《数控机床电气控制》课件第6章

第6章低压电器及继电—接触式控制系统6.1主电路中常用的低压电器

6.2控制电路中常用的电器元件

6.3电气控制系统图的绘制规则和常用符号

6.4三相笼形异步电动机控制线路

6.5直流电动机控制线路

6.6行程控制线路

思考与练习

6.1主电路中常用的低压电器

6.1.1熔断器

1.熔断器的结构

熔断器主要由瓷帽、熔体(俗称保险丝)和安装熔体的熔管(或熔座)三部分组成，如图6－1所示。熔体由易熔金属材料铅、锡、锌、银、铜及其合金制成，通常制成丝状或片状。熔管是装熔体的外壳，

由陶瓷、绝缘钢纸或玻璃纤维制成，在熔体熔断时兼有灭弧作用。

图

6－1熔断器外型图

2.工作原理及符号熔断器的熔体与被保护的电路串联，当电路正常工作时，

熔体允许通过一定大小的电流而不熔断。当电路发生短路或严重过载时，熔体中流过很大的故障电流，当电流产生的热量达到熔体的熔点时，熔体熔断切断电路，从而达到保护的目的。电流通过熔体时产生的热量与电流的平方和电流通过的时间成正比，因此，电流越大，则熔体熔断的时间越短。这一特性称为熔断器的保护特性(或安秒特性)。如图6－2所示的熔断器安—秒特性图。

图

6－2熔断器安—秒特性图

熔断器的常用型号有：RL6、RL7、RT12、RT14、RT15、RT16（NT）、RT18、RT19（AM3）、RO19、RO20、RTO等，在选用时可根据使用场合酌情选择。熔断器型号说明如下：

ＴＵＵＵＵＵＵＵＵＵＵ

3.熔断器的选择

(1)熔断器类型主要根据线路要求、使用场合和安装条件选择。

(2)熔断器额定电压必须大于或等于线路的工作电压。

(3)熔断器额定电流必须大于或等于所装熔体的额定电流。

(4)熔体额定电流的选择可按以下几种情况选择：①对于电炉、照明等阻性负载的短路保护，应使熔体的额定电流等于或稍大于电路工作电流，

即

IＦＵ≥I

式中,IFU为熔体额定电流；I为电路的工作电流。

②

保护一台电动机时，考虑到电动机启动冲击电流的影响，

应按下式计算：

IＦＵ≥I(1.5～2.5)IN

式中,IN为电动机额定电流。

③

保护多台电动机时，

则应按下式计算：

式中,IFU为容量最大的一台电动机的额定电流；INmax为其余电动机额定电流的总和。熔断器的图形符号及文字符号如图6-3所示。

图6-3熔断器的图形符号及文字符号6.1.2低压断路器

1．低压断路器的结构及工作原理低压断路器主要由执行部分(触点和灭弧系统)、故障检测部分(各种脱扣器)、操作机构与自由脱扣机构等三个基本部分组成。低压断路器的结构及工作原理图如图6-4所示。断路器的主触点依靠操作机构手动或电动合闸，主触点闭合后自由脱扣机构将主触点锁在合闸位置上。过流脱扣器的线圈及热脱扣器的热元件串接于主电路中，失压脱扣器的线圈并联在电路中。当电路发生短路或严重过载时，过电流脱扣器线圈3中的磁通急剧增加，将衔铁吸合并使之逆时针旋转，使自由脱扣机构动作，

主触点在弹簧作用下分开，从而切断电路。

当电路过载时，热脱扣器的热元件使双金属片向上弯曲，推动自由脱扣机构动作。当线路发生失压或欠压故障时，电压线圈6中的磁通下降，使电磁吸力下降或消失，衔铁在弹簧作用下向上移动，推动自由脱扣机构动作，使主触点1在弹簧作用下被拉向左方，使电路分断。分励脱扣器4用作远距离分断电路。

图6-4低压断路器的结构及工作原理

2．低压断路器的选择选择低压断路器时，应使其额定电压和额定电流大于电路的正常工作电压和工作电流，热脱扣器的整定电流应与所控制电动机的额定电流或负载额定电流相等。电磁脱扣器的瞬时脱扣的整定电流应大于负载电路正常工作时的尖峰电流。低压断路器用于控制电动机时，电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流为电动机启动电流的1.7倍。

图6－5低压断路器的图形符号及文字符号

2．低压断路器的选择选择低压断路器时，应使其额定电压和额定电流大于电路的正常工作电压和工作电流，热脱扣器的整定电流应与所控制电动机的额定电流或负载额定电流相等。电磁脱扣器的瞬时脱扣的整定电流应大于负载电路正常工作时的尖峰电流。低压断路器用于控制电动机时，电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流为电动机启动电流的1.7倍。低压断路器的图形符号及文字符号如图6-5所示,其型号及含义如下所示：

D极数低压断路器W—万能式WX—万能式限流型Z—塑料外壳式ZX—塑料外壳式限流型ZL—漏电断路器（新标准中称剩余电流断路器）额定电流（A）派生型号：L—漏电设计代号6.1.3低压隔离器低压隔离器又称刀开关，主要用于电器线路中隔离电源，也可以不频繁地接通和分断空载电路或小电流电路。

刀开关由操作手柄、动触刀、触点座、铰链和底板等组成。刀开关的结构如图6-6所示。刀开关的图形符号及文字代号如图6-7所示。

图

6-6刀开关结构图

图6-7刀开关的图形符号及文字代号

刀开关安装时，手柄要向上，不得倒装或平装。只有安装正确，作用在电弧上的电动力和热空气的上升方向一致，才能促使电弧迅速拉长而熄灭，反之，两者方向相反电弧将不易熄灭，严重时会使触点及动触刀烧坏甚至造成极间短路。另外，如果倒装，则手柄可能会因自动下落而引起误动作合闸，

可能造成人身和设备安全事故。

接线时，应将电源线接在上端，负载接在下端，这样拉闸后动触刀与电源隔离，可防止意外事故发生。在安装使用铁壳开关时应注意安全，既不允许随意放在地上操作，也不允许面对着开关操作，以免万一发生故障，而开关又分断不下时铁壳爆炸飞出伤人。应按规定把开关垂直安装在一定高度处。开关的外壳应妥善地接地，并严格禁止在开关上方搁置金属零件，

以防它们掉入开关内部酿成相间短路事故。

Hz10系列组合开关(又称转换开关)的外形及结构如图6-8所示。它是一种凸轮式的作旋转运动的刀开关。一般适用于机床电气控制线路中,作为电源的引入开关或用来不频繁地接通和断开电路、通断电源和负载,以及控制5.5kW以下的小容量异步电动机的直接启动、停止、正反转、调速等场合。组合开关的图形符号如图6-9所示。

图6-8Hz10系列组合开关的外形及结构

图6-9组合开关的图形符号

6.2控制电路中常用的电器元件

6.2.1接触器

1.接触器的结构及工作原理接触器主要由电磁机构、触点系统和灭弧装置等三部分组成。接触器的结构及图形文字符号如图6-10所示。

图6-10接触器的结构及图形文字符号图(a)外形图;(b)结构示意图;(c)图形符号

电磁机构由电磁线圈、动铁心(衔铁)和静铁心组成。工作时在线圈中通以励磁电压信号，静铁心中就会产生磁场，从而吸引衔铁；当衔铁受力移动时，带动触点系统断开或接通受控电路。断电时励磁电流消失，电磁场也消失，衔铁被弹簧反作用力释放。电磁机构如图6－11所示。

图

6-11电磁机构图

2.触点系统

触点系统由主触点和辅助触点组成。主触点接在控制对象的主回路中（常常串接在断路器之后）控制其通断；辅助触点容量一般比较小，用来切换控制电路。每对触点均由动触点和静触点共同组成，动触点与电磁机构的衔铁相连。当接触器的电磁线圈得电时，衔铁带动动触点动作，使接触器的常开触点闭合，常闭触点断开。触点主要有两种结构形式：桥式触点和指形触点，触点的接触方式一般有点接触、面接触、线接触三种，接触面越大则通过的电流越大。触点系统形状示意图如图6-12所示。

图6-12触点系统形状示意图(a)点接触;(b)面接触;(c)线接触

触点是电器的执行机构，在衔铁的带动下起接通和分断电路的作用。由于铜具有良好的导电、导热性能，触点通常用铜制成。铜质触点表面容易产生氧化膜，使触点的接触电阻增大，从而使触点的损耗也增大。有些小容量电器的胶头采用银质材料，与铜质触点相比，银质触点除具有更好的导电、导热性能外，触点的氧化膜电阻与纯银相差无几，而且氧化膜的生成温度很高，

所以，

银质触点的接触电阻较小，

而且较稳定。

3.电弧的产生与灭弧触点在通电状态下动、静触点脱离接触时，由于电场的存在，使触点表面的自由电子大量溢出，触点间的空气产生电离放电现象，在触点间隙产生大量的带电粒子，形成炽热的电子流，从而形成电弧。电弧的存在既烧损触点金属表面，降低电器的寿命，又可能延长了电路的分断时间，引起火灾和其他的事故，所以对切换较大电流的触点系统必须采取灭弧措施。常用的灭弧方法有以下几种：

(1）迅速增大电弧长度。电弧长度增加，使触点间隙增加，电场强度降低，同时散热面积增大,使自由电子和空穴复合的运动加强，因而电弧容易熄灭。

(2）冷却。使电弧与冷却介质接触，带走电弧热量，也使得复合运动得以加强，从而使电弧熄灭。常用的灭弧装置有以下几种：电动力吹弧、磁吹灭弧、栅片灭弧和窄缝灭弧装置。主要用于熄灭触点在分断电流的瞬间动静触点间产生的电弧，以防止电弧的高温烧坏触点或出现其他的事故。

6.2.2主令电器

1．按钮

按钮是一种结构简单、应用广泛的主令电器。在低压控制电路中，用于手动发出控制信号。按钮结构如图6-13所示。按钮是由按钮帽、复位弹簧、桥式触点和外壳等组成，通常做成复合式，即具有常闭触点和常开触点。按下时常闭触点先断开，然后常开触点闭合。去掉外力后在复位弹簧的作用下，常开触点断开，常闭触点复位。按钮的电气符号如图6-14所示。

图

6-13按钮结构

图

6-14按钮的电气符号

常用的型号有LA18、LA19、LA20、LA25、LA30等系列，其中LA25为积木式结构，采用插接式连接，独立的接触单元，具有任意组合的动合触点、动断触点的优点,相邻的电器元件在电器上是分开的，其基座采用耐电弧的聚碳酸酯塑料，静、动触点采用滚动式点接触，接触可靠。为标明各个按钮的作用，避免误操作，通常将按钮做成红、绿、黑、蓝、白等颜色，以示区别。一般红色表示停止，绿色表示启动等。另外，为满足不同控制和操作需要，按钮的结构形式也有所不同。如钥匙式、旋钮式、紧急式、保护式等。

2．行程开关及工作原理行程开关又称限位开关，是一种按工作机械的行程，发出操作命令的位置开关。行程开关主要用于行程控制、位置及极限位置的保护等，属于行程原则控制的范围。

1）直动式行程开关直动式行程开关结构如图6-15所示，其动作原理与控制按钮类似，所不同的是直动式行程开关用运动部件上的撞块来碰撞行程开关的推杆，使触点的开闭状态发生变化，触点已接在控制电路中，从而使相应的电器动作，达到控制的目的。图

6-15直动式行程开关结构图

直动式行程开关的优点是：结构简单，成本较低；缺点是：触点的分合速度取决于撞块移动速度。若撞块移动速度太慢，则触点就不能瞬时切换电路，使电弧在触点上停留时间过长，容易烧蚀触点。因此这种开关不易用在撞块移动速度低于0.4m/min的场合。

2）滚轮式行程开关滚轮式行程开关的型号有LX1、LX19等系列。滚轮式行程开关具体又分为单滚轮自动复位与双滚轮非自动复位的形式。图6-16为单轮自动复位行程开关的原理图。当滚轮1受到向左的外力作用时，上转臂2向左下方转动，推杆4向右转动，并压缩右边弹簧8，同时下面的小滚轮5也很快沿着擒纵件6向右转动。小滚轮滚动又压缩弹簧7，当滚轮5走过擒纵件6的中点时，盘形弹簧3和弹簧7都使擒纵件6迅速转动，因而使动触点迅速地与右边的静触点分开，并与左边的静触点闭合。这样就减少了电弧对触点的损坏，并保证了动作的可靠性。这类行程开关适用于低速运动的机械。

双轮非自动复位的行程开关，其外形是在U形的传动摆杆上装有两个滚轮,内部结构与单轮自动复位的相似，只是没有恢复弹簧。当撞块推动其中的一个滚轮时，传动摆杆转过一定的角度，使触点动作，而撞块离开滚轮转后，摆杆并不自动复位，直到撞块在返回行程中再推动另一滚轮时，摆杆才回到原始位置，使触点复位。这种开关由于有“记忆”作用，在某些情况下可使控制线路简化。根据不同的需要，行程开关的两个滚轮可布置在同一平面内或分别布置在两个平行的平面内。滚轮式行程开关的外形图及行程开关在电路中的图形符号如图6-17所示。

图

6-16单轮自动复位行程开关的结构原理图

图

6-17滚轮式行程开关的外形图及图形符号

滚轮式行程开关的优点是：克服直动式行程开关的缺点，触点的通断速度不受运动部件速度的影响，动作快；缺点是：

结构复杂，

价格较贵。

3）微动开关微动开关是行程非常小的瞬时动作开关，其特点是操作力小和操作行程短，用于机械、纺织、轻工、电子仪器等各种机械设备和家用电器中作限位保护与连锁保护等。微动开关也可以看成尺寸甚小而又非常灵敏的行程开关。微动开关的缺点是不耐用。微动开关随着生产发展的需要，向体积小和行程短发展，控制电流却有增大的趋势；在结构上有向全封闭型发展的趋势，以免空气中的尘埃进入触点之间影响触点的可靠导电。微动开关的型号有LX31、LXW－11、JW等系列，其结构如图6-18所示。微动开关是由撞块压动推杆，使片状弹簧变形，从而使触点动作,当撞块离开推杆后，片状弹簧恢复原状，

触点复位。

图

6-18微动开关结构图

3．非接触式行程开关上述行程开关和微动开关均属接触式行程开关，工作时均有撞块与推杆的机械碰撞使触点的机械分合，在动作频繁时，容易产生故障，工作可靠性较低。近年来，随着电子器件及控制装置发展的需要，一些非接触式的行程开关产品随之出现，此类产品的特点是：当撞块行程动作时，不需与开关中的部件接触，即可发出电信号，所以这类开关使用寿命长、操作频率高、

动作迅速可靠，

在生产中得到了广泛的应用。

1）接近开关接近开关有高频振荡型、电容型、感应电桥型、永久磁铁型、霍尔效应型等,其中以高频振荡型最为常用。使用时对外连接3根线，其中红、绿两根线外接直流电源（通常为24V），另一根黄线为输出线，接近开关供电后，输出线和绿线之间为高电平输出。当有金属物靠近该开关的检测头时，输出线与绿线之间翻转成低电平。可利用该信号驱动一个继电器或直接将该信号输入PLC等控制回路中。

2）光电开关光电开关具有体积小、可靠性高、检测精度高、响应速度快、易与TTL及CMOS电路兼容等优点。光电开关的光源可采用红外线、可见光、光纤、色敏等。光电开关的工作原理分透光型和反射型两种。在透光型光电开关中，发光器件和受光器件相对放置的中间留有间隙。当被测物体到达这一间隙时，发射光被遮住，从而使接收器件(光敏元件)能检测出物体已经到达，并发出控制信号。

这种开关的电路如图6－19(a)所示。

反射型光电开关发出的光经被测物体反射后再落到检测器件上，它是利用检测反射光来实现的，所以得到的输出电流IC较小。此外对于不同的物体表面，信噪也不一样，因此设定限幅电平就显得非常重要。图6-19(b)表示这种开关的典型应用，它的电路和透射型开关大致相同，只是接收器的发射极电阻R2用得较大，且为可调，这主要是因为反射型光电开关的光电流较小且有很大的分散性。图6-19光电开关结构原理图(a)透光型光电开关；

(b)反射型光电开关

4．万能转换开关万能转换开关是一种多挡式、控制多回路的主令电器。其主要用于电气控制电路的转换、配电设备的远距离控制、电气测量的转换和微电机的控制，也可用于小功率笼型异步电动机的启动、换向和变速。由于它能控制多个回路，适应复杂线路的要求，故有“万能”转换开关之称。

目前常用的万能转换开关有LW2、LW5、LW6、LW8等系列。LW6系列开关由操作机构、面板、手柄及数个触点等主要部件组成，其操作位置有2～12个，触点底座有1～10层，其中每层底座均可装3对触点，并由底座中间的凸轮进行控制。由于每层凸轮设计成不同的形状，因此当手柄转到不同位置时,利用凸轮的作用，可使各对触点有规律地接通和分断。图6－20(a)为LW6系列万能转换开关中某一层的结构原理图。万能转换开关中触点的状态有两种表示方法，一种是列出表格，另一种是图形符号（如图6-20(b）所示）。在使用图形表示时，虚线表示挡位，有几个挡位就要画几根虚线；实线与成对的端子表示触点，使用多少对触点就可以画多少对端子。图中“0”表示手柄在中间位置，两侧的数字表示手柄操作位置，在数字上可用文字表示操作状态(如向左、向右)，短划线表示手柄操作触点闭合或断开的位置线，数字1～3表示触点号(或线路号)。各触点在手柄转到不同位置时的通断状态用黑点表示，在实线与虚线交叉的地方只要标黑点就表示实线对应的触点，在虚线对应的挡位是接通的，不标黑点就意味着触点在该挡位是断开的。例如，手柄在中间“0”位置时，触点1是闭合的，其余触点均为断开状态。主令控制器的图形符号及触点在各挡位通断状态的表示方法与万能转换开关类似。

图

6-20万能转换开关

5．主令控制器主令控制器亦称主令开关，它是按照预定的程序来分合触点,实现与其他控制电路的联锁和转换主令电器。主令控制器主要由转轴、凸轮块、触点、齿轮减速机构、定位机构及手柄等组成。它的触点较小，并采用桥式结构，其触点由银质材料制成，所以操作轻便，每小时允许通电次数较多，但是因为主令控制器的控制对象是二次电路，所以其触点的工作电流不大。主令控制器按结构形式可以分为凸轮控制器和凸轮非调整式主令控制器两种，其动作原理和万能转换开关的相似，都是靠凸轮来控制触点系统的分合。

1）凸轮非调整式主令控制器凸轮的形状不能调整，

其触点只能按照一定的触点分合次序动作。

2）凸轮调整式主令控制器凸轮由凸轮片和凸轮盘两部分组成，均开有孔和槽，凸轮片装在凸轮盘上，位置可以调整，所以触点的分合顺序也可以随之改变。其结构如图6-21所示，图中凸轮片固定在方轴上，当操作手柄转动方轴时，凸轮块随方轴转动。当凸轮块的凸起部分转到与小轮接触时，推动支杆向外张开，使动触点离开静触点，将被控电路断开(如图6－21右边所示)。当凸轮的凹陷部分与小轮接触时，支杆在反力弹簧作用下而复位，使动、静触点闭合，从而接通被控电路(如图6－21左边所示)。这样安装一串不同形状的凸轮就可使触点按预定要求的顺序闭合或断开，以获得按一定顺序进行控制的电路。图

6-21凸轮调整式主令控制器结构图

6.2.3继电器

1.电磁式继电器电磁式继电器是应用最多的一种继电器，其工作原理与电磁式接触器大致相同，主要由电磁机构和触点系统组成。与接触器相比，由于继电器是用于切换小电流的控制电路和保护电路，触点的容量较小(一般在5A以下)，不需要灭弧装置，不分主副触点。电磁式继电器按励磁线圈电流的种类可分为直流电磁式继电器和交流电磁式继电器；按反应参数可分为电压继电器和电流继电器；按触点数量和动作时间又可分为中间继电器和时间继电器等。普通中间继电器的图形符号如图6-22所示。

图6-22普通中间继电器的图形符号图(a)线圈一般符号;(b）

电流继电器线圈;(c）

电压继电器线圈;(d）

触点

1）电流继电器电流继电器的励磁线圈串接于被测电路中，检测电路电流的变化，对电路实现过电流与欠电流保护。为了不影响电路工作情况，其线圈要做成匝数少、导线粗、阻抗小的线圈。电流继电器也分为过电流继电器和欠电流继电器两种。欠电流继电器在电路额定电流下正常工作时处于吸合状态，释放电流为额定电流的10％～20％。过电流继电器在电路正常工作状态时不动作，当线圈电流超过某一设定值时才动作，通常设定为额定电流的1.1～1.4倍。

2）电压继电器电压继电器的励磁线圈并联于被测量电路两端，用于检测电路电压的变化，对电路实现过电压或欠电压保护。为了不影响电路的工作状态，电压继电器线圈要做成匝数多、导线细、阻抗大的线圈。根据电压继电器动作电压值的不同分为过电压、欠电压和零电压继电器。过电压继电器在额定电压下不吸合，当线圈电压达到额定电压的105％～120%时吸合动作；欠电压继电器在额定电压下吸合，当线圈电压降至额定电压的40％～70％时释放；零电压继电器在额定电压下吸合，当线圈电压降至额定电压的5％～25％时释放。

3）中间继电器中间继电器与电压继电器在电路中的接法和结构特征基本相同，所不同的是中间继电器在电路中起到扩大触点数量和容量的中间放大与转换作用，其种类有JZ系列和DZ系列。JZ系列适用于交流电压500V（频率为50Hz或60Hz）、直流电压220V以下的控制电路中；DZ系列主要用于各种继电保护线路中，用以增加保护继电器的触点数量和容量，但该系列的中间继电器的线圈只用在直流操作的继电保护回路中。

2.时间继电器时间继电器是其检测部分在检测到有或无控制信号后，其执行触点延时一段时间才能闭合或断开，用来控制电路通断的一种继电器。时间继电器主要用于需要按时间顺序进行控制的电气控制系统中。时间继电器从动作原理可分为机械式时间继电器和电气式时间继电器。前者包括阻尼(空气阻尼、电磁阻尼等)式、水银式、钟表式和热双金属片式等四种；后者包括电动式、计数器式、热敏电阻式和阻容式(含电磁式、电子式)等四种。时间继电器按延时方式可分为通电延时型和断电延时型两种。时间继电器图形符号如图6-23所示。

图

6-23时间继电器图形符号

1）空气阻尼式时间继电器空气阻尼式时间继电器是利用空气阻尼原理获得延时的。它由电磁系统、延时机构和触点三部分组成。空气阻尼式时间继电器既可以做成通电延时型，也可做成断电延时型。电磁机构可以是直流的，也可以是交流的。现以通电延时型时间继电器为例介绍其工作原理，如图6-24所示。

图

6-24通电延时型时间继电器原理图

线圈1通电后，吸下动铁心2，活塞3因失去支撑，在释放弹簧4的作用下开始下降，带动伞形活塞5和固定在其上的橡皮膜6一起下移，在膜上面造成空气稀薄的空间，活塞由于受到下面空气的压力，只能缓慢下降。经过一定时间后，杠杆8才能碰触微动开关9，使常闭触点断开，常开触点闭合。可见，从电磁线圈通电开始到触点动作时为止，中间经过一定的延时，这就是时间继电器的延时作用。延时长短可以通过螺钉10调节进气孔的大小来改变。空气阻尼式时间继电器的延时范围较大，可达0.4～180s。当电磁线圈断电后，活塞在恢复弹簧11的作用下迅速复位，气室内的空气经由出气孔12及时排出，因此，断电不延时。

2）晶体管式时间继电器晶体管式时间继电器又称为半导体式时间继电器，它具有延时范围广、精度高、体积小、耐冲击和耐振动、调节方便及寿命长等优点，所以发展很快，使用也日益广泛。晶体管式时间继电器是利用当RC电路电容器充电时，电容器上的电压逐渐上升的原理作为延时基础的。因此改变充电电路的时间常数(改变电阻值)，即可调整其延时时间。继电器的输出形式分有触点式和无触点式两种，前者是用晶体管驱动小型电磁式继电器，后者是采用晶体管或晶闸管输出。图

6-25JSJ型晶体管时间继电器的原理图

3.热继电器热继电器是一种利用电流的热效应原理来工作的保护电器，专门用来对过载及电源断相进行保护，防止电动机因上述故障导致过热而损坏。如电动机过载不太大，时间较短，只要电动机绕组不超过允许温升，这种过载是允许的。但过载时间过长，绕组温升超过了允许值时，将会加剧绕组绝缘老化，缩短电动机的使用年限，严重时甚至会使电动机绕组烧毁。因此，凡电动机长期运行时都需要对其过载提供保护装置。

热继电器主要由加热元件、动作机构和复位机构三部分组成。图6-26为热继电器工作原理示意图。动作系统设有温度补偿装置，保证在一定的温度范围内，热继电器的动作特性不变。动作原理：在图6－26中，主双金属片1与加热元件3串接在接触器负载的主回路中，当电动机过载时，主双金属片受热弯曲推动导板4，并通过补偿双金属片5与推杆7将触点11和12分开，以切断电路保护电动机。调节旋钮6是一个偏心轮，改变它的半径可以改变补偿双金属片5和导板4的距离，从而达到调节整定动作电流值的目的。此外，靠调节复位螺钉9来改变动合静触点10的位置,使热继电器能工作在自动复位或手动复位两种状态。调成手动复位时，在排除故障后要按下按钮8才能使动触点11恢复与静触点12相接触的位置。

图

6-26热继电器工作原理示意图

图6-27热继电器的图形符号及文字符号(a)发热元件;(b)常闭触点;(c)常开触点

热继电器的常闭触点常串入控制回路中，常开触点可接入信号回路。热继电器的选择主要根据电动机的额定电流来确定热继电器的型号及热元件的额定电流等级。对星形接线的电动机可选两相或三相结构式的;对三角形接线的电动机，应选择带断相保护的热继电器。所选热继电器的整定电流通常与电动机的额定电流相等。热继电器的图形符号及文字符号如图6-27所示。

4．速度继电器速度继电器主要用作笼型异步电动机的反接制动控制，亦称反控制动继电器。它主要由转子、定子和触点三部分组成，转子是一个圆柱形永久磁铁。定子是一个笼型空心圆环，由硅钢片叠成，并装有笼型绕组。图6-28为速度继电器的原理示意图。

图6-28速度继电器的原理示意图及图形文字符号(a)外形;(b)结构;(c)电气符号6.3电气控制系统图的绘制规则和常用符号

6.3.1电气原理图

1．绘制电气原理图时应遵循的原则

(1)电路图一般分主电路和辅助电路两部分。主电路是电气控制线路中强电流通过的部分，是由电机以及与它相连接的电器元件（包含接触器的主触点、热继电器的热元件、熔断器、电动机等）所组成的线路图。辅助电路是由继电器和接触器的线圈、继电器的触点、接触器的辅助触点、按钮、照明灯、信号灯、控制变压器等电器元件组成的，包括控制电路、照明电路、信号电路及保护电路等。

(2)所有电器元件都应采用国家统一规定的图形符号和文字符号来表示。

(3)各个电气元件和部件在控制线路中的位置，应根据便于阅读的原则安排，同一电气元件的各个部件可以不画在一起。

(4)所有电器的触点都按没有通电和没有受外力作用时的状态绘制。对于继电器、接触器的触点，按电磁线圈不通电时的状态画；控制器按手柄处于零位时的状态画；按钮、行程开关等的触点按不受外力作用时的状态绘制。

(5)无论是主电路还是铺助电路，各电气元件一般应按动作顺序从上到下、从左到右依次排列，可水平地布置或者垂直地布置。

(6)有直接电联系的交叉导线连接点，要用黑圆点表示,无直接电联系的交叉导线连接点不画黑圆点。

2．原理图区域划分图纸上方的1、2、3等数字是图区编号，这是为了便于检索电气线路，方便阅读、分析，避免遗漏而设置的。图区编号也可以设置在图的下方。图区编号下方的“电源开关及保护……”等字样，表明它对应的下方元件或电路的功能，使读者能清楚地知道某个元件或某部分电路的功能，

以利于理解全电路的工作原理。

3．符号位置的索引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：

页次图区号图号当某一元件相关的各符号元素出现在不同图号的图纸上，而当每个图号仅有一页图纸时，索引代号可简化成：

图区号图号当某一元件相关的各符号元素出现在同一图号的图纸上，而该图号有几张图纸时，可省略图号，

而将索引代号简化成：

页次图区号当某一元件相关的各符号元素出现在只有一张图纸的不同图区时，索引代号只用图区号表示：

图区号图6-29图中KM线圈的下方

ＫM

8

84是接触器KM相应触点的索引。

电气原理图中，接触器和继电器线圈与触点的从属关系用附图表示。在原理图中相应线圈的下方，给出触点的图形符号，并在其下面注明相应触点的索引代号，对未使用的触点用“×”表明，有时也可采用上述省去触点的表示法。对接触器，

上述表示法中各栏的含义如下：

4．电气原理图中技术数据的标注电气元件的数据和型号，一般用小号字体注在电器代号下面，如图6-29中热继电器FR的标注，上行表示动作电流值范围，下行整定值的标注。

图6-29某车床的电气原理图6.3.2电器元件布置图

电器布置图主要是用来表明电气设备上所有电机、电器的实际位置，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。以机床电器布置图为例，它主要由机床电气设备布置图、控制柜和控制板电气设备布置图、操纵台及悬挂操纵箱电气设备布置图等组成。电器布置图可按电气控制系统的复杂程度集中绘制或单独绘制，但在绘制这类图形时，机床轮廓线用细实线或点划线表示，所有能见到的及需要表示清楚的电气设备，均用粗实线绘制出简单的外形轮廓。位置图中往往留有10％以上备用面积及导线管(槽)的位置，以利于施工。图中不需标注尽寸。图6-30为图6-29的电器元件布置图，图中FU1~FU5为熔断器，KM为接触器，

FR为热继电器，TC为照明变压器，XT为接线端子板。

图

6-30电器元件布置图

6.3.3电气安装接线图电气安装接线图是为了安装电气设备和电气元件进行配线或检修电器故障服务的。在图中可显示出各电气设备中各元件的空间位置和接线情况，它可在安装或检修时对照原理图使用。它是根据电器位置布置依合理经济等原则安排的，图6-31是根据图6-29电气图绘制的接线图,表示机床电气设备各个单元之间的接线关系，并标注出外部接线所需的数据。根据机床设备的接线图就可以进行机床电气设备的总装接线。图中虚线方框中部件的接线可根据电气原理图进行。对某些较为复杂的电气设备，电气安装板上元件较多时，还可画出安装板的接线图。对于简单设备，仅画出接线图就可以了。实际工作中，接线图常与电气原理图结合起来使用。

图6-31表明了该电气设备中电源进线、按钮板、照明灯、电动机与机床安装板接线端之间的连接关系，也标注了所采用的包塑金属软管的直径、长度，连接导线的根数、截面积和颜色。例如按钮板与安装板的连接:按钮板上有SB1、SB2、HL元件，根据图6-29所示的电气原理图，SB1与SB2有一端相连为“1”，HL有一端为“地”。其余的2、5、U12通过5×1mm2

的红色线接到安装板上相应的接线端，与安装板上的元件相连

图6-31电气安装接线图6.3.4电气控制系统图中的图形符号和文字符号电气控制系统图中，电气元件的图形符号和文字符号必须有统一的国家标准。我国采用GB/T4728—1996～2000《电气简图用图形符号》系列标准和GB/T7159—1987《电气技术中的文字符号制定通则》等新的标准，在绘制电气控制图时必须严格遵循。在《电气技术中的文字符号制定通则》标准中，除按专业规定了各种图形符号外，还规定了绘图的比例、符号要素、限定符号和常用的符号。有些符号规定了几种形式，在绘图时可根据需要选用。文字符号用于电气技术领域的电气元件的编制，也可标注在电气设备装置和元器件上或旁边，表明电器设备、装置和元器件的名称、功能、状态及特征等。电气控制系统图中常用的图形符号和文字符号见本书附录。

6.4三相笼型异步电动机控制线路

6.4.1三相笼型异步电动机的启动

1.笼型异步电动机全压启动控制线路据统计，在许多工矿企业中，鼠笼式异步电动机的数量占电力拖动设备总台数的85％左右。在变压器容量允许的情况下，笼型异步电动机应该尽可能采用全电压直接启动，这可以提高控制线路的可靠性，

又可以减少电器的维修工作量。

1)单向长动控制线路图6-32是三相鼠笼式异步电动机单向长动控制线路。这是一种最常用、最简单的控制线路，能实现对电动机的启动、停止的自动控制、远距离控制、频繁操作等。

图

6-32三相笼型异步电动机单向运行电气控制线路

在图6-32中，主电路由隔离开关QS、熔断器FU、接触器KM的常开主触点、热继电器FR及热元件和电动机M等组成。控制电路由启动按钮SB2、停止按钮SB1、接触器KM的线圈和常开辅助触点、

热继电器FR的常闭触点构成。

控制线路工作原理如下：启动电动机:合上三相隔离开关QS，按启动按钮SB2，接触器KM的线圈得电，KM主触点闭合，将电动机M接入电源，电动机开始启动。同时，与SB2并联的接触器KM的常开辅助触点闭合，即使松手断开SB2，接触器KM的线圈通过其辅助触点也可以继续保持通电，维持吸合状态。凡是接触器(或继电器)利用自己的辅助触点来保持线圈带电，称之为自锁(自保)，该触点称为自锁(自保)触点。由于KM的自锁作用，当松开SB2后，电动机M仍能继续启动，最后达到稳定运转。停止电动机：按停止按钮SB1，接触器KM的线圈失电，其主触点和辅助触点均断开，使电动机M脱离电源，停止运转。这时，即使松开停止按钮SB1，由于接触器的自锁触点断开，因此接触器KM的线圈不会再通电，电动机不会自行启动。只有再次按下启动按钮SB2时，电动机方能再次启动运转。

线路保护环节：短路保护:短路时通过熔断器FU的熔体熔断切开主电路。过载保护:通过热继电器FR实现。由于热继电器的热惯性比较大，即使热元件上流过几倍额定电流的电流，热继电器也不会立即动作。因此,在电动机启动时间不太长的情况下，热继电器经得起电动机启动电流的冲击而不会动作。只有在电动机长期过载下FR才动作，断开控制电路，使接触器KM断电，

切断电动机主电路，电动机停转，实现过载保护。

欠压和失压保护:通过接触器KM的自锁触点来实现。在电动机正常运行中，由于某种原因使电网电压消失或降低，当电压低于接触器线圈的释放电压时，接触器释放，自锁触点断开，同时主触点断开，切断电动机电源，电动机停转。如果电源电压恢复正常，由于自锁解除，因此电动机不会自行启动，避免了意外事故的发生。只有在操作人员再次按下SB2后，电动机才能启动。

2）单向点动控制线路所谓点动就是操作者按下启动按钮后，电动机启动运转，松开按钮时，电动机就停止转动，即点一下，动一下，不点则不动。能实现点动控制的线路叫做点动控制线路。生产机械在正常生产时，需要连续运行(即长动控制)，但在试车或进行调整工作时，就需要点动控制，尤其是绕线机或桥式吊车等需要经常作调整运动的生产机械，点动控制是必不可少的。图6-33(a)是最基本的点动控制线路。按下启动按钮SB2，接触器KM通电吸合，主触点闭合，电动机启动运行；松开按钮SB2，接触器KM断电释放，主触点断开，电动机断电停止转动。

这种线路不能实现连续运行，只能实现点动控制。

图

6-33实现点动的几种控制线路

3）电动机的正、反转控制线路在生产实际中，往往要求控制线路能对电动机进行正、反转控制。例如,常通过电动机的正、反转来控制机床主轴的正、反转，或工作台的前进与后退，或起重机起吊重物的上升与下放，以及电梯的升降等，由此满足生产加工的要求。由电动机原理可知，若将接至电动机的三相电源进线中的任意两相对调，即可使电动机反转。所以，可逆运行控制线路实质上是两个相反方向的单向控制线路，但为避免误动作引起电源相间短路，就在这两个相反方向的单向运行线路上加设了必要的互锁。

图6-34为电动机正反转控制线路。该图为利用两个接触器的常闭触点KM1、KM2起相互控制作用，即利用一个接触器通电时，其常闭辅助触点的断开来锁住对方线圈的电路。这种利用两个接触器的常闭辅助触点互相控制的方法叫做互锁，而两对起互锁作用的触点叫做互锁触点。电动机的正、反转控制亦称为可逆运行控制。根据电动机可逆运行操作顺序的不同，有“正—停—反”手动控制电路与“正—反—停”手动控制电路。

图

6-34电动机正反转控制线路

（1）图6-34(a)为电动机“正—停—反”控制线路。当正转时，按下启动按钮SB2，接触器KM1线圈得电，其主触点闭合，电动机上电启动，正向运转；当反转时，必须首先按下停止按钮SB1，接触器KM1线圈断电，其主触点释放，电动机断电，然后再按反向启动按钮SB3，接触器KM3线圈得电，其主触点闭合，电动机接入反向电源，电动机反转。因此它是“正—停—反”控制线路。

（2）在生产实际中为了提高劳动生产率，减少辅助工时，要求直接实现正、反转的变换。当电动机正转的时候，若按下反转按钮，则首先应断开正转接触器线圈电路，待正转接触器释放后再接通反转接触器，实现控制线路如图6-34(b)所示。在该线路中，正转启动按钮SB2的常开触点用来使正转接触器KM1的线圈瞬时通电，其常闭触点则串联在反转接触器KM2线圈的电路中，用来使之释放。反转启动按钮SB3的安排与SB2相同,当按下SB2或SB3时，首先是常闭触点断开，然后才是常开触点闭合。这样在需要改变电动机运转方向时，就不必按SB1停止按钮了，可直接操作正反转按钮即能实现电动机运转情况的改变，这样实现电动机的“正—反—停”控制。图6-34(b)的线路中既有接触器的互锁，又有按钮的互锁，保证了电路可靠地工作，为电力拖动控制系统所常用。

2.笼型异步电动机降压启动控制线路

1）定子串电阻(或电抗)降压启动定子串电阻(或电抗)降压启动方法在电动机启动时，在电动机的三相定子电路中串接电阻，使得电动机定子绕组电压降低，启动结束后再将电阻短接，使电动机在额定电压下正常运行。由于这种启动方式不受电动机接线形式的限制，设备简单，因而在中小型生产机械中应用较广。机床中也常用这种串电阻降压方式限制点动及制动时的电流。图6-35是定子串电阻降压启动控制线路。其控制线路工作原理如下：

合上电源开关QS，按启动按钮SB2，KM1、KT线圈同时得电吸合并自锁，KM1主触点闭合，电动机串电阻R降压启动；当电动机转速接近额定转速时，时间继电器KT延时到，其延时闭合常开触点的闭合，使接触器KM2线圈得电并自锁。KM2主触点闭合，将主回路电阻R短接，同时KM2的辅助常闭触点断开，使KT、KM1线圈断电释放。电动机在全压下进入稳定正常运转，启动电阻一般采用由电阻丝绕制的板式电阻或铸铁电阻，电阻功率大，能够通过较大电流，但能量损耗较大，为了节省能量可采用电位器代替电阻，但其价格较贵，成本较高。图

6-35定子串电阻降压启动控制线路

2）星形—三角形降压启动凡是正常运行时定子绕组接成三角形的笼型异步电动机，常可采用星形—三角形的降压启动方法来达到限制启动电流的目的。用该方法启动时，定子绕组星形连接状态下启动电压为三角形连接直接启动电压的，启动转矩为三角形连接直接启动转矩的1／3，启动电流也为三角形连接直接启动电流的1／3。这种启动方法适用于空载或轻载状态下启动，与其他降压启动相比，星形—三角形启动投资少、线路简单，但启动转矩小，并且该方法只能用于正常运转时定子绕组接成三角形的笼型异步电动机启动。

图6-36为功率在13kW以下的电动机常用的两个接触器的星形—三角形降压启动电路。启动时，按按钮SB2，其常闭触点断开KM2线圈电路，其常开触点闭合，KM1、KT线圈得电自锁，KM1主触点闭合，电动机定子绕组接成星形上电启动；待转速上升到接近额定转速时，KT延时到，其延时触点动作，KM1线圈断电释放，其常闭触点吸合，KM2线圈得电自锁，KM2辅助触点断开，主触点闭合，将定子绕组的接线由星形接为三角形，电动机便进入全压正常运行状态。

图

6-36两个接触器的星形—三角形降压启动控制线路

启动时KM1通电，电动机接成星形，经时间继电器KT延时后，KM2通电，电动机接成三角形。该电路虽然简单，但存在一定缺点：

(1)启动过程中会出现KM1、KT通电，经KT延时，由于KT常闭延时触点先动作，而KT常开延时触点后闭合，中间必有一瞬间KM1断电，交流电源切断，后因KM2通电自锁才能使KM1再次通电，

这样会引起第二次启动电流冲击。

(2)时间继电器KT在电动机启动及运行过程中始终通电，这样对KT不利，同时也增如了线路的故障点，从而减低了线路的可靠性。

(3)由于电动机星形—三角形的转换是由接触器KM2来实现的，其中有两对辅助常闭触点参加工作，触点容量小在换接过程中容易磨损，

尤其对较大容量电动机更应注意。

图6-37为电动机功率在13kW以上所用的三个接触器组成星形—三角形减压启动自动控制线路。由于采用了三个接触器的主触点来对电动机进行星形—三角形转换，因此工作更为可靠。而且时间继电器KT仅在启动过程中通电，星形—三角形转换完成后，KT处于断电状态；又由于接触器主触点直接与电源相连，

在星形—三角形换接过程中不会出现第二次启动现象。

图

6-37三个接触器的星形—三角形降压启动控制线路

电路的工作原理：按下启动按钮SB2，KM1、KM3、KT线圈上电自锁，接触器KM1、KM3主触点吸合，电动机星形连结启动；当转速接近额定转速时，时间继电器KT定时到，其延时常闭触点断开，KM3线圈断电释放，主触点断开，KT延时闭合的常开触点闭合，KM2线圈得电自锁，其主触点闭合，电动机由星形连结转换为三角形连结，电动机正常运行；KM2辅助常闭触点断开，断开KM3、KT线圈电路。电路中有KM2与KM3的电气互锁。

3）自耦变压器降压启动在自耦变压器降压启动的控制线路中，电动机启动电流的限制是依据自耦变压器降压作用来实现的。电动机启动的时候，定子绕组得到的电压是自耦变压器的二次电压U2，由于自耦变压器的电压变比为K=U１／U2＞1，因此当利用自耦变压器减压启动时的电压为额定电压的1/K,电网供给的启动电流减到1／K2,又因为T∝U2,所以此时的启动转矩为直接启动时的1／K2。一旦启动完毕，自耦变压器便被断开，额定电压即自耦变压器的一次电压直接加于定子绕组，电动机进入全电压正常工作。自耦变压器降压启动方法适用于启动较大容量的正常工作时接成星形或三角形的电动机，启动转矩可以通过改变抽头的连接位置得到改变。它的缺点是自耦变压器价格较贵，而且不允许频繁启动。图6-38为自耦变压器降压启动的控制线路。启动时，合上电源开关，按下启动按钮SB2，接触器KM1的线圈和时间继电器KT的线圈通电，KT瞬时动作的常开触点闭合自锁，接触器KM1主触点闭合将电动机定子绕组经自耦变压器接至电源开始降压启动。当电动机的转速接近额定转速时，时间继电器延时到，其延时常闭触点打开，使接触器KM1线圈断电，KM1主触点断开，从而将自耦变压器从电网上切除，而延时常开触点闭合，使接触器KM2线圈通电，于是电动机直接接到电网上运行，完成了整个启动过程。图

6-38自耦变压器降压启动的控制线路

一般工厂常用的自耦变压器启动方法是采用成品的补偿降压启动器。这种成品的补偿降压启动器包括手动、自动操作两种形式。手动操作的补偿器有QJ3、QJ5等型号，自动操作的补偿器有XJ01型和CTZ系列等。

XJ01型补偿降压启动器适用于14～28kW电动机，其控制线路如图6-39所示，工作原理为：合上电源开关QS，HL2、HL3亮，按下SB2，KM1、KM3、KT线圈上电自锁，KM1、KM3主触点闭合将电动机定子绕组经自耦变压器接至电源开始降压启动，同时HL3指示灯灭，表示电动机开始降压启动；当电动机的转速接近额定转速时，时间继电器延时到，其延时常开触点闭合，中间继电器KA线圈通电自锁，KA常闭触点断开KM1、KM3、KT线圈电路，KM1、KM3主触点断开，从而将自耦变压器从电网上切除，而KA常开触点闭合，使KM2线圈通电，其主触点闭合，电动机直接接到电网上运行，同时HL2指示灯灭，表示启动结束，HL1指示灯亮，表示电动机进入全压正常运行。

图

6-39XJ01型补偿降压启动图

6.4.2三相笼型异步电动机制动控制

1.反接制动控制线路

反接制动是利用改变电动机电源的相序，使定子绕组产生相反方向的旋转磁场，因而产生制动转矩的一种制动方法。由于反接制动时，转子与旋转磁场的相对速度接近于两倍的同步转速，因此定子绕组中流过的反接制动电流相当于全压直接启动时电流的两倍，所以反接制动特点之一是制动迅速，效果好，冲击大，通常仅适用于10kW以下的小容量电动机。为了减小冲击电流，通常要求在电动机主电路中串接一定的电阻以限制反接制动电流,该电阻称为反控制动电阻。反接制动的另一要求是在电动机转速接近于零时，及时切断反相序电源，

以防止反向再启动。

1）单向反接制动的控制线路图6-40为单向反接制动的控制线路。图中采用了速度继电器来检测电动机的速度变化。在120～300r/min范围内速度继电器触点动作，

当转速低于100r/min时其触点恢复原位。

图

6－40单向反接制动的控制线路

启动时，按下启动按钮SB2，接触器KM1通电自锁，电动机M通电旋转。在电动机正常运转时，速度继电器KS的常开触点闭合，为反接制动作好了准备。停车时，按下停止按钮SB1，其常闭触点断开，KM1线圈断电，电动机M脱离电源。但此时电动机的转速很高，KS的常开触点依然闭合，所以SB1常开触点闭合时，反接制动接触器KM2线圈通电自锁，其主触点闭合，电动机定子绕组得到与正常运转相序相反的三相交流电源，电动机进入反接制动状态，使电动机转速迅速下降，当电动机转速接近于零时，速度继电器常开触点复位，接触器KM2线圈断电，反接制动结束。

2）电动机可逆运行的反接制动控制线路图6-41为具有反接制动电阻的正反向反接制动控制线路。图中电阻R是反接制动电阻，也具有限制启动电流的作用。该线路工作原理如下：合上电源开关QS，按下正转启动按钮SB2，中间继电器KA3线圈通电并自锁，其常闭触点断开，互锁中间继电器KA4线圈电路，KA3常开触点闭合，使接触器KM1线圈通电，KM1的主触点闭合使定子绕组经电阻R接通正序三相电源，电动机开始降压启动，虽然中间继电器KA1线圈电路中KM2常开辅助触点已闭合，但由于速度继电器KS-1常开点尚未闭合，KA1线圈仍无法通电。当电动机转速上升到一定值时，KS-1常开触点闭合，KA1通电自锁，这时由于KA1、KA3的常开触点均处于闭合状态，接触器KM3线圈得电，其主触点闭合，电阻R被短接，定子绕组得到额定电压，电动机转速上升到稳定的工作转速。在电动机正常运行的过程中，若按下停止按钮SB1，KA3、KM1、KM3线圈相继断电，但此时电动机转子的转速很高，速度继电器KS-1常开触点仍然闭合，中间继电器KA1仍处于工作状态。所以,接触器KM1常闭触点复位后，接触器KM2线圈便通电，其常开主触点闭合，使定子绕组经电阻R获得反序的三相交流电源，对电动机进行反接制动。转子速度迅速下降，当转速小于100r/min时，KS-1常开触点复位，KA1线圈断电，接触器KM2释放，反接制动过程结束。图

6-41具有反接制动电阻的正反向反接制动控制线路

2.能耗制动控制线路

1）单向能耗制动控制线路图6-42为时间原则控制的单向能耗制动控制线路。在电动机正常运行时，若按下停止按钮SB1，接触器KM1断电释放，电动机脱离三相交流电源，KT、KM2线圈得电自锁，KM2主触点闭合，直流电源加入定子绕组，电动机进行能耗制动。当电动机转子的速度接近于零时，时间继电器KT延时到延时常闭触点断开，KM2线圈断电，其主触点断开，切除直流电源，同时KM2辅助触点复位，时间继电器KT线圈断电，电动机能耗制动结束。

图

6－42时间原则控制的单向能耗制动控制线路

图中KT的瞬时常开触点的作用是为了考虑出现KT线圈断线或机械卡住故障时，电动机在按下SB1后电动机能迅速制动，保证定子绕组不致于长期接入能耗制动的直流电流。图6-43为速度原则控制的单向能耗制动控制线路。该线路与图6-42控制线路基本相同，仅在控制电路中取消了时间继电器KT，而增加速度继电器KS，并且用KS的常开触点取代了KT延时常闭触点。该线路中的电动机在刚刚脱离三相交流电源时，由于电动机转子的速度很高，速度继电器KS的常开触点处于闭合状态，因此接触器KM2线圈能够依靠SB1按钮的按下而通电自锁。直流电源接两相定子绕组，电动机进入能耗制动。当电动机转速接近零时，KS常开触点复位，接触器KM2线圈断电释放，

能耗制动结束。

图

6-43速度原则控制的单向能耗制动控制线路

2)电动机可逆运行能耗制动控制线路图6-44为电动机按时间原则控制可逆运行的能耗制动控制线路。在电动机正向运转过程中，如按下停止按钮SB1，KM1断电释放，KM3和KT线圈通电自锁，KM3常开主触点闭合，使直流电压加至定子绕组，电动机进行正向能耗制动。电动机正向转速迅速下降，当其接近零时，时间继电器KT延时到，其常闭触点断开，KM3断电释放，切除直流电源，电动机正向能耗制动结束；同时KM3常开辅助触点的复位，时间继电器KT线圈断电。反向启动与反向能耗制动的过程与上述正向情况相同。

图

6-44时间原则控制可逆运行的能耗制动控制线路

按时间原则控制的能耗制动，一般适用于负载转速比较稳定的生产机械上。对于那些能通过传动系统来实现负载速度变换或者加工零件经常更动的生产机械，采用速度原则控制能耗制动较为合适。电动机可逆运行能耗制动可以采用速度继电器取代时间继电器的速度原则，同样能达到制动的目的。

3）无变压器单管能耗制动控制线路前面介绍的能耗制动均为带变压器的单相桥式整流电路，其制动效果较好。对于功率较大的电动机应采用三相整流电路，但所需设备多，成本高。对于20kW以下电动机，在制动要求不高时，可采用无变压器单管能耗控制线路，这样设备简单，体积小，成本低。图6－45为无变压器单管能耗制动的控制线路，

其工作原理比较简单，

读者可自行分析。

图

6-45无变压器单管能耗制动的控制线路

6.5直流电动机控制线路

6.5.1直流电动机单向运转启动控制电路直流电动机启动控制的要求与交流电动机类似，即保证足够大的启动转矩条件下，尽可能减小启动电流。直流电动机启动特点之一是启动冲击电流大，可达额定电流的10～20倍，这样大的电流可能导致电动机换向器和电枢绕组的损坏，同时对电源也是沉重的负担，大电流产生的转矩和加速度对机械部件也将产生强烈的冲击，在选择启动方案时必须予以充分考虑，一般不允许直接启动。因此，一般在电枢回路中串电阻启动，以减小启动电流。另一特点是他励和并励直流电动机在弱磁或零磁时会产生“飞车”，因而在施加电枢电源前，应先接入或至少同时施加额定励磁电压，这样一方面可减少启动电流，另一方面可防止“飞车”事故。为了防让弱磁或零磁时产生“飞车”，

励磁回路中有失磁保护环节。

图

6-46电枢回路串电阻的启动控制线路

1.启动前的准备将主令开关SA的手柄置零位，分别合上主回路及控制回路的空气自动开关QF1、QF2，电动机的并励绕组L中流过额定励磁电流，欠电流继电器KI2的常开触点闭合，使KA通过SA1－2通电吸合并自锁。主回路过电流继电器KI1不动作，与此同时，时间继电器KT1的线圈也通电，其延时闭合的常开触点立即分开，

以保证启动时电阻R1和R2都串入主电路。

2.启动

启动时可将SA的手柄由零位扳到3位，SA1－2触点断开，其他三路触点闭合。这时KM1通电，主触点闭合使电动机M串R1与R2启动，同时KT1断电，由于启动电阻R1上有压降，使时间继电器KT2通电，串联在KM3线圈电路中的延时闭合的动断触点断开。当KT1延时到，其延时闭合的常闭触点闭合，接通KM2的线圈回路。KM2的常开触点闭合，切除启动电阻R1，电动机进一步加速。同时，KT2线圈被短接，经过一定延时，其延时闭合的常开触点闭合，接通接触器KM3的线圈回路，KM3的常开主触点闭合，切除最后一段电阻R2，电动机再次加速进入全电压运转，启动过程结束。

3.保护

电动机发生过载和短路时，主回路过电流继电器KI1立即动作，它切断KA的通电回路，于是KM1、KM2、KM3均断电，使电动机脱离电源。欠电流继电器KI2是当励磁线圈断路时，通过其常开触点切断KA线圈电路，起到失磁保护作用。主令开关手柄处于零位时启动，KA才可能接通，既可避免电动机M的自启动，同时也保证了M在任何情况下总是从低速到高速的自然、安全加速过程，这就是零位保护作用。由于SA具有防止由于停电以后突然来电而产生的“自启动”，也起到零压保护作用。电路中二极管V与R串联构成励磁绕组的吸收回路，其作用是在停机时防止由于过大的自感电动势引起励磁绕组的绝缘击穿，并保护其他元件。

6.5.2直流电动机正反转控制电路直流电动机的转向取决于电磁转矩（M＝CTФI）的方向，因此改变直流电动机转向有两种方法：①当电动机的励磁绕组端电压的极性不变，改变电枢绕组端电压的极性；②电枢绕组两端电压极性不变，改变励磁绕组端电压的极性。但当两者的电压极性同时改变时，则电动机的旋转方向不变。在采用改变电枢绕组端电压极性的方法时，因主回路电流较大，故要求容量也较大且灭弧能力强的直流接触器，这就给使用带来了不便。因此，采用改变直流电动机励磁电流方向从而改变转向的方法更合理，因为电动机的励磁电流仅为额定电流的2%～5%，故使用的接触器的容量小得多，这一点对功率较大的直流电动机尤为突出。但在改变励磁电流方向过程中，为避免因Ф＝0产生“飞车”事故，通常要求改变励磁的同时要切断电枢回路电源。此外，需加设阻容吸收装置消除触点断开时产生很高的自感电动势。在直流点动机正反转控制的电路中，通常都设有制动和联锁电路，以确保在电动机停转后，再行反向启动，以免直接反向产生过大的电流。图6-47为AM52125A型导轨磨床的部分电路，即改变励磁电压极性的正反转控制线路。由于电动机未采取制动措施，因此正反转时，利用时间继电器KT的延时，保证电动机停止以后才能反向启动。

图

6-47改变励磁电压极性的正反转控制线路

(1)正转:按下启动按钮SB2，正转接触器KM18线圈得电，其主触点闭合，建立励磁，KI2线圈得电，其常开触点闭合；KT延时到，KM17得电自锁，KM17主触点闭合，电动机接通电源，KM17辅助常闭触点使时间继电器KT线圈断电。KT延时常闭触点闭合，KM18自锁，其主触点长期接通电动机的励磁回路，此时电动机的励磁电流由J流向K，电动机正转。

(2)停车:按下停车按钮SB1，KM17线圈断电释放，一方面切断电动机的电枢电源，另一方面它的常闭触点闭合，使KT线圈得电。在延时时间内，KT的延时常开触点断开，主回路是不可能供电的，而KT延时常闭触点需延时同样的时间后，才能切断KM18的自锁回路。所以在延时时间内，KM18继续维持吸合状态，使励磁回路保持正常供电，从而保证在停车控制中，先切断电枢电源后再切断励磁电源。延时时间到，KT常闭触点断开，切断KM18的自锁回路，KM18断电释放，励磁回路断电。

(3)反转:如在延时时间内按下反转启动按钮SB3时，既不可能对电动机电枢回路供电，也不可能使反向接触器KM19吸合。只有在延时到，即KT延时触点动作后，主回路接触器KM17才处于再次启动的准备状态，KM18释放使励磁回路也处于再次启动的准备状态。此时按下反转启动按钮SB3，则KM19吸合，使反向励磁电流先接通，紧接着KM17吸合使电枢回路接通电源反向启动，同时KM17辅助常闭触点使KT释放，KM19通过KT延时常闭触点自锁，松开按钮SB3后，电动机仍按反方向连接运转。该电路必须先停车，

然后再反转。

6.5.3直流电动机的制动控制线路与交流电动机相似，直流电动机的电气制动方法有以下三种方式：

(1)能耗制动:在电动机具有较高转速时，切断其电枢电源而保持其励磁为额定状态不变，这时电动机因惯性而继续旋转，成为直流发电机。如果用一个电阻R使电枢回路成为闭路，则在此回路中产生电流和制动转矩，使拖动系统的动能转化成电能并在转子回路电阻中以热能形式消耗掉，故此种制动方式称为能耗制动。由于能耗制动较为平稳，因此在机床的直流拖动中应用较普遍。

(2)反接制动:反接制动是在保持励磁为额定状态不变，而将反极性的电源接到电枢绕组上，从而产生制动转矩，迫使电动机迅速停止的一种制动方式。与异步电动机相同，在反接制动时要注意两点：其一是要限制过大的制动电流，其二是要防止电动机反向再启动。其方法也与异步电动机相似，即采用限流电阻及采用速度继电器检测速度信号。在理论上，反接制动也可以采用改变励磁电压的极性来进行。但在实际中，因存在“失磁飞车”的问题，处理起来极为不便而不宜采用。

(3)再生发电制动:该制动方法存在于重物下降的过程中，如吊车下放重物或电力机车下坡时发生。此时电枢及励磁电源处于某一定值，电动机转速超过了理想空载转速，电枢的反电动势也将大于电枢的供电电压，电枢电流反向，产生制动转矩，使电动机转速限制在一个高于理想空载转速的稳定转速上，而不会无限增加。

1.串电阻启动、制动的变励磁电流调速控制电路控制电路如图6-48所示，它是T4163坐标镗床主传动电路的一部分。电动机的直流电源采用两相零式整流电路，启动的电枢回路中串入启动电阻R，以限制启动电流，启动过程结束后，由接触器KM3切除；同时该电阻还兼作制动时的限流电阻。电动机的并励绕组串入调速电阻R3，调节R3即可对电动机实现调速。与励磁绕组并联的电阻R2是为吸收励磁绕组的磁能而设，以免接触器断开瞬间因过高的自感电动势而击穿绝缘或使接触器火花太大而烧蚀。KM1为能耗制动接触器，KM2为工作接触器，KM3为切除启动用电阻的接触器，

工作过程分析如下：

图6-48变励磁电流调速控制电路

(1)启动。按下启动按钮SB2，KM2、KT线圈得电自锁，电动机M串电阻R启动，时间继电器KT延时到，其延时常开触点闭合，使KM3线圈得电自锁，其常开触点闭合，切除启动电阻R，电动机启动过程结束。

(2)转速调速。在正常运行状态下，调节电阻器R3，即可改变电动机的转速。

(3)停车及制动。在正常运行状态下，只要按下停止按钮SB1，则接触器KM2及KM3线圈断电释放，切断电动机电枢回路电源，同时KM1通电吸合，其主触点闭合，通过电阻R使能耗制动回路接通，同时通过KM1的另一对常开触点短接电容C，使电源电压全部加于励磁绕组以实现制动过程中的强励磁作用，加强制动效果。松开按钮SB1，制动结束，