项目2 电动机直接控制电路
任务2.1 点动控制电路的安装与调试
知识目标：识记接触器、按钮、低压断路器的图形符号和文字符号，会分析点动控制电路原理，懂得点动控制电路的安装知识。
技能目标：掌握点动控制电路的安装、调试及故障的排除。
素养目标：培养学生养成自觉遵守安全及技能操作规程和认真负责、精心操作的工作习惯，以及团队合作意识。
重点和难点：点动控制电路的安装、调试及故障的排除。
解决方法：教师指导、实例演示、小组讨论、分组操作。
建议学时：4学时。
2.1.1 任务分析
桥梁施工、高层建筑施工、船舶、码头上有很多大起重器，这些起重器以及机械设备的安装和移动都运用到点动控制，操作人员在快速移动车床刀架时，只要按下按钮，刀架就快速移动；松开按钮，刀架立即停止移动，如图2-1所示。
图2-1 典型点动控制设备
点动控制电路是最基本的电气控制电路之一，按下按钮，电动机通电运转；松开按钮，电动机失电停下来。它是电动机运行时间较短的一种控制电路，广泛应用于设备试车、起吊重物和机床设备调整等场合。完成该任务首先要熟悉交流接触器、按钮等低压电器，能识别它们的结构特征、记住它们的符号和图形符号，熟悉其动作原理和常用型号，才能分析点动控制电路的工作原理，才能完成安装、调试以及故障的排除。
2.1.2 相关知识——电动机和点动控制电路
1.交流电动机
电动机（英文：Electric machinery，俗称“马达”）是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。电动机的分类如下。
（1）三相异步电动机的构造
三相异步电动机构造如图2-2所示，包括定子和转子两部分，定子由铁心、定子绕组及机座组成。铁心由硅钢片叠压而成，定子绕组是电动机的电路部分，是对称的三相绕组，其作用是产生旋转磁场，机座用来固定和支撑定子铁心。转子由铁心、绕组和转轴组成。转子有笼型和绕线式，笼型铁心槽内放铜条，端部用短路环形成一体，外形像笼子。如图2-3所示。绕线式分为三相，接成星形，尾端接在一起，首端分别接在转轴上的三个铜制集电环上，通过电刷与外电路的可变电阻器连接，如图2-4所示，主要用于对起动或调速要求高的场合。由于笼型异步电动机具有一系列的优点，应用广泛。
图2-2 三相异步电动机构造图
图2-3 笼型转子
图2-4 绕线式转子
（2）三相异步电动机的工作原理
三相交流电源接通三相定子绕组，定子绕组产生三相对称电流→三相对称电流在电动机内部建立旋转磁场→旋转磁场与转子绕组产生相对运动→转子绕组中产生感应电流→转子绕组（感应电流）在磁场中受到电磁力的作用→在电磁力作用下，转子逆时针方向开始旋转，转速为n。
由此可知，异步电动机是通过载流的转子绕组在磁场中受力而使电动机旋转的，而转子绕组中的电流由电磁感应产生，并非外部输入，故异步电动机又称感应电动机。
旋转磁场的转速（同步转速）与转子（电动机）的转速之差称为转差，转差与旋转磁场的转速之比称为转差率，用s表示，即
，s是一个没有单位的数，它的大小也能反映电动机转子的转速。正常运行的异步电动机，转差率s很小，一般s=0.015～0.06。
2.三相交流异步电动机的接线方式
三相电动机的三相定子绕组每相绕组都有两个引出线头。一头叫首端，另一头叫末端。第一相绕组首端用U1表示，末端用U2表示；第二相绕组首端用V1表示，末端用V2表示；第三相绕组首末端分别用W1和W2来表示。这六个引出线头引入接线盒的接线柱上，接线柱相应地标出U1、U2、V1、V2、W1、W2的标记，如图2-5所示。三相定子绕组的六个端头可将三相定子绕组接成星形或三角形。一台电动机是接成星形还是接成三角形，应视厂家规定而进行，可以从电动机铭牌上查到。三相定子绕组的首末端是生产厂家事先设定好的，绝不可任意颠倒，但可将三相绕组的首末端一起颠倒，例如将三相绕组的末端U2、V2、W2倒过来作为首端，而将U1、V1、W1作为末端，但绝不可单独将一相绕组的首末端颠倒，否则将产生接线错误。如果接线盒中发生接线错误，或者绕组首末端弄错，轻则电动机不能正常起动，长时间通电造成起动电流过大，电动机发热严重，影响寿命，重则烧毁电动机绕组，或造成电源短路。
图2-5 三相交流异步电动机
（1）星形接法
星形接法是将三相绕组的末端并联起来，即将U2、V2、W2三个接线柱用铜片连接在一起，而将三相绕组首端分别接入三相交流电源，即将U1、V1、W1分别接入L1、L2、L3相电源，如图2-6所示。
（2）三角形接法
三角形接法是将第一相绕组的首端U1与第三相绕组的末端W2相连接，再接入一相电源；第二相绕组的首端V1与第一相绕组的末端U2相连接，再接入第二相电源；第三相绕组的首端W1与第二相绕组的末端V2相连接，再接入第三相电源。即在接线板上将接线柱U1和W2、V1和U2、W1和V2分别用铜片连接起来，再分别接入三相电源，如图2-7所示。
图2-6 星形接法
图2-7 三角形接法
3.点动控制电路原理图识读
图2-8所示是按照电路原理图绘制的一般规定绘制的，三相交流电源线L1、L2、L3依次水平画在图的上方，电源开关水平画出。由熔断器FU1、接触器KM的三对主触点和电动机组成的主电路，垂直电源线画在图的左侧。由启动按钮SB、接触器KM的线圈组成的控制电路跨接在L1和L2两条电源线之间，垂直画在主电路的右侧，且能耗元件KM的线圈应画在电路的下方，为表示同一电器，在图形符号旁边标注了相同的文字符号KM。电路按规定在各接点处进行标号，主电路用U、V、W和数字表示，如U11、V11、W11；控制电路用阿拉伯数字表示，编号原则上是从左到右、从上到下数字递增。
图2-8 点动原理图
图2-8中，用按钮、接触器来控制电动机运转属于点动控制。点动控制是指按下按钮，电动机就得电运转；松开按钮，电动机就失电停转。这种控制方法常用于电动葫芦的起重电动机升降和车床拖板箱快速移动电动机控制。短路、过载保护有FU1、FU2以及QF，欠压、失压保护有KM。
具体控制过程如下：
起动：按下SB→KM线圈得电→KM主触点闭合→电动机M连续运转。
停止：松开SB→KM线圈失电→KM主触点分断→电动机M惯性停止。
注意：
（1）点动控制一般不用来连续运行操作，主要用来实现对生产设备的手动调整、检修处理等。
（2）点动控制的运行电动机不需要热继电器的保护。
2.1.3 任务实施
需准备的元器件和工具清单见表2-1。
表2-1 元器件和工具清单
1.点动控制电路元器件布置图的识读
电器元件布置图是用来表明电气原理图中各元器件的实际安装位置，可视电气控制系统复杂程度采取集中绘制或单独绘制。图2-9所示为本任务对应的点动控制电路元器件布置图。
图2-9 电路元器件布置图
2.点动控制电路接线图的识读
安装接线图主要用于电器的安装接线、电路检查、电路维修和故障处理，通常接线图与电气原理图和元器件布置图一起使用。
电气接线图的绘制原则是：各电器元件均按实际安装位置绘出，元器件所占图面按实际尺寸以统一比例绘制；一个元器件中所有的带电部件均画在一起，并用点画线框起来，即采用集中表示法；各元器件的图形符号和文字符号必须与电气原理图一致，并符合国家标准；各元器件上凡是需接线的部件端子都应绘出，并予以编号，各接线端子的编号必须与电气原理图上的导线编号相一致；绘制安装接线图时，走向相同的相邻导线可以绘成一股线。本任务对应的电路接线图如图2-10所示。
图2-10 电路接线图
3.安装接线工艺要求
电气控制电路安装接线一般顺序：先根据原理图绘制电器布置图和安装接线图，列出元件明细表，采购检验电器元件，再根据电器布置图在配线板上安装固定电器元件，然后根据安装接线图再配线，最后检验试车。接线时一般先接控制电路，再接主电路。作为一名维修电工，通过操作训练，最后要达到能够直接根据原理图进行熟练地安装接线的水平。
交流接触器的安装工艺要求：
（1）交流接触器应安装于垂直于地面的平面上，倾斜度不应大于5°。
（2）接触器上的散热孔应上下布置，接触器之间应留有适当的空间以利于散热。
（3）远离冲击和振动的地方。
（4）安装和接线时，注意不要将零件失落或掉入接触器内部。安装孔的螺钉应装有弹簧垫圈和平垫圈，并拧紧螺钉以防振动松脱。
（5）安装完毕检查接线正确无误后，在主触点不带电的情况下操作几次，然后测量接触器的动作值和释放值，所测数值应符合产品的规定要求。
按钮安装的工艺要求：
（1）无需固定在配线板上，按钮接线和电源、电动机配线一样，要通过端子排进出配线板。
（2）进出按钮接线桩的导线采用的接线端子要有端子标号，便于检修。
（3）如果按钮的外壳是金属，则外壳应可靠接地。
接线端子排安装的安装工艺要求：
（1）在面板上，应排列、整齐合理，布置于控制板或控制柜边缘。
（2）接线端子排的安装应牢固，其金属外壳部分应可靠接地。
布线工艺要求：
（1）布线通道尽可能少，同时并行导线按主、控电路分类集中，单层密排，紧贴安装面线布线。
（2）同一平面的导线应高低一致或前后一致，不能交叉，非交叉不可时，导线应在接线端子处引出。
（3）布线要遵守横平竖直，分布均匀的原则。
（4）布线时严禁损伤线芯和导线绝缘。
（5）布线顺序一般以接触器为中心，由里向外、由低至高，以不妨碍后续布线为原则。
（6）导线与接线端子或接线桩连接时，不得压绝缘层，不得反圈，不得露铜过长。
（7）同一元器件，同一回路的不同节点的导线间距应保持一致。
（8）一个电器元件接线端子的连接导线不得多于两根，每节接线端子板上连接导线一般只允许连接一根。
RL系列熔断器安装工艺要求：
（1）熔断器的进出线接线桩应垂直布置，螺旋式熔断器电源进线应接在瓷底座的下接线桩上，负载侧出线应接在螺纹壳的上接线桩上。这样在更换熔体时，旋出螺帽后螺纹壳上不带电，可以保证操作者的安全。
（2）熔断器要安装合格的熔体，不能用多根小规格熔体并联代替一根大规格熔体。
（3）安装熔断器时，上下各级熔体应相互配合，做到下一级熔体规格小于上一级熔体规格。
（4）更换熔体或熔管时，必须切断电源，尤其不允许带负载操作。
（5）若熔断器兼作隔离器件使用时，应安装在控制开关的电源进线端；若仅作短路保护用，应装在控制开关的出线端。
其他安装工艺要求：
（1）电动机使用的电源电压和绕组的接法必须与铭牌上规定的一致。
（2）安装低压断路器时，在电源进线侧加装熔断器，要求低压断路器安装应正装，不能倒装，向上合闸为接通电路。
4.通电运行前的检查
安装完毕后的控制电路板，必须经过认真检测后才允许通电试车。
（1）检查所用的电器元件的外观应完整无损，附件、备件齐全。
（2）用手同时按下接触器的三个主触点，注意要用力均匀。检验操作机构是否灵活、有无衔铁卡阻现象。
（3）检查接触器线圈额定电压与电源是否相符。
（4）检查导线连接的正确性，按电路图或接线图从电源端开始，逐段核对接线端子处线号是否正确，有无漏接、错接之处。检查导线接点是否符合要求，压接是否牢固。
（5）使用电工仪表进行检查，将万用表转换开关打到电阻R×1k或R×100档，并进行欧姆调零，首先测量同型号未安装使用和接线的接触器线圈电阻，并记录其电阻值，目的是能根据控制电路图进行分析和判断读数的正确性。如果测量结果与正确值不符，应根据电路图和接线图检查是否有错误接线。
5.通电调试
为保证人身安全，在通电试车时，要认真执行安全操作规程的有关规定，一人监护，一人操作。试车前，应检查与通电试车有关的电气设备是否有不安全的因素存在，若查出应该立即整改，然后方能试车。
（1）通电试车前，由指导教师接通三相电源L1、L2、L3，并且要在现场监护。
（2）当按下点动按钮时，观察接触器动作情况是否正常，是否符合电路功能要求，电器元件的动作是否灵活，有无卡阻及噪声过大等现象，电动机运行情况是否正常等。
（3）通电试车完毕，停转，切断电源。先拆除三相电源线，再拆除电动机。如有故障，应该立即切断电源，要求学生独立分析原因，检查电路，直至达到项目拟定的要求。若需要带电检查时，必须在教师现场监护下进行。
（4）试车成功后拆除电路与元器件，清理工位，归还器材。
2.1.4 任务考评
根据班级人数先分组，然后进行任务实施，实施过程中的考评细节参见表2-2。
表2-2 任务考评
思考：
（1）任课老师根据检查情况，总结出完成任务过程中时常会遇到的问题，并讲解如何预防这些问题的发生。
（2）怎样完成电动机的连续运行控制电路？
2.1.5 课后习题
1.为什么点动控制电路不需要热继电器的保护？
2.按下启动按钮后接触器的线圈不得电，其原因是什么？
3.按下启动按钮后接触器的线圈得电，电动机不转动的原因是什么？
4.U、V、W任意两相的电压是多少？U、V、W和N相间的电压是多少？
5.设计电动机连续运行的控制电路。