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第二章 电气控制线路基础
第一节 电气控制系统图
第二节 基本控制环节（全压起动控制）
第三节 三相异步电动机降压启动控制
第四节 三相异步电动机电气制动控制
第五节 电动机控制的保护环节
第六节 电气控制线路的简单设计法
第二章 电气控制线路基础
第一节 电气系统图
电气控制线路是由许多电器元件按照一定的要求和规律连接而成的。 将电气控制系统中各电器元件及它们之间的连接线路用一定的图形表达出来，这种图形就是电气控制系统图，一般包括电气原理图、电器布置图和电气安装接线图 3 种。
在国家标准中，电气技术中的文字符号分为基本文字符号 ( 单字母或双字母 ) 和辅助文字符号。基本文字符号中的单字母符号按英文字母将各种电气设备、装置和元器件划分为 23 个大类，每个大类用一个专用单字母符号表示。如 “K” 表示继电器、接触器类，“F” 表示保护器件类等，单字母符号应优先采用。双字母符号是由一个表示种类的单字母符号与另一字母组成，其组合应以单字母符号在前，另一字母在后的次序列出。
一、常用电气图的图形符号、文字符号和接线端子标记
CW6132 型普通车床的电气原理图
电气原理图用图形和文字符号表示电路中各个电器元件的连接关系和电气工作原理，它并不反映电器元件的实际大小和安装位置。
二、电气原理图
电气原理图一般分为主电路和辅助电路两部分。主电路是电气控制线电路中强电流通过部分，由电机等负载和其相连的电气元件（如刀开关、熔断器、热继电器的热元件、接触器的主触点等）组成。辅助电路就是控制线路中除主电路以外的部分，其流过的电流较小。辅助电路包括控制电路、信号电路、照明电路和保护电路等，由按钮、接触器和继电器的线圈及辅助触点、照明灯、信号灯等电气元件组成。
1．绘制电气原理图的规则
（1）原理图中所有元件均按照国标的图形符号和文字符号表示，不画实际的外形。
（2）原理图中主电路用粗实线绘制在图纸的左部或者上部，辅助电路用细实线绘制在图纸右部或者下部。电气元件和部件在控制线路中的位置，应根据便于阅读的原则安排，布局遵守从左到右、从上到下的顺序排列，可水平布置，也可垂直布置。
（3）同一个元件的不同部分，如接触器的线圈和触点，可以绘制在原理图中的不同位置，但必须使用同一文字符号表示。对于多个同类电器，采用文字符号加序号表示，如KM1、KM2等。
（4）原理图中所有电器的可动部分（如接触器触点和按钮）均按照没有通电或者无外力的状态下画出。对于继电器、接触器的触点，按吸引线圈不通电状态画，控制器按手柄处于零位时的状态画，按钮、行程开关触点按不受外力作用时的状态画。
（5）原理图中尽量减少线条和避免线条交叉；各导线相连接时用实心圆点表示。
（6）原理图中绘制要层次分明，各元件及其触点安排合理，在完成功能和性能的前提下，尽量少用元件，减少能耗，同时要保证线路的运行可靠性、施工和维修的方便性。
2.图幅区域的划分
为方便阅图，在电气原理图中可将图幅分成若干个图区，图区行的代号用英文字母表示，一般可省略，列的代号用阿拉伯数字表示，其图区编号写在图的下面，并在图的顶部标明各图区电路的作用。
3.符号位置的索引
在继电器、接触器线圈下方均列有触点表以说明线圈和触点的从属关系，即“符号位置索引”。也就是在相应线圈的下方，给出触点的图形符号（有时也可省去），对未使用的触点用“ × ”表明（或不作表明）。
三、电器元件布置图
电器元件布置图是控制线路或者电气原理图中相应的电器元件的实际安装位置图，在生产和维护过程中使用该图作为依据。该图需要绘制出各种安装尺寸和公差，并且依据电器元件的外形尺寸按比例绘制，在绘制过程中必须严格按照产品手册标准来绘制，以利于加工和安装等工作，同时需要绘制出适当的接线端子板和插接件，并按一定的顺序标出进出线的接线号。
电器元件布置图绘制原则
（1）必须遵循相关国家标准设计和绘制电器元件布置图。
（2）相同类型的元器件布置时，应把重量大和体积大的元件应该安装在控制柜或面板的下方。
（3）发热元件应安装在控制柜或面板的上方或后方，以利于散热。但热继电器一般安装在接触器的下面，以方便与电动机和接触器连接。
（4）强电和弱电应该分开走线，注意弱电的屏蔽问题和强电的干扰。
（5）需要经常维护、整定和检修的电器元件、操作开关、监视仪器仪表，其安装位置应高低适宜，以便工作人员操作。
（6）电器元件的布置应考虑安装间隙，并尽可能做到整齐、美观。
图 CW6132型车床控制盘电器布置图
50
50
50
50
320
360
线槽
端子板
FU1
FU2
KM
FR
TC
FU3
FU4
图 CW6132型车床电气设备安装布置图
四、电气元件接线图
安装接线图主要用于电器的安装接线、线路检查、线路维修和故障处理，通常接线图与电气原理图和元件布置图一起使用。
电气接线图的绘制原则是：
（1）各电气元件均按实际安装位置绘出，元件所占图面按实际尺寸以统一比例绘制。
（2）一个元件中所有部件均画在一起，并用点划线框起来，即采用集中表示法。
（3）各电气元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。
（4）不在同一安装板或电气柜上的电器元件或信号的电气连接一般应通过端子排连接，各元器件代号和接线端子序号必须和原理图一致。
（5）走向相同、功能相同的多根导线可绘制成一股线。画连接线时，应标明导线的规格、型号、颜色、根数和穿线管的尺寸。
图 CW6132型普通车床电气接线图
EL
0
HL
2
3
1
42
42
31
0
3×2.5mm2
2
M1
M2
41
3×2.5mm2
3×1mm2
5×0.75mm2
3×0.75mm2
3×2.5mm2
QS
Q1
第二节 电气控制电路基本控制规律
（全压起动控制）
由继电器接触器所组成的电气控制电路，基本控制规律有自锁与互锁的控制、点动与连续运转的控制、多地联锁控制、顺序控制与自动循环的控制等。
一、直接起动电路
电动机从静止状态加速到稳定运行状态的过程称为电动机的起动，若电动机的定子绕组直接施加额定电压起动，称为直接起动。
1.用开关直接起动的控制电路
FU
M
3～
QS
手动合上QS，电动机M工作；手动切断QS，电动机M停止工作。
电路保护措施：FU短路保护
电路优点：控制方法简单、经济、实用。
电路缺点：保护不完善，操作不方便
应用:控制三相电风扇
和砂轮机
2.用接触器起动的自锁控制电路
主电路：三相电源经QS、FU1、KM的主触点，FR的热元件到电动机三相定子绕组。
控制电路：用两个控制按钮，控制接触器KM线圈的通、断电，从而控制电动机（M）起动和停止。
起动过程分析：合上QS，按动起动按钮SB2—>KM线圈通电并自锁－>M通电工作。
KM自锁触点是指与SB2并联的常开辅助触点，其作用是当按钮SB2闭合后又断开，KM的通电状态保持不变，称为通电状态的自我锁定。
停止按钮SB1，用于切断KM线圈电流并打开自锁电路，使主回路的电动机M定子绕组断电停止工作。
★说明：
（1）同一电器各工作部件画在各处，但它们的动作相互关联。
（2）同一电器上的各部件，必须标以相同文字符号。
实际接线图
控制线路安装布线图：把同一电器各工作部件集中在一起，按各部件实际位置画出。
二、点动控制与连续控制线路
QS
L1
L3
L2
FU1
KM
M
3～
SB
KM
FU2
工作原理：
启动：
按下起动按钮SB→接触器KM线圈得电→KM主触头闭合→电动机M启动运行。
停止：
松开按钮SB→接触器KM线圈失电KM主触头断开→电动机M失电停转。
电气原理图：
1.点动控制
点动控制应用
右图所示的电路既能进行点动控制，又能进行自锁控制，所以称为点动和自锁混合控制电路。当 SA 闭合时为自锁控制，当 SA 断开时为点动控制。
电路保护环节 （ 1 ）短路保护 （ 2 ）过载保护 （ 3 ）欠压和失压保护
2.点动和自锁混合控制电路
FU1
KM
M
3～
FR
Q
L1
L3
L2
主电路
FU2
SB1
KM
KM
FR
SB2
SB3
控制电路
按下复合按钮SB3，其常闭按钮先断开，防止自保，常开按钮后闭合，KM线圈得电，电动机M起动；松开SB3 ，其常开按钮先复位，常闭按钮后复位，确保KM线圈失电，M停转实现点动控制
当正常工作时，用连续按钮SB1 控制。
注：点动和长动的本质区别是控制线路能否自保 （自锁）
3．连续与点动混合控制
下面控制电路能否实现既能点动、
又能连续运行
思考
不能点动！
KM
SB1
KM
SB2
FR
SB3
三、正反转控制线路
在生产加工过程中，经常需要电动机能够实现可逆运行，以满足工业生产要求，如机床工作台的前进和后退、主轴的正转和反转，混凝土搅拌机的正反转，起重机的升降等等。
正反转控制应用举例
电路形式:
电动机原理：
改变电动机三相电源的相序，可改变电动机的旋转方向
倒顺开关控制的正反转
按钮、接触器控制的正反转
位置控制
对于小功率电机（数十瓦~数百瓦）电路直接控制电动机正反转
特点:
电气原理图：
应用:
SB1
KM
FU2
FR
KM
SB2
M3~
L1
L2
L3
KM
FR
QS
FU1
SA
主电路
控制电路
用倒顺开关实现电源调相
倒顺开关
1.倒顺开关控制正反转控制电路
KM2
FU1
KM1
M
3～
FR
Q
L1
L3
L2
主电路
控制电路
FU2
FR
SB1
SB2
KM1
KM1
KM2
KM2
SB3
正转按钮
反转按钮
2.按钮控制正反转控制电路
图中，若同时按下 SB2 和 SB3 ，则接触器 KM1 和 KM2 线圈同时得电并自锁，它们的主触点都闭合，这时会造成电动机三相电源的相间短路事故，所以该电路不能使用。
工作原理：
互锁
接触器互锁
按钮互锁
接触器互锁控制电路
FU2
FR
SB1
SB2
KM1
KM1
KM2
KM2
SB3
KM2
KM1
合上电源开关
按下按钮SB2
KM1线圈通电
M正转启动
按下停止按钮SB1
KM1线圈断电
电动机M停止
按下按钮SB3反向启动
优点：工作安全可靠
互锁控制电路
在控制电路中，分别将两个接触器 KM1 、 KM2 的辅助动断触点串接在对方的线圈回路里,如图所示。
这种利用两个接触器（或继电器）的动断触点互相制约的控制方法叫做 互锁 （也称联锁），而这两对起互锁作用的触点称为互锁触点。
首先合上电源开关 QS 。
正转起动：
停止：
反转起动：
按钮互锁控制
操作方便，易产生故障
控制电路
FU2
FR
SB3
SB1
KM1
KM1
KM2
KM2
SB2
SB1
SB2
所谓按钮互锁，就是将复合按钮动合触点作为起动按 钮，而将其动断触点作为互锁触点串接在另一个接触器线圈支路中。这样，要使电动机改变转向，只要直接按反转按钮就可以了，而不必先按停止按钮，简化了操作。
按钮、接触器双重互锁的正反转控制电路
FU2
FR
SB3
SB1
KM1
KM1
KM2
KM2
SB2
SB1
SB2
KM2
KM1
控制电路图
安全可靠操作方便
运用复合按钮实现正反转控制
有些生产机械如万能铣床，要求工作台在一定距离内能自动往返，通常利用行程开关控制电动机正反转实现。
四、自动往复运动控制线路（位置开关控制）
工作台的往复运动
工作台自动往返控制
特点：
在两地或多地控制同一台电动机的控制方式。
启动(常开)按钮并联，停止(常闭)按钮串联
五、多地控制
所谓多地控制是在多个地点各设一套电动机起动和停止用的控制按钮。这样就可以分别在多地起、停同一台电动机，达到操作方便之目的。
三地控制
主电路实现顺序控制
控制电路实现顺序控制
要求几台电动机的启动或停止按一定的先后顺序来完成的控制方式。
顺序启动同时停止控制
顺序启动逆序停止控制
六、顺序控制
只有当 KM1 闭合，电动机 M1 起动运转后， KM2 才能使 M2 得电起动，满足电动机 M1 、 M2 顺序起动的要求。
1. 主电路实现顺序控制
顺序启动同时停止控制
FU1
KM1
M1
3～
FR1
Q
L1
L3
L2
KM2
M2
3～
FR2
主电路
控制电路
KM2
FU2
FR
SB3
FR
KM1
SB1
SB4
SB2
KM1
KM2
KM1
油泵
电动机
主拖动
电动机
2.控制电路实现顺序控制
图中利用接触器 KM1 的动合触点实现顺序控制
顺序控制
顺序启动逆序停止控制
FU1
KM1
M
3～
FR1
Q
L1
L3
L2
KM2
M
3～
FR2
KM2
FU2
FR
SB3
FR
KM1
SB1
SB4
SB2
KM1
KM2
KM1
KM2
主电路
控制电路
3.时间继电器控制的顺序起动电路
电动机直接起动时， 定子起动电流 约为额定电流的 4 ～ 7 倍。过大的起动电流将将影响接在同一电网上的其他用电设备的正常工作，甚至使它们停转或无法起动。因此往往采用降压起动。
第三节 三相异步电动机降压启动控制
降压启动的实质：
启动时减小加在定子绕组上的电压，
以减小起动电流；
启动后再将电压恢复到额定值，电动机进入正常工作状态。
降压启动的方法
定子绕组串电阻（电抗）启动
自耦变压器降压启动
Y—△降压启动
延边三角形降压启动
软启动
一、定子串电阻降压起动控制电路
这种起动方法是：起动时在电动机的定子绕组中串接电阻，通过电阻的分压作用，使电动机定子绕组上的电压减小；待起动完毕后，将电阻切除，使电动机在额定电压（全压）下正常运转。其控制电路如下图所示。
FU1
KM1
QS
主电路
M
3～
FR
L1
L3
L2
KM2
R
FR
SB2
SB1
KM1
KT
KT
KM1
KM2
KM2
KM1
KM2
控制电路
工作原理
合上电源开关
按下按钮SB1
KM1、KT线圈通电
M串电阻降压启动
KT延时
KM2线圈通电，KM1、KT线圈断电
M全压运行
二、自耦变压器降压启动控制
自耦变压器降压起动是指电动机起动时利用自耦变压器来降低加在电动机定子绕组上的起动电压。待起动一定时间，转速升高到预定值后，将自耦变压器切除，电动机定子绕组直接接上电源电压，进入全压运行。其控制电路如下：
指电动机起动时，把定子绕组接成星形，以降低起动电压，减小起动电流；待电动机起动后，再把定子绕组改接成三角形，使电动机全压运行。
Y—△起动只能用于正常运行时为△形接法的电动机。
三、星形——三角形降压启动控制
1
2
3
4
A
电源接触器
星形接法接触器
三角形接法接触器
QS
FR
V1
M
U1
W2
FU1
V2
3～
KM2
KM3
KM1
W1
U2
L1
L2
L3
主电路
Y—△降压启动控制
第四节 三相异步电动机电气制动控制
所谓制动，就是给正在运行的电动机加上一个与原转动方向相反的制动转矩迫使电动机迅速停转。
三相异步电动机从切除电源到完全停止旋转，由于惯性的关系，总要经过一段时间，这往往不能适应某些生产机械工艺的要求。如万能铣床、卧式镗床、组合机床等，无论是从提高生产效率，还是从安全及准确停位等方面考虑，都要求电动机能迅速停车，要求对电动机进行制动控制。
制动方法：
常用的电气制动：
反接制动
能耗制动
电磁机械制动--电磁铁操纵机械进行制动
电气制动--电动机产生一个与转子转动方向相反的力矩来进行制动
原理：
要求：
改变电动机电源相序，使定子绕组产生反向的旋转磁场，形成制动转矩。
10kW以下电动机的定子电路中串入反接制动电阻，转速接近于零时及时切断反相序电源,防止反向再起动。
一、反接制动控制
关键是电动机电源相序的改变，且当转速下降接近于零时，能自动将电源切除。为此采用了速度继电器来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，其触点恢复原位。
电气原理图
速度继电器
1.单向反接制动的控制
工作原理：
电动机正常运转时，KM1通电吸合，KS的常开触点闭合，为反接制动作准备。
按下停止按钮SB1，KM1断电，电动机定子绕组脱离三相电源，电动机因惯性仍以很高速度旋转，KS常开触点仍保持闭合，将SB1按到底，使SB1常开触点闭合，KM2通电并自锁，电动机定子串接电阻接上反相序电源，进入反接制动状态。电动机转速迅速下降，当电动机转速接近100r/min时，KS常开触点复位，KM2断电，电动机断电，反接制动结束。
2.可逆运行的反接制动控制
特点（与反接制动相比）：
消耗的能量小，其制动电流要小得多；
适用于电动机能量较大，要求制动平稳和制动频繁的场合；
能耗制动需要直流电源整流装置。
原理：电动机脱离三相交流电源后，在定子绕组加直流电源，以产生起阻止旋转作用的静止磁场，达到制动的目的。
二、能耗制动控制
按时间原则控制
单向运行接触器
能耗制动接触器
整流变压器
桥式整流电路
1.单向能耗制动控制
按速度原则控制
正转接触器
反转接触器
2.电动机可逆运行能耗制动控制
单管半波整流
3.单管能耗制动控制
第五节 电动机控制的保护环节
电气控制系统除了能满足生产机械加工工艺要求外，还应保证设备长期、安全、可靠无故障地运行，因此保护环节是所有电气控制系统不可缺少的组成部分。利用它来保护电动机、电网、电气控制设备以及人身安全等。
一、短路保护
电机、电器以及导线的绝缘损坏或线路发生故障时，都可能造成短路事故。很大的短路电流和电动力可能使电器设备损坏。因此要求一旦发生短路故障时，控制线路能迅速切除电源。常用的短路保护元件有熔断器和自动开关。
二、过载保护
电动机长期超载运行，绕组温升将超过其允许值，造成绝缘材料变脆，寿命减小，严重时会使电机损坏，过载电流越大，达到允许温升的时间就越短。常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，所以在使用热继电器作过载保护的同时，还必须设有短路保护。
三、过电流保护
四、失电压保护
第六节 电气控制线路的简单设计法
电气控制系统的设计一般包括确定拖动方案、选择电动机容量和设计电气控制线路。电气控制线路的设计又分为主电路设计和控制电路设计。一般情况下，我们所说的电气控制线路设计主要指的是控制电路的设计。
1．一般设计法的几个主要原则
（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、安全可靠。
尽可能减少电器数量，采用标准件和相同型号的电器。
当控制的支路数较多，而触点数目不够时，可采用中间继电器增加控制支路的数量。
简化电路
去掉不必要的KM1，简化电路，提高电路可靠性
按钮一般是装在操作台上，而接触器则是装在电器柜内，这样接线就需要由电器柜二次引出连接线到操作台上，所以一般都将起动按钮和停止按钮直接连接，就可以减少一次引出线，如图b所示。
尽量缩短连接导线的长度和数量
触点不要放在
线圈的后面
正确连接触点
电压线圈通常不能串联使用，如图a所示。由于它们的阻抗不尽相同，会造成两个线圈上的电压分配不等。即使外加电压是同型号线圈电压的额定电压之和，也不允许。因为电器动作总有先后，当有一个接触器先动作时，则其线圈阻抗增大,该线圈上的电压降增大，使另一个接触器不能吸合，严重时将使电路烧毁。
正确连接电器的线圈
电感量相差悬殊的两个电器线圈，也不要并联连接。图a中直流电磁铁YA与继电器KA并联，在接通电源时可正常工作，但在断开电源时，由于电磁铁线圈的电感比继电器线圈的电感大得多，所以断电时，继电器很快释放，但电磁铁线圈产生的自感电动势可能使继电器又吸合一段时间，从而造成继电器的误动作。解决方法如图b所示。
正确连接电器的线圈
在电路中应尽量避免许多电器依次动作才能接通另一个电器的控制电路。
控制电路在正常工作或事故情况下，发生意外接通的电路叫寄生电路。
正常工作时，能完成正反向起动、停止和信号指示。
当热继电器FR动作时，电路就出现了寄生电路，使正向接触器KM1不能有效释放，起不了保护作用。
寄生回路
反身自停电路
例1 现有三台电动机M1、M2、M3，要求起动顺序为：先起动M1，经Tl后起动M2，再经T2后起动M3;停车时要求：先停M3，经T3后再停M2，再经T4后停M1。三台电动机使用的接触器分别为KM1、KM2和KM3。试设计该三台电动机的启／停控制线路。
例2 某机床有左、右两个动力头，用以铣削加工，它们各由一台交流电动机拖动；另外有一个安装工件的滑台，由另一台交流电动机拖动。加工工艺是在开始工作时，要求滑台先快速移动到加工位置，然后自动变为记速进给，进给到指定位置自动停止，再由操作者发出指令使滑台快速返回，回到原位后自动停车。要求两动力头电动机在滑台电动机正向起动后起动，而在滑台电动机正向停车时也停车。
主电路设计：
动力头拖动电动机只
要求单方向旋转，为使
两台电动机同步起动，
可用一只接触器KM3控
制。滑台拖动电动机需
要正转、反转，可用两
只接触器KM1、KM2接
制。滑台的快速移动由
电磁铁YA改变机械传动
链来实现，由接触器
KM4来控制。
控制电路设计
滑台电动机的正转、反转分别用两个按钮SBl与SB2控制，停车则分别用SB3与SB4控制。由于动力头电动机在滑台电动机正转后起动，停车时也停车，故可用接触器KM1的常开辅助触点控制KM3的线圈，如图a所示。
滑台的快速移动可采用电磁铁YA通电时，改变凸轮的变速比来实现。滑台的快速前进与返回分别用KM1与KM2的辅助触点控制KM4，再由KM4触点去通断电磁铁YA。滑台快速前进到加工位置时，要求慢速进给，因而在KM1触点控制KM4的支路上串联限位开关SQ3的常闭触点。此部分的辅助电路如图b所示。
控制电路草图
联锁与保护环节设计：
用限位开关SQ1的常闭触点控制滑台慢速进给到位时的停车；用限位开关SQ2的常闭触点控制滑台快速返回至原位时的自动停车。接触器KMl与KM2之间应互相联锁，三台电动机均应用热继电器作过载保护。
控制电路
电路的完善：
电路初步设计完后，可能还有不够合理的地方，因此需仔细校核。一共用了三个KMl的常开辅助触点，而一般的接触器只有两个常开辅助触点。因此，必须进行修改。从电路的工作情况可以看出，KM3的常开辅助触点完全可以代替KM1的常开辅助触点去控制电磁铁YA，修改后的辅助电路如图所示。
修改后的控制电路
例3：下列电路能否控制电机起停
SBstp
SBst
KM
KM
SBstp
SBst
KM
KM
SBstp
SBst
KM
KM
KM
SBstp
SBst
KM
KM
能起动,不能停止
不能起动,且造成电源短路
非正常起动,且不能停止
只能点动
例4：找出下图中的错误并改正。控制要求:在正转和反转的预定位置能自动停止, 并且有短路、过载和失压保护. 找出图中的错误, 画出正确的电路, 并阐述从KM1线圈通电换到KM2线圈通电的操作过程。
应为互锁触点
缺短路保护
应为动断触点
应为动合触点
KM1
SQ1
SQ2
KM2
KM2
KM1
KM1
SB2
SB3
KM2
SB1
KMR
Q
KMF
3 ~
3~
缺过载保护
电源线
应为动断触点
KMR
QS
KMF
FR
3 ~
3~
KM1
SQA1
SQB1
KM1
KM2
KM1
KM2
SBstF
SBstR
KM2
SBstp
FR
正确的控制电路:
本章结束！

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