第三章電器控制

基本的電氣控制系統(tǒng)(3課時)電氣工程圖及繪制

3.1電動機(jī)直接起動控制線路3.3電動機(jī)降壓起動控制線路3.4電氣控制線路的分析方法

3.2異步電動機(jī)的制動控制線路

3.5異步電動機(jī)的調(diào)速控制線路3.6直流電動機(jī)的控制線路

3.73.1電氣工程圖及繪制(5課時)

常用的電氣工程圖有3種：電路圖（電氣系統(tǒng)圖、原理圖）、接線圖和元件布置圖。3.1.1圖形符號和文字符號1．圖形符號由符號要素、限定符號、一般符號以及常用的非電操作控制的動作符號（如機(jī)械控制符號等）根據(jù)不同的具體器件情況組合構(gòu)成。3．文字符號基本文字符號、單字母符號和雙字母符號表示電氣設(shè)備、裝置和元器件的大類。3．輔助文字符號輔助文字符號用來進(jìn)一步表示電氣設(shè)備、裝置和元器件功能、狀態(tài)和特征。3.1.2電路圖電路圖用于表達(dá)電路、設(shè)備、電氣控制系統(tǒng)組成部分和連接關(guān)系。1．電路繪制電路的繪制一般包括主電路的繪制和控制電路的繪制。主電路是設(shè)備的驅(qū)動電路，在控制電路的控制下，根據(jù)控制要求由電源向用電設(shè)備供電。

控制電路由接觸器和繼電器線圈、各種電器的動合、動斷觸點組合構(gòu)成控制邏輯，實現(xiàn)所需要的控制功能。主電路、控制電路和其他的輔助電路、保護(hù)電路一起構(gòu)成電控系統(tǒng)。2．元器件繪制電路圖中所有電器元件一般不畫出實際的外形圖，而采用國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的圖形符號和文字符號表示，同一電器的各個部件可根據(jù)需要畫在不同的地方，但必須用相同的文字符號標(biāo)注。3．圖區(qū)和觸點位置索引電路圖常采用在圖的下方沿橫坐標(biāo)方向劃分的方式，并用數(shù)字標(biāo)明圖區(qū)。同時在圖的上方沿橫坐標(biāo)方向劃區(qū)，分別標(biāo)明該區(qū)電路的功能。4．電路圖中技術(shù)數(shù)據(jù)的標(biāo)注電路圖中元器件的數(shù)據(jù)和型號（如熱繼電器動作電流和整定值的標(biāo)注、導(dǎo)線截面積等）可用小號字體標(biāo)注在電器代號的下面。3.1.3電器元件布置圖電器元件布置圖主要是表明機(jī)械設(shè)備上所有電氣設(shè)備和電器元件的實際位置，是電氣控制設(shè)備制造、安裝和維修必不可少的技術(shù)文件。3.1.4接線圖接線圖主要用于安裝接線、線路檢查、線路維修和故障處理。它表示了設(shè)備電控系統(tǒng)各單元和各元器件間的接線關(guān)系，并標(biāo)注出所需數(shù)據(jù)，如接線端子號、連接導(dǎo)線參數(shù)等。實際應(yīng)用中通常與電路圖和位置圖一起使用。3.2電氣控制線路的分析方法

分析的一般原則是：化整為零、順藤摸瓜、先主后輔、集零為整、安全保護(hù)和全面檢查。常用的分析電氣線路圖的方法有兩種：查線讀圖法和邏輯代數(shù)法。3.2.1查線讀圖法查線讀圖法（又稱為直接讀圖法或跟蹤追擊法）是按照電氣控制線路圖，根據(jù)生產(chǎn)過程的工作步驟依次讀圖，一般按照以下步驟進(jìn)行。1．了解生產(chǎn)工藝與執(zhí)行電器的關(guān)系2．分析主電路3．分析控制電路4．分析輔助電路5．分析聯(lián)鎖和保護(hù)環(huán)節(jié)6．總體檢查3.2.2邏輯代數(shù)法邏輯代數(shù)法（又稱為間接讀圖法）是通過對電路的邏輯表達(dá)式的運算來分析電路的，其關(guān)鍵是正確寫出電路的邏輯表達(dá)式。1．電器元件的邏輯表示2．電路狀態(tài)的邏輯表示邏輯代數(shù)法讀圖的優(yōu)點是各電氣元器件之間的聯(lián)系和制約關(guān)系在邏輯表達(dá)式中一目了然，通過對邏輯函數(shù)的運算，一般不會遺漏或看錯電路的控制功能，而且為電氣線路的計算機(jī)輔助分析提供方便。邏輯代數(shù)法讀圖的主要缺點是對于復(fù)雜的線路，其邏輯表達(dá)式很煩鎖。3.3電動機(jī)直接起動控制線路

電動機(jī)通電后由靜止?fàn)顟B(tài)逐漸加速到穩(wěn)定運行狀態(tài)的過程稱為電動機(jī)的起動，三相籠型異步電動機(jī)的起動有降壓和全壓起動兩種方式。3.3.1點動及單向連續(xù)運轉(zhuǎn)控制點動控制線路是用按鈕開關(guān)、接觸器來控制電動機(jī)運轉(zhuǎn)的最簡單的控制線路。所謂點動控制是指按下按鈕時，電動機(jī)就得電運轉(zhuǎn)；松開按鈕時，電動機(jī)就失電停轉(zhuǎn)。

這種控制方法常用于如電動葫蘆的起重電機(jī)控制和機(jī)床上的手動調(diào)校控制。1．主電路元器件2．控制回路元器件3．工作原理3.3.2正反轉(zhuǎn)控制其控制線路及電路分析參見實訓(xùn)4。3.3.3順序控制手動順序控制線路如圖3-5所示。（1）控制線路通電合上空氣開關(guān)QF→指示燈EL亮（2）電動機(jī)M1先起動（3）電動機(jī)M2后起動在M1運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，圖3-5手動順序控制線路圖（4）電動機(jī)逆序停轉(zhuǎn)（5）電動機(jī)M1、M2同時停轉(zhuǎn)（6）控制線路斷電斷開空氣開關(guān)QF→指示燈EL熄滅，線路斷電手動順序控制線路具有如下特點：①電動機(jī)M2的控制線路與KM1線圈順接，這樣就保證了M1起動后，M2才能起動的順序控制要求。②停止按鈕SB2只控制電動機(jī)M2停轉(zhuǎn)，而總停止按鈕SB可控制電動機(jī)M1、M2同時停轉(zhuǎn)。若想實現(xiàn)自動順序控制，可通過時間繼電器實現(xiàn)，其控制線路及電路分析參見實訓(xùn)5。3.3.4行程控制控制線路的工作過程如下：（1）控制電路通電合上空氣開關(guān)QF→指示燈EL亮（2）工作臺右移（3）工作臺停止右移（左移開始）（4）工作臺停止左移（右移開始）（5）工作臺重復(fù)工作過程3～4的動作，在限定行程內(nèi)自動往返運動。（6）工作臺停止運動按下SB→KM1（或KM2）線圈→KM1（或KM2）主觸頭斷開→電動機(jī)M停轉(zhuǎn)→工作臺停止運動。（7）控制電路斷電斷開空氣開關(guān)QF→指示燈EL滅。3.4電動機(jī)降壓起動控制線路(6課時)

降壓起動的方法有定子電路串電阻（或電抗）、星形-三角形、自耦變壓器和使用軟起動器等。常用的方法是星形-三角形降壓起動和使用軟起動器。3.4.1Y/D降壓起動星形-三角形（Y/D）降壓起動是籠型三相異步電動機(jī)降壓起動方法之一。Y/D起動控制分為手動和自動兩種。3.4.2定子串接電阻降壓起動電動機(jī)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(jī)在額定電壓下運行，這種起動方式不受電動機(jī)接線方式的限制。

合上電源開關(guān)QF3.4.3定子串接自耦變壓器降壓起動自耦變壓器降壓起動的控制線路，電動機(jī)起動電流的限制是靠自耦變壓器的降壓作用來實現(xiàn)的。其線路的工作過程如下。

合上QF，給電路送電3.4.4轉(zhuǎn)子繞組串接電阻起動轉(zhuǎn)子回路串接起動電阻，一般接成星形且分成若干段，起動時電阻全部接入，起動過程中逐段切除起動電阻。切除電阻的方法有三相平衡切除法及三相不平衡切除法，常用的接觸器控制切除起動電阻多為三相平衡切除法，即每次每相切除的起動電阻相同。其工作過程如下。

合上開關(guān)QF，給電路送電3.4.5轉(zhuǎn)子繞組串接頻敏變阻器起動繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)除轉(zhuǎn)子串接電阻起動的控制方式外，還可轉(zhuǎn)子串接頻敏變阻器起動，其線路的工作過程如下：

該電路KM1線圈通電需在KTKM2觸點工作正常條件下進(jìn)行，若發(fā)生KTKM2觸點粘連、KT線圈故障時，KM1線圈無法得電，從而避免了電動機(jī)直接起動和轉(zhuǎn)子長期串接頻敏變阻器的不正?，F(xiàn)象發(fā)生。3.5異步電動機(jī)的制動控制線路

制動可分為機(jī)械制動和電氣制動，機(jī)械制動一般為電磁鐵操縱抱閘制動，電氣制動是電動機(jī)產(chǎn)生一個和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速下降。三相交流異步電動機(jī)常用的制動方法有能耗制動、反接制動和發(fā)電反饋制動。3.5.1反接制動異步電動機(jī)反接制動有兩種，一種是在負(fù)載轉(zhuǎn)矩作用下使電動機(jī)反轉(zhuǎn)的倒拉反轉(zhuǎn)反接制動，這種方法不能準(zhǔn)確停車。另一種是改變?nèi)喈惒诫妱訖C(jī)定子繞組中三相電源的相序，實現(xiàn)反接制動。

反接制動控制線路工作過程如下：（1）起動合上空氣開關(guān)QF，給電路送電。（2）制動當(dāng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速接近零時，KS的動合觸點斷開→KM2線圈失電→制動結(jié)束。3.5.2能耗制動能耗制動是在定子繞組斷開三相交流電源的同時，在三相繞組中通入直流電，產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩。10kW以下小容量電動機(jī)，且對制動要求不高的場合，常采用半波整流能耗制動，其線路圖及線路分析參見實訓(xùn)3。對于10kW以上容量較大的電動機(jī)，多采用有變壓器全波整流能耗制動的控制線路。3.6異步電動機(jī)的調(diào)速控制線路

由電動機(jī)原理可知改變極對數(shù)可改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速（見公式：n=(1?S)60f/P），多速電動機(jī)就是通過改變電動機(jī)定子繞組的接線方式而得到不同的極對數(shù)，從而達(dá)到不同速度的目的。雙速、三速電動機(jī)是變極調(diào)速中最常用的兩種形式。3.6.1雙速電動機(jī)的控制雙速電動機(jī)的定子繞組的連接方式常用的有兩種：一種是繞組從單星形改成雙星形，如圖3-13（b）所示的連接方式轉(zhuǎn)換成如圖3-13（c）所示的連接方式；

另一種是從三角形改成雙星形，如圖3-13（a）所示的連接方式轉(zhuǎn)換成如圖3-13（c）所示的連接方式，這兩種接法都能使電動機(jī)產(chǎn)生的磁極對數(shù)減少一半即電機(jī)的轉(zhuǎn)速提高一倍。圖3-13雙速電動機(jī)的定子繞組的接線圖

如圖3-14是雙速電動機(jī)三角形變雙星形的控制原理圖，當(dāng)按下起動按鈕，主電路接觸器KM1的主觸頭閉合，電動機(jī)三角形連接，電動機(jī)以低速運轉(zhuǎn)；同時KA的常開觸頭閉合使時間繼電器線圈帶電，經(jīng)過一段時間（時間繼電器的整定時間），KM1的主觸頭釋放，KM2、KM3的主觸頭閉合，電動機(jī)的定子繞組由三角形變雙星形，電動機(jī)以高速運轉(zhuǎn)。圖3-14雙速電動機(jī)的控制原理圖

雙速電動機(jī)控制線路工作過程如下：合上電源開關(guān)QF3.6.2三速電動機(jī)的控制三速電動機(jī)為一多速電動機(jī)，其調(diào)速為改變磁極對數(shù)的調(diào)速過程。三速電動機(jī)控制線路工作過程如下：圖3-15三速電動機(jī)的控制原理

合上電源開關(guān)QF（1）低速運行（2）中、高速運行（3）停止運行3.7直流電動機(jī)的控制線路

如圖3-16所示的直流電動機(jī)正反轉(zhuǎn)調(diào)速及制動控制線路，具體的控制過程如下。直流電動機(jī)正反轉(zhuǎn)、調(diào)速及制動控制主要由三部分組成：第一部分是直流電源部分，如圖3-16（a）所示，第二部分是主電路部分，如圖3-16（b）所示，圖3-16直流電動機(jī)正反轉(zhuǎn)調(diào)速及制動控制線路第三部分是控制電路部分，通過控制電路的動作來控制直流電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)、調(diào)速及制動，其動作過程如下。（1）正轉(zhuǎn)運行（2）調(diào)速①當(dāng)需要加速時，②當(dāng)需要再加速時，③制動當(dāng)需要制動時，電動機(jī)反轉(zhuǎn)、調(diào)速及制動，請參照以上分析。實訓(xùn)1電動機(jī)的起保?？刂?7課時)一、實訓(xùn)目的二、實訓(xùn)器材（1）電氣控制臺1個（交流接觸器、熱繼電器、按鈕、行程開關(guān)等電器元件）；（2）電工常用工具1套（包括萬用表1個、剝線鉗1把、斜口鉗1把、尖嘴鉗1把、螺絲刀2支）；（3）導(dǎo)線若干。三、實訓(xùn)電路四、電路工作原理五、元件選擇和檢查從電氣控制臺上選出圖3-22中所需的電氣元件，并分別檢查其好壞。元件清單如下：空氣開關(guān)（1個），交流接觸器（1個），熱繼電器（1個），熔斷器（2個），停止按鈕（1個），起動按鈕（1個），電動機(jī)（1臺）。六、電路裝接裝接電路的原則：應(yīng)遵循“先主后控，先串后并；從上到下，從左到右；上進(jìn)下出，左進(jìn)右出?！钡脑瓌t進(jìn)行接線。裝接電路的工藝要求：“橫平豎直，彎成直角；少用導(dǎo)線少交叉，多線并攏一起走?！笨砂凑請D3-22逐根逐根的進(jìn)行接線。圖3-22接線圖七、電路檢查1．主電路的檢查（1）將表筆放在1、2處，人為使KM吸合（有的只需按KM），此時萬用表的讀數(shù)應(yīng)為電動機(jī)兩繞組的串聯(lián)電阻值（設(shè)電動機(jī)為Y接法）；（2）將表筆放在1、3處，按KM，萬用表的讀數(shù)應(yīng)同上；（3）將表筆放在2、3處，按KM，萬用表的讀數(shù)應(yīng)同上。2．控制電路的檢查（表筆放在3、N處）（1）此時萬用表的讀數(shù)應(yīng)為無窮大，按SB2，讀數(shù)應(yīng)為KM線圈的電阻值；（2）按KM，萬用表讀數(shù)應(yīng)為KM線圈的電阻值，若再同時按SB1，則讀數(shù)應(yīng)變?yōu)闊o窮大。八、通電試車

（1）合上QF，即接通電路電源；（2）按一下起動按鈕SB2，接觸器KM得電吸合，電動機(jī)連續(xù)運轉(zhuǎn)；（3）按一下停止按鈕SB1，接觸器KM失電斷開，電動機(jī)停轉(zhuǎn)；（4）斷開QF，即斷開電路電源。九、實驗思考（1）總結(jié)實驗過程中應(yīng)注意的安全事項。（2）若SB1和SB2都接成常閉（或常開）按鈕，會有什么現(xiàn)象？（3）若將控制回路的220V電源誤接成380V，會有什么現(xiàn)象？（4）KM的自鎖觸頭不接，會有什么后果？實訓(xùn)2電動機(jī)的兩地控制一、實訓(xùn)目的二、實訓(xùn)電路三、電路工作原理四、元件選擇和檢查

從電氣控制臺上選出所需的電氣元件，并分別檢查其好壞。元件清單如下：低壓斷路器（1個），交流接觸器（1個），熱繼電器（1個），熔斷器（2個），停止按鈕（2個），起動按鈕（2個），電動機(jī)（1臺）。五、電路裝接六、電路檢查1．主電路的檢查檢查方法與實訓(xùn)1相同。2．控制回路的檢查七、通電試車八、實驗思考實訓(xùn)3電動機(jī)的能耗制動控制一、實訓(xùn)目的二、實訓(xùn)電路三、電路工作原理四、元件選擇和檢查

從電氣控制臺上選出電氣元件，并對電氣元件進(jìn)行檢查，元件清單如下：低壓斷路器（1個），交流接觸器（2個），熱繼電器（1個），二極管（1個），熔斷器（2個），起動按鈕（1個），停止（復(fù)合）按鈕（1個），晶體管時間繼電器（1個），電動機(jī)（1臺）。五、電路裝接六、電路檢查七、通電試車八、實訓(xùn)思考實訓(xùn)4電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制一、實訓(xùn)目的二、實訓(xùn)電路三、電路工作原理1．電動機(jī)正轉(zhuǎn)從電氣控制臺上選出電氣元件，并對電氣元件進(jìn)行檢查，元件清單如下：低壓斷路器（1個），交流接觸器（2個），熱繼電器（1個），熔斷器（2個），起動按鈕（2個），停止按鈕（1個），電動機(jī)（1臺）。五、電路裝接六、電路檢查七、通電試車八、實訓(xùn)思考實訓(xùn)5電動機(jī)的自動順序控制一、實訓(xùn)目的二、實訓(xùn)電路三、電路工作原理四、元件選擇和檢查

從電氣控制臺上選出電氣元件，并對電氣元件進(jìn)行檢查，元件清單如下：低壓斷路器（1個），交流接觸器（2個），熱繼電器（2個），熔斷器（2個），起動按鈕（1個），停止按鈕（1個），電動機(jī)（2臺）。五、電路裝接注意主電路要接2臺電動機(jī)，如果條件有限，則第2臺電動機(jī)可以不接，即只需要接到FR2為止。另外控制電路要注意KT的引腳分配。六、電路檢查七、通電試車八、實訓(xùn)思考實訓(xùn)6電動機(jī)的Y/D降壓起動控制一、實訓(xùn)目的（1）學(xué)會分析電動機(jī)Y/D降壓起動控制電路的動作原理；（2）熟練掌握電動機(jī)Y/D降壓起動的接線；（3）能夠識讀較復(fù)雜的控制電路。二、實訓(xùn)電路電動機(jī)Y/D降壓起動控制的電路如圖2-29所示。圖3-29電動機(jī)Y/D降壓起動控制電路三、電路工作原理圖3-29的主電路由3個交流接觸器KM、KMY、KMΔ和FR組成，當(dāng)接觸器KM和KMY主觸頭閉合時，電動機(jī)M定子3個繞組末端U2、V2、W2接在一起，即星形起動，以降低起動電壓限制起動電流。

電動機(jī)起動后，當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到接近額定值時，接觸器KMY斷開，KMΔ主觸頭閉合，此時U1與W2相連，V1與U2相連，W1與V2相連，即把定子繞組改接為三角形，電動機(jī)在全電壓下運行。熱繼電器FR對電動機(jī)實現(xiàn)過載保護(hù)，其控制過程如下。四、元件選擇和檢查從電氣控制臺上選出如圖3-29所示的電氣元件，并對電氣元件進(jìn)行檢查，元件清單如下：低壓斷路器（1個），交流接觸器（3個），熱繼電器（1個），熔斷器（2個），起動按鈕（1個），停止按鈕（1個），電動機(jī)（1臺）。五、電路裝接主回路的接線比較復(fù)雜，可按圖3-30進(jìn)行接線，其接線步驟如下。（1）用萬用表判別出電動機(jī)每個繞組的2個端子，可設(shè)為：U1、U2，V1、V2和W1、W2。（2）按圖3-30將電動機(jī)的6條引線分別接到KMD的主觸頭上。（3）從W1、V1、U1分別引出一條線，再將這3條線不分相序地接到KMY主觸頭的3條進(jìn)線處，KMY主觸頭的3條出線短接在一起。（4）從V2、U2、W2分別引出一條線，再將這3條線不分相序地接到FR的3條出線處，再將主電路的其他線按圖3-30進(jìn)行連接。圖3-30（5）主電路接好后，可用萬用表的R×100擋分別測KMD的3個主觸頭對應(yīng)的進(jìn)出線處的電阻。若電阻為無窮大，則正確；若其電阻不為無窮大（而為電動機(jī)繞組的電阻值），則三角形的接線有錯誤。（6）按圖3-29將控制電路接好。六、電路檢查1．主電路的檢查（1）表筆放在1，2處，同時按KM和KMY，讀數(shù)應(yīng)為電動機(jī)兩繞組的串聯(lián)電阻值；（2）表筆放在1，2處，同時按KM和KMD，讀數(shù)應(yīng)小于電動機(jī)一個繞組的電阻值；（3）表筆放在1，3處或2，3處，分別用上述方法檢查；（4）測量接觸器KMD的三對上下觸頭，應(yīng)該為無窮大的電阻值，電動機(jī)接線才正確。