《電器控制與PLC技術》課件第2章

第2章電氣控制系統(tǒng)的基本環(huán)節(jié)2.1電氣控制線路的繪制2.2三相異步電動機啟動控制線路2.3三相異步電動機正反轉控制線路2.4三相鼠籠式異步電動機制動控制線路2.5其他典型控制環(huán)節(jié)2.6電氣控制保護環(huán)節(jié)2.7典型電氣控制系統(tǒng)2.8小結習題

2.1電氣控制線路的繪制

電氣控制線路是由許多電器元件按照一定的要求和規(guī)律連接而成的。將電氣控制系統(tǒng)中各電器元件及它們之間的連接線路用一定的圖形表達出來，這種圖形就是電氣控制系統(tǒng)圖，一般包括電氣原理圖、電器元件布置圖和電氣安裝接線圖三種。2.1.1常用電氣圖形符號和文字符號

在國家標準中，電氣技術中的文字符號分為基本文字符號(單字母或雙字母)和輔助文字符號?；疚淖址栔械膯巫帜阜柊从⑽淖帜笇⒏鞣N電氣設備、裝置和元器件劃分為23個大類，每個大類用一個專用單字母符號表示。如“K”表示繼電器、接觸器類；“F”表示保護器件類等，單字母符號應優(yōu)先采用。雙字母符號是由一個表示種類的單字母符號與另一字母組成的，其組合應以單字母符號在前，另一字母在后的次序列出。2.1.2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，它并不反映電器元件的實際大小和安裝位置，如圖2-1所示。

電氣原理圖的繪制應注意以下幾點：

(1)電氣原理圖一般分為主電路、控制電路和輔助電路三個部分。

(2)電氣原理圖中所有電器元件的圖形和文字符號必須符合國家規(guī)定的統(tǒng)一標準。

(3)在電氣原理圖中，所有電器的可動部分均按原始狀態(tài)畫出。

(4)動力電路的電源線應水平畫出；主電路應垂直于電源線畫出；控制電路和輔助電路應垂直于兩條或幾條水平電源線之間；耗能元件(如線圈、電磁閥、照明燈和信號燈等)應接在下面一條電源線的一側，而各種控制觸點應接在另一條電源線上。

(5)應盡量減少線條數(shù)量，避免線條交叉。

(6)在電氣原理圖上應標出各個電源電路的電壓值、極性或頻率及相數(shù)；對某些元器件還應標注其特性(如電阻、電容的數(shù)值等)；不常用的電器(如位置傳感器、手動開關等)還要標注其操作方式和功能等。

(7)為方便閱圖，在電氣原理圖中可將圖幅分成若干個圖區(qū)，圖區(qū)行的代號用英文字母表示，一般可省略；列的代號用阿拉伯數(shù)字表示，其圖區(qū)編號寫在圖的下面，并在圖的頂部標明各圖區(qū)電路的作用。

(8)在繼電器、接觸器線圈下方均列有觸點表以說明線圈和觸點的從屬關系，即“符號位置索引”。也就是在相應線圈的下方，給出觸點的圖形符號(有時也可省去)，對未使用的觸點用“×”標注(或不作標注)。圖2-1CW6132型普通車床的電氣原理圖接觸器各欄表示的含義如下：繼電器各欄表示的含義如下：2.1.3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，為電氣控制設備的制造、安裝提供必要的資料。在圖中，電器元件用實線框表示，而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管(槽)的位置，以供走線和改進設計時使用；體積大的和較重的電器元件應該安裝在電氣安裝板下面，發(fā)熱元件應安裝在電氣安裝板的上面；各電器代號應與有關電路圖和電器元件清單上所列的元器件代號相同；經(jīng)常要維護、檢修、調整的電器元件安裝位置不宜過高或過低，還需要標注出必要的尺寸，如圖2-2所示。圖2-2CW6132型普通車床的電器布置圖2.1.4電器安裝接線圖

電器安裝接線圖用以表明所有電器元件、電器設備的連接方式，為電氣控制設備的安裝和檢修調試提供必要的資料。其繪制遵循以下原則：

(1)接線圖中，各電器元件的相對位置與實際安裝的相對位置一致，如圖2-3所示。且所有部件都畫在一個與實際尺寸成比例繪制的虛線框中。圖2-3三相鼠籠電動機可逆運行控制電器元件布置圖

(2)各電器元件的接線端子都有與電氣原理圖中一致的編號。

(3)接線圖中應詳細標明配線用的導線型號、規(guī)格、標稱面積及連接導線的根數(shù)，所穿管子的型號、規(guī)格等，以及電源的引入點。如圖2-4所示，圖中還應標注出連接導線的型號、根數(shù)、截面積，如BVR5×1mm2表示為聚氯乙烯絕緣軟電線，5根導線，導線截面積為1mm2。

(4)安裝在電氣板內(nèi)、外的電器元件之間需通過接線端子板連線。圖2-4三相鼠籠電動機可逆運行控制電器配線圖2.1.5閱讀和分析電氣控制線路圖的方法

電氣原理圖閱讀和分析的方法及步驟如下。

1．分析主電路

從主電路入手，根據(jù)每臺電動機和執(zhí)行電器的控制要求去分析它們的控制內(nèi)容?？刂苾?nèi)容包括啟動、轉向控制、調速、制動等。

2．分析控制電路

根據(jù)主電路中各電動機和執(zhí)行電器的控制要求，逐一找出控制電路中的控制環(huán)節(jié)，利用前面學過的典型控制環(huán)節(jié)的知識，按功能不同將控制線路“化整為零”來分析。分析控制線路最基本的方法是“查線讀圖法”。

3．分析輔助電路

輔助電路包括電源指示、各執(zhí)行元件的工作狀態(tài)顯示、參數(shù)測定、照明和故障報警等部分，它們大多是由控制電路中的元件來控制的，所以在分析輔助電路時，還要返回去對照控制電路進行分析。

4．分析聯(lián)鎖及保護環(huán)節(jié)

機床對于安全性及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和控制方案外，還要在控制線路中設置一系列電氣保護和必要的電氣聯(lián)鎖。

5．總體檢查

“查線讀圖法”是分析電氣原理圖的最基本的方法，其應用也最廣泛。

2.2三相異步電動機啟動控制線路

在電源容量足夠大時，小容量籠型電動機可直接啟動。直接啟動的優(yōu)點是電氣設備少，線路簡單；缺點是啟動電流大，引起供電系統(tǒng)電壓波動，干擾其他用電設備的正常工作。2.2.1鼠籠式異步電動機直接啟動控制

1．點動控制

如圖2-5所示，主電路由刀開關Q、熔斷器FU、交流接觸器KM的主觸點和籠型電動機M組成；控制電路由啟動按鈕SB1和交流接觸器線圈KM組成。圖2-5點動控制線路線路的工作過程如下：

啟動：先合上刀開關Q→按下啟動按鈕SB→接觸器KM線圈通電→KM主觸點閉合→電動機M通電直接啟動。

停機：松開啟動按鈕SB→接觸器KM線圈斷電→KM主觸點斷開→電動機M斷電停轉。

按下按鈕，電動機轉動；松開按鈕，電動機停轉，這種控制就叫點動控制。它能實現(xiàn)電動機短時轉動，常用于機床的對刀調整和電動葫蘆等。

2．連續(xù)運行控制

在實際生產(chǎn)中往往要求電動機實現(xiàn)長時間連續(xù)轉動，即所謂的長動控制。如圖2-6所示，主電路由刀開關Q、熔斷器FU、接觸器KM的主觸點、熱繼電器FR的發(fā)熱元件和電動機M組成，控制電路由停止按鈕SB1、啟動按鈕SB2、接觸器KM的常開輔助觸點和線圈、熱繼電器FR的常閉觸點組成。圖2-6連續(xù)運行控制線路線路的工作過程如下：

啟動：合上刀開關Q→按下啟動按鈕SB2→接觸器KM線圈通電→KM主觸點和常開輔助觸點閉合→電動機M接通電源運轉；(松開SB1)，利用接通的KM常開輔助觸點自鎖、電動機M連續(xù)運轉。

停機：按下停止按鈕SB1→接觸器KM線圈斷電→KM主觸點和輔助常開觸點斷開→電動機M斷電停轉。在連續(xù)控制中，當啟動按鈕SB2松開后，接觸器KM的線圈通過其輔助常開觸點的閉合仍繼續(xù)保持通電，從而保證電動機的連續(xù)運行。這種依靠接觸器自身輔助常開觸點的閉合而使線圈保持通電的控制方式，稱為自鎖或自保。起到自鎖作用的輔助常開觸點稱為自鎖觸點。線路設有以下保護環(huán)節(jié)：

短路保護：短路時熔斷器FU的熔體熔斷從而切斷電路，起保護作用。

電動機長期過載保護：由于熱繼電器的熱慣性較大，即使發(fā)熱元件流過幾倍于額定值的電流，熱繼電器也不會立即動作，因此在電動機啟動時間不太長的情況下，熱繼電器不會動作，只有在電動機長期過載時，熱繼電器才會動作，用它的常閉觸點斷開使控制電路斷電。欠電壓、失電壓保護：通過接觸器KM的自鎖環(huán)節(jié)來實現(xiàn)。當電源電壓由于某種原因而嚴重欠電壓或失電壓(如停電)時，接觸器KM斷電釋放，電動機停止轉動；當電源電壓恢復正常時，接觸器線圈不會自行通電，電動機也不會自行啟動，只有在操作人員重新按下啟動按鈕后，電動機才能啟動。鼠籠式導步電動機直接啟動控制線路具有如下三個優(yōu)點：

(1)防止電源電壓嚴重下降時電動機欠電壓運行。

(2)防止電源電壓恢復時，電動機自行啟動而造成設備和人身事故。

(3)避免多臺電動機同時啟動造成電網(wǎng)電壓的嚴重下降。2.2.2鼠籠式異步電動機降壓啟動控制

電動機直接啟動時，定子啟動電流約為額定電流的4～7倍。過大的啟動電流將影響接在同一電網(wǎng)上的其他用電設備的正常工作，甚至使它們停轉或無法啟動，因此往往采用降壓啟動。鼠籠式異步電動機常用的降壓啟動方法主要有：定子串電阻(或電抗)降壓啟動、自耦變壓器降壓啟動、Y-△降壓啟動等。

1．定子串電阻降壓啟動控制電路

定子串電阻降壓啟動方法是：啟動時在電動機的定子繞組中串接電阻，通過電阻的分壓作用，使電動機定子繞組上的電壓減??；待啟動完畢后，將電阻切除，使電動機在額定電壓(全壓)下正常運轉。這種啟動方法適合電動機容量不大，啟動不頻繁且平穩(wěn)的場合，其特點是啟動轉矩小，加速平滑，但電阻損耗大。其控制電路如圖2-7所示。圖2-7定子串電阻降壓啟動控制電路電路工作原理如下(首先合上電源開關QS)：

2．自耦變壓器降壓啟動控制電路

自耦變壓器降壓啟動是指電動機啟動時利用自耦變壓器來降低加在電動機定子繞組上的啟動電壓，待啟動一定時間，轉速升高到預定值后，將自耦變壓器切除，電動機定子繞組直接接上電源電壓，進入全壓運行。這種啟動方法適合重載啟動場合，其特點是啟動轉矩大(60%、80%抽頭)、損耗低，但設備龐大、成本高，啟動過程中會出現(xiàn)二次涌流沖擊，適用于不頻繁啟動、容量在30kW以下的設備。其控制電路如圖2-8所示。圖2-8自耦變壓器降壓啟動控制電路電路工作原理如下(首先合上電源開關QS)：

3．Y-△降壓啟動控制電路

Y-△降壓啟動是指電動機啟動時，把定子繞組接成星形(Y)，以降低啟動電壓，限制啟動電流，待電動機啟動后，再把定子繞組改接為三角形(△)，使其全壓運行。這種啟動方法適合電動機正常工作時定子繞組必須為△接法，輕載啟動的場合，其特點是啟動轉矩小，僅為額定值的1/3，轉矩特性差(啟動轉矩下降為原來的1/3)。

注意：啟動的時間取決于負載的大小。圖2-9為Y-△降壓啟動器的控制電路。控制電路按照時間控制原則實現(xiàn)自動切換。圖2-9Y-△降壓啟動控制電路電路工作原理如下(首先合上電源開關QS)：

4.鼠籠式異步電動機啟動方法比較

鼠籠式異步電動機啟動方法的比較如表2-1所示。表2-1鼠籠式異步電動機啟動方法的比較2.2.3繞線式異步電動機啟動控制

繞線式三相異步電動機降壓啟動方法為轉子電路串入啟動電阻或頻敏變阻器。

啟動過程的控制原則有電流控制原則和時間控制原則兩種。

1．電流控制原則

圖2-10所示為電流控制原則的轉子串三級電阻啟動控制電路。轉子電阻采用平衡短接法，三個過電流繼電器KA1、KA2、KA3根據(jù)電動機轉子電流的變化，控制接觸器KM1、KM2、KM3的依次得電動作，從而逐級切除外加電阻R1、R2、R3。電路的啟動過程分析如下(首先合上電源開關QS)：圖2-10按電流原則控制的轉子串電阻啟動控制電路由于電動機剛啟動時轉子電流很大，因而三個電流繼電器KA1、KA2、KA3都吸合，它們的動斷觸點全部斷開，轉子繞組串全電阻啟動。隨著電動機轉速的升高，轉子電流逐漸減小，當減小至KA1的釋放電流時，KA1首先釋放，KA1的動斷觸點恢復閉合，接觸器KM1線圈得電，主觸點閉合，切除第一級電阻R1。R1被切除后，轉子電流重新增大，但隨著電動機轉速的繼續(xù)升高，轉子電流又會減小，當減小至KA2的釋放電流時，KA2釋放，KA2的動斷觸點恢復閉合，接觸器KM2線圈得電，主觸點閉合，切除第二級電阻R2。如此繼續(xù)下去，直到全部電阻被切除，電動機啟動完畢，進入正常運行狀態(tài)。

2.時間控制原則

圖2-11所示為按時間原則控制的轉子串電阻啟動電路。圖中，?KM為電源接觸器，KM1～KM3用來短接轉子電阻，時間繼電器KT1～KT3控制啟動過程。

在圖2-11中，按下啟動按鈕SB2后，接觸器KM線圈得電并自鎖，主觸點閉合，電動機串全電阻啟動，與此同時，時間繼電器KT1線圈得電，經(jīng)一段時間延時后，時間繼電器KT1的延時動合觸點閉合，接觸器KM1線圈得電，其主觸點閉合，切除轉子電阻R1，同時其輔助動合觸點閉合，時間繼電器KT2線圈得電。這樣，通過時間繼電器線圈依次通電，接觸器KM1～KM3線圈依次得電，主觸點依次閉合，轉子電阻將被逐級短接，直到轉子電阻全部切除，電動機啟動完畢，進入全壓運行工作狀態(tài)。此時KM3的動斷觸點斷開，KT1線圈失電，其延時動合觸點馬上斷開，KM1線圈失電，此后，KT2、KM2、KT3依次失電。

圖2-11中，在KM線圈支路中串聯(lián)KM1、KM2、KM3的動斷觸點主要是為了保證電動機在啟動瞬間串接所有電阻。圖2-11按時間原則控制的轉子串電阻啟動控制電路

2.3三相異步電動機正反轉控制線路

三相異步電動機正反轉控制線路實現(xiàn)原理較簡單，只需對調交流電動機的任意兩相電源的相序即可。

2.3.1按鈕控制的電動機正反轉控制線路

1.接觸器互鎖的正反轉控制電路

圖2-12所示為兩個接觸器的電動機正反轉控制電路。圖2-12兩個接觸器的電動機正反轉控制電路圖中，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。

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，如圖2-13所示。圖2-13接觸器互鎖正反轉控制電路這種利用兩個接觸器(或繼電器)的動斷觸點互相制約的控制方法叫做互鎖(也稱聯(lián)鎖)，而這兩對起互鎖作用的觸點稱為互鎖觸點。

接觸器互鎖的電動機正反轉控制的工作原理如下(首先合上電源開關QS)：

正轉啟動：停止：

反轉啟動：

2.按鈕、接觸器雙重互鎖的正反轉控制電路

從圖2-13中我們發(fā)現(xiàn)，正反轉的切換必須經(jīng)過“停止”這一操作，那我們能否不經(jīng)過“停止”這一步而直接實現(xiàn)正反轉切換呢？圖2-14所示的按鈕、接觸器雙重互鎖的正反轉控制電路就可實現(xiàn)。所謂按鈕互鎖，就是將復合按鈕動合觸點作為啟動按鈕，而將其動斷觸點作為互鎖觸點串接在另一個接觸器線圈支路中。這樣，要使電動機改變轉向，只要直接按反轉按鈕就可以了，而不必先按停止按鈕，簡化了操作。

其工作原理可自行分析。圖2-14按鈕和接觸器雙重互鎖控制電路2.3.2行程開關控制的電動機正反轉控制線路

在機床電氣設備中，有些是通過工作臺自動往復循環(huán)工作的，例如龍門刨床工作臺的前進、后退。電動機的正反轉是實現(xiàn)工作臺自動往復循環(huán)的基本環(huán)節(jié)。自動循環(huán)控制線路如圖2-15所示?？刂凭€路按照行程控制原則，利用生產(chǎn)機械運動的行程位置實現(xiàn)控制，采用行程開關。由行程開關控制的電動機正反轉控制線路如圖2-16所示。圖2-15自動循環(huán)控制線路示意圖圖2-16行程開關控制的電動機正反轉控制線路電路工作過程分析為：啟動時，按下正轉啟動按鈕SB2，KM1線圈得電并自鎖，電動機正轉運行并帶動機床運動部件左移，當運動部件上的撞塊1碰撞到行程開關SQ1時，將SQ1壓下，使其動斷觸點斷開，切斷了正轉接觸器KM1線圈回路；同時，SQ1的動合觸點閉合，接通了反轉接觸器KM2線圈回路，使KM2線圈得電自鎖，電動機由正向旋轉變?yōu)榉崔D，帶動運動部件向右運動，當運動部件上的撞塊2碰撞到行程開關SQ2時，SQ2動作，使電動機由反轉又轉為正轉運行。如此往返運動，從而實現(xiàn)運動部件的自動循環(huán)控制。若啟動時工作臺在左端，應按下SB3進行啟動。

另外，SQ3、SQ4分別為反、正向終端保護限位開關，用于防止限位開關SQ1、SQ2失靈時造成工作臺從機床上沖出的事故。2.4三相鼠籠式異步電動機制動控制線路

所謂制動，就是給正在運行的電動機加上一個與原轉動方向相反的制動轉矩，迫使電動機迅速停轉。電動機常用的制動方法有機械制動和電氣制動兩大類。2.4.1電磁機械制動控制線路

利用帶電磁操作機構的機械裝置使電動機斷開電源后迅速停轉的方法稱為電磁機械制動。電磁機械制動分為通電制動型和斷電制動型兩種。

電磁機械制動裝置由電磁操作機構和彈簧力機械抱閘機構組成。圖2-17所示為斷電制動型電磁抱閘的結構及其控制電路，特點是斷電時制動閘處于“抱住”狀態(tài)，適用于升降機械場合。圖2-17斷電制動型電磁抱閘的結構及其控制電路(a)斷電制動型電磁抱閘的結構示意圖；(b)電磁抱閘斷電制動控制電路其工作原理為：合上電源開關QS，按下啟動按鈕SB2后，接觸器KM線圈得電自鎖，主觸點閉合，電磁鐵線圈YB通電，銜鐵吸合，使制動器的閘瓦和閘輪分開，電動機M啟動運轉；停車時，按下停止按鈕SB1后，接觸器KM線圈斷電，自鎖觸點和主觸點分斷，使電動機和電磁鐵線圈YB同時斷電，銜鐵與鐵芯分開，在彈簧拉力的作用下閘瓦緊緊抱住閘輪，電動機迅速停轉。

圖2-18所示為通電制動型電磁抱閘的控制電路，其特點是斷電時制動閘處于“松開”狀態(tài)，適用于加工機械場合。圖2-18通電制動型電磁抱閘控制電路2.4.2能耗制動控制線路

用于快速停車的電氣制動方法有能耗制動和反接制動等。

能耗制動是在切除三相交流電源之后，定子繞組接入直流電流，在定子、轉子之間的氣隙中產(chǎn)生靜止磁場，慣性轉動的轉子導體切割該磁場，形成感應電流，產(chǎn)生與慣性轉動方向相反的電磁力矩，從而使電動機迅速停轉，并在制動結束后將直流電源切除的制動方式。其特點是能耗小，需直流電源，設備費用高，制動準確度較高，制動轉矩平滑，但制動力較弱，制動轉矩與轉速成比例減小。適用于要求平穩(wěn)制動，停位準確的場合，如銑床、龍門刨床及組合機床的主軸定位等。圖2-19所示為手動控制的能耗制動控制電路，按下SB2，KM1線圈得電并自鎖，電動機啟動。當進行能耗制動時，一直按住SB1，KM2線圈得電，將直流電源接入電動機進行能耗制動，延時2s左右，松開SB1，能耗制動結束。圖2-19手動控制的能耗制動控制電路圖2-20為按時間原則控制的能耗制動電路圖。其工作原理如下(首先合上電源開關QS)：圖2-20按時間原則控制的能耗制動電路說明：

(1)主電路中的R用于調節(jié)制動電流的大小。

(2)能耗制動結束后，應及時切斷直流電源。2.4.3反接制動控制線路

反接制動依靠改變電動機定子繞組中三相電源相序的方法，使電動機旋轉磁場反轉，從而產(chǎn)生一個與轉子慣性轉動方向相反的電磁轉矩，使電動機轉速迅速下降，電動機制動到接近零轉速時，再將反接電源切除。通常采用速度繼電器檢測速度的過零點。其特點是設備簡單，制動力矩較大，沖擊強烈，但準確度不高。適用于要求制動迅速，制動不頻繁的場合，如各種機床的主軸制動。圖2-21所示為單向運行的反接制動控制電路。其工作原理是：按下啟動按鈕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，為電動機反接制動作準備；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。說明：

(1)反接制動時，當電動機的轉速接近于零時應及時切斷電源，否則電動機將反轉。此控制要求可由速度繼電器實現(xiàn)。

(2)反接制動的電流(制動沖擊力)較大，在主電路中串入限流電阻R。

10kW以上電動機的定子電路中串入的對稱電阻或不對稱電阻，稱為制動電阻，用以限制制動電流和減少制動沖擊力。

(3)注意速度繼電器觸點的方向。

異步電動機能耗制動與反接制動的比較如表2-2所示。圖2-21單向運行的反接制動控制電路表2-2異步電動機能耗制動與反接制動的比較

2.5其他典型控制環(huán)節(jié)

2.5.1點動與長動控制

在生產(chǎn)實踐中，機床調整完畢后，需要連續(xù)進行切削加工，因此要求電動機既能實現(xiàn)點動又能實現(xiàn)長動，控制線路如圖2-22所示。圖2-22(a)的線路采用復合按鈕SB3實現(xiàn)控制。點動控制時，按下復合按鈕SB3，斷開自鎖回路→KM線圈通電→電動機M點動運行；長動控制時，按下啟動按鈕SB2→KM線圈通電，自鎖觸點起作用→電動機M長動運行。此線路在點動控制時，若接觸器KM的釋放時間大于復合按鈕的復位時間，則點動結束，SB3松開時，SB3常閉觸點已閉合，但接觸器KM的自鎖觸點尚未打開，會使自鎖電路繼續(xù)通電，則線路不能實現(xiàn)正常的點動控制。圖2-22(b)的線路比較簡單，采用鈕子開關SA實現(xiàn)控制。點動控制時，先把SA打開，斷開自鎖電路→按下啟動按鈕SB2→KM線圈通電→電動機M點動運行；長動控制時，合上SA→按下SB2→KM線圈通電，自鎖觸點起作用→電動機M長動運行。圖2-22點動與長動控制2.5.2多地點與多條件控制

能在兩地或多地控制同一臺電動機的控制方式叫做電動機的多地控制。

圖2-23所示為兩地控制的電路。所謂兩地控制，是指兩個地點各設一套電動機啟動和停止用的控制按鈕。圖中SB3、SB2為甲地控制的啟動和停止按鈕，SB4、SB1為乙地控制的啟動和停止按鈕。電路的特點是：兩地的啟動按鈕SB3、SB4(動合觸點)要并聯(lián)在一起，停止按鈕SB1、SB2(動斷觸點)要串聯(lián)在一起。這樣就可以分別在甲、乙兩地啟、停同一臺電動機，從而達到操作方便之目的。圖2-23兩地控制電路2.5.3順序控制

在生產(chǎn)實踐中，有時要求一個拖動系統(tǒng)中多臺電動機實現(xiàn)先后順序工作。例如機床中要求潤滑電動機啟動后，主軸電動機才能啟動。常用的順序控制電路有兩種，一種是主電路的順序控制，一種是控制電路的順序控制。

1.主電路的順序控制

用主電路實現(xiàn)順序控制電路如圖2-24所示。

從圖中可以看出，只有當KM1閉合，電動機M1啟動運轉后，KM2才能使M2得電啟動，滿足電動機M1、M2順序啟動的要求。圖2-24主電路實現(xiàn)順序控制的電路

2.控制電路的順序控制

圖2-25所示為用控制電路來實現(xiàn)電動機順序控制的電路。

在圖2-25(a)中，接觸器KM1控制電動機M1的啟動、停止；接觸器KM2控制電動機M2的啟動、停止。現(xiàn)要求電動機M1啟動后，電動機M2才能啟動。

工作過程為：合上開關按下啟動按鈕SB2→接觸器KM1通電→電動機M1啟動→KM1常開輔助觸點閉合→按下啟動按鈕SB4→接觸器KM2通電→電動機M2啟動。

按下停止按鈕SB1后，兩臺電動機同時停止。如改用圖2-25(b)所示線路的接法，則可以省去接觸器KM1的常開觸點，使線路得到簡化。圖2-25控制電路實現(xiàn)順序控制的電路電動機順序控制的接線規(guī)律是：

(1)要求接觸器KM1動作后接觸器KM2才能動作，故將接觸器KM1的常開觸點串接于接觸器KM2的線圈電路中。

(2)要求接觸器KM1動作后接觸器KM2不能動作，故將接觸器KM1的常閉輔助觸點串接于接觸器KM2的線圈電路中。

3.控制電路的順序啟動和順序停止控制

圖2-26所示為用控制電路來實現(xiàn)電動機順序啟動和順序停止控制的電路。

在圖2-26中，啟動時必須先將M1啟動后，M2才能啟動；停止時必須M2先停機，M1才能停機；過載保護在各自的控制電路中。圖2-26控制電路實現(xiàn)順序啟動和順序停止控制的電路電動機順序啟動和順序停止控制的接線規(guī)律是：

(1)要求甲接觸器動作后乙接觸器才能動作，則將甲接觸器的常開觸點串在乙接觸器的線圈電路中。

(2)要求甲接觸器停止后乙接觸器才能停止，則將甲接觸器的常開觸點與乙接觸器的停止按鈕并接。2.5.4調速控制電路

由三相交流異步電動機的轉速公式

可知，要改變異步電動機的轉速，可采用改變電源頻率f1、改變磁極對數(shù)p以及改變轉差率s等三種基本方法。

1.變極調速原理

改變異步電動機定子繞組的連接方式，可以改變磁極對數(shù)，從而得到不同的轉速。常見的交流變極調速電動機有雙速電動機和多速電動機。雙速電動機定子繞組常見的接法有Y/YY和△/YY兩種。圖2-27所示為4/2極△/YY的雙速電動機定子繞組接線圖。在制造時每相繞組就分為兩個相同的繞組，中間抽頭依次為U2、V2、W2，這兩個繞組可以串聯(lián)或并聯(lián)。根據(jù)變極調速原理“定子一半繞組中電流方向變化，磁極對數(shù)成倍變化”，圖2-27(a)將繞組的U1、V1、W1三個端子接三相電源，將U2、V2、W2三個端子懸空，三相定子繞組接成三角形(△)。這時每相的兩個繞組串聯(lián)，電動機以4極運行，為低速。圖2-27(b)將U2、V2、W2三個端子接三相電源，U1、V1、W1連成星形，三相定子繞組連接成雙星(YY)形。這時每相兩個繞組并聯(lián)，電動機以2極運行，為高速。根據(jù)變極調速原理，為保證變極前后電動機轉動方向不變，要求變極的同時改變電源相序。圖2-274/2極△/YY形的雙速電動機定子繞組接線圖(a)低速△形接法；(b)高速YY形接法

2.變極調速控制電路

4/2極的雙速交流異步電動機控制電路如圖2-28所示。

合上電源開關QS，按下低速啟動按鈕SB2，接觸器KM1線圈得電并自鎖，KM1的主觸點閉合，電動機M的繞組連接成△形并以低速運轉。由于SB2的動斷觸點斷開，時間繼電器線圈KT不得電。按下高速啟動按鈕SB3，接觸器KM1線圈得電并自鎖，電動機M連接成△形低速啟動。由于SB3是復合按鈕，時間繼電器KT線圈同時得電吸合，KT瞬時動合觸點閉合自鎖。經(jīng)過一定時間后，KT延時動斷觸點分斷，接觸器KM1線圈失電釋放，KM1主觸點斷開，KT延時動合觸點閉合，接觸器KM2、KM3線圈得電并自鎖，KM2、KM3主觸點同時閉合，電動機M的繞組連接成YY形并以高速運行。圖2-284/2極的雙速交流異步電動機控制電路

2.6電氣控制保護環(huán)節(jié)

1．過載保護：FR

原因：電動機電流超過額定值一段時間后，繞組發(fā)熱，會使絕緣材料變脆，電動機壽命縮短，甚至損壞。

措施：串接在主電路中的熱繼電器的熱元件在電動機過載時，受熱彎曲，端部產(chǎn)生的位移使常閉觸點斷開，切斷電動機的控制電路。

注意：熱繼電器動作后不能自動復位，須雙金屬片冷卻后，才能復位。

2．短路保護：FU

原因：熱元件存在熱慣性，電路發(fā)生短路時無法瞬時動作。

措施：熔體在短路電流作用下迅速熔斷。

注意：為了擴大保護范圍，熔斷器一般直接裝在刀開關下邊(盡量靠近電源)。

3．失壓、欠壓保護：自鎖觸點(接觸器)

(1)欠壓保護。

原因：當電源電壓下降時，電動機繞組電流上升。

措施：當電源電壓下降到85%UN以下時，接觸器的

F吸＜F反，銜鐵釋放，觸點斷開，電動機停止。

(2)失壓保護。

原因：開關控制電路，若停電后再恢復供電，電動機將會自行啟動。

措施：停電時，接觸器觸點斷開，電動機停止?；謴凸╇姾?，若啟動按鈕不被按下，則接觸器線圈不會得電，觸點不會閉合，電動機無法自行啟動。欠壓和失(零)壓保護的優(yōu)點：

①防止電動機低壓運行。

②避免多臺電動機同時啟動造成的電網(wǎng)電壓波動。

③防止在電源恢復時，電動機突然啟動運行而造成設備和人身事故。

2.7典型電氣控制系統(tǒng)

1．車床電氣控制線路

1)車床的主要結構與運動分析

圖2-29所示為C650臥式車床結構示意圖。它主要由床身、主軸變速箱、尾座進給箱、絲杠、光杠、刀架和溜板箱等組成。

主運動：卡盤或頂尖帶動工件的旋轉運動。

進給運動：溜板帶動刀架的縱向或橫向直線運動。

輔助運動：刀架的快速進給與快速退回。車床的調速采用變速箱。圖2-29

C650臥式車床結構示意圖

2)車床的電力拖動形式及控制要求

(1)主軸的旋轉運動。C650車床的主運動是工件的旋轉運動，由主電動機拖動，其功率為30kW。主電動機由接觸器控制實現(xiàn)正反轉，為了提高工作效率，主電機采用反接制動。

(2)刀架的進給運動。溜板帶著刀架的直線運動，稱為進給運動。刀架的進給運動由主軸電動機帶動，并使用走刀箱調節(jié)加工時的縱向和橫向走刀量。

(3)刀架的快速移動。為了提高工作效率，車床刀架的快速移動由一臺單獨的快速移動電動機拖動，其功率為2.2kW，并采用點動控制。

(4)冷卻系統(tǒng)。車床內(nèi)裝有一臺不調速、單向旋轉的三相異步電動機拖動冷卻泵，供給刀具切削時使用的冷卻液。

3)車床的電氣控制線路分析

C650臥式車床的電氣控制原理圖如圖2-30所示。圖2-30C650臥式車床的電氣控制原理圖

(1)主電路。

主電動機M1：KM1、KM2兩個接觸器實現(xiàn)正反轉，F(xiàn)R1作過載保護，R為限流電阻，電流表PA用來監(jiān)視主電動機的繞組電流；由于主電動機功率很大，因而PA接入電流互感器TA回路；當主電動機啟動時，電流表PA被短接，只有當正常工作時，電流表PA才指示繞組電流；KM3用于短接電阻R。

冷卻泵電動機M2：KM4接觸器控制冷卻泵電動機的啟、停，F(xiàn)R2為M2的過載保護用熱繼電器。

快速電動機M3：KM5接觸器控制快速移動電動機M3的啟、停，由于M3點動短時運轉，因而不設置熱繼電器。

(2)控制電路。

①主軸電動機的點動控制。如圖2-31所示，按下點動按鈕SB2不松手→接觸器KM1線圈通電→KM1主觸點閉合→主軸電動機把限流電阻R串入電路中進行降壓啟動和低速

運轉。圖2-31車床主電動機點動控制電路②主軸電動機的正反轉控制。如圖2-32所示，按下正向啟動按鈕SB3→KM3線圈通電→KM3主觸點閉合→短接限流電阻R的同時，另有一個常開輔助觸點KM3(5—15)閉合→KA線圈通電→KA常開觸點(5—10)閉合→KM3線圈自鎖保持通電→把電阻R切除的同時，KA線圈也保持通電。

另一方面，當SB3尚未松開時，由于KA的另一常開觸點(9—6)已閉合→KM1線圈通電→KM1主觸點閉合→KM1輔助常開觸點(9—10)也閉合(自鎖)→主電動機M1全壓正向啟動運行。圖2-32中，SB4為反向啟動按鈕，反向啟動過程與正向類似。

③主電動機的反接制動控制。C650車床采用反接方式制動，用速度繼電器KS進行檢測和控制。假設原來主電動機M1正轉運行，見圖2-32，則KS-1(11—13)閉合，而反向常開觸點KS-2(6—11)依然斷開。當按下反向總停按鈕SB1(4—5)后，原來通電的KM1、KM3、KT和KA就隨即斷電，它們的所有觸點均被釋放而復位。然而，當SB1松開后，反轉接觸器KM2立即通電，電流通路是：4(線號)→?SB1常閉觸點(4—5)→KA常閉觸點(5—11)→KS正向常開觸點KS-1(11—13)→KM1常閉觸點(13—14)→KM2線圈(14—8)→FR1常閉觸點(8—3)→3(線號)。這樣，主電動機M1就串接電阻R進行反接制動，正向速度很快降下來，當速度降到很低時(n≤120r/min)，KS的正向常開觸點KS-1(11—13)斷開復位，從而切斷了上述