第2章 基本电气控制电路

第2章基本电气控制电路制作：彭芳

在电力拖动自动控制系统中，各种生产机械均由电动机来拖动。电气控制就是实现对电动机的启动、正反转、调速、制动等运行方式的控制。任何电器控制线路都按一定的控制原则，由基本的控制环节组成。内容简介绘制电气控制线路的若干规则电气控制的基本控制环节、原则三相异步电动机的起动、正反转、调速、制动控制2.1电气控制系统图的绘制规则和常用符号电气控制线路：由按钮、开关、接触器、继电器等有触头的低压控制电器所组成的控制线路（继电接触器控制系统）电器控制线路的表示方法：电气原理图、电气安装图电器控制线路常用的图形、文字符号参照国际电工委员会IEC，制定国家标准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》参见P30表2.1常用电气图形、文字符号常用电器图形、文字符号KMKMKMKMFRFRQSFUSBSB(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(a)线圈一般符号(b)通电延时线圈(c)断电延时线圈(d)通电延时闭合动合（常开）触点(e)通电延时断开动断（常闭）触点（f）断电延时断开动合（常开）触点（g）断电延时闭合动断（常闭）触点（h）瞬动触点绘制原则：电器控制线路根据电路通过的电流大小可分为主电路和控制电路主电路包括从电源到电动机的电路，是强电流通过的部分，用粗线条画在原理图的左边控制电路是通过弱电流的电路，一般由按钮、电器元件的线圈、接触器的辅助触头、继电器的触点等组成，用细线条画在原理图的右边电气原理图中，所有电器元件的图形、文字符号必须采用国家规定的统一标准电气原理图采用电器元件展开图的画法。同一电器元件的各部件可以不画在一起，但需用同一文字符号标出所有按钮、触头均按没有外力作用和没有通电时的原始状态画出控制电路的分支线路，原则上按照动作先后顺序排列，两线交叉连接时的电气连接点须用黑点标出图面区域的划分。为了便于检索电气线路，方便阅读电气原理图，应将图面划分为若干区域，图区的编号一般写在图的下部。图的上方设有用途栏，用文字注明该栏对应电路或元件的功能，以利于理解原理图各部分的功能及全电路的工作原理。图2-1CM6132普通车床电气原理图用途

电气安装接线图按照电器元件的实际位置和实际接线绘制，根据电气元件布置最合理、连接导线最经济等原则安排绘制原则：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板进行电气安装图走向相同的多根导线可用单线表示画连接导线时，应标明导线的规格、型号、根数和穿线管的尺寸QKKMFR阅读和分析电气控制路线图的方法 又称直接读图法或跟踪追击法。查线读图法是按照线路根据生产过程的工作步骤依次读图，查线读图法按照以下步骤进行：（1）了解生产工艺与执行电器的关系

在分析电气线路之前，应该熟悉生产机械的工艺情况，充分了解生产机械要完成哪些动作，这些动作之间又有什么联系；然后进一步明确生产机械的动作与执行电器的关系。查线读图法例如，车床主轴转动时，要求油泵先给齿轮箱供油润滑，即应保证在润滑泵电动机起动后才允许主拖动电动机起动，对控制线路提出了按顺序工作的联锁要求。（2）分析主电路在分析电气线路时，一般应先从电动机着手，根据主电路中有哪些控制元件的主触点、电阻等大致判断电动机是否有正反转控制、制动控制和调速要求等。（3）分析控制电路通常对控制电路按照由上往下或由左往右依次阅读，可以按主电路的构成情况，把控制电路分解成与主电路相对应的几个基本环节，一个环节一个环节地分析，然后把各环节串起来。主电路控制电路2.2电气控制电路的基本控制规律回顾异步电动机的用途异步电动机的分类异步电动机的结构1、手动控制采用刀开关直接起动控制适用范围：这种线路适用于小容量、起动不频繁的笼型电动机，例如小型台钻、冷却泵、砂轮机等。熔断器起短路保护作用起动过程合上刀开关QK电动机全电压起动停止过程打开刀开关QK电动机断电停转点动控制 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

主电路由刀开关QS、熔断器Fu、交流接触器KM的主触头和笼型电动机M组成

控制电路由起动按钮SB和交流接触器线圈KM组成适用范围：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2、长动和点动控制QSFUM3~KMKMSBSB常开常闭KM打开刀开关QS按下起动按钮SB接触器KM线圈通电KM主触头闭合起动过程电动机M通电起动松开SBKM线圈断电KM主触头断开电动机M断电停转停止过程QS

区别在于是否具有自锁环节。长动控制M3~QSFUKMFRSB1SB2QS按下起动按钮SB2接触器KM线圈通电KM主触头闭合起动过程电动机M通电运转KM辅助触头闭合（SB2松开）按下SB1KM线圈断电KM主触头和辅助触头断开电动机M断电停转停止过程自锁M3~n当电路出现短路时，线路电流突然变大，熔断器烧断而切断线路电源，电动机停转。常开触点断开，线路恢复供电后电机不会自行起动(失压、欠压保护)。FU短路保护M3~n当电路电动机过载时，热继电器的发热元件将常闭触点断开，使接触器线圈断电主触点断开，电动机停转。M3~过载保护欠压保护通过接触器KM的自锁触点来实现。当电源停电或者电源电压严重下降，使接触器KM由于铁心吸力消失或减小而释放，这时电动机停转，接触器辅助常开触点KM断开并失去自锁。既能点动控制又能长动控制复合按钮SB3中间继电器KA 互锁控制是指生产机械或自动生产线不同的运动部件之间互相联系又互相制约，又称为联锁控制。例如，机械加工车床的正反转不可能同时，需加联锁控制。 要求甲接触器动作时，乙接触器不能动作，则需将甲接触器常闭触点串联在乙接触器的线圈电路中。3、互锁控制主电路：

KM2主触点接通正相序电源—M正转。

KM3主触点接通反相序电源—M反转。控制电路：

SB2控制正转，SB3控制反转，SB1用于停止控制。“正—停—反”手动控制电路

电动机可逆运行的手动控制“正—停—反”控制电路是指电动机正向运转后要反向运转，必须先停下来再反向。“正—反—停”手动控制电路直接实现正、反向转换，利用复合按钮可构成“正—反—停”控制线路FU2FRSB1SB2KM1KM1KM2KM2SB3SB2SB3KM2KM1控制电路图自动控制的电动机可逆运行电路，可按行程控制原则来设计。按行程控制原则又称为位置控制，就是利用行程开关来检测往返运动位置，发出控制信号来控制电动机的正反转，使机件往复运动。电动机可逆运行的自动控制工作台自动循环SQ2SQ4SQ1SQ3左右工作台自动循环的控制线路右SQ2SQ4SQ1SQ3左定义： 多地点控制电路设置多套起、停按钮，分别安装在设备的多个操作位置，故称多地点控制接线原则：

起动按钮的常开触点并联，停止按钮的常闭触点串联。5、多地点控制

要求甲接触器动作后乙接触器方能动作，则需将甲接触器的常开触点串联在乙接触器的线圈电路中。车床主轴转动时要求油泵先起动后主拖动电动机才允许起动，也就是对控制线路提出了按顺序工作的互锁要求。4、顺序控制(a)顺序起动顺序停止控制线路(b)简化电路2.3三相异步电动机的降压启动控制鼠笼式异步电动机全压启动方式三相鼠笼式异步电动机降压启动单向长动控制单向点动控制定子绕组串电阻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转子串接电阻启动控制转子回路串频敏变阻器启动控制绕线式异步电动机启动控制 判断一台电动机能否全压起动的一般规定是：电动机容量在10kW以下者，可直接起动；10kW以上的异步电动机是否允许直接起动，要根据电动机容量和电源变压器容量的经验公式来估计：式中： Iq——电动机全电压起动电流（A）；

Ie——电动机额定电流（A）。

若计算结果满足上述经验公式，一般可以全压起动，否则应考虑采用降压起动。有时，为了限制和减少起动转矩对机械设备的冲击作用，允许全压起动的电动机，也多采用降压起动方式。鼠笼式异步电动机全压启动方式单向长动控制线路单向点动控制线路点动长动控制线路问题：异步电动机的主要问题是起动电流大，过大的起动电流通过供电线路，在线路上造成较大的电压降，使电网电压发生波动，影响其他用电设备正常工作。采用降压启动：降低加在电动机定子绕组上的电压，以减小起动电流一、三相鼠笼式异步电动机降压启动星－三角形降压起动电动机联接方式

控制线路是按时间原则实现控制起动时将电动机定子绕组联结成星形，加在电动机每组绕组上的电压为额定电压的1/√3，从而减小了起动电流。待起动后按预先整定的时间把电动机换成三角形联结，使电动机在额定电压下运行适用：电网电压380V、额定电压660/380V、星-三角联结的电动机轻载起动的场合定子绕组的两种接法星型连接三角形连接星－三角形降压起动接线图

采用这种启动时，由于定子每相电压降低为额定电压的1/√3（220V相电压），所以启动转矩也只有直接启动的1/3。因此，这种启动只适用于轻载或空载时启动。也只能用于正常运行时定子绕组为三角形接法的电动机。

用自耦变压器降低加在电动机上的电压，以减少起动电流，按时间原则实现控制。减压原理：起动时，电动机定子串入自耦变压器，电动机接在自耦变压器的副边，故所承受的电压是经自耦变压器降压后的低电压。起动完毕后，自耦变压器被切除。适用：起动较大容量的电动机自耦变压器降压起动自耦变压器降压起动控制线路图专门用作降压启动的三相自耦变压器的副绕组备有多个抽头，以便选择不同的电压（例如电源电压的80%、60%、40%），可根据对起动电流和起动转矩的要求而选用。该控制线路对电网的电流冲击小，损耗功率小，但需要自耦变压器，设备较复杂，价格较贵。故较多用于容量大的或正常运行时联成星形而不能采用星-三角启动的鼠笼式异步电动机。

控制线路按时间原则实现控制，依靠时间继电器延时动作来控制各电器元件的先后顺序动作。减压原理：起动时，在三相定子绕组中串入电阻R，从而减低定子绕组上的电压待起动后，再将电阻R切除，使电动机在额定电压下投入正常运行定子绕组串电阻起动定子绕组串电阻起动控制线路图

定子串电阻起动，降低了起动电流，但也降低了起动电压，使得起动转矩降低得更多。因此，定子串电阻降压起动只适用于电动机的轻载起动。适用于定子绕组特别设计的电动机原理：延边三角形启动时将电动机的一部分定子绕组接成Y形，一部分绕组接成△形，从图形上看，就好象将一个三角形的三条边延长，故称延边三角形。延边三角形减压起动原始状态启动正常运行延边三角形减压起动控制线路图三、绕线式异步电动机启动控制降压起动在限制起动电流的同时，大大降低了起动转矩。在需要较大起动转矩的应用场合，人们不得不选择价格昂贵的绕线式异步电动机。绕线式异步电动机的特点是可以在转子回路中接入附加电阻，以改善其起动和调速性能。当电动机起动完毕，进入一般工作状态，而且不需要调速时，转子绕组端头应予短路。一般在要求起动转矩较高的场合，绕线式异步电动机的应用非常广泛。例如桥式起重机吊钩电动机、卷扬机等。方法：转子三相绕组经过三相集电环及电刷与起动变阻器连接，电动机转动起来后，逐渐把变阻器的电阻减小，直至全部切除，最后通过短接装置将转子绕组短接特点：这种起动方式所需设备较多，结构复杂，维护工作量大，且起动过程中需频繁切换起动电阻，造成多次冲击电流。但可以减少起动电流，增大起动转矩转子绕组串接起动电阻控制1）按时间原则组成的绕线式异步电动机起动控制线路 按时间原则的绕线式异步电动机起动控制线路，依靠时间继电器的依次动作短接起动电阻，实现起动控制。2）按电流原则组成的绕线式异步电动机起动控制线路

按电流原则起动控制是指通过欠电流继电器的释放值设定进行控制，利用电动机起动时转子电流的变化来控制转子串接电阻的切除。按时间原则的绕线式异步电动机起动控制线路分别逐级短接电阻按电流原则的绕线式异步电动机起动控制线路KI1、KI2、KI3为电流继电器。吸合值相同KI1释放电流>KI2释放电流>KI3释放电流利用电流继电器根据电动机转子电流大小的变化来控制电阻的分级切除。KI1、KI2、KI3为欠电流继电器。随着电动机转速升高电流减小，KI1～KI3依次释放，分别短接电阻2.4三相异步电动机制动控制三相异步电机的制动方法：机械制动

机械制动是利用外加的机械作用力使电动机迅速停转。如电磁抱闸制动、电磁离合器制动。电气制功

基本方法：使电动机的转矩与转速相反，产生反抗运动的作用。

反接制功能耗制动机械制动—电磁抱闸 电磁抱闸制动是靠电磁制动闸紧紧抱住与电动机同轴的制动轮来制动断电电磁抱闸制动在电磁铁线圈一旦断电或未接通时，电动机都处于抱闸制动状态，通电后才抱闸。制动时，使制动闸紧紧抱住制动轮制动。靠闸瓦的摩擦片制动闸轮。电气制动—反接制动控制线路反接制动通过改变电动机电源电压相序使电动机制动。由于电源相序改变，定子绕组产生的旋转磁场方向也与原方向相反，而转子仍按原方向惯性旋转，于是在转子电路中产生相反的感应电流。转子要受到一个与原转动方向相反的力矩的作用，从而使电动机转速迅速下降，实现制动。

定子电路中串接对称电阻采用速度继电器来检测电动机的转速KM2主电路：

KM1电动运行；KM2通入反相序电源，反接制动。Ｒ限制反接制动电流。控制电路（速度控制原则）起动：按动启动按钮SB2→KM1通电自锁→电动机M通入正相序电源转动。停止：按动停车按钮SB1→KM1线圈断电复位→KM2线圈通电自锁，实现反接制动，转速n接近零时，速度继电器KS常开触点打开→KM2线圈断电，反接制动结束。按速度原则实现控制电气制动—能耗制动控制线路制动原理 制动时，在切除交流电源的同时，给三相定子绕组通入直流电流。直流电流产生空间固定不转的磁场，转子的相对运动导致转子绕组也有感应电动势和电磁转矩产生。制动中，转轴的机械能转换成电能消耗在转子回路的电阻上。按时间原则的单向能耗制动控制线路整流变压器桥式整流电路固态降压起动器 前述的传统异步电机的起动方式的共同特点是控制电路简单，但起动转矩固定不可调，起动过程中存在较大的冲击电流，使被拖动负载受到较大的机械冲击。且易受电网电压波动的影响，一旦出现电网电压波动，会造成起动困难甚至使电机堵转。停机时几种起动方法都是瞬间停电，也将会造成剧烈的电网电压波动和机械冲击。 固态降压起动器（SoftStarter）是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置。

固态降压起动器由电动机的起停控制装置和软起动控制器组成，其核心部件是软起动控制器，它是由功率半导体器件和其它电子元器件组成的。 它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路。运用不同的方法，控制三相反并联闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。图2-16一台软起动器对两台电动机起动、停机应用电路应用实例2.5三相异步电动机调速控制异步电动机的速度公式

异步电动机调速方法有：

①

变极调速：改变定子绕组的磁极对数P②

变频调速：改变电源频率f③

变滑差调速：改变转差率s变极调速控制变极调速是通过改变电动机定子绕组的外部接线来改变电动机的极对数。鼠笼式异步电动机常用的变极调速方法有两种，一种是改变定子绕组的接法，即变更定子绕组每相的电流方向；另一种是在定子上设置具有不同极对数的两套互相独立的绕组，又使每套绕组具有变更电流方向的能力。变极调速是有级调速，速度变换是