电气控制系统基本控制电路

以三相笼型异步电动机为主要控制对象，介绍几种典型控制电路。本章内容是电气线路分析和设计的基础，要求熟练掌握。1、基本控制电路环节2、特定功能控制电路3、自动循环工作控制电路

第四章电气控制系统基本控制电路

第一节三相笼型异步电动机基本控制电路环节简介电动机的分类三相笼型异步电动机由于结构简单、价格便宜、坚固耐用等一系列优点获得了广泛的应用。它的控制线路大都由继电器、接触器、按钮等有触点电器组成。对它的起动控制有全压起动和降压起动两种方式异步电动机的起动有两个特点：1、起动电流大一般笼型异步电动机起动电流约为额定电流的4~7倍。原因：危害：教材P602、起动转矩小原因危害对电动机起动的主要要求（1）有足够大的启动转矩（2）在满足启动转矩要求的前提下，启动电流越小越好。不同类型与容量的异步电动机可采取减压起动直接起动

一般在有独立变压器供电（即变压器供动力用电）的情况下，若电动机启动频繁，电动机功率小于变压器容量的20%时允许直接启动；若电动机不经常启动，电动机功率小于变压器容量的30%时也允许直接启动。如果没有独立的变压器供电（即与照明共用电源）的情况下，电动机启动比较频繁，则常按经验公式来估算(或变压器供动力和照明公用时：电动机功率小于变压器容量的5％，允许直接启动)。

满足下列关系则可直接启动1、开关控制直接起动电路保护措施：FU——短路保护优点：控制方法简单、经济、实用。缺点：操作不方便、不安全，无过载、零压等保护措施，不能实现远距离控制和自动控制适用于不频繁起动的小容量电动机,如小型台钻、砂轮机、冷却泵等。

一、直接起动控制电路（全压起动）FU２、接触器控制直接起动主电路：三相电源经QS、FU2、KM的主触点，FR的热元件到电动机三相定子绕组。控制电路：用两个控制按钮，控制接触器KM线图的通、断电，从而控制电动机（M）启动和停止。起停过程： 合上QS，按动起动按钮SB2—>KM线圈通电并自锁－>M通电工作。

KM自锁触点，是指与SB2并联的常开辅助触点，其作用是当按钮SB2闭合后又断开，KM的通电状态保持不变，称为通电状态的自我锁定。 停止按钮SB1，用于切断KM线圈电流并打开自锁电路，使主回路的电动机M定子绕组断电停止工作。

自锁-----依靠接触器自身辅助触头而使其线圈保持通电。保护环节：FU做短路保护，保护电源。FR做过载保护，保护电动机KM做失压保护，防止自起动。一般中小型机床的主电动机都采用这种起动方式

二、三相笼型异步电动机减压起动控制

较大容量的笼型异步电动机（大于10KW）因启动电流较大，一般都采用降压起动方式来起动。原理：起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，以限制起动电流，起动后再将电压恢复到额定值。起动电流降压起动转矩

该方法适用于对启动转矩要求不高或空载、轻载下起动的设备。减压起动常用的方法：

星--三角变换减压起动：定子串电阻或电抗器减压起动：自耦变压器减压起动延边三角形减压起动

针对全压工作时为三角形接法的电动机，起动时将其定子绕组接成星形，降低电动机的绕组相电压。当起动过程结束时再将电动机的定子绕组改接成三角形接法实现全压工作。1、星--三角变换减压起动控制电路xyzABCABCAzBxCy定子绕组星形连接状态下起动电压为三角形连接起动电压的起动转矩为三角形连接直接起动转距的起动电流为三角形连接直接起动电流的

主电路分析析KM1FRMFUQSKM2KM3KM1:电源的接接入与切除除起动瞬间---星形形接法KM1、KM3闭合合KM2断开开正常工作---三角角形接法KM1、KM2闭合合KM3断开开要求：KM2、KM3主触触点不能同时闭闭合控制电路分分析控制电路存存在缺陷：：若KM3线圈断线，，电动机就就有全压起起动的可能能。改进方案星形——三三角形减压压起动方法法适用于在空载或轻轻载状态下下起动，且只只能用于正正常运转时时定子绕组组接成三角角形的笼型型异步电动机。（GB规定定：4kW及以上的的异步电动动机定子的的连接方法法为△。）在工厂现场场中，常采采用丫一△△自动起起动器，简简便且经济济。原理：电动机在起起动时在三三相定子绕绕组中串接电阻，，使电动机机定子绕组组电压降低，以限制起动动电流。起动结束后后再将电阻短接接，使电动动机在额定定电压下正常运行。。主电路：KM1实现现串电阻起起动KM2实现现全压运行行2、定子串串电阻减压压起动控制制电路KM1FRMFUQSKM2R起动瞬间---串入入电阻；KM1闭合合、KM2断开正常工作---短接接电阻KM2闭合合、KM1断开控制线路：：1、基本原原理：用时时间继电器器KT控制制KM1、、KM2切切换。2、KM1、KM2允许同时时吸合，但但是电动机机正常运行行后，一般般应该将KM1释放放，以降低低运行损耗耗。3、图（a）为KM1不退出出的控制线线路。不足之处：：起动完成后后KM1、、KT不退出，运运行损耗大大；有全压启动动的可能（（KM1故障障）KM2KM1RL1L2L3QSFUFRM改进电路（（一）改进电路（（二）定子串电阻阻起动方式式由于不受电电动机接线线形式的限限制，设备简单，常用于中小小型生产机机械，另外在机机械设备做做点动调整时，也可采采用这种限限流方法以以减轻对电电网的冲击击。定子串电阻起动动的缺点：：限流的同同时也降低低了启动转转矩；起动时在电电阻上功率率消耗较大大，若起动动频繁，电阻阻的温升对对精密机床床会产生影影响，大容量量异步电动动机常采用用串电抗器器。在自耦变压压器减压起起动的控制制线路中，，电动机起起动电流的的限制是依靠自耦变变压器的降降压作用来实现的。。起动时，，电动机定子绕组得得到的电压压是自耦变变压器的二二次电压，，待电动机机转速接近额定转速速时，自耦耦变压器便便被短接，，此时电源源电压即额额定电压直接加于定定子绕组，，电动机进进入全电压压正常工作作。3、自耦变变压器减压压起动控制制XJ01型型自耦变压压器减压起起动器控制制电路一般工厂常常用的自耦耦变压器起起动方法是是采用成品品的减压补偿起起动器，这种成品品的补偿减减压起动器器包括手动动控制和自自动控制两两种形式。。自耦变压器器降压起动动方法适用于起动动较大容量量和正常运行时时定子绕组接接成星形而不能采用用星形———三角形起起动方式的的笼型异步电动机机，起动转矩可可以通过改改变抽头的的连接位置置得到改变变。（80%，，65%,50%)它的缺点是自耦变压压器价格较较贵，而且且不允许频频繁起动，，故通常用来起动大大型和特殊殊用途的电电动机。工作原理将接至电动动机的三相相电源进线线中的任意意两相对调调，即可使使电动机反反转。主电路KM1，KM2换相相序。互锁KM1，KM2若同同时动作，，将引起电电源相间短短路，要加加互锁三、三相笼笼型异步电电动机的正正反转控制制线路KM1FRMFUQSKM2两个单向运运行控制线线路并联。。KM1控制制正向，KM2控制制反向。KM1，KM2同时时动作，电电源短路，，必须禁止止。方法：利用用两个接触触器常闭触触头起相互互控制作用用。这种利用两两个接触器器的常闭辅辅助触头互互相控制的的方法叫做做互锁，而两对起互互锁作用的的触头便叫叫做互锁触触头。互锁的存在在使得当换换向时必须须停车。优点：安全全可靠缺点：操作作不方便1、电动机机的“正——停—反””控制线路路接触器互锁锁依然保留留，加装按按钮互锁，，可以实现现直接换向控控制。双重联锁：既有接触触器互锁又又有按钮互互锁。作用：接触器互锁锁：防止电电源短路按钮互锁：：提高工作作效率注：电气互互锁不能少少2、电动机机的“正——反—停””控制线路路操作方便，，安全可靠靠，机床电气控控制系统常常用主电路同电动机正正反转控制制线路。控制电路接触器互锁锁依然保留留，加装行程开开关互锁，，以实现自动换向控制。3、自动往往复行程控控制线路KM1FRMFUQSKM2KM1：前前进KM2：后后退SQ1：末末端行程开开关SQ2：始端行行程开关SB2：正正向起动按按纽SB3：反向向起动按纽纽SQ2退进SQ1思考：若要要在末端和和始端加上上限位保护护电动机制动动控制：用于迅速停车或或准确定位位，实现切断电电源后，克克服惯性，，迫使电动动机迅速停停转的功能能。常用制动方方式：机械制动：：机械抱闸、、电磁离合器器电气制动：：反接制动、、能耗制动动等实质：给电电动机一个个与转动方方向相反的的制动转矩矩。一、机械制制动所谓机械制制动，就是是用外加的的机械作用用力使电动动机在断电电后转子迅迅速停止转转动的一种种方法。应用较多的的机械制动动装置是电磁制动器器，它主要由由电磁铁和和制动器两两部分组成成。电磁铁铁包括铁芯芯、衔铁和和线圈三部部分；制动动器由闸轮轮、闸瓦、、杠杆和弹弹簧等部分分组成。四、三相笼型型异步电动机机的制动控制制电磁抱闸断电电制动控制断电制动控制制方式在起重机械上被广泛采用用，不仅能准准确定位，同时还还可防止突然然停电时重物物自行坠落。。缺点：不经济；停止止时手动调整整工件困难。。二、电气制动动当电动机的电电磁转矩与旋旋转方向相反反时，便进入入电气制动状状态。电气制动有能耗制动、反接制动、反馈制动等，鼠笼式异异步电动机常用的电气气制动方法是是能耗制动和和反接制动。。1、能耗制动动制动原理：切断三相电源源---定子子绕组接入直直流电源（产产生磁场）---惯性转动的转转子切割磁力力线（产生电电磁转矩）---制动这种制动方法法是将在运动动过程中储存存在转子中的的机械能转变成电能，又又消耗在转子子的制动上，，因此称为能能耗制动。（a)(b)能耗制动控制制电路：三相笼型异步步电动机切断断三相电源的的同时，定子子绕组接通直直流电源，转转子原来储存存的机械能转转变为电能，，消耗在转子子回路的电阻阻上，转速为为零时再将其其切除。主电路：变压压器TC和整整流器提供制制动直流电源源，KM2为为制动接触器器。控制电路(a)：手动控制：停停车时按下SB1按钮，，制动结束时时放开。电路简单，操操作不便。控制电路(b)：根据电动机带带负载制动过过程时间长短短设定时间继继电器KT的的定时值，实实现制动过程程的自动控制制。制动作用强弱弱与通入直流流电流的大小小和电动机的的转速有关，，在同样的转转速下电流越越大制动作用用越强，电流流一定时转速速越高制动力力矩越大。一般取直流电电流为电动机机空载电流的的3～4倍，，过大会使定定子过热。可调节整流器器输出端的可可变电阻RP，得到合适适的制动电流流。能耗制动控制制电路能耗制动控制制电路特点：制动准确、平平稳，与反接接制动相比能能量消耗小，，但制动力较较弱，在低速速时尤为突出出，且还需要要直流电源。。故能耗制动动适用于电动机机容量较大、、起制动频繁繁，要求制动动平稳、准确确的场合，如磨床、龙门门刨床及组合合机床的主轴轴定位等。2、反接制动动制动原理：切断三相电源源---接通通反向起动电电源（产生反反向起动力矩矩）----制动动----转转速为零时切切断电源制动手段：利用接触器的的主触点接入入反向电路；利用速度继电电器判定零速速，切断电源源；（可用时间继电电器吗？）反接制动控制制电路复合停止按钮钮SB1动合合触点上并联联KM2的自自锁触点。停停车期间，用用手转动机床床主轴调整工工件位置时，，速度继电器器的转子随随着转动，若若不按停止按按钮SB1，，KM2就不不会得电，电电动机就不会会反接于电源源。反接制动电流流约为起动电电流的两倍，，主电路制动回回路中串入限流电阻R，防止制动时时对电网的冲冲击和电动机机绕组过热。。电动机容量量较小且制动动不是很频繁繁的正反转控控制电路中，，可以不加限限流电阻。反接制动控制制电路特点：反接制动时，，旋转磁场的的相对速度很很大，定子电电流也很大，，因而制动转转矩大，制动动迅速，效果果显著。但制制动时有冲击击、不平稳，，且能量消耗耗大，故适用于10kW及以下下的小容量电电动机、不太太经常起制动动的设备，如铣床、镗镗床、中型车车床主轴的制制动等。五、三相笼型型异步电动机机有极变速控控制电路用于实际生产产的机械设备备，往往有调调速的要求。。调速可通过机械、液压和电气等多种方式实实现。电动机转速：：电动机转速调调节的三个参参数：f---调频频、s---转差调速、、p---变变级调速很多生产机械械不需要连续续变速，使用用变速电动机或再配合齿轮箱调速。。变速电动机（笼形）一般有双速、、三速、四速速之分，与普通电动机机不同的是，，变速电动机机的定子备有有一套或多套套绕组，改变接法就可可改变电动机机的磁极对数数，进而改变转转速。双速电动机定定子绕组接线线示意图三角形接线双星形接线星形接线线圈串联线圈并联AxSSNNIUAxSNI三角形接法、、星形接法：：每相绕组中两两个线圈串联联，形成四个个磁极，p=2，同步步转速为1500r/min；此此时电动机为低速速；双星形接法：：每相绕组中的的两个线圈并并联，电动机机的极数变为二极，p=1，同步转速为3000r/min，，电动机为高速速。三角形—双星星形：属于恒功率调调速，适用于于拖动恒功率性质负负载。单星形—双星星形：属于恒转矩调调速，适用于于拖动恒转矩性质负负载。主电路低速运行(三角形接线线)：KM1闭合KM2、KM3断开开高速运行（双双星形接线））：KM2、KM3闭合合KM1断开注意：定子绕组极数数改变后，其其相序方向和和原来相序相相反。因此在在变极时，主主电路中必须须保证电动机机任意两个出出线端同时对对调，以保持持高速和低速速时的转向相相同。双速电动机控控制电路用复合按钮SB2、SB3来实现高高低速控制的的。运行中若若要变速，只只要直接按控控制按钮SB2或SB3，就可实现现由高速变低低速或由低速速变高速的运运行。这种控控制方式适用于小容量量的双速电动动机。用选择开关SA实现高、、低速控制，，转换过程中中需重新按起起动按钮SB2，此控制制方式同样适用于功率较较小的电动机机。用选择开关SA和时间继继电器来进行行控制的。当当SA扳到中中间位置时，，电动机停转转；当SA扳扳到“低速速”位置时，，KM1线圈圈得电，其主主触点闭合，，电动机定子子绕组接成““△”，以以低速运转；；当SA扳到到“高速””位置时，电电动机先低速速起动，然后后自动由低速速切换到高速速，以便来限限制起动电流流，因此对较大容量的电电动机可采用该种控控制方式点动控制：按住按钮时电电动机转动工工作，手放开开按钮时，电电动机即停止止工作，常用于生产设设备的调整。。与长动的主要要区别是控制制电器能否自自锁。第二节特特定功能控制制电路一、点动与长长动控制对于一些大中中型机床、起起重运输机械械等生产设备备，常要求操操作人员在不不同方位进行行操作与控制制，这时就需需要组成多地点控制线路。控制电路(a)：起动按钮并联，停止按钮钮串联，分别别安置在三个地地方，就可实实现三地操作。控制电路(b)：几个操作者都按起动按钮钮发出主令信信号，设备才能能起动；停止止时，须同时按按停止按钮二、多地点、、多条件控制制对于重要、大大型的设备，，为了保证其其操作安全，，往往需几个个操作者都发发出命令，即即满足多个条条件后设备才才允许开始工工作，这需要要多条件控制电电路凡是生产线上上某些环节或或一台设备的的某些部件之之间具有互相制约或互相相配合的关系系，均可使用用连锁控制。。常见的有三种种形式：顺序控制互为禁止控制制机械电气联锁锁控制三、联锁控制制1、顺序控制电电路由多台电动机机驱动的生产产机械，其各台电电动机所起的的作用往往不同，并常常常对电动机机的起停顺序有一定的的要求，以保保证设备的安全运行。。实现顺序控制制要求的电路路称为顺序控制电路路，一般有顺序序起动、同时停止止；顺序起动动、顺序停止；顺序起起动、逆序停停止等多种控制形式。。如磨床要求先先起动润滑油油泵电动机M1，然后再起起动主轴电动机M22、互为禁止止控制电路互为禁止控制制常用于以下下情况：两台电动机不不同时起动具有两种电源源接线的单台台电动机控制制电路操作作手手柄柄之之间间的的互互锁锁在运运动动比比较较复复杂杂的的机机床床上上，，为防防止止不不同同运运动动之之间间的的干干涉涉，，常用用操作作手手柄柄和和行行程程开开关关形形成成联锁锁控控制制。。工作作台台进进给给运运动动（（横横、、纵纵向））控控制制3、、机机械械电电气气联联锁锁控控制制在现现代代化化工工业业生生产产中中，，为为了了提提高高劳劳动动生生产产率率、、降降低低成成本本、、减减轻轻工工人人的的劳劳动动负负担担，，要要求求实实现现整整个个生生产产工工艺艺过过程程全全盘盘自自动动化化。。例例如如，，一一些些机机床床的的工工作作过过程程包包含含若若干干工工步步，，定定位位——夹夹紧紧——快快进进——工工进进——快快退退等等等等，，对对于于这这些些动动作作要要求求按按一一定定的的顺顺序序自自动动、、逐逐步步完完成成或或要要求求不不断断的的重重复复进进行行，，自自动动工工作作循循环环控控制制就就是是实实现现这这种种工工作作过过程程的的控控制制电电路路。。自动动循循环环控控制制电电路路分分为为两两类类：：对电电动动机机工工作作的的自自动动循循环环控控制制对液液压压系系统统工工作作的的自自动动循循环环控控制制第三三节节自自动动循循环环工工作作控控制制电电路路一、、对对电电动动机机工工作作的的自自动动循循环环控控制制对电电动动机机工工作作的的自自动动循循环环控控制制，，实实质质就就是是控控制制电电路路按按照照工工作作循循环环图图的的工工作作顺顺序序要要求求，，对电电动动机机进进行行有有序序地地启启动动、、停停止止以以及及正正反反转转的的控控制制。。1、、单单机机自自动动循循环环控控制制电电路路前所所述述的的由由行行程程开开关关控控制制的的机机床床工工作作台台往往返返循循环环控控制制电电路路，，就就属属于于单单机机自自动动循循环环控控制制电电路路。。自动动间间歇歇供供油油润润滑滑系系统统控控制制电电路路KM为为控控制制液液压压泵泵电电动动机机起起停停的的接接触触器器，，KT1控控制制油油泵泵电电动动机机工工作作供供油油的的时时间间，，KT2控控制制停停机机、、供供油油间间断断的的时时间间。。2、、多多机机自自动动循循环环控控制制电电路路按照照工工作作循循环环图图的的要要求求，，对对多多个个电电动动机机进进行行有有序序地地启启动动、、停停止止以以及及正反反转转的的控控制制液压压传传动动系系统统由由于于其其特特有有的的优优点点，，如如易易获获得得较较大大力力矩矩、、运运动动传传递递平平稳稳均均匀匀、、调调节节控控制制方方便便等等，，在在机机械械制制造造、、工工程程、、建建筑筑、、矿矿山山等等领领域域具具有有广广泛泛的的应应用用。。当当液液压压传传动动系系统统与与电电气气控控制制系系统统相相结结合合组组成成电液液联联合合控控制制系系统统时，，即用用电电气气控控制制电电路路控控制制液液压压传传动动系系统统，，再再由由液液压压传传动动系系统统驱驱动动运运动动部部件件完完成成规规定定动动作作，，这样样就就能能很很方方便便地地实实现现由由多多种种工工作作程程序序组组合合的的自自动动工工作作循循环环控控制制，，广广泛泛应应用用于于组组合合机机床床、、自自动动化化机机床床、、机机械械加加工工自自动动线线、、数数控控机机床床等等设设备备上上。。二、、对对液液压压系系统统工工作作的的自自动动循循环环控控制制（（电液液组组合合控控制制电电路路））1、、液液压压系系统统基基础础①动动力力部部件件：液压压泵泵②执执行行部部件件：液压压缸缸液压压马马达达③控控制制部部件件:压力力控控制制阀阀流量量控控制制阀阀方向向控控制制阀阀④辅辅助助装装置置：：油箱箱，，油油管管，，过过滤滤器器液压压传传动动系系统统主主要要由由四四个个部部分分组组成成：：控制制对对象象---油泵泵电电动动机机、、电电磁磁换换向向阀阀液压压动动力力滑滑台台是典典型型的的电电液液控控制制装装置置，，它它是是组合合机机床床上上实实现现进进给给运运动动的一种种通通用用部部件件，，配配上上动动力力头头和和不不同同的的主主轴轴箱箱可可以以对对工工件件完完成成钻钻、、扩扩、、铰铰、、镗镗、、刮端端面面、、倒倒角角、、铣铣削削以以及及攻攻螺螺纹纹等等加加工工工工序序。。动力力滑滑台台由由液液压压缸缸驱驱动动，，该该电电液液控控制制系系统统的的分分析析可可分分为为三三步步：：（1））工作作循循环环图图分分析析，，确定定工工步步顺顺序序、、每每步步的的工工作作内内容容以以及及各各工工步步转转换换主主令令；；（2））液压压系系统统分分析析，对对照照液液压压系系统统原原理理图图，，确确定定每每工工步步中中应应通通电电的的电电磁磁阀阀线线圈