预备知识：拆装异步电机、交流接触器、电气原理图的绘制

一、任务目标

知识目标：

①了解不同用途按钮的颜色区分；

②了解电气元件的规格，熟记常用低压电器的图形符号和文字符号；

③掌握工具和万用表的正确使用及注意事项；

④认识异步电动机的铭牌；

⑤铭记安全知识，树立安全意识。

技能目标：

①熟悉电气控制线路的原理图；

②熟悉电气元件的结构和规格参数；

③分清导线颜色及各自应用范围。

二、任务内容

①常用低压电器的结构和工作原理；

②异步电动机的结构和工作原理；

③电气原理图的绘制原则和识读方法。

三、任务功能

①异步电机的拆装；

②交流接触器的拆装；

③电气原理图的绘制。

四、任务过程

①获取资料；

②计划；

③决策；

④实施；

⑤检查；

⑥评估。

五、任务用时

24 学时。

一、简称

VDI——德国工程师协会

DIN——德国标准委员会

IEC——国际电气技术委员会

JIS——日本工业标准

CEE——国际电工器材审定委员会

GB——国家标准（中国）

二、命令键

命令键相互之间的位置要符合IEC447 和DIN43602 中的规定。

停止按钮位于启动按钮的下方或左方，也可位于换向按钮之间；启动按钮位于指示灯的下方。

三、颜色标记

通过按钮、显示灯和显示按钮的颜色，马上能识别该按钮的功能。下面列举几种重要的颜色及其功能。

按钮 红色——停止、暂停、急停；

绿色——启动；

黄色——干扰。

显示灯 红色——故障警报，危险情况；

绿色——安全，正常情况；

黄色——提示，异常情况、紧急临界情况；

白色——确认，其他情况、无确定性质。

四、布线

1.连线的最小截面积

机内导线　　　= 0.75 mm2

低压电路连线　 = 0.20 mm2

2.各种电路的布线

在同一布线槽内允许有几根导线，如果电压不同，则要使导线相互绝缘。不通过主开关的电路，要单独布线。

3.颜色标记

单芯导线及电缆要使用以下几种颜色：

主电路的中线（无保护功能） =浅蓝色

交直流主电路 =黑色

交流控制电路 =红色

直流控制电路 =蓝色

互锁电路 =橙色

低压控制电路（如AC24 V） 　　 =棕色

五、元器件的型号

低压电器产品型号类组代号表

六、异步电动机的参数及接线

电动机是一种将电能转换成机械能的动力设备，应用十分广泛。其中交流异步电动机（如左图所示）应用最为广泛，它具有结构简单、价格低廉、坚固耐用、使用维护方便等优点。单相交流异步电动机功率小，多用于小型机械设备或家用电器；三相交流异步电动机功率大，多用于工矿企业中。

电动机的机座上有一块铭牌，它简要标出了一些主要技术数据，供正确选用电动机之用，如下图所示。

交流异步电动机

防护等级　IP44

1.型号

例如，型号“Y132M-4”第一个字母为电动机的系列代号（Y 为异步电动机）；“132”为机座至输出转轴的中心高度（mm）；

“M”为机座类别（其中，“L”为长机座，“M”为中机座，“S”为短机座）；“4”为磁极数。

旧的电机型号也有如“J02-52-4”，其中：

J ——异步电动机；

0 ——封闭式；

2 ——设计序号；

5 ——机座号；

4 ——磁极数。

2.额定功率（ 7.5 kW）

电动机在额定工作状态下，即在额定电压、额定负载和规定冷却条件下运行时，转轴上输出的机械功率。

3 额定电压（380 V）

电动机正常运行时的电源线电压。

4.额定转速（1 440 r/min）

电动机在额定工作状态下运行时的转速。

5.额定电流（15.4 A）

电动机在额定工作状态下运行时定子电路输入的线电流。

6.频率（50 Hz）

电动机使用的交流电源的频率。

7.绝缘等级（B）

它与电动机绝缘材料所能承受的温度有关。A 级绝缘为105 ℃，E 级绝缘为120 ℃，B 级绝缘为130 ℃，F 级绝缘为155 ℃，H 级绝缘为180 ℃。

8.噪声等级

在规定安装条件下，电动机运行时噪声不得大于铭牌值。

9.防护等级

电动机外壳防护的形式。IP（International Protection）等级（防尘防水）定义表示为IP××，电机常用的防护等级有IP23、IP44、IP54、IP55、IP56、IP65。

10.工作制

电机的工作制分类是对电机承受负载情况的说明，它包括启动、电制动、空载、断能停转以及这些阶段的持续时间和先后顺序，工作制分为以下9 类。

S1 为连续工作制，S2 为短时工作制，S3~S8 为各种不同周期的工作制，S9 为非周期变化工作制。各种工作制主要用于电动机，其中S1、S2 也适用于发电机。

11.功率因数

功率因数是指电源功率被利用的程度。

12.接法

电动机定子三相绕组与交流电源的连接方法：小型电机（3 kW以下）大多采用星形（Y）接法，大中型电机（4 kW 以上）采用三角形（△）接法。(www.xing528.com)

七、接触器的原理及图示

接触器是一种用于频繁地接通或断开交直流主电路、大容量控制电路等大电流电路的自动切换电器。在功能上，接触器除能自动切换外，还具有手动开关所缺乏的远距离操作功能和零压及欠压保护功能，但没有自动开关所具有的过载和短路保护功能。接触器生产方便，成本低，主要用于控制电动机、电热设备、电焊机、电容器组等，是电力拖动自动控制电路中使用最广泛的一种低压电器元件。按接触器所控制的电流种类可分为交流接触器和直流接触器两种。

交流接触器的工作原理如下图所示。

工作原理图

按钮7 在断开位置，交流接触器处于不得电的状态——常态，它的常闭触头闭合，常开触头断开。按下按钮7，电磁线圈6 得电，电磁机构产生电磁力吸动衔铁，衔铁3 向下运动，带动触头动作（反作用力弹簧被压缩）。常闭触头断开，常开触头闭合。松开按钮7，电磁线圈断电，电磁铁电磁力消失，衔铁在反作用力弹簧4 的作用下向上运动回到常态位置，常开触头断开、常闭触头复位。可以把交流接触器理解为一个由电磁铁控制的多触头开关。其图形符号和文字符号如后图所示。

注意：

①主回路触点的额定电流应大于或等于被控设备的额定电流，控制电动机的接触器还应考虑电动机的启动电流。为了防止频繁操作的接触器主触点烧蚀，频繁动作的接触器额定电流可降低使用。

②接触器的电磁线圈额定电压有36 V、110 V、220 V、380 V 等，电磁线圈允许在额定电压的80%～105%使用。

八、电器元件符号

续表

续表

续表

九、热继电器

热继电器结构如下图所示。

工作原理：

发热元件接入电机主电路，若长时间过载，双金属片被烤热。因双金属片的下层膨胀系数大，使其向上弯曲，扣板被弹簧拉回，常闭触头断开，常开触头常闭。

热继电器的符号：

十、低压断路器的选择和应用

1.概述

低压断路器（曾称自动开关）是一种不仅可以接通和分断正常负荷电流和过负荷电流，还可以接通和分断短路电流的开关电器。低压断路器在电路中除起控制作用外，还具有一定的保护功能，如过负荷、短路、欠压和漏电保护等。低压断路器可以手动直接操作和电动操作，也可以远方遥控操作。

低压断路器的分类方式很多，按使用类别：选择型（保护装置参数可调）和非选择型（保护装置参数不可调）；按结构型式：万能式（又称框架式）和塑壳式断路器；按灭弧介质：空气式和真空式（目前国产多为空气式）；按操作方式：手动操作、电动操作和弹簧储能机械操作；按极数：单极式、二极式、三极式和四极式；按安装方式：固定式、插入式、抽屉式和嵌入式等。低压断路器容量范围很大，最小为4 A，最大可达5000 A。

2.低压断路器的主要技术特性参数

我国低压电器标准规定低压断路器应有下列特性参数。①型式：断路器型式包括相数、极数、额定频率、灭弧介质、闭合方式和分断方式。②主电路额定值：a.额定工作电压；b.额定电流；c.额定短时接通能力；d.额定短时耐受电流。万能式断路器的额定电流还分主电路的额定电流和框架等级的额定电流。③额定工作制：断路器的额定工作制可分为8 h 工作制和长期工作制两种。

3.断路器的选用

额定电流在600 A 以下，且短路电流不大时，可选用塑壳断路器；额定电流较大，短路电流亦较大时，应选用万能式断路器。一般选用原则为：①断路器额定电流≥负载工作电流；②断路器额定电压≥电源和负载的额定电压；③断路器脱扣器额定电流≥负载工作电流；④断路器极限通断能力≥电路最大短路电流；⑤线路末端单相对地短路电流断路器瞬时（或短路时）脱扣器整定电流≥1.25 A；⑥断路器欠电压脱扣器额定电压=线路额定电压。

十一、熔断器熔芯的额定电流的选择

（1）对于负载电流比较平稳，没有冲击电流的短路保护，熔芯的额定电流应等于或稍大于负载的工作电流。例如：一般照明或电阻炉负载。

（2）对于一台不频繁启动且启动时间不长的电动机的短路保护：IRN=IST/（2.5 ~ 3）（A）

IRN：熔芯的额定电流；IST：电动机的启动电流。

（3）对于多台电动机的短路保护：IRN=IST max/（2.5 ~ 3）+∑IN（A）

IST max：最大一台电动机的启动电流；∑IN：其余电动机的额定电流之和。

电机工作时，若因负载过重而使电流增大，但又比短路电流小时，熔断器不起保护作用，应加热继电器，进行过载保护。

十二、控制电路的设计

随着科学的发展与和谐社会的进步，生产规模化、电气化的要求越来越高，生产过程的电气控制将更加普遍和完善。科技的进步，要求电气控制电路必须满足生产机械加工工艺的要求。为此，在设计前必须对生产机械的主要工作性能、结构特点及实际运作情况等有充分了解，做到有的放矢。下面分四个步骤来说明。

1.电气控制电路的电流种类与电压数值

①对于比较简单的交流控制电路，电气元件数目不太多，往往直接采用交流380 V 或220 V 电压，而无须采用控制电源变压器。

②对于比较复杂的交流控制电路，均采用控制电源变压器的方法，将控制电压降到220 V、110 V、48 V、36 V 和24 V 等，依情况具体确定。

③对于操作比较复杂的直流电气控制电路，常用220 V、110 V、48 V 或24 V 直流电流供电。

④对于只能使用低电压的电子线路和电子装置的电气控制电路，则可采用其他的低电压数值。

2.电气控制原理图的设计

在设计电气控制原理图时，根据控制对象和控制任务的不同，把控制电路划分为若干控制环节，逐一进行设计。然后根据各环节之间的联锁要求和相互联系，综合成完整的控制电路。其步骤有：

①设计各个环节的主电路及其控制电路。

②设计各执行电气控制电路。

③根据各个环节之间的联锁条件进行设计综合。

④进行信号电路、照明电路及保护电路等的设计。

⑤对所设计的电路进行检查、修正、测试和完善。

3.电气控制电路设计的一般原则

①最大限度地实现生产机械和工艺对电气控制线路的要求。

②在满足生产要求的前提下，力求使控制线路简单、经济。

③保证控制线路工作的可靠和安全。

④操作和维修方便。

一般应做到：

一是电气元件要正确连接。设计时要求：在交流控制电路中不允许两个电气线圈串联，应将两个电气线圈并联在电路中，以免发生误动作。在触头的连接上，应尽量使分布在线路不同位置的同一电气触头都接到同一极或同一相上，以免在触头上引起短路。

二是尽量减少触头数，缩短连接导线。前者可以提高电气控制电路工作的可靠性，后者则可以简化电路的接线工作。

三是防止寄生电路。所谓的寄生电路是指控制电路在正常工作或事故情况下，发生意外接通的电路。设计控制电路时应保证没有寄生电气设备，以免破坏电气设备和线路的工作顺序，造成误动作。

四是在设计控制电路中应尽量避免许多电气设备依次动作才能接通一个电气设备的现象，因为这样只要其中一个电气触头发生故障时，电路就不能正常工作。

五是在设计频繁操作的可逆控制电路时，为保证电路工作的可靠性，正、反接触器的控制回路中，电气联锁和机械联锁要双重并用。

六是设计的电路应该能够适应所在电网的情况。

七是继电气触头控制接触器线圈时，如果容量差异过大，必要时要采用中间继电器的过渡环节，以保证电路可靠工作。

八是设计者（特别是初学设计者）应尤其注意，不论是继电器还是接触器，即使是同类触头，其动作或复位时间也是有差异的。

九是保证电气控制电路的安全性。电气控制电路就是在发生事故的情况下，亦应能保证操作人员、电气设备、生产机械的安全，并能有效制止事故的扩大，即使出现误操作也不至于造成事故。为此，在设计电路时，为了避免线路故障引起事故的可能性，必须在电路中采取一定的保护措施，以确保安全。常用的保护措施有采用漏电保护开关的自动切断电源保护、短路保护、过载保护、失压保护、联锁保护、行程保护、过容保护及极限位置保护等。

4.电气控制电路设计的一般方法

电气控制电路的设计，常用的有经验设计法和逻辑设计法两种。

（1）经验设计法：就是根据生产机械对电气控制的要求，先设计出各个独立的控制电路，然后根据生产机械工艺要求，决定各部分电路之间的联锁关系，在满足生产机械控制要求的前提下，反复斟酌，力求获得最佳方案。

采用经验设计法设计电气控制系统，设计内容包括主电路、控制电路和辅助电路的设计。设计步骤如下。

①主电路设计：电动机启动、点动、正反转、制动及多速控制要求。

②控制电路设计：设计满足设备和设计任务要求的各种手动、自动的电气控制线路。

③辅助电路设计：完善控制电路的设计，包括短路、过流、过载、零压、联锁、限位等电路保护措施，以及信号指示和照明等电路。

反复审核设计：根据设计原则审核电气控制电路图，必要时进行模拟实验，修改和完善电路设计，直至符合设计要求。

经验设计在具体操作过程中有两种途径。其一是根据生产工艺要求与工艺过程，把现成的典型环节结合起来，加以补充修改、综合完善成所需的控制电路；其二是在没有现成典型环节运用的情况下，依据生产机械工艺要求逐步进行设计，采用边分析、边画图的方法达到完成设计任务的目的。经验设计法广泛应用于一般较简单的电气控制电路的设计中，掌握较多的典型环节和电路，具有丰富的实践经验对设计工作大有益处，通过不断实践是能够较快掌握这一设计方法的。

（2）逻辑设计法

逻辑设计法就是用真值表和逻辑代数式相结合，对控制电路进行综合构思设计的一种方法。逻辑设计法的设计步骤：①按工艺要求画出工作循环图。②决定执行元件与检测元件，做出执行元件动作节拍和检测元件状态表。③根据检测元件状态表写出各程序的特征码，并确定待相区分组，设置中间记忆元件，使各待相区分组所有程序皆可区分。④列出中间记忆元件、开关逻辑函数式及执行元件动作逻辑函数式，进而画出相应的电路结构图。⑤对画出的电路图进行检查、简化和完善。逻辑设计法比较麻烦且不好掌握，一般只适用于比较复杂的电气控制电路的设计。

十三、电动机基本控制线路图的绘制

电气控制系统图一般有三种：电气原理图、电气安装接线图和电气平面布置图。由于它们的用途不同，绘制原则也有差别。根据学习的实际需要，这里重点介绍电气原理图。

1.电气原理图

电气原理图的目的是便于阅读和分析控制线路，应根据结构简单、层次分明清晰的原则，采用电气元件展开形式绘制。它包括所有电气元件的导电部件和接线端子，但并不按照电气元件的实际布置位置来绘制，也不反映电气元件的实际大小。

绘制电气原理图时应遵循的原则：电气原理图一般分主电路和辅助电路（控制电路）两部分。

主电路是电气控制线路中大电流通过的部分，包括从电源到电机之间相连的电气元件；一般由组合开关、主熔断器、接触器主触点、热继电器的热元件和电动机等组成。

辅助电路是控制线路中除主电路以外的电路，其流过的电流比较小的辅助电路包括控制电路、照明电路、信号电路和保护电路。其中控制电路是由按钮、接触器和继电器的线圈、辅助触点、热继电器触点、保护电器触点等组成。

电气原理图中所有电气元件都应采用国家标准中统一规定的图形符号和文字符号表示。

电气原理图中电气元件的布局，应按照便于阅读原则来安排。主电路安排在图面左侧或上方，辅助电路安排在图面右侧或下方。无论是主电路还是辅助电路，均按功能布置，尽可能按动作顺序从上到下、从左到右排列。

电气原理图中，当同一电气元件的不同部件（如线圈、触点）分散在不同位置时，为了表示是同一元件，要在电气元件的不同部件处标注统一的文字符号。同类元件，要在其文字符号后加数字序号来区别。如两个接触器，可用KM1、KM2 文字符号区别。

电气原理图中，所有电气的可动部分均按没有通电或没有外力作用时的状态画出。

继电器、接触器的触点，按其线圈不通电时的状态画出，控制器按手柄处于零位时的状态画出；按钮、行程开关等触点按未受外力作用时的状态画出。

电气原理图中，应尽量减少线条和避免线条交叉。各导线之间有电的联系时，在导线交点处画实心圆点。根据图面布置需要，可以将图形符号旋转绘制，一般逆时针方向旋转90°，但文字符号不可倒置。

2.电气安装接线图

安装接线图是根据电气设备和电气元件的实际位置和安装情况绘制的，只用来表示电气设备和电气元件的位置、配线方式和接线方式，而不明显表示电气动作原理。绘制、识读安装接线图应遵循以下原则。

①安装接线图中一般标出如下内容：电气设备和电气元件的相对位置、文字符号、端子号、导线号、导线类型、导线截面积、屏蔽和导线绞合等。

②所有电气设备和电气元件都按其所在的实际位置绘制在图纸上，且同一电气的各元件根据其实际结构，使用与电路图相同的图形符号画在一起，并用点画线框上，其文字符号以及接线端子的编号应与电路图中的标注一致，以便对照检查接线。

③接线图中的导线有单根导线、导线组（或线扎）、电缆等之分，可用连续线或中断线来表示。凡导线走向相同的可以合并，用线束来表示，到达接线端子板或电气元件的连接点时再分别画出。在用线束表示导线组、电缆时可用加粗的线条表示，在不引起误会的前提下也可采取部分加粗。另外，导线及管子的型号、根数和规格应标注清楚。

3.电气平面布置图

电气平面布置图是电气元件在控制板上的实际安装位置，采用简化的外形符号（如正方形、矩形、圆形等）而绘制的一种简图。它不表达各电气的具体结构、作用、接线情况及工作原理，主要用于电气元件的布置和安装。图中各电气的文字符号必须与电路图和接线图的标注相一致。

十四、控制电路常用符号

1.电机与变压器

2.保护电气

3.信号元件

4.指令开关元件

5.接触器、继电器

6.电工常用器件/仪器字母标示符号