第二章电气控制线路

电气控制及PLC2014.092第2章电气控制线路基础主要内容：2.1电气控制线路图的图形、文字符号及绘制原则2.2三相笼型异步电动机的基本电气控制线路2.3三相笼型异步电动机降压启运控制线路2.4三相笼型异步电动机制动控制线路2.5三相笼型异步电动机速度控制线路2.6变频调速与变频器的使用2.7电气控制线路的简单设计法2.1电气控制线路图的图形、文字符号及绘制原则电气控制线路：是用导线将电动机、电器、仪表等元器件按一定的要求连接起来，并实现某种特定控制要求的电路。电气控制系统图：为了表达生产机械电气控制系统的结构、原理等设计意图，便于电气系统的安装、调试、使用和维修，将电气控制系统各电器元件及其连接线路用一定的图形表达出来。

电气控制线路图是工程技术的通用语言，为了便于交流与沟通，在电气控制线路中，各种电器元件的图形、文字符号必须符合国家的标准。国家标准局参照国际电工委员会（IEC）颁布的有关文件，制定了我国电器设备有关国家标准，采用新的图形和文字符号及回路标号。GB4728—1984《电气图用图形符号》GB6988—1987《电气制图》GB7159—1987《电气技术中的文字符号制订通则》

规定从1990年1月1日起，电气控制线路中的图形和文字符号必须符合最新的国家标准。2.1电气控制线路图的图形、文字符号及绘制原则

国家标准GB7159—1987《电气技术中的文字符号制订通则》规定了电气工程图中的文字符号，它分为基本文字符号和辅助文字符号。

基本文字符号有单字母符号和双字母符号。单字母符号表示电气设备、装置和元件的大类（P45表2-1），例如K为继电器类元件这一大类；双字母符号由一个表示大类的单字母与另一个表示器件某些特性的字母组成（P45表2-2），例如KT即表示继电器类器件中的时间继电器，KM表示继电器类器件中的接触器。

辅助文字符号用来进一步表示电气设备、装置和元件的功能、状态和特征。2.1电气控制线路图的图形、文字符号及绘制原则2.1电气控制线路图的图形、文字符号及绘制原则电气控制线路常用图形、文字符号记住常用的如开关、线圈、继电器、接触器等，在实际应用中用到的一些器件等，参照课本P46表2-32.1电气控制线路图的图形、文字符号及绘制原则电气控制系统图电气原理图电器布置图电气安装接线图定义：根据电路的工作原理用规定的图形符号,采用简明、清晰、易懂的原则并采用电器元件展开形式绘制的图形称为电气原理图。特点：结构简单、层次分明、便于研究和分析电路的工作原理等电气控制线路常用的图形、文字符号必须符合最新的国家标准（见书2.1.1常用电器图形符号和文字符号)。一、电气原理图：2.1电气控制线路图的图形、文字符号及绘制原则组成：根据电路通过的电流大小可分为主电路：是电气控制线路中大电流通过的部分，包括从电源到电动机之间相连的电器元件（如：刀开关、热继电器、自动空气开关、接触器主触点等）所组成的线路。辅助电路：是信号的传输通道。包括：控制电路、照明电路、信号电路和保护电路。2.1电气控制线路图的图形、文字符号及绘制原则一、电气原理图：2.1电气控制线路图的图形、文字符号及绘制原则电动机正反转控制原理图主电路控制电路一、电气原理图：采用易读原则，一般采用电器元件分开表示法，但同一器件文字符号要相同。同类器件用加数字序号区别，如KM1，KM2。所有电器可动部分均按没有通电或没有外力作用时的状态画出。元件的排列方式一般按动作顺序为从上到下，从左到右排列，可水平、垂直布置。一般主回路-垂直，辅助回路-水平。上下排列：主电路在上，控制电路在下；左右排列：主电路在左，控制电路在右。主电路用粗线条画，控制电路用细线条画2.1电气控制线路图的图形、文字符号及绘制原则一、电气原理图：电气原理图绘制原则1、电气原理图一般分主电路和辅助电路。2、电气原理图中所有的电器元件都应采用国家标准中统一规定的图形符号和文字符号表示。3、电气原理图中的电器元件的布局，应根据便于阅读的原则安排。4、在电气原理图中，当电器元件的不同部件（如接触器的线圈和触点）分散在不同的位置时，为了表明是同一电器元件，要在电器元件的不同部件处标注统一的文字符号。对于同类电器元件，要在其文字符号后面加数字序号来区别。5、电气原理图中所有电器的可动部分均按没有通电或没有外力作用时的状态画出。对于接触器、继电器的触点，按其线圈不通电的状态画出；控制器手柄处于零位时的状态画出；对于按钮、行程开关等触点，按未受外力作用时的状态画出。6、电器原理图中尽量减少线条和避免交叉，各个导线之间有电的联系时，对“T”形连接的接点，在导线交叉处可以画实心圆点，也可以不画；“+”字交叉，必须画实点。根据图面布置需要，可以将图形符号旋转绘制，一般逆时针旋转900，但文字符号不可以倒置2.1电气控制线路图的图形、文字符号及绘制原则电源电路用水平线绘制

其余垂直绘制

图面区域的划分和符号位置的索引图面区域的划分主电路、控制电路、信号电路、照明电路及保护电路等符号位置的索引2.1电气控制线路图的图形、文字符号及绘制原则将图分成若干图区，上方为该区电路的用途和作用，用文字表明该栏对应的下面电路或元件的功能。下方为图区编号（也可在最上方，如上图示）。图面区域的划分CM6132普通车床电气控制线路原理图2.1电气控制线路图的图形、文字符号及绘制原则2.1电气控制线路图的图形、文字符号及绘制原则某机床的电气原理图示例回路名称回路功能表触点检索图

符号位置的索引用图号、页次和图区编号的组合索引法，索引代号组如下：索引代号的简化2.1电气控制线路图的图形、文字符号及绘制原则符号位置的索引图号图号是指当某设备的电气原理图按功能多册装订时，每册的编号，一般用数字表示P57在原理图中相应线圈的下方，给出触头的文字符号，并在其下面注明相应触头的索引代号，对未使用的触头用“×”表明，有时也可采用上述省去触头的表示法。2.1电气控制线路图的图形、文字符号及绘制原则电气原理图中，接触器和继电器线圈与出点的从属关系使用下图编号表示，即：

右栏 中栏左栏主触头所辅助常开触头辅助常闭触头在图区号所在图区号所在图区号对接触器，上述表示法中各栏的含义如下：是接触器QA相应触头的索引。例如课本图2-1中接触器QA下方的2.1电气控制线路图的图形、文字符号及绘制原则对继电器，上述表示法各栏的含义如下：

左栏右栏辅助常开触头辅助常闭触头所在图区号所在图区号

2.1电气控制线路图的图形、文字符号及绘制原则是接触器KF相应触头的索引。例如课本图2-1中继电器KF下方的

电气原理图的阅读方法1.基本原则采用化整为零的原则，以某一电动机或电器元件（如接触器或继电器线圈）为对象，从电源开始，自上而下、自左而右，逐一分析其接通断开关系。概括起来，可以说成是“化整为零、顺藤摸瓜、先主后辅、集零为整、安全保护、全面检查”。2.阅读方法与步骤1）阅读主电路主电路的作用是保证生产机械拖动要求的实现。从主电路的构成可以看出电动机或执行电器的类型和工作方式，以及起动、正反转、调速、制动等控制要求和保护要求等内容。2）阅读控制电路主电路的各控制要求由控制电路来实现，运用“化整为零、顺藤摸瓜”的原则，将控制电路按功能划分为若干个局部控制线路，从电源和主令信号开始，经过逻辑判断，写出控制流程，以简便明了的方式表达出电路的自动工作过程。3）阅读信号与照明电路信号与照明电路具有独立性，仅起辅助作用而不影响主要功能，其很多部分是受控制电路中的元件来控制的。4）阅读联锁与保护电路生产机械对安全性、可靠性等有很高的要求，欲实现这些要求，除了合理地选择拖动、控制方案外，还需在控制线路中设置电气保护和必要的电气联锁。在电气控制原理图的分析过程中，电气保护与电气联锁环节是非常重要的内容，不能遗漏。5）总体检查经过“化整为零”，逐步分析了各局部电路的工作原理和各部分之间的控制关系之后，还必须“集零为整”，检查整个控制电路，看是否有遗漏。特别要从整体角度去进一步检查和理解各控制环节之间的联系，以达到全面理解原理图的作用2.1电气控制线路图的图形、文字符号及绘制原则电气安装接线图是用规定的图形符号，按各电器元件相对位置绘制的实际接线图。在具体施工和检修中能起到原理图所起不到的作用，在生产现场得到了广泛的应用。安装接线图是实际接线安装的准则和依据，它清楚地表示各电器元件的相对位置和它们之间的电气连接，安装接线图不仅要把同一个电器的各个部件画在一起，而且各个部件的布置要尽可能符合该电器的实际情况。各电器元件的表示要与原理图一致，以便核对。同一控制柜中的各电器元件之间的连接可以直接进行，不在同一个控制柜内的各电器元件之间的导线连接，必须通过接线端子进行。二、电气安装接线图安装接线图中，分支导线必须在各电器元件接线端上引出。还应该详细标明导线和所穿管子的型号、规格等。二、电气安装接线图2.1电气控制线路图的图形、文字符号及绘制原则在绘制安装接线图时一般应遵循以下原则。(1)各电器元件用规定的图形、文字符号绘制，同一电器元件各部件必须画在一起。各电器元件的位置应与实际安装位置一致。(2)不在同一控制柜或操作台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，但线径不同的导线例外。(4)画连接导线时，应标明导线的规格、型号、根数等规格要求，以便施工人员顺利施工。2.1电气控制线路图的图形、文字符号及绘制原则二、电气安装接线图相对位置与电气连接二、电气安装接线图2.1电气控制线路图的图形、文字符号及绘制原则控制柜电器安装接线实物图例1二、电气安装接线图2.1电气控制线路图的图形、文字符号及绘制原则控制柜电器安装接线实物图例2三、电器元件布置图2.1电气控制线路图的图形、文字符号及绘制原则图中电器元件用实线框表示，而不必按其外形形状画出；图中往往还留有10%以上的备用面积及导线管（槽）的位置，以供走线和改进设计时用；在图中还需要标注出必要的尺寸电器元件布置图是用来表明电气设备上所有电机、电器的实际位置，为电气控制设备的制造、安装、维修提供必要的档案资料。三、电器元件布置图2.1电气控制线路图的图形、文字符号及绘制原则

某机床的电器元件布置图三、电器元件布置图2.1电气控制线路图的图形、文字符号及绘制原则控制柜电器元件布置示例2.2三相笼型异步电动机的基本控制线路三相笼型异步电动机由于结构简单、价格便宜、坚固耐用等优点获得了广泛的应用。三相笼型异步电动机的控制线路大都由继电器、接触器和按钮等有触点的电器组成。（一）电动机的起、停控制（二）电动机的正反转控制（三）电动机的多点控制（四）电动机的顺序控制2.2三相笼型异步电动机的基本控制线路在生产实际中，根据生产工艺要求的不同，电动机需要工作在点动控制和长动（连续）控制两种状态下。点动控制是操作者按下起动按钮时电动机起动运转，松开起动按钮时电动机就停止转动；长动（连续）控制是操作者按下起动按钮后电动机起动运转，即使松开起动按钮电动机还能一直运转，即连续运转，直到按下停车按钮为止。（一）电动机的起、停控制用以下实物,如何使电动机动起来？2.2三相笼型异步电动机的基本控制线路1.用刀开关直接起动适用场合小容量(0.75KW以下)、起动不频繁的笼型电动机工作过程合上刀开关QS，电动机M接通电源开始旋转；断开刀开关QS，电动机M断电停止旋转。2.2三相笼型异步电动机的基本控制线路直接启动即全压启动用以下实物,如何实现对电动机的起停控制？35点动控制控制要求：按下启动按钮电动机启动并运行，松开按钮电动机停止运行。注意：根据控制要求，分析需要的电气器件。

主电路：由刀开关QS(QB)、熔断器FU(FA)、交流接触器的主触点KM(QA)、热继电器FR(BB)和笼型电动机MA组成；控制电路：由起动按钮SB(SF)和交流接触器线圈KM(QA)组成。2.采用接触器控制直接起动36点动控制线路最简单的点动控制：适合小功率电动机控制起动过程：先合上刀开关QS→按下起动按钮SB→接触器线圈KM通电→接触器主触点KM闭合→电动机M通电直接起动。停机过程：松开起动按钮SB→接触器线圈KM断电→接触器主触点KM断开→电动机M停电停转。点动控制：按下按钮，电动机转动，松开按钮，电动机停转，这种控制就叫点动控制，它能实现电动机短时转动，常用于机床的对刀调整和电动葫芦等。保护环节：短路保护FU；过载保护FR；欠、失电压保护KM。（QB）（QB）（FA）（QA）（QA）（BB）（BB）（SF）点动控制用以下实物,如何实现对电动机的起停控制？382.采用接触器控制直接起动长动（连续）控制在实际生产中往往要求电动机实现长时间连续转动，即所谓长动控制。控制要求：按下启动按钮，电动机启动并运行，当松开按钮后，电动机仍连续运行。根据控制要求，分析需要的电气器件。主电路：由刀开关QS（QB）、熔断器FU（FA）、接触器的主触点KM（QA）、热继电器发热元件FR（BB）、电动机M组成；控制电路：由停止按钮SB2（SF1）、起动按钮SB1（SF2）、接触器的常开辅助触点和线圈KM（QA）、热继电器的常闭触点FR（BB）组成。39起动过程：合上刀开关QS→按下起动按钮SB2→接触器线圈KM通电→接触器主触点KM闭合和常开辅助触点闭合→电动机M接通电源运转；松开起动按钮SB2，利用接通的接触器常开辅助触点KM自锁、电动机M连续运转。自锁概念：这种依靠接触器自身辅助常开触点的闭合而使线圈保持通电的控制方式，称自锁或自保。停机过程：按下停止按钮SB1→接触器线圈KM断电→接触器主触点KM和辅助常开触点KM断开→电动机M断电停转。保护环节：短路保护FU；过载保护FR；欠、失电压保护KM。长动控制线路（QB）（FA1）（QA）（BB）（QA）（BB）（QA）（SF2）（SF1）（FA2）长动（连续）控制适合长时间连续转动电动机控制40本控制线路具有如下三点优点：1）防止电源电压严重下降时电动机欠电压运行。2）防止电源电压恢复时，电动机自行起动而造成设备和人身事故。3）避免多台电动机同时起动造成电网电压的严重下降（QB）（FA1）（FA2）（SF1）（SF2）（QA）（BB）（QA）（BB）启动：合上自动开关QS，主电路引入三相电源。按下启动按钮SB2，接触器KM线圈通电，其常开主触点闭合，电动机接通电源开始全压启动，同时接触器KM的辅助常开触点闭合，是接触器线圈有两条通电路径。这样，当松开启动按钮SB2后，接触器线圈仍能通过其辅助触点停电并保持吸合状态停止：按停止按钮SB1，接触器线圈失电，其主触点断开，从而切断电动机三相电源，电动机自动停止；同时接触器自锁触点也断开，控制回路解除自锁松开停止按钮，控制电路又回到启动前的状态点动和长动混合控制单向全压启动控制线路FR得电闭合闭合得电正常运转按SB1得电点动按SB2~SBSB1KMSB2KAKAKA思考以下控制电路能否实现即能点动又能连续运行？自锁既能点动又能长动正常运转线路或设备出故障了，怎么办？线路短路电动机过载供电线路断电、欠压造成设备停机要设置必要的保护确保线路和设备的安全！短路保护:

熔断器FU1、FU2分别实现主电路和控制电路的短路保护。过载保护:

热继电器FR在电路长期过载时，热继电器动作，FR常闭触点断开，接触器KM线圈释放，各触头复位，断开电动机电源，实现过载保护。欠压、零压保护：由接触器本身的电磁机构实现。2.2.1全压启动控制线路2.2三相笼型异步电动机的基本控制线路KM熔断器电路发生短路FU立即熔断切断主电路电机停转ABQFRM3~KMSB1KMSB2FRCFU保护过程：短路保护：FU3.对线路和设备的保护KMFRM3~ABQKMSB1KMSB2FRCFU过载保护：热继电器保护过程：若电机单相运行：

两个热元件通过过载电流，保护电机不会长时间单相运行。FRFR过载超过一定程度主电路中FR热元件

发热，双金属片动作控制电路中的

常闭触点FR断开KM线圈断电KM主触点断开

电机停转FRM3~ABKMQSB1KMKMSB2FRCFU欠压（零压）保护：交流接触器保护过程：KM线圈接线电压Ul

当Ul时衔铁释放（静铁产生

的电磁吸力不足以吸

合衔铁）KM主触点断开电机停转

此时，若不重新按

下SB2

，电机不能自

行启动。KMKMKM当电源电压低到一定程度或者失电时，接触器KM的电磁吸力小于反力，电磁机构会释放，主触点把主电源断开，电动机停止运转。这时如果恢复电源，由于控制电路失去自锁，点滴那估计不会自行启动（只有按下SB1才能启动电动机）归纳电路中任一地方短路，FU熔断，电源切断。电动机过载，FR常闭触点断开，电源切断。电路中失压，KM线圈断电，自锁断开，

复电时不能自行启动。短路保护：过载保护：欠压保护：应用：正、反转的实现：

生产上往往要求运动部件能够向正反两个方向

运动，如：机床工作台的前进、后退；主轴的正转和反转；起重机的提升、下降等。把接入电源的任意两根联线对调。

用两个交流接触器

实现两根电源线的调换。（二）电动机的正反转控制KMR正转接触器KMF通电，

电动机正转；决不允许KMF和KMR

同时通电，否则，会

造成电源短路！主电路ABCKMFFUQFRM3~反转接触器KMR通电，

电动机反转；注意！KMRKMRSBRKMFKMFSB1SBFFR

该电路必须先停车才能由正转到反转或

由反转到正转。SBF和SBR不能同时按下，

否则会造成短路！控制电路（1）M3~ABCKMFFUQFRKMR控制过程：按下SBF电机正转按下SBR电机反转按下SB1电机停车KMFSB1KMFSBFFRKMRKMRSBR控制电路(2)--加互锁KMRKMFM3~ABCKMFFUQFRKMRKMFSB1KMFSBFFRKMRKMRSBRKMRKMF控制过程：电机正转：按下SBFKMF线圈通电KMF主触点闭合KMF常开触点闭合，并自锁KMF常闭触点断开电机正转反转接触器不能接通。KMFSB1KMFSBFFRKMRKMRSBRKMRKMF电机反转：按下SBRKMR线圈通电KMR主触点闭合KMR常开触点闭合，并自锁KMR常闭触点断开电机反转正转接触器不能接通。联锁（互锁）控制：KMF的常闭触点串联在KMR线圈电路中;

KMR的常闭触点串联在KMF线圈电路中:即：正转接触器接通时，反转接触器不能接通；

反转接触器接通时，正转接触器不能接通。这两个常闭触点称为互锁触点或联锁触点。KMFSB1KMFSBFFRKMRKMRSBRKMRKMF控制电路(3)--双重互锁电器互锁机械互锁M3~ABCKMFFUQFRKMRKMFSB1KMFSBFFRKMRKMRKMRKMFSBR双重互锁机械互锁（复合按钮）电器互锁（互锁触点）KMFSB1KMFSBFFRKMRKMRKMRKMFSBR电机正转：按下SBFKMF线圈通电KMF主触点闭合KMF常开触点闭合，并自锁KMF常闭触点断开电机正转反转接触器不能接通。控制过程：常闭触点先断开

常开触点后闭合KMR线圈断电电机反转：按下SBRKMR线圈通电KMR主触点闭合KMR常开触点闭合，并自锁KMR常闭触点断开电机反转正转接触器不能接通。常闭触点先断开

常开触点后闭合KMF线圈断电KMFSB1KMFSBFFRKMRKMRKMRKMFSBR电机停车：按下SB1KMR线圈断电KMF线圈断电电机停车KMFSB1KMFSBFFRKMRKMRKMRKMFSBR在多处位置设置控制按钮，均能对同一电机实行控制。KMSB1甲SB2甲KMSB1乙SB2乙乙地甲地SB1甲、SB2甲实现就地控制；SB1乙、SB2乙实现远方控制。概述：有些机械和生产设备,常常要求在两地或两地以上的地点进行操作。实现：用多组按钮对电动机的启动或停止进行控制。（三）电动机的多点控制异地控制方法启动按钮并联停车按钮串联思考？若三地控制呢？三启动按钮并联三停车按钮串联思考？若两地控制，要求一地可以点动、长动，另一地只长动如何设计？＃1电机M1＃2电机M21.M1启动后，M2才能启动2.M2可单独停车思路：M1、M2分别由不同的交流接触器控制；控制交流接触器线圈通电的顺序达到顺序控制电动机的目的；例控制要求：概述：在实际应用中，往往要求各种运动部件之间按顺序工作。如车床主轴转动时要求油泵先运行，给齿轮箱提供润滑油。这就要求油泵电动机和车床主轴电机按顺序启动。实现：可以按动作顺序实现，也可以按时间顺序实现多台电动机之间按顺序启动。（四）电动机的顺序控制主电路KM1通电，M1转动，KM2通电，M2转动FUKM2FR2ABCFUABCKM1FR1QQM13~M23~FUKM2FR2FUABCKM1FR1QM13~M23~控制电路KM1SB1SB2KM1KM1通电后

KM2才可能

通电KM2SB3SB4KM2FR1FR2工作过程按下SB2KM1线圈通电并自锁M1启动按下SB4KM2线圈通电并自锁M2启动启动时：按下SB3KM2线圈断电M2单独停车按下SB1KM1、KM2线圈断电M1、M2停车停机时：串联KM1KM1SB1SB2KM1FR1FR2KM2SB3SB4KM2或工作过程按下SB2KM1线圈通电并自锁M1启动按下SB4KM2线圈通电并自锁M2启动启动时：按下SB3KM2线圈断电M2单独停车按下SB1KM1、KM2线圈断电全部停车停机时：65分析下列a、b、c控制工作过程？图2-7两台电动机顺序起动控制线路图2-7a所示控制线路的特点是：KM2的线圈接在KM1自锁触头后面，这就保证了M1起动后，M2才能起动的顺序控制要求。图2-7b所示控制电路的特点是：在KM2的线圈回路中串接了KM1的常开触头。显然，KM1不吸合，即使按下SB2，KM2也不能吸合，这就保证了只有M1电机起动后，M2电机才能起动。停止按钮SB3控制两台电动机同时停止，停止按钮SB4控制M2电动机的单独停止。图2-7c所示控制电路的特点：在图2-7b中的SB3按钮两端并联了KM2的常开触头，从而实现了M1起动后，M2才能起动，而M2停止后，M1才能停止的控制要求，即M1、M2是顺序起动，逆序停止。按生产机械所处的位置对电动机实施控制。正程：电动机正转；逆程：电动机反转。控制要求：前进后退原位终点A1、A在原位时，启动电机只能正转；2、A前进至终点自动停车；3、A在终点时，启动电机只能反转；4、A后退至原位自动停车；5、A在前进或后退途中均可停车，再启动后既可进也可退。实现方法：在生产机械行程的终点和原位安装行程开关。（五）电动机的行程控制线路（自动循环控制线路）控制电路STbSTaKMFFRSB1KMFSB2KMRKMRSB3KMRKMF行程开关至终点位置撞开STb

运动过程按下SB2A正向运行电机停车（反向运行同样分析）原位终点前进后退ASTaSTbSTbSTaKMFFRSB1KMFSB2KMRKMRSB3KMRKMF控制过程按下SB2KMF线圈通电压下STa，KMR线圈不通电，电机不能反转，A只前进。A在原位时：(电机正转）带动A前进A前进到终点压下STbSTb常闭触点断开KMF线圈断电(电机停转）A停在终点。STbSTaKMFFRSB1KMFSB2KMRKMRSB3KMRKMF按下SB3KMR线圈通电压下STb，KMF线圈不通电，电机不能正转，A只后退。A在终点时：(电机反转）带动A后退A后退到原位压下STaSTa常闭触点断开KMR线圈断电(电机停转）A停在原位。STbSTaKMFFRSB1KMFSB2KMRKMRSB3KMRKMF按下SB1KMR线圈断电A在途中时：(电机停转）A停止KMF线圈断电此时：按下SB2A前进按下SB3A后退原位终点前进后退ASTaSTbKMRSBRKMFFRKMFSB1KMFSBFKMRKMRSTaSTbSTb例：主电路为电机的正反

转电路，分析此电路实现

的功能。KMRSBRKMFFRKMFSB1KMFSBFKMRKMRSTaSTbSTb（1）A在原位时：A在原位，压下STaKMR线圈断电电机不能反转按下SBFKMF线圈通电，并自锁电机正转带动A前进启动后只能前进，不能后退。KMRSBRKMFFRKMFSB1KMFSBFKMRKMRSTaSTbSTb（2）A前进到终点时：立即后退，退回到原位自动停。A到达终点，压下STb常闭触点断开KMF线圈断电电机反转带动A后退常开触点闭合KMR线圈通电A后退到原位压下STaKMR线圈断电电机停转A停在原位（3）A在途中时：可停车；再启动时，既可前进也可后退。KMRSBRKMFFRKMFSB1KMFSBFKMRKMRSTaSTbSTbA在途中，按下SB1线圈都断电电机停车A停在途中。再启动时，因A在途中：STa和STb均不受压；按下SBFA前进按下SBRA后退（4）A在途中时，若暂时停电，复电时，A不会自行运动。A在运行途中，如果停电线圈要断电各触点恢复常态再通电时，A不会自行运动。KMRSBRKMFFRKMFSB1KMFSBFKMRKMRSTaSTbSTb（5）A在途中若受阻，在一定时间内电机应自行断电而停车。A在运行途中若受阻，电机出现过载或堵转现象，其电流

很大，会使主电路中的热元件FR发热，控制电路中的常

闭辅助触点FR断开，使接触器线圈断电，电机停车。KMRSBRKMFFRKMFSB1KMFSBFKMRKMRSTaSTbSTb过载保护上述自动往返运动，运动部件每经过一个循环，电动机要进行两次制动过程，会出现较大的制动电流和机械冲击。因此，这种电路只适用于电动机容量较小、循环周期较长、电动机转轴具有足够刚性的拖动系统。另外，在选择接触器的容量时应比一般情况选择的容量大一些。（五）电动机的行程控制线路（自动循环控制线路）78例1：如果图10-17的控制电路接成如图所示，会有什么后果？79解：图（a）电路中，KM的辅助常开触头不仅锁住了SB2，而且也锁住了SB1。因此，在按下SB2使接触器KM线圈通电，其常开触头KM实现自锁作用后，再按下SB1时，线圈KM不会断电，即起动电动机后就无法用按钮SB1使它停转，停止按钮SB1失去了作用。图（c）电路中，接触器KM的常开触头与线圈并联，按下SB2时接触器线圈通电，其常开触头闭合，造成短路，会烧断熔断器中的熔体。图（d）电路中，用一个按钮SB1的常开和常闭两个触头替代原电路中的起动和停止两个按钮。当按下按钮SB1时，由于按钮的结构特点通常是常闭触头先断开，常开触头后闭合，因此无法使接触器线圈通电，电动机也就无法起动。80例2：如图所示的电路中用了两个起动按钮SB2和SB3，试分析说明这个电路的工作原理。81解：电路中两个起动按钮是有区别的。SB3是常开常闭组合按钮，它的常闭触头串联在自锁电路中，因此在按下SB3时，先切断自锁电路，使接触器KM不能自锁，故SB3只能起点动控制作用。而SB2则是普通的起动按钮，在按下SB2时，自锁电路能起作用。由此可见，本电路是既可点动又可使电动机连续运行的控制电路。82实验一&&实验二课前预习：第一章常用低压电器（接触器、继电器、开关等）第二章集中控制线路及其工作原理1、直接起动存在的问题：•起动电流可达额定电流的4～7倍•过大的起动电流会减低电动机的寿命•

引起电源电压波动对于容量较大的电动机来说必须采用减压起动的方法，以限制起动电流。2、降压起动的条件：由于起动电流减小引起起动转矩降低，因此仅适用于空载或轻载起动的场合。3、降压起动方法

•定子绕组串电阻（或电抗器）起动•自耦变压器减压起动

•星-三角形减压起动•延边三角形起动等。2.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路降压启动的实质：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。2.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路正常运行时，定子绕组接成三角形运转的三相笼型异步电动机，可采用星-三角降压启动。启动时，每相绕阻的电压下降到正常工作电压的，故启动电流下降到全压启动时的1/3，电动机启动旋转，当转速接近额定转速时，将电动机定子绕组改接成三角形，电动机进入正常运行状态。这种降压启动方法简单、经济,可用在操作较频繁的场合，但其启动转矩只有全压启动时的1/3，适用于空载或轻载。星-三角（Y-Δ）降压启动控制2.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路用于13kW以下电动机的启动电路按下启动按钮SB2，KM1、KT线圈同时通电吸合并自锁，KM1主触点闭合接入电源，电动机接为星形，降压启动。当时间继电器KT动作，KM1线圈断电释放，切断电动机电源；KT上延时闭合的常开触点闭合，使KM2线圈通电并自锁，KM2的主触点将电动机定子接为三角形，常闭触点KM2断开，使KT断电，KM1线圈重新通电吸合，电动机三角形运行2.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路自耦变压器减压启动的控制线路中，电机的启动电流的限制是靠自耦变压器降压来实现的。启动时电动机定子串入自耦变压器，定子绕组得到的电压为自耦变压器的二次电压，启动完毕后自耦变压器被排除，额定电压加于绕组，电动机以全电压投入运行。该控制线路对电网的电流冲击小，损耗功率也小，但是自耦变压器价格较贵，主要用于启动较大容量的电动机。自耦变压器减压启动控制线路自耦变压器减压启动控制电路2.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路参见课本P64页，自行完成该控制线路的分析自耦变压器减压启动控制线路综合以上介绍的几种启动控制线路，均按时间原则采用时间继电器实现减压启动，这种控制方式线路工作可靠，受外界因素如负载、飞轮惯性以及电网波动的影响较小，结构比较简单，因而被广泛采用。2.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路自耦变压器减压启动控制线路

前面讲过的三相电动机的降压起动控制线路比较简单，但其起动电流的冲击一般还很大，除了自耦变压器降压起动控制外其它控制方式的起动转矩都较小而且不可调。另外，电动机停车都是通过控制电路控制接触器主触点，使其断开从而切断电动机电源而自由停车。这样，由于惯性的存在，会造成剧烈的电网波动和机械冲击。软启动器2.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路

在直接起动方式下，起动电流为电动机额定电流的4～7倍，起动转矩为额定值的0.5～1.5倍；在Y-△降压起动方式下，起动电流为电动机额定电流的1.8～2.6倍，起动转矩为额定值的0.5倍，且在Y到△切换时会出现电流冲击；在定子串电阻降压起动方式下，起动电流为电动机额定电流的4.5倍，起动转矩为额定值的0.5～0.75倍；在自耦变压器降压起动方式下，起动电流为电动机额定电流的1.7～4倍，起动转矩为额定值的0.4～0.85倍，在电压切换时也会出现电流冲击。因此，前面讲过的几种方法经常用于对起动特性要求不高的场合。那么，在一些对起动要求较高的场合，该怎么办呢？随着电子技术的不断发展，在这些场合可以选用软启动器装置，该装置采用电子起动方法，其主要特点是具有软起动和软停车功能，起动电流和起动转矩可调节，同时还具有电动机过载保护等功能。软启动器2.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路

软启动器的发展现状近几年来，国内外软启动器技术发展迅速，从最初单一的软启动功能，发展到同时具有软停车、故障保护和轻载节能等功能。我国对软启动器技术的开发是比较早的，从1982年开始就有不少研究者在开发功率因数控制器时即包括了软启动技术，现在这些技术已经发展成熟并有产品推出，如JKR软启动器和JQ、JQZ型交流电机固态节能启动器等，现在我国已经研制出智能电机控制器。目前，国外著名的电气公司，如ABB公司、罗克韦尔公司、施耐德公司、西门子公司等，几乎都有软启动器产品进入中国市场，并占有较大的市场份额。软启动器2.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路

软启动器的工作原理图2-10所示为软启动器的内部原理简图，其主要由三相交流调压电路和控制电路两大部分构成。

2.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路工作原理：利用晶闸管的移相控制原理，通过控制晶闸管的导通角来改变其输出电压，达到通过调压方式来控制起动电流和起动转矩的目的。控制电路按预定的不同起动方式，通过检测主电路的反馈电流控制它的输出电压，可以实现不同的起动特性。最后，软启动器输出全压使得电动机全压运行。软启动器还具有对电动机和软启动器本身的热保护、限制转矩和电流冲击、三相电源不平衡、缺相、断相等保护功能，可实时检测并显示电流、电压、功率因数等各种参数。

软启动器的控制功能三相异步电动机在软起动过程中，软启动器是通过控制加在电动机上的电压来控制电动机的起动电流和起动转矩的，起动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加。一般，软启动器可以通过设定不同的参数得到不同的起动特性，以满足不同负载特性的要求。2.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路

（1）斜坡恒流升压起动方式斜坡恒流升压起动曲线如图2-11所示。从图（a）中不难看出，起动初始电压和起动时间可以设定；从图（b）可以看出，在起动初始阶段起动电流逐渐增加，当达到预先所设定的限流值后保持恒定，直至起动完毕，起动过程中电流上升变化的速率可以根据电动机负载调整设定。这种起动方式断开电流反馈，属于开环控制方式，主要用于一台软启动器并接多台电动机或电动机功率远低于软启动器额定值的应用场合，比如风机、泵类负载的起动2.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路软启动器启动方式图2-11斜坡恒流升压起动方式

（2）电压提升脉冲阶跃起动方式在起动开始阶段，晶闸管在极短时间内以较大电流导通，获得较大的起动转矩，经过一段时间后，再按原设定值线性上升，进入恒流起动状态。这种起动方式适用于重载并要需克服较大静摩擦的起动场合。2.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路软启动器

图2-12转矩控制及起动电流限制起动方式2.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路软启动器（3）转矩控制及起动电流限制起动方式转矩控制及起动电流限制起动曲线如图2-12所示。这种起动方式一般可以设定起动初始力矩、起动阶段力矩限幅、力矩斜坡上升时间和起动电流限幅，引入了电流反馈，属于闭环控制方式，更加稳定。因此，这种控制方式可以使电动机以最佳的起动加速度、以最快的时间完成平稳的起动，在实际中是使用最多的起动方式。（4）减速软停车控制方式减速软停车控制方式是当电动机需要停车时，不是立即切断电动机的电源，而是通过调节软启动器的输出电压，使其逐渐降低而切断电源，这一过程时间较长且一般大于自由停车时间，故称为软停车方式，用于高层建筑、楼宇的水泵系统等。（5）制动停车方式当电动机需要快速停车时，软启动器具有能耗制动功能。能耗制动，当需要制动时软启动器改变晶闸管的触发方式，使交流转变为直流，然后在关闭主电路的电源后，立即将该直流电通入电动机定子绕组，利用转子感应电流与静止磁场的作用达到最终制动的目的。2.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路

Altistart-46软启动器的应用Altistart-46软启动器是施耐德电气公司专门为风机、泵类负载生产的软启动装置。Altistart-46软启动器所接电源电压为208-220-230-240V或400V或440-460-500V（任选），电源频率50Hz或60Hz自适应，额定电流为17A～1200A，可带电动机功率为2.2kW～800kW，具有短路保护、过载保护和抗干扰等功能，能够适应恶劣的工业生产环境。2.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路2.4三相笼型异步电动机制动控制线路⑴问题提出：在实际生产中，为了实现快速、准确停车，缩短时间，提高生产率，对要求停转的电动机强迫其迅速停车，必须采取制动措施。⑵制动方法：a.机械制动机械制动是利用机械装置使电动机迅速停转。可分为断电制动和通电制动。制动时，将制动电磁铁的线圈切断或接通电源，通过机械抱闸制动电动机。b.电气制动电气制动方法有反接制动、能耗制动、发电制动和电容制动等。1、制动原理：反接制动是利用改变电动机电源相序，使定子绕组产生的旋转磁场与转子旋转方向相反，因而产生制动力矩的一种制动方法。2、注意事项：a、当电动机转速接近零时，必须立即断开电源，否则电动机会反向旋转。b、由于反接制动电流较大，制动时需在定子回路中串入电阻以限制制动电流。2.4三相笼型异步电动机制动控制线路2.4三相笼型异步电动机制动控制线路当三相异步电动机脱离电源，由于惯性，转子要经过一段时间才能完全停止旋转，这不能适应某些生产机械工艺的要求，如对万能铣床、卧式镗床、组合机床等，会造成运动部件停位不准、工作不安全等现象，同时也影响生产效率。因此，电动机需要进行有效的制动，使之能迅速停车。2.4三相笼型异步电动机制动控制线路反接制动反接制动有两种情况：一种是倒拉反接制动，如起重机下放重物的情况；另一种是电源反接制动，这里讨论第二种情况。使用电源反接制动方法的注意事项：*为防止转子降速后反向启动，当转速接近于零时应迅速切断电源；*转子与突然反向的旋转磁场的相对速度接近于两倍的同步转速，为了减小冲击电流，通常在电动机主电路中串接电阻来限制反接制动电流。

按下SB2，KM1得电，全压启动。在电动机正常运转时，速度继电器KS的常开触点闭合，为反接制动作好准备。停车时，按下停止按钮SB1，KM1断电，由于惯性，电动机的转速还很高，KS依然动作，因SB1按下，KM2得电，电动机反接制动，转速迅速下降，当速度继电器恢复，KM2断电，电动机断电，反接制动结束。2.4三相笼型异步电动机制动控制线路反接制动反接制动特点是制动迅速，效果好，冲击大，通常仅适用于10kW以下的小容量电动机。时间原则控制的单向能耗制动控制电路正常运行后，按下停止按钮SB1，KM1断电，切断电动机电源，同时KT得电，KM2得电并自锁，直流电源则接入定子绕组，进行能耗制动。当时间继电器延时断开常闭触点KT断开时，KM2断电，直流电源被切除，同时KM2常开辅助触点复位，时间继电器KT线圈断电，能耗制动结束。2.4三相笼型异步电动机制动控制线路能耗制动速度原则控制的单向能耗制动控制电路

该电路与时间原则控制电路基本相同，控制电路中取消了时间继电器KT，而加装了速度继电器KS，用KS的常开触点代替KT延时断开的常闭触点。制动时，按下停止SB1，KM断电，断开三相电源。此时速度仍然很高，KS的常开触点仍然闭合，KM2能够依靠SB1按钮的按下通电，定子绕组通入直流电，能耗制动。当电动机速度接近零时，KS常开触点复位，KM2断电，能耗制动结束。2.4三相笼型异步电动机制动控制线路能耗制动该电路按时间原则控制2.4三相笼型异步电动机制动控制线路能耗制动

正常正向运转中，按下停止按钮SB1，KM1断电，KM3和KT得电并自锁，KM3常开主触点闭合，直流电源加到定子绕组，电动机进行正向能耗制动。当转速接近零时，时间继电器延时断开的常闭触点KT断开KM3线圈电源。KM3主触点断开直流电源，KM3常开辅助触点复位，KT断电，正向能耗制动结束。2.5三相笼型异步电动机速度控制线路在生产实际中，有很多场合要求三相异步电动机的速度可以调节，如鼓风机、车床、轧钢机等，其目的是实现自动控制，以达到节能、提高产品质量和生产效率的目的。

由三相异步电动机的转速公式可知，电动机的调速方法有三种：变频（）调速、变极（）调速和变转差率（）调速。其中，变转差率调速的方法是通过调整定子电压、转子电阻以及采用串级调速、电磁转差离合器调速等来实现，这种方法在实际中使用较少，本书不做介绍。目前广泛使用的是变极调速和变频调速。其中，变极调速控制比较简单，价格较便宜，但不能实现无级调速；变频调速控制较复杂，但性能较好，随着成本的日益降低，目前已广泛应用于工业自动控制领域中。2.5三相笼型异步电动机速度控制线路改变磁极对数，改变了电动机的同步转速，也就改变了电动机的转速。一般，三相感应电动机的磁极对数是不能随意改变的，所以必须选用“双速”或“多速”电动机来进行。由于电动机的极对数是整数，所以这种调速是跳跃式的、有级的调速。对于绕线转子感应电动机来说，要改变转子磁极对数以与定子磁极一致，其结构相当复杂，故一般不采用变极调速，而笼型感应电动机转子磁极对数具有自动与定子磁极对数对等的能力，因而只要改变定子磁极对数就可以了，所以变极调速仅适用于三相笼型感应电动机。变极调速控制线路2.5三相笼型异步电动机速度控制线路笼型感应电动机往往采用以下两种方法来变更定子绕组的极对数：一是改变定子绕组的联接，即改变定子绕组的半相绕组电流方向；二是在定子上设置具有不同极对数的两套相互独立的绕组。有时为了获得更多的转速等级，在同一台电动机中同时采用上述两种方法。单绕组双速电动机的接法常用的有△联接（低速）和YY联接（高速），如图2-20所示变极调速控制线路图2-20单绕组双速电机的接法图（a）是将绕组按△联接，电动机定子绕组的U1、V1、W1接三相交流电源，定子绕组的U2、V2、W2悬空，此时每相绕组中的两个线圈串联，电动机以4极运行，为低速。图（b）是将绕组按YY联接，电动机定子绕组的U1、V1、W1联接在一起，U2、V2、W2接三相交流电源，此时每相绕组中的两个线圈并联，电流从U2、V2、W2流进，从U1、V1、W1流出，电动机以2极运行，为高速。

图2-21（a）为4/2极双速电动机变极调速手动控制线路。分析工作过程2.5三相笼型异步电动机速度控制线路变极调速控制线路图2-214/2极双速电动机变极调速控制线路2.6变频器与变频调速变频调速（1）变频调速实现的关键因素一是大功率开关器件；二是微处理器的发展加上变频控制方式的深入研究，使得变频控制技术实现了高性能、高可靠性。（2）变频调速的两种基本控制方式单从异步电动机转速公式来看，只要改变定子交流电的频率f1就可以调节电动机的转速了，但事实上，只改变f1并不能实现正常的调速。实际应用中，通常不仅要求实现转速调节，同时还要求调速系统具有满足生产工艺要求的机械特性和调速指标。2.6变频器与变频调速（3）变频调速的特点可以使用标准电动机，可以连续调速，可通过电子回路改变相序、改变转速方向。其优点是起动电流小，可调节加减速度，电动机可以高速化和小型化，防爆容易，保护功能齐全等。变频调速的应用领域非常广泛，如应用于风机、泵、搅拌机、精纺机和压缩机等，节能效果显著；如应用于机床如车床、钻床、铣床、磨床等，能够提高生产率和质量；还可广泛应用于其它领域，如起重机械和各种传送带的多台电动机同步、调速等。（4）变频调速的节能技术在交流电机中，要使电机输出定转矩，作一定的功，需要从定子侧通过旋转磁场输出一定功率到转子侧，这个电磁功率为。

1）变频器的概念异步电动机的变频调速必须按照一定的规律同时改变其定子电压和频率，即必须通过变频装置获得电压频率的可调电源，实现前面介绍的调速控制，这类能够实现变频调速功能的装置称为变频器。简单来说，变频器就是转换电能并能改变频率的电能转换装置。（2）变频器的分类及特点变频器的分类大致如图2-23所示变频器2.6变频器与变频调速

图2-23变频器的分类变频器2.6变频器与变频调速

（5）变频器的主要技术参数输入侧的主要额定数据：额定电压（国内中小容量的变频器额定电压为三相交流电380V，单相交流电220V）和额定频率（国内为50Hz）。输出侧的主要额定数据：额定电压（一般情况下，它总是和输入侧的额定电压相等）、额定电流（允许长时间通过的最大电流，是用户在选择变频器容量时的主要依据）、额定容量（额定输出电压和额定输出电流的乘积）、配用电动机容量（指在带动连续不变负载的情况下，能够配用的最大电动机容量）、输出频率范围（输出频率的最大调节范围，通常以最大输出频率和最小输出频率来表示）。对变频器设置和调试时的主要参数：控制方式（选择V/F控制方式还是矢量控制方式）、频率给定方式（对变频器获取频率信号的方法进行选择，即面板给定方式、外部端子给定方式、键盘给定方式等）、加减速时间（加速时间是输出频率从零上升到最大频率所需时间；减速时间是指从最大频率下降到零所需时间）、频率上下限（变频器输出频率的上、下限幅值）。

（6）变频器的选择变频器的选择主要包括种类选择和容量选择两大方面。在选择变频器的类型时，大致应该注意以下几个方面：1）国产与进口的选择。在没有特殊要求的一般情况下，建议尽量选用国产变频器。2）高性能与普通型的选择。对生产安全要求较高的场合，选择高性能变频器。对转速精度要求不高的负载，应考虑选用比较廉价的普通型变频器。3）专用型与通用型的选择。一般来说选用专用变频器是较好。

（7）变频器的主要功能目前，随着计算机控制技术和功率器件的发展，变频器的功能变得越来越强大，其主要功能有：频率给定功能、升降速和制动控制功能、控制功能和保护功能等。频率给定功能的实现通过三种方式，即面板设定方式、外接给定方式和通信接口方式。其中，面板给定方式通过面板上的按键来完成频率给定；外