第二章 基本电气控制电路

第2章基本电气控制电路2.1电气图的绘制2.2基本控制电路2.3典型机床控制电路

电气控制系统是由若干的电器元件按照一定的要求连接而成的。将这些电器元件及其连接用一定的图形表达出来，这种图就是电气控制线路图或称为电气图。只有正确识别和使用电气图形符号和文字，才能阅读电气图和绘制出标准的电气图。2.1电气控制线路图的绘制方法电气图中的图形符号及文字符号

电气原理图

电气原理图用图形和文字符号表示电路中各个电器元件的连接关系和电气工作原理图，它并不放映电器元件的实际大小和安装位置，即不考虑其实际位置的一种简图。将同一电器上各个零部件均集中在一起，按照其实际位置画出的电路结构图。常用的电气图包括：电气原理图、电器元件布置图、电气安装接线图。

结构图的画法比较容易识别电器，便于安装和检修。但是，当线路比较复杂和使用的电器比较多时，线路便不容易看清楚。因为同一电器的各个部件在机械上虽然联在一起，但是电路上并不一定相互关联。

全压起动控制线路结构图

根据工作原理把主电路和控制电路清楚地分开画出，虽然同一电器的各部件是分散画在各处的，但它们的动作是相互关联的，为了说明它们在电气上的联系，也为了便于识别，同一电器的各个部件均用相同的文字符号来标注。全压起动控制电气原理图

电气控制原理图包括主电路和辅助电路两大部分。主电路是指从电源到电动机的大电流通过的电路。

辅助电路包括控制电路、照明电路以及保护电路等部分。其中控制电路是对主电路起控制作用的电路，控制电路的特点是电压不确定,小电流.电路原理图中主电路在左侧，控制电路按主电路的动作顺序在右侧。电气原理图绘制的原则在绘制电气原理图时，一般应遵循以下原则：

(1)表示导线、信号通路、连接导线等图线都应是交叉和折弯最少的直线；可以水平布置，也可以垂直布置。

(2)电路或元件应按功能布置，并尽可能按工作顺序排列，对因果次序清楚的简图，其布局顺序应该是从左到右和从上到下。(3)为了突出和区分某些电路、功能等，导线符号、信号通路、连接线等可采用粗细不同的线条来表示。(4)元件、器件和设备的可动部分通常应表示在非激励或不工作的状态或位置。(5)所用图形符号应符合国家标准规定。如果采用了国家标准中未规定的图形符号，则必须加以说明。(6)同一电器元件不同部分的线圈和触点均应采用同一文字符号标明。某机床电气原理图

电器元件布置图

电器元件布置图反映各电器元件的实际安装位置，在图中电器元件用实线框表示，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槽的位置，以供走线和改进设计时用，图中还需要标注出必要的尺寸。绘制电器元件布置图应遵循的原则：(1)体积大和较重的电器应安装在控制柜的下方；(2)安装发热元件时，要注意控制柜内所有元件的温升保持在它们允许极限内；(3)为提高电子设备的抗干扰能力，弱电部分应加屏蔽和隔离；(4)元件安装必须遵循规定的间隔；(5)需要经常维护检修的电器，安装位置不宜过高或过低；(6)尽量将外形及结构尺寸相同的元件安装一起；(7)电器布置应考虑对称。图某机床电气元件布置图

电气安装接线图的绘制（P38图1-3-6）

它是按电气原理图及各电器元件安装的位置来绘制的。电气安装接线图是安装电气设备或检查线路故障的依据。在电气安装图里要表示出各电气元器件的相对位置及各元器件之间的相互接线关系。所以接线图中各电气元器件的相对位置与电器位置图中的位置一致，并且与电气原理图不同的是同一个电器的元件必须画在一起，而且各电气元器件的文字符号与原理图一致。电气安装图中对外部的接线应通过端子板进行，并注明外部接线的去向。

某机床电气安装接线图2.2基本控制电路2.2.1电动机点动控制电路的安装与分析2.2.2电动机自锁控制电路的安装与分析2.2.3电动机正反转控制电路的安装与分析2.2.4电动机顺序启动控制电路的安装与分析2.2.5电动机自动往返控制电路的安装与分析2.2.6电动机降压启动控制电路的安装与分析2.2.7电动机制动控制电路的安装与分析2.2.1电动机点动控制电路的安装与分析电动机的点动控制多用于机床刀架、横梁、立柱等快速移动和机床对刀等场合，在行车设备上也得到应用，主要用于设备微调。（1）任务描述

使用接触器控制三相异步电动机的直接启动，使三相异步电动机通过手动操作按钮来实现点动。

点动控制电路系统要求：1.点动控制。按下启动按钮SB,电动机能启动。2.松开启动按钮SB，电动机断开电源，停止运动。3.系统具有必要的保护措施。(2)电动机点动控制电路分析电动机手动控制电路优点：电路简单

缺点：不适合频繁操作，也不安全，操作劳动强度大，并且不能进行远距离自动控制。

点动控制电路图

点动控制电路是用按钮和接触器控制电动机的最简单的控制线路，分为主电路和控制电路两部分。主电路的电源引入采用了隔离开关QS，电动机的电源由接触器KM主触点的通、断来控制。(3).工作原理分析首先合上电源开关QS。启动：停止：4.点动控制的概念

这种当按钮按下时电动机就运转，按钮松开后电动机就停转的控制方式，称为点动控制。特点：不能实现电动机的连续运转。思考题1、电动机点动控制电路当中的哪些电器组成了点动控制的主电路，哪些组成辅助电路？2.2.2电动机自锁控制电路的安装与分析电动机的自锁连动控制多用于电动机的长期运行，适用于需要长时间单向运行的机械设备等场合。例如港口输送机、鼓风机、普通车床的主轴电动机控制等。（1）任务描述系统控制要求；1.自锁控制:按下启动按钮SB2后，电动机能连续运动。

2.按下停止按钮SB1后，电动机断开电源，停止运动。

3.保护措施：系统具有必要的保护措施。(2)电动机自锁控制电路分析自锁控制电路图思考题2、

请指出电动机点动控制电路与电动机自锁控制电路当中的不同之处？3、自锁控制电路当中哪些电器组成了主电路，哪些组成了辅助电路？

自锁控制电路是一种广泛采用的连续运行控制线路。在点动控制的基础上，在控制回路中增加了一个停止按钮SB1，还在启动按钮SB2的两端并联了接触器的一个辅助常开触点KM。除此之外，还增加了热继电器FR作为电动机的过载保护。热继电器的常闭触点串联在控制回路中，发热原件串联在主电路中，对电动机的长期运转是非常有必要的。(3).工作原理分析首先合上电源开关QS。起动：停止：（3）.自锁的概念这种依靠接触器自身辅助动合触点使其线圈保持通电的现象称为自锁（或称自保），起自锁作用的辅助动合触点，称为自锁触点（或称自保触点），这样的控制线路称为具有自锁（或自保）的控制线路。自锁的作用：实现电动机的连续运转。（4）.电路保护环节（1）短路保护。图中由熔断器FU1、FU2分别对主电路和控制电路进行短路保护。为了扩大保护范围，在电路中熔断器应安装在靠近电源端，通常安装在电源开关下面。（2）过载保护。图中由热继电器FR对电动机进行过载保护。当电动机工作电流长时间超过额定值时，FR的动断触点会自动断开控制回路，使接触器线圈失电释放，从而使电动机停转，实现过载保护作用。（3）欠压和失压保护。图中由接触器本身的电磁机构还能实现欠压和失压保护。当电源电压过低或失去电压时，接触器的衔铁自行释放，电动机断电停转；而当电压恢复正常时，要重新操作起动按钮才能使电动机再次运转。这样可以防止重新通电后因电动机自行运转而发生的意外事故。在一些大型的机床设备中，为了操作方便，常常要求能够在不同的地点对该设备进行相同的控制。例如：大型龙门刨床的操作者有时是在固定的操作台上对机械设备进行控制，有时则需要在机械设备四周用悬挂的控制盒进行控制；多点控制启动、停止基本规律欲使几个控制电器都能控制同一个接触器通电使得被控设备长动，则这几个控制电器的动合触点均应并联;欲使几个控制电器都能控制同一个接触器断电，则这几个控制电器的动断触点应串联。在生产实践过程中，常常要求一些生产机械既有能持续不断的连续运行方式（长动），又有可在人工干预下实现手动控制的点动运行方式。连续正常运行方式与点动运行方式的主要区别就是在控制过程中实施控制的控制电器能否自锁。点动控制方式的应用：起重机械中吊钩的精确定位操作过程、机械加工过程中的“对刀”操作过程、自动加工机床“起始点”的定位操作过程等方面。知识拓展­——正常工作与点动的联锁控制点动与自锁混合控制电路2.2.3电动机正反转控制电路的安装与分析

在生产加工过程中，除了要求电动机实现单向运行外，往往还要求电动机能实现可逆运行。如改变机床工作台的运动方向，起重机吊钩的上升或下降等。三相交流电动机的工作原理可知，如果将接至电动机的三相电源线中的任意两相对调，就可以实现电动机的反转。（1）.任务描述系统控制要求；1.正反转控制:按下启动按钮SB2后，电动机能正转连续运动。2.按下停止按钮SB1后，电动机断开电源，停止运动。

3.按下反转按钮SB3后，电动机反向运动。4.保护措施：系统具有必要的保护措施。（2）正反转控制电路图正转－接触器KM1反转－接触器KM2正转KM1主触头闭合电机相序：L1－U、L2－V、L3－W反转KM2主触头闭合，电机L1－W、L2－V、L3－U电路分析上图所示电路中，按下正转起动按钮SB2，接触器KM1线圈得电并自锁，电动机开始正转；按下反转起动按钮SB3，接触器KM2线圈得电并自锁，电动机开始反转。但是若同时按下SB2和SB3，则接触器KM1和KM2线圈同时得电并自锁，它们的主触点都闭合，这时会造成电动机三相电源的相间短路事故，所以该电路不能使用。（3）接触器互锁控制电路

为了避免两接触器同时得电而造成电源相间短路，在控制电路中，分别将两个接触器KM1、KM2的辅助动断触点串接在对方的线圈回路里，如上图所示。这样可以形成互相制约的控制，即一个接触器通电时，其辅助动断触点会断开，使另一个接触器的线圈支路不能通电。工作原理分析先合上电源开关QS。正转起动：停止：反转起动：互锁控制：在同一时间里只允许两个或多个接触器（继电器）其中的一个接触器（继电器）工作的控制方式称为互锁或联锁控制。而这两对起互锁作用的触点称为互锁触点。不足之处：在正转过程中要求反转时必须先按下停止按钮SB1，让KM1线圈断电，使其联锁触点KM1闭合。这样，才能按反转按钮使电动机反转，这便给操作带来了不便。为了解决这个问题，在生产上常采用复式按钮和触点联锁的控制线路。该线路既能实现电动机直接正反转的要求，又保证了电路可靠地工作，常用在电力拖动控制系统中。按钮、接触器双重连锁的正反转控制电路2.2.4电动机顺序启动控制电路的安装与分析在多台电动机驱动的生产机械上，各台电动机所起的作用不同，设备有时要求某些电动机按一定的顺序启动并工作，以保证操作过程的合理性和设备工作的可靠性。例如，铣床工作台（放置工件）的进给电动机必须在主轴（刀具）电动机启动的条件下才能启动。再如车床主轴转动时，要求油泵先输送润滑油，主轴停止运转后油泵方可停止润滑。这就对电动机的启动过程提出了顺序控制的要求，实现顺序控制要求的电路称为顺序控制电路。（1）系统控制要求系统控制要求；1.顺序控制:按下启动按钮SB1后，电动机M1能连续运动。2.M1运动后，按下启动按钮SB2，电动机M2开始运动。

3.根据要求，按下停止按钮SB3，同时停止M1,M2.4.保护措施：系统具有必要的保护措施。

常用的顺序控制电路有两种，一种是主电路的顺序控制；另一种是控制电路的顺序控制；（2）主电路的顺序控制电路分析

电动机M1、M2分别通过接触器KM1、KM2来控制，接触器KM2的3个主触点串在接触器KM1主触点的下方。这就保证了只有当KM1闭合，电动机M1起动运转后，KM2才能使电动机M2得电起动，满足电动机M1、M2顺序起动的要求。图中，起动按钮SB2、SB3分别用于两台电动机的起动控制，按钮SB1用于电动机的同时停止控制。（3）控制电路的顺序控制工作原理：接触器KM1、KM2分别控制电动机M1和M2。由于SB3接在SB2自锁触点后面，因此，只有SB2闭合之后，即M1启动之后，M2才可以启动。当按下停止按钮SB1时，KM1、KM2均断电，M1、M2同时停止运行。时间控制顺序启动同时停止2.2.5电动机自动往返控制电路的安装与分析

工农业生产中有很多机械设备都是需要往复运动的。例如，机床的工作台、高炉的加料设备等要求工作台在一定距离内能自动往返运动，它是通过行程开关来检测往返运动的相对位置，进而控制电动机的正反转来实现的。因此，把这种控制称为位置控制或行程控制。行程开关除作为位置控制外，还常用作车门打开自停开关或限位控制。当检修设备打开车门时自动切断控制电路，起安全保护作用。那么，行程开关是如何控制电动机自动进行往返运动的呢？自动往返控制电路P50启动工作原理分析停止工作原理分析按下按钮SB1------整个控制电路失电---------KM1(KM2)主触点断开-----------电动机M断电停转2.2.6电动机降压启动控制电路的安装与分析降压启动就是在启动电动机时，将电源电压适当降低以后，再加到电动机的定子绕组上，经过一定的启动所需时间或者是启动完毕后，再将电源电压恢复到额定值保持电动机正常运行的一种启动方式。其目的是：借以减少启动电流过大对电网和电动机本身造成的冲击和损坏。常用的电动机降压启动的方法主要有以下几种：1、定子绕组串电阻（或电抗器）降压启动；2、星（Ｙ）～三角（△）换接降压启动；3、自耦变压器降压启动；4、延边三角形降压启动。无论哪种方法，对控制的要求都是相同的，即给出起动指令后，先降压，当电动机接近额定转速时再加全压，这个过程是以启动过程中的某一变化参量为控制信号自动进行的。定子绕组串电阻降压起动控制线路启动时，在电动机主电路——三相定子电路中以串连的形式串接入电阻R，使加在电动机绕组上的电压降低。启动完成后，再将这个串接的电阻“短路”——也就是用导线（或触点机构）将这个电阻两端的接点在跨过电阻后直接“跨接”，使电动机获得额定电压后正常运行。*所应用的“启动电阻”一般采用“铸铁电阻”或者用电阻丝绕制而成的“板式电阻”。所允许通过的电流值较大。*各相电源中所串接电阻的电阻值要相等。*优点：使用的设备简单并且不受定子绕组形式的限制；缺点：启动时降压用电阻所消耗的电能极大。降压电阻实物图片铸铁板式电阻电阻丝绕制式P64工作原理星（Ｙ）三角（△）换接降压启动星～三角降压起动｛Ｙ（星形）～△（三角形）｝控制线路也是“按时间原则控制”的对电动机进行降压启动的一种控制方法。也称为“Ｙ～△降压启动方式”。Ｙ～△降压启动方式只适用于正常工作时电动机定子绕组呈“三角形”连接形式的电动机，即：“△”型连接。星（Ｙ）角（△）降压启动原理星～三角降压起动控制工作原理：在起动过程中，将电动机定子绕组接成星形，使电动机每相绕组承受的电压为额定电压的1/√3，起动电流为三角形接法时起动电流的1/3。Y△星～三角降压启动控制线路P56工作原理星～三角降压起动的优、缺点1、普遍应用于功率较小（4-13KW）电动机的降压启动控制过程中，通用元器件选材范围广、设计过程相对简单；2、承担Ｙ～△接线方式转换的继电器触点系统基本上是在无负载的状态下进行吸合转换，因此，其触点系统的电寿命相对较长；3、所需控制电器数量相对较少，投资少、成本低；方法简单、易于操作和维护。4、不足之处：启动转矩只是额定转矩的1/3，只适用于启动状态为空载或轻微负载的启动环境。2.2.7电动机制动控制电路的安装与分析电动机断电后，由于惯性作用，自由停车时间较长。而某些生产工艺、过程则要求电动机在某一个时间段内能迅速而准确地停车。这时，就要对电动机进行相应的制动控制，使之迅速停车。制动停车的方式主要有机械制动和电气制动两种。电气制动是产生一个与原来转动方向相反的制动力矩。笼型异步电动机与直流电动机和绕线型异步电动机一样，在电器制动方式的使用过程中可采用反接制动和能耗制动两种方法。无论哪种制动方式，在制动过程中，电流、转速、时间三个参量都在变化，因此可以取某一变化参量作为控制信号，但，要在制动结束时及时取消制动转矩。能耗制动就是在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个绕组中，以获得大小和方向都不变化的恒定磁场，从而产生一个与电动机原来的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速时，再切除直流电源。根据制动控制的原则，一般分为：时间继电器控制与速度继电器控制两种形式。能耗制动1、按时间原则控制的单向能耗制动电气制原理图P68

上图所示的按时间原则控制的能耗制动控制电路。接触器KM1、KM2的主触点用于电动机工作时接通三相电源，并可实现正反转控制，接触器KM3主触点用于制动时接通全波整流电路提供的直流电源，电路中的电阻R起限制和调节直流制动电流以及调节制动强度的作用。工作原理分析首先合上电源开关QS。反接制动控制电路1．什么是反接制动？依靠改变三相异步电动机定子绕组中三相电源的相序产生制动力矩，迫使电动机迅速停转的方法称为反接制动。通常采用速度继电器检测速度的过零点，并及时切除反接电源，以免电动机反向运转。2．反接制动控制电路分析

主电路中接触器KM1用于接通电动机工作相序电源，KM2用于接通反接制动电源，电动机反接制动电流很大，通常在制动时串接电阻R以限制反接制动电流。工作原理分析

上图中，按下起动按钮SB2，KM1线圈得电并自锁，电动机开始运行，当电动机的速度达到速度继电器的动作速度时，速度继电器KS的动合触点闭合，为电动机反接制动做准备。制动时，按下停止按钮SB1，KM1线圈失电，由于速度继电器KS的动合触点在惯性转速作用下仍然闭合，使KM2线圈得电自锁，电动机实现反接制动。当其转子的转速小于100r/min时，KS的动合触点复位断开，KM2线圈失电，制动过程结束。4.电路特点：反接制动的优点是制动转矩大，制动效果显著。但其制动不平稳，而且能量损耗大，因此常用于制动不频繁，功率小于10kW的中小型机床及辅助性的电力拖动中。知识拓展——机械制动控制电路

1.什么是机械制动？利用机械装置使电动机断开电源后迅速停转的方法称为机械制动。2.机械制动常用的方法：有电磁抱闸制动和电磁离合器制动。1.在机床电力拖动系统中要求油泵电动机起动后主轴电机才能起动。若用接触器KM1控制油泵电动机，KM2控制主轴电动机，则在此控制电路中必须（

）

A.将KM1的常闭触点串入KM2的线圈电路中

B.将KM2的常开触点串入KM1的线圈电路中

C.将KM1的常开触点串入KM2的线圈电路中2.在电动机的继电接触控制电路中，热继电器的正确连接方法应当是（)A.发热元件串接在主电路，而把它的动断触点与接触器的线圈串联接在