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【内容提要】
本任务主要通过学习三相异步电动机的顺序控制方式来完成三相异步电动机顺序控制电路的安装与调试。
【学习要求】
①掌握时间继电器的基本原理及使用。
②掌握电气元件动作过程对电气设备控制的一般方法。
在多台电动机驱动的生产机械上，各台电动机所起的作用不同，设备有时要求某些电动机按照一定的顺序启动并工作，以保证操作过程的合理性和设备工作的可靠性。例如，机械加工车床的主轴启动时必须先让油泵电动机启动，以使齿轮箱有充分的润滑油。这对电动机的启动过程提出了顺序控制的要求，实现顺序控制要求的电路称为顺序控制电路。如何实现电动机的顺序控制？
从得到输入信号（线圈的通电或断电）开始，经过一定的延时后才输出信
号（触点的闭合或断开）的继电器，称为时间继电器。
时间继电器延时方式有通电延时和断电延时两种。
通电延时：接收输入信号后延迟一定时间，输出信号才发生变化；当输入信号消失后，输出瞬时复原。
断电延时：接收输入信号时，瞬时产生相应的输出信号；当输入信号消失后，延迟一定时间，输出才复原。
常用的时间继电器主要有电磁式、电动式、空气阻尼式、晶体管式等。其中，电磁式时间继电器的结构简单，价格低廉，但体积和质量较大，延时较短（如JT3 型只有 0.3 ~ 5.5 s），且只能用于直流断电延时；电动式时间继电器的延时精度高，延时可调范围大（由几分钟到几小时），但结构复杂，价格贵。目前在电力拖动线路中，应用较多的是空气阻尼式时间继电器。近年来，晶体管式时间继电器的应用日益广泛。
空气阻尼式时间继电器是利用空气阻尼作用而达到延时的目的。它由电磁机构、延时机构和触点组成。
空气阻尼式时间继电器的电磁机构有交流、直流两种。延时方式有通电延时型和断电延时型（改变电磁机构位置、将电磁铁翻转 180°安装）。当动铁芯（衔铁）位于静铁芯和延时机构之间位置时为通电延时型；当静铁芯位于动铁芯和延时机构之间位置时为断电延时型。JS7-A系列时间继电器如图 1.33 所示。
图 1.33 JS7-A系列时间继电器
1—线圈；2—铁芯；3—衔铁；4—反力弹簧；5—推板；6—活塞杆；7—杠杆；8—塔形弹簧；
9—弱弹簧；10—橡皮膜；11—空气室壁；12—活塞；13—调节螺钉；14—进气口；15,16—微动开关
现以通电延时型为例说明其工作原理。当线圈得电后，衔铁（动铁芯）吸合，活塞杆在塔形弹簧作用下带动活塞及橡皮膜向上移动，橡皮膜下方空气室空气变得稀薄，形成负压，活塞杆只能缓慢移动，其移动速度由进气孔气隙大小来决定。经过一段时间延时后，活塞杆通过杠杆压动微动开关，使其触点动作，起通电延时作用。
当线圈断电时，衔铁释放，橡皮膜下方空气室内的空气通过活塞肩部所形成的单向阀迅速排出，使活塞杆、杠杆、微动开关等迅速复位。由线圈得电到触点动作的一段时间即为时间继电器的延时时间，其大小可通过调节螺钉调节进气孔气隙的大小来改变。
断电时间继电器的结构、工作原理与通电延时继电器相似，只是电磁铁安装方向不同，即当衔铁吸合时推动活塞复位，排出空气。当衔铁释放时活塞杆在弹簧作用下使活塞向下移动，实现断电延时。
在线圈通电和断电时，微动开关在推板的作用下瞬时动作，其触点即为时间继电器的瞬时触点。
时间继电器的图形符号如图 1.34 所示，文字符号为KT。
图1.34 时间继电器图形及文字符号
空气阻尼式时间继电器结构简单，价格低廉，延时范围为 0.4 ~ 180 s，但是延时误差较大，难以精确地整定延时时间，常用于延时精度要求不高的交流控制电路中。
在多机拖动系统中，各电动机所起的作用是不同的，有时需按一定的顺序启动，才能保证操作过程的合理性和工作的安全可靠。
例如，在图 1.35 中，机床中要求M1 先启动后M2 才允许启动。将控制电动机M1 的接触器KM1 的常开触点串入控制电动机M2 的接触器KM2 的线圈电路中，可实现按顺序工作的联锁要求。
图1.35 按顺序工作时的控制电路
如图 1.36 所示为采用时间继电器，按时间顺序启动的控制电路。主电路与图 1.35 主电路相同，电路要求M1 启动 50 s后，M2 自动启动。可利用时间继电器的延时闭合常开触点来实现。按启动按钮SB2,KM1 线圈得电并自锁，电动机M1 启动，同时KT线圈得电。定时 50 s到，时间继电器延时闭合的常开触点KT闭合，接触器KM2 线圈得电并自锁，电动机M2 启动，同时KM2 常闭触点断开，切断KT线圈的电源。
图1.36 采用时间继电器的顺序启动控制电路
（1）元件选择与检查
根据之前的学习情境知识，请参照图 1.35 选出合适的低压电器元件并检查其功能完好性。
（2）电路的安装与连接
装接电路的原则：应遵循“先主后控，先串后并；从上到下，从左到右；上进下出，左进右出”的原则进行接线。意思是接线时应先接主电路，后接控制电路；先接串联电路，后接并联电路；同时按照从上到下、从左到右的顺序逐根连接；对电气元件的进出线，则必须按照“上面为进线，下面为出线，左边为进线，右边为出线”的原则接线，以免造成元件被短接或接错。
（3）电路的检查
接好电路后，应使用万用表等电气仪表对电路进行检查，确保线路无误后方可通电试车。
（4）通电试车
通电试车时应注意安全，观察按钮的按下情况与电动机的运行状态。
1）接近开关
接近开关又称为无触点行程开关，是当运动的金属与开关接近到一定距离时发出接近信号，以不直接接触方式进行控制。接近开关不仅用于行程控制、限位保护等，还可用于高速计数、测速、检测零件尺寸、液面控制、检测金属体的存在等。
按工作原理分，接近开关有高频振荡型、电容型、电磁感应型、永磁型与磁敏元件型等，其中最常用的是高频振荡型。如图 1.37 所示是LJ2 系列电子式接近开关原理图，主要由振荡器、放大器和输出 3 个部分组成。其基本工作原理是当有金属物体接近高频振荡器的线圈时，使振荡回路参数变化，振荡减弱直至终止而产生输出信号。图 1.37 中三极管VT1，振荡线圈L及电容C1,C2,C3 组成电容三点式高频振荡器，其输出由三极管VT2 放大，经二极管VD7,VD8 整流成直流信号，加至三极管VT3 基极，使VT3 导通，三极管VT4 截止，从而使三极管VT5 导通，三极管VT6 截止，无输出信号。
图1.37 LJ2 系列电子式接近开关原理图
当金属物体靠近开关感应头时，振荡器减弱直至终止，此时VD7,VD8 构成整流电路无输出信号，则VT3 截止，VT4 导通，VT5 截止，VT6 导通，有信号输出。
接近开关的图形符号及文字符号如图 1.38 所示。
图1.38 接近开关的图形符号
接近开关的特点是工作稳定可靠，寿命长，重复定位精度高。其主要参数有动作行程、工作电压、动作频率、响应时间、输出形式以及触点电流容量等。常用的国产接近开关的型号有3SG,LJ,CJ,SJ,AB和LXJO等系列。
2）转换开关
转换开关是一种多挡位、多触点能够控制多回路的主令器，广泛应用于各种配电装置的电源隔离、电路转换、电动机远距离控制等，也常作为电压表、电流表的换相开关，还可用于控制小容量的电动机。
转换开关目前主要有两大类，即万能转换开关和组合转换开关。它们的结构和工作原理相似，转换开关按结构分为普通型、开启型、防护型和组合型。按用途分主令控制和控制电动机两种。
转换开关一般采用组合式结构设计，由操作机构、定位装置和触点系统组成，并由各自的凸轮控制其通断；定位装置采用棘轮棘爪式结构。不同的棘轮和凸轮可组成不同的定位模式，即手柄在不同的转换角度时，触点的状态是不同的。
转换开关是由多组相同结构的触点组件叠装而成的，图 1.39 为LW12 系列转换开关某一层的结构示意图。
LW12 系列转换开关由操作机构、面板、手柄和数个触点底座等主要部件组成，用螺栓组成一个整体。每层触点底座中装有最多 4 对触点，并由底座中间的凸轮进行控制。操作时手柄带动转轴和凸轮一起旋转，由于每层凸轮形状不同，当手柄转到不同位置时，通过凸轮的作用，可使触点按所需要的规律接通和分断。
转换开关的触点在电路中的图形符号如图 1.40 所示。图形符号中“每一横线”代表一对触点，而用 3 条竖线分别代表手柄位置。哪一对触点接通就在代表该位置虚线上的触点下面用黑点“·”表示。触点的通断也可用接通表来表示，表中的“× ”表示触点闭合，空白表示触点断开。
常用的转换开关有LW5,LW6,LW8,LW9,LW12,VK,HZ等系列。有关参数可查看相关手册或说明书。
图1.39 LW12 系列转换开关一层结构示意图
图1.40 转换开关的图形符号
1.设计电动机手动顺序控制电路，要求当电机M2 启动后电机M1 才能启动；当电机M1停止后电机M2 才能停止。画出其电路图并简述动作过程。
2.设计电动机自动顺序控制电路，要求当电机M1 启动 30 s后电机M2 自动启动；当电机M1 停止 20 s后电机M2 自动停止。画出其电路图并简述动作过程。