第二章 基本電氣控制電路

第2章基本電氣控制電路2.1電氣圖的繪制2.2基本控制電路2.3典型機床控制電路

電氣控制系統(tǒng)是由若干的電器元件按照一定的要求連接而成的。將這些電器元件及其連接用一定的圖形表達出來，這種圖就是電氣控制線路圖或稱為電氣圖。只有正確識別和使用電氣圖形符號和文字，才能閱讀電氣圖和繪制出標準的電氣圖。2.1電氣控制線路圖的繪制方法電氣圖中的圖形符號及文字符號

電氣原理圖

電氣原理圖用圖形和文字符號表示電路中各個電器元件的連接關系和電氣工作原理圖，它并不放映電器元件的實際大小和安裝位置，即不考慮其實際位置的一種簡圖。將同一電器上各個零部件均集中在一起，按照其實際位置畫出的電路結構圖。常用的電氣圖包括：電氣原理圖、電器元件布置圖、電氣安裝接線圖。

結構圖的畫法比較容易識別電器，便于安裝和檢修。但是，當線路比較復雜和使用的電器比較多時，線路便不容易看清楚。因為同一電器的各個部件在機械上雖然聯(lián)在一起，但是電路上并不一定相互關聯(lián)。

全壓起動控制線路結構圖

根據(jù)工作原理把主電路和控制電路清楚地分開畫出，雖然同一電器的各部件是分散畫在各處的，但它們的動作是相互關聯(lián)的，為了說明它們在電氣上的聯(lián)系，也為了便于識別，同一電器的各個部件均用相同的文字符號來標注。全壓起動控制電氣原理圖

電氣控制原理圖包括主電路和輔助電路兩大部分。主電路是指從電源到電動機的大電流通過的電路。

輔助電路包括控制電路、照明電路以及保護電路等部分。其中控制電路是對主電路起控制作用的電路，控制電路的特點是電壓不確定,小電流.電路原理圖中主電路在左側，控制電路按主電路的動作順序在右側。電氣原理圖繪制的原則在繪制電氣原理圖時，一般應遵循以下原則：

(1)表示導線、信號通路、連接導線等圖線都應是交叉和折彎最少的直線；可以水平布置，也可以垂直布置。

(2)電路或元件應按功能布置，并盡可能按工作順序排列，對因果次序清楚的簡圖，其布局順序應該是從左到右和從上到下。(3)為了突出和區(qū)分某些電路、功能等，導線符號、信號通路、連接線等可采用粗細不同的線條來表示。(4)元件、器件和設備的可動部分通常應表示在非激勵或不工作的狀態(tài)或位置。(5)所用圖形符號應符合國家標準規(guī)定。如果采用了國家標準中未規(guī)定的圖形符號，則必須加以說明。(6)同一電器元件不同部分的線圈和觸點均應采用同一文字符號標明。某機床電氣原理圖

電器元件布置圖

電器元件布置圖反映各電器元件的實際安裝位置，在圖中電器元件用實線框表示，不必按其外形形狀畫出；圖中往往還留有10%以上的備用面積及導線槽的位置，以供走線和改進設計時用，圖中還需要標注出必要的尺寸。繪制電器元件布置圖應遵循的原則：(1)體積大和較重的電器應安裝在控制柜的下方；(2)安裝發(fā)熱元件時，要注意控制柜內所有元件的溫升保持在它們允許極限內；(3)為提高電子設備的抗干擾能力，弱電部分應加屏蔽和隔離；(4)元件安裝必須遵循規(guī)定的間隔；(5)需要經常維護檢修的電器，安裝位置不宜過高或過低；(6)盡量將外形及結構尺寸相同的元件安裝一起；(7)電器布置應考慮對稱。圖某機床電氣元件布置圖

電氣安裝接線圖的繪制（P38圖1-3-6）

它是按電氣原理圖及各電器元件安裝的位置來繪制的。電氣安裝接線圖是安裝電氣設備或檢查線路故障的依據(jù)。在電氣安裝圖里要表示出各電氣元器件的相對位置及各元器件之間的相互接線關系。所以接線圖中各電氣元器件的相對位置與電器位置圖中的位置一致，并且與電氣原理圖不同的是同一個電器的元件必須畫在一起，而且各電氣元器件的文字符號與原理圖一致。電氣安裝圖中對外部的接線應通過端子板進行，并注明外部接線的去向。

某機床電氣安裝接線圖2.2基本控制電路2.2.1電動機點動控制電路的安裝與分析2.2.2電動機自鎖控制電路的安裝與分析2.2.3電動機正反轉控制電路的安裝與分析2.2.4電動機順序啟動控制電路的安裝與分析2.2.5電動機自動往返控制電路的安裝與分析2.2.6電動機降壓啟動控制電路的安裝與分析2.2.7電動機制動控制電路的安裝與分析2.2.1電動機點動控制電路的安裝與分析電動機的點動控制多用于機床刀架、橫梁、立柱等快速移動和機床對刀等場合，在行車設備上也得到應用，主要用于設備微調。（1）任務描述

使用接觸器控制三相異步電動機的直接啟動，使三相異步電動機通過手動操作按鈕來實現(xiàn)點動。

點動控制電路系統(tǒng)要求：1.點動控制。按下啟動按鈕SB,電動機能啟動。2.松開啟動按鈕SB，電動機斷開電源，停止運動。3.系統(tǒng)具有必要的保護措施。(2)電動機點動控制電路分析電動機手動控制電路優(yōu)點：電路簡單

缺點：不適合頻繁操作，也不安全，操作勞動強度大，并且不能進行遠距離自動控制。

點動控制電路圖

點動控制電路是用按鈕和接觸器控制電動機的最簡單的控制線路，分為主電路和控制電路兩部分。主電路的電源引入采用了隔離開關QS，電動機的電源由接觸器KM主觸點的通、斷來控制。(3).工作原理分析首先合上電源開關QS。啟動：停止：4.點動控制的概念

這種當按鈕按下時電動機就運轉，按鈕松開后電動機就停轉的控制方式，稱為點動控制。特點：不能實現(xiàn)電動機的連續(xù)運轉。思考題1、電動機點動控制電路當中的哪些電器組成了點動控制的主電路，哪些組成輔助電路？2.2.2電動機自鎖控制電路的安裝與分析電動機的自鎖連動控制多用于電動機的長期運行，適用于需要長時間單向運行的機械設備等場合。例如港口輸送機、鼓風機、普通車床的主軸電動機控制等。（1）任務描述系統(tǒng)控制要求；1.自鎖控制:按下啟動按鈕SB2后，電動機能連續(xù)運動。

2.按下停止按鈕SB1后，電動機斷開電源，停止運動。

3.保護措施：系統(tǒng)具有必要的保護措施。(2)電動機自鎖控制電路分析自鎖控制電路圖思考題2、

請指出電動機點動控制電路與電動機自鎖控制電路當中的不同之處？3、自鎖控制電路當中哪些電器組成了主電路，哪些組成了輔助電路？

自鎖控制電路是一種廣泛采用的連續(xù)運行控制線路。在點動控制的基礎上，在控制回路中增加了一個停止按鈕SB1，還在啟動按鈕SB2的兩端并聯(lián)了接觸器的一個輔助常開觸點KM。除此之外，還增加了熱繼電器FR作為電動機的過載保護。熱繼電器的常閉觸點串聯(lián)在控制回路中，發(fā)熱原件串聯(lián)在主電路中，對電動機的長期運轉是非常有必要的。(3).工作原理分析首先合上電源開關QS。起動：停止：（3）.自鎖的概念這種依靠接觸器自身輔助動合觸點使其線圈保持通電的現(xiàn)象稱為自鎖（或稱自保），起自鎖作用的輔助動合觸點，稱為自鎖觸點（或稱自保觸點），這樣的控制線路稱為具有自鎖（或自保）的控制線路。自鎖的作用：實現(xiàn)電動機的連續(xù)運轉。（4）.電路保護環(huán)節(jié)（1）短路保護。圖中由熔斷器FU1、FU2分別對主電路和控制電路進行短路保護。為了擴大保護范圍，在電路中熔斷器應安裝在靠近電源端，通常安裝在電源開關下面。（2）過載保護。圖中由熱繼電器FR對電動機進行過載保護。當電動機工作電流長時間超過額定值時，F(xiàn)R的動斷觸點會自動斷開控制回路，使接觸器線圈失電釋放，從而使電動機停轉，實現(xiàn)過載保護作用。（3）欠壓和失壓保護。圖中由接觸器本身的電磁機構還能實現(xiàn)欠壓和失壓保護。當電源電壓過低或失去電壓時，接觸器的銜鐵自行釋放，電動機斷電停轉；而當電壓恢復正常時，要重新操作起動按鈕才能使電動機再次運轉。這樣可以防止重新通電后因電動機自行運轉而發(fā)生的意外事故。在一些大型的機床設備中，為了操作方便，常常要求能夠在不同的地點對該設備進行相同的控制。例如：大型龍門刨床的操作者有時是在固定的操作臺上對機械設備進行控制，有時則需要在機械設備四周用懸掛的控制盒進行控制；多點控制啟動、停止基本規(guī)律欲使幾個控制電器都能控制同一個接觸器通電使得被控設備長動，則這幾個控制電器的動合觸點均應并聯(lián);欲使幾個控制電器都能控制同一個接觸器斷電，則這幾個控制電器的動斷觸點應串聯(lián)。在生產實踐過程中，常常要求一些生產機械既有能持續(xù)不斷的連續(xù)運行方式（長動），又有可在人工干預下實現(xiàn)手動控制的點動運行方式。連續(xù)正常運行方式與點動運行方式的主要區(qū)別就是在控制過程中實施控制的控制電器能否自鎖。點動控制方式的應用：起重機械中吊鉤的精確定位操作過程、機械加工過程中的“對刀”操作過程、自動加工機床“起始點”的定位操作過程等方面。知識拓展-——正常工作與點動的聯(lián)鎖控制點動與自鎖混合控制電路2.2.3電動機正反轉控制電路的安裝與分析

在生產加工過程中，除了要求電動機實現(xiàn)單向運行外，往往還要求電動機能實現(xiàn)可逆運行。如改變機床工作臺的運動方向，起重機吊鉤的上升或下降等。三相交流電動機的工作原理可知，如果將接至電動機的三相電源線中的任意兩相對調，就可以實現(xiàn)電動機的反轉。（1）.任務描述系統(tǒng)控制要求；1.正反轉控制:按下啟動按鈕SB2后，電動機能正轉連續(xù)運動。2.按下停止按鈕SB1后，電動機斷開電源，停止運動。

3.按下反轉按鈕SB3后，電動機反向運動。4.保護措施：系統(tǒng)具有必要的保護措施。（2）正反轉控制電路圖正轉－接觸器KM1反轉－接觸器KM2正轉KM1主觸頭閉合電機相序：L1－U、L2－V、L3－W反轉KM2主觸頭閉合，電機L1－W、L2－V、L3－U電路分析上圖所示電路中，按下正轉起動按鈕SB2，接觸器KM1線圈得電并自鎖，電動機開始正轉；按下反轉起動按鈕SB3，接觸器KM2線圈得電并自鎖，電動機開始反轉。但是若同時按下SB2和SB3，則接觸器KM1和KM2線圈同時得電并自鎖，它們的主觸點都閉合，這時會造成電動機三相電源的相間短路事故，所以該電路不能使用。（3）接觸器互鎖控制電路

為了避免兩接觸器同時得電而造成電源相間短路，在控制電路中，分別將兩個接觸器KM1、KM2的輔助動斷觸點串接在對方的線圈回路里，如上圖所示。這樣可以形成互相制約的控制，即一個接觸器通電時，其輔助動斷觸點會斷開，使另一個接觸器的線圈支路不能通電。工作原理分析先合上電源開關QS。正轉起動：停止：反轉起動：互鎖控制：在同一時間里只允許兩個或多個接觸器（繼電器）其中的一個接觸器（繼電器）工作的控制方式稱為互鎖或聯(lián)鎖控制。而這兩對起互鎖作用的觸點稱為互鎖觸點。不足之處：在正轉過程中要求反轉時必須先按下停止按鈕SB1，讓KM1線圈斷電，使其聯(lián)鎖觸點KM1閉合。這樣，才能按反轉按鈕使電動機反轉，這便給操作帶來了不便。為了解決這個問題，在生產上常采用復式按鈕和觸點聯(lián)鎖的控制線路。該線路既能實現(xiàn)電動機直接正反轉的要求，又保證了電路可靠地工作，常用在電力拖動控制系統(tǒng)中。按鈕、接觸器雙重連鎖的正反轉控制電路2.2.4電動機順序啟動控制電路的安裝與分析在多臺電動機驅動的生產機械上，各臺電動機所起的作用不同，設備有時要求某些電動機按一定的順序啟動并工作，以保證操作過程的合理性和設備工作的可靠性。例如，銑床工作臺（放置工件）的進給電動機必須在主軸（刀具）電動機啟動的條件下才能啟動。再如車床主軸轉動時，要求油泵先輸送潤滑油，主軸停止運轉后油泵方可停止?jié)櫥?。這就對電動機的啟動過程提出了順序控制的要求，實現(xiàn)順序控制要求的電路稱為順序控制電路。（1）系統(tǒng)控制要求系統(tǒng)控制要求；1.順序控制:按下啟動按鈕SB1后，電動機M1能連續(xù)運動。2.M1運動后，按下啟動按鈕SB2，電動機M2開始運動。

3.根據(jù)要求，按下停止按鈕SB3，同時停止M1,M2.4.保護措施：系統(tǒng)具有必要的保護措施。

常用的順序控制電路有兩種，一種是主電路的順序控制；另一種是控制電路的順序控制；（2）主電路的順序控制電路分析

電動機M1、M2分別通過接觸器KM1、KM2來控制，接觸器KM2的3個主觸點串在接觸器KM1主觸點的下方。這就保證了只有當KM1閉合，電動機M1起動運轉后，KM2才能使電動機M2得電起動，滿足電動機M1、M2順序起動的要求。圖中，起動按鈕SB2、SB3分別用于兩臺電動機的起動控制，按鈕SB1用于電動機的同時停止控制。（3）控制電路的順序控制工作原理：接觸器KM1、KM2分別控制電動機M1和M2。由于SB3接在SB2自鎖觸點后面，因此，只有SB2閉合之后，即M1啟動之后，M2才可以啟動。當按下停止按鈕SB1時，KM1、KM2均斷電，M1、M2同時停止運行。時間控制順序啟動同時停止2.2.5電動機自動往返控制電路的安裝與分析

工農業(yè)生產中有很多機械設備都是需要往復運動的。例如，機床的工作臺、高爐的加料設備等要求工作臺在一定距離內能自動往返運動，它是通過行程開關來檢測往返運動的相對位置，進而控制電動機的正反轉來實現(xiàn)的。因此，把這種控制稱為位置控制或行程控制。行程開關除作為位置控制外，還常用作車門打開自停開關或限位控制。當檢修設備打開車門時自動切斷控制電路，起安全保護作用。那么，行程開關是如何控制電動機自動進行往返運動的呢？自動往返控制電路P50啟動工作原理分析停止工作原理分析按下按鈕SB1------整個控制電路失電---------KM1(KM2)主觸點斷開-----------電動機M斷電停轉2.2.6電動機降壓啟動控制電路的安裝與分析降壓啟動就是在啟動電動機時，將電源電壓適當降低以后，再加到電動機的定子繞組上，經過一定的啟動所需時間或者是啟動完畢后，再將電源電壓恢復到額定值保持電動機正常運行的一種啟動方式。其目的是：借以減少啟動電流過大對電網(wǎng)和電動機本身造成的沖擊和損壞。常用的電動機降壓啟動的方法主要有以下幾種：1、定子繞組串電阻（或電抗器）降壓啟動；2、星（Ｙ）～三角（△）換接降壓啟動；3、自耦變壓器降壓啟動；4、延邊三角形降壓啟動。無論哪種方法，對控制的要求都是相同的，即給出起動指令后，先降壓，當電動機接近額定轉速時再加全壓，這個過程是以啟動過程中的某一變化參量為控制信號自動進行的。定子繞組串電阻降壓起動控制線路啟動時，在電動機主電路——三相定子電路中以串連的形式串接入電阻R，使加在電動機繞組上的電壓降低。啟動完成后，再將這個串接的電阻“短路”——也就是用導線（或觸點機構）將這個電阻兩端的接點在跨過電阻后直接“跨接”，使電動機獲得額定電壓后正常運行。*所應用的“啟動電阻”一般采用“鑄鐵電阻”或者用電阻絲繞制而成的“板式電阻”。所允許通過的電流值較大。*各相電源中所串接電阻的電阻值要相等。*優(yōu)點：使用的設備簡單并且不受定子繞組形式的限制；缺點：啟動時降壓用電阻所消耗的電能極大。降壓電阻實物圖片鑄鐵板式電阻電阻絲繞制式P64工作原理星（Ｙ）三角（△）換接降壓啟動星～三角降壓起動｛Ｙ（星形）～△（三角形）｝控制線路也是“按時間原則控制”的對電動機進行降壓啟動的一種控制方法。也稱為“Ｙ～△降壓啟動方式”。Ｙ～△降壓啟動方式只適用于正常工作時電動機定子繞組呈“三角形”連接形式的電動機，即：“△”型連接。星（Ｙ）角（△）降壓啟動原理星～三角降壓起動控制工作原理：在起動過程中，將電動機定子繞組接成星形，使電動機每相繞組承受的電壓為額定電壓的1/√3，起動電流為三角形接法時起動電流的1/3。Y△星～三角降壓啟動控制線路P56工作原理星～三角降壓起動的優(yōu)、缺點1、普遍應用于功率較?。?-13KW）電動機的降壓啟動控制過程中，通用元器件選材范圍廣、設計過程相對簡單；2、承擔Ｙ～△接線方式轉換的繼電器觸點系統(tǒng)基本上是在無負載的狀態(tài)下進行吸合轉換，因此，其觸點系統(tǒng)的電壽命相對較長；3、所需控制電器數(shù)量相對較少，投資少、成本低；方法簡單、易于操作和維護。4、不足之處：啟動轉矩只是額定轉矩的1/3，只適用于啟動狀態(tài)為空載或輕微負載的啟動環(huán)境。2.2.7電動機制動控制電路的安裝與分析電動機斷電后，由于慣性作用，自由停車時間較長。而某些生產工藝、過程則要求電動機在某一個時間段內能迅速而準確地停車。這時，就要對電動機進行相應的制動控制，使之迅速停車。制動停車的方式主要有機械制動和電氣制動兩種。電氣制動是產生一個與原來轉動方向相反的制動力矩?；\型異步電動機與直流電動機和繞線型異步電動機一樣，在電器制動方式的使用過程中可采用反接制動和能耗制動兩種方法。無論哪種制動方式，在制動過程中，電流、轉速、時間三個參量都在變化，因此可以取某一變化參量作為控制信號，但，要在制動結束時及時取消制動轉矩。能耗制動就是在運行中的三相異步電動機停車時，在切除三相交流電源的同時，將一直流電源接入電動機定子繞組中的任意兩個繞組中，以獲得大小和方向都不變化的恒定磁場，從而產生一個與電動機原來的轉矩方向相反的電磁轉矩以實現(xiàn)制動。當電動機轉速下降到零速時，再切除直流電源。根據(jù)制動控制的原則，一般分為：時間繼電器控制與速度繼電器控制兩種形式。能耗制動1、按時間原則控制的單向能耗制動電氣制原理圖P68

上圖所示的按時間原則控制的能耗制動控制電路。接觸器KM1、KM2的主觸點用于電動機工作時接通三相電源，并可實現(xiàn)正反轉控制，接觸器KM3主觸點用于制動時接通全波整流電路提供的直流電源，電路中的電阻R起限制和調節(jié)直流制動電流以及調節(jié)制動強度的作用。工作原理分析首先合上電源開關QS。反接制動控制電路1．什么是反接制動？依靠改變三相異步電動機定子繞組中三相電源的相序產生制動力矩，迫使電動機迅速停轉的方法稱為反接制動。通常采用速度繼電器檢測速度的過零點，并及時切除反接電源，以免電動機反向運轉。2．反接制動控制電路分析

主電路中接觸器KM1用于接通電動機工作相序電源，KM2用于接通反接制動電源，電動機反接制動電流很大，通常在制動時串接電阻R以限制反接制動電流。工作原理分析

上圖中，按下起動按鈕SB2，KM1線圈得電并自鎖，電動機開始運行，當電動機的速度達到速度繼電器的動作速度時，速度繼電器KS的動合觸點閉合，為電動機反接制動做準備。制動時，按下停止按鈕SB1，KM1線圈失電，由于速度繼電器KS的動合觸點在慣性轉速作用下仍然閉合，使KM2線圈得電自鎖，電動機實現(xiàn)反接制動。當其轉子的轉速小于100r/min時，KS的動合觸點復位斷開，KM2線圈失電，制動過程結束。4.電路特點：反接制動的優(yōu)點是制動轉矩大，制動效果顯著。但其制動不平穩(wěn)，而且能量損耗大，因此常用于制動不頻繁，功率小于10kW的中小型機床及輔助性的電力拖動中。知識拓展——機械制動控制電路

1.什么是機械制動？利用機械裝置使電動機斷開電源后迅速停轉的方法稱為機械制動。2.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.在機床電力拖動系統(tǒng)中要求油泵電動機起動后主軸電機才能起動。若用接觸器KM1控制油泵電動機，KM2控制主軸電動機，則在此控制電路中必須（

）

A.將KM1的常閉觸點串入KM2的線圈電路中

B.將KM2的常開觸點串入KM1的線圈電路中

C.將KM1的常開觸點串入KM2的線圈電路中2.在電動機的繼電接觸控制電路中，熱繼電器的正確連接方法應當是（)A.發(fā)熱元件串接在主電路，而把它的動斷觸點與接觸器的線圈串聯(lián)接在