第2章 电气控制线路的基本环节

第2章电气控制线路的基本环节2．1电气控制线路的绘制2．2三相异步电动机直接启动控制2．3三相笼型电动机降压启动控制2．4三相绕线转子电动机启动控制2．5三相异步电动机的正反转控制2．6三相异步电动机的制动控制2．7三相异步电动机的调速控制2．8其它基本环节

1第2章电气控制线路的基本环节电气控制线路：将各种有触点的继电器、接触器、按钮、行程开关等电器元件，按一定方式连接起来组成的控制线路。表达电气控制系统的结构、原理，便于进行电器元件的安装、调整、使用和维修。使用统一规定的电气图形符号和文字符号。2作用：实现对电力拖动系统的启动、反向、制动和调速控制，实现对拖动系统的保护，满足生产工艺要求，实现生产加工自动化。本章内容：主要介绍组成电气控制线路的基本环节，电气控制线路的分析阅读方法。32．1电气控制线路的绘制2．1．1常用电气图形、文字符号规定从1990年1月1日起，电气控制线路中的图形和文字符号必须采用新标准。1、电气原理图；2、电器布置图；3、电气安装接线图。4

2．1．2电气原理图表示电路的工作原理、各电器元件的作用和相互关系，而不考虑电路元器件的实际安装位置和实际连线情况。绘制原则：1．线路分为主电路和控制电路。主电路就是连接用电设备的电源电路。例如交流接触器的主触头至电机的连接电路。控制电路就是用来对主电路进行操作控制的操作电路，也称二次电路。例如交流接触器的控制按扭、接触器自锁电路。主电路画在左侧，用粗实线绘出；控制电路画在右侧,用细实线绘出。52.同一电器元件的各导电部件（如线圈和触点）通常不画在一起，但需用同一文字符号标明;同种类电器元件，可在文字符号后面加数字序号下标表示.3．所有电器元件的触点均按“平常”状态绘出。如按钮、行程开关，是指没有受到外力作用时的触点状态.64．主电路标号由文字符号和数字组成。如三相交流电源引入线用L1、L2、L3标号，电源开关后的三相主电路分别标U、V、W。5．控制电路标号由三位或三位以下数字组成。交流控制电路一般以主要压降元件（如线圈）为分界，横排时，左侧用奇数，右侧用偶数；7竖排时，上面用奇数，下面用偶数。直流控制电路中，电源正极按奇数标号，负极按偶数标号。主电路—从电源到电动机等大的电流通过的通路。辅助电路—包括控制回路、照明电路、信号电路、保护电路等，由继电器、接触器的线圈、继电器的触头、接触器的辅助触头、按扭、照明灯、控制变压器等电器元件组成。82．1．3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接线情况。绘制原则:1.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。电器元件的文字符号及端子排的编号应与原理图一致.3.走向相同的多根导线可用单线表示。4.连接导线应标明规格、型号、根数和穿线管的尺寸.9

笼型电动机启动、停止控制线路安装接线图10电器元件布置图含义——表明电气设备上所有电机电器的实际位置；作用——为生产机械电气控制设备的制造、安装、维修提供必要的资料。组成——电气设备布置图、控制柜、控制板电气设备布置图、操作台、悬挂操作箱电气设备图。注意——表达线型。11122．2三相异步电动机直接启动控制直接启动也称全压启动.启动时，电源电压全部加在定子绕组上。电动机的启动电流达到额定电流的4～7倍，对电网具有大的冲击，主要用于小容量电动机的启动。2．2．1采用刀开关直接启动控制适用于冷却泵、小型台钻、砂轮机电动机的启动.

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2．2．2三相笼型电动机单向运转控制1.电路组成见图2-1示,具有自锁和过载保护功能的单向运转控制线路。主电路由电源隔离开关QS、熔断器FU1、接触器KM的主触头、热继电器FR的发热元件、电动机M组成。控制电路由熔断器FU2、接触器KM的常开辅助触头和线圈、停止按钮SB1、起动按钮SB2、热继电器FR的常闭触头组成。

14单向全压起动控制线路M3~QSFU1KMFRFU2FRSB1SB2KMKML1L2L315M3~转动QSFU1KMFRFU2FRSB1SB2KMKML1L2L316M3~QSFU1KMFRFU2FRSB1SB2按下

KMKML1L2L317M3~QSFU1KMFRFU2FRSB1SB2KMKM通电L1L2L318M3~QSFU1KMFRFU2FRSB1SB2KM自锁KML1L2L3n19M3~QSFU1KMFRFU2FRSB1SB2KM自锁KML1L2L3n20M3~QSFU1KMFRFU2FRSB1按下SB2KM自锁KML1L2L3n21M3~QSFU1KMFRFU2FRSB1SB2KMKML1L2L322概念：

自锁——依靠接触器（继电器）自身辅助触点而使其线圈保持通电

互锁——依靠两个接触器（继电器）的辅互控制作用，即一个接通时，利用其常闭辅助触头的断开来锁住对方线圈的电路。这种利用两个接触器（继电器）的常闭触点互相控制的方法叫互锁。232.工作过程(1)启动合上QS,按下SB1KM线圈得电

KM自锁触头闭合；

KM主触头闭合

电动机

M通电启动运行。(2)停止按下SB2

KM线圈断电

KM自锁触头断开

KM主触头断开

主电路断电,电动机M停转。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。

242．3三相笼型电动机降压启动控制直接启动:控制线路简单、经济、操作方便。但对容量较大的电动机，起动电流大，电网电压波动大.降压启动:启动时将电源电压适当降低，启动完毕再将电压恢复到额定值运行，以减小启动电流对电网和电动机本身的冲击。分类:定子绕组串电阻降压启动；Y-Δ换接降压启动；自耦变压器降压启动、延边三角形降压启动等。252．3．1定子绕组串电阻降压启动启动时，在三相定子电路串接电阻R，使加在电动机绕组上的电压降低，启动完成后将电阻R短接，电动机加额定电压正常运行.按时间原则控制:利用时间继电器延时动作来控制各电器元件的先后顺序动作.线路工作过程:26

1．启动

KM1自锁触头闭合；合上电源开关QS,按下SB2KM1线圈得电KM1主触头闭合电动机串联电阻R后启动；KM1常开触头闭合KT线圈得电KM2线圈得电

定子绕组串电阻启动控制线路27

KM2自锁触头闭合；KM2主触头闭合（短接电阻R）

电动机M全压运行；KM2常闭触头断开KM1、KT线圈断电释放。2.停止按下SB1KM2线圈断电释放M断电停止。特点:不受电动机接线形式限制，线路简单。常用于中小型机床中限制点动调整电流，如C650型车床、T68型卧式镗床、T612型卧式镗床等.282．3．2Y（星形）－Δ（三角形）降压启动

只适用于正常工作时定子绕组作三角形联接的电动机。方法:启动时，先将定子绕组接成星形，使每相绕组电压为额定电压的，启动完成再恢复成三角形接法，使电动机在额定电压下运行。特点:启动设备成本低，方法简单，容易操作，但启动转矩只有额定转矩的1／3.29

线路工作过程：1．启动

KM1自锁触头闭合;合上QS,按下SB2→KM1线圈得电KMY线圈得电，主触头闭合电动机M星形启动;KM1主触头闭合KMY线圈断电;KT线圈得电延时KMΔ线圈得电KM1线圈仍得电M接成三角形运行。Y-Δ降压启动控制线路302.停止按下SB1KM1、KMΔ线圈断电释放M断电停止.图2-5是利用时间继电器实现自动控制,图2-6是手动控制的Y－Δ降压启动线路。

图2-6手动Y－Δ启动器结构及控制线路特点:结构简单，操作方便。不需控制电路，直接用手动方式扳动手柄，切换主电路达到降压启动的目的.312．3．3自耦变压器降压启动依靠自耦变压器的降压作用限制电动机的启动电流。方法:自耦变压器次级与电动机相联，启动时，定子绕组得到电压是自耦变压器二次电压，启动完毕将自耦变压器切除，电动机直接接电源，全电压运行。

32线路工作过程：1．启动合上电源开关QS.KM1线圈得电

KM1主触头和辅助触头闭合

M定子串自耦变压器降压启动；

按下SB2KT延时断开的常闭触头断开KM1线圈断电切除自耦变压器；KT线圈得电延时

KT延时闭合常开触头闭合KM2线圈得电KM2主触头闭合M加全电压运行。2．停止按下SB1KT和KM2线圈断电释放M断电停止。特点:在获取同样启动转矩情况下，从电网获取电流相对电阻降压启动要小得多，对电网冲击小，功率损耗小。但自耦变压器价格高，主要用于容量较大、正常运行为星形接法的电动机启动.332．5三相异步电动机的正反转控制用于生产机械改变运动方向。如工作台的前进、后退，电梯的上升、下降等。方法：利用两个接触器改变电动机定子绕组的电源相序。2．5．1电动机的正、反转控制线路工作过程：34

电动机正反转控制线路35按下正转按钮SB1→KM1线圈得电KM1自锁触头闭合；KM1主触头闭合→电动机M正转。

2．反转按下反转按钮SB2KM2线圈得电KM2自锁触头闭合；KM2主触头闭合电动机M反转。3．停止按下SBKM1（KM2）线圈断电，主触点释放M断电停止。联锁或互锁:两个接触器各自把常闭触点串接在对方线圈的供电线路上，使得任何情况下不会出现两个线圈同时得电。这种互相制约的联接关系称为联锁或互锁。如图2-13（b）中KM1的常闭辅助触头与反转接触器KM2的线圈串联；KM2的常闭辅助触头与正转接触器KM1的线圈串联。利用复合按钮组成“正—反—停”或“反—正—停”的互锁控制:见图2-13（c)。2．5．2正反转自动循环控制通过电动机正反转来实现，如龙门刨工作台的前进、后退。

合上电源开关QS。1．正转3637SQ1、SQ2:分别为工作台后退、前进限位开关.SQ3、SQ4:分别为工作台后退、前进终端保护限位开关，防止SQ1、SQ2失灵时工作台从床身上冲出。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.线路工作过程:38合上电源开关QS。按下SB2KM1线圈得电并自锁KM1主触点闭合M正转，拖动工作台前进工作台前进到预定位置，挡块压动SQ2SQ2常闭触点断开KM1断电M断电，工作台停止前进；

SQ2常开触点闭合KM2得电并自锁M改变电源相序而反转，工作台后退工作台退到设定位置，挡块压动SQ1SQ1常闭触点断开KM2断电,M停止后退；

SQ1常开触点闭合KM1得电M又正转，工作台又前进。如此往复循环，直至按下停止按钮SB1KM1（或KM2）断电M停止转动。392．6三相异步电动机的制动控制制动方式:机械制动、电气制动电气制动：反接制动和能耗制动2．6．1机械制动利用机械装置使电动机断电后立即停转。电磁抱闸：主要工作部分是电磁铁和闸瓦制动器。电磁铁由电磁线圈、静铁心、衔铁组成；闸瓦制动器由闸瓦、闸轮、弹簧、杠杆等组成。404142工作过程：按下启动按钮SB2，接触器KM线圈通电，其自锁触头和主触头闭合，电动机M通电。与此同时，抱闸电磁线圈通电，电磁铁产生磁场力吸合衔铁，衔铁克服弹簧弹力，带动制动杠杆动作，推动闸瓦松开闸轮，电动机启动运转。停车时，按下停车按钮SB1，KM线圈断电，主触头释放，电动机绕组和电磁抱闸线圈同时断电，电磁铁衔铁释放，弹簧弹力使闸瓦紧紧抱住闸轮，闸瓦与闸轮间强大的摩擦力使惯性运动的电动机立即停转。432．6．2电气制动通过电路的转换或改变供电条件使其产生与实际运转方向相反的电磁转矩―制动力矩，迫使电动机迅速停止转动。1．反接制动实质：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。44（1）单向运行反接制动控制线路

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线路工作过程①启动KM1自锁触头闭合；合上QS，按下SB2→KM1线圈得电KM1互锁触头断开；KM1主触头闭合→电动机M正转运行，KS常开触点闭合,为停车时反接制动作好准备。②制动停车按下停车按钮SB1KM1线圈断电

KM1主触点释放M断电,惯性运转;

KM2自锁触头闭合；

KM2线圈得电KM2互锁触头断开;KM2主触头闭合，串入电阻R反接制动。当电动机转速n≈0时，KS复位→KM2断电，制动结束。速度继电器KS：与电动机同轴联接，“判断”电动机的停与转。当电动机转动时，其常开触头闭合；电动机停止时，其常开触头打开。

46（2）可逆运行反接制动控制线路

47线路工作过程合上电源开关QS。①正向启动按下SB2KM1线圈得电并自锁KM1主触点闭合M正向起动运行；KM1互锁触点断开速度继电器KS-Z的常闭触点断开，常开触点闭合为KM2线圈参加反接制动作好准备。

48②正向运行时的制动按下SB1KM1线圈断电释放由于惯性，M仍转动KS-Z常开触点仍闭合KM2线圈得电M定子绕组电源改变相序，M进入正向反接制动状态当M转速n≈0时，KS-Z的常闭触点和常开触点均复位KM2线圈断电，正向反接制动结束。49③反向启动按下SB3KM2线圈得电并自锁KM2主触点闭

合M反向起动运行；

KM2互锁触点断开

速度继电器KS-F的常闭触点断开，常开触点闭合

为KM1线圈参加反接制动作好准备。④反向运行时的制动按下SB1KM2线圈断电释放

由于惯性，M仍转动KS-F常开触点仍闭合KM1线圈得电M定子绕组电源改变相序，进入反向反接制动状态

当M转速n≈0时，KS-F的常闭触点和常开触点均复位KM1线圈断电，反向反接制动结束。50（3）图2-18线路的改进图2-18线路缺点：停车时，人为转动电动机转子，且转速达到100r/min左右，KS-Z或KS-F的常开触点就可能闭合，使KM1或KM2得电，电动机因短时接通而引起意外事故。5152改进线路：加入中间继电器KA，不再因速度继电器常开触点KS-Z或KS-F的闭合导致电动机意外接通而反向启动。特点：制动力矩大，制动效果好。但制动时旋转磁场的相对速度很大，对传动部件冲击大，能量消耗大，只适于不经常启动、制动的设备。532．能耗制动方法: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的任意两相，以获得大小和方向不变的恒定磁场，从而产生一个与电动机原转矩方向相反的电磁转矩以实现制动。当电动机转速下降到零时，再切除直流电源.（1）按时间原则控制的单向能耗制动控制线路5455整流装置:由变压器和整流元件组成，提供制动用直流电。KM2:制动用接触器.KT:时间继电器，控制制动时间的长短。线路工作过程：①

启动

KM1常闭辅助触头断开；合上QS,按下SB1→KM1线圈得电并自锁KM1主触头闭合→电动机M起动运行。②制动停车KM1主触头断开→电动机M断电，惯性运转；KM1线圈断电按下SB2KM2线圈得电→KM2主触头闭合→直流电通入M定子绕组电动机能耗制动；KT线圈得电延时→KT常闭触头延时断开→KM2线圈断电→KM2主触头断开，切断电动机直流电源，制动结束。

56（2）按速度原则控制的单向能耗制动控制线路

与图2-20比较,速度继电器KS取代了时间继电器KT,其它基本相同.57

线路工作过程

1.启动合上QS,按下SB2KM1得电并自锁KM1主触点闭合M起动运行；KM1互锁的常闭触点断开，KS常开触点闭合，为能耗制动作好准备。2.制动停车58（3）按时间原则控制的可逆运行能耗制动控制线路制动工作过程59603.回馈制动又叫再生发电制动，适用于电动机转子转速n高于同步转速n1的场合。

原理:电动机转子转速n与定子旋转磁场的旋转方向相同，且转子转速比旋转磁场的转速高，即n＞n1。转子绕组切割旋转磁场，产生感应电流的方向与原来电动机状态时相反，则电磁转矩方向也与转子旋转方向相反，电磁转矩变为制动转矩，使重物不致下降太快。

612．7三相异步电动机的调速控制调速方法:改变定子绕组联接方式的变极调速、改变转子电路中串联电阻调速、变频调速和串级调速等。2．7．1变极调速控制1.双速异步电动机定子绕组的联接

62图2-25（a）:出线端U1、V1、W1接电源，U2、V2、W2端子悬空，绕组为三角形接法，每相绕组两个线圈串联，成四个极，磁极对数P＝2，其同步转速n＝1500r／min，电动机为低速.图2-25（b）:出线端U1、V1、W1短接，而U2、V2、W2接电源，绕组为双星形联接，每相绕组两个线圈并联，成两个极，磁极对数P＝1，同步转速n＝3000r/min，电动机为高速。632.用按钮控制的双速电动机高、低速控制线路电路组成:SB2为低速启动按钮，SB3为高速启动按钮。主电路中，电动机绕组接成三角形，从三个顶角处引出U1、V1、W1，与KM1主触头联接；在三相绕组各自的中间抽头引出U2、V2、W2，与KM2的主触头联接；在U1、V1、W1三者之间又与KM3主触头联接.6465线路工作过程:(1)低速运转(2)高速运转663．用时间继电器控制的双速电动机高、低速控制线路低速控制线路“低速”挡:KM1主触点闭合，KM2、KM3主触点断开，电动机定子绕组为三角形接法；“高速”挡:KM1主触点断开，KM2、KM3主触点闭合，电动机定子绕组为双星形接法。6768SA:转换开关,有三个挡位。“中间”位为“停止”位，电动机不工作；“低速”位，KM1线圈得电动作，主触点闭合，电动机定子绕组三个出线端U1、V1、W1与电源相接，定子绕组接成三角形，低速运转；“高速”位，时间继电器KT线圈先得电，其瞬动常开触点闭合，KM1线圈得电，电动机定子绕组接成三角形低速起动。经延时，KT延时断开的常闭触点断开，KM1线圈断电释放，KT延时闭合的常开触点闭合，KM2线圈得电。紧接着，KM3线圈也得电，电动机定子绕组被KM2、KM3的主触头换接成双星形，以高速运行.692．7．2变更转子外串电阻的调速控制适用于绕线转子电动机。改变转子外串电阻阻值，使电动机工作在不同的人为特性上，可获得不同的转速.采用凸轮控制器进行调速控制:在电动机转子电路中，串接三相不对称电阻，在起动和调速时，由凸轮控制器的触头进行控制。凸轮控制器触头展开图:见图2-28（c）。列上虚线表示“正”、“反”五个档位和中间“0”位，每一根行线对应凸轮控制器的一个触头。黑点表示该位置触头接通，没有黑点则表示不通。7071第2章电气控制线路的基本环节线路工作过程：将SA1手柄置“0”位，SA1-10、SA1-11、SA1-12三对触头接通。合上电源开关QS.按SB2KM线圈得电并自锁KM主触头闭合

将凸轮控制器手柄扳到正向“1”位

触头SA1-12、SA1-8、SA1-6闭合M定子接通电源，转子串入全部电阻（R1+R2+R3+R4）正向低速启动

将SA1手柄扳到正向“2”位SA1-12、SA1-8、SA1-6、SA1-5四对触头闭合

切除电阻R1，M转速上升

当SA1手柄从正向“2”位依次转向“3”、“4”、“5”位时，触头SA1-4~SA1-1先后闭合，R2、R3、R4被依次切除，M转速逐步升高至额定转速运行.将SA1手柄由“0”位扳到反向“1”位，触头SA1-10、SA1-9、SA1-7闭合，M因电源相序改变而反向启动;将手柄从“1”位依次扳向“5”位，M转子所串电阻被依次切除,M转速逐步升高,其过程与正转相同。SQ1、SQ2:限位开关,分别与凸轮控制器触头SA1-10、SA1-12串接，在电动机正、反转时，对运动机构进行终端位置保护。722．7．3电磁调速控制变极调速不能连续平滑调速，电磁转差离合器能够连续无级调速.1．

电磁转差离合器的结构及工作原理电磁转差离合器调速系统:在普通鼠笼式异步电动机轴上安装一个电磁转差离合器，由晶闸管（又名可控硅）控制装置控制离合器绕组的励磁电流实现调速。电动机本身不调速，调节的是离合器的输出转速.7374结构:电枢和磁极两个旋转部分。电枢用铸钢材料制成圆筒形，相当无数多根鼠笼条并联，直接与异步电动机相联接，一起转动或停止。磁极用铁磁材料制成铁心，装有励磁线圈，成爪形磁极。爪形磁极的轴与被拖动的工作机械相联接，励磁线圈经集电环通入直流电励磁。离合器主动部分（电枢）与从动部分（磁极）间无机械联系。75原理:电动机运行时，离合器电枢随之同速旋转，转速为n，转向设为顺时针方向。若励磁绕组通入励磁电流IL=0,则电枢与磁极间既无电联系也无磁联系，磁极不转动，相当于负载被“离开”；若励磁电流IL≠0，磁极产生磁场，与电枢间有磁联系。电枢与磁极的相对运动，在电枢鼠笼导条中产生感应电动势和感应电流。根据右手定则，对着磁极N极的电枢导条电流流出纸面⊙，对着S极的则流入纸面⊕。这些电枢导条中的感应电流又形成新的磁场，根据右手螺旋定则可判定其极性，如图2-29（b）中的N’，S’。电枢上的磁极与爪形磁极N、S相互作用，使爪形磁极受到与电枢转速n同方向的作用力，进而形成与转速n同方向的电磁转矩M，使爪形磁极与电枢同方向旋转，转速为n2,相当于负载被“合上”。n2必然小于n.正是它们之间存在转速差才产生感应电流和转矩，故称为电磁转差离合器。76转差离合器从动部分转速n2与励磁电流强弱有关。调节励磁电流，就可调节转差离合器的输出转速。优点：结构简单、维护方便、运行