一）电动机选择的基本原则 1）电动机的机械特性应满足生产机械的要求，与负载的特 性相适应 2）电动机的容量要得到充分的利用 3）电动机的结构形式要满足机械设计的安装要求，适合工 作环境 4）在满足设计要求前提下，优先采用三相异步电动机 2021/2/27 55 （二）根据生产机械调速要求选择电动机 一般 -三相笼型异步电动机、双速电机 调速、起动转矩大 -三相笼型异步电动 机 调速高 -直流电动机、变频调速交流电 动机 （三）电动机结构形式的选择 根据工作性质、安装方式、工作环境选择 （四）电动机额定电压的选择 （五）电动机额定转速的选择 （六）电动机容量的选择 2021/2/27 56 第三节 电气控制线路设计的一般要求 一、电气控制应最大限度满足生产机械加 工工艺要求 二、对控制电路电流、电压的要求 三、控制电路力求简单、经济 2021/2/27 57 1.尽量缩短连接导线的长度与导线数量 2.尽量减少电器元件的品种、数量和规格 2021/2/27 58 3.尽量减少电器元件触头的数目 4.尽量减少通电电器的数目 2021/2/27 59 四、确保控制电路工作的安全性和可靠性 1.正确连接电器的线圈 在交流控制线路中，不能串联接入两个电器线圈。两个 线圈需要同时动作时应并联连接。 2.正确连接电器元件的触头 同一个电器的常开触头和常闭触头位臵靠得很近，不能分别 接在电源的不同相上。 2021/2/27 60 3.防止寄生电路 不是由误操作意外引起的电流通路称为寄生 电路。它使正向接触器 KM1可能无法释放，过 载保护不起作用，而使电机损坏。 2021/2/27 61 4.在控制电路中应尽量减少多个电器元件依次动作后才能接 通另一个电器元件 5、考虑触头的接通与分断能力 若容量不够，可在线路中增加中间继电器，或增加线路 中触头数目。增加接通能力用多触头并联连接；增加分断 能力用多触头串联连接。 2021/2/27 62 6.避免触头 “ 竞争 ” 、 “ 冒险 ” 现象 竞争 ： 当控制电路状态发生变换时，常伴 随电路中的电器元件的触头状态发生变换。 由于电器元件总有一定的固有动作时间，对 于一个时序电路来说，往往发生不按时序动 作的情况，触头争先吸合，就会得到几个不 同的输出状态，这种现象称为电路的 “ 竞 争 ” 。 冒险： 对于开关电路，由于电器元件的释 放延时作用，也会出现开关元件不按要求的 逻辑功能输出，这种现象称为 “ 冒险 ” 。 7.采用电气连锁与机械连锁的双重连锁 2021/2/27 63 第四节 电气控制电路设计的方法与步骤 一、电气控制电路设计方法简介 分析设计法： 根据生产工艺的要求，选择一些 成熟的典型基本环节来实现这些基本要求，而后再逐步完 善其功能，并适当配 臵联锁和保护等环节，使其组合成 一个整体，成为满足控制要求的完整电路。 逻辑设计法： 利用逻辑代数这一数学工具设计 电气控制电路。 在继电接触器控制电路中，把表示触头状态的 逻辑变量称为输人逻辑变量，把表示继电器接触器线圈等 受控元件的逻辑变量称为输出逻辑变量。输人、输出逻辑 变量之间的相互关系称为逻辑函数关系，这种相互关系表 明了电气控制电路的结构。所以，根据控制要求，将这些 逻辑变量关系写出其逻辑函数关系式，再运用逻辑函数基 本公式和运算规律对逻辑函数式进行化简，然后根据化简 了的逻辑关系式画出相应的电路结构图，最后再作进一步 的检查和优化，以期获得较为完善的设计方案。 2021/2/27 64 二、分析设计法的基本步骤 l）按工艺要求提出的起动、制动、反向和调速等要 求设计 主电路 。 2）根据所设计出的主电路，设计 控制电路 的基本环 节，即满足设计要求的起动、制动、反向和调速等的基本 控制环节。 3）根据各部分运动要求的配合关系及联锁关系，确 定控制参量并设计控制电路的 特殊环节 。 4）分析电路工作中可能出现的故障，加入必要的 保 护环节。 5）综合审查，仔细检查电气控制电路动作是否正确 关键环节可做必要实验，进一步完善和简化电路。 2021/2/27 65 第六节 电气控制的施工设计与施工 一、电气设备总体配臵设计 总体配臵设计是以电气控制的总装 配图与总接线图的形式表达出来的，图中是 用示意方式反映各部分主要组件的位臵和各 部分的接线关系、走线方式及使用管线要求。 2021/2/27 66 二、电气元器件布臵图的设计 电柜内的电器可按下述原则布臵： l）体积大或较重的电器应臵于控制柜下方。 2）发热元件安装在柜的上方，并将发热元 件与感温元件隔开。 3）强电弱电应分开，弱电部分应加屏蔽隔 离，以防强电及外界的干扰。 4）电器的布臵应考虑整齐、美观、对称。 5）电器元器件间应留有一定间距，以利布 线、接线、维修和调整操作。 6）接线座的布臵：用于相邻柜间连接用的 接线座应布臵在柜的两侧；用于与柜外电气 元件连接的接线座应布臵在柜的下部。 2021/2/27 67 三、电气控制装臵接线图的绘制 1.接线图的绘制应符合 GB6988 3 1997的规定。 2.电气元器件相对位臵与实际安装相对位臵一致。 3.接线图中同一电器元件中各带电部件，如线圈、 触头等的绘制采用集中表示法，且在一个细实线 方框内。 4.所有电器元件的文字符号及其接线端钮的线号标 注均与电气控制电路图完全相符。 5.电气接线图一律采用细实线绘制， 6.接线图中应标明连接导线的型号、规格、截面积 及颜色。 2021/2/27 68 四、电力装备的施工 （一）电气控制柜内的配线施工 1）不同性质与作用的电路选用不同颜色导线 2）所有导线中间不许有接头 （二）电柜外部配线 1）所用导线皆为中间无接头的绝缘多股硬导 线。 2）电柜外部的全部导线一律都要安放在导线 通道内 （三）导线截面积的选用 导线截面积应按正常工作条件下流 过的最大稳定电流来选择，并考虑环境条件。 2021/2/27 69 五、检查、调整于试运行 1检查接线图 2检查电器元件 对照电器元件明细表 3检查接线是否正确 4进行绝缘试验 5检查、调整电路动作的正确性