機(jī)床電氣控制與PLC三菱第2版 課件 杜晉 第2章 機(jī)床電氣控制線路的基本控制環(huán)節(jié)

機(jī)床電氣控制與PLC

本章教學(xué)重點：（1）機(jī)床電氣原理圖的畫法及閱讀分析方法；（2）三相異步電動機(jī)的起動控制線路；（3）三相異步電動機(jī)的運(yùn)行控制線路；（4）三相異步電動機(jī)的制動控制線路；（5）電動機(jī)的保護(hù)環(huán)節(jié)。第2章機(jī)床電氣控制線路的基本控制環(huán)節(jié)2.1機(jī)床電氣原理圖的畫法及閱讀方法2.2三相異步電動機(jī)的起動控制線路2.3三相異步電動機(jī)的運(yùn)行控制線路2.4三相異步電動機(jī)的制動控制路線2.5電動機(jī)的保護(hù)環(huán)節(jié)第2章機(jī)床電氣控制線路的基本控制環(huán)節(jié)為了清晰地表達(dá)生產(chǎn)機(jī)械電氣控制系統(tǒng)的工作原理，便于系統(tǒng)的安裝、調(diào)試、使用和維修，將電氣控制系統(tǒng)中的各電氣元器件用一定的圖形符號和文字符號來表示，再將其連接情況用一定的圖形表達(dá)出來，這種圖形就是電氣控制系統(tǒng)圖（工程圖）。常用的電氣控制系統(tǒng)圖主要有三種：電氣原理圖、電器元件布置圖、電氣安裝接線圖。為了便于閱讀，在繪制電氣控制系統(tǒng)圖時，必須采用國家統(tǒng)一規(guī)定的圖形符號、文字符號和繪圖方法。2.1.1電氣原理圖電氣控制系統(tǒng)是由許多電器元件按一定的要求和方法連接而成的。為了便于電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試、使用和維護(hù)，將電氣控制系統(tǒng)中各電器元件及其連接線路用一定的圖形表達(dá)出來，這就是電氣控制系統(tǒng)圖。在畫圖時，應(yīng)根據(jù)簡明易懂的原則，采用統(tǒng)一規(guī)定的圖形符號、文字符號和標(biāo)準(zhǔn)畫法來繪制。1．常用電氣圖形符號和文字符號的標(biāo)準(zhǔn)在電氣控制系統(tǒng)圖中，電器元件的圖形符號和文字符號必須使用國家統(tǒng)一規(guī)定的圖形及文字符號，統(tǒng)一采用GB/T4728-2005及GB/T4728-2008《電氣簡圖用圖形符號》。一些常用的電氣用圖形符號、文字符號見附錄A。2．電氣原理圖的畫法規(guī)則電氣原理圖是為了便于閱讀和分析控制線路，根據(jù)簡單清晰的原則，采用電氣元件展開的形式繪制成的表示電氣控制線路工作原理的圖形。電氣原理圖只表示所有電器元件的導(dǎo)電部件和接線端點之間的相互關(guān)系，并不是按照各電器元件的實際布置位置和實際接線情況來繪制的，也不反映電器元件的大小。結(jié)合圖2-1所示的某機(jī)床電氣原理圖說明繪制電氣原理圖的基本規(guī)則和應(yīng)注意的事項。繪制電氣原理圖的基本規(guī)則如下：（1）電氣原理圖一般分為主電路、控制電路、輔助電路。主電路就是從電源到電動機(jī)繞組的大電流通過的路徑；控制電路是由接觸器、繼電器的吸引線圈和輔助觸點以及熱繼電器、按鈕的觸點等組成；輔助電路包括照明燈、信號燈等電器元件?？刂齐娐?、輔助電路中通過的電流較小。一般主電路用粗實線表示，畫在左邊（或上面）；輔助電路用細(xì)實線表示，畫在右邊（或下面）。（2）在原理圖中，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(biāo)準(zhǔn)來畫，文字符號也要符合國家標(biāo)準(zhǔn)。屬于同一電器的線圈和觸點，都要用同一文字符號表示。當(dāng)使用相同類型電器時，可在文字符號后加注阿拉伯?dāng)?shù)字序號來區(qū)分。（3）同一電器的各個部件可以不畫在一起，但必須采用同一文字符號標(biāo)明。若有多個同一種類的電器元件，可在文字符號后加上數(shù)字序號，如KM1、KM2。（4）元器件和設(shè)備的可動部分在圖中通常均以自然狀態(tài)畫出。自然狀態(tài)是指各種電器在沒有通電和不受外力作用時的狀態(tài)。對于接觸器、電磁式繼電器等是指其線圈未加電壓，而對于按鈕、限位開關(guān)等，指其尚未被壓合。（5）在原理圖中，有直接電聯(lián)系的交叉導(dǎo)線的連接點，要用黑圓點表示。無直接電聯(lián)系的交叉導(dǎo)線，交叉處不能畫黑圓點。（6）在原理圖中，無論是主電路還是輔助電路，各電氣元件一般應(yīng)按動作順序從上到下，從左到右依次排列，可水平布置或垂直布置。圖2-1某機(jī)床的電氣原理圖3．圖面區(qū)域的劃分圖面分區(qū)時，豎邊從上到下用大寫英文字母，橫邊從左到右用阿拉伯?dāng)?shù)字分別編號，分區(qū)代號用該區(qū)域的字母和數(shù)字表示。圖區(qū)橫向編號下方的“電源開關(guān)及保護(hù)”等字樣，表明它對應(yīng)的下方元件或電路的功能，以便于理解整個電路的工作原理。圖幅分區(qū)式樣如圖2-2所示。圖2-2圖幅分區(qū)式樣注：圖中的e表示圖框線與邊框線的距離，A0、A1號圖紙為20mm；A2~A4號圖紙為10mm4．符號位置的索引在較復(fù)雜的電氣原理圖中，對繼電器、接觸器的線圈的文字符號下方要標(biāo)注其觸點位置的索引；而在觸點文字符號下方要標(biāo)注其線圈位置的索引。符號位置的索引，用圖號、頁次和圖區(qū)編號的組合索引法，索引代號的組成如圖2-3所示。圖2-3索引代號的組成當(dāng)某一元件相關(guān)的各符號元素出現(xiàn)在不同圖號的圖樣上，而當(dāng)每個圖號僅有一頁圖樣時，索引代號可省去頁次。當(dāng)與某一元件相關(guān)的各符號元素出現(xiàn)在同一圖號的圖樣上，而該圖號有幾張圖樣時，索引代號可省去圖號。因此，當(dāng)與某一元件相關(guān)的各符號元素出現(xiàn)在只有一張圖樣的不同圖區(qū)時，索引代號只用圖區(qū)號表示。圖2-1圖區(qū)9中觸點KA下面的8，即為最簡單的索引代號，它指出繼電器KA的線圈位置在圖區(qū)8。圖區(qū)5中接觸器主觸點KM下面的7指出KM的線圈位置在圖區(qū)7。在電氣原理圖中，接觸器和繼電器線圈與觸點的從屬關(guān)系，應(yīng)用附圖表示。即在原理圖中相應(yīng)線圈的下方，給出觸點的文字符號，并在其下面注明相應(yīng)觸點的索引代號，對未使用的觸點用“×”表明。有時也可采用上述省去觸頭的表示法。圖2-1圖區(qū)7中KM線圈和圖區(qū)8中KA線圈下方的是接觸器KM和繼電器KA相應(yīng)觸點的位置索引。對于接觸器，圖中各欄的含義如下：對于繼電器，圖中各欄的含義如下：5．技術(shù)數(shù)據(jù)的標(biāo)注電氣元件的技術(shù)數(shù)據(jù)，除在電氣元件明細(xì)表中標(biāo)明外，有時也可用小號字體標(biāo)在其圖形符號的旁邊。如：主電路、控制電路、輔助電路進(jìn)線規(guī)格；電動機(jī)功率；變壓器原邊、副邊電壓；熔斷器的額定電流；熱繼電器的電流整定范圍、整定值等，例如圖2-1圖區(qū)4中熱繼電器FR的動作電流值范圍為4.5~7.2A，整定值為6.8A。2.1.2電器元件布置圖電器元件布置圖表示各種電氣設(shè)備或電氣元件在機(jī)械設(shè)備或控制柜中的實際安裝位置，為機(jī)械電氣控制設(shè)備的制造、安裝、維護(hù)及維修提供必要的資料。各電氣元件的安裝位置是由機(jī)床的結(jié)構(gòu)和工作要求決定的。如行程開關(guān)應(yīng)布置在要取得信號的地方，電動機(jī)要和被拖動的機(jī)械部件在一起，一般電器元件應(yīng)放在控制柜內(nèi)。機(jī)床電器布置圖主要包括機(jī)床電氣設(shè)備布置圖、控制柜及控制面板布置圖、操作臺及懸掛操縱箱電氣設(shè)備布置圖等。圖2-4所示為CW6132型車床電器元件布置圖。圖2-4CW6132型車床電器元件布置圖電器元件的布置應(yīng)注意以下幾方面：1.體積大和較重的電器元件應(yīng)安裝在電器安裝板的下方，而發(fā)熱元件應(yīng)安裝在電器安裝板的上方。2.強(qiáng)電、弱電應(yīng)分開，弱電應(yīng)屏蔽，防止外界干擾。3.需要經(jīng)常維護(hù)、檢修、調(diào)整的電器元件安裝位置不宜過高或過低。4．電器元件的布置應(yīng)考慮整齊、美觀、對稱。外形尺寸與結(jié)構(gòu)類似的電器安裝在一起，以便于安裝和配線。5．電器元件布置不宜過密，應(yīng)留有一定間距。如用走線槽，應(yīng)加大各排電器間距，以便于布線和維修。6．機(jī)械設(shè)備輪廓用雙點畫線，所有電器元件用粗實線繪出其簡單外形輪廓，無需標(biāo)注尺寸。2.1.3電氣安裝接線圖電氣安裝接線圖是用規(guī)定的圖形符號，按各電器元件相對位置繪制的實際接線圖，它清楚地表明了各電器元件的相對位置和它們之間的電路連接。電氣安裝接線圖要求將同一電器的各個部件畫在一起，而且各個部件的布置盡可能符合這個電器的實際情況，但對比例和尺寸沒有嚴(yán)格的要求。電氣安裝接線圖中的文字符合和數(shù)字符號應(yīng)與電氣原理圖中的符號一致。電氣安裝接線圖表明了各電器元件之間電氣連接的詳細(xì)信息，主要用來進(jìn)行電器元件、電氣設(shè)備和裝置間的布線或布纜，也是檢查電路和維修電路不可缺少的技術(shù)文件。GB6988.5-1986《電氣制圖、接線圖和接線表》中詳細(xì)規(guī)定了電氣安裝接線圖的編制規(guī)則，主要包括：1．在接線圖中，一般都應(yīng)標(biāo)出項目的相對位置、項目代號、端子間的電氣連接關(guān)系、端子號、線號、線纜類型、線纜截面積等。2．一個元件中所有的帶電部件均畫在一起，并用點劃線框起來，即采用集中表示法。3．同一控制盤上的電器元件可以直接連接，而盤內(nèi)元器件與外部元器件連接時必須通過接線端子板。4．接線圖中各電器元件的圖形符號與文字符號均應(yīng)以原理圖為準(zhǔn)，并保持一致。5．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)線實際走線路徑，施工時根據(jù)實際情況選擇最佳走線方式。圖2-5所示為CW6132型車床電氣互連接線圖。圖2-5CW6132型車床電氣互連接線圖2.1.4電氣原理圖閱讀和分析方法閱讀電氣原理圖的方法主要有兩種：查線讀圖法和邏輯代數(shù)法。1．查線讀圖法查線讀圖法又稱直接讀圖法或跟蹤追擊法。它是按照線路根據(jù)生產(chǎn)過程的工作步驟依次讀圖。其讀圖步驟如下：（1）了解生產(chǎn)工藝與執(zhí)行電器的關(guān)系。在分析電氣線路之前，應(yīng)該熟悉生產(chǎn)機(jī)械的工藝情況，充分了解生產(chǎn)機(jī)械要完成哪些動作，這些動作之間又有什么聯(lián)系；然后進(jìn)一步明確生產(chǎn)機(jī)械的動作與執(zhí)行電器的關(guān)系，必要時可以畫出簡單的工藝流程圖，為分析電氣線路提供方便。（2）分析主電路。在分析電氣線路時，一般應(yīng)先從電動機(jī)著手，根據(jù)主電路中有哪些控制元件的主觸點、電阻等元器件大致判斷電動機(jī)是否有正反轉(zhuǎn)控制、制動控制和調(diào)速要求等。（3）分析控制電路。通常對控制電路按照由上往下或從左往右的順序依次閱讀，可以按主電路的構(gòu)成情況，把控制電路分解成與主電路相對應(yīng)的幾個基本環(huán)節(jié)，依次分析，然后將各個基本環(huán)節(jié)結(jié)合起來綜合分析。首先應(yīng)了解各信號元件、控制元件或執(zhí)行元件的初始狀態(tài)；然后設(shè)想按動了操作按鈕，線路中有哪些元件受控動作；這些動作元件的觸點又是如何控制其他元件動作，進(jìn)而查看受驅(qū)動的執(zhí)行元件有何運(yùn)動；再繼續(xù)追查執(zhí)行元件帶動機(jī)械運(yùn)動時，會使哪些信號元件狀態(tài)發(fā)生變化。查線讀圖法的優(yōu)點是直觀性強(qiáng)，容易掌握，因而得到廣泛應(yīng)用。其缺點是分析復(fù)雜線路時容易出錯，敘述也較長。2．邏輯代數(shù)法邏輯代數(shù)法又稱間接讀圖法，是通過對電路的邏輯表達(dá)式的運(yùn)算來分析控制電路的，其關(guān)鍵是正確寫出電路的邏輯表達(dá)式。邏輯變量及其函數(shù)只有“1”、“0”兩種取值，用來表示兩種不同的邏輯狀態(tài)。繼電器－接觸器控制線路的元件都是兩態(tài)元件，即它們只有“通”和“斷”兩種狀態(tài)，如開關(guān)的接通和斷開，線圈的通電或斷電，觸點的閉合或斷開等均可用邏輯代數(shù)表示。通常把繼電器、接觸器、電磁閥等線圈通電或按鈕、行程開關(guān)受力（其常開觸點閉合接通），用邏輯“1”表示；把線圈失電或按鈕、行程開關(guān)未受力（其常開觸點斷開），用邏輯“0”表示。在繼電器－接觸器控制線路中，把表示觸點狀態(tài)的邏輯變量稱為輸入邏輯變量；把表示繼電器、接觸器等受控元件的邏輯變量稱為輸出邏輯變量。輸出邏輯變量是根據(jù)輸入邏輯變量經(jīng)過邏輯運(yùn)算得出的。輸入、輸出邏輯變量的這種相互關(guān)系稱為邏輯函數(shù)關(guān)系，也可用真值表來表示。（1）邏輯與。邏輯與用觸點串聯(lián)來實現(xiàn)。KA1和KA2觸點串聯(lián)電路實現(xiàn)邏輯與運(yùn)算，只有當(dāng)觸點KA1和KA2都閉合，即KA1=1與KA2=1時，線圈KM才得電，KM=1。否則，若KA1或KA2有一個斷開，即有一個為“0”，線路就斷開，KM=0。其邏輯關(guān)系為：KM=KA1·KA2（2）邏輯或。邏輯或用觸點并聯(lián)電路實現(xiàn)。圖2-6b所示的KA1和KA2觸點并聯(lián)電路實現(xiàn)邏輯或運(yùn)算，當(dāng)觸點KA1或KA2任一閉合，即KA1=1或KA2=1時，線圈KM才得電，KM=1。其邏輯關(guān)系為：KM=KA1+KA2（3）邏輯非。邏輯非實際上就是觸點狀態(tài)取反。圖2-6c所示電路實現(xiàn)邏輯非運(yùn)算，當(dāng)常閉觸點KA閉合，則KM=1，線圈KM得電吸合。當(dāng)常閉觸點KA斷開，則KM=0，線圈不得電。其邏輯關(guān)系為：a)邏輯與b)邏輯或c)邏輯非圖2-6基本邏輯電路圖邏輯代數(shù)法讀圖的優(yōu)點是：各電氣元件之間的聯(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)的具體運(yùn)算，一般不會遺漏或看錯電路的控制功能。而且采用邏輯代數(shù)法后，為電氣線路采用計算機(jī)輔助分析提供方便。該方法的主要缺點是：對于復(fù)雜的電氣線路，其邏輯表達(dá)式繁瑣、冗長。2.2.1直接起動控制線路中小型異步電動機(jī)可采用直接起動方式，起動時將電動機(jī)的定子繞組直接接在額定電壓的交流電源上。通常對容量小于10kW的籠型異步電動機(jī)采用直接起動方法。1．點動控制線路圖2-7所示為電動機(jī)點動控制線路。圖中轉(zhuǎn)換開關(guān)QS、熔斷器FU、交流接觸器KM的主觸點、熱繼電器FR的熱元件與電動機(jī)組成主電路，主電路中通過的電流較大。控制電路由起動按鈕SB、接觸器KM的線圈及熱繼電器FR的常閉觸點組成，控制電路中流過的電流較小。圖2-7電動機(jī)點動控制線路控制線路的工作原理如下：接通電源開關(guān)QS，按下起動按鈕SB，接觸器KM的吸引線圈通電，主觸點閉合，電動機(jī)定子繞組接通三相電源，電動機(jī)起動。松開起動按鈕，接觸器線圈斷電，主觸點分?jǐn)?，切斷三相電源，電動機(jī)停止。電路中，所有電器的觸點都按電器沒有通電和沒有外力作用時的初始狀態(tài)畫出，如接觸器、繼電器的觸點，按線圈不通電時的狀態(tài)畫出；按鈕、行程開關(guān)等按不受外力作用時的狀態(tài)畫出。2．長動控制線路圖2-8所示為長動控制線路。它的工作原理如下：接通電源開關(guān)QS，按下起動按鈕SB2時，接觸器KM吸合，主觸點閉合，主電路接通，電動機(jī)M起動運(yùn)行。同時并聯(lián)在起動按鈕SB2兩端的接觸器輔助常開觸點也閉合，故即使松開按鈕SB2，控制電路也不會斷電，電動機(jī)仍能繼續(xù)運(yùn)行，按下停止按鈕SB1時，KM線圈斷電，接觸器所有的觸點斷開，切斷主電路，電動機(jī)停轉(zhuǎn)。這種依靠接觸器自身的輔助觸點來使其線圈保持通電的現(xiàn)象稱為自鎖。圖2-8長動控制線路3．長動和點動控制線路在實際生產(chǎn)中，往往需要既可以點動又可以長動的控制線路。其主電路相同，但控制電路有多種，如圖2-9所示。a)用開關(guān)控制b)用復(fù)合按鈕控制c)用中間繼電器控制圖2-9點動和長動控制線路圖2-9a比較簡單，它是以開關(guān)SA的預(yù)選來實現(xiàn)點動與長動的。由于起動均由按鈕SB2控制，SA若接通，按下SB2，則為長動控制，SA若分?jǐn)?，按下SB2則為點動控制；圖2-9b雖然將點動按鈕SB3與長動按鈕SB2分開了，但當(dāng)接觸器鐵心因油膩或剩磁而發(fā)生緩慢釋放時，點動可能變成長動，故雖簡單但并不可靠；圖2-9c采用中間繼電器實現(xiàn)點動控制，可靠性大大提高。點動時按SB3，中間繼電器KA的常閉觸點斷開接觸器KM的自鎖觸點，KA的常開觸點使KM通電，電動機(jī)點動，長動控制時，按SB2即可。試分析如圖2-10所示電路，如何實現(xiàn)點動、長動控制？圖2-10點動和長動控制線路4．兩地控制線路在實際控制中往往要求對一臺電動機(jī)能實現(xiàn)兩地控制，即在甲、乙兩個地方都能對電動機(jī)實現(xiàn)起動與停止控制，或在一地起動另一地停止。實現(xiàn)兩地控制的基本原則為在控制線路中將兩個起動按鈕的常開觸點并聯(lián)連接，將兩個停止按鈕的常閉觸點串聯(lián)連接。圖2-11所示為對一臺電動機(jī)實現(xiàn)兩地控制的控制線路，其中按鈕SB1、SB3位于甲地，按鈕SB2、SB4位于乙地。圖2-11兩地控制線路5．多條件控制線路在某些應(yīng)用場合往往需要多個條件同時滿足，才能對一臺電動機(jī)實現(xiàn)起、?？刂?。實現(xiàn)多條件控制的基本原則為在控制線路中將多個起動按鈕的常開觸點串聯(lián)連接，將多個停止按鈕的常閉觸點并聯(lián)連接。圖2-12所示為對一臺電動機(jī)實現(xiàn)多條件控制的控制線路，只有當(dāng)SB4、SB5、SB6同時按下電動機(jī)才能運(yùn)轉(zhuǎn)；只有當(dāng)SB1、SB2、SB3同時按下電動機(jī)才能停止運(yùn)轉(zhuǎn)。圖2-12多條件控制線路2.2.2降壓起動控制線路對于大型的電動機(jī)，當(dāng)電動機(jī)容量超過供電變壓器容量的一定比例時，一般都應(yīng)采用降壓起動，以防止過大的起動電流引起電源電壓的下降。對于起動頻繁，允許直接起動電動機(jī)容量不大于變壓器容量的20%；對于不經(jīng)常起動者，直接起動電動機(jī)容量不大于變壓器容量的30%。定子側(cè)降壓起動常用的方法有Y－?降壓起動、定子串電阻降壓起動及自耦變壓器降壓啟動等。1．Y－△降壓起動控制電路僅用于正常運(yùn)行時定子繞組為△聯(lián)結(jié)的電動機(jī)。Y－△起動時，電動機(jī)繞組先接成Y形，待轉(zhuǎn)速增加到一定程度時，再將線路切換成△形聯(lián)結(jié)。這種方法可使每相定子繞組所承受的電壓在起動時降低到電源電壓的，其電流為直接起動時的1/3。由于起動電流減小，起動轉(zhuǎn)矩也同時減小到直接起動的1/3，所以這種方法一般只適合于空載或輕載起動的場合。

圖2-1313kW以下電動機(jī)Y－△降壓起動線路工作原理如下：合上電源開關(guān)QS，按下起動按鈕SB2，接觸器KM1、時間繼電器KT線圈得電，KM1的主觸點閉合使電動機(jī)定子繞組聯(lián)結(jié)成星形，接入三相電源進(jìn)行降壓起動，同時KM1的輔助常開觸點閉合自鎖。經(jīng)一段延時后，時間繼電器的常開觸點KT閉合，KM2線圈得電，主電路中KM2輔助常閉觸點斷開，主觸點閉合，電動機(jī)繞組聯(lián)結(jié)成三角形全壓運(yùn)行?？刂齐娐分校琄M2輔助常閉觸點斷開，KT線圈斷電，KM2輔助常開觸點閉合自鎖。（2）適用于13kW以上電動機(jī)Y－△降壓起動線路工作原理如下：先合上電源開關(guān)QS，按下起動按鈕SB2，接觸器KM1、KM3線圈得電，KM1、KM3的主觸點閉合使電動機(jī)定子繞組聯(lián)結(jié)成星形，接入三相電源進(jìn)行降壓起動。同時，時間繼電器KT線圈得電，經(jīng)一段延時后，其延時斷開常閉觸點KT斷開，KM3線圈失電，而延時閉合常開觸點KT閉合，KM2線圈得電并自鎖，電動機(jī)繞組聯(lián)結(jié)成三角形全壓運(yùn)行。圖2-1413kW以上電動機(jī)Y－△降壓起動線路圖中KM3線圈得電后，其輔助常閉觸點斷開，防止KM2線圈同時得電；同樣KM2線圈得電后，其輔助常閉觸點斷開，防止KM3線圈同時得電。接觸器利用其輔助觸點相互制約的這種關(guān)系稱為“互鎖”或“聯(lián)鎖”，這種互鎖關(guān)系，可保證起動過程中KM2與KM3的主觸點不能同時閉合，以防止電源短路。KM2的輔助常閉觸點同時也使時間繼電器KT線圈斷電。2．串電阻（電抗器）降壓起動控制線路電動機(jī)正常運(yùn)行時定子繞組按星形聯(lián)結(jié)，不能采用Y－△降壓起動方法，這種情況下可采用定子繞組串聯(lián)電阻（或電抗器）的降壓起動方法，控制路線如圖2-15所示。在電動機(jī)起動時，將電阻（或電抗器）串聯(lián)在定子繞組與電源之間，由于串聯(lián)電阻（或電抗器）起到了分壓作用，電動機(jī)定子繞組上所承受的電壓只是額定電源電壓的一部分，這樣就限制了起動電流，當(dāng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速上升到一定值時，再將電阻（或電抗器）短接，電動機(jī)全壓運(yùn)轉(zhuǎn)。a)控制線路一b)控制線路二圖2-15定子串電阻降壓起動控制線路圖2-15a線路中，合上電源開關(guān)QS，按下按鈕SB2，接觸器KM1和時間繼電器KT的線圈同時得電，KM1輔助常開觸點閉合自鎖，KM1主觸點閉合，電動機(jī)定子繞組串聯(lián)電阻（或電抗器）降壓起動。一段延時后，KT的延時閉合常開觸點閉合，KM2線圈得電，KM2主觸點閉合，主電路中電阻(或電抗器)被短接，電動機(jī)全壓運(yùn)轉(zhuǎn)。圖2-15b線路中，接觸器KM2得電后，其輔助常閉觸點將KM1和KT線圈斷電，同時KM2輔助常開觸點閉合，自鎖。3．自耦變壓器降壓起動控制線路自耦變壓器降壓起動方法適用于起動較大容量的、正常工作時接成星形或三角形聯(lián)結(jié)的電動機(jī)；起動轉(zhuǎn)矩可以通過改變抽頭的連接位置得到改變，因此起動時對電網(wǎng)的電流沖擊?。凰娜秉c是自耦變壓器價格較貴，且不允許頻繁起動。圖2-16為自耦變壓器降壓起動的控制線路。工作原理：起動時，合上電源開關(guān)QS，按下起動按鈕SB2，接觸器KM1的線圈和時間繼電器KT的線圈得電，KT瞬時動作觸點閉合，自鎖，接觸器KM1主觸點閉合，電流從電源經(jīng)自耦變壓器二次側(cè)接至電動機(jī)定子繞組，降壓起動開始。當(dāng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時，時間繼電器延時時間到，其動斷觸點斷開，使接觸器KM1線圈斷電，KM1主觸點斷開，將自耦變壓器從電網(wǎng)上切除，同時時間繼電器動合觸點延時閉合，將電動機(jī)直接接至電網(wǎng)正常運(yùn)行。圖2-16自耦變壓器降壓起動控制線路

圖2-17XJ01型補(bǔ)償器降壓起動控制線路一般工廠常用的自耦變壓器起動方法是采用成品的補(bǔ)償降壓起動器。這種成品的補(bǔ)償降壓起動器包括手動、自動操作兩種形式。手動操作的補(bǔ)償器有QJ3、QJ5等型號，自動操作的補(bǔ)償器有XJ01型和CTZ系列等。XJ01型補(bǔ)償降壓起動器適用于14～28KW電動機(jī)，其控制線路如圖2-17所示，試自行分析其工作原理。2.3.1正反轉(zhuǎn)控制線路許多生產(chǎn)機(jī)械需要正、反兩個方向的運(yùn)動，例如機(jī)床工作臺的前進(jìn)與后退，主軸的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，起重機(jī)吊鉤的上升與下降等，要求電動機(jī)可以正、反轉(zhuǎn)。只需將接至交流電動機(jī)的三相電源進(jìn)線中任意兩相對調(diào)，即可實現(xiàn)反轉(zhuǎn)。在電路中可由兩個接觸器KM1、KM2控制。必須指出的是KM1和KM2的主觸點決不允許同時接通，否則將造成電源短路的事故。1．“正轉(zhuǎn)-停止-反轉(zhuǎn)”和“正轉(zhuǎn)-反轉(zhuǎn)-停止”控制線路（1）“正轉(zhuǎn)-停止-反轉(zhuǎn)”控制線路控制線路如圖2-18所示，其實質(zhì)利用接觸器互鎖實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。其工作原理是：合上電源開關(guān)QS，按下正轉(zhuǎn)起動按鈕SB2，接觸器KM1線圈得電自鎖，其輔助常閉觸點斷開，起互鎖作用，切斷了接觸器KM2的控制電路，KM1主觸點閉合，主電路按順相序接通，電動機(jī)正轉(zhuǎn)；此時若按下停止按鈕SB1，KM1線圈斷電，其所有觸點復(fù)位，電動機(jī)停轉(zhuǎn)，KM1輔助常閉觸點恢復(fù)閉合，若再按下反轉(zhuǎn)起動按鈕SB3，則KM2線圈得電自鎖，主電路按逆相序接通，電動機(jī)反轉(zhuǎn)，同理，KM2常閉觸點切斷了KM1的控制電路，使KM1線圈無法得電。要注意的是，無論在正轉(zhuǎn)或是反轉(zhuǎn)的運(yùn)行過程中，若想改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)向，必須經(jīng)過“停車”這一過程，這是由KM1、KM2輔助常閉觸點構(gòu)成的互鎖電路決定的。該控制線路結(jié)構(gòu)簡單，但操作不方便，這種工作方式即為“正轉(zhuǎn)-停止-反轉(zhuǎn)”控制。圖2-18“正轉(zhuǎn)-停止-反轉(zhuǎn)”控制線路（2）“正轉(zhuǎn)-反轉(zhuǎn)-停止”控制線路控制線路如圖2-19所示，其實質(zhì)是利用接觸器及復(fù)合按鈕相結(jié)合的雙重互鎖的形式實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制，即既有接觸器的電氣互鎖，又有復(fù)合按鈕的機(jī)械聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制線路。其工作原理是：合上電源開關(guān)QS，按下SB2，接觸器KM1線圈得電吸合并自鎖，KM1主觸點閉合，電動機(jī)正轉(zhuǎn)，KM1常閉觸點斷開，互鎖；此時若按下SB3，其常閉觸點首先斷開KM1線圈回路，KM1所有觸點復(fù)位，接著SB3常開觸點閉合，接觸器KM2得電吸合并自鎖，KM2主觸點閉合，電動機(jī)反轉(zhuǎn)，KM2常閉觸點斷開，互鎖。由于復(fù)合按鈕的機(jī)械結(jié)構(gòu)決定其觸點的動作順序，即常閉觸點先斷開，常開觸點后閉合，因此這種“正轉(zhuǎn)-反轉(zhuǎn)-停止”控制線路能實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)直接切換的要求。圖2-19“正轉(zhuǎn)-反轉(zhuǎn)-停止”控制線路利用接觸器來控制電動機(jī)與用開關(guān)直接控制相比，其優(yōu)點是：減輕了勞動強(qiáng)度，操縱小電流的控制電路就可以控制大電流的主電路，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制與自動控制。2．正反轉(zhuǎn)自動循環(huán)控制線路在實際生產(chǎn)過程中，有時需要控制生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動部件的行程，例如銑床的工作臺、組合機(jī)床的滑臺等，并要求在一定的行程范圍內(nèi)自動往復(fù)循環(huán)。實現(xiàn)運(yùn)動部件位置的控制，稱為行程控制。在行程控制中所使用的主要電器元件是行程開關(guān)。圖2-20所示為正反轉(zhuǎn)自動循環(huán)控制線路元件布置示意圖。SQ1、SQ2分別安裝在床身兩端，反映工作臺行程的兩個極限位置。撞塊A、B安裝在工作臺上，當(dāng)撞塊隨著工作臺運(yùn)動到行程開關(guān)位置時，壓下行程開關(guān)，使其觸點動作，從而改變控制電路，使電動機(jī)正反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)工作臺的自動往返運(yùn)動。圖2-21是利用行程開關(guān)實現(xiàn)電動機(jī)正反轉(zhuǎn)的自動循環(huán)控制線路圖，機(jī)床工作臺的往返循環(huán)運(yùn)動由電動機(jī)正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)，圖中SQ1與SQ2分別為工作臺右限位行程開關(guān)和左限位行程開關(guān)，圖2-20正反轉(zhuǎn)自動循環(huán)控制線路元件布置示意圖圖2-21自動循環(huán)控制線路工作原理：按正轉(zhuǎn)起動按鈕SB2，接觸器KM1得電吸合并自鎖，電動機(jī)正轉(zhuǎn)使工作臺右移，當(dāng)工作臺運(yùn)動到右端時，撞塊A壓下右限位行程開關(guān)SQ1，首先其常閉觸點使KM1線圈斷電釋放，然后其常開觸點使KM2線圈得電吸合并自鎖，電動機(jī)反轉(zhuǎn)使工作臺左移，當(dāng)撞塊B壓下左限位行程開關(guān)SQ2時，同理，KM2線圈首先斷電釋放，然后KM1線圈又得電吸合并自鎖，電動機(jī)又開始正轉(zhuǎn)使工作臺右移，如此反復(fù)，一直循環(huán)下去。SB1為自動循環(huán)停止按鈕。從上述分析來看，工作臺每經(jīng)過一個往復(fù)循環(huán)，電動機(jī)要進(jìn)行兩次轉(zhuǎn)向改變，所以電動機(jī)的軸將受到很大的沖擊力，電動機(jī)容易損壞。此外，當(dāng)循環(huán)周期很短時，電動機(jī)由于頻繁地?fù)Q向和起動，會因過熱而損壞。因此，上述線路只適合于循環(huán)周期長且電動機(jī)的軸有足夠強(qiáng)度的傳動系統(tǒng)中。2.3.2雙速電動機(jī)控制線路采用雙速電動機(jī)能簡化齒輪傳動的變速箱，在車床、磨床、鏜床等機(jī)床中應(yīng)用很多。雙速電動機(jī)是通過改變定子繞組接線的方法，以獲得兩個同步轉(zhuǎn)速。圖2-22所示為4/2極雙速電動機(jī)定子繞組接線示意圖，圖2-22a將定子繞組的U1、V1、W1接電源，而U2、V2、W2接線端懸空，則三相定子繞組接成三角形，每相繞組中的兩個線圈串聯(lián)，電流參考方向如圖2-22a中箭頭方向所示，磁場具有四個極（即兩對極），電動機(jī)為低速。若將接線端U1、V1、W1連在一起，而U2、V2、W2接電源。則三相定子繞組接成雙星形，每相繞組中的兩個線圈并聯(lián)，電流參考方向如圖2-22b中箭頭方向所示，磁場為兩個極（即一對極），電動機(jī)為高速。a)三角形聯(lián)結(jié)b)雙星形聯(lián)結(jié)圖2-224/2極雙速電動機(jī)定子繞組接線示意圖圖2-23所示為雙速電動機(jī)采用復(fù)合按鈕聯(lián)鎖的高、低速直接轉(zhuǎn)換的控制線路。工作原理：按下低速起動按鈕SB2，接觸器KM1得電吸合并自鎖，KM1主觸點閉合，電動機(jī)定子繞組接成三角形，電動機(jī)以低速運(yùn)轉(zhuǎn)，KM1常閉觸點斷開，互鎖。若按下高速起動按鈕SB3，首先KM1線圈斷電釋放，其所有觸點復(fù)位，然后KM2和KM3線圈得電并自鎖，KM2、KM3主觸點閉合，電動機(jī)定子繞組聯(lián)結(jié)成雙星形，電動機(jī)以高速運(yùn)轉(zhuǎn)，KM2常閉觸點斷開，互鎖。圖2-23雙速電動機(jī)的控制線路2.3.3順序起動控制線路在機(jī)床運(yùn)行時，多臺電動機(jī)起動往往有先后順序要求，如主軸電動機(jī)起動前先起動潤滑油泵電動機(jī)等順序控制要求。如圖2-24所示為兩臺電動機(jī)順序起動控制線路。圖2-24a為順序起動方案一，采用單個KM1的輔助常開觸點進(jìn)行順序起動。工作原理：先按下按鈕SB2，KM1線圈得電，主電路中KM1主觸點閉合，電動機(jī)M1先運(yùn)轉(zhuǎn)，KM1常開觸點閉合自鎖，再按下按鈕SB4，KM2線圈得電，主電路中KM2主觸點閉合，電動機(jī)M2運(yùn)轉(zhuǎn)，KM2常開觸點閉合自鎖。圖2-24b為順序起動方案二，采用兩對KM1的輔助常開觸點進(jìn)行順序起動。工作原理：先按下按鈕SB2，KM1線圈得電，主電路中KM1主觸點閉合，電動機(jī)M1先運(yùn)轉(zhuǎn)，KM1線圈回路中的KM1常開觸點閉合自鎖，同時，KM2線圈回路中的KM1常開觸點閉合為KM2線圈得電提供條件，再按下按鈕SB4，KM2線圈得電，主電路中KM2主觸點閉合，電動機(jī)M2運(yùn)轉(zhuǎn)，KM2常開觸點閉合自鎖。a)順序起動方案一b)順序起動方案二圖2-24兩臺電動機(jī)順序起動控制線路三相異步電動機(jī)從切斷電源到完全停止旋轉(zhuǎn)，由于慣性，總要經(jīng)過一段時間，這往往不能適應(yīng)某些生產(chǎn)機(jī)械工藝的要求，如卷揚(yáng)機(jī)、機(jī)床設(shè)備等，無論是從提高生產(chǎn)效率，還是從安全及工藝要求等方面考慮，都要求能對電動機(jī)進(jìn)行制動控制，即能迅速使電動機(jī)停機(jī)、定位。三相異步電動機(jī)的制動方法一般有兩大類，機(jī)械制動和電氣制動。機(jī)械制動時用機(jī)械裝置來強(qiáng)迫電動機(jī)迅速停車，如電磁抱閘、電磁離合器等；電氣控制實質(zhì)上在電動機(jī)接到停車命令時，同時產(chǎn)生一個與原來旋轉(zhuǎn)方向相反的制動轉(zhuǎn)矩，迫使電動機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降。電氣制動控制線路包括反接制動控制線路和能耗制動控制線路。2.4.1反接制動控制線路反接制動是利用改變電動機(jī)電源的相序，使定子繞組產(chǎn)生相反方向的旋轉(zhuǎn)磁場，從而產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩的一種制動方法。反接制動的特點是制動迅速，效果好，但電流沖擊較大，通常僅適用于10kW以下的小容量電動機(jī)。為了減小沖擊電流，通常要求在電動機(jī)主電路中串聯(lián)一定阻值的電阻以限制反接制動電流，該電阻稱為反接制動電阻。反接制動電阻的接線方式有對稱和不對稱兩種接法，采用對稱接法可以在限制制動轉(zhuǎn)矩的同時，也限制了制動電流，而采用不對稱接法，只限制了制動轉(zhuǎn)矩，未加制動電阻的那一相，仍具有較大的電流。反接制動需要注意的是在電動機(jī)轉(zhuǎn)速接近于零時，要及時切斷反相序電源，以防止反向再起動。圖2-25是一種電動機(jī)單向反接制動控制線路。工作原理：起動時，按下起動按鈕SB2，接觸器KM1線圈得電并自鎖，其主觸點閉合，電動機(jī)M運(yùn)轉(zhuǎn)，KM1常閉觸點斷開，互鎖。在電動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，速度繼電器KS的常開觸點閉合，為反接制動作好準(zhǔn)備。停車時，按下停止按鈕SB1，其常閉觸點首先斷開，接觸器KM1線圈斷電，KM1所有觸點復(fù)位，電動機(jī)M脫離電源，由于此時電動機(jī)的慣性很大，KS的常開觸點依然處于閉合狀態(tài)，接著SB1常開觸點閉合，反接制動接觸器KM2線圈得電并自鎖，其主觸點閉合，使電動機(jī)定子繞組接至與正常運(yùn)轉(zhuǎn)相序相反的三相交流電源，電動機(jī)進(jìn)入反接制動狀態(tài)，使電動機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降，當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速接近于零時，速度繼電器KS常開觸點復(fù)位，接觸器KM2線圈電路被切斷，反接制動過程結(jié)束。圖2-25電動機(jī)單向反接制動控制線路2.4.2能耗制動控制線路所謂能耗制動，就是在電動機(jī)脫離三相交流電源后，在電動機(jī)定子繞組上立即加一個直流電壓，利用轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流與靜止磁場的相互作用產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩以達(dá)到制動的目的。能耗制動可用時間繼電器進(jìn)行控制，也可用速度繼電器進(jìn)行控制。1．時間繼電器控制的單向能耗制動控制線路圖2-26是時間繼電器控制的單向能耗制動控制線路。工作原理：在電動機(jī)正常運(yùn)行的時候，若按下停止按鈕SB1，首先接觸器KM1斷電釋放，電動機(jī)脫離三相交流電源，然后接觸器KM2線圈得電，直流電源經(jīng)接觸器KM2的主觸點加入電動機(jī)定子繞組。時間繼電器KT線圈與接觸器KM2線圈同時得電并自鎖，電動機(jī)進(jìn)入能耗制動狀態(tài)。當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速接近零時，時間繼電器延時動斷觸點斷開，KM2線圈斷電釋放。2．速度繼電器控制的單向能耗制動控制線路圖2-27是速度繼電器控制的單向能耗制動控制線路。工作原理：在電動機(jī)正常運(yùn)行的時候，速度繼電器KS常開觸點閉合，為能耗制動作好準(zhǔn)備，若要停車，按下停止按鈕SB1，首先接觸器KM1斷電釋放，電動機(jī)脫離三相交流電源，隨后接觸器KM2線圈得電，直流電源經(jīng)接觸器KM2的主觸點加入電動機(jī)定子繞組，電動機(jī)進(jìn)入能耗制動狀態(tài)。

當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子的慣性速度低于速度繼電器動作轉(zhuǎn)速時，速度繼電器KS常開觸點復(fù)位從而斷開接觸器KM2線圈電路，KM2所有觸點復(fù)位，電動機(jī)能耗制動過程結(jié)束。圖中KM1、KM2的輔助常閉觸點為互鎖觸點。圖2-26時間繼電器控制的單向能耗制動控制線路圖2-27速度繼電器控制的單向能耗制動控制線路能耗制動比反接制動消耗的能量少，其制動電流也比反接制動電流小得多，但能耗制動的制動效果不及反接制動的明顯，同時需要一個直流電源，控制線路相對比較復(fù)雜，通常能耗制動適用于電動機(jī)容量較大和起、制動頻繁的場合。電氣控制系統(tǒng)除了滿足生產(chǎn)機(jī)械的加工工藝要求外，還要求長期、正常、無故障地運(yùn)行，這就需要各種保護(hù)措施。保護(hù)環(huán)節(jié)是所有生產(chǎn)機(jī)械電氣控制系統(tǒng)不可缺少的組成部分，用來保護(hù)電動機(jī)、電網(wǎng)、電氣控制設(shè)備以及人身安全等。電氣控制系統(tǒng)中常用到的保護(hù)環(huán)節(jié)有短路保護(hù)、過載保護(hù)、過電流保護(hù)、零電壓與欠電壓保護(hù)以及弱磁保護(hù)等。2.5.1短路保護(hù)電動機(jī)繞組、導(dǎo)線的絕緣損壞或線路故障，都可能造成短路事故。短路時，若不迅速切斷電源，會產(chǎn)生很大的短路電流和電動力，使電氣設(shè)備損壞。常用的短路保護(hù)元件有熔斷器和斷路器。熔斷器保護(hù)熔斷器的熔體串聯(lián)在被保護(hù)的電路中，當(dāng)電路發(fā)生短路或嚴(yán)重過載時，它自行熔斷，從而切斷電路，達(dá)到保護(hù)的目的。斷路器保護(hù)斷路器兼有短路、過載和欠電壓保護(hù)等功能，這種開關(guān)能在線路發(fā)生上述故障時快速地自行切斷電源。它是低壓配電重要保護(hù)元件之一，常作低壓配電盤的總電源開關(guān)及電動機(jī)、變壓器的合閘開關(guān)。通常熔斷器適用于對動作準(zhǔn)確性和自動化程度要求不高的系統(tǒng)中，對于斷路器，在發(fā)生短路就會自動跳閘，將三相電源同時切斷，故可減少電動機(jī)缺相運(yùn)行的隱患，廣泛應(yīng)用于控制要求較高的場合。2.5.2過載保護(hù)電動機(jī)長期過載運(yùn)行時，繞組的溫升會超過其允許值，電動機(jī)的絕緣材料就會變脆，壽命降低，嚴(yán)重時會使電動機(jī)損壞。過載電流越大，達(dá)到允許溫升的時間就越短。常用的過載保護(hù)元件是熱繼電器或斷路器，當(dāng)電動機(jī)繞組通入額定電流時，產(chǎn)生額定溫升，