第2章 基本电气控制线路

第2章基本电气控制线路2.1

电气控制线路的绘图原则及标准2.2

三相异步电动机的启动控制2.3

三相异步电动机的正反转控制2.4

三相异步电动机的制动控制2.5

三相异步电动机的调速控制2.6

直流电动机的控制线路2.7

其他基本环节2.8

工程实例2.1电气控制线路的绘图原则及标准电气控制线路是根据控制要求，用导线把各种有触点电器，如继电器、接触器、按钮、行程开关、保护元件等器件连接起来组成的具有一定功能的控制电路。

电气控制系统图包括电气原理图、电气布置图、电气安装接线图。2.1.1常用电气图形符号、文字符号和接线端子标记

我国电气设备有关标准：GB/T4728—1996~2009《电气简图用图形符号》、GB/T6988.1~4—2008《电气技术用文件的编制》、GB/T7159—1987《电气技术中的文字符号制定通则》、GB/T6988.6—1993《控制系统功能图表的绘制》、GB/T6988—1997“电气制图”要求。常用图形、文字符号见表2-12.1.2电气原理图

电气原理图用来表示电路的工作原理、各电器元件的作用和相互关系。绘制原则：

1．分为主电路和辅助电路。主电路：从电源到电动机的电路，用粗实线绘在图面左侧或上方;辅助电路：包括控制电路、照明电路、信号电路、保护电路等，用细实线绘在图面右侧或下方。

2．电器元件展开图画法：同一电器元件的各导电部件（如线圈和触点）按电路联接关系画出，用同一文字符号标明。

3．电器元件触头画法：均按“平常”状态绘出。4．主电路标号：文字符号和数字组成。文字符号标明主电路中元件或线路的主要特征，数字标号区别电路不同线段。

5．控制电路标号：由三位或三位以下数字组成。交流电路以主要压降元件（如线圈）为分界，横排时，左侧用奇数，右侧用偶数；竖排时，上面用奇数，下面用偶数。直流电路电源正极按奇数标号，负极按偶数标号。图2-1三相异步电动机起动、

停止控制线路2.1.3电器布置图

电器布置图表示电气原理图中各元器件的实际安装位置，可视电气控制系统复杂程度采取集中绘制或单独绘制。电器元件布置应注意：1）体积大和较重的元、器件应安装在电器安装板的下方，而发热元件应安装在电器安装板的上方。

2）电器元件的布置应考虑整齐、美观、对称。3）需经常维护、检修、调整的电器元件安装位置不宜过高或过低。4）电器元件布置不宜过密，应留有一定间距。5）强电、弱电应分开，弱电应屏蔽，防止外界干扰。例：CW6132型车床控制盘电器布置图2.1.4电气安装接线图

电气安装接线图表示电器元件在设备中的实际安装位置和实际接线情况。电气安装接线图的绘制原则：1）各电器元件用规定的图形符号绘制，同一电器元件的各部件必须画在一起。各电器元件在图中的位置应与实际安装位置一致。2）不在同一控制柜或配电屏上的电器元件的电气连接必须通过端子排进行。各电器元件的文字符号及端子排的编号应与原理图一致，并按原理图的接线进行连接。3）走向相同的多根导线可用单线表示。4）画连接导线时，应标明导线的规格、型号、根数和穿线管的尺寸。例：电气安装接线图2.2三相异步电动机的启动控制直接起动又称全压起动：10KW以下容量。

2.2.1三相笼型异步电动机的启动控制线路

1.直接启动1）刀开关直接启动2.2三相异步电动机的启动控制2.2.1三相笼型异步电动机的启动控制线路

1.直接启动2）接触器直接启动○这种依靠电器自身常开辅助触点保持其线圈通电的电路，称为自锁电路（或称自保电路），简称自锁。○把这种电动机带自锁触点连续运行的方式称为长动。把这种电动机不带自锁触点按一下动一下运行的方式称为点动○“长动”和“点动”的区别在于是否具有自锁触点。2.2三相异步电动机的启动控制2.2.1三相笼型异步电动机的启动控制线路

1.直接启动2）接触器直接启动保护功能：短路保护：由熔断器FU实现。过载保护：由热继电器FR实现。欠电压、失电压保护：通过接触器KM的自锁环节实现。2.2三相异步电动机的启动控制2.2.1三相笼型异步电动机的启动控制线路

1.直接启动3）电动机的点动控制2.2三相异步电动机的启动控制2.2.1三相笼型异步电动机的启动控制线路

2.降压启动当电动机容量较大（大于10kW），启动时产生较大的启动电流，会引起电网电压下降，因此必须采取降压启动的方法，限制启动电流，以减小启动电流对电网和电动机本身的影响。所谓降压启动，是指利用启动设备将电压适当降低后加到电动机的定子绕组上进行启动，待电动机启动运转后，再使其电压恢复到额定值正常运行。由电工学知识知道，降压启动将导致电动机启动转矩大为降低，因此降压启动适用于空载或轻载下启动的场合。三相笼型异步电动机常用的降压方式有四种：定子绕组串接电阻降压启动、Y/△降压启动、自耦变压器降压启动和延边三角形降压启动。2.2三相异步电动机的启动控制2.2.1三相笼型异步电动机的启动控制线路

2.降压启动1）定子绕组串接电阻降压启动2.2三相异步电动机的启动控制2.2.1三相笼型异步电动机的启动控制线路

2.降压启动2）Y/△降压启动2.2三相异步电动机的启动控制2.2.1三相笼型异步电动机的启动控制线路

2.降压启动2）Y/△降压启动2.2三相异步电动机的启动控制2.2.1三相笼型异步电动机的启动控制线路

2.降压启动3）自耦变压器降压启动2.2三相异步电动机的启动控制2.2.1三相笼型异步电动机的启动控制线路

2.降压启动4）延边三角形降压启动2.2三相异步电动机的启动控制2.2.2三相绕线式异步电动机的启动控制线路

1.时间原则控制2.2三相异步电动机的启动控制2.2.2三相绕线式异步电动机的启动控制线路

2.电流原则控制

电动机原理：任意改变电动机定子绕组三相电源中两相的相序，就可实现电动机方向的改变。在电气控制中，可利用两个接触器来改变电源相序，从而实现电动机的正反转控制。2.3三相异步电动机的正反转控制

利用两个接触器改变电动机定子绕组的电源相序就可实现正反转。

2.3.1三相异步电动机的“正—停—反”控制线路2.3三相异步电动机的正反转控制这种电器元件之间利用对方的常闭触点来使得二者不可以同时得电的相互制约关系称为“联锁”，也称为“互锁”。实现联锁功能的常闭辅助触点称为联锁（或互锁）触点。

2.3.2

三相异步电动机的正反转切换控制线路2.3三相异步电动机的正反转控制

2.3.3

三相异步电动机的正反转自动循环控制线路2.3三相异步电动机的正反转控制行程控制：利用行程开关，根据生产机械运动位置变化所进行的控制。

2.3.3

三相异步电动机的正反转自动循环控制线路2.3三相异步电动机的正反转控制行程控制：利用行程开关，根据生产机械运动位置变化所进行的控制。2.4三相异步电动机的制动控制

电气制动：使电动机停车时产生一个与转子原来旋转方向相反的电磁转矩（制动转矩）来进行制动。

常用的方法：反接制动和能耗制动。

机械制动：在电动机断电后，利用机械装置对其转轴施加相反的作用转矩（制动转矩）来进行制动。常用方法：电磁抱闸。2.4.1反接制动1.

单向运行反接制动控制线路

反接制动的实质是改变异步电动机定子绕组中的三相电源相序，产生与转子转动方向相反的转矩，迫使电动机迅速停转。2.4.1反接制动2.可逆运行反接制动控制线路2.4.1反接制动反接制动优点：制动转矩大，制动效果好。反接制动缺点：电动机在反接制动时旋转磁场的相对速度很大，对传动部件的冲击大，能量消耗也大。

适用场合：只适用于不经常起动、制动的设备。

2.4.1反接制动2.4.2能耗制动

能耗制动是运行中的三相异步电动机停车时，在切除三相交流电源的同时，将一直流电源接入电动机定子绕组中的任意两相，以获得大小和方向不变的恒定磁场，利用转子感应电流与恒定磁场的作用产生制动的电磁转矩，达到制动的目的。1.电动机单向运行能耗制动控制线路

1）按时间原则控制2.4.2能耗制动1.电动机单向运行能耗制动控制线路

1）按时间原则控制2.4.2能耗制动1.电动机单向运行能耗制动控制线路

2）按速度原则控制2.4.2能耗制动2.电动机可逆运行能耗制动控制线路

2.4.2能耗制动2.电动机可逆运行能耗制动控制线路

2.4.2能耗制动按时间原则控制的可逆运行能耗制动控制线路2.电动机可逆运行能耗制动控制线路

2.4.2能耗制动3.无变压器单相半波整流能耗制动控制线路无变压器单相半波整流能耗制动控制线路2.4.2能耗制动3.无变压器单相半波整流能耗制动控制线路2.4.2能耗制动能耗制动实质：把电动机转子储存的机械能转变成电能，又消耗在转子的制动上。

能耗制动优点：能耗制动准确、平稳，能量消耗较小。

适用场合：用于对制动要求较高的设备。

2.4.2能耗制动2.5三相异步电动机的调速控制

调速方法主要有：变极调速（改变定子绕组联结方式）；变阻调速（变更转子外串电阻）；电磁转差调速；变频调速；串级调速。2.5.1三相笼型异步电动机的变极调速控制线路1.双速电动机变极调速的原理变极调速：转速的改变是通过改变定子绕组的联结方式，从而改变磁极对数来实现的。2.5.1三相笼型异步电动机的变极调速控制线路2.双速电动机变极调速控制线路1）按钮、接触器控制的双速电动机控制线路2.5.1三相笼型异步电动机的变极调速控制线路2.双速电动机变极调速控制线路2）接触器、时间继电器自动控制双速电动机控制线路2.5.2

绕线式异步电动机转子串电阻调速控制线

随着转子所串电阻的减小，电动机的转速升高，转差率减小。通常采用凸轮控制器进行调速控制。2.5.3电磁调速控制线路1.电磁转差离合器的结构及工作原理

在普通笼型异步电动机轴上安装一个电磁转差离合器，由晶闸管控制装置控制离合器绕组的励磁电流来实现调速的。优点：结构简单、维护方便、运行可靠、能平滑调速，采用闭环系统可扩大调速范围；

缺点：调速效率低，低速时尤为突出，不宜长期低速运行，且控制功率小。2.5.3电磁调速控制线路1.电磁转差离合器的结构及工作原理2.电磁调速异步电动机的控制2.5.3电磁调速控制线路1.变频调速原理及机械特性2.5.4三相异步电动机的变频调速控制线路

由三相异步电动机转速公式：n=60f（1-s）/p可知，只要连续改变电源频率f，就可实现电动机平滑调速。变频调速时要注意变频与调速的配合，通常分基频（电源额定频率）以下调速和基频以上调速。

1）基频以下的调速2）基频以上的调速

1.变频调速原理及机械特性2.5.4三相异步电动机的变频调速控制线路

1）基频以下的调速在基频以下调速时，速度调低。电动机电动势电压平衡方程U≈E=4.44fNKΦm在调节中应保持Φm恒定不变，而使U/f=常数。可见，在基频以下调速时，为恒磁通调速，相当于直流电动机的调压调速，此时应使定子电压随频率成正比例变化，即U/f=常数、Φm恒定不变。由于Φm不变，调速过程中电磁转矩不变，故属于恒转矩调速。

1.变频调速原理及机械特性2.5.4三相异步电动机的变频调速控制线路

2）基频以上的调速在基频以上调速时，速度调高。频率f上调时应保持电压U不变，即U=常数（为额定电压UN），Φm下降。在基频以上调速时，为恒电压调速，相当于直流电动机的弱磁调速，此时应保持定子电压不变，即U=常数、Φm下降。因f调高时，Φm下降，调速过程中功率基本不变，G故属于恒功率调速方式。2.变频器2.5.4三相异步电动机的变频调速控制线路1）变频器的基本组成和分类2.变频器2.5.4三相异步电动机的变频调速控制线路2）交——直——交变频器2.变频器2.5.4三相异步电动机的变频调速控制线路2）交——直——交变频器2.6直流电动机的控制线路2.6.1他励直流电动机的启动控制线路

2.6直流电动机的控制线路2.6.2他励直流电动机的正反转控制线路

2.6直流电动机的控制线路2.6.3他励直流电动机的制动控制线路1.他励直流电动机能耗制动控制线路

2.6直流电动机的控制线路2.6.3他励直流电动机的制动控制线路2.他励直流电动机反接制动控制线路

2.6直流电动机的控制线路2.6.3他励直流电动机的制动控制线路3.他励直流电动机发电制动控制发电制动，也称为回馈制动，是指当直流电动机在运行中由于某种原因使电动机转速超过理想空载转速，此时电动机电枢产生的电动势大于电源电压，电枢电流改变了方向，即流向电网。这样，一方面电动机向电网反馈电能，另一方面电动机工作于发电制动状态，迫使转速下降。发电制动常用于起重机重物下放过程以及变压调速过程中，该制动不能使电动机的转速下降至零，只能限制转速在理想空载转速之下的某一转速上稳定运行。2.6直流电动机的控制线路2.6.4

直流电动机调速控制线路1.直流电动机的调速方法

直流电动机的调速方法主要有以下几种：（1）改变电抠电压U调速（2）减弱励磁磁通Ф调速（3）改变电枢回路电阻R调速（4）混合调速。

2.6直流电动机的控制线路2.6.4

直流电动机调速控制线路2.直流电动机的调速控制线路

1）直流电动机改变励磁电流调速控制线路2.6直流电动机的控制线路2.6.4

直流电动机调速控制线路2.直流电动机的调速控制线路

2）直流电动机改变电枢电压调速控制线路R1↓→IG1↑→UG1↑→UM↑→n

↑

（n在nN以下范围变化）R1↑→IG1↓→UG1↓→UM↓→n

↓

（n在nN以下范围变化）

2.7其它基本环节2.7.1多地（点）控制多地（点）控制适用于较大型的设备，可实现多点启动、多点停止，效率高、安全性好。2.7其它基本环节2.7.2

顺序动作控制线路

2.7其它基本环节2.7.2

顺序动作控制线路

2.7其它基本环节2.7.3

电气控制系统常用保护环节

为了保证电气控制线路安全可靠运行，保护环节是不可缺少的组成部分。常用的保护环节有短路保护、过载保护、过（电）流保护、过（电）压保护、欠（电）压保护、失（电）压保护、弱磁保护、断相保护等。1.短路保护

原因：负载短路、接线错误、线路绝缘损坏等。

危害：瞬时电流可达额定电流的十几倍到几十倍，损坏电气设备或配电线路，甚至引起火灾。

保护：熔断器、低压断路器。2.过电流保护

过电流：超过额定电流，比短路电流小，不超过6倍额定电流。

危害：电器元件不会马上损坏，在达到最大允许温升前可恢复。但过大冲击负载，易损坏电机；过大电机电磁转矩，损坏机械传动部件。

保护：过电流继电器，与接触器配合使用。常用于直流电机、绕线转子异步电动机。2.7其它基本环节2.7.3

电气控制系统常用保护环节

3．过载保护

过载：运行电流大于额定电流，但在1.5倍额定电流以内。

原因：负载突然增大，断相运行，电源电压降低等。

危害：绕组温升超过允许值，使绝缘老化、损坏。

保护：热继电器，具有反时限特性，不因短时过载冲击电流或短路电流影响而瞬时动作。4．失电压保护

失电压保护：防止电压恢复时电动