《电气控制与PLC技术》课件第2章

第2章电气控制电路2.1电气控制电路的绘图规则及常用符号2.2基本电气控制电路2.3电气控制线路设计基础2.4常用机床电气控制线路分析2.5维修电工考证指导(中级工)

——电机与电气控制部分小结

思考与练习

2.1电气控制电路的绘图规则及常用符号电气控制电路是用导线将电动机、低压电器和仪表连接起来并实现某种功能的电气线路。为了表达电气控制线路的组成、原理等设计意图，同时也为了便于电气元件的安装、接线、调试、运行以及维护，将电气控制线路中电气元件的连接用统一的工程语言即工程图的形式来表示，这就是电气控制系统图。电气控制系统图有三种：电气原理图、电器布置图和电气安装接线图。由于用途不同，它们的绘制原则也有所差别。我们重点介绍的是电气原理图。电气原理图用来表明设备电气的工作原理、各电器元件的作用以及相互之间关系。掌握电气原理图，对于分析电气线路，排除机床电路故障是十分有益的。2.1.1电气原理图的布局为了便于阅读图纸，快速检索电气线路，往往需要将图幅分区，设立图区编号，而后再进行电气原理图的布局。图幅分区通常在图的边框处，横向自左向右用阿拉伯数字表示出不同的区域，如图2.1所示。图2.1的正中空白处即为实际电气原理图的内容所在。为了能够更为明确地表示该图的具体内容，我们可以将上面的阿拉伯数字改为实际的电路功能文字表述。这样一来，我们就可以完成电气原理图的布局了。电气原理图的合理布局主要考虑如下因素：

(1)电气原理图主电路实际内容的多少。图2.1图幅分区简图

(2)控制电路部分所要实现的功能，一般来说，控制电路所要实现的功能越多，控制电路越复杂，控制电路部分的内容越多。

(3)其他的辅助功能电路，例如电源保护部分以及指示灯电路部分(见图2.2)。当然，绘布局图比较费事，在通常的学习中，可以不做这方面的要求。2.1.2电气原理图的线条电气原理图的线条主要有粗实线、细实线、波浪线和虚线。它们具体的应用规则如下。

(1)粗实线主要应用于强电流、大功率的场合，在电气原理图中自然是电源电路和主电路部分。另外，我们绘制触头符号时，动触片也用粗实线表示。

(2)细实线主要应用于弱电流、小功率的场合，在电气原理图中就是控制电路和指示灯电路(含照明电路)部分，有时候我们也用它来对电路中某一电器的特征做出相应的解释。

(3)波浪线在表达变压器等具体的常用电器符号时用到。

(4)虚线在表达电气原理图不同位置触头是由同一连杆控制的含义时用到。图2.2所示为CW6132型车床电气原理布局图。为了方便，我们在绘图过程中，通常除了电源电线用粗实线表示外，其他电线均用细实线表示。图2.2CW6132型车床电气原理布局图2.1.3元器件符号绘制电气控制系统图时，所有电气元件的图形符号和文字符号必须符合国家标准的规定，不能采用任何非标准符号。元器件的文字符号也称文字代号，国家标准GB7159—87《电气图用文字符号》中对元件的代号有明确规定，不能随心所欲改变，以便读图与识图。表2.1列出了常用的图形和文字符号。2.1.4标注文字当图中有些内容不便使用或不能使用图形表达时，可采用标注文字进行说明，标注文字放在要说明的对象附近，也可放在图样的边框附近。表2.1常用的图形和文字符号2.2基本电气控制电路电气控制设备的种类繁多，电气控制电路也多种多样，然而任何一个复杂的电气控制电路总是由一些最基本的控制电路组成。因此，掌握了这些基本控制电路，对分析和设计复杂电气控制电路是非常有益的。基本控制电路掌握得越多，运用起来越得心应手。电气控制电路分为交流电动机和直流电动机。由于结构上的区别，两者的电气控制电路也有所区别，主要表现为直流电动机的控制电路中要有励磁电路控制。本书以介绍并励式直流电动机的启动控制电路为主。2.2.1点动控制电路一般来说，额定功率PN≤7.5kW的小型电动机启动时可以直接使用闸刀开关，然而电动机较大时，不但操作不便，灭弧困难，而且往往因为闸刀开关不能同时动作而使熔丝烧熔。为了解决这一问题，可以使用接触器，利用接触器的主触头控制电动机主回路。这样对电动机的控制也就转换为对接触器线圈的控制了。图2.3为电动机点动控制电路，动作过程为：合上电源开关QS，按下SB→KM得电→主触头吸合→接通主电路→电动机M运转；SB松开→KM失电→主触头复位→断开主电路→电动机M停转，实现点动控制。图2.3电动机点动控制电路

FU1和FU2为熔断器，它们分别实现对主电路和控制电路的短路保护。点动控制电路常用于短时工作制电气设备或精确定位的设备中，如门窗的启动控制或吊钩移动控制等。2.2.2自锁控制电路点动控制电路在连续工作时显得十分不便，为此应设计一种具有自动保持按钮动作状态的电路，这就是自锁控制电路(如图2.4所示)。自锁控制电路的动作过程为：合上电源开关QS，按下SB2→KM得电→主触头吸合→接通主电路→电动机M运转。KM得电时，辅助触头闭合，实现自锁控制。按下SB1→KM失电→主触头复位分断→断开主电路→电动机M停转。KM失电时，辅助触头复位分断，解除自锁控制。图2.4电动机自锁控制电路自锁控制电路的应用较广，一般的按钮控制均是在此基础上改动而成的。例如，图2.5所示的并励式直流电动机的稳压二极管降压启动控制电路也是在此基础上得到的。图2.5的工作过程为：合上电源开关QS，按下SB1，KM1得电，主触头吸合，接通主电路，电动机M在VDZ降压的情况下运转，时间继电器KT得电，一段时间后，KT常开触头闭合，KM2得电并自锁，将VDZ短路，电动机M全压运转。KM1得电时，辅助触头闭合，实现自锁控制。按下SB2，KM1、KM2失电，主触头复位分断，断开主电路，电动机M停转。KM1失电，辅助触头复位分断，解除自锁控制。图2.5并励式直流电动机的稳压二极管降压启动控制电路2.2.3多地控制电路电气控制中有时需要从多个地方控制一台设备，并且两地都能使其启动和停止。此电路特点：多个停止按钮串联，多个启动按钮并联。图2.6中，SB1和SB3为甲地的启动和停止按钮，SB2和SB4为乙地的启动和停止按钮，SB1和SB2为并联接法，因此无论按下哪只按钮，KM都吸合，且能自锁；SB3和SB4为串联接法，都有停止作用。因此该电路为电动机的两地控制电路。2.2.4可逆控制电路生产机械的运动部件往往要求正反两个方向的运动，这就要求拖动电动机能作正反向旋转。由电机原理可知，改变电动机三相电源相序即可改变电动机旋转方向，因而常用的电动机可逆控制电路有以下几种。图2.6两地控制电路

1.倒顺转换开关可逆控制电路图2.7为倒顺转换开关可逆控制电路。其中图2.7(a)为倒顺开关直接控制电动机正反转电路，由于倒顺开关无灭弧装置，仅适用于电动机功率在5.5kW以下电动机的正反转控制。对于大于5.5kW的电动机，则用图2.7(b)所示电路来控制。在图2.7(b)中，倒顺开关用来预选电动机旋转方向，而由按钮来控制接触器接通与断开电源，实现电动机的启动与停止，所以其控制电路是电动机单向旋转控制电路，而主电路由倒顺开关控制方向。接入热继电器FR使电路具有长期过载保护和欠压与零压保护。图2.7倒顺转换开关可逆控制电路(a)倒顺开关直接控制电动机正反转；(b)倒顺开关—接触器控制

2.按钮控制的可逆控制电路图2.8为按钮控制电动机正反转控制电路。其中图2.8(a)由两组单向旋转控制电路组合而成，主电路由正反转接触器KM1、KM2的主触头来改变电动机相序，实现电动机的可逆旋转，但在正转时若误操作按下反转启动按钮，两个接触器的主触头都闭合，将发生电源两相短路，电动机无法工作。为此，将接触器KM1、KM2的常闭辅助触头串接在对方线圈电路中，形成相互制约的控制，即图2.8(b)所示电路，从而避免了发生上述误操作时造成的短路，这种相互制约的关系称为互锁电路。图2.8(b)由接触器或继电器常闭触头构成的互锁称为电气互锁。在这一电气互锁电路中，要实现电动机由正转变反转或由反转变正转的控制，都必须先按下停止按钮SB1，然后再进行反转或正转的启动控制，这就构成了正—停—反或反—停—正的操作顺序。为了实现电动机直接由正转变为反转或由反转变为正转，可采用图2.8(c)所示电路，即在图2.8(b)基础上增设了启动按钮SB2、SB3的常闭触头构成的按钮互锁电路，从而构成具有电气、按钮双重互锁的控制电路，这样操作时无需再按停止按钮，直接按下反转启动按钮SB3，即可使电动机由正转变为反转，或当电机在反转运行时按下正转启动按钮SB2也可直接使电动机变为正转，成为正—反—停或反—正—停操作。当然，该电路也能实现正—停—反的操作。图2.8按钮控制的可逆控制电路

3.行程开关控制的可自动往返的可逆控制电路图2.9为机床工作台往复运动的示意图。行程开关SQ1和SQ2分别固定安装在床身上，反映加工终点与原位。撞块A和B固定在工作台上，随着运动部件的移动分别压下行程开关SQ1、SQ2，形成往返运动。图2.10为往复自动循环控制电路。图中SQ1为反向转正向行程开关，SQ2为正向转反向行程开关，SQ3、SQ4为正反向极限保护用行程开关。合上电源开关QS，按下正向启动按钮SB2，KM1通电并自锁，电动机正向旋转，拖动运动部件前进。当前进到位时，撞块B压下SQ2，其常闭触点断开，KM1断电，电动机停转。但此时常开触点闭合，又使KM2通电，电动机反向启动运转，拖动运动部件后退。当后退到位时，撞块A压下SQ1，使KM2断电，KM1通电，电动机由反转变为正转，拖动运动部件变后退为前进，如此周而复始地自动往复工作。按下停止按钮SB1，电动机停止，运动部件停下。若转向行程开关SQ1、SQ2失灵，则由极限保护行程开关SQ3、SQ4实现保护，避免运动部件因超出极限位置而发生事故。上述利用行程开关，按照机械设备运动部件的行程位置所进行的控制，称为行程控制原则。行程控制是机械设备自动化和生产过程自动化中应用最广泛的控制方法之一。

图2.9机床工作台往复运动的示意图图2.10往复自动循环控制电路2.2.5顺序启动控制电路

顺序启动控制电路是对操作顺序有严格要求的电路，常用于多台生产设备控制中。一般地，这类电路靠接触器的动合触头来实现。例如一台固定式降湿机组，降湿机内有两台电动机，一台是制冷剂压缩机，另一台是通风用的风机。降湿机启动时，必须先启动风机，才能启动压缩机。实现这一功能的电路如图2.11所示，图中M1为风机电动机，M2为压缩机电动机。这一电路在压缩机电动机接触器KM2线圈回路中串接了风机接触器KM1触头，这就保证了只有在风机启动后，压缩机控制回路才能接通，也就保证了启动顺序的正确性。与此相仿，需要多台设备顺序启动时，可以依次利用它们的动合触头实现该功能。例如要求以KM1、KM2、KM3、KM4的顺序启动设备，则控制电路如图2.12所示。实际中也常使用如图2.13所示的简化电路。图2.11降湿机顺序启动电路图图2.12四级顺序启动电路图2.13简化的四级顺序启动电路2.2.6顺序停止控制电路顺序停止控制电路是指多台设备工作后，必须按一定的顺序停止的控制电路。由于停止是依次进行的，故停止按钮不能再共用一个，一般利用接触器的动合触头来实现这一功能。例如空调机组停止时应先停压缩机，再停风机，以便使机组充分地与外界进行热交换，避免机组受损。图2.14所示为降湿机顺序停止电路。图中，M1为压缩机电机，M2为风机电机，风机停止按钮SB22上并接了一对压缩机接触器的动合触头KM1，在压缩机运转时KM1吸合，等于将动断按钮SB22短路，即失去作用，压缩机不停止运转，风机就停不下来。图2.15为四级顺序停止电路，其工作原理请读者自己分析。图2.14降湿机顺序停止电路

图2.15四级顺序停止电路2.2.7延时控制电路有的设备需要动作时，带有一定的延时或分步动作之间自动留有一定的时间间隔，前面介绍的并励式直流电动机的稳压二极管降压启动控制电路就是利用时间继电器KT延时的延时控制电路。另外，大容量电动机的启动、制动、两台电动机的协调动作等，都包含延时控制电路。图2.16为延时控制电路，图中两台电动机M1、M2分别由接触器KM1、KM2控制。当M1启动后，M2延时一段时间后启动。当启动按钮SBQ按下时，KM1吸合并且保持，同时时间继电器KT的线圈通电，经过一段时间延时后，动合触头延时闭合，使KM2得电吸合，M2延时启动。当停止按钮SBT按下时，KM1、KM2同时断电，电动机M1和M2同时停止转动。图2.16延时控制电路这只是一种简单的实现方法，即只要KM1吸合，时间继电器线圈将始终通电。图2.17是图2.16的改进电路，时间继电器线圈回路中串接了KM2的动断触头，KM2动作后将时间继电器线圈回路切断，KM2的动合触头闭合实现自锁。该电路还可以简化为如图2.18所示的线路。图2.17改进了的延时控制电路图2.18延时控制电路的变形2.2.8电气控制电路中的保护电路电气控制电路中的保护电路是主要用来对电气设备进行保护控制的电路。电气设备在危险状态下运行时可能发生故障或造成损坏，通过检测元件将保护信号检测出来，驱动控制电路动作，可实现对电气设备的保护。最常用的保护方法是在电气设备主接触器的线圈回路中串接保护信号感知继电器的动断触头。在保护信号感知继电器的触头动作时，动断触头断开，接触器线圈失电，接触器释放，主回路电器停止工作，从而起到了保护电气设备的作用。常见的保护环节有：热过载保护、过电压保护、欠电压保护、过电流保护、欠电流保护、漏电保护、压力保护、转速保护、瓦斯保护、限位保护、张力保护、温度保护、湿度保护等。不同的保护对应了不同的保护继电器，不同的保护继电器有不同的接法，继电器以外的电路则大同小异。图2.19为压缩机压力保护和压缩机电动机热过载保护电路。图中FR1和FR2为热继电器，KP为压力继电器。控制原理如下：水泵电动机必须先启动，而后压缩机电动机才可以启动运行。而且，只要压缩机电动机未停止运动，水泵电动机就无法实现停止。整个工作过程应该是：水泵电动机启动→压缩机电动机启动→压缩机电动机停止→水泵电动机停止。保护原理如下：

(1)压力保护：压缩机受压力过大，KP常闭触点断开，接触器KM1、KM2始终无法得电启动。

(2)热过载保护：FR1为水泵电动机的过载保护，只要过载，强制KM1失电，使水泵电动机停止运动，保护主电路；相应的KM2也被KM1常开辅助触点强制失电，使压缩机电动机停止运动。FR2为压缩机电动机的过载保护，只要过载，强制KM2失电，使压缩机电动机停止运动，保护主电路，对水泵电动机的保护则体现不出来。图2.19压缩机压力保护和压缩机电动机热过载保护电路2.3电气控制线路设计基础2.3.1电气设计的主要内容机械设备的控制系统绝大多数属于电力拖动控制系统，因此生产机械电气控制系统设计的基本内容有以下几个方面：

(1)确定电力拖动方案；

(2)设计生产机械电力拖动自动控制线路；

(3)选择拖动电机及电气元件，制定电器明细表；

(4)进行生产机械电力装备施工设计；

(5)编写生产机械电气控制系统的电气说明书与设计文件。具体来说，我们可以根据图2.20来了解电气设计的主要内容和基本步骤。图2.20电气设计的主要内容与基本步骤2.3.2电气设计的一般原则电气设计的一般原则为：

(1)能够最大限度地满足生产机械和工艺对电气控制的要求；

(2)在满足要求的前提下，控制线路力求简单、经济、可靠且便于操作、调整和维修。

(3)具有必要的保护环节，保证在使用中安全可靠。在设计的时候，我们还要力求做到如下几点：

(1)熟悉所设计机床(设备)的总体技术要求及工作过程，弄清其他系统对电气控制系统的技术要求；

(2)了解机床的现场工作条件，供电情况及测量仪表的种类；

(3)通过技术经济分析，选择性价比最佳的传动方案和控制方案；

(4)设计简单合理、技术先进、工作可靠、维修方便的电气控制电路进行模拟试验，验证控制电路能否满足机床的工艺要求；

(5)保证使用安全性，贯彻最新国家标准。2.3.3经验设计法常用的电气控制线路的设计方法有两种：经验设计法和逻辑设计法。经验设计法是根据生产工艺要求、过程或根据受控设备的控制需要，以各种典型线路控制环节为基础，直接设计控制线路。经验设计方法的特点是没有固定的设计模式，灵活性很大，相对来说设计方法较简单，对于具有—定工作经验的设计人员来说容易掌握，能较快地完成设计任务，因此在电气设计中被普遍采用。用经验设计方法初步设计出来的控制线路可能有多种，也可能有一些不完善的地方，需要反复地分析、修改，有时甚至要通过实际验证才能使控制线路符合设计要求，确定比较合理的设计方案。经验设计法设计电气控制线路的一般步骤为：

(1)根据相关设备专业提出的工艺或控制要求，对被控设备的工作情况进行全面了解，并参照同类电气设计，对其接线进行分析，制定出具体的控制要求，作为线路的设计依据及控制目标，以便最大限度地实现生产机械和工艺对电气控制系统的要求。

(2)按照控制中启动、停车、正反转、制动、调速等要求设计主电路。

(3)根据主电路要求，以典型环节为基础，初步满足主电路控制要求。

(4)根据设备各部分运行所要求的配合关系及连锁关系，设计控制线路的特殊环节。

(5)分析运行过程中可能出现的故障，设置各类保护，防止工作过程中因误操作而引起的事故。

(6)综合审查控制电路，分析工作原理，检查线路是否达到控制目标，进一步完善电路，必要时可通过实验进行验证。采用经验设计法设计线路时，需注意以下几个问题：

(1)尽量减少控制电源种类及控制电源的用量。在控制线路比较简单的情况下，可直接采用电网电压；当控制系统所用电器数量比较多时，应采用控制变压器降低控制电压，或采用直流低电压控制。

(2)尽量减少电器元件的品种、规格与数量，同一用途的器件尽可能选用相同品牌、型号的产品。注意收集各种电器新产品资料，以便及时应用于设计中，使控制线路在技术指标、先进性、稳定性、可靠性等方面得到进一步提高。

(3)在控制线路正常工作时，除必须通电的电器外，尽可能减少通电电器的数量，以利于节能，延长电器元件寿命以及减少故障。

(4)合理使用电器触点。在复杂的电气控制系统中，各类接触器、继电器数量较多，使用的触点也多，在设计中应注意：①尽可能减少触点使用数量，以简化线路；②使用的触点容量应满足控制要求，避免因使用不当而出现触点磨损、黏滞和释放不了等故障，以保证系统工作寿命和可靠性；③合理安排电器元件及触点的位置。

(5)尽量缩短连接导线的数量和长度。设计控制线路时，应考虑各个元件之间的实际接线，特别要注意控制柜、操作台和按钮、限位开关等元件之间的连接线。如按钮一般均安装在控制柜或操作台上，而接触器安装在控制柜内，这就需要经控制柜端子排与按钮连接，所以一般都先将启动按钮和停止按钮的一端直接连接，另一端再与控制柜端子排连接，这样就可以减少一次引出线。

(6)正确连接电器的线圈。在交流控制电路中，两个电器元件的线圈不能串联接入，即使外加电压是两个线圈额定电压之和，也是不允许的。因为每个线圈上所分配到的电压与线圈阻抗成正比，由于制造上的原因，两个电器总有差异，不可能同时吸合。

(7)在控制线路中应避免出现寄生电路。在电器控制线路的动作过程中，意外接通的电路叫寄生电路。经验设计法首先设计出各个独立环节的控制电路或单元电路，然后根据生产工艺要求找出各个控制环节之间的相互关系，进一步拟定连锁控制电路及进行辅助电路的设计，最后再考虑减少电器与触头数目，努力取得较好的技术经济效果。我们在后面根据具体的实例进行分析、设计。2.3.4逻辑设计法逻辑设计法是根据设备或生产工艺的控制要求，利用特征数表征控制设备的动作状态，并用逻辑代数进行分析设计、简化线路的。按此方法设计的线路较为合理，能充分发挥元件的作用，但设计方法的步骤复杂、设计难度大，不易掌握，适合于较为复杂的生产工艺所要求的控制电路设计。在设计过程中，逻辑设计法利用逻辑代数这一数学工具进行电路设计。逻辑代数将控制电路中继电器、接触器触点的闭合与断开、线圈的通电与断电等抽象化。一般用“1”代表触点接通和线圈得电，用“0”代表触点断开与线圈失电，并且用逻辑“非”代表元件的动合触点，用逻辑“与”代表触点相串联，用逻辑“或”代表触点相并联。具体的方法和步骤是：

(1)根据给出的条件列出真值表，并写出相应的逻辑代数式；

(2)运用逻辑代数的基本公式和定律进行化简；

(3)根据化简后的逻辑代数式画出对应的电路图；

(4)对电路做进一步完善并进行必要的校验。

例2-1

要求某一台电动机由三个继电器KA1、KA2、KA3控制。只有当任何一个或者两个以上继电器动作时电动机才运转，在其他任何条件下均不运转，试设计该控制电路。

解：根据题意，设电动机由接触器KM控制，列出真值表，写出表达式，画好电路图(见图2.21)。函数解析式：KM = (KA1 + KA2 + KA3)·然后对电路做出校验，电气原理图的控制部分能够实现，说明该设计合理。图2.21例2-1图(a)真值表；(b)电路图2.3.5用经验设计法设计机床电气控制电路实例

1．设计内容设计龙门刨床横梁升降的电气控制电路。

2．控制电路的设计要求

(1)由于刨床工件加工位置高低不同，要求横梁沿立柱能作上升、下降的调整运动。

(2)为确保切削加工的进行，正常情况下横梁应夹紧在立柱上，夹紧装置由夹紧电动机拖动，而横梁的上、下移动由另一台横梁升降电动机拖动。

(3)在动作配合上，当横梁升降时应该按照下列顺序进行：横梁上升：横梁松开→上升移动→横梁夹紧；横梁下降：横梁松开→下降移动→横梁夹紧并回升。由此可知横梁下降时，多了一个短时回升动作，其目的在于消除多动螺母上端面与丝杠下端面的间隙，防止加工过程中将横梁上抬，造成横梁歪斜，影响加工精度。

(4)横梁升降应设有限位保护，而夹紧电动机应设有夹紧力保护。

3．初步设计

1)主电路的设计

(1)从横梁运动要求出发，横梁移动由横梁升降电动机M1和横梁夹紧放松电动机M2拖动，且都有正反转；

(2)夹紧电动机需要的夹紧力保护，用过电流继电器KI来实现。

2)控制电路的设计

(1)由于横梁升降运动为调整运动，所以对M1采用点动控制。M2则按一定的顺序自动控制；

(2)根据横梁移动时的控制程序要求，M2与M1之间有一定的顺序关系：当发出“上升”指令后，M2电动机启动工作，将横梁松开，待横梁完全松开后，发出信号，使M2电动机停止工作，并使M1电动机启动，拖动横梁上升；横梁松开信号的发出由复合行程开关SQ1完成，当横梁处于夹紧状态时，SQ1不受压，当横梁完全松开时，夹紧机构经杠杆将SQ1压下，于是发出“松开”信号。

(3)当横梁上升到位时，撤除“上升”指令，M1电动机立即停止工作，同时接通M2电动机，使M2反向运转，拖动夹紧机构使横梁夹紧；在夹紧过程中，开关行程开关SQ1复原，为下次发出放松信号作准备。当横梁夹紧到一定程度时，夹紧电动机M2主电路的电流升高，借助于M2主电路中的过电流继电器发出“夹紧”信号，切断M2电动机的电路，使夹紧过程结束。

(4)横梁下降在不考虑短时回升时，其动作过程与上升时相同。综上所述，设计出草图之一，如图2.22所示。图2.22横梁升降电气控制线路设计草图之一

4．修改

(1)图2.22所示的设计草图之一中，控制电路需要具有两组常开触点的按钮，而常用按钮为一组常开触点、一组常闭触点，为此可引入一个中间继电器KA，用按钮SB1、SB2去控制KA，再由KA来控制横梁的升、降和放松。

(2)用SB1、SB2按钮的常闭触点完成横梁上升与下降的机械互锁。综上所述，修改后的设计草图之二如图2.23所示。图2.23横梁升降电气控制线路设计草图之二

5．优化进一步考虑横梁下降时的回升控制。由于回升时间短，所以可采用时间继电器来控制。选择断电延时时间继电器KT，将其通电瞬时闭合、断电延时断开的触点与夹紧接触器KM4的常开触点串联后，再与KA常开触点并联，去控制上升接触器KM1。而KT则由下降接触器KM2触点控制，构成设计草图之三，如图2.24所示。应当特别注意电气控制柜及现场信号之间的连线。图2.24横梁升降电气控制线路设计草图之三

6．完善考虑电路各种保护与连锁，有必要设置如下环节：①SQ2——横梁与侧刀架运动的极限保护；②SQ3——横梁上升极限保护；③SQ4——横梁下降极限保护；④KM1和KM2的常闭触点——横梁上升与下降的电气互锁；⑤KM3和KM4的常闭触点——横梁放松与夹紧的电气互锁。 至此，龙门刨床横梁升降的电气控制线路设计完成，其电气原理图如图2.25所示。图2.25龙门刨床横梁升降的电气原理图

7．校核设计完成后，必须对电气原理图进行认真校核，看其是否满足生产工艺要求，电路是否合理，有无需要进一步简化之处，是否存在寄生电路，电路工作是否安全可靠等。为了在电路图上清楚而简单地将继电器表示出来，通常用一个文字符号表示继电器线圈和它的触点，各组触点则以角标注明。2.4常用机床电气控制线路分析生产机床种类繁多，其拖动方式和电气控制线路各不相同。我们可以通过对一些常见生产机床设备的电气控制线路的分析，来掌握阅读电气原理图的方法，逐渐培养读图能力。同时，我们通过读图分析各种常见生产机床的工作原理，可以为电气控制线路的设计以及电气线路的调试、维护等提供一定的想法和思路。2.4.1普通铣床的电气控制线路分析铣床用来加工各种形式的表面、平面、成形面、斜面和沟槽等，也可以用于加工回转体。

1.铣床的结构和主要工作情况铣床的结构图如图2.26所示，此处以X62W型卧式普通铣床为例。该铣床主要由床身(立柱)、悬梁、刀杆支架、主轴、工作台和升降台等结构组成。刀杆支架上安装有与主轴相连的刀杆、铣刀。为了利于切削加工，顺铣时刀具为一转动方向，逆铣时刀具为另外一转动方向。床身前有垂直导航，升降台带动工作台可沿垂直导航上下移动，完成垂直方向上的进给；升降台上的水平工作台可以在垂直于轴线方向上移动(纵向移动，即左右移动)和在平行于轴线方向上移动(横向移动，即前后移动)；回转工作台也可单向转动。进给电动机经机械传动链传动，通过机械离合器在选定的进给方向上驱动工作台移动进给。

X62W型卧式普通铣床具有主轴转速高、调速范围宽、操作方便和工作台能够虚幻加工等特点。图2.26铣床的结构图2. X62W型卧式普通铣床电气控制线路分析图2.27为X62W型卧式普通铣床的电气原理图。铣床共有三台电动机拖动：M1为主轴电动机，由接触器KM1、KM2控制启动、制动电动机；M2为进给电动机，其正反转由KM3、KM4控制；M3为冷却电动机。要求主轴电动机M1启动后，M3才能启动。

1)主轴电动机M1的控制

(1)主轴电动机的启动。先选择好主轴转速，并将主轴换向的转换开关SA3扳到所需转向上。然后，按下启动按钮SB1或SB2，接触器KM1通电吸合并自锁，主电动机M1启动。KM1的辅助常开触头(7～13)闭合，接通控制电路的进给线路电源。图2.27X62W型铣床的电气原理图

(2)主轴电动机的制动。按下停车按钮SB5或SB6时，接触器KM1断电释放，电动机M1失电。与此同时，停止按钮的常开触头SB5-2或SB6-2接通电磁离合器YC1，离合器吸合，将摩擦片压紧，对主轴电动机进行制动。

(3)主轴变速冲动。变速时，先将变速手柄拉出，再转动蘑菇形变速手轮，调到所需转速上，然后将变速手柄复位。就在手柄复位的过程中，压动了行程开关SQ1，SQ1的常闭触头(5～7)先断开，常开触头(1～9)后闭合，接触器KM1线圈瞬时通电，主轴电动机作瞬时点动，使齿轮系统抖动一下，达到良好啮合。

(4)主轴换刀控制。将SA1拨到“接通”位置，其常开触头SA1-1接通电磁离合器YC1，将电动机轴抱住，主轴处于制动状态。同时，常闭触头SA1-2断开，切断控制回路电源。

2)进给运动的控制

(1)工作台的纵向(左、右)进给运动。由纵向进给手柄操纵。当手柄扳向右边时，联动机构将电动机的传动链拨向工作台下面的丝杠，使电动机的动力通过该丝杠作用于工作台。同时，压下行程开关SQ5，常开触头SQ5-1闭合，常闭触头SQ5-2断开，接触器KM3线圈通过13→15→17→19→21→23→25路径得电吸合，进给电动机M2正转，带动工作台向右运动。当手柄扳向左边时，行程开关SQ6受压，SQ6-1闭合，SQ6-2断开，接触器KM4通电吸合，进给电动机反转，带动工作台向左运动。

(2)工作台的垂直(上、下)与横向(前、后)进给运动。由垂直与横向进给手柄操纵。以工作台向下(或向前)运动为例，将垂直与横向进给手柄扳到向下(或向前)位，手柄通过机械联动机构压下行程开关SQ3，常开触头SQ3-1闭合，常闭触头SQ3-2断开，接触器KM3线圈经13→27→29→19→21→23→25路径得电吸合，进给电动机M2正转，带动工作台作向下(或向前)运动。

(3)进给变速冲动。将进给变速的蘑菇形手柄拉出，转动变速盘，选择好速度，然后将手柄继续向外拉到极限位置，随即推回原位，变速结束。就在手柄拉到极限位置的瞬间，行程开关SQ2被压动，SQ2-1先断开，SQ2-2后接通，接触器KM3经13→27→29→19→17→15→23→25路径得电，进给电动机瞬时正转。在手柄推回原位时，SQ2复位，进给电动机只瞬动一下。

(4)工作台的快速移动。当工作台工作进给时，按下快移按钮SB3或SB4(两地控制)，接触器KM2得电吸合，其常闭触头(105～109)断开电磁离合器YC2，常开触头(105～111)接通电磁离合器YC3，KM2的吸合使进给传动系统跳过齿轮变速链，电动机直接拖动丝杠套，工作台快速进给，进给方向仍由进给操纵手柄决定。

3)圆工作台的控制使用圆工作台时，先将控制开关SA2扳到“接通”位，这时，SA2-2接通，SA2-1和SA2-3断开；再将工作台的进给操纵手柄全部扳到中间位，按下主轴启动按钮SB1或SB2，主轴电动机M1启动，接触器KM3线圈经13→15→17→19→29→27→23→25路径得电吸合，进给电动机M2正转，带动圆工作台做旋转运动。

4)冷却泵电动机的控制与工作照明只有在主轴电动机启动后，冷却泵电动机M3才有可能启动。

5)控制电路的连锁与保护

(1)进给运动与主轴运动的连锁。只有在主轴启动之后，工作台的进给运动才能进行。

(2)工作台六个运动方向的连锁。只要两个操纵手柄同时扳动，进给电路立即切断，实现了工作台各向进给的连锁控制。

(3)工作台进给与圆工作台的连锁。使用圆工作台时，必须将两个进给操纵手柄都置于中间位置。

(4)进给运动方向上的极限位置保护。机械和电气相结合的方式，由挡块确定各进给方向上的极限位置。具体的控制位置见图2.28。图2.28X62W型卧式普通铣床具体控制位置图2.4.2普通钻床的电气控制线路分析钻床是一种用途广泛的孔加工机床，它主要利用钻头来钻削精度不太高的孔，另外还可以用来进行扩孔、铰孔、镗孔，以及修刮面、攻螺纹等多种形式的加工、钻床的结构形式很多，有立式钻床、卧式钻床、深孔钻床及多轴钻床等。图2.29为Z35型摇臂钻床结构图。图2.29Z35型摇臂钻床结构图

1. Z35型摇臂钻床的结构和主要工作情况摇臂钻床主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱及工作台等部分组成，如图2.29所示。内立柱固定在底座的一端，在它外面套着外立柱，外立柱可绕内立柱回转360°。摇臂的一端为套筒，它套在外立柱上，借助丝杠的正反转可使摇臂沿外立柱作上下移动，由于该丝杠与外立柱连为一体，而升降螺母固定在摇臂上，所以摇臂只能与外立柱一起绕内立柱回转。主轴箱是一个复合部件，它由主传动电动机、主轴和主轴传动机构、进给和变速机构以及机床的操作机构等部分组成。主轴箱安装在摇臂的水平导轨上，可以通过手轮操作使其在水平导轨上沿摇臂移动。钻削加工时，主轴旋转为主运动；主轴的纵向进给为进给运动。此时，主轴箱由夹紧装置将其紧固在摇臂水平导轨上，外立柱紧固在内立柱上，摇臂紧固在外立柱上，然后进行钻削加工，辅助运动有：摇臂沿外立柱的垂直移动；主轴箱沿摇臂长度方向的水平移动；摇臂与外立柱一起绕内立柱的回转运动。

2.摇臂钻床的电力拖动特点及控制要求

(1)摇臂钻床运动部件较多，为简化传动装置，采用多电动机拖动。

(2)摇臂钻床为适应多种形式的加工，要求主轴及进给有较大的调速范围。主轴在一般速度下的钻削加工常为恒功率负载；而低速时主要用于扩孔、铰孔、攻螺纹等加工，这时则为恒转矩负载。

(3)摇臂钻床的主运动与进给运动皆为主轴的运动，为此这两种运动由一台主轴电动机拖动，分别经主轴传动机构、进给传动机构实现主轴旋转和进给，所以主轴变速机构与进给变速机构都装在主轴箱内。

(4)为加工螺纹，主轴要求正、反转。摇臂钻床主轴正反转一般采用机械方法来实现，这样主轴电动机只需单方向旋转。

(5)摇臂的升降由升降电动机拖动，要求电动机能正、反转。

(6)内外立柱的夹紧与放松、主轴箱和摇臂的夹紧与放松可采用手柄机械操作、电气-机械装置、电气-液压装置或电气-液压-机械装置等控制方法来实现。若采用液压装置，则备有液压泵电动机，拖动液压泵供出压力油来实现。

(7)摇臂的移动严格按照摇臂松开→移动→摇臂夹紧的程序进行，因此摇臂的夹紧、放松与摇臂升降按自动控制进行。

(8)根据钻削加工需要，应有冷却泵电动机拖动冷却泵，供出冷却液进行刀具的冷却。

(9)具有机床安全照明和信号指示。

(10)具有必要的连锁和保护环节。

3.电路工作原理

图2.30为Z35型摇臂钻床电气原理图。图2.30Z35型摇臂钻床电气原理图

1)主轴电动机的控制主轴电动机M2由接触器KM1和十字开关SA控制。先将电源总开关QS1合上，并将十字开关手柄扳向左方。这时，SA的触头(3～5)压合，零压继电器FV吸合并自锁，为其他控制电路接通作好准备。再将十字开关扳向右方，SA的触头(5～7)接通，接触器KM1得电吸合，主轴电动机M2启动运转，经主轴传动机构带动主轴旋转。主轴的旋转方向由主轴箱上的摩擦离合器手柄操纵。

2)摇臂升降控制摇臂的升降在零压继电器FV得电并自锁的前提下进行，用来调整工件与钻头的相对高度。以摇臂上升为例，将十字开关手柄从中间位扳到向上位，SA的触头(5～9)接通，接触器KM2得电，电动机M3正转启动。由于机械结构关系，在M3开始运转时，摇臂暂不会上升，而是通过传动装置使摇臂夹紧机构放松。同时，将位置开关SQ2的常开触头SQ2-2闭合，为夹紧摇臂做好准备。当夹紧机构放松后，电动机M3通过升降丝杆，带动摇臂上升。当上升到预定位置时，将十字开关手柄扳回中间位，接触器KM2断电，电动机M2停止，摇臂停止上升。由于KM2的互锁触头(17～19)恢复闭合，而SQ2-2在摇臂上升前已合上，故接触器KM3通电吸合，电动机M3反转，通过机械夹紧机构使摇臂自动夹紧。夹紧后，位置开关SQ2-2断开，KM3断电释放，电动机M3停转，上升过程结束。在摇臂上升和下降的控制电路中，分别串入位置开关SQ1-1、SQ1-2的常闭触头。当摇臂上升或下降到极限位置时，挡块将相应的位置开关压下，使电动机停转，从而避免事故的发生。

3)立柱夹紧与松开的控制立柱夹紧与松开的控制通过接触器KM4和KM5控制电动机M4的正、反转来实现。需要摇臂和外立柱绕内立柱转动时，应先按下按钮SB1，使接触器KM4得电吸合，电动机M4正转，通过齿式离合器驱动齿轮式油泵，送出高压油，经一定油路系统和传动机构将内外立柱松开。放开SB1，电动机M4停转。这时，摇臂在人力推动下转动，当转到所需位置时，再按下按钮SB2，使接触器KM5得电，电动机M4反转，在液压推动下，立柱被夹紧。SB2松开后，电动机M4停转，整个松开→移动→夹紧过程结束。由于主轴箱在摇臂上的夹紧与放松和立柱的夹紧与放松是用同一台电动机和液压机构配合进行的，因此在对立柱夹紧与放松的同时，也对主轴箱在摇臂上进行了夹紧与放松。

4)冷却泵电动机的控制冷却泵电动机的控制由转换开关QS2直接控制。

5)零压继电器FV的作用

FV起零压保护作用。机床动作时，若线路断电，当电压恢复后，FV不能自行通电，必须将十字开关手柄扳至左边位置，FV才能再次通电吸合。2.5维修电工考证指导(中级工)—电机与电气控制部分职业技能鉴定是一项基于职业技能水平的考核活动，属于标准参照型考试。它是由考试考核机构对劳动者从事某种职业所应掌握的技术理论知识和实际操作能力做出客观的测量和评价。职业技能鉴定是国家职业资格证书制度的重要组成部分。职业技能鉴定分为知识要求考试和操作技能考核两部分。知识要求考试一般采用笔试，技能要求考核一般采用现场操作加工典型工件、生产作业项目、模拟操作等方式进行。经鉴定合格者，由劳动保障部门核发相应的职业资格证书。开展职业技能鉴定，推行职业资格证书制度，既是落实党中央、国务院提出的“科教兴国”战略方针的重要举措，也是开发我国人力资源、提高劳动者素质的一项战略措施。根据劳动和社会保障部培训就业司颁发的《维修电工考核大纲》(2000)和近年来新技术应用对维修电工提出的新要求，中级维修工考证主要内容包括：维修电工常识和基本技能、室内线路的安装、接地装置的安装与维修、常见变压器的检修与维护、各种常用电机的拆装与维修、常用低压电器及配电装置的安装与维修、电动机基本控制线路的安装与维修、常用机床电气线路的安装与维修、电子线路的安装与调试、电气控制线路设计、可编程控制器及其应用，等等。2.5.1电工考证电机部分

1.正确地拆修异步电动机在拆修电动机前应做好各种准备工作，如所用工具、拆卸前的检查工作和记录工作。拆卸电动机的步骤如下：

(1)拆卸皮带轮和连轴器，在拆卸皮带轮和连轴器前应做好标记，在安装时应先除锈，清洁干净后方可复位；

(2)拆卸端盖：先取下轴承盖，再取端盖，并做好前后盖的标记，安装时应按标记复位；

(3)拆卸转子：在定转子之间应垫上耐磨的厚纸以防止损伤定子绕组，若转子很重，可用起重设备安装转子时先检查定子内是否有杂物，然后将轴伸端端盖装上，再将转子连同风扇及后盖一起装入。2.从异步电动机的不正常振动和声音中判断故障原因异步电动机产生不正常振动和异常音响现象主要有机械和电磁两方面的原因。

(1)机械方面的原因：①电机风叶损坏或紧固风叶的螺丝松动，造成风叶与风叶盖相碰，它所产生的声音随着碰击声的轻重时大时小；②由于轴承磨损或轴心偏离，造成电动机转子偏心严重时将使定、转子相擦，使电动机产生剧烈的振动和不均匀的碰擦声；③电动机因长期使用致使地脚螺丝松动或基础不牢，因而电动机在电磁转矩作用下产生不正常的振动；④长期使用的电动机因轴承内缺乏润滑油形成干磨运行或轴承中钢珠损坏，因而使电动机轴承室内发出异常的咝咝声或咕噜声。

(2)电磁方面原因：①正常运行的电动机突然出现异常音响，在带负载运行时转速明显下降，发出低沉的吼声，可能是三相电流不平衡，负载过重或单相运行；②正常运行的电动机，如果定子、转子绕组发生短路故障或鼠笼转子断条，则电动机会发出时高时低的嗡嗡声，机身也随之振动。

3.鼠笼式、绕线式异步电动机转子绕组对地是否绝缘鼠笼转子可看成一个多相绕组，其相数等于一对磁极的导条数，每相匝数等于1/2匝，由于每相转子感应电势一般都很小，加之硅钢片电阻远大于铜或铝的电阻，所以绝大部分电流从导体流过，不需对地绝缘。绕线式转子绕组中，相数和定子绕组相同，每相的匝数也较多，根据转子的电动势公式e2=4.44k2·f2·w2·cosβ·η，可知绕线式转子每相感应电势很大，这时若对地不绝缘，就会产生对地短路，甚至烧毁电表。

4.异步电动机转子轴常见故障的修理异步电动机转子轴常见故障主要有：

(1)轴弯曲：电动机运行中如果发现轴伸出端子有跳动的现象，则说明轴已弯曲，轴弯曲严重时，会发生定子、转子间互相摩擦的现象，发现轴弯曲后，应将转子取出并根据具体情况加以校正。

(2)轴的铁芯磨损：由于电动机长时间运行有时会使轴的铁芯松挡和铁芯松动，而且轴又未流过滚花。在这种情况下，应考虑在配合部分滚花。如果下芯在轴上有位移的可能，则应在两端的轴上开一个环形槽，再放入两个弧形键，并与轴焊在一起。

(3)轴径磨损：轴承拆卸多次后会使轴径磨损，一般可在径处滚花处理。如果磨损严重，也可在轴径处电焊堆积一层，再用车床加工成要求尺寸。

(4)轴裂纹：如果轴子横向裂纹不超过直径的10%～15%，纵向裂纹不超过轴长的10%，可用电焊进行修补后继续使用。如果轴裂纹损坏严重或断裂就必须更换新轴。其他有关电动机的相关概念和基本关系，已经在前面的章节中介绍过了，在此不再赘述。2.5.2电工考证电气控制部分

1.常见电气器件知识电气控制中常见低压电气器件的工作机理、控制类型和工作特点。例如各种主令电器、执行电器、控制电器、保护电器和配电电器等常见具体器件的工作特点、效用、选用原则以及故障处理等基本知识。

2.电气控制线路设计中的元器件选择

1)熔断器的选择熔断器的类型应满足电路要求。熔断器的额定电压应大于或等于电路的额定电压。熔断器的额定电流应大于或等于所装熔体的额定电流，它有以下几种选择：

(1)对于阻性负载的保护，应使熔体的额定电流等于或稍大于电路的工作电流，即：IR≥I。

(2)对于一台电动机的短路保护，考虑到电动机的启动冲击电流的影响，可按下式选择：IR = (1.5～2.5)IN

(3)对于多台电动机应按下式计算：IR≥(1.5～2.5)IN

MAX+使用熔断器时，对于螺旋式熔断器，将带色标的熔断管一端插入瓷帽，再将瓷帽连同熔管一起拧入瓷套，负载端接到金属螺纹壳的上接线端，电源线接到瓷座上的下接线端，并保证各处接触良好。还应当考虑熔体材料，铅锡锌为低熔点材料，所制成的熔体不易熄弧，一般用在小电流电路中；银、铜、铝为高熔点材料，所制成的熔体容易熄弧，一般用在大电流电路中。当熔体已熔断或已严重氧化，需要更换熔体时，还应注意使新换熔体和原来熔体的规格保持一致。

2)接触器的选择正确地选择接触器就是要使所选用的接触器的技术数据，能满足控制线路对它提出的要求，选择接触器可按下列步骤进行：

(1)根据接触器的任务，确定用哪一系列的接触器。

(2)根据接触器所控制电路的额定电压确定接触器的额定电压。

(3)根据被控制电路的额定电流及接触器安装的条件来确定接触器的额定电流。如接触器在长期工作制下使用时，其负载能力应适当降低，这是因为在长期工作制下，触点的氧化膜得不到清除，使接触电阻增大，因而必须降低电流值以保持触头的允许升温。

(4)一般情况下，对于控制主电路为交流的应采用交流的控制电路。电磁线圈的额定电压要与所接的电源电压相符，且要考虑安全和工作的可靠性。交流电磁线圈的电压等级有36V、110V、127V、220V和380V等；直流电磁线圈的电压等级有24V、48V、110V、220V和440V等。

(5)对于某些机械设备对接触器的固有吸合时间、固有释放时间及释放电压所提出的要求也应予以考虑。

3)时间继电器的选择时间继电器的种类很多，选择时主要考虑控制线路提出的技术要求，如电源电压等级、电压种类(交流还是直流)以及触点的形式(瞬时触点还是延时触点)、数量、延时时间等。此外在满足技术要求的前提下尽可能选择结构简单、价格便宜的型号。目前在工业上经常使用一些质优价廉的数字化时间继电器，其核心一般是单片机或高精度的数字电路，具有精度高、使用灵活、故障率低等优点，是时间继电器发展的主流。

4)热继电器的选择一般情况下，可选用两相结构的热继电器；对电网电压严重不平衡、工作环境恶劣或较少有人照管的电动机，可选用三相结构的热继电器；对于三角形接线的电动机，为了进行断相保护，可选用带断相保护装置的热继电器。工作时间较短、停歇时间较长的电动机，如机床的刀架或工作台快速移动所用的电机及恒定负载下长期运行的电动机(如风扇、油泵等)，可不必设置热过载保护。热继电器的具体选择如下：

(1)保护电动机的额定电流，一般选用热继电器额定电流的0.95～1.05倍。

(2)根据需要的整定电流值选择热继电器热元件的编号和额定电流。选择时应使热元件的整定电流等于电动机的额定电流，同时整定电流应留有一定限度的上、下调整范围。在重载启动以及启动时间较长时，为防止热继电器误动作，可将热元件在启动期间予以短路。选择低压电器时，注意某些电器之间的区别。有的电器在一定条件下可以相互替代，如在通断电流较小的情况下，中间继电器可以代替接触器启动电动机。有的电器在电动机负载的情况下不能互相替代，如热继电器和熔断器都是保护电器，都串接于电路中对非额定电流实施保护，但是短路电流太大，热继电器由于热惯性不能马上动作，不能进行短路电流的保护，所以不能代替熔断器；而过载电流远小于短路电流，不足以使熔断器动作，一定时间后将破坏电动机的绝缘，所以熔断器不能代替热继电器。

3.常见电气控制电路和基本电气控制电路的绘制绘制基本原则为：

(1)原理图一般分为电源电路、主电路、控制电路、信号电路及照明电路绘制；

(2)原理图中，各电器触头位置都按电路未通电未受外力作用时的常态位置画出，分析原理时，应从触头的常态位置出发；

(3)原理图中，各电器元件不画实际的外形图，而采用国家规定的统一国标符号画出；

(4)原理图中，各电器元件不按它们的实际位置画在一起，而是按其在线路中所起作用分别画在不同电路中，但它们的动作却是相互关联的，必须标以相同的文字符号。2.5.3电气控制线路的故障检查

1.故障查询故障查询就是在检查处理故障前，通过“问”、“看”、“听”、“摸”来了解故障发生前后的详细情况，以便能迅速地判断出故障的具体部位，及时准确地排除故障。

(1)问。向操作者详细了解故障发生前后的具体情况。应具体了解的情况包括：故障是偶尔发生还是经常发生；故障发生前有无频繁启动、停止或过载；是否经过检修、维护或改动控制线路等；发生故障时有哪些现象(如声响、冒烟、弧光或起火等)。

(2)看。断路器是否跳闸，熔体是否熔断；指示仪表显示是否异常；电器元件有无损坏、烧毁、触点熔焊、接线脱落及断线等。

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