《電機(jī)拖動與控制》課件第9章

第9章繼電器接觸器控制系統(tǒng)9.1常用低壓電器

9.2電氣圖及電氣控制線路的分析

9.3基本控制環(huán)節(jié)和典型控制電路

思考題與習(xí)題

9.1常用低壓電器

1.按工作電壓等級分按工作電壓不同，電器可分為高壓電器和低壓電器。

(1)高壓電器：用于交流電壓1200V、直流電壓1500V及以上電路中的電器，如高壓斷路器、高壓隔離開關(guān)、高壓熔斷器等。

(2)低壓電器：用于交流50Hz(或60Hz)、額定電壓1200V以下及直流額定電壓1500V以下的電路中，起通斷、保護(hù)、

控制或調(diào)節(jié)作用的電器(簡稱電器)，

如接觸器、

繼電器等。

2.按動作原理分

按動作原理可將電器分為手動電器和自動電器。

(1)手動電器：人手操作發(fā)出動作指令的電器，如刀開關(guān)、按鈕等。

(2)自動電器：產(chǎn)生電磁吸力而自動完成動作指令的電器，如接觸器、繼電器、電磁閥等。

3.按用途分

(1)控制電器：用于各種控制電路和控制系統(tǒng)的電器，如接觸器、繼電器、電動機(jī)起動器等。

(2)配電電器：用于電能的輸送和分配的電器，如高壓斷路器。

(3)主令電器：用于自動控制系統(tǒng)中發(fā)送動作指令的電器，如按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)等。

(4)保護(hù)電器：用于保護(hù)電路及用電設(shè)備的電器，如熔斷器、熱繼電器等。

(5)執(zhí)行電器：用于完成某種動作或傳送功能的電器，如電磁鐵、

電磁離合器等。

9.1.1接觸器接觸器(contactor)是電力拖動和自動控制系統(tǒng)中使用量大、涉及面廣的一種低壓控制電器，用來頻繁地接通和分?jǐn)嘟?、直流主回路和大容量控制電路。接觸器的主要控制對象是電動機(jī)，能實現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制，并具有欠(零)電壓保護(hù)功能。

1.結(jié)構(gòu)和工作原理

1)結(jié)構(gòu)

接觸器主要由電磁系統(tǒng)、觸頭系統(tǒng)和滅弧裝置組成，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖9.1.１所示。

圖9.1.1接觸器結(jié)構(gòu)簡圖

（1）電磁系統(tǒng)。電磁系統(tǒng)包括動鐵心(銜鐵)、靜鐵心和電磁線圈三部分，其作用是將電磁能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，產(chǎn)生電磁吸力帶動觸頭動作。

（2）觸頭系統(tǒng)。觸頭又稱為觸點，是接觸器的執(zhí)行元件，用來接通或斷開被控制電路。觸頭的結(jié)構(gòu)形式很多，按其所控制的電路可分為主觸頭和輔助觸頭。主觸頭用于接通或斷開主電路，允許通過較大的電流；輔助觸頭用于接通或斷開控制電路，只能通過較小的電流。觸頭按其原始狀態(tài)可分為常開觸頭(動合觸點)和常閉觸頭(動斷觸點)。原始狀態(tài)(即線圈未通電)時斷開，線圈通電后閉合的觸頭叫常開觸頭(normallyopencontact)；原始狀態(tài)時閉合，線圈通電后斷開的觸頭叫常閉觸頭(normallyclosedcontact)。線圈斷電后所有觸頭復(fù)位，

即回復(fù)到原始狀態(tài)。

（3）滅弧裝置。觸頭在分?jǐn)嚯娏魉查g，在觸頭間的氣隙中會產(chǎn)生電弧，電弧的高溫能將觸頭燒損，并可能造成其他事故，因此，應(yīng)采用適當(dāng)措施迅速熄滅電弧。常用的滅弧裝置有滅弧罩、滅弧柵和磁吹滅弧裝置。

2)工作原理接觸器根據(jù)電磁原理工作。電磁線圈通電后，線圈電流產(chǎn)生磁場，使靜鐵心產(chǎn)生電磁吸力吸引銜鐵，并帶動觸頭動作，使常閉觸頭斷開，常開觸頭閉合，兩者是聯(lián)動的。當(dāng)線圈斷電時，電磁力消失，銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使觸頭復(fù)原，即常開觸頭斷開，常閉觸頭閉合。

接觸器的圖形和文字符號如圖9.1.2所示。

圖9.1.2接觸器的圖形和文字符號(a)線圈；

(b)常開觸頭；

(c)常閉觸頭

2.交、直流接觸器的特點

1)交流接觸器交流接觸器線圈通以交流電，主觸頭接通、分?jǐn)嘟涣髦麟娐?。?dāng)交變磁通穿過鐵心時，將產(chǎn)生渦流和磁滯損耗，使鐵心發(fā)熱。為減少鐵損耗，鐵心用硅鋼片沖壓而成。為便于散熱，線圈做成短而粗的圓筒狀繞在骨架上。為防止交變磁通使銜鐵產(chǎn)生強(qiáng)烈振動和噪聲，交流接觸器鐵心端面上都安裝了一個銅制的短路環(huán)。

交流接觸器的滅弧裝置通常采用滅弧罩和滅弧柵。

2)直流接觸器直流接觸器線圈通以直流電流，主觸頭接通、切斷直流主電路。直流接觸器鐵心中不產(chǎn)生渦流和磁滯損耗，因此不發(fā)熱，鐵心可用整塊鋼制成。為散熱良好，通常將線圈繞制成長而薄的圓筒狀。直流接觸器滅弧較難，一般采用滅弧能力較強(qiáng)的磁吹滅弧裝置。

3.接觸器的選擇選擇接觸器時應(yīng)從工作條件出發(fā)，主要考慮下列因素：（1）控制交流負(fù)載應(yīng)選用交流接觸器；控制直流負(fù)載則選用直流接觸器。（2）接觸器的類別應(yīng)與負(fù)載性質(zhì)相一致。（3）主觸頭的額定工作電壓應(yīng)大于或等于負(fù)載電路的電壓。（4）主觸頭的額定工作電流應(yīng)大于或等于負(fù)載電路的電流。還要注意的是，接觸器主觸頭的額定工作電流是在規(guī)定條件(額定工作電壓、使用類別、操作頻率等)下能夠正常工作的電流值，

當(dāng)實際使用條件不同時，這個電流值也將隨之改變。

（5）吸引線圈的額定電壓應(yīng)與控制回路電壓相一致，接觸器在線圈額定電壓85％及以上時應(yīng)能可靠地吸合。

（6）

主觸頭和輔助觸頭的數(shù)量應(yīng)能滿足控制系統(tǒng)的需要。

9.1.2繼電器繼電器(relay)主要用于控制與保護(hù)電路中，可進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換。繼電器具有輸入電路(又稱感應(yīng)元件)和輸出電路(又稱執(zhí)行元件)，當(dāng)感應(yīng)元件中的輸入量(如電流、電壓、溫度、壓力等)變化到某一定值時繼電器動作，執(zhí)行元件便接通和斷開控制回路。控制繼電器種類繁多，常用的有電流繼電器、電壓繼電器、中間繼電器、時間繼電器、熱繼電器，以及溫度、壓力、

計數(shù)、

頻率繼電器，等等。

電壓、電流繼電器和中間繼電器屬于電磁式繼電器。其結(jié)構(gòu)、工作原理與接觸器相似，由電磁系統(tǒng)、觸頭系統(tǒng)和釋放彈簧等組成。由于繼電器用于控制電路，流過觸頭的電流小，故不需要滅弧裝置。

電磁式繼電器的圖形和文字符號如圖9.1.3所示。

圖9.1.3電磁式繼電器的圖形和文字符號(a)線圈；

(b)常開觸頭；

(c)常閉觸頭

1.電壓、電流繼電器根據(jù)輸入(線圈)電流大小而動作的繼電器稱為電流繼電器，按用途不同還可分為過電流繼電器和欠電流繼電器。過電流繼電器的任務(wù)是當(dāng)電路發(fā)生短路及過流時立即將電路切斷。當(dāng)過流繼電器線圈通過的電流小于整定電流時，繼電器不動作；只有超過整定電流時，繼電器才動作。過電流繼電器的動作電流整定范圍對交流電為(110％～350％)IN，對直流電為(70%～300％)IN。欠電流繼電器的任務(wù)是當(dāng)電路電流過低時立即將電路切斷。當(dāng)欠電流繼電器線圈通過的電流大于或等于整定電流時，繼電器吸合；只有電流低于整定電流時，繼電器才釋放。

欠電流繼電器的動作電流整定范圍：吸合電流為(30％～50％)IN，釋放電流為(10％～20％)IN

。欠電流繼電器一般是自動復(fù)位的。

電壓繼電器是根據(jù)輸入電壓大小而動作的繼電器。過電壓繼電器的動作電壓整定范圍為(105％～120％)UN；欠電壓繼電器的吸合電壓調(diào)整范圍為(30％～50％)UN，釋放電壓調(diào)整范圍為(7％～20％)UN

。電流、電壓繼電器的文字符號分別為KI和KV。

2.中間繼電器

中間繼電器實質(zhì)上是電壓繼電器的一種，它的觸點數(shù)多，觸點電流容量大，動作靈敏。中間繼電器的主要用途是當(dāng)其它繼電器的觸點數(shù)或觸點容量不夠時，可借助中間繼電器來擴(kuò)大它們的觸點數(shù)或觸點容量，從而起到中間轉(zhuǎn)換的作用。常用的中間繼電器有JZ7系列。以JZ7—92為例，JZ為中間繼電器的代號，7為序號，有9對常開觸頭，2對常閉觸頭。

新型中間繼電器觸頭閉合過程中，動、靜觸頭間有一段滑擦、滾壓過程，可以有效地清除觸頭表面的各種生成膜及塵埃，減小了接觸電阻，提高了接觸可靠性。有的中間繼電器還裝了防塵罩或采用密封結(jié)構(gòu)，這也是為了提高可靠性。有些中間繼電器安裝在插座上，插座有多種形式可供選擇；

有些中間繼電器可直接安裝在導(dǎo)軌上，安裝和拆卸均很方便。

常用的中間繼電器還有JZ18、

MA、

K、

HH5、

RT11等系列。

3.時間繼電器

時間繼電器是一種用來實現(xiàn)觸點延時接通或斷開的控制電器，按其動作原理與結(jié)構(gòu)不同，可分為空氣阻尼式、電動式、電子式等多種類型。

1）空氣阻尼式時間繼電器它由電磁機(jī)構(gòu)、工作觸頭及氣室三部分組成，其延時是靠空氣的阻尼作用來實現(xiàn)的?？諝庾枘崾綍r間繼電器常見的型號有JS7—A系列，按其控制原理分為通電延時和斷電延時兩種類型。圖9.1.4所示為JS7—A型空氣阻尼式時間繼電器的工作原理圖。

通電延時型時間繼電器電磁鐵線圈1通電后，將銜鐵4吸下，于是頂桿6與銜鐵間出現(xiàn)一個空隙。當(dāng)與頂桿6相連的活塞12在彈簧7作用下由上向下移動時，在橡皮膜9上面形成空氣稀薄的空間(氣室)，空氣由進(jìn)氣孔11逐漸進(jìn)入氣室，活塞12因受到空氣的阻力，不能迅速下降。當(dāng)降到一定位置時，杠桿15使延時觸頭14動作(常開觸點閉合，常閉觸點斷開)。線圈斷電時，彈簧8使銜鐵和活塞等復(fù)位，空氣經(jīng)橡皮膜與頂桿6之間推開的氣隙迅速排出，觸點瞬時復(fù)位。圖9.1.4JS7—A型空氣阻尼式時間繼電器工作原理圖(a)通電延時型；

(b)斷電延時型

斷電延時型時間繼電器與通電延時型時間繼電器的原理與結(jié)構(gòu)均相同，只是將其電磁機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)180°安裝?？諝庾枘崾綍r間繼電器的延時時間有0.4～180s和0.4～90s兩種，具有延時范圍較寬，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，價格低廉，壽命長等優(yōu)點，是機(jī)床交流控制線路中常用的時間繼電器。

2)電子式時間繼電器早期時間繼電器多是阻容式的，近期開發(fā)的產(chǎn)品多為數(shù)字式，又稱計數(shù)式時間繼電器，由脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、數(shù)字顯示器、放大器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，具有延時時間長、調(diào)節(jié)方便、精度高等優(yōu)點，有的還帶有數(shù)字顯示。電子式時間繼電器應(yīng)用很廣，可取代阻容式、空氣式、電動式等類型的時間繼電器。時間繼電器的圖形和文字符號如圖9.1.5所示。

圖9.1.5時間繼電器的圖形和文字符號(a)線圈；(b)延時閉合的動合觸頭；(c)延時斷開的動斷觸頭；(d)延時閉合的動斷觸頭；

(e)延時斷開的動合觸頭

4.熱繼電器熱繼電器(thermaloverloadrelay)是專門用來對連續(xù)運(yùn)行的電動機(jī)進(jìn)行過載及斷相保護(hù)，以防止電動機(jī)過熱而燒毀的保護(hù)電器。

1)熱繼電器的結(jié)構(gòu)及工作原理由圖9.1.6所示的JR19系列熱繼電器結(jié)構(gòu)原理圖可知，它主要由雙金屬片、加熱元件、動作機(jī)構(gòu)、觸點系統(tǒng)、整定調(diào)整裝置及手動復(fù)位裝置等組成。雙金屬片作為溫度檢測元件，由兩種膨脹系數(shù)不同的金屬片壓焊而成，它被加熱元件加熱后，因兩層金屬片伸長率不同而彎曲。加熱元件串接在電動機(jī)定子繞組中，當(dāng)電動機(jī)正常運(yùn)行時，熱元件產(chǎn)生的熱量不會使觸點系統(tǒng)動作；當(dāng)電動機(jī)過載時，流過熱元件的電流加大，經(jīng)過一定的時間，熱元件產(chǎn)生的熱量使雙金屬片的彎曲程度超過一定值，通過導(dǎo)板推動熱繼電器的觸點動作(常開觸點閉合，常閉觸點斷開)。通常用熱繼電器串接在接觸器線圈電路的常閉觸點來切斷線圈電流，使電動機(jī)主電路失電。

故障排除后，按手動復(fù)位按鈕，

熱繼電器觸點復(fù)位，

可以重新接通控制電路。

圖9.1.6JR19系列熱繼電器結(jié)構(gòu)原理圖

2）熱繼電器主要參數(shù)熱繼電器的主要參數(shù)有：熱繼電器額定電流、相數(shù)、熱元件額定電流、整定電流及調(diào)節(jié)范圍等。熱繼電器的額定電流是指熱繼電器中可以安裝的熱元件的最大整定電流值。熱繼電器的整定電流是指熱元件能夠長期通過而不致引起熱繼電器動作的最大電流值。通常熱繼電器的整定電流是按電動機(jī)的額定電流整定的。對于某一熱元件的熱繼電器，可手動調(diào)節(jié)整定電流旋鈕，通過偏心輪機(jī)構(gòu)調(diào)整雙金屬片與導(dǎo)板的距離，能在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)其電流的整定值，使熱繼電器更好地保護(hù)電動機(jī)。熱繼電器的圖形和文字符號如圖9.1.7所示。

圖9.1.7熱繼電器的圖形和文字符號(a)熱元件；

(b)常閉觸頭

5.速度繼電器速度繼電器(speedrelay)根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成，用于轉(zhuǎn)速的檢測，如用來在三相交流感應(yīng)電動機(jī)反接制動轉(zhuǎn)速過零時自動切除反相序電源。

圖9.1.8所示為速度繼電器的結(jié)構(gòu)原理圖。

圖9.1.8速度繼電器結(jié)構(gòu)原理圖速度繼電器主要由轉(zhuǎn)子、圓環(huán)(籠形空心繞組)和觸點三部分組成。轉(zhuǎn)子由一塊永久磁鐵制成，與電動機(jī)同軸相連，用以接收轉(zhuǎn)動信號。當(dāng)轉(zhuǎn)子(磁鐵)旋轉(zhuǎn)時，籠形繞組切割轉(zhuǎn)子磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，形成環(huán)內(nèi)電流，此電流與磁鐵磁場相作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，圓環(huán)在此力矩的作用下帶動擺桿，克服彈簧力而順轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向擺動，并撥動觸點，改變其通斷狀態(tài)(在擺桿左、右各設(shè)一組切換觸點，分別在速度繼電器正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時發(fā)生作用)。當(dāng)調(diào)節(jié)彈簧彈力時，可使速度繼電器在不同轉(zhuǎn)速時切換觸點，改變通斷狀態(tài)。

速度繼電器的動作轉(zhuǎn)速一般不低于120r／min，復(fù)位轉(zhuǎn)速約在100r／min以下，工作時允許的轉(zhuǎn)速高達(dá)1000～3900r／min。由速度繼電器的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)切換觸點的動作來反映電動機(jī)轉(zhuǎn)向和速度的變化。常用的速度繼電器型號有JY1型和JFZ0型。速度繼電器的圖形和文字符號如圖9.1.9所示。

圖9.1.9速度繼電器的圖形和文字符號(a)轉(zhuǎn)子；

(b)常開觸頭；

(c)常閉觸頭

6.固態(tài)繼電器

固態(tài)繼電器簡寫為SSR，是一種全部由固態(tài)電子元件(如光電耦合器、晶體管、可控硅、電阻、電容等)組成的無觸點開關(guān)器件。與普通繼電器一樣，它的輸入側(cè)與輸出側(cè)之間是電絕緣的。但是與普通電磁繼電器相比，SSR體積小，開關(guān)速度快，無機(jī)械觸點，因此沒有機(jī)械磨損，不怕有害氣體腐蝕，沒有機(jī)械噪聲，耐振動、沖擊，使用壽命長。它在通、斷時沒有火花和電弧，有利于防爆，干擾小(特別對微弱信號回路)。另外，SSR的驅(qū)動電壓低，電流小，易于與計算機(jī)接口。因此，SSR作為自動控制的執(zhí)行部件得到越來越廣泛的應(yīng)用，特別在那些要求防爆、防震、防腐蝕的場合，如煤礦井下設(shè)備、油田和化工廠的電氣控制設(shè)備以及航天、航空、車輛、輪船等控制設(shè)備中，

SSR更顯示出其優(yōu)越性。

與電磁繼電器一樣，SSR也有直流SSR(簡寫為DCSSR)和交流SSR(簡寫為ACSSR)兩種。DCSSR用于接通或斷開直流電源供電電路，ACSSR用于接通或斷開交流電源供電電路。ACSSR又有零電壓開關(guān)型(也稱過零型)和非零電壓開關(guān)型(也稱非過零型或調(diào)相型)兩種。過零型SSR不論外加控制信號相位如何，總是在交流電源電壓為零附近時SSR的輸出端才導(dǎo)通，導(dǎo)通時產(chǎn)生的射頻干擾很小。非過零型SSR可以在交流電源的任意相位上開啟或關(guān)閉。

為使SSR輸入側(cè)與輸出側(cè)電絕緣，可以采用脈沖變壓器和光電耦合器（也有極個別使用輔助小型繼電器的)，目前大都采用光電耦合器。圖9.1.10所示為固態(tài)繼電器的結(jié)構(gòu)框圖。它由耦合電路、觸發(fā)控制電路、開關(guān)電路、過零控制電路和吸收電路五部分構(gòu)成。這五部分被密封在一個六面體外殼內(nèi)，成為一個整體，外面只有A、B、C和D四個引線腳(對于交流SSR)或五個引線腳(對于部分DCSSR)。如果是過零型SSR，則還包括過零控制電路部分，非過零型SSR沒有這部分電路。有的產(chǎn)品把吸收電路部分封裝在外殼內(nèi)，有的則需外接，選用時應(yīng)注意，

現(xiàn)在大部分產(chǎn)品將吸收電路封裝在內(nèi)。

圖9.1.10固態(tài)繼電器的結(jié)構(gòu)框圖

9.1.3熔斷器

1.熔斷器的工作原理熔斷器(fuse)是一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格低廉的保護(hù)電器，廣泛用于供電線路和電氣設(shè)備的短路保護(hù)電路中。熔斷器由熔體和安裝熔體的外殼兩部分組成。熔體是熔斷器的核心，通常用低熔點的鉛錫合金、鋅、銅、銀的絲狀或片狀材料制成，新型的熔體通常設(shè)計成滅弧柵狀和具有變截面的片狀結(jié)構(gòu)。通過熔斷器的電流超過一定數(shù)值并經(jīng)過一定的時間后，電流在熔體上產(chǎn)生的熱量使熔體某處熔化而分?jǐn)嚯娐?，從而保護(hù)了電路和設(shè)備。

2.常用熔斷器的種類及技術(shù)數(shù)據(jù)

熔斷器按其結(jié)構(gòu)形式分為插入式、螺旋式、有填料密封管式、無填料密封管式等，其品種規(guī)格很多。在電氣控制系統(tǒng)中經(jīng)常選用螺旋式熔斷器，它有明顯的分?jǐn)嘀甘?，不用任何工具就可取下或更換熔體。最近推出的新產(chǎn)品有RL9、RL7系列，可以取代老產(chǎn)品RL1、RL2系列。RLS2系列是快速熔斷器，用以保護(hù)半導(dǎo)體硅整流元件及晶閘管，可取代老產(chǎn)品RLS1系列。RT12、RT15、NGT等系列是有填料密封管式熔斷器，瓷管兩端銅帽上焊有連接板，可直接安裝在母線排上。RT12、RT15系列還帶有熔斷指示器，熔斷時紅色指示器彈出。RT14系列熔斷器帶有撞擊器，熔斷時撞擊器彈出，既可作熔斷信號指示，也可觸動微動開關(guān)以切斷接觸器線圈電路，使接觸器斷電，實現(xiàn)三相電動機(jī)的斷相保護(hù)。

3.熔斷器的選擇

熔斷器的選擇主要是選擇熔斷器的種類、額定電壓、熔斷器額定電流和熔體額定電流等。熔斷器的種類主要由電控系統(tǒng)整體設(shè)計確定。熔斷器的額定電壓應(yīng)大于或等于實際電路的工作電壓。確定熔體電流是選擇熔斷器的主要任務(wù)，具體來說有下列幾條原則：（1）電路上、下兩級都裝設(shè)熔斷器時，為使兩級保護(hù)相互配合良好，兩級熔體額定電流的比值不小于1.9∶1。

(2)對于照明線路或電阻爐等沒有沖擊性電流的負(fù)載，熔體的額定電流應(yīng)大于或等于電路的工作電流，即IfN≥I1，式中IfN為熔體的額定電流，I1為電路的工作電流。

(3)保護(hù)一臺感應(yīng)電動機(jī)時，考慮電動機(jī)沖擊電流的影響，

熔體的額定電流按下式計算：

IfN≥(1.5～2.5)IN

式中：IN為電動機(jī)的額定電流。

（4）

保護(hù)多臺感應(yīng)電動機(jī)時，

若各臺電動機(jī)不同時起動，

則應(yīng)按下式計算熔體的額定電流：

式中：INmax為容量最大的一臺電動機(jī)的額定電流；∑IN為其余電動機(jī)額定電流的總和。熔斷器的圖形和文字符號如圖9.1.11所示。

圖9.1.11熔斷器的圖形和文字符號

9.1.4低壓隔離器低壓隔離器（lowvoltageinsulator）也稱刀開關(guān)。低壓隔離器是低壓電器中結(jié)構(gòu)比較簡單、應(yīng)用十分廣泛的一類手動操作電器，品種主要有低壓刀開關(guān)、熔斷器式刀開關(guān)和組合開關(guān)三種。隔離器主要用于在電源切除后，將線路與電源明顯隔開，以保障檢修人員的安全。熔斷器式刀開關(guān)由刀開關(guān)和熔斷器組合而成，故兼有兩者的功能，即電源隔離和短路保護(hù)功能，

可分?jǐn)嘁欢ǖ呢?fù)載電流。

1.刀開關(guān)

低壓刀開關(guān)由操縱手柄、觸刀、觸刀插座和絕緣底板等組成，圖9.1.12為其結(jié)構(gòu)簡圖。刀開關(guān)(knifeswitch)的主要類型有帶滅弧裝置的大容量刀開關(guān)、帶熔斷器的開啟式負(fù)荷開關(guān)(膠蓋開關(guān))、帶滅弧裝置和熔斷器的封閉式負(fù)荷開關(guān)(鐵殼開關(guān))等，常用的產(chǎn)品有HD11～HD14和HS11~HS13系列刀開關(guān)，HK1、KH2系列膠蓋開關(guān)，HH3、HH4系列鐵殼開關(guān)。圖9.1.12低壓隔離器結(jié)構(gòu)簡圖例如，HD13—400／31刀開關(guān)為帶滅弧罩中央杠桿操作的三極單投向刀開關(guān)，其額定電流為400A。刀開關(guān)的主要技術(shù)參數(shù)有長期工作所承受的最大電壓（額定電壓），長期通過的最大允許電流（額定電流）以及分?jǐn)嗄芰Φ?。近年來我國研制的新產(chǎn)品有HD18、HD17、HS17等系列隔離器，HG1系列熔斷器式隔離器等。選用刀開關(guān)時，刀的極數(shù)要與電源進(jìn)線相數(shù)相等；刀開關(guān)的額定電壓應(yīng)大于所控制的線路額定電壓；刀開關(guān)的額定電流應(yīng)大于負(fù)載的額定電流。刀開關(guān)的圖形和文字符號如圖9.1.13所示。

圖9.1.13刀開關(guān)的圖形和文字符號(a)單極；

(b)雙極；

(c)三極

2.組合開關(guān)

組合開關(guān)也是一種刀開關(guān)，不過它的刀片是轉(zhuǎn)動式的，操作比較輕巧。組合開關(guān)的動觸頭（刀片）和靜觸頭裝在封閉的絕緣件內(nèi)，采用疊裝式結(jié)構(gòu)，其層數(shù)由動觸頭的數(shù)量決定。動觸頭裝在操作手柄的轉(zhuǎn)軸上，隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而改變各對觸頭的通斷狀態(tài)。由于采用了扭簧儲能，可使開關(guān)快速接通及分?jǐn)嚯娐范c手柄旋轉(zhuǎn)速度無關(guān)，因而它不僅可用作不頻繁地接通、分?jǐn)嗉稗D(zhuǎn)換交直流電阻性負(fù)載電路，而且降低容量使用時可直接起動和分?jǐn)噙\(yùn)轉(zhuǎn)中的小型感應(yīng)電動機(jī)。

組合開關(guān)的主要參數(shù)有額定電壓、額定電流、極數(shù)等。其中額定電流有10A、25A、90A等幾級。全國統(tǒng)一設(shè)計的常用產(chǎn)品有HZ5、HZ10系列和新型組合開關(guān)HZ15等系列。組合開關(guān)的結(jié)構(gòu)、

圖形和文字符號如圖9.1.14所示。

圖9.1.14組合開關(guān)的結(jié)構(gòu)、

圖形和文字符號

3.低壓斷路器低壓斷路器(lowvoltagecircuitbreaker)過去稱為自動開關(guān)，為了和IEC(國際電氣技術(shù)委員會)標(biāo)準(zhǔn)一致，故改用此名。低壓斷路器可用來分配電能，不頻繁地起動感應(yīng)電動機(jī)，對電源線路及電動機(jī)等實行保護(hù)，當(dāng)它們發(fā)生嚴(yán)重的過載或短路及欠電壓等故障時能自動切斷電路，其功能相當(dāng)于熔斷器式斷路器與過流、欠壓、熱繼電器等的組合，而且在分?jǐn)喙收想娏骱笠话悴恍枰鼡Q零部件，

因此獲得了廣泛的應(yīng)用。

斷路器的結(jié)構(gòu)分為框架式(又稱萬能式)和塑料外殼式(又稱裝置式)兩大類?？蚣苁綌嗦菲鳛槌ㄩ_式結(jié)構(gòu)，適用于大容量配電裝置；塑料外殼式斷路器的特點是外殼用絕緣材料制作，具有良好的安全性，廣泛用于電氣控制設(shè)備及建筑物內(nèi)作電源線路保護(hù)及對電動機(jī)進(jìn)行過載和短路保護(hù)。

圖9.1.15低壓斷路器工作原理圖

低壓斷路器主要由觸頭和滅弧裝置、各種可供選擇的脫扣器與操作機(jī)構(gòu)、自由脫扣機(jī)構(gòu)三部分組成。各種脫扣器包括過流、欠壓(失壓)脫扣器和熱脫扣器等。低壓斷路器的工作原理如圖9.1.15所示。圖中選用了過流和欠壓兩種脫扣器，開關(guān)的主觸頭靠操作機(jī)構(gòu)手動或電動合閘，在正常工作狀態(tài)下能接通和分?jǐn)喙ぷ麟娏?。?dāng)電路發(fā)生短路或過流故障時，過流脫扣器4的銜鐵被吸合，使自由脫扣機(jī)構(gòu)的鉤子脫開，自動開關(guān)觸頭分離，及時有效地切除高達(dá)數(shù)十倍額定電流的故障電流。若電網(wǎng)電壓過低或為零，則欠壓脫扣器5的銜鐵被釋放，自由脫扣機(jī)構(gòu)動作，使斷路器觸頭分離，從而在過流與零壓欠壓時保證了電路及電路中設(shè)備的安全。

塑料外殼式斷路器的主要參數(shù)有額定工作電壓、殼架額定電流等級、極數(shù)、脫扣器類型及額定電流、短路分?jǐn)嗄芰Φ?。塑料外殼式斷路器的主要產(chǎn)品有DZ15、DZ20系列及DZ5、DZ10、DZX10、DZX19等系列，其中DZ5的殼架電流為10～50A，

DZ10為100～900A。

我國新研制的DZ20系列斷路器按其極限分?jǐn)喙收想娏鞯哪芰Ψ譃橐话阈?Y型)、較高型(J型)、最高型(G型)。J型斷路器利用短路電流的巨大電動斥力將觸頭斥開，緊接著脫扣器圖動作，故分?jǐn)鄷r間在14ms以內(nèi)。G型斷路器可在8～10ms以內(nèi)分?jǐn)喽搪冯娏?。近年來引進(jìn)生產(chǎn)的低壓斷路器有3VE系列、C45N系列等產(chǎn)品，我國生產(chǎn)帶漏電保護(hù)功能的低壓斷路器有DZL25系列漏電斷路器等。低壓斷路器的圖形和文字符號如圖9.1.16所示。

9.1.16低壓斷路器的圖形和文字符號9.1.5主令電器

1.按鈕

按鈕(pushbotton)是最常用的主令電器，其典型結(jié)構(gòu)如圖9.1.17所示。它既有常開觸頭，也有常閉觸頭。常態(tài)時在復(fù)位彈簧的作用下，由橋式動觸頭將靜觸頭1、2閉合，靜觸頭3、4斷開。當(dāng)按下按鈕時，橋式動觸頭將1、2分?jǐn)啵?、4閉合。1、2被稱為常閉觸頭或動斷觸頭，3、4被稱為常開或動合觸頭。

圖9.1.17按鈕的典型結(jié)構(gòu)常用的按鈕有LA2、LA18、LA19、LA20及新型號LA25等系列。引進(jìn)生產(chǎn)的有瑞士EAO系列、德國LAZ系列等產(chǎn)品。其中LA2系列有一對常開和一對常閉觸頭，具有結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠、堅固耐用等優(yōu)點。LA18系列按鈕采用積木式結(jié)構(gòu)，觸頭數(shù)量可按需要進(jìn)行拼裝。LA19系列為按鈕開關(guān)與信號燈的組合，按鈕兼作信號燈燈罩，用透明塑料制成。

為標(biāo)明按鈕的作用，避免誤操作，通常將按鈕帽做成紅、綠、黑、黃、藍(lán)、白、灰等顏色。國標(biāo)GB5229—85對按鈕顏色作了如下規(guī)定：

（1）“停止”和“急?！卑粹o必須是紅色的。當(dāng)按下紅色按鈕時，必須使設(shè)備停止工作或斷電。（2）“起動”按鈕的顏色是綠色。

（3）“起動”與“停止”交替動作的按鈕的顏色必須是黑白、

白色或灰色，

不得用紅色和綠色。

（4）“點動”按鈕必須是黑色的。

（5）“復(fù)位”按鈕(如保護(hù)繼電器的復(fù)位按鈕)必須是藍(lán)色的。當(dāng)復(fù)位按鈕還具有停止作用時，則必須是紅色的。

按鈕的圖形和文字符號如圖9.1.18所示。

圖9.1.18按鈕的圖形和文字符號(a)常開按鈕；

(b)常閉按鈕；

(c)復(fù)位按鈕

2.行程開關(guān)行程開關(guān)主要用于檢測工作機(jī)械的位置，發(fā)出命令以控制其運(yùn)動方向或行程長短。行程開關(guān)也稱位置開關(guān)。行程開關(guān)按結(jié)構(gòu)分為機(jī)械結(jié)構(gòu)的接觸式有觸點行程開關(guān)和電氣結(jié)構(gòu)的非接觸式接近開關(guān)。接觸式行程開關(guān)靠移動物體碰撞行程開關(guān)的操動頭而使行程開關(guān)的常開觸頭接通、常閉觸頭分?jǐn)啵?/p>

從而實現(xiàn)對電路的控制作用，其結(jié)構(gòu)如圖9.1.19所示。

圖9.1.19行程開關(guān)的結(jié)構(gòu)(a)直動式；

(b)滾動式；

(c)微動式

行程開關(guān)按外殼防護(hù)形式分為開啟式、防護(hù)式及防塵式行程開關(guān)；按動作速度分為瞬動和慢動(蠕動)行程開關(guān)；按復(fù)位方式分為自動復(fù)位和非自動復(fù)位行程開關(guān)；按接線方式分為螺釘式、焊接式及插入式行程開關(guān)；按操作形式分為直桿式(柱塞式)、直桿滾輪式(滾輪柱塞式)、轉(zhuǎn)臂式、方向式、叉式、鉸鏈杠桿式行程開關(guān)等；按用途分為一般用途行程開關(guān)、起重設(shè)備用行程開關(guān)及微動開關(guān)等多種。行程開關(guān)的圖形和文字符號如圖9.1.20所示。

圖9.1.20行程開關(guān)的圖形和文字符號(a)常開觸頭；

(b)常閉觸頭

9.2電氣圖及電氣控制線路的分析9.2.1電氣圖的基本知識

用電氣圖形符號繪制的圖稱為電氣圖，這種圖通常又稱為“簡圖”或“略圖”。電氣圖是電工領(lǐng)域中最主要的提供信息的方式，它提供的信息內(nèi)容可以是功能、位置、設(shè)備制造及接線方式等。電氣圖主要有系統(tǒng)圖與框圖、電路圖、接線圖與接線表、功能表圖、邏輯圖、位置圖等。各種圖的命名主要是根據(jù)其所表達(dá)信息的類型和表達(dá)方式而確定的。

1.電氣控制系統(tǒng)圖中的圖形符號和文字符號國家電氣圖用符號標(biāo)準(zhǔn)GB4728規(guī)定了電氣圖中圖形符號的畫法，該標(biāo)準(zhǔn)與國家電氣制圖標(biāo)準(zhǔn)GB6980于1990年1月1日正式貫徹執(zhí)行。國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的圖形符號基本與國際電氣技術(shù)委員會(IEC)發(fā)布的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相同。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。國家標(biāo)準(zhǔn)除給出各類電氣元件的符號要素、限定符號和一般符號以外，也給出了部分常用圖形符號及組合圖形符號示例。國家標(biāo)準(zhǔn)中給出的圖形符號例子有限，實際使用中可通過已規(guī)定的圖形符號適當(dāng)組合進(jìn)行派生。

國家標(biāo)準(zhǔn)GB7159—87《電氣技術(shù)中的文字符號制定通則》規(guī)定了電氣工程圖中的文字符號，它分為基本文字符號和輔助文字符號?；疚淖址栍袉巫帜阜柡碗p字母符號。單字母符號表示電氣設(shè)備、裝置以及元器件的大類，例如K為繼電器類元件；雙字母符號由一個表示大類的單字母與另一表示器件某些特性的字母組成，例如KT表示繼電器類器件中的時間繼電器，KM表示繼電器類元件中的接觸器。

輔助文字符號用來進(jìn)一步表示電氣設(shè)備、裝置以及元器件的功能、狀態(tài)和特征。附表C中列出了部分常用的電氣圖形符號和基本文字符號，實際使用時如需要更詳細(xì)的資料，請查閱國家標(biāo)準(zhǔn)。鑒于目前是新國標(biāo)推行時期，舊國標(biāo)還不可能立即在所有技術(shù)資料和以前出版的教科書中消失，因此附表C中給出的是電氣控制系統(tǒng)圖中常用圖形符號和文字符號的新舊標(biāo)準(zhǔn)對照表。

2.電氣原理圖

電氣原理圖是根據(jù)電氣控制系統(tǒng)的工作原理，采用電器元件展開的形式繪制的。它包括所有電器元件的導(dǎo)電部分和接線端子，但并不按電器元件實際布置來繪制，而根據(jù)它在電路中所起的作用畫在不同的部位。電氣原理圖的繪制規(guī)則由國家標(biāo)準(zhǔn)GB6988.4給出。現(xiàn)以圖9.2.1所示的某機(jī)床電氣原理圖來說明其繪制規(guī)則。

圖9.2.1某機(jī)床電氣原理圖(a)控制電路圖；

(b)觸頭位置表示

1)電路繪制電氣原理圖中，一般主電路和控制電路分為兩部分畫出。主電路是設(shè)備的驅(qū)動電路，包括從電源到電動機(jī)的電路，是強(qiáng)電流通過的部分?？刂齐娐酚砂粹o、接觸器和繼電器的線圈、各種電器的動合(常開)、動斷(常閉)觸點組合構(gòu)成控制邏輯，實現(xiàn)需要的控制功能，是弱電流通過的部分。主電路、控制電路和其他輔助的信號照明電路、保護(hù)電路一起構(gòu)成電氣控制系統(tǒng)電氣原理圖。電氣原理圖中的電路可水平布置或垂直布置。水平布置時，電源線垂直畫，其他電路水平畫，控制電路中的耗能元件(例如接觸器的線圈)畫在電路的最右端。垂直布置時，電源線水平畫，

其他電路垂直畫，控制電路中的耗能元件畫在電路的最下端。

2)元器件繪制和器件狀態(tài)電氣原理圖中的所有電器元件不畫出實際外形圖，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。若有多個同一種類的電器元件，則可在文字符號后加上數(shù)字序號的下標(biāo)，如KM1、KM2等。電氣原理圖中所有電器元件的可動部分通常表示在電器非激勵或不工作的狀態(tài)和位置，

其中常見的器件狀態(tài)有：

(1)繼電器和接觸器的線圈在非激勵狀態(tài)。

(2)斷路器和隔離開關(guān)在斷開位置。

(3)零位操作的手動控制開關(guān)在零位狀態(tài)，不帶零位的手動控制開關(guān)在圖中規(guī)定的位置。

(4)機(jī)械操作開關(guān)和按鈕在非工作狀態(tài)或不受力狀態(tài)。

(5)保護(hù)類元器件處在設(shè)備正常工作狀態(tài)，

特別情況在圖樣上說明。

3)圖上位置表示法在繪制和閱讀、使用電路圖時，往往需要確定元器件、連接線等的圖形符號在圖上的位置。例如：

(1)當(dāng)繼電器、接觸器在圖上采用分開表示法(線圈和觸頭分開)繪制時，需要采用插圖或表格表明各部分在圖上的位置。

(2)較長的連接線采用中斷畫法，或者連接線的另一端需要畫到另一張圖上去時，除了要在中斷處標(biāo)注中斷標(biāo)記外，還需標(biāo)注另一端在圖上的位置。

(3)在供使用、維修的技術(shù)文件(如說明書)中，有時需要對某一元件或器件作注釋和說明，為了找到圖中相應(yīng)的元器件的圖形符號，也需要注明這些符號在圖上的位置。

(4)在更改電路圖設(shè)計時，也需要標(biāo)明被更改部分在圖上的位置。圖上位置表示法通常有三種：電路編號法、表格法和圖幅分區(qū)法(也稱坐標(biāo)法)。圖9.2.1所示的某機(jī)床電氣原理圖就是用電路編號法來表示元器件和線路在圖上的位置的。

電路編號法特別適用于多分支電路，如繼電控制和保護(hù)電路，每一編號代表一個支路。編制方法是對每個電路或分支電路按照一定的順序(自左至右或自上至下)用阿拉伯?dāng)?shù)字編號，從而確定各支路項目的位置。例如，圖9.2.1(a)有8個電路或支路，在各支路的下方順序標(biāo)有電路編號1～8。圖上方與電路編號對應(yīng)的方框內(nèi)的“電源開關(guān)”等字樣表明其下方元器件或線路的功能。

繼電器和接觸器的觸頭位置采用附加圖表的方式表示，圖表格式如圖9.2.1(b)所示。此圖表可以畫在電路圖中相應(yīng)線圈的下方，此時，可只標(biāo)出觸頭的位置(電路編號)索引，也可以畫在電路圖上的其他地方。以圖中線圈KM1下方的圖表為例，第一行用圖形符號表示主、輔觸頭種類，表格中的數(shù)字表示此類觸頭所在的支路的編號，例如第2列中的數(shù)字“9”表示KM1的一個常開觸頭在第9支路內(nèi)，表格中的“×”表示未使用的觸頭。有時，所附圖表中的圖形符號也可省略不畫。

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)和型號一般用小號字體標(biāo)注在電器代號的下面，如圖9.2.1中熱繼電器動作電流和整定值的標(biāo)注。電路圖中導(dǎo)線截面積也可如圖9.2.1中所示的那樣標(biāo)注。

3.電器元件布置圖電器元件布置圖主要用來標(biāo)明電氣設(shè)備上所有電機(jī)、電器的實際位置，是機(jī)械電氣控制設(shè)備制造、安裝和維修必不可少的技術(shù)文件。布置圖根據(jù)設(shè)備的復(fù)雜程度或集中繪制在一張圖上，或?qū)⒖刂乒衽c操作臺的電器元件布置圖分別繪出。繪制布置圖時機(jī)械設(shè)備輪廓用雙點畫線畫出，所有可見的和需要表達(dá)清楚的電器元件及設(shè)備用粗實線繪出其簡單的外形輪廓。電器元件及設(shè)備代號必須與有關(guān)電路圖和清單上所用的代號一致。

4.電氣接線圖表示電氣設(shè)備或裝置連接關(guān)系的簡圖稱為電氣接線圖。接線圖主要用于安裝接線、線路檢查、線路維修和故障處理。接線圖是根據(jù)電氣原理圖和電器元件布置圖編制的，在實際中可與電路圖和電器元件布置圖配合使用。接線圖通常應(yīng)標(biāo)示出設(shè)備與元件的相對位置、項目代號、端子號、導(dǎo)線號、

導(dǎo)線類型、

導(dǎo)線截面積、

屏蔽和導(dǎo)線絞合等內(nèi)容。

圖9.2.2是根據(jù)圖9.2.1機(jī)床電控系統(tǒng)電路圖繪制的接線圖。圖中標(biāo)明了該系統(tǒng)的電源進(jìn)線、按鈕板、照明燈、電動機(jī)與機(jī)床安裝板接線端之間的連接關(guān)系，也標(biāo)注了所采用的包塑金屬軟管的直徑和長度，連接導(dǎo)線的根數(shù)、截面及顏色等。例如，按鈕板上SB1與SB2有一端相連為“5”，其余4、5、7、11用7×1mm2的紅色線穿過Φ15mm×1mm包裝金屬軟管接到安裝板上相應(yīng)的接線端，

與安裝板上的元件相連。

圖9.2.2某機(jī)床電控系統(tǒng)接線圖

9.2.2電氣控制線路分析基礎(chǔ)

1.電氣控制線路分析的內(nèi)容

1)設(shè)備說明書設(shè)備說明書由機(jī)械(包括液壓部分)與電氣兩部分組成。在分析時首先要閱讀這兩部分的說明書，了解以下內(nèi)容：

(1)設(shè)備的構(gòu)造，

主要技術(shù)指標(biāo)，

機(jī)械、

液壓、

氣動部分的工作原理。

(2)電氣傳動方式，電機(jī)和執(zhí)行電器的數(shù)目、

規(guī)格型號、

安裝位置、

用途及控制要求。

(3)設(shè)備的使用方法，各操作手柄、開關(guān)、旋鈕、指示裝置的布置以及在控制線路中的作用。

(4)與機(jī)械、液壓部分直接關(guān)聯(lián)的電器(行程開關(guān)、電磁閥、電磁離合器、傳感器等）的位置、工作狀態(tài)，及其與機(jī)械、

液壓部分的關(guān)系和在控制中的作用等。

2)電氣原理圖這是控制線路分析的中心內(nèi)容。電氣原理圖由主電路、控制電路、輔助電路、保護(hù)及聯(lián)鎖環(huán)節(jié)以及特殊控制電路等部分組成。分析電氣原理圖時，必須與閱讀其他技術(shù)資料結(jié)合起來。例如，各種電動機(jī)及執(zhí)行元件的控制方式、位置及作用，各種與機(jī)械有關(guān)的位置開關(guān)、主令電器的狀態(tài)等，只有通過閱讀說明書才能了解。在原理圖分析中還可以通過所選用的電器元件的技術(shù)參數(shù)分析出控制線路的主要參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)，如可估計出各部分的電流、電壓值，以便在調(diào)試或檢修中合理地使用儀表。

3)電氣設(shè)備的總裝接線圖閱讀分析總裝接線圖，可以了解系統(tǒng)的組成分布狀況，各部分的連接方式，主要電氣部件的布置、安裝要求，導(dǎo)線和穿線管的規(guī)格型號等。這是安裝設(shè)備不可缺少的資料。閱讀分析總裝接線圖要與閱讀分析說明書、電氣原理圖結(jié)合起來。

4)電器元件布置圖與接線圖這是制造、安裝、調(diào)試和維護(hù)電氣設(shè)備必需的技術(shù)資料。在調(diào)試、檢修中可通過布置圖和接線圖方便地找到各種電器元件和測試點，進(jìn)行必要的調(diào)試、

檢測和維修保養(yǎng)。

2.電氣原理圖閱讀分析的方法

查線讀圖法(跟蹤追擊法)讀圖時可分為以下幾步：

(1)分析主電路。分析執(zhí)行元件的線路一般應(yīng)先從電動機(jī)著手，即從主電路看有哪些控制元件的主觸點和附加元件，根據(jù)其組合規(guī)律大致可知該電動機(jī)的工作情況，例如是否有特殊的起動、制動要求，要不要正反轉(zhuǎn)，是否要求調(diào)速等。這樣，在分析控制電路時就心中有數(shù)，

可以有的放矢。

(2)分析控制電路。在控制電路上由主電路的控制元件主觸點文字符號找到有關(guān)的控制環(huán)節(jié)以及環(huán)節(jié)間的聯(lián)系。將控制線路“化整為零”，按功能不同劃分成若干個局部控制線路來進(jìn)行分析，通常按展開順序，結(jié)合元件表、元件動作位置圖表進(jìn)行閱讀。

(3)分析輔助電路。輔助電路包括執(zhí)行元件的工作狀態(tài)顯示、電源顯示、參數(shù)測定、照明和故障報警等部分。輔助電路中的很多部分是由控制電路中的元件來控制的，因此當(dāng)分析輔助電路時，還要回過頭來對照控制電路進(jìn)行分析。

(4)分析聯(lián)鎖與保護(hù)環(huán)節(jié)。生產(chǎn)機(jī)械對于安全性、可靠性有很高的要求，實現(xiàn)這些要求，除了合理地選擇拖動、控制方案以外，在控制線路中還設(shè)置了一系列電氣保護(hù)和必要的電氣聯(lián)鎖。在電氣原理圖的分析過程中，電氣聯(lián)鎖與電氣保護(hù)環(huán)節(jié)是一個重要內(nèi)容，不能遺漏。

(5)分析特殊控制環(huán)節(jié)。在某些控制線路中，還設(shè)置了一些與主電路、控制電路關(guān)系不密切、相對獨立的特殊環(huán)節(jié)，如產(chǎn)品計數(shù)裝置、自動檢測系統(tǒng)、晶閘管觸發(fā)電路、自動調(diào)溫裝置等。這些部分往往自成一個小系統(tǒng)，其讀圖分析的方法可參照上述分析過程，并靈活運(yùn)用所學(xué)過的電子技術(shù)、

自控系統(tǒng)等知識逐一分析。

(6)總體檢查。經(jīng)過“化整為零”，逐步分析了每一局部電路的工作原理以及各部分之間的控制關(guān)系之后，還必須用“集零為整”的方法檢查整個控制線路，看是否有遺漏。特別要從整體角度去進(jìn)一步檢查和理解各控制環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系，以清楚地理解原理圖中每一個電氣元器件的作用、工作過程及主要參數(shù)。

9.3基本控制環(huán)節(jié)和典型控制電路

9.3.1起動、停止控制線路

1.起動、停止控制線路

籠型三相感應(yīng)電動機(jī)的起動、停止控制線路(starting-stoppingcontrolcircuit)是應(yīng)用最廣泛的、也是最基本的控制線路。如圖9.3.1所示，它由刀開關(guān)QS、熔斷器FU2、接觸器KM的主觸頭、熱繼電器FR的熱元件和電動機(jī)M構(gòu)成主電路，由起動按鈕SB2、停止按鈕SB1、接觸器KM的線圈及其常開輔助觸頭、熱繼電器FR的常閉觸頭和熔斷器FU1構(gòu)成控制回路。

圖9.3.1電動機(jī)單向運(yùn)行全壓起動控制線路

1)線路的工作原理起動時，合上QS，引入三相電源。按下SB2，交流接觸器KM的線圈通電，KM的主觸頭閉合，電動機(jī)接通電源直接起動運(yùn)轉(zhuǎn)。同時，與SB2并聯(lián)的接觸器KM的常開觸頭閉合，使接觸器KM線圈經(jīng)兩條路通電。這樣，當(dāng)手松開，SB2點動復(fù)位時，接觸器KM的線圈仍可通過其常開觸頭的閉合而繼續(xù)通電，從而保持電動機(jī)的連續(xù)運(yùn)行。這種依靠接觸器自身輔助觸頭使其線圈保持通電的現(xiàn)象稱為“自鎖”，這一對起自鎖作用的輔助觸頭稱為自鎖觸頭。要使電動機(jī)M停止運(yùn)轉(zhuǎn)，只要按下停止按鈕SB1，控制電路斷開即可。按下SB1，KM線圈斷電釋放，KM的三個常開主觸頭斷開，切斷三相電源，電動機(jī)M停止運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)手松開時，SB1復(fù)位成常閉狀態(tài)，但

KM自鎖常開觸頭已斷開，KM線圈不能再依靠自鎖而通電了。

2)電路的幾種保護(hù)（1）短路保護(hù)。熔斷器FU作為電路短路保護(hù)裝置并不能達(dá)到過載保護(hù)的目的。這是因為需要考慮熔斷器保護(hù)特性的反時限特性和分散性。所謂分散性，是指各種規(guī)格的熔斷器的特性曲線差異較大，即使是同一種規(guī)格的熔斷器，其特性曲線也往往很不相同。（2）過載保護(hù)。熱繼電器FR具有過載保護(hù)作用。熱繼電器的熱慣性比較大，即使熱元件流過幾倍額定電流，熱繼電器也不會立即動作。因此只有在電動機(jī)起動時間不太長的情況下，熱繼電器才經(jīng)得起電動機(jī)起動電流的沖擊而不動作。在電動機(jī)長時間過載下FR才會動作，斷開控制電路，使接觸器線圈斷電釋放，其主觸頭斷開主電路，電動機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，實現(xiàn)過載保護(hù)。（3）欠壓保護(hù)和失壓保護(hù)。欠壓保護(hù)和失壓保護(hù)是依靠接觸器自身的電磁機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)的，條件是主電路與控制電路共用同一電源。當(dāng)電源電壓由于某種原因而嚴(yán)重欠壓或失壓時，接觸器的電磁吸力就不夠了，其銜鐵自行釋放，其常開主觸頭斷開主電路，電動機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，常開輔助觸頭斷開自鎖。當(dāng)電源電壓恢復(fù)正常時，接觸器線圈也不能自動通電，必須重新按下起動按鈕SB2后，電動機(jī)才能重新起動。

這又叫零壓或失壓保護(hù)。

2.點動控制線路在生產(chǎn)實踐中，某些生產(chǎn)機(jī)械常要求既能正常起動，又能實現(xiàn)調(diào)整的點動工作。圖9.3.2列出了實現(xiàn)點動控制的幾種電氣控制線路。圖9.3.2(a)是最基本的點動控制線路。起動按鈕SB沒有并聯(lián)接觸器KM的自鎖觸頭，按下SB，KM線圈通電，電機(jī)起動；當(dāng)松開按鈕SB時，接觸器KM線圈斷電，其主觸點斷開，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖9.3.2(b)是帶手動開關(guān)SA的點動控制線路。當(dāng)需要點動控制時，只要把開關(guān)SA斷開，由按鈕SB2來進(jìn)行點動控制。當(dāng)需要正常運(yùn)行時，只要把開關(guān)SA合上，將KM的自鎖觸點接入，即可實現(xiàn)連續(xù)控制。

圖9.3.2(c)中增加了一個復(fù)合按鈕SB3來實現(xiàn)點動控制。需要點動控制時，按下點動按鈕SB3，其常閉觸點先斷開自鎖電路，常開觸頭后閉合，接通起動控制電路，KM線圈通電，接觸器銜鐵被吸合，主觸頭閉合，接通三相電源，電動機(jī)起動運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)松開點動按鈕SB3時，KM線圈斷電，KM主觸點斷開，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。若需要電動機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，由按鈕SB1和SB2控制。

圖9.3.2(d)是利用中間繼電器實現(xiàn)點動的控制線路。利用點動按鈕SB2控制中間繼電器KA，KA的常開觸頭并聯(lián)在按鈕SB3兩端以控制接觸器KM，再由KM去控制電動機(jī)實現(xiàn)點動。當(dāng)需要連續(xù)控制時，由按鈕SB3和SB1實現(xiàn)。

圖9.3.2實現(xiàn)點動控制的幾種電氣控制線路

3.多地控制線路在大型生產(chǎn)設(shè)備上，為使操作人員在不同方位均能進(jìn)行起、停操作，常常要求組成多地控制線路。多地控制線路只需多用幾個起動按鈕和停止按鈕，無需增加其他電器元件。起動按鈕應(yīng)并聯(lián)，停止按鈕應(yīng)串聯(lián)，分別裝在幾個地方，如圖9.3.3所示。

圖9.3.3多地控制線路

9.3.2可逆運(yùn)行(正、反轉(zhuǎn))控制線路各種生產(chǎn)機(jī)械常常要求具有上下、左右、前后等相反方向的運(yùn)動，這就要求電動機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)可逆運(yùn)行。三相交流電動機(jī)可借助正、反向接觸器改變定子繞組相序來實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)。為避免正、反向接觸器同時通電造成電源相間短路故障，正、反向接觸器之間需要有一種制約關(guān)系——互鎖(interlocking)。

圖9.3.4給出了兩種可逆控制線路。

圖9.3.4(a)是電動機(jī)“正—停—反”可逆控制線路，它利用兩個接觸器的常閉觸頭KM1和KM2相互制約，即當(dāng)一個接觸器通電時，利用其串聯(lián)在對方接觸器的線圈電路中的常閉觸頭的斷開來鎖住對方線圈電路。這種利用兩個接觸器的常閉輔助觸頭互相控制的方法稱為“互鎖”，起互鎖作用的兩對觸頭稱為互鎖觸頭。圖9.3.4(a)這種只有接觸器互鎖的可逆控制線路在正轉(zhuǎn)運(yùn)行時，要想反轉(zhuǎn)必先停車，否則不能反轉(zhuǎn)，因此叫做“正—?！础笨刂凭€路。

圖9.3.4三相感應(yīng)電動機(jī)可逆控制線路(a)“正—停—反”控制線路；

(b)“正—反—停”控制線路

9.3.3自動往復(fù)循環(huán)控制行程往復(fù)控制取行程為變化參量，行程開關(guān)是行程往復(fù)控制的基本電器。行程開關(guān)裝在所需地點，當(dāng)裝在運(yùn)動部件上的撞塊碰動行程開關(guān)時，行程開關(guān)的觸頭動作，從而實現(xiàn)電路的切換。行程控制主要用于機(jī)床進(jìn)給速度的自動換接、自動工作循環(huán)、自動定位以及運(yùn)動部件的限位保護(hù)等。

圖9.3.5(a)是行程控制的限位線路。KM1和KM2分別是行車向前和向后的接觸器，在其線圈電路中分別串接行程開關(guān)的常閉觸頭。當(dāng)行車向前到達(dá)終點時，裝在終點的行程開關(guān)SQ1的常閉觸頭被行車撞塊撞開，KM1斷電，行車停止，從而起到限位保護(hù)作用。一旦行車離開終點位置，行程開關(guān)就能自動復(fù)位，行車?yán)^續(xù)正常運(yùn)行。這種專為限制極限位置用的行程開關(guān)亦稱限位開關(guān)或終端開關(guān)。

圖9.3.5往復(fù)行程控制線路(a)限位線路；

(b)自動往復(fù)循環(huán)控制線路

圖9.3.5(b)是行程控制中自動往復(fù)循環(huán)控制線路。行程開關(guān)的常開觸頭和常閉觸頭全要用上。設(shè)行程開關(guān)SQ1放在右端需要反向的位置，而SQ2放在左端需要反向的位置，擋鐵裝在平移部件上。起動時，利用正、反向起動按鈕，若按下正轉(zhuǎn)按鈕SB2，接觸器KMl線圈通電并自鎖，電動機(jī)正轉(zhuǎn)帶動機(jī)床運(yùn)動部件左移，當(dāng)運(yùn)動部件移至左端并碰到SQ1時，將行程開關(guān)SQ1壓下，其常閉觸頭斷開，切斷KM1線圈電路，同時SQ1常開觸頭閉

合，接通KM2線圈，電動機(jī)反轉(zhuǎn)，帶動運(yùn)動部件右移，當(dāng)移至右端撞塊碰到行程開關(guān)SQ2時，SQ2的常閉觸頭斷開KM2線圈電路，同時SQ2的常開觸頭又接通KM1線圈電路，電動機(jī)又從反轉(zhuǎn)變?yōu)檎D(zhuǎn)，如此往復(fù)循環(huán)運(yùn)動。運(yùn)動部件每經(jīng)過一次自動往復(fù)循環(huán)，電動機(jī)就要進(jìn)行兩次反接制動過程，這將出現(xiàn)較大的電流和機(jī)械沖擊。因此，這種線路只適用于電動機(jī)容量較小、循環(huán)周期較長、電動機(jī)轉(zhuǎn)軸具有足夠剛性的拖動系統(tǒng)中。另外，選擇接觸器的容量也應(yīng)適當(dāng)加大些。

9.3.4三相感應(yīng)電動機(jī)的起動任何一個生產(chǎn)過程的進(jìn)行，總伴隨著一系列的參數(shù)變化，如機(jī)械位移、溫度、流量、壓力、電流、電壓、轉(zhuǎn)矩等。原則上說，只要能檢測出這些物理量，便可用它來對生產(chǎn)過程進(jìn)行自動控制。對電氣控制來說，只要選定某些能反映生產(chǎn)過程中的參數(shù)變化的電器元件，例如各種繼電器和行程開關(guān)等，由它們來控制接觸器或其他執(zhí)行元件，實現(xiàn)電路的轉(zhuǎn)換或機(jī)械動作，就能對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。常見的有按時間變化、轉(zhuǎn)速變化、電流變化、位置變化參量進(jìn)行控制的電路，分別稱為時間、

速度、

電流和行程原則的自動控制。

電氣控制系統(tǒng)按時間原則進(jìn)行控制，應(yīng)用極其廣泛。時間繼電器是時間控制的基本電器。利用時間控制原則可以實現(xiàn)電動機(jī)降壓起動和制動過程的自動控制、自動間歇和各種動作的時間順序的控制等。下面舉例分析以時間為變化參量的時間原則控制線路。較大容量的籠形感應(yīng)電動機(jī)(大于10kW)因起動電流較大，故一般都采用降壓起動方式來起動，起動時降低加在電動機(jī)定子繞組上的電壓，起動后再將電壓恢復(fù)到額定值使之在正常電壓下運(yùn)行。電樞電流和電壓成正比，因此降低電壓可以減小起動電流，不致在電路中產(chǎn)生過大的電壓降，減少對線路電壓的影響。

常用的降壓起動有串電阻、星形－三角形、自耦變壓器及延邊三角形等方式。

1)定子串電阻降壓起動控制線路對于定子串電阻降壓起動，當(dāng)電動機(jī)起動時在三相定子電路串接電阻，使得加在定子繞組上的電壓降低，起動結(jié)束后再將電阻短接，電動機(jī)在額定電壓下正常運(yùn)行。這種起動方式由于不受電動機(jī)接線形式的限制，設(shè)備簡單，因而在中、小型生產(chǎn)機(jī)械中應(yīng)用較廣。圖9.3.6所示為定子串電阻降壓起動控制線路。該線路根據(jù)起動過程中時間的變化，利用時間繼電器來控制降壓電阻的切除。

圖9.3.6定子串電阻降壓起動控制線路

圖9.3.7所示的自耦變壓器降壓起動控制線路根據(jù)起動過程中時間的變化，利用時間繼電器來控制自耦變壓器的切除。工作過程如下：自耦變壓器繞組一般具有多個抽頭以獲得不同的電壓。在獲得同樣大小的起動轉(zhuǎn)矩的前提下，自耦變壓器降壓起動從電網(wǎng)獲取的電流要比定子串電阻降壓起動小得多，或者說，如果兩者要從電網(wǎng)獲取同樣大小的起動電流，則采用自耦變壓器降壓起動的起動轉(zhuǎn)矩大。這種起動方式的缺點是自耦變壓器價格較貴，

而且不允許頻繁起動。

圖9.3.7自耦變壓器降壓起動控制線路

圖9.3.8XJ01型補(bǔ)償器降壓起動控制線路

3)星形－三角形降壓起動控制線路正常運(yùn)行時定子繞組接成三角形的籠形三相感應(yīng)電動機(jī)可采用星形－三角形降壓起動方法達(dá)到限制起動電流的目的。起動時，定子繞組首先接成星形，待轉(zhuǎn)速上升到接近額定轉(zhuǎn)速時，再將定子繞組的接線換接成三角形，電動機(jī)便進(jìn)入全電壓正常運(yùn)行狀態(tài)。功率在4kW以上的三相籠形感應(yīng)電動機(jī)均為三角形接法，都可以采用星形－三角形起動方法。圖9.3.9所示為13kW以上電動機(jī)所采用的三個接觸器換接的星形－三角形降壓起動控制線路，它根據(jù)起動過程中時間的變化，利用時間繼電器來控制星形－三角形的換接。電路的工作過程可通過如圖9.3.10所示的電器動作順序表來描述。

圖9.3.9星形－三角形降壓起動控制線路

圖9.3.10星形－三角形降壓起動的電器動作順序表

線路中KM2和KM3的常閉觸頭構(gòu)成互鎖，保證電動機(jī)繞組只能連接成一種形式，即星形或三角形，以防止同時連接成星形和三角形而造成電源短路。與其他降壓起動相比，星形－三角形降壓起動投資小，線路簡單，但起動轉(zhuǎn)矩小。這種起動方法只適用于空載或輕載狀態(tài)。

9.3.5三相感應(yīng)電動機(jī)的制動

1.籠形感應(yīng)電動機(jī)能耗制動控制線路電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與旋轉(zhuǎn)方向相反的運(yùn)行狀態(tài)是電氣制動狀態(tài)?；\形感應(yīng)電動機(jī)的制動常采用能耗制動，就是在電動機(jī)脫離三相交流電源之后，向定子繞組內(nèi)通入直流電流，利用轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流與靜止磁場的作用產(chǎn)生制動的電磁轉(zhuǎn)矩，達(dá)到制動的目的。在制動過程中，電流、轉(zhuǎn)速和時間三個參量都在變化，原則上可以任取其中一個參量作為控制信號。取時間作為變化參量，其控制線路簡單，成本較低，故在實際中應(yīng)用較多。

1）時間原則控制圖9.3.11所示為時間原則控制的單向能耗制動控制線路。設(shè)電動機(jī)已經(jīng)正常運(yùn)行，運(yùn)行時KM1線圈得電。要想停車制動，

需按停止按鈕SB1。

制動過程的電器動作順序表如圖9.3.12所示。

圖9.3.11時間原則控制的單向能耗制動控制線路

圖9.3.12制動過程的電器動作順序表

圖9.3.13按時間原則控制的可逆運(yùn)行能耗制動控制線路

2）速度原則控制速度原則控制取轉(zhuǎn)速為變化參量。速度繼電器是檢測轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的自動電器，也是速度控制的基本電器。利用速度原則可以實現(xiàn)電動機(jī)反接制動和能耗制動的自動控制，以及電動機(jī)的低速脈動控制等。圖9.3.14所示為速度原則控制的單向能耗制動控制線路，采用了速度繼電器來檢測電動機(jī)的速度變化。當(dāng)轉(zhuǎn)速在120～3000r／min范圍內(nèi)時，速度繼電器觸點動作；當(dāng)轉(zhuǎn)速低于100r／min時，其觸點復(fù)位，速度繼電器與電動機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)。

圖9.3.14按速度原則控制的單向能耗制動控制線路

圖9.3.14所示線路的制動過程為：電動機(jī)正常運(yùn)行，速度繼電器的常開觸頭KS閉合，為制動做準(zhǔn)備。當(dāng)要停車制動時，按下復(fù)合按鈕SB1，接觸器KM1線圈斷電，其三個主觸頭斷開，切斷通往電動機(jī)的交流電源，同時接觸器KM2線圈通電，其三個主觸頭閉合，給電動機(jī)通直流電，進(jìn)入能耗制動。當(dāng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速下降至接近零時，KS的常開觸頭斷開，使KM2線圈斷電，其常開觸頭斷開，切除直流電源，能耗制動結(jié)束。

2.反接制動控制線路反接制動是改變電動機(jī)電源的相序，使定子繞組產(chǎn)生相反方向的旋轉(zhuǎn)磁場，因此而產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩的制動方法。反接制動常采用轉(zhuǎn)速為變化參量進(jìn)行控制。由于反接制動時，轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場的相對速度接近于兩倍的同步轉(zhuǎn)速，因而定子繞組中流過的反接制動電流相當(dāng)于全電壓直接起動時電流的兩倍。因此，反接制動的特點之一是制動迅速，效果好，沖擊大，通常僅適于10kW以下的小容量電動機(jī)