电气控制设备第二章-电气控制电路基本环节课件

1、电气控制设备的种类繁多、功能各异，但其控制原理、基本控制电路、基本设计方法等方面均有共同之处，都是由一些比较简单的典型的基本电气控制电路有机地组合而成的。本章主要介绍了电气控制系统的基本线路三相异步电动机的起停、正反转、制动、调速、位置控制、多地点控制、顺序控制线路。它们是分析和设计电气控制线路的基础。正确分析和阅读电气原理图、熟悉电气控制原理图的绘制原则和电气原理图的分析程序是非常重要的，也是学生应该掌握的基本技能。2.1 电气控制的基本原则学习电气控制首先要了解电气控制线路绘制的国家标准，其次还要了解和掌握电气控制的基本原则。常见电气控制基本原则有行程控制原则、电流控制原则、速度控制原则和

2、时间控制原则几种方法。下面就这几种常见控制原则加以说明。2.1.1 行程控制原则根据生产工艺流程和工作部件的预定轨迹，对拖动电动机进行控制称为行程控制，也称为顺序控制，其控制的方法称为行程控制原则。行程控制原则是生产机械电气自动化中应用最多和作用原理最简单的一种方式。例如啤酒生产厂的啤酒灌装流水线灌酒、检测、封装、贴签、喷字等就是按行程控制原则设计的。行程控制的控制电路2-1图所示。 图2-1 行程控制的控制电路2.1.1 行程控制原则2.1.1 行程控制原则图2-1 为顺序起动控制线路。电动机M2必须在M1起动后才能起动，这就构成了两台电动机的顺序控制。工作原理：合上电源开关QS，按下起动按

3、钮SB2，接触器KM1线圈通电吸合并自锁，电动机M1起动运转。KM1的常开触点闭合为KM2线圈通电做好准备，也实现自锁（也称自保），这时按下起动按钮SB4，KM2线圈通电吸合并自锁，电动机M2起动运转。从而实现了M1先起动，M2后起动的按行程（顺序）控制目的。2.1.2 电流控制原则根据电动机主回路电流的大小，利用电流继电器来控制电动机的工作状态，叫做电流控制原则。例如直流电动机电枢回路串电阻启动过程中电流随转速增加而减小，为保证足够的启动转矩，使启动过程中平均电流不变，需要根据电流的变化逐段切除启动电阻，以保证启动过程中电流在某一范围变化，从而保证平均启动转矩不变。这就是按电流控制原则控制。

4、按电流控制原则实现绕线式交流异步电动机控制线路如图2-2所示。 图2-2 电动机按电流原则控制的启动线路2.1.2 电流控制原则2.1.2 电流控制原则图2-2中，按下启动按钮SB2接触器KM1 线圈得电，电动机主回路KM1闭合，电动机带电阻R1、R2起动；辅助常开触点KM1闭合对SB2自保，同时使中间继电器KA线圈得电，常开触点KA闭合为线圈KM2、KM3通电做准备；由于起动电流较大，此时，电流继电器线圈KI1、KI2得电，常闭触点触点KI1和触点KI2打开，当电动机转子电流随着速度上升逐渐下降时，电流继电器线圈KI1率先释（通过整定值实现），常闭触点KI1闭合，接触器KM2线圈得电，切除转

5、子电阻R1，电机再一次加速起动，电动机转子电流再次增大，电流线圈KI2吸合，2.1.2 电流控制原则常闭触点KI2仍然打开，随着速度上升电动机电流又一次逐渐下降，达到设定值时，电流线圈KI2释放，常闭触点KI2闭合， 接触器KM3线圈得电，切除电阻R2，电动机工作在固有特性上加速运行。上图中KM2、KM3得电后是否切除R1、R2，关键在于KI1、 KI2线圈通过的电流情况，电流大则常闭触点KI1、 KI2不闭合，只有电流小于设定值后，触点KI1、 KI2才会闭合并切除电阻R1、R2，故属于按电流原则控制的起动线路。2.1.3 速度控制原则根据电动机的转速变化，利用速度继电器来转换控制电路进而改

6、变电动机的运行状态，叫做速度控制原则。当电动机能耗制动（交流电动机的能耗制动也称动力制动）使速度小于100r/min时需切断电源自由停车。当电动机电枢反接制动时速度接近0时需切断电源及时停车。以上均属按速度原则控制电动机的运行状态。速度控制原则的控制线路如图2-3所示。图2-3 电动机按速度原则控制的能耗制动电路图2.1.3 速度控制原则2.1.3 速度控制原则如图2-3所示，按下SB2接触器KM1线圈有电，主回路KM1触点闭合，电动机起动运行，同时辅助触点KM1闭合对SB2自保，常闭辅助触点KM1打开对KM2接触器实现电气闭锁；按下SB1，切断KM1接触器电源，KM1失电，主回路KM1触点断

7、开，电动机失电，辅助触点KM1对SB1停止自保，对KM2接触器的电气闭锁，常闭触点KM1闭合为能耗制动做准备，虽然电动机停电，由于瞬间停电，电动机的速度可以认为不变，因此速度继电器的常开触点KS2.1.3 速度控制原则闭合，所以按下SB1因连锁作用接触器KM2线圈有电，主触点KM2闭合，将整流后的直流电源接入电动机BC相，开始能耗制动；当速度下降到一定程度后即达到速度继电器设定值时，速度继电器n失电（释放），常闭触点KS打开，线圈KM2失电，电气制动停止，电动机进入自由停车状态，直至速度为零。这就是依靠速度大小进行电动机控制，即按速度原则控制电动机的运行状态。2.1.4 时间控制原则根据时间的

8、变化来控制电动机的运行状态叫做时间控制原则。以星三角降压启动为例，启动时接成星形，过一定时间结束星形启动，改为三角形起动就属于按时间原则控制。此外，直流电动机和线绕式异步电动机各级启动电阻的切除过程如果按规定时间逐级切除，直至电动机在固有特性上运行，也同属按时间原则控制。2.1.4 时间控制原则如图2-4所示为按时间原则控制电动机按星三角启动的典型电路。图中按下启动按钮SB2，接触器KM1线圈有电，主回路KM1触点闭合，同时辅助触点KM1闭合对SB2实现自保，此外，时间继电器KT得电，常闭触点KT延时打开，接触器KM3线圈得电，常开触点闭合，实现星型起动；同时常开触点KT延时闭合，常闭触点KM

9、3打开，确保接触器KM2线圈不得电，实现间电气闭锁(也称电气互锁)；随着时间推移，2.1.4 时间控制原则电动机速度逐渐上升，启动电流逐渐下降，经延时一段时间t，时间继电器KT常闭触点打开，切断接触器KM3的电源，常开触点KT延时闭合为接触器KM2线圈通电做准备，线圈KM3失电，常开触点KM3打开，停止星型起动，常闭触点KM3闭合，使得接触器KM2线圈得电，主回路中常开触点KM2闭合，实现三角形起动，完成星-三角起动。这就是依靠时间进行电动机控制，即按时间原则控制电动机的运行状态。 图2-4 时间控制的星三角启动2.1.4 时间控制原则图2-4 时间控制的星三角启动2.1.4 时间控制原则图2

10、-4 时间控制的星三角启动2.1.4 时间控制原则2.2 电气控制线路设计基本原则2.2.1 电气控制线路的基本要求控制线路设计包括原理设计和工艺设计两部分。1. 电气原理图设计内容：1) 拟定电气设计任务书。2) 选择电力拖动方案和控制方式。3) 确定电动机的类型、型号、容量、转速。4) 设计电气控制原理图。5) 计算主要技术参数，选择电气元件及编制电机和电气元件明细表。2.2.1 电气控制线路的基本要求2. 电气工艺设计内容：1) 设计电气设备的总体配置，绘制总装配和总接线图。2) 绘制各组件电气元件布置图与安装接线图，标明安装方式、接线方式，做好进出接线编号工作。3) 设计电器箱。4)

11、编写使用和维护说明书。2.2.2 电气原理图介绍与要求电气原理图是用来表示电路各电气元件中导电部件的连接关系和工作原理的电路图。电路图不反映元器件的实际位置、大小，只反映元器件之间的连接关系。电气原理图是根据电气动作原理绘制的，用来表示电气动作原理，用于根据动作原理分析和排除故障，而不考虑电气设备的电气元器件的实际结构和安装情况。通过电路图，还可以在测试和寻找故障时提供足够的信息，同时电气原理图也是编制接线图的重要依据。2.2.2 电气原理图介绍与要求1) 电气原理图中电气元件图形符号、文字符号及标号必须采用最新国家标准。文字符号分为基本文字符号和辅助文字符号。文字符号适用于电气技术领域中的技

12、术文件的编制，也可以表示在电气设备、装置和元件上或其近旁以标明他们的名称、功能、状态和特征。2) 电源线的画法。电气原理图根据电路通过的电流大小可分为主电路和辅助电路。主电路是从电源到电动机或线路末端的电路；辅助电路一般由按钮、电气元件的线圈、接触器的辅助触点、继电器的辅助触点等组成。绘制电路图时，主电路用粗实线条绘制在原理图的左侧或上方，辅助电路用细线条绘在原理图的右侧或下方。2.2.2 电气原理图介绍与要求3) 原理图中直流电源用水平线画出，正极在上，负极在下；三相交流电源线水平画在上方，按相序从上到下依L1、L2、L3、中性线（N线）和保护地线（E线）画出。简要表达为如下几条：(1) 电

13、器元件采用国家标准规定的图形符号和文字符号表示。(2) 主电路用粗线条画在左（上）边；控制电路用细线条画在右（下）边。2.2.2 电气原理图介绍与要求(3) 同一电器元件的各部件可不画在一起，但文字符号要相同。若有多个同一种类的电器元件，可在文字符号后加上数字符号的下标，以示区别，如KM1、KM2等。(4) 所有按钮、触点均按没有外力作用和没有通电时的原始状态画出。(5) 当图形垂直放置时，各元器件触点图形符号以“左开右闭”绘制。当图形为水平放置时以“上闭下开” 绘制。(6) 电路图应按主电路、辅助电路（控制电路、照明电路、信号电路、保护电路）分开绘制。2.2.2 电气原理图介绍与要求(7)

14、控制电路的分支电路，原则上按动作顺序和信号流自上而下或自左至右的原则绘制。(8) 直流和单相电源电路用水平线画出，一般画在图样上方，相序自上而下排列。 (9)主电路与电源电路垂直画出。控制电路与信号电路垂直画在两条水平电源线之间。(10) 耗电元件（如电器的线圈，电磁铁，信号灯等）直接与下方水平线连接。控制触点连接在上方水平线与耗电元件之间。2.2.2 电气原理图介绍与要求(11) 需要测试和拆、接外部引线的端子时，应用图形符号“空心圆”表示。电路的连接点用“实心圆”表示。(12) 中性线（N）和保护接地线（PE）放在相线之下。2.2.3 电气元件布置图电气元件布置图用来表示元器件实际安装位置

15、的图。绘制时注意以下几方面：1) 体积大和较重的元件应安装在下方，发热元件安装在下方。2) 强、弱电之间要分开，弱电部分要加屏蔽。3) 需要经常调整、检修的元件，安装高度要适中。4) 元件的布置要整齐、对称、美观。5) 元件布置不要过密，以利于布线和维修。2.2.4 安装接线图安装接线图是用来表明电气设备各单元之间的接线关系。图中表明了电气设备外部元件的相对位置及它们之间的电气连接，是实际安装接线的依据。电气接线图的绘制原则是：1) 各电气元件均按实际安装位置绘出，元件所占图面按实际尺寸以统一比例绘制。 2) 一个元件中所有的带电部件均画在一起，并用点划线框起来，即采用集中表示法。3) 各电气

16、元件的图形符号和文字符号必须与电气原理图一致，并符合国家标准。2.2.4 安装接线图4) 各电气元件上凡是需接线的部件端子都应绘出，并予以编号，各接线端子的编号必须与电气原理图上的导线编号相一致。5) 绘制安装接线图时，走向相同的相邻导线可以绘成一股线。6) 接线图中应标明连接导线的规格、型号、根数、颜色和穿线管的尺寸等。2.2.5 绘图原则各种图的图纸尺寸一般选用297mm210mm、297mm240mm、297mm630mm，297mm840mm 四种幅面，特殊需要可按GB126-74 机械制图国家标准选用其他尺寸。2.3 电动机控制线路中的典型环节2.3.1 三相异步电动机简单的起、保、

17、停电气控制电路图2-5 异步电动机起、保、停控制线路2.3.1 三相异步电动机简单的起、保、停电气控制电路三相电动机起、保、停电气控制电路如图2-5(a)所示。图中左侧为主电路，由电源开关QS、熔断器FU1、接触器KM 主触点、热继电器FR的发热元件和电动机M构成；右侧控制线路由熔断器FU2、热继电器FR 常闭触点、停止按钮SB1、起动按钮SB2、接触器KM常开辅助触点和它的线圈构成。这种环节按照一定的规律组合起来，成为典型环节，因此熟悉这些典型环节，对阅读控制线路是非常有益的。2.3.1 三相异步电动机简单的起、保、停电气控制电路1 工作原理电动机起动时，合上电源开关QS，引入三相电源，按下

18、按钮SB2，接触器KM 的线圈通电吸合，主触点KM 闭合，电动机M 接通电源起动运转。同时与SB2并联的常开触点KM 闭合。当手松开按钮后，SB2在自身复位弹簧的作用下恢复到原来断开的位置时，接触器KM 的线圈仍可通过KM 的常开触点使接触器线圈继续通电，从而保持电动机的连续运行。这种依靠接触器自身常开触点而使其线圈保持通电的现象称为自保或自锁。起自保作用的辅助触点称为自保触点。2.3.1 三相异步电动机简单的起、保、停电气控制电路电动机停止时，只要按下停止按钮SB1，将控制电路断开即可。这时接触器KM 的线圈断电释放，KM 的常开主触点将三相电源切断，电动机M逐渐自由减速直至停止旋转。当手松

19、开按钮后，SB1 的常闭触点在复位弹簧的作用下，虽又恢复到原来的常闭状态，但接触器线圈已不再能依靠自锁触点通电了，因为原来闭合的自锁触点早已随着接触器线圈的断电而断开了。这个电路是单向自锁控制电路，它的特点是：起动、保持、停止，所以称为“起、保、停”控制电路。2.3.1 三相异步电动机简单的起、保、停电气控制电路图2-5(b)为启动时的机械特性曲线。按下按钮SB2，接触器KM的主触点闭合时，由于电磁力矩TST大于负载力矩TL，故电动机加速运行，直至到达稳定点a。按下停止按钮SB1切断电源，电动机沿坐标纵轴自由滑行，直至停车。2.3.1 三相异步电动机简单的起、保、停电气控制电路2. 保护环节1

20、) 短路保护。熔断器FU1、FU2 分别作主电路和控制线路的短路保护，当线路发生短路故障时能迅速切断电源。2) 过载保护。通常生产机械中需要持续运行的电动机均设过载保护，其特点是过载电流越大，保护动作越快，但不会受电动机起动电流影响而动作。2.3.1 三相异步电动机简单的起、保、停电气控制电路3) 失压和欠压保护。在电动机正常运行时，如果因为电源电压的消失而使电动机停转，那么在电源电压恢复时电动机就有可能自行起动，电动机的自起动可能会造成人身事故或设备事故。防止电源电压恢复时电动机自起动的保护叫做失压保护，也叫零电压保护。在电动机正常运行时，电源电压过分降低会引起电动机转速下降和转矩降低，若负

21、载转矩不变，使电动机电流过大，造成电动机停转和损坏电动机。2.3.1 三相异步电动机简单的起、保、停电气控制电路由于电源电压过分降低可能会引起一些电器释放，造成电路不正常工作，可能会产生事故。因此需要在电源电压下降到最小允许的电压值时将电动机电源切除，这样的保护叫做欠压保护。图2-5中依靠接触器自身电磁机构实现失压和欠压保护。当电源电压由于某种原因而严重欠电压或失电压时，接触器的衔铁自行释放，电动机停止运转。而当电源电压恢复正常时，接触器线圈也不能自动通电，只有在操作人员再次按下起动按钮后电动机才会起动。 a) b)图2-6 起动和停止控制线路a)点动控制 b)起、保、停、点动控制2.3.2

22、起动和停止控制2.3.2 起动和停止控制图2-6是用按钮控制电动机起动和停止的典型线路。需起动电动机时，先合上电源开关QS，再按启动按钮SB1，接触器KM线圈接通动作，使电动机M直接起动。接触器的一个辅助动合触点KM与SB1并联，以维持接触器线圈继续通电，起自保护作用，使电动机起动后能保持连续运行。同时触点与按钮SB1的组合还起零电压保护作用，即当电源突然消失或降低时，接触器跳闸，切断电动机电源线路。电源电压恢复时，接触器不会自动吸合使电动机自行起动，以保安全。2.3.2 起动和停止控制要使电动机停止运转时，只要按下停止按钮SB2，接触器按钮失电，其动合触点全部断开，电动机与电源断开而停转。停

23、止按钮复位时，接触器线圈不会自动通电动作（因起动按钮已解除自保），必须再次按下SB1时才能使电动机起动。有些生产机械常常需要试车或调整，则由无自保作用的控制线路实现所谓“点动”控制，即按下起动按钮电动机就转动，放开按钮电动机停转。“点动”控制线路如图2-6(a)所示，此时只需一个起动按钮。图2-6(b)是既可以做正常起动、停止，又可以做点动控制的混合控制线路，SB1为正常的起动控制按钮，SB3为点动控制按钮。2.3.3 可逆控制有的生产机械，如提升机、运输机、吊车、电梯等需要正向旋转，也需要反向旋转，则应采用可逆控制线路。对于三相异步电动机只要将其三相电源中的任意两相调换接线，就可改变电源相序

24、使电动机由正向旋转变为反向旋转。为此，需在前述不可逆控制线路的基础上再增设一组按钮和接触器，实现可逆控制。如图2-7所示，正向运行时，按下正转起动按钮SB2，正转接触器KM1通电动作，电动机正转。要反转时，先按下停止按钮SB1使KM1释放，再按下SB3，使反转接触器KM2通电动作，电动机反转。2.3.3 可逆控制在可逆控制线路中，为防止正、反两接触器同时通电闭合，造成电源短路的严重事故，则在两个接触器的线圈回路中，彼此串接一个对方的动断辅助触点，实现“互锁”保护，或称“电气互锁”。这样，当其中一个接触器通电动作时，另一个接触器就不能动作。图2-7中串接在线圈KM2和线圈KM1之间的KM1和KM

25、2两个常闭触点就实现电气互锁。图2-7 电气互锁可逆控制线路2.3.3 可逆控制2.3.3 可逆控制还可以用机械互锁来进行保护，如图2-8所示，它利用按钮本身的动触点（该种按钮同时有一对动合和一对动断触点），串接在相反方向的接触器线圈回路中。当需要正向起动时，按下SB2，使KM1通电动作，电动机正转，同时使KM2线圈回路断开，不能使电动机反向起动。反之亦然。图2-8 机械互锁可逆控制线路2.3.3 可逆控制2.3.3 可逆控制为确保安全可靠，可采用同时具有电气和机械互锁措施，实现复合互锁的可逆控制线路，图2-8所示电路就是具有机械电气复合互锁的可逆控制线路。这种情况下，即使其中某一动断触点不能

26、打开，也不致发生电源短路事故。2.3.4 联锁控制上述互锁控制同样也可用于两台电动机的相互闭锁，即一台电动机运行时，另一台电动机不能起动，称为“联锁”控制。另外有些机械，如煤炭生产现场的皮带输送机运送物料时，需逆物料运送方向顺序起动。图2-9为点动连锁控制电路，图2-10为两台电动机顺序起动的控制线路。图2-10中，只有当KM1通电动作后，KM2才能工作，如先按SB4，则KM2不能动作。需停机时，分别按SB1 、SB2使两台电动机都停止运转，事实上煤矿皮带运输机起动时须逆煤流起动，停车时须顺煤流停车，具体线路在第五章第一节专门介绍，本处只是简单介绍顺序控制而已。图2-9 点动连锁控制线路2.3

27、.4 联锁控制图2-10 顺序起动控制线路2.3.4 联锁控制2.3.5 多地点控制有些生产机械需在不同的地点实现对电动机进行起动和停止控制。图2-11 多地点控制线路2.3.5 多地点控制图2-11为可在两地进行控制的线路，即在不同的地点各安装一套起动和停止按钮，使电动机起动的按钮为动合触点且并联联结，而使电动机停止的按钮为动断触点且串联。这一原则适用于三个及更多地点的控制。2.4 三相交流异步电动机控制三相笼型异步电动机坚固耐用，结构简单，价格便宜，因此在生产机械中应用十分广泛。电动机的起动是指其转子由静止状态转为正常运转状态的过程。笼型异步电动机有两种起动方式，直接起动和降压起动。直接起

28、动又称为全压起动，即起动时电源电压全部施加在电动机定子绕组上。降压起动就是在起动时将电源电压降低到一定的数值后再施加到电动机定子绕组上，待电动机的转速接近额定转速时，再使电动机在电源电压下运行。2.4.1 三相交流异步电动机直接起动控制线路对容量较小，直接启动对电网不产生影响且工作要求简单的电动机，如小型台钻、砂轮机、冷却泵的电动机，可用手动开关在动力电路中接通电源直接起动。如图2-12 所示的控制电路。一般中小型机床的主电动机采用接触器直接起动，如图2-13 所示控制电路。接触器直接起动电路分为两部分，主电路由接触器的主触点接通与断开，控制电路由按钮和辅助常开触点控制接触器线圈的通断电，实现

29、对主电路的通断控制。图2-12 用开关直接起动线路 图2-13 用接触器直接起动控制线路2.4.1 三相交流异步电动机直接起动控制线路2.4.2 三相异步电动机降压起动控制线路容量大于10KW 的笼型异步电动机直接起动时，起动冲击电流为额定值的47 倍，容易对电网供电质量产生影响，故一般均需采用相应措施降低电压，即减小与电压成正比的电枢电流，从而在电路中不至于产生过大的电压降。常用的降压起动方式有定子电路串电阻或电抗降压起动、星形三角形（）降压起动和自耦变压器降压起动等起动方式。2.4.2 三相异步电动机降压起动控制线路1. 星形三角形降压起动控制电路正常运行时，定子绕组为三角形联结的笼型异步

30、电动机，可采用星形三角形的降压起动方式来达到限制起动电流的目的。起动时，定子绕组首先联结成星形，待转速上升到接近额定转速时，将定子绕组的联结由星形改成三角形，电动机便进入全压正常运行状态。图2-14 给出了星形三角形降压起动控制电路。图中主电路由3 个接触器进行控制，KM1、KM3主触点闭合，将电动机绕组联结成星形；KM1、KM2 主触点闭合，将电动机绕组联结成三角形。控制电路中，用时间继电器来实现电动机绕组由星形向三角形联结的自动转换。2.4.2 三相异步电动机降压起动控制线路控制电路的工作原理：按下起动按钮SB2，KM1 通电并自锁，接着时间继电器KT、KM3的线圈通电，KM1与KM3的主

31、触点闭合，将电动机绕组联结成星形，电动机降压起动。待电动机转速接近额定转速时，KT 延时完毕，其常闭触点断开，KM3失电，时间继电器KT常开触点闭合与接触器KM3的常闭触点复位，使得KM2 通电吸合并自保，同时将主回路电动机绕组联结成三角形联结，电动机进入全压运行状态。图2-14 Y-降压起动线路2.4.2 三相异步电动机降压起动控制线路2.4.2 三相异步电动机降压起动控制线路2. 定子串电阻降压起动控制电路电动机定子绕组串电阻（串电抗器启动与串电阻器工作原理一样）降压起动，其工作原理是电动机起动时，在三相定子绕组中串接电阻分压，使定子绕组上的压降降低，起动后再将电阻短接，电动机即可在全压下

32、运行。这种起动方式不受接线方式的限制，设备简单，常用于中小型设备和用于限制机床点动调整时的起动电流。图2-15 给出了串电阻降压起动的控制电路。图中主电路由KM1、KM2两组接触器主触点构成串电阻接线和短接电阻接线，并由控制电路按时间原则实现从起动状态到正常工作状态的自动切换。2.4.2 三相异步电动机降压起动控制线路控制电路的工作原理：按下起动按钮SB2，接触器KM1通电吸合并自锁，时间继电器KT 通电吸合，KM1主触点闭合，电动机串电阻降压起动。经过t延时后，KT的延时常开触点闭合，接通KM2的线圈回路，KM2的主触点闭合，电动机短接电阻进入正常工作状态。电动机正常运行时，只要KM2得电即

33、可，但图2-15(a)在电动机起动后KM1和KT 一直带电电工作，这是不必要的。(a) 定子串电阻起动电路 (b) 改进的定子串电阻起动电路 图2-15 定子串电阻减压起动控制线路2.4.2 三相异步电动机降压起动控制线路(c) 串电阻起动时机械特性图2-15 定子串电阻减压起动控制线路2.4.2 三相异步电动机降压起动控制线路2.4.2 三相异步电动机降压起动控制线路图2-15(b)就解决了电动机起动后KM1和KT 一直带电电工作的问题，KM2 得电后，其常闭触点将KM1及KT断电，KM2自锁。这样，在电动机起动后，只要KM2得电，电动机便能正常运行。图2-15(c)是定子串电阻起动时的机械

34、特性示意图，串电阻起动时负载力矩TL小于初启动力矩TST1（注意这里TST2大于TST1），电动机沿着ab线加速运行，保证了启动电流较小，减小了对电网的冲击；2.4.2 三相异步电动机降压起动控制线路当速度由a点上升到切换速度b点时，常开触点KM2闭合 ，切除启动电阻，电动机从b点转移到c点继续沿cd线加速，实现全压运行，直至d 点。值得注意的是如果定子串电阻太大，很可能导致启动力矩TST1小于负载力矩TL，造成电动机工作在堵转状态，甚至会烧坏电动机。2.4.2 三相异步电动机降压起动控制线路3. 自耦变压器降压起动控制电路在自耦变压器降压起动的控制线路中，电动机起动电流的限制，是依靠自耦变压

35、器的降压作用来实现的。电动机起动的时候，定子绕组得到的电压是自耦变压器的二次电压。一旦起动结束，自耦变压器便被切除，额定电压通过接触器直接加于定子绕组，电动机进入全压运行。图2-16 为自耦变压器降压起动的控制线路。KM1为降压接触器，KM2为正常运行接触器，KT 为起动时间继电器。2.4.2 三相异步电动机降压起动控制线路电路的工作原理：起动时，合上电源开关QS，按下起动按钮SB2，接触器KM1的线圈和时间继电器KT的线圈通电，KT 瞬时动作的常开触点闭合，形成自锁，KM1主触点闭合，将电动机定子绕组经自耦变压器接至电源，这时自耦变压器联结成星形，电动机降压起动。KT 延时t后，其延时断开常

36、闭触点断开，使KM1线圈失电，KM1主触点断开，从而将自耦变压器从电网上切除。而KT 延时闭合常开触点闭合，使KM2线圈通电，电动机直接接到电网上运行，从而完成了整个起动过程。2.4.2 三相异步电动机降压起动控制线路图2-16(b)是自耦变压器降压起动时的机械特性示意图，自耦变压器降压起动时负载力矩TL小于初启动力矩TST1，但此时TST2大于TST1，电动机沿着ab曲线加速运行，保证了启动电流较小，减小了对电网的冲击；当速度上升到切换速度b点时，常开触点KM2闭合 ，切除启动自耦变压器，电动机从b点转移到c点，并沿cd线全压加速运行，直至d点。仍要指出的是：如果降压太大，很可能导致启动力矩

37、TST1小于负载力矩TL，造成电动机工作在堵转状态，甚至会烧坏电动机、变压器。还应提醒大家注意的是，降压调速时Sm不变。这不同于图2-15(c)。 a) b)(a) 自耦变压器降压起动控制线路 (b) 自耦变压器降压起动机械特性图2-16 自耦变压器降压起动控制线路2.4.2 三相异步电动机降压起动控制线路2.4.2 三相异步电动机降压起动控制线路该电路的缺点是时间继电器一直通电，耗能多，且缩短了器件寿命，请读者自行分析并设计一断电延时的控制电路。自耦变压器降压起动方法适用于容量较大、正常工作时联结成星形或三角形的电动机。其起动转矩可以通过改变自耦变压器抽头的连接位置得到改变。它的缺点是自耦变

38、压器价格较贵，且不允许频繁起动。2.4.3 三相异步电动机制动控制线路三相异步电动机从切除电源到完全停止运转。由于惯性的关系，总要经过一段时间，这往往不能适应某些生产机械工艺的要求。如万能铣床、卧式镗床、电梯等，为提高生产效率及准确停位，要求电动机能迅速停车，因此必须对电动机进行制动控制。制动方法一般有两大类：机械制动和电气制动。电气制动中常用反接制动和能耗制动，反接制动又分电枢反接制动和转速反接制动，后者多用于下放重物即电动机拖动位能负载运行。一般介绍的反接制动都是介绍电枢反接制动，因为电枢反接制动主要用来减速或停车，本小节主要介绍电枢反接制动控制电路。2.4.3 三相异步电动机制动控制线路

39、1. 电枢反接制动控制线路电枢反接制动控制的工作原理：改变异步电动机定子绕组中的三相电源中的任两相相序，使定子绕组产生方向相反的旋转磁场，从而产生制动转矩，实现制动。电枢反接制动要求在电动机转速接近零时要及时切断反相序的电源，以防止电动机反向起动。反接制动过程为：当想要停车时，首先将三相电源切换，并改变任意两项相序接线使电动机实现电枢反接制动，然后当电动机转速接近零时，再将三相电源切除。2.4.3 三相异步电动机制动控制线路图2-17(a)、图2-17(b)所示均为反接制动的控制线路。控制线路是用速度继电器来“判断”电动机的停与转的。速度继电器与电动机转子是同轴连接在一起的，电动机转动时，速度

40、继电器的常开触点闭合，电动机停止时常开触点断开。 (a) 反接制动的控制线路1 (b) 反接制动的控制线路22.4.3 三相异步电动机制动控制线路(c)电枢反接制动机械特性示意图 (d)转速反接制动机械特性示意图 图2-17 反接制动控制线路2.4.3 三相异步电动机制动控制线路2.4.3 三相异步电动机制动控制线路主电路中，接触器KM1的主触点用来提供电动机的工作电源，接触器KM2的主触点用来提供电动机停车时的制动电源。图2-17(a)控制电路的工作原理：起动时，合上电源开关QS，按下起动按钮SB2，接触器KM1线圈通电吸合且自锁，KM1主触点闭合，电动机起动运转，其辅助常开触点自保，其常闭

41、触点KM1还与接触器KM2电气互锁。当电动机转速升高到一定数值时，速度继电器KS的常开触点闭合，为反接制动作准备。停车时，按下停止按钮SB1，KM1线圈断电释放，KM1主触点断开电动机的工作电源；而接触器KM2线圈通电吸合使KM2主触点闭合，串入电阻R 进行反接制动，迫使电动机转速下降，当转速降至100r/min 以下时，KS 的常开触点复位断开，使KM2线圈断电释放，及时切断电动机的电源，防止了电动机的反向起动。2.4.3 三相异步电动机制动控制线路图2-17(a)图有这样一个问题：在停车期间，如果为了调整工件，需要用手转动机床主轴时，速度继电器的转子也将随着转动，其常开触点闭合，KM2通电

42、动作，电动机接通电源发生制动作用，不利于调整工作。图2-17(b)图的反接制动线路解决了这个问题。控制线路中停止按钮使用了复合按钮SB1，并在其常开触点上并联了KM2 的常开触点，使KM2能自锁。这样在用手转动电动机时，虽然KS 的常开触点闭合，但只要不按复合按钮SB1，KM2就不会通电，电动机也就不会反接于电源，只有按下SB1，KM2才能通电，制动电路才能接通。因电动机反接制动电流很大，故在主回路中串入电阻R，可防止制动时电动机绕组过热。2.4.3 三相异步电动机制动控制线路图2-17中(c)(d)两图分别给出了电枢反接制动和转速反接制动机械特性曲线，由图2-17 (c)可知，如果是绕线式电

43、动机，电枢反接必须转子串电阻以限制制动电流(图中是定子串电阻，应为鼠笼型电动机)，此外还要在速度过零时及时切除电源，否则，电动机会反向加速启动。而图2-17(d)则告诉我们，对于位能负载如果绕线式电动机转子串电阻过大，会使电动机启动力矩小于负载力矩，导致出现倒拉现象，也就是电动机工作在位能负载下放状态，这就是转速反接制动。2.4.3 三相异步电动机制动控制线路2. 能耗制动控制线路能耗制动控制的工作原理：在三相电动机停车切断三相交流电源的同时，将一直流电源引入定子绕组，产生静止磁场。电动机转子由于惯性仍沿原方向转动，则转子在静止磁场中切割磁力线，产生一个与惯性转动方向相反的电磁转矩，实现对转子

44、的制动。1) 单向运行能耗制动控制线路(a) 按时间原则控制的单向能耗制动线路 (b)按时间原则控制的单向能耗制动机械特性示意图图 2-18 按时间原则控制的单向能耗制动线路2.4.3 三相异步电动机制动控制线路2.4.3 三相异步电动机制动控制线路(1) 按时间原则控制线路。图2-18为按时间原则的单向能耗制动控制线路。图中变压器TC、整流装置VC 提供直流电源。接触器KM1的主触点闭合接通三相电源，KM2将直流电源接入电动机定子绕组。2.4.3 三相异步电动机制动控制线路控制电路的工作原理：按下起动按钮SB2，接触器KM1通电吸合并自锁，其主触点闭合，电动机起动运行。停车时，采用时间继电器

45、KT 实现自动控制，按下复合按钮SB1，KM1线圈失电，切断三相交流电源。同时，接触器KM2和KT的线圈通电并自锁，KM2在主电路中的常开触点闭合，直流电源被引入定子绕组，电动机能耗制动，SB1松开复位。制动结束后，因KT线圈有电，使得时间继电器KT在延时t后，打开常闭触点KT，断开KM2的线圈回路，实现停车。2.4.3 三相异步电动机制动控制线路图2-18 中KT 的瞬时常开触点的作用是为了考虑KT 线圈断线或机械卡阻故障时，KT不起作用，电动机自动全靠SB1按钮，电动机在按下SB1后能迅速制动，松开后马上停止，保证两相的定子绕组不致长期接入能耗制动的直流电流。此时该线路具有手动控制能耗制动

46、的能力，只要使SB1处于按下的状态，电动机就能实现能耗制动。能耗制动的制动转矩大小与通入直流电流的大小有关，同样转速，电流大，制动作用强。2.4.3 三相异步电动机制动控制线路一般接入的直流电流为电动机空载电流的35 倍，过大会烧坏电动机的定子绕组。电路采用在直流电源回路中串接可调电阻的方法，调节制动电流的大小。能耗制动时制动转矩随电动机的惯性转速下降而减小，因而制动平稳。这种制动方法将转子惯性转动的机械能转换成电能，又消耗在转子的制动上，所以称为能耗制动。图2-18(b)为能耗制动特性曲线，请同学们结合电机与拖动课程所学知识自己予以分析。2.4.3 三相异步电动机制动控制线路(2) 按速度原

47、则控制线路。图2-19 为按速度原则控制的单向能耗制动控制线路。该线路与图2-18 控制线路基本相同，仅是在控制电路中取消了时间继电器KT 的线圈及其触点电路，而在电动机转轴伸出端安装了速度继电器KS，并且用KS 的常开触点取代了KT 延时常闭触点。这样，该线路中的电动机在刚刚脱离三相交流电源时，由于电动机转子的惯性速度仍很高，KS 的常开触点仍然处于闭合状态，所以，接触器KM2线圈在按下按钮SB1后通电自锁。于是，两相定子绕组获得直流电源，电动机进入能耗制动。当电动机转子的惯性速度接近零时，KS常开触点复位，KM2线圈断电而释放，能耗制动结束。 图2-19 按速度原则控制的单向能耗制动控制线

48、路2.4.3 三相异步电动机制动控制线路2) 可逆运行能耗制动控制线路图2-20为电动机按时间原则控制可逆运行的能耗制动控制线路。图2-20 可逆运行的能耗制动控制线路2.4.3 三相异步电动机制动控制线路2.4.3 三相异步电动机制动控制线路KM1为正转用接触器，KM2为反转用接触器，KM3为制动用接触器，SB2为正向起动按钮，SB3为反向起动按钮，SB1为总停止按钮。在正向运转过程中，需要停止时，可按下SB1，KM1断电，KM3和KT 线圈通电并自锁，KM3常闭触点断开并锁住电动机起动电路；KM3常开主触点闭合，使直流电压加至定子绕组，电动机进行正向能耗制动，转速迅速下降，当其接近零时，K

49、T 延时常闭触点断开KM3线圈电源，电动机正向能耗制动结束。由于KM3常开触点的复位，KT 线圈也随之失电。反向起动与反向能耗制动的过程与上述正向情况相同。2.4.3 三相异步电动机制动控制线路电动机可逆运行能耗制动也可以按速度原则，用速度继电器取代时间继电器，同样能达到制动目的。3) 单管能耗制动控制线路上述能耗制动控制线路均带有变压器的桥式整流电路，设备多，成本高。为此，用于制动要求不高的场合。可采用单管能耗制动线路，该电路设备简单、体积小、成本低。单管能耗制动线路取消了整流变压器，以单管半波整流器作为直流电源，使得控制设备大大简化，降低了成本。它常在10KW 以下的电动机中使用，电路如图

50、2-21所示。(a)鼠笼型异步电动机单管能耗制动控制线路 (b)鼠笼和绕线式异步电动机能耗制动控制机械特性示意图图2-21 能耗制动控制2.4.3 三相异步电动机制动控制线路2.4.3 三相异步电动机制动控制线路图2-21是异步电动机能耗制动机械特性曲线，制动时电动机由b点切换到c1点，如果是绕线式电动机，当转子串电阻时，随着制动，电动机速度下降，需切除部分转子电阻，电动机工作由c1线切换到 c特性曲线上，以保持较为稳定的平均制动力矩，加快停车过程。如果制动电压增大，电动机会由b点切换到c2 线，制动力矩增大，制动电流也增大，制动更强烈，对电网的冲击也大。此外，图2-21电路虽属能耗制动，但因

51、是鼠笼电动机，故应由b 点切换到c点（也可以是c1、c2点）后，不再切换，一直减速到零。2.4.3 三相异步电动机制动控制线路反接制动时，制动电流很大，因此制动力矩大，制动效果显著，但在制动时有冲击，制动不平稳且能量消耗大。能耗制动与反接制动相比，制动平稳，准确，能量消耗少，但制动力矩较弱，特别在低速时制动效果差，并且还需提供直流电源。在实际使用时，应根据设备的工作要求选用合适的制动方法。2.4.4 双速异步电动机调速控制线路实际生产中，对机械设备常有多种速度输出的要求，通常采用单速电动机时，需配有机械变速系统以满足变速要求。当设备的结构尺寸受到限制或要求双速或多速或速度连续可调时，常采用多速

52、电动机或电动机调速。交流电动机的调速由于晶闸管技术的发展，已得到广泛的应用，但由于控制电路复杂，造价高，普通中小型设备使用较少。应用较多的是多速交流电动机。由电工学可知，电动机的转速与电动机的磁极对数有关，改变电动机的磁极对数即可改变其转速。采用改变极对数的变速方法一般只适合笼型异步电动机，本节以双速电动机为例分析这类电动机的控制电路。图2-22双速交流异步电动机调速控制线路 (a) 双速异步电动机调速控制线路2.4.4 双速异步电动机调速控制线路 (b)控制线路1 (c) 控制线路22.4.4 双速异步电动机调速控制线路(d) 双速异步电动机转子结构图2.4.4 双速异步电动机调速控制线路2

53、.4.4 双速异步电动机调速控制线路图2-22 为双速异步电动机调速控制线路。图中主电路接触器KM1的主触点闭合，构成三角形联结；KM2 和KM3 的主触点闭合构成双星形联结。图2-22(a)控制电路由复合按钮SB2接通KM1的线圈电路，KM1主触点闭合，电动机低速运行。SB3接通KM2和KM3的线圈电路（仅手动、无自保），其主触点闭合，电动机高速运行。为防止两种接线方式同时存在，KM1 和KM2的常闭触点在控制电路中构成互锁。2.4.4 双速异步电动机调速控制线路图2-22(b)控制电路采用选择开关SA，选择接通KM1线圈电路或KM2、KM3的线圈电路，即选择低速或者高速运行。图2-22(a

54、)和图2-22(b)的控制电路用于小功率电动机，图2-22(c)的控制电路用于大功率的电动机，采用选择开关实现电动机低速运行或高速运行控制；选择低速运行时，接通选择接通KM1线圈电路，直接起动低速运行；选择高速运行时，首先将选择开关SA打到低速端，接通KM1线圈电路低速起动，然后将选择开关SA打到高速端，接通时间继电器KT，再由时间继电器KT 切断KM1的线圈电路，同时接通KM2和KM3的线圈电路，电动机的转速由低速切换到高速。2.4.5 位置控制电路自动往复循环控制是利用行程开关按机床运动部件的位置或部件的位置变化来进行的控制，通常称为行程控制。行程控制是机械设备应用较广泛的控制方式之一。生

55、产中常见的自动循环控制有龙门刨床、磨床等生产机械的工作台的自动往复控制，工作台行程示意及控制线路如图2-23 所示。(a)工作台行程示意图 2.4.5 位置控制电路(b) 自动循环控制线路图图2-23 工作台行程示意及控制线路图2.4.5 位置控制电路2.4.5 位置控制电路控制线路的工作原理：如图2-23(b)所示，按下起动按钮SB2，接触器KM1通电并自锁，其主触点闭合，电动机正转，带动工作台向右运行，当工作台到达行程开关SQ1的位置时，SQ1 被压下，其常闭触点断开，切断电动机的正转回路，同时，其常开触点闭合，接通接触器KM2的线圈回路，KM2通电并自锁，其主触点闭合，电动机反转，带动工

56、作台向左运行。当工作台到达行程开关SQ2 的位置时，SQ2 被压下，切断电动机的反转回路，同时又接通电动机的正转回路，工作台又向右运行，实现工作台的自动往返。图2-23(a)中SQ3和SQ4为限位开关，安装在工作台运动的极限位置，起限位保护作用，当由于某种故障，工作台到达SQ1和SQ2给定的位置时，未能切断KM1(或KM2)线圈电路，继续运行达到SQ3(或SQ4)所处的极限位置时，将会压下限位保护开关，切断接触器线圈电路，使电动机停止转动，避免工作台超越允许位置的事故。2.5 绕线式异步电动机串电阻起动控制的特点和原则绕线转子异步电动机广泛采用转子串电阻起动方式。为了限制起动电流，同时又获得较

57、大的起动转矩，转子回路串入的电阻值必须适当，并随着电动机转速的升高，逐级短路这些电阻。各级起动电阻是按等比数分配的，而且每段电阻的短接必须在一定的参数配合下进行，才能得到理想的加速过程。下面以一个三级起动电阻的电路为例，说明起动电阻控制的原则。图2-24所示为电动机的转子回路，有三段起动电阻R1、R2、R3分别有三个加速接触器的主触点短接。为了得到理想的加速过程，接触器必须依次在特定的时刻动作。需要提醒的是图2-24中电动机转子所串电阻是按时间原则起动方式逐级切除的。图2-24 绕线转子异步电动机转子串电阻按时间原则起动方式工作原理：首先合上电源开关QS，为电动机起动做好准备工作，此时控制线路

58、和主电路均未上电，接触器从KM1KM4以及时间继电器KT1KT3线圈均未通电，电阻R1R3完全串入绕线异步电动机转子中，以备电动机串电阻启动。按下SB2，线圈KM1得电，主触头KM1闭合，电机带全电阻启动；同时，辅助触头KM1闭合，实现对按钮SB2的自保，另一辅助触头KM1闭合使时间继电器KT1线圈通电，同时也为KT2KT3、KM2KM4线圈提供电源，以便其开展工作。KT1延时t后常开触点闭合，线圈KM2得电，其主触点KM2闭合，切除电阻R1，电动机电流增大并加速运行；其辅助常开触点KM2闭合，延时继电器KT2线圈得电，同理延时t后KT2的常开触点闭合，线圈KM3得电，其主触点KM3闭合，切除

59、电阻R2，电动机又一次电流增大并加速运行；其辅助常开触点KM3闭合，延时继电器KT3线圈得电，同理延时t后KT3的常开触点又闭合，线圈KM4得电，其主触点KM4闭合，切除电阻R3，电动机又一次电流增大并加速运行，此时运行在电动机的固有特性曲线上，直至稳定工作点稳定运行，KM4 的常开辅助触点自保KT3。图中辅助触点常闭触点KM2、KM3、KM4 的断开，主要用来报警KM2、KM3、KM4的主触头熔焊情况。 图2-25 电动机起动过程的机械特性图2-25是线性化后的异步电动机机械特性曲线，KM1闭合时，电动机由a 点沿ab线加速上升；至b点，接触器KM2闭合，切除电阻R1，电动机由b 点转到c点

60、，沿cd线加速运行；至d点，接触器KM3动作，切除电阻R2，电动机由d点转到e点，电动机沿ef线加速运行；至f点，接触器KM4动作，切除电阻R3，电动机由f点转到g点，电动机沿gh线加速运行；至h点，电动机稳定运行。此即绕线式异步电动机加速全过程。2按电流原则控制实现绕线式异步电动机加速启动图2-26为按电流原则启动方式。具体工作原理在前面已经介绍过了，该图放在这里，给大家参考比较或温习提供方便，此处不再赘述。图2-26 绕线转子异步电动机转子串电阻按电流原则起动线路3按时间原则控制实现绕线式异步电动机串频敏变阻器启动图2-27为绕线式异步电动机转子串频敏变阻器按时间原则起动方式，工作原理如下