第02章 基本控制电路

第一节电气图的基本知识电气图：用电气图形符号绘制的工程图，是电气工程领域中提供信息的最主要方式，提供的信息内容可以是功能、位置、设备制造及接线等。电气图的命名：根据其所表达信息的类型和表达方式确定，包括系统图与框图、电路图、接线图与接线表、功能表图、逻辑图、位置图等。电气控制系统图：根据国家电气制图标准规定的图形符号、文字符号以及规定的画法，用工程图的形式，将电气设备及电气元件按照一定的控制要求连接，表达设备电气控制系统的组成结构、工作原理及安装、调试、维修等技术要求等。电气控制系统图内容及类型：电路图（电气原理图）电气接线图电器元件布置图电气图形符号：符号要素限定符号一般符号非电操作动作符号电气文字符号：基本文字符号●表示电气设备、装置和元器件的类型、特性等。辅助文字符号●表示电气设备、装置和元器件的功能、状态和特征等。图形符号组合示例

部分常用电器的电气图形符号和基本文字符号

一般三极电源开关低压断路器

常开触点常闭触点复合触点限位开关QKQFSQ熔断器

常开常闭复合按钮FUSB

线圈主触点常开辅助触点常闭辅助触点接触器KM

线圈常开延时闭合触点常闭延时打开触点常开延时打开触点常闭延时闭合触点时间继电器KT部分常用电器的电气图形符号和基本文字符号

常开触点常闭触点速度继电器

热元件常闭触点热继电器

线圈常开触点常闭触点中间继电器KVFRKA电磁铁YA

线圈常开触点常闭触点电压继电器KU

线圈常开触点常闭触点电流继电器KI信号灯HL直流电动机M变压器三相异步电动机M转换开关SA电气原理图：根据电气控制系统的工作原理，采用电器元件展开的形式绘制的电气图。方法：不按电器元件实际布置绘制，而是根据电器元件在电路中所起的作用画在不同的部位上。作用：用于分析研究系统的组成和工作原理，为寻找电气故障提供帮助，同时也是编制电气接线图的依据。特点：结构简单，层次分明。主电路：设备的驱动电路，包括从电源到用电设备的电路，是强电流通过的部分。控制电路：由按钮、接触器和继电器的线圈、各种电器的常开、常闭触点等组合构成的控制逻辑电路，实现所需要的控制功能，是弱电流通过的部分。信号指示电路保护电路主电路用粗实线，控制电路和辅助的信号指示及保护电路用细实线。水平布置：电源线垂直画，其他电路水平画，控制电路中的耗能元件（如接触器的线圈）画在电路的最右端。垂直布置：电源线水平画，其他电路垂直画，控制电路的耗能元件画在电路的最下端。电器元件不画出实际的外形图，采用电气图形符号和文字符号表示。同一电器的各个部件可画在不同的地方，用相同的文字符号标注。多个同一种类的电器元件，可在文字符号后加上数字序号加以区分。电器元件的可动部分以非激励或不工作的状态和位置的形式表示：●继电器和接触器的线圈在非激励状态；

●断路器和隔离开关在断开位置；●零位操作的手动控制开关在零位状态，不带零位的手动控制开关在图中规定的位置；●机械操作开关和按钮在非工作状态或不受力状态；●保护类元器件处在设备正常工作状态，特别情况加以说明。元器件的数据和型号，用小号字体标注在电器元件符号的附近，需要标注的元器件的数量比较多时，可以采用设备表的形式统一给出。电器元件布置图：表明电气设备上所有电器和用电设备的实际位置，是电气控制设备制造、装配、调试和维护必不可少的技术文件。50505050320360线槽端子板FU1FU2KMFRTCFU3FU4CW6132型车床电器位置图电气接线图：表示电气设备或装置连接关系的简图，用于电气设备安装接线、电路检查、电路维修和故障处理。EL0HL23142423103×2.5mm22M1M2413×2.5mm23×1mm25×0.75mm23×0.75mm23×2.5mm2QSQ1CW6132型车床电气互连图第二节电气图纸规范

图幅尺寸

(mm)图幅尺寸选择：电气图的规模与复杂程度；能够清晰地反映电气图的细节；

整套图纸的幅面尽量保持一致；便于装订和管理；

CAD绘制时，输出设备（打印机、绘图仪等）对于输出幅面的限制。幅面A0A1A2A3A4长1189841594420297宽841594420297210幅面A3×3A3×4A4×3A4×4A4×5长89111896308411051宽420420297297297图框线：根据图纸是否需要装订以及图纸幅面的大小确定。

需要装订的图纸的图框线A0、A1、A2：a＝25mm，c＝10mm其它：a＝25mm，c＝5mm不需要装订的图纸的图框线A0、A1：e＝20mm其它：e＝15mm图幅分区：对各种幅面的图纸进行分区表示电气图中各个组成部分在图上的位置，便于直观反映绘图的范围及确定相互之间的关系。

分区数一般为偶数，每一分区的长度为25~75mm，分区在水平和垂直两个方向的长度可以不同；分区的编号，水平方向用阿拉伯数字，垂直方向用大写英文字母。编号从图纸的左上角开始，分区代号用行与列两个编号组合而成。标题栏：画在图框的右下角，绘制方向应该与看图方向一致。标准A3图纸，标题栏可以绘制成通长的格式。内容：设计单位名称、用户单位名称、专业名、设计阶段、比例尺、设计人、审核人、图纸名称、图纸编号、日期、页次等。标题栏格式式样

图线：线型：粗实线、细实线、虚线、点划线、双点划线、加粗实线、较细实线、波浪线、双折线等。线宽：0.25mm、0.35mm、0.5mm、0.7mm、1.0mm、1.4mm。常用图线上加限定符号或文字符号可表示用途，形成新的图线符号。同一套图纸绘制时，应事先确定2~3种线宽及平行线距，平行线距不小于粗线宽的两倍，且不小于0.7mm。字体：汉字、字母及数字，书写端正、清楚，排列整齐，间距均匀。

汉字推荐用长仿宋简化汉字字体、斜体（右倾与水平线成75°角）等。字母、数字用直体。字体大小视幅面大小而定。字高：20mm、14mm、10mm、7mm、5mm、3.5mm、2.5mm等。字宽为字高的2/3。汉字字粗为字高的1/5，数字及字母的字粗为字高的1/10。尺寸标记：设备制造加工和工程施工的重要依据，包括尺寸线、尺寸界限、尺寸起止点（实心箭头或45°斜短划线构成）及尺寸数字。比例：所绘图形与实物大小的比值。设备布置图、平面图、结构详图按比例绘制。电气图多不按比例画出。比例号：前面的数字通常为1，后面的数字为实物尺寸与图形尺寸的比例倍数。平面图常用比例：1:10、1:20、1:50、1:100、1:200、1:500等注释：图示不够清楚时的补充解释。两种方式：直接放在说明对象附近；加标记，注释放在图面的适当位置。详图：表示装置中的部分结构、做法、安装措施的单独局部放大图，被放大部分加以索引标志，置于被放大部分的原图上。技术数据：元器件、设备等的技术参数。三种形式：标注在图形侧；标注在图形内；加序号以表格的形式列出。

机床电气的逻辑表示及逻辑运算一、机床电气的逻辑表示1．逻辑“与”——触点串联逻辑关系为K=A·B2．逻辑“或”——触点并联逻辑关系为K=A+B3．逻辑“非”——触点状态转换K2=4．基本功能电路(1)“自锁”电路逻辑关系为K=SB+K(2)“禁止”电路逻辑表达式为：

K=SB+(3)“联锁’电路

逻辑表达式为

(4)“记忆”电路记忆电路的逻辑表达式为

（5）顺序动作电路三、基本逻辑运算及应用举例

某电动机的运行由接触器KM控制，要求只有在继电器K1、K2、K3中任何一个或两个动作时才能运转，而在其他条件下都不运转，试设计其控制线路。

(1)列出控制元件与执行元件的动作状态表(2)根据表写出接触器KM动作的逻辑函数式为

(3)利用逻辑代数基本公式化简

(4)根据化简后的逻辑式绘制控制线路

第三节三相异步电动机基本控制电路一、直接起动控制1．手动控制D65QFM3～开启式负荷开关控制自动空气开关控制FUM3～QS控制方式简单特点:电气原理图：一、直接起动控制1．手动控制D65QFM3～开启式负荷开关控制自动空气开关控制FUM3～QS特点:电气原理图：应用:控制三相电风扇和砂轮机2.点动控制工作原理：启动：按下起动按钮SB→接触器KM线圈得电→KM主触头闭合→电动机M启动运行。停止：松开按钮SB→接触器KM线圈失电→KM主触头断开→电动机M失电停转。QSL1L3L2FU1KMM3～SBKMFU2电气原理图：2.点动控制应用：常用于电葫芦控制和车床拖板箱快速移动的电机控制保护环节：短路保护控制电路短路保护主电路短路保护工作原理：电气原理图：QSL1L3L2FU1KMM3～SBKMFU2电气原理图3.接触器自锁控制自锁触点热继电器热元件热继电器常闭触点KML1L3L2FU1KMQSSB2FU2KMM3～FRFRSB1工作原理电气原理图3.接触器自锁控制工作原理保护环节短路保护：FU1、FU2L1L3L2FU1KMQSSB1FU2KMM3～FRKMFRSB2短路保护：FU1、FU2过载保护：FR3.接触器自锁控制工作原理保护环节L1L3L2FU1KMQSSB1FU2KMM3～FRKMFRSB2电气原理图短路保护：FU1、FU23.接触器自锁控制工作原理保护环节欠压、失压保护：KML1L3L2FU1KMQSSB1FU2KMM3～FRKMFRSB2电气原理图过载保护：FR开关切换4．连续与点动混合控制按钮切换开关切换点动控制：SA断开4．连续与点动混合控制FU1KMM3～FRQL1L3L2主电路FU2SB1KMKMFRSB2SA控制电路开关切换4．连续与点动混合控制FU1KMM3～FRQL1L3L2主电路点动控制：SA断开连续控制：SA闭合

FU2SB1KMKMFRSB2SA控制电路按钮切换4．连续与点动混合控制工作原理：连续控制：松开按钮SB3点动控制：按下按钮SB3FU1KMM3～FRQL1L3L2主电路FU2SB1KMKMFRSB2SB3控制电路主电路实现顺序控制5．顺序控制控制电路实现顺序控制

要求几台电动机的启动或停止按一定的先后顺序来完成的控制方式顺序启动同时停止控制顺序启动逆序停止控制顺序启动同时停止控制特点:电气原理图：FU1KM1M13～FR1QL1L3L2KM2M23～FR2主电路控制电路KM2FU2FRSB3FRKM1SB1SB4SB2KM1KM2KM1

顺序控制顺序启动逆序停止控制FU1KM1M3～FR1QL1L3L2KM2M3～FR2KM2FU2FRSB3FRKM1SB1SB4SB2KM1KM2KM1KM2电气原理图：特点:主电路控制电路５．多地控制特点：工作原理：在两地或多地控制同一台电动机的控制方式启动(常开)按钮并联，停止(常闭)按钮串联三地控制二降压启动控制降压启动的方法定子绕组串电阻（电抗）启动自耦变压器降压启动

Y—△降压启动延边三角形降压启动降压启动的实质：启动时减小加在定子绕组上的电压，以减小起动电流；启动后再将电压恢复到额定值，电动机进入正常工作状态。一、定子绕组串电阻（电抗）启动控制1.定子串电阻降压自动启动控制线路FU1KM1QS主电路M3～FRL1L3L2KM2RFRSB2SB1KM1KTKTKM1KM2KM2KM1KM2控制电路电气原理图工作原理合上电源开关按下按钮SB1KM1、KT线圈通电M串电阻降压启动KT延时KM2线圈通电，KM1、KT线圈断电M全压运行2.手动、自动启动控制线路FU1KM1QS主电路M3～FRL1L3L2KM2R电气原理图工作原理FU2FRSB2SB1KM1KTKTKM1KM2KM2KM2KM1SAASB3AMM控制电路1.按钮、接触器控制自耦变压器降压启动二、自耦变压器降压启动控制M3~FU1KM3FRQSL1L3L2TKM1KM2主电路电气原理图正常运行接触器变压器星点接触器变压器电源接触器1.按钮、接触器控制自耦变压器降压启动SB2KM1FU2FRSB3SB1KM2KM1KM2KAKM3KM1KAKM3KAKM3控制电路电气原理图降压启动按钮全压运行按钮中间继电器1.按钮、接触器控制自耦变压器降压启动M3~FU1KM3FRQSL1L3L2TKM1KM2主电路电气原理图SB2KM1FU2FRSB3SB1KM2KM1KM2KAKM3KM1KAKM3KAKM3控制电路工作原理2.时间继电器控制自耦变压器降压启动电气原理图工作原理M3~FU1KM2FRQSL1L3L2KM1KM2T主电路FU2FRSB4SB1KM1SB2KM1KAKM1KM1KAKAKAKTSB3控制电路KT三、星形——三角形降压启动控制

指电动机起动时，把定子绕组接成星形，以降低起动电压，减小起动电流；待电动机起动后，再把定子绕组改接成三角形，使电动机全压运行。Y—△起动只能用于正常运行时为△形接法的电动机。时间 继电器控制Y—△降压起动－－－三个接触器控制电气原理图4电源接触器星形接法接触器三角形接法接触器QSFRV1MU1W2FU1V23～KM2KM3KM1W1U2L1L2L3主电路工作原理Y—△降压启动控制星--三角变换减压起动控制电路（2）：KM1、KM2、KTKM2断电时，电动机绕组由KM2的动断辅助触点连接成星形起动。KM2通电后，电动机绕组由KM2动合主触点连接成三角形正常运行。辅助触点容量较小，4~13kW的电动机可采用该控制电路。考虑KM1的主触点承担分断时的大电流，KM2的辅助动断触点只在空载或小电流的情况下断开，避免电弧的烧蚀缩短辅助触点寿命。四、延边三角形降压启动控制

延边三角形降压启动是指电动机起动时，把电动机定子绕组的一部分接“△”形，而另一部分接成“Y”形，使整个定子绕组接成延边三角形，待电动机启动后，再把定子绕组切换成“△”形全压运行。定子绕组的连接方式：延边△形接法△形接法电气原理图FU1KM1QS主电路M3～FRL1L3L2KM3KM2U1V1W1W2U2V2U3V3W3FRSB2SB1KM1KTKTKM1KM2KM3KM3控制电路KM3KTKM2FU2三相绕线式异步电动机启动控制

绕线异步电动机的优点：可以在转子绕组中串接电阻来改善电动机的机械特性，从而达到减小启动电流、增大启动转矩及平滑调速之目的。

绕线异步电动机降压启动原理：

起动时，在转子回路中串入三相起动变阻器，并把起动电阻调到最大值，以减小起动电流，增大起动转矩。随着电动机转速的升高，起动电阻逐级减小。起动完毕后，起动电阻减小到零，转子绕组被短接，电动机在额定状态下运行。1.按钮操作控制一、转子绕组串电阻启动控制线路电气原理图：工作原理：用按钮逐级切除启动电阻启动电阻缺点操作不便主电路L1QSL2KM1L3FRKMMFU1KM3R2R3KM2R13～控制电路FU2SB1SB5KMSB2SB3SB4KM1KM2KM3FRKM1KM2KM3KM电源接触器短接电阻接触器2.时间原则控制主电路L1QSL2KM1L3FRKMMFU1KM3R2R3KM2R13～FU2SB1SB2KMKM1KM1KM2FRKMKM2KM3KM3KT1KT2KT3KM3KMKM1KM2KM3KT1KT2KT3控制电路电气原理图：KT1：控制KM1KT2：控制KM2KT3：控制KM33.电流原则控制一、转子绕组串电阻启动控制线路主电路L1QSL2KM1L3FRKMMFU1KM3R2R3KM2R13～FU2SB1SB2KMKM1KM1KM2FRKMKM2KM3KM3KT1KT2KT3KM3KMKM1KM2KM3KT1KT2KT3控制电路工作原理：KT1、KT2、KT3分别控制三个接触器KM1、KM2、KM3按顺序依次吸合，自动切除转子绕组中的三级电阻2.电流原则控制一、转子绕组串电阻启动控制线路主电路KMKM1KM2KM3KA控制电路电气原理图：三个欠电流继电器的线圈串接在转子回路中，电流继电器的吸合电流一样，但释放电流不同，KA1的释放电流最大，KA2其次，KA3最小。FU2SB1SB2KMKM1KA2KAFRKMKM2KM3KA1KA3L1QSL2L3FRKMMFU1KM3R3KM23～R2KA3R1KA2KA1KM12.电流原则控制一、转子绕组串电阻启动控制线路工作原理：

电动机启动时转子电流最大，KA1、KA2、KA3都吸合，其常闭触头都打开，KM1、KM2、KM3主触头处于断开状态，全部启动电阻均串接在转子绕组中。电动机转速逐渐升高，转子电流逐渐减小，当电流减小至KA1的释放电流时，KA1首先释放，其常闭触头复位，使接触器KM1得电主触头闭合，切除第一级电阻R1。

R1被切除后，转子电流重新增大，电动机转速继续升高，转子电流又减小，当减小至KA2的释放电流时，KA2释放，KA2的常闭触头复位，KM2线圈得电主触头闭合，第二级电阻R2被切除，同理，切除第三级电阻，全部电阻被切除，电动机启动完毕，进入正常运行状态。

频敏变阻器二、转子绕组串频敏变阻器启动控制线路铁心损耗很大的三相电抗器，由铸铁板或钢板叠成的三柱式铁心，在每个铁心上装有一个线圈，线圈的一端与转子绕组相连，另一端作星形连接。频敏变阻器的等效阻抗值与频率有关，电动机刚启动时，转速较低，转子电流的频率较高，相当于在转子回路中串接一个阻抗很大的电抗器，随着转速的升高，转子频率逐渐降低，其等效阻抗自动减小，实现了平滑无级启动。1.单向旋转转子串频敏变阻器启动控制主电路L1QSL2L3FRKMMFU1KM1RF3～控制电路FU2SB1SB2KMFRKTKM1KTKMKM1KTKTKM1电源接触器

短接频敏变阻器接触器

2.转子串频敏变阻器正反转启动控制线路二、正反转控制电路形式:电动机原理：改变电动机三相电源的相序，可改变电动机的旋转方向倒顺开关控制的正反转按钮、接触器控制的正反转位置控制1.倒顺开关控制正反转控制电路5.5KW以下的电动机电路直接控制电动机正反转特点:电气原理图：应用:SB1KMFU2FRKMSB2M3~L1L2L3KMFRQSFU1SA主电路控制电路用倒顺开关实现电源调相倒顺开关2.按钮控制正反转控制电路主电路：KM2FU1KM1M3～FRQL1L3L2主电路控制电路：控制电路FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2正转按钮反转按钮工作原理：缺点：基本控制电路2.按钮控制正反转控制电路控制电路：工作原理：接触器联锁控制联锁接触器联锁按钮联锁控制电路FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2KM2KM1接触器联锁接触器联锁正反转控制电路2.按钮控制正反转控制电路控制电路：工作原理：接触器联锁控制联锁接触器联锁按钮联锁控制电路FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2KM2KM1合上电源开关按下按钮SB1KM1线圈通电M正转启动按下停止按钮SB3KM1线圈断电电动机M停止按下按钮SB2反向启动2.按钮控制正反转控制电路控制电路：工作原理：优点：接触器联锁控制联锁接触器联锁按钮联锁控制电路FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2KM2KM1工作安全可靠缺点：操作不便2.按钮控制正反转控制电路控制电路：工作原理：优点：按钮联锁控制操作方便控制电路FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2SB1SB2缺点：易产生故障2.按钮控制正反转控制电路控制电路：工作原理：优点：接触器、按钮双重联锁控制安全可靠，操作方便FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2SB1SB2KM2KM1控制电路图

停机制动类型：三、电动机制动控制常用的电气制动：反接制动能耗制动电磁机械制动--电磁铁操纵机械进行制动电气制动--电动机产生一个与转子转动方向相反的力矩来进行制动制动电阻的接线方法:1、反接制动控制原理：要求：

对称接法不对称接法改变电动机电源相序，使定子绕组产生反向的旋转磁场，形成制动转矩。10kW以上电动机的定子电路中串入反接制动电阻，转速接近于零时，及时切断反相序电源,防止反向再起动。1.单向反接制动的控制电气原理图：速度继电器

关键是电动机电源相序的改变，且当转速下降接近于零时，能自动将电源切除。

2.可逆运行的反接制动控制特点（与反接制动相比）：消耗的能量小，其制动电流要小得多；适用于电动机能量较大，要求制动平稳和制动频繁的场合；能耗制动需要直流电源整流装置。二、能耗制动控制原理：电动机脱离三相交流电源后，在定子绕组加直流电源，以产生起阻止旋转作用的静止磁场，达到制动的目的。1.单向能耗制动控制按时间原则控制单向运行接触器能耗制动接触器整流变压器桥式整流电路1.单向能耗制动控制按速度原则控制2.电动机可逆运行能耗制动控制

正转接触器反转接触器3.单管能耗制动控制单管半波整流第四节双速异步电动机变速控制转速表达式：调速方法：改变电源频率f

改变转差率s

改变磁极对数p1.△-YY连接一、变极式电动机的接线方式U1V1W1L1L3L2U2W2V2V1U1W1V2U2W2L2L3L1低速－△接法（4极）U1V1W1L1L3L2U2W2V2V1U1W1V2U2W2L2L3L1高速－YY接法（2极）悬空不接Y点电源相序反接2.Y-YY连接一、变极式电动机的接线方式U1V1W1L1L2V2W2U2V1U1W1V2U2W2L2L3L1低速－△接法（4极）U1V1W1L1L3L2U2W2V2V1U1W1V2U2W2L2L3L1高速－YY接法（2极）悬空不接Y点电源相序反接二、感应式双速异步电动机按钮控制调速L1QSL3KM1FU1KM2L2KM3U1V1W1U2V2W2M3～U1U2V2W1W2V1FU2SB2SB3SB1SB1SB2KM1KM2KM3KM2KM1△YYKM3KM1KM2KM3电气原理图：SB1、KM1：控制电动机低速SB2、KM2、KM3：控制电动机高速二、感应式双速异步电动机按钮控制调速工作原理：按下SB1，KM1吸合并自锁，电动机△连接低速运行，按下SB2，KM1断电，KM2、KM3得电吸合并自锁，电动机YY连接高速运行。三、感应式双速异步电动机时间继电器控制调速KM2L1QSL3KM1FU1L2KM3U1V1W1U2V2W2M3～电气原理图：KM2、KM3：控制电动机高速(YY）U1W1V1U2W2V2FU2SAKTKM3KM2KTKM1低速KM2高速KM1YKM2KM3KTKTYYKM1：控制电动机低速（△）双速电动机控制电路

(1)(2)(a)(b)(c)第五节液压系统的电气控制液压传动系统力矩较大，运动平稳、均匀，准确可靠，控制方便，易自动化。一次工作进给液压动力头系统及其电气控制电路手动工作方式：开关SA选择“手动”。自动工作方式：开关SA选择“自动”。动力头原位停止：动力头快进：动力头工进：动力头快退：一次工作进给液压动力头系统自动循环工作流程图液压动力头控制电路：中间继电器实现电磁铁对短信号自锁。

半自动车床刀架纵进、横进、快退控制电路：半自动车床刀架液压驱动原理图YG1及YG2分别是纵向液压缸和横向液压缸，由电磁阀线圈YA1、YA2分别进行控制，实现刀架纵向移动和横向移动及后退。M2为液压泵电动机，M1为主电动机，分别由接触器KM1和KM2控制。时间继电器KT控制无进刀切削。工作过程：按SB3，液压泵起动工作。然后按SB4，中间继电器K1得电，接通KM2主轴转动，接通电磁阀线圈YA1，刀架纵向移动。工作流程第六节控制电路的其他基本环节

(a)(b)(c)点动控制：按住按钮时电动机转动工作，手放开按钮时，电动机即停止工作，常用于生产设备的调整。与长动的主要区别是控制电器能否自锁。控制电路(a)：按钮实现点动；控制电路(b)：选择开关实现点动与长动切换；控制电路(c)：中间继电器实现点动的控制电路。联锁：电动机有顺序的起动。接触器KM2必须在接触器KM1工作后才能工作，保证了液压泵电动机工作后主电动机才能工作