電氣控制汪明添(二章)

1、 第2章 基本電氣控制線路 2.1 控制線路的原理圖及接線圖 2.1.1 電氣圖形符號、文字符號、接線標記 電氣圖是一種工程圖，是用來描述電氣控制設(shè)備結(jié)構(gòu)、工作原理和技術(shù)要求的圖紙。 1. 電氣圖中的圖形符號 所謂的圖形符號是一種統(tǒng)稱，通常是指用于圖樣或其他文件表示一個設(shè)備或概念圖形、標記或字符。圖形符號由符號要素、限定符號、一般符號以及常用的非電氣操作控制的動作(例如，機械控制符號等)，根據(jù)不同的具體器件等構(gòu)成。 1) 符號要素 符號要素是一種具有確定意義的簡單圖形，必須同其他圖形組合才能構(gòu)成一個設(shè)備或概念的完整符號。例如，三相異步電動機是由定子、轉(zhuǎn)子及各自的引線等幾個符號要素構(gòu)成。 2)

2、一般符號 用于表示同一類產(chǎn)品和此類產(chǎn)品特性的一種很簡單的符號，它們是各類元器件的基本符號。例如，一般電阻器的符號。 3) 限定符號 限定符號是用以提供附加信息的一種加在其他符號上的符號。例如，在電阻器一般符號的基礎(chǔ)上，加上不同的限定符號就可組成可變電阻器。 限定符號一般不能單獨使用。一般符號有時也可以作為限定符號。例如，電容器的一般符號加到二極管的一般符號上就構(gòu)成變?nèi)荻O管的符號。 4)方框符號 方框符號是用以表示元件、設(shè)備等的組合及其功能，既不給出元件、設(shè)備的細節(jié)也不考慮所有連接的一種簡單的圖形符號。 常用電氣圖形、文字符號表見表2.1.1。 5)圖形符號的幾點說明 所有符號均應(yīng)按無電壓、無

3、外力的正常狀態(tài)示出。例如，按鈕未按下，閘刀未合閘等。 在圖形符號中，某些設(shè)備元件有多個圖形符號，在選用時，應(yīng)該盡可能選用優(yōu)選形。在能夠表達其含義的情況下，盡可能采用最簡單形式，在同一圖號的圖中使用時，應(yīng)采用同一形式。圖形符號的大小和線條的粗細應(yīng)基本一致。 為了適應(yīng)不同需求，可將圖形符號根據(jù)需要放大和縮小，但各符號相互問的比例應(yīng)該保持不變。圖形符號繪制時方位不是強制的，在不改變符號本身含義的前提下，可以將圖形符號根據(jù)需要旋轉(zhuǎn)或成鏡像放置。 圖形符號中導(dǎo)線符號可以用不同寬度的線條表示，以突出和區(qū)分某些電路或連接線。一般常將電源線或主信號導(dǎo)線用加粗的實線表示。 2. 電氣圖中的文字符號 1)基本文字

4、符號 基本文字符號分為單字母符號和雙字母符號。 單字母符號。單字母符號是用拉丁字母將各種電器設(shè)備、裝置和元器件劃分為23大類，每一個大類用一個字母表示。例如，“R”代表電阻器。 雙字母符號。雙字母符號是由一個表示種類的單字母與另一字母組成，并且是單字母在前，另一字母在后。參見表2.1.2。例如，“RP”代表電位器，而“FU”表示熔斷器等。 2)輔助文字符號 輔助文字符號是用以表示電氣設(shè)備、裝置和元器件以及線路的功能、狀態(tài)和特征的。通常也是由英文單詞的前一兩個字母構(gòu)成。例如，“DC”代表直流。 輔助文字符號一般放在單字母文字符號后面，構(gòu)成組合雙字母符號。例如，“Y”是電氣操作機械裝置的單字母符號

5、；“B”是代表制動的輔助文字符號，“YB”代表制動電磁鐵的組合符號。 3. 電氣圖中的接線端子標記 三相交流電源引入線采用L1、L2、L3標記，中性線為N。電源開關(guān)之后的三相交流電源主電路分別按U、V、W順序進行標記，接地端為PE。電動機分支電路各接點標記采用三相文字代號后面加數(shù)字來表示，數(shù)字中的個位數(shù)表示電動機代號，十位數(shù)表示該支路接點的代號，從上到下按數(shù)值的大小順序標記。如U11表示M1電動機的第一相的第一個接點代號，U21為第一相的第二個接點代號，以此類推。 電動機繞組首端分別用U1、V1、W1標記，尾端分別用U2、V2、W2標記，雙繞組的中點則用 U3、V3、W3標記。 對于數(shù)臺電動機

6、，在字母前加數(shù)字來區(qū)別。如對M1電動機，其三相繞組接線端以1U、1V、1W；對M2電動機，其三相繞組接線端則標以2U、2V、2W來區(qū)別。 控制電路各線號采用三位或三位以下的數(shù)字標志，其順序一般為從左到右，從上到下，凡是被線圈、觸點、電阻、電容等元件所間隔的接線端點，都應(yīng)標以不同的線號。 2.1.2 電氣圖的分類與作用 1. 電氣原理圖 電氣原理圖是根據(jù)控制線路工作原理繪制的。圖2.1.1所示CW6132型車床的電氣原理圖。 1）繪制電氣原理圖的基本規(guī)則 原理圖一般分主電路和輔助電路兩部分畫出。主電路指從電源到電動機繞組的大電流通過的路徑。輔助電路包括控制電路、照明電路、信號電路及保護電路等，由

7、繼電器的線圈和觸頭，接觸器的線圈和輔助觸點、按鈕、照明燈、控制變壓器等電氣元件組成。通常主電路用粗實線表示，畫在左邊(或上部)；輔助電路用細實線表示，畫在右邊(或下部)。 各電器元件不畫實際的外形圖，而采用國家規(guī)定的統(tǒng)一標準來畫，文字符號也采用國家標準。屬于同一電器的線圈和觸頭，都要采用同一文字符號表示。對同類型的電器，在同一電路中的表示可在文字符號后加注阿拉伯數(shù)字序號來區(qū)分。 同一電器元件的各部件根據(jù)需要可不畫在一起，但文字符號要相同。 圖2.1.1 CW6132型車床電氣原理圖 所有電器的觸頭狀態(tài)，都應(yīng)按沒有通電和沒有外力作用時的初始開、關(guān)狀態(tài)畫出。例如繼電器、接觸器的觸頭，按吸引線圈不通

8、電時的狀態(tài)畫。 無論是主電路還是控制電路，各電氣元件一般按動作順序從上到下，從左到右依次排列，可水平布置或者垂直布置。 有直接電聯(lián)系的交叉導(dǎo)線的連接點，要用黑圓點表示， 2）圖面區(qū)域的劃分 電氣原理圖下方的1、2、3、數(shù)字是圖區(qū)編號。 圖區(qū)編號上方的“電源開關(guān)及保護”等字樣，表明對應(yīng)區(qū)域上方元件或電路的功能。 3）符號位置的索引 符號位置的索引用圖號、頁次和圖區(qū)編號的組合索引法， 索引代號的組成如下： 在電氣原理圖中，接觸器和繼電器線圈與觸頭的從屬關(guān)系應(yīng)用附圖表示，即在原理圖中相應(yīng)線圈的下方，給出觸頭的圖形符號，并在其下面注明相應(yīng)觸頭的索引代號，對未使用的觸頭用“”表明，有時也可采用省去觸頭圖

9、形符號的表示法。 對接觸器，附圖中各欄的含義如下： 左欄主觸頭所在區(qū)號KM中欄輔助常開（動合）觸頭所在圖區(qū)號右欄輔助常閉（動斷）觸頭所在圖區(qū)號對于繼電器，附圖中各欄的含義如下： KA 左欄常開（動合）觸頭所在圖區(qū)號KT 右欄常閉（動斷）觸頭所在圖區(qū)號 2. 電氣元件布置圖 電氣元件布置圖主要用來表明各種電氣設(shè)備在機械設(shè)備上和電氣控制柜中的實際安裝位置，為機械電氣控制設(shè)備的制造、安裝、維護、維修提供必要的資料。 機床電氣元件布置主要由機床電氣設(shè)備布置圖、控制柜及控制板電氣設(shè)備布置圖、操作臺及懸掛操縱箱電氣設(shè)備布置圖等組成。圖2.1.2所示為CW6132型車床電氣位置圖。 圖2.1.2 CW613

10、2型車床電氣位置圖 3. 電氣安裝接線圖 用電氣圖的方式表達的圖稱為接線圖。 根據(jù)表達對象和用途不同，接線圖有單元接線圖、互連接線圖和端子接線圖等。編制規(guī)則主要有： 1)在接線圖中，一般都應(yīng)標出項目的相對位置、項目代號、端子間的電連接關(guān)系、端子號、導(dǎo)線號、導(dǎo)線類型、截面積等。 2)同一控制盤上的電氣元件可直接連接，而盤內(nèi)元器件與外部元器件連接時必須繞接線端子板進行。 3)接線圖中各電氣元件圖形符號與文字符號均應(yīng)以原理圖為準，并保持一致。 4)互連接線圖中的互連關(guān)系可用連續(xù)線、中斷線或線束表示，連接導(dǎo)線應(yīng)注明導(dǎo)線根數(shù)，導(dǎo)線截面積等。一般不表示導(dǎo)線實際走線途徑，施工時由操作者根據(jù)實際情況選擇最佳走

11、線方式。圖2.1.3所示為CW6132型車床電氣互連接線圖。 圖2.1.3 CW6132型車床電氣互連接線圖 2.2 三相籠型異步電動機的基本控制線路 2.2.1 啟動條件 電動機接通電源后由靜止狀態(tài)逐漸加速到穩(wěn)定運行狀態(tài)的過程，稱為電動機的起動。三相鼠籠式異步電動機有全壓起動和降壓起動兩種方式。若將額定電壓直接加到電動機定子繞組上，使電動機起動，稱為直接起動或全壓起動。 全壓起動所用電氣設(shè)備少，電路簡單，是一種簡單、可靠、經(jīng)濟的起動方法。但是全壓起動電流很大，可達電動機額定電流的47倍，過大的起動電流會使電網(wǎng)電壓顯著降低，直接影響在同一電網(wǎng)工作的其它設(shè)備的穩(wěn)定運行，甚至使其他電動機停轉(zhuǎn)或無法

12、起動。因此，直接起動電動機的容量可由下面的經(jīng)驗公式來確定。 (2.2.1) 滿足此條件可全壓起動，通常電動機容量不超過電源變壓器容量的15% 20% 時或電動機容量較小時（10kW以下），允許全壓起動。 stNN344ISIP 2.2.2 單向直接啟動控制線路 在自動控制中，電動機拖動運動部件沿一個方向運動，稱為單向運動。 1. 刀開關(guān)控制線路 對于容量較小，并且工作要求簡單的電動機，可采用手動開關(guān)在動力電路中接通電源直接起動。其控制電路如圖2.2.1所示。圖2.2.1刀開關(guān)控制單向運行 2. 點動控制線路 點動俗稱“點車”，其特點是按下按鈕，電動機就轉(zhuǎn)動，松開按鈕，電動機就停轉(zhuǎn)。它用于機床的

13、刀架調(diào)整、試車、電動葫蘆的起重電機控制等。 圖2.2.2是采用接觸器控制的單向運行點動控制線路。分作主電路和控制電路兩大部分，主電路由接觸器的主觸點接通與斷開；控制電路由按鈕、接觸器吸引線圈組成，控制接觸器線圈的通斷電，實現(xiàn)對主電路的通斷控制。圖2.2.2 接觸器控制單向點動線路 3. 長動控制線路 一般生產(chǎn)機械要求電動機起動后能連續(xù)運行，即為長動。 圖2.2.3是三相異步電動機單向連續(xù)運行控制線路。 1）電路的工作原理： 起動：合上電源開關(guān)QS，按下起動按鈕SB2，接觸器KM吸引線圈通電，KM的主觸點閉合，電動機M起動。同時與SB2并聯(lián)的KM常開輔助觸點閉合，相當于將SB2短接，所以當松開起

14、動按鈕SB2后，KM吸引線圈仍然通電，電動機繼續(xù)運行，實現(xiàn)長動，這種依靠接觸器自身的輔助觸點來使其線圈保持通電的電路，稱為自鎖或自保電路，起自鎖作用的常開輔助觸點稱自鎖觸點。 停止：按下停止按鈕SB1，切斷KM吸引線圈電路，使線圈失電，常開觸點全部斷開，切斷主電路和控制電路，電動機停轉(zhuǎn)。 當松開停止按鈕SB1后，控制電路已經(jīng)斷開，只有再次按下起動按鈕SB2按鈕，電動機才能重新啟動。 (a) 主電路 (b) 控制電路 圖2.2.3 三相異步電動機單向連續(xù)運行控制線路 2）保護環(huán)節(jié) 熔斷器FU1、FU2分別串聯(lián)在主電路和控制電路中，起短路保護作用，但是不起過載保護作用。 熱繼電器FR具有過載保護作

15、用。電動機在較長時間過載下FR才動作，其常閉觸點斷開，使接觸器KM吸引線圈斷電，主觸點斷開，切斷電動機的電源，實現(xiàn)了過載保護。 接觸器KM具有欠壓和失壓（零壓）保護功能，此功能是依靠接觸器的電磁機構(gòu)來實現(xiàn)的。 電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比（TU2），電動機的轉(zhuǎn)速下降，繞組電流增加。為防止電動機在欠壓狀態(tài)下工作的保護叫做欠壓保護。當因某種原因電源電壓突然消失而使電動機停轉(zhuǎn)，那么，電源電壓恢復(fù)時，電動機不應(yīng)自行起動，否則可能造成人身事故或設(shè)備事故，這種保護稱為失壓保護（也稱零電壓保護）。 在本電路中，若電源電壓降低時，接觸器電磁吸力不夠，接觸器常開觸點斷開，自鎖作用也解除，電動機脫離電源而停

16、轉(zhuǎn)，所以，接觸器具有失壓（零電壓）保護功能。 4. 單向運行既能點動也能長動的控制線路 圖2.2.4 (a)是帶轉(zhuǎn)換開關(guān)SA的長動一點動控制線路。圖2.2.4 (b)是利用復(fù)合按鈕實現(xiàn)的長動一點動控制線路。圖2.2.4 (c)是利用中間繼電器實現(xiàn)的長動一點動控制線路。因此，電動機長動與點動控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是自鎖觸點是否接入。 (a) (b) (c) 圖2.2.4 長動、點動控制線路 工作原理工作原理 5. 多地控制線路 接線的原則是將各起動按鈕的常開觸點并聯(lián)，各停止按鈕的常閉觸點串聯(lián)，分別安裝在不同的地方，即可進行多地操作。如圖2.2.5所示電路。圖2.2.5 多地控制線路 三地控制三地控制 2

17、.2.3 三相異步電動機正反轉(zhuǎn)控制線路 根據(jù)電動機工作原理可知，只要改變電動機電源相序，即交換三相電源進線中的任意兩根相線，就能改變電動機的轉(zhuǎn)向。為此可用兩個接觸器的主觸點來對調(diào)電動機定子繞組電源的任意兩根接線，就可實現(xiàn)電動機的正反轉(zhuǎn)。如圖2.2.6所示為電動機的正反轉(zhuǎn)控制線路。 圖2.2.6中的（a）圖為主電路，當接觸器KM1工作時，KM1的三對主觸點把三相電源和電動機的定子繞組按順相序L1、L2、L3連接，電動機正轉(zhuǎn)。當接觸器KM2工作時，則KM2的三對主觸點把三相電源和電動機的定子繞組按反相序L3、L2、L1連接，電動機反轉(zhuǎn)。 但是，如果兩個接觸器同時工作，那么從圖中可以看到，將由兩根電

18、源線通過它們的主觸點而將電源短路了。所以對正反轉(zhuǎn)控制電路最根本的要求是：保證兩個接觸器不能同時工作，所以線路中必須加設(shè)聯(lián)鎖機構(gòu)。按照電動機正反轉(zhuǎn)操作順序的不同，三相異步電動機正反轉(zhuǎn)控制電路分“正一停一反”和“正一反一停兩種控制電路。 1.電動機“正一停一反”控制電路 圖2.2.6 (b)為電動機“正一停一反”控制電路，主電路中，KM1、KM2分別為實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)的接觸器主觸點。為防止兩個接觸器同時得電而導(dǎo)致電源短路，利用兩個接觸器的常閉觸點KM1、KM2分別串接在對方的工作線圈電路中，構(gòu)成相互制約關(guān)系，以保證電路安全可靠的工作。這種在同一時間里兩個接觸器只允許其中一個接觸器工作的相互制約的關(guān)系，

19、稱為“聯(lián)鎖”，也稱為“互鎖”，實現(xiàn)聯(lián)鎖的常閉輔助觸點稱為聯(lián)鎖(或互鎖)觸點。 2.電動機“正反?！笨刂凭€路 圖2.2.6(c)所示為電動機“正一反一停”控制線路。 在圖2.2.6(c)中采用復(fù)合按鈕來控制電動機的正反轉(zhuǎn)。圖2.2.6(b)中由接觸器KM1、KM2常閉觸點實現(xiàn)的互鎖稱為“電氣互鎖”；圖2.2.6 (c)中由復(fù)合按鈕SB2、SB3常閉觸點實現(xiàn)的互鎖稱為“機械互鎖”。圖2.2.6(c)中既有“電氣互鎖”，又有“機械互鎖”，故稱為“雙重互鎖” 。 (a)主電路 (b)“正一停一反”控制電路 (c)“正一反一停”控制電路 圖2.2.6 三相異步電動機正反轉(zhuǎn)控制電路 接觸器聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電

20、路接觸器聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路 3.具有自動往返的正反轉(zhuǎn)控制線路 自動往返的可逆運行通常是利用行程開關(guān)來檢測往返運動的相對位置，進而控制電動的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)生產(chǎn)機械的往復(fù)運動。 圖2.2.7(a)所示為機床工作臺往復(fù)運動示意圖。行程開關(guān)SQ1、SQ2分別固定安裝在床身上，反映運動的原位與終點。擋鐵A、B固定在工作臺上，SQ3、SQ4為正反向極限保護用行程開關(guān)。 (a)工作臺往復(fù)運動示意圖 (b)主電路 (c)控制電路 圖2.2.7機床工作臺自動往復(fù)運動控制線路工作臺自動往返控制工作臺自動往返控制 2.2.4 其他控制線路 1.步進控制線路 在自動控制中機械的各個動作是按程序逐次進行的，一個程序執(zhí)行完

21、成后，便自動轉(zhuǎn)換到下一程序。實現(xiàn)這種有序的控制稱為步進控制。線路的特點：以一個繼電器的得電和失電去控制某一程序的開始和結(jié)束。如圖2.2.8所示。 圖2.2.8為依次控制4個程序的步進控制線路。圖中KA1至KA4分別表示第1至第4個程序的執(zhí)行繼電器。SQ1和SQ4分別表示程序執(zhí)行完成后所發(fā)出的信號，它可以是該程序終了時壓動的行程開關(guān)，或是某些繼電器的觸點。本例中用行程開關(guān)作為程序終了信號。 這種步進線路是由程序執(zhí)行后，發(fā)出信號實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)步的。在實際應(yīng)用中，也可以利用時間繼電器通過時間的設(shè)定發(fā)出轉(zhuǎn)步信號，實現(xiàn)程序轉(zhuǎn)換。因為這種轉(zhuǎn)步要求每一程序在定時內(nèi)完成，因此又稱為定時步進電路。具體電路這里不作介

22、紹。 圖2.2.8 由繼電器組成的步進控制線路 2. 順序控制線路 在多機拖動系統(tǒng)中，各電動機所起的作用是不同的，有時需按一定的順序起動，才能保證操作過程的合理性和工作的安全可靠。 如圖2.2.9所示為幾種電動機順序控制線路。 圖2.2.9(b) 電路：電動機M1起動后，KM2線圈才能得電，M2才能起動，以實現(xiàn)M1M2的順序控制要求。停機為同時停。 圖2.2.9(c) 電路：M1起動后，M2才能起動的控制要求。停機無順序要求，按下SB1為同時停機，按下SB3為M2單獨停機。 圖2.2.9(d)線路：M1起動后，M2才能起動；M2停轉(zhuǎn)后，M1才能停轉(zhuǎn)的控制，即M1、M2是順序起動，逆序停機。 順

23、序控制線路連接規(guī)律：先動作的接觸器常開觸點串聯(lián)在后動作的接觸器線圈電路中。在多個停止按鈕中，先停的接觸器常開觸點與后停的停止按鈕相并聯(lián)。 (b)控制電路之一 (c)控制電路之二 (d)控制電路之三 圖2.2.9 電動機的順序控制線路 順序控制順序控制 2.3 三相籠型異步電動機的降壓啟動控制線路 所謂減壓起動是指利用起動設(shè)備將電壓適當降低后加到 電動機的定子繞組上進行起動，待電動機起動運轉(zhuǎn)后，再使 其電壓恢復(fù)到額定值正常運行。由于電流隨電壓的降低而減 小，從而達到限制起動電流之目的。由于電動機轉(zhuǎn)矩與電壓 平方成正比，故降壓起動將導(dǎo)致電動機起動轉(zhuǎn)矩大為降低。 因此降壓起動適用于空載或輕載下起動。

24、 籠型異步電動機常用的減壓起動方法有四種：定子繞組 串接電阻降壓起動；Y減壓起動；自耦變壓器減壓起 動；延邊三角形減壓起動。 2.3.1 定子繞組串接電阻（電抗器）減壓起動控制線路 1定子繞組串電阻降壓起動自動控制線路 如圖2.3.1(a)是定子繞組串電阻降壓起動自動控制線路。電動機起動時在三相定子繞組中串接電阻，使定子繞組上電壓降低，起動結(jié)束后再將電阻短接，使電動機在額定電壓下運行。圖中KM1為接通電源接觸器，KM2為短接電阻接觸器，KT為起動時間繼電器，R為降壓起動電阻。 (a) (b) 圖2.3.1 定子繞組串電阻降壓起動控制線路 (c) (d) 圖2.3.1 定子繞組串電阻降壓起動控制

25、線路 本電路正常工作時，KM1、KM2、KT均工作，不但消耗了電能，而且增加了出現(xiàn)故障的可能性。若發(fā)生時間繼電器KT常開觸點不動作的故障，將使電動機長期在降壓下運行，造成電動機無法正常工作，甚至燒毀電機。若在電路中作適當修改，可使電動機起動后，只有KM2工作，KM1、KT均斷電，可以達到減少回路損耗的目的。 圖2.3.1(b)的線路就解決了這個問題。當KM2線圈得電后，其常閉觸點將斷開，使KM1線圈斷電并失去自保，從而使時間繼電器KT斷電。即電動機正常工作時，只有KM2線圈通電工作。其具體的工作原理請讀者自行分析。 2具有手動與自動控制的定子繞組串電阻降壓起動控制線路 如圖2.3.1(d)為具

26、有手動與自動控制的定子繞組串電阻降壓起動控制線路。它是在圖2.3.1(c)控制線路的基礎(chǔ)上增加了一個選擇開關(guān)SA，其手柄有兩個位置，當手柄置于M位置時為手動控制，當手柄置于A位置時為自動控制。增設(shè)了升壓控制按鈕SB3，用于完成電動機進入全壓運行的控制。在主電路中KM2主觸點跨接在KM1與電阻R兩端，在控制回路中設(shè)置了KM2自鎖觸點與聯(lián)鎖觸點，這就提高了電路的可靠性。 2.3.2 Y降壓起動控制線路 凡是正常運行過程中定子繞組接成三角形的三相異步電動機均可采用Y減壓起動方式來達到限制起動電流的目的，其原理是：起動時，定子繞組首先接成Y型，待轉(zhuǎn)速達到一定值后，再將定子繞組換接成形，電動機便進入全壓

27、正常運行。 Y降壓起動方式限制起動電流的原理是，當定子繞組接成Y形時，定子每相繞組上得到的電壓是額定電的 ，使IY線=1/3 I線，星形起動時的線電流比三角形直接起動時的線電流降低3倍，從而達到降壓起動的目。但由于起動轉(zhuǎn)矩也隨之降至全壓起動的13，故Y一降壓起動僅適用于空載或輕載起動。 常用的Y降壓起動控制線路有以下幾種： 1兩個接觸器控制的Y降壓起動控制線路 圖2.3.2所示為電動機容量在413kW時采用的控制線路。 3/1 (a)主電路 (b)控制電路 圖2.3.2 兩個接觸器控制的Y降壓起動的控制線路 2. 三個接觸器控制的Y降壓起動控制線路 如圖2.3.3所示為三個接觸器控制的鼠籠式電

28、動機Y 降壓起動的控制線路。 當電動機容量在13kW以上時，可以采用本電路。圖中，KM1為電源接觸器，KM2為形聯(lián)結(jié)接觸器，KM3為Y形聯(lián)結(jié)接觸器，KT為通電延時時間繼電器。KM2的常閉觸點串接在KM1和KT的線圈回路中，KM3的常閉觸點串接在KM2的線圈回路中，以實現(xiàn)互鎖。線路中用了通電延時時間繼電器KT的兩個延時觸點：一個是通電延時斷開的常閉觸點，一個是通電延時閉合的常開觸點。電動機起動時，接觸器KM1和KM3工作，電動機接成Y形聯(lián)結(jié)起動；電動機運行時，接觸器KM3釋放，KM1和KM2工作，電動機接成形聯(lián)結(jié)運行。 (a)主電路 (b)控制電路 圖2.3.3 三個接觸器控制的Y降壓起動控制線

29、路 2.3.3 自耦變壓器降壓起動控制線路 電動機在啟動時，先經(jīng)自耦降壓器降壓，限制啟動電流，當轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時，切除自耦變壓器轉(zhuǎn)入全壓運行。 電動機降壓啟動時，定子繞組得到的電壓是自耦變壓器的二次側(cè)電壓U2，自耦變壓器變壓比K=U1U21，由電機原理可知：當利用自耦變壓器將啟動時電壓降為額定電壓的1K時，電網(wǎng)供給的啟動電流減小到1K2，當然，啟動轉(zhuǎn)矩也降為直接啟動的1K2。所以自耦變壓器降壓啟動常用于空載或輕載啟動。 實際應(yīng)用中，常用的自耦變壓器啟動方法是采用成品的補償減壓啟動器。補償降壓啟動器包括手動、自動操作兩種形式。手動操作的補償器有QJ3、QJ5、QJl0等型號，其中QJl0系列手

30、動補償器用于控制1075 kW八種容量電動機的啟動。自動操作的補償器有XJ01型和CTZ系列等。XJ01型補償降壓啟動器適用于1428 kW電動機，其控制線路如圖2.3.4所示。 (a)主電路 (b)控制電路 圖2.3.4 XJ01型自動補償器降壓啟動控制線路 2.3.4 延邊三角形降壓起動控制線路 如何克服Y降壓起動控制線路的起動轉(zhuǎn)矩小的缺 點，同時又保持不用增加起動設(shè)備，能得到比較高的起動 轉(zhuǎn)矩呢?延邊三角形降壓起動方式可以達到上述要求。 1. 延邊三角形降壓起動控制線路原理 一般的電動機定子繞組為六個出線頭(接線頭)：V1、U1、W1、W2、U2、V2。延邊三角形降壓起動電動機三相繞組多

31、了一組中心抽頭V3、U3、W3。 起動時，三相繞組的一部分接成三角形，另一部分接成星形，使繞組接成延邊三角形，如圖2.3.5(b)所示，U3W2、W3V2、V3U2相連，而U1、V1、W1分別接成三相電源Ll、L2、L3。整個繞組接成了一個延長了邊的三角形，所以稱為延邊三角形，由于三相繞組接成了延邊三角形，每相繞組所承受的電壓比三角形接法時的相電壓要低，比星形接法時的相電壓要高，介于220380V之間，起動轉(zhuǎn)矩也大于星形起動時的起動轉(zhuǎn)矩。 (a) 原始狀態(tài) (b)延邊三角形（啟動時） (c)三角形（正常運行時） 圖2.3.5延邊三角形接法的電動機定子繞組 這種起動方法的起動電壓和電流轉(zhuǎn)矩的大小

32、取決于每相繞組的兩部分阻抗的比值定子繞組的抽頭比。定子繞組的抽頭比就是三條延長邊中任何一條邊的匝數(shù)N1與內(nèi)三角部分繞組的匝數(shù)N2之比，當N1N2=1/1，電源線電壓為380 V，則相電壓為264 V。當N1N2=1/2，線電壓為380 V，則相電壓為290 V。 從上述數(shù)據(jù)看出，改變?nèi)切芜B接時的定子繞組的抽頭比，能夠改變相電壓的大小，從而達到改變或者調(diào)節(jié)起動轉(zhuǎn)矩的目的 。 2.運行過程 起動過程結(jié)束，電動機的轉(zhuǎn)速達到一定值時，再將三相繞組接成三角形，如圖2.3.5(c)所示。U1W2，V1U2，W1V2相連后并分別接三相電源L1、L2、L3。 3.延邊三角形降壓起動線路 圖2.3.6為延邊三

33、角形降壓起動控制線路。 圖2.3.6 延邊三角形降壓起動控制線路 2.4 三相繞線式異步電動機起動控制線路 三相繞線式異步電動機的轉(zhuǎn)子中有三相繞組，通過滑環(huán)可以在轉(zhuǎn)子電路中串接外加電阻或頻敏變阻器，從而達到減小起動電流和提高起動轉(zhuǎn)矩的目的。按照起動過程中轉(zhuǎn)子串接裝置的不同，分為串電阻起動和串頻敏變阻器起動兩種起動方式。 2.4.1 轉(zhuǎn)子繞組串電阻起動控制線路 串接在轉(zhuǎn)子回路中的起動電阻，一般均接成星形。起動時，起動電阻全部接入，起動過程中，起動電阻逐段被短接。電阻短接的方式有三相電阻平衡短接法和三相電阻不平衡短接法。用接觸器控制被短接電阻時，都采用平衡短接法。所謂平衡短接，指轉(zhuǎn)子每相起動電阻同

34、時被短接。不平衡短接，指轉(zhuǎn)子每相起動電阻按先后順序被短接。常采用凸輪控制器來短接電阻。 繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻起動主要有兩種：一種是按過程中轉(zhuǎn)子電流變化的電流原則逐段切除轉(zhuǎn)子外加電阻，另一種是按所需起動時間的時間原則逐段切除轉(zhuǎn)子外加電阻。 1電流原則控制繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻起動控制線路 如圖2.4.1是電流繼電器控制繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻三級起動控制線路。圖中KM4為電源接觸器；KM1、KM2、KM3為短接轉(zhuǎn)子電阻接觸器；R1、R2、R3為轉(zhuǎn)子外接電阻；KA為中間繼電器；KI1、KI2、KI3為欠電流繼電器，在起動瞬間，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為零，轉(zhuǎn)子電流最大，三個電流繼電器同時全部吸合，

35、隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的逐漸提高，轉(zhuǎn)子電流逐漸減小， KI1、KI2、KI3依次動作，完成逐段切除起動電阻的工作。 (a)主電路 (b)控制電路圖2.4.1 電流原則控制繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻起動控制線路 2時間原則控制繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻起動控制線路 如圖2.4.2是時間繼電器控制繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻三級起動控制線路。圖中KM4為電源接觸器；KM1、KM2、KM3為短接轉(zhuǎn)子電阻接觸器；R1、R2、R3為轉(zhuǎn)子外接電阻； KT1、KT2、KT3為通電延時時間繼電器。轉(zhuǎn)子回路三段起動電阻的短接是靠 KT1、KT2、KT3三個時間繼電器和KM1、KM2、KM3三個接觸器的相互配合來完成的。 本

36、控制線路設(shè)置了保證電動機正常起動與延長有關(guān)電器壽命的兩項措施。其一，接觸器KM1、KM2、KM3的常閉觸點與起動按鈕SB2相串聯(lián)，可以保證只有在轉(zhuǎn)子電路已經(jīng)接入全部電阻的條件下，方能進行電動機的起動。其二，利用接觸器KM3的常閉觸點設(shè)置對時間繼電器KT1線圈回路的互鎖，確保當KM3通電后使電路中的KT1、KT2、KT3、KM1和KM2均斷電。 (a) 主電路 (b) 控制電路圖2.4.2 時間原則控制繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻起動控制線路 2.4.2 轉(zhuǎn)子繞組串接頻敏變阻器起動控制線路 繞線異步電動機轉(zhuǎn)子回路串接電阻的起動方法：在電動機起動過程中，由于逐段減小電阻，電流和轉(zhuǎn)矩突然增加，會產(chǎn)生一

37、定的機械沖擊；同時，由于串接電阻起動線路復(fù)雜，工作很不可靠，而且電阻本身比較笨重，能耗大，控制箱體積較大，為此，采用頻敏變阻器來替代轉(zhuǎn)子電阻器。頻敏變阻器的阻抗能夠隨著轉(zhuǎn)子電流頻率的下降自動減小，所以它是繞線轉(zhuǎn)子異步電動機較為理想的一種起動設(shè)備。常用于較大容量的繞線式異步電動機的起動控制。 1.頻敏變阻器的工作原理 頻敏變阻器實質(zhì)上是一個鐵芯損耗非常大的三相電抗器。在第一章已概要性地介紹了頻敏變阻器的結(jié)構(gòu)、原理。它由數(shù)片E型鋼板疊成，具有鐵芯、線圈兩個部分，制成開起式，并采用星形接線，將其串接在轉(zhuǎn)子回路中，相當于轉(zhuǎn)子繞組接入一個鐵損較大的電抗器，這時的轉(zhuǎn)子等效電路如圖2.4.3所示，圖中Rd為

38、繞組直流電阻，R為鐵損等值電阻，L為等值電感，R、L值與轉(zhuǎn)子電流頻率相關(guān)。 圖2.4.3頻敏變阻器的等效電路 在起動過程中，轉(zhuǎn)子頻率是變化的，剛起動時，轉(zhuǎn)速n等于零，轉(zhuǎn)子電動勢頻率f2以最高(f2 = f1=50 Hz)，此時頻敏變阻器的電感與電阻均為最大，因此，轉(zhuǎn)子電流相應(yīng)受到抑制，由于定子電流取決于轉(zhuǎn)子電流，從而使定子電流不致很大。又由于起動中串入轉(zhuǎn)子電路中的頻敏變阻器的等效電阻和等效電抗是同步變化的，因而其轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)基本不變，從而保證有足夠的起動轉(zhuǎn)矩，這是采用頻敏變阻器的另一優(yōu)點。當轉(zhuǎn)速逐漸上升時，轉(zhuǎn)子頻率逐漸減小，當電動機運行正常時以很低，(為510f1)，又由于其阻抗與f2平

39、方成正比，所以其阻抗變得很小。 2.采用頻敏變阻器的起動控制線路 圖2.4.4是采用頻敏變阻器的起動控制線路，該線路可以實現(xiàn)自動和手動控制，自動控制時將開關(guān)SA扳向“自動”位置，當按下起動按鈕SB2，利用時間繼電器KT、控制中間繼電器KA和接觸器KM2的動作，在適當?shù)臅r間將頻敏變阻器短接。開關(guān)SA扳到“手動”位置時，時間繼電器KT不起作用，利用按鈕SB3手動控制中間繼電器KA和接觸器KM2的動作。 圖2.4.4 串頻敏變阻器的控制線路 3頻敏變阻器的調(diào)整 （1）起動電流、起動轉(zhuǎn)矩、以及電動機完成起動過程的時間的調(diào)整，均可通過換接抽頭，改變匝數(shù)的方法來實現(xiàn)。如起動電流過小、起動轉(zhuǎn)矩過小、完成起動

40、時間過長時，可減少頻敏變阻器的匝數(shù)。 （2）如果剛起動時，起動轉(zhuǎn)矩過大，有機械沖擊現(xiàn)象，而起動完畢后，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速又偏低時，應(yīng)將上、下鐵心的氣隙調(diào)大。具體方法是擰開鐵心的拉緊螺栓，在上、下鐵心之間增加非磁性墊片。氣隙的增大雖使起動電流有所增加，起動轉(zhuǎn)矩稍有減小，但是起動完畢后電動機的轉(zhuǎn)矩會增加，而且穩(wěn)定運行時的轉(zhuǎn)速也會得到相應(yīng)的提高。 2.5 三相異步電動機的制動控制線路 使電動機迅速、準確停車的措施，稱之為制動。電動機常用 的制動方法有機械制動和電氣制動兩大類。 2.5.1機械制動 利用機械裝置使電動機斷開電源后迅速停轉(zhuǎn)的方法稱為機械 制動。機械制動常用的方法有電磁抱閘制動和電磁離合器制動。 1

41、. 電磁抱閘制動 電磁抱閘制動裝置由電磁操作機構(gòu)和彈簧力機械抱閘機構(gòu)組成，圖2.5.1為電磁抱閘控制電路。 圖2.5.1 電磁抱閘控制電路 2電磁離合器制動 電磁離合器常用于電氣轉(zhuǎn)動和機械制動，用于機械摩擦制動的電磁離合器的動作原理如圖2.5.2所示。電磁離合器由電磁機構(gòu)和動、靜摩擦片組成，電磁機構(gòu)靜鐵心固定，動鐵心與靜摩擦片相連，動摩擦片與電動機傳動軸通過鍵和法蘭連接。圖2.5.2 電磁離合器的動作原理圖1靜鐵心；2動鐵心；3勵磁線圈；4靜摩擦片；5動摩擦片；6制動彈簧；7法蘭；8繩輪軸；9鍵 2.5.2 電氣制動控制 電氣制動是在電動機上產(chǎn)生一個與原轉(zhuǎn)動方向相反的電磁制動轉(zhuǎn)矩，迫使電動機迅

42、速停轉(zhuǎn)。用于快速停車的電氣制動方法有反接制動、能耗制動和電容制動。 1.反接制動控制線路 反接制動是利用改變電動機定子電路的電源相序，產(chǎn)生反向轉(zhuǎn)矩，使電動機迅速停機。具體做法就是在切斷電動機三相電源的同時，接入反相序電源，即交換電動機定子繞組任意兩相電源線的接線順序，使旋轉(zhuǎn)磁場方向與電動機原來的旋轉(zhuǎn)方向相反，從而產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的制動轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速很快下降為零，當電動機轉(zhuǎn)速接近零時，立即切斷電源以免電動機反轉(zhuǎn)。 為減小制動沖擊和防止電動機過熱，應(yīng)在電動機定子電路中串接一定阻值的反接制動電阻。同時，在采用反接制動方法時，還應(yīng)在電動機轉(zhuǎn)速接近零時，及時切斷反向電源，以避免電動機反向再啟動。

43、通常用速度繼電器來檢測電動機轉(zhuǎn)速變化，并自動控制及時切斷電源。1）單向反接制動控制線路如圖2.5.3所示為鼠籠式電動機單向運行反接制動的控制線路。圖2.5.3 單向運行反接制動的控制線路 2）雙向運行的反接制動控制線路 如圖2.5.4所示為三相鼠籠式電動機雙向運行反接制動的控制線路。圖中KM1、KM2為雙向運行接觸器，KM3為短接電阻的接觸器，R為反接制動電阻；KA1、KA2、KA3為中間繼電器，KS為速度繼電器，其中KS1為正轉(zhuǎn)閉合的常開觸點，KS2為反轉(zhuǎn)閉合的常開觸點。工作原理如下： 正轉(zhuǎn)起動時，合上電源開關(guān)QS，按下正轉(zhuǎn)起動按鈕SB2。 制動時，按下停止按鈕SB1。 在該反接制動控制電路

44、中，電阻R是制動電阻，同時也具有限制起動電流的作用；熱繼電器FR接于圖中所示位置，起動或制動時均被被短接，確保熱繼電器不會受到起動電流或制動電流的影響而誤動作。 (a) 主電路 (b) 控制電路 圖2.5.4 雙向運行反接制動的控制線路 2. 能耗制動 能耗制動是指在電動機脫離三相電源之后，給定子繞組任意二相中通入直流電源，以產(chǎn)生直流磁場。利用轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流與直流磁場的作用而達到制動。如圖2,5.5所示。 圖2.5.5 能耗制動原理圖 1）時間原則控制的單向能耗制動控制線路 能耗制動根據(jù)時間原則，可用時間繼電器來控制。圖2.5.6為時間原則控制的單向能耗制動控制線路。圖中KM1為單向運行接觸器，

45、KM2為能耗制動接觸器，KT為時間繼電器，T為整流變壓器，VC為橋式整流器。 在本電路中，KM2的自鎖觸點和KT瞬時常開觸點相串接，有兩個作用，其一、可保證在時間繼電器KT發(fā)生線圈斷線或機械卡住故障時，不致使KM2線圈和定子繞組長期通電；其二、使電路具有手動控制能耗制動的能力，只要壓住停止按鈕SB1電動機就能實現(xiàn)能耗制動。 (a) 主電路 (b) 控制電路 圖2.5.6 時間原則控制的單向能耗制動控制線路 2）速度原則控制的雙向運行能耗制動控制線路 能耗制動根據(jù)速度原則，可用速度繼電器來控制。圖2.5.7為速度原則控制的雙向能耗制動控制線路。圖中KM1、KM2為雙向運行接觸器，KM3為能耗制動

46、接觸器，KS為速度繼電器，TC為整流變壓器，VC為橋式整流器。 工作如下：在電動機作正向運行時，若需停車，可按下停止按鈕SB1，直流電源加到定子繞組，電動機進行正向能耗制動，轉(zhuǎn)子正向轉(zhuǎn)速迅速下降，當降至100r/min時，速度繼電器正轉(zhuǎn)閉合的常開觸點KS1斷開，能耗制動結(jié)束。反向起動與反向能耗制動過程和上述正向情況相同。 3）單管能耗制動控制線路 上述兩種能耗制動控制電路所需要的直流電源，由帶變壓器的橋式整流電路提供，為精減能耗制動控制電路的附加設(shè)備，對于制動要求不太高、功率在10kW以下的電動機，可采用如圖2.5.8所示的無變壓器單管能耗制動控制電路，圖中KM1為運行接觸器，KM2為制動接觸

47、器，KT為時間繼電器，VD為整流二極管，R為限流電阻。 (a) 主電路 (b) 控制電路 圖2.5.7速度原則控制的雙向能耗制動控制線路 (a) 主電路 (b) 控制電路 圖2.5.8無變壓器單管能耗制動控制電路 3. 三相異步電動機電容制動控制 電容制動是在切斷三相異步電動機的交流電源后，在定子繞組上接入電容器，轉(zhuǎn)子內(nèi)剩磁切割定子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電流，向電容器充電，充電電流在定子繞組中形成磁場，該磁場與轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流相互作用，產(chǎn)生與轉(zhuǎn)向相反的制動力矩，使電動機迅速停轉(zhuǎn)。電容制動控制線路如圖2.5.9所示。 電容制動是一種制動迅速、能量損耗小、設(shè)備簡單、控制方便的方法，一般用于10 kW以下的小容量

48、電動機制動控制，特別適用于存在機械摩擦和阻尼的生產(chǎn)機械和需要多臺電動機同時制動的場合。 圖2.5.9 電容制動控制線路 2.6 電液控制線路 根據(jù)流體介質(zhì)的不同，液壓機械又分為水壓和油壓兩種，常用的多為油壓機械。電液控制是指利用電氣控制技術(shù)按照拖動系統(tǒng)的動作要求對液壓傳動系統(tǒng)進行控制。 2.6.1液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ) 液壓動力滑臺主要由滑臺、滑座、油缸、油箱等部件組成，流體介質(zhì)為壓力油，是一個典型的基本液壓傳動系統(tǒng)。液壓傳動系統(tǒng)主要由動力裝置 (液壓泵和驅(qū)動電動機)、執(zhí)行機構(gòu)(液壓缸或液壓馬達)、控制調(diào)節(jié)裝置(壓力閥、調(diào)速閥、換向閥等)、輔助裝置(油箱、油管、過濾器等)等四部分組成。 液壓泵作為液壓

49、系統(tǒng)的動力裝置，通常在電動機的驅(qū)動下工作，用以將油箱中的油泵入相應(yīng)管路；調(diào)節(jié)及換向閥可以改變液體油的流向及速度；液壓缸(叉簡稱為油缸)在壓力液體的作用下推動缸中的活塞作直線進給和后退，液壓馬達則將活塞的直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，通過液壓缸中的活塞和液壓馬達帶動機械運動裝置作直線或旋轉(zhuǎn)運動；各種液壓器件和其他輔助器件一起構(gòu)成一個完整的液壓傳動系統(tǒng)。 電磁換向閥是由電磁鐵、閥芯和閥體等部分組成，常用的電磁換向閥有二位二通等類型。其中“通”指的是閥門上液體管道的根數(shù)；“位”指的是換向閥的工作位置，用方框來表示，方框內(nèi)的符號表示閥門在該工位的工作狀態(tài)，“”符號表示為液體的通路，“”是液體阻塞符號。液壓系

50、統(tǒng)常見的圖形及文字符號如圖2.6.1所示。圖(a)為二位二通電磁換向閥，在彈簧力的作用下，該閥工作在右側(cè)工位上，閥門液路暢通，在電磁鐵YA的作用下，換向閥工作在左側(cè)工位，該閥門液路阻塞。又如，三位換向閥有三個工位，左右各有一個電磁鐵線圈，左側(cè)電磁鐵線圈通電時，換向閥工作在左側(cè)工位，右側(cè)電磁鐵線圈逋電時，換向閥工作在右側(cè)工位。左、右兩側(cè)電磁鐵均不通電時，換向閥工作在中間工位。圖(b)為壓力閥(又稱溢流閥)的圖形符號，壓力閥的虛線表示控制油潞，當控制油路壓力超過彈簧力時，閥芯移動使壓力閥油路接通，多余液體流出，維持管道液體壓力恒定。圖(c)為節(jié)流閥圖形符號，方框中兩圓弧表示節(jié)流孔道，調(diào)節(jié)節(jié)流孔的大

51、小時，液體流量改變；液體推進活塞(油缸)運動的速度也將改變，所以又稱調(diào)速閥。 (a) 換向閥 (b) 壓力閥 (c)節(jié)流閥 圖2.6.1 液壓系統(tǒng)常見的圖形及文字符號 2.6.2 液壓動力滑臺的自動循環(huán)控制 動力滑臺是組合機床中用來完成進給運動的動力部件，常見的動力滑臺有機械動力滑臺和液壓動力滑臺兩種形式。圖2.6.2是液壓動力滑臺的液壓原理和工步圖，圖中液壓動力滑臺一次自動循環(huán)進給的工步由快進、工進、止擋鐵停留、快退等狀態(tài)組成。 圖2.6.2 液壓動力滑臺的液壓系統(tǒng)圖 液壓泵電動機起動工作時，若電磁鐵線圈YA1、YA2、YA3均不通電時，壓力油經(jīng)電磁換向閥 YV1(三位五通)的中間工位流回油箱，液壓缸的活塞及滑臺靜止不動。 滑臺快進 電磁鐵線圈YA1、YA3通電，油泵泵出的壓力油經(jīng)YV1(三位五通