电控第2章电气控制的基本环节

第二章

电气控制的基本环节

第一节

电气图概述

第二节

三相笼型异步电动机的点动与连续控制

第三节

三相笼型异步电动机的正反转控制

第四节

三相笼型异步电动机的降压起动控制

第五节

三相绕线转子异步电动机起动控制

第六节

三相异步电动机的制动控制

第七节

三相异步电动机的调速控制

第八节

三相异步电动机的多点控制与顺序控制

第九节

电气控制系统的保护环节

习题与思考题电气控制系统是由电气元件按照一定要求联接而成的。电气控制系统图是用图形的方式来表示电气控制系统中的电气元件及其联接关系，图中采用不同的图形符号表示各种电器元件、采用不同的文字符号表示各电器元件的名称、序号或线路的功能、状况和特征，采用不同的线号或接点编号来表示导线与连接等。电气控制系统图是电气系统安装、调整、使用和维修的重要资料。一、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都有统一的国家标准。近年来，我国采用GB4728-84“电气图用图形符号”、GB6988-87“电气制图”和GB7159-87“电气技术中的文字符号制定通则”等新标准，在绘制电气控制系统图时必须严格遵循。第一节

电气图概述二、电气控制系统图电气原理图电器布置图电气安装接线图（一）电气原理图用规定的图形符号，按主电路和辅助电路相互分开并依据各电器元件动作顺序等原则所绘制的线路图，称为电气原理图。它包括所有电器元件的导电部件和接线端点，不表示电气元件的形状、大小和安装方式。

某机床的电气控制原理图1．绘制电气原理图的原则1）所有电器元件均采用国家统一规定的图形符号和文字符号来表示。2）各电器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，同一电器元件的各部件可以不画在一起。3）所有电器的触头都按没有通电和没有受外力作用时的状态绘制。4）无论是主电路还是辅助电路，各电气元件一般按动作顺序从上到下，从左到右依次排序，可水平布置或者垂直布置。5）有直接电联系的交叉导线连接点，要用黑圆点表示。无直接联系的交叉导线连接点不画黑圆点。2.原理图区域划分图区编号可以设置在图的上方或下方，对应图区编号下方或上方表明它对应电路的功能。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：

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：接触器表示法中各栏的含义如下：左栏中栏右栏主触点所在图区辅助常开触点所在图区辅助常闭所在图区XXX左栏右栏常开触点所在图区常闭触点所在图区XX继电器表示法中各栏的含义如下：KM148X4XX4KM19例如：（二）电器元件布置图电器元件布置图是用来表明电气设备上所有电机、电器的实际位置，为电气控制设备的制造、安装、维修提供必要的档案资料。

某机床的电器元件

布置图（三）电气安装接线图电气安装接线图是用规定的图形符号，按各电器元件相对位置绘制的实际接线图。

例如，车床的电气安装接线图第二节

三相笼型异步电动机点动与连续控制一、电动机点动控制电路点动：操作者按下起动按钮后，电动机起动运转，松开起动按钮时、电动机就停止转动。如图a为最基本的点动控制线路。合QS－>按下SB2－>KM线圈得电－>主触头闭合－>M起动;松开SB2－>KM线圈失电－>主触头断开－>M停车。FLASH动画

二、单向连续控制电路右图为三相笼型异步电动机单向连续控制电路。1.工作原理起动过程：合QS

按下SB2

KM线圈得电自锁

M起动。停车过程：按下SB2

KM线圈断电

M停车。

FLASH动画自锁2.电路的保护环节（1）短路保护

由熔断器实现电路短路保护。（2）过载保护

通过热继电器实现电动机长期过载保护。（3）欠压和失压保护

由接触器电磁机构与按钮SB2实现。欠压保护：是指电机主回路和控制回路供电电压低于电机额定电压时所实施的保护。失压保护：是指在电机运行时由于外界突然断电后又重新恢复供电时所实施的保护。三、点动、连续切换控制1、转换开关SA实现切换工作原理：点动：手动开关SA打开连续工作：合上SA，自锁触头接入，即可实现连续控制。FLASH动画既可实现点动又可实现连续运行的控制线路2、复合按钮实现点动控制按钮SB3实现点动控制

合QS

按下SB3

KM线圈得电自锁

主触点闭合

M起动；

松开SB3

KM线圈失电

主触点断开

M停车。按钮SB2实现连续控制

合QS

按下SB2

KM线圈得电自锁

主触点闭合

M起动。FLASH动画3、中间继电器实现点动控制按钮SB2实现点动控制

合QS

按下SB2

KA得电

KM线圈得电

M起动；

松开SB2

KA失电

KM线圈失电

M停车。按钮SB3实现连续控制

合QS

按下SB3

KM线圈得电自锁

M起动。FLASH动画第三节

三相笼型异步电动机的正反转控制一、电气互锁正反转控制在电动机正反转控制线路中，利用两个接触器的常闭辅助触点互相控制的方法称为互锁，而两对起互锁作用的触点称为互锁触点。特点：正停反控制、电气互锁FLASH动画二、双重互锁正反转控制特点：正反停控制、电气互锁、机械互锁正转：合QS－>按下SB2－>KM1得电自锁－>M正向起动；反转：松开SB3－>KM2得电自锁－>M反向起动；停车：按下SB1－>KM1、KM2失电－>M停车。FLASH动画互锁联锁

三、自动往复行程控制SQ1为正向转反向行程开关SQ2为反向转正向行程开关工作原理：合QS

按下SB2

KM1得电自锁

M正转

驱动运动部件前进

碰压SQ2

KM1失电、KM2得电

M反转

驱动运动部件后退

碰压SQ1

KM2失电、KM1得电

M正转；周而复始。FLASH动画上述自动往返运动，运动部件每经过一个循环，电动机要进行两次制动过程，会出现较大的制动电流和机械冲击。因此，这种电路只适用于电动机容量较小、循环周期较长、电动机转轴具有足够刚性的拖动系统。第四节

三相笼型异步电动机降压起动控制

较大容量的笼型异步电动机（大于10kW）因起动电流较大，不允许用全压直接起动，应采用降压起动控制。降压起动时，先降低加在电动机定子绕组上的电压，待起动后再将电压升高到额定值，使之在正常电压下运行。由于电枢电流和电压成正比，所以降低电压可以减小起动电流，这样不致在电路中产生过大的电压降，减少对线路电压的影响。三相笼型异步电动机常用的降压起动方法有：定子串电阻（或电抗器）降压起动、星-三角（Y-

）降压起动、自耦变压器降压起动及延边三角形降压起动。

一、定子串电阻降压起动控制合上QS

按下SB2

KM1、KT线圈得电

电机串电阻R降压起动

当电机转速接近额定值时，时间继电器KT动作

KM2线圈得电并自锁

电阻R短接

KM1、KT线圈断电释放

电动机经KM2主触点进入全压运行。

FLASH动画

二、星-三角（Y-

）降压起动控制1、适用范围正常运行时，定子绕组接成三角形运转的三相笼型异步电机，可采用星-三角降压起动。2、工作原理起动时，每相绕阻的电压下降到正常工作电压的1/，故起动电流下降到全压起动时的1/3，但其起动转矩只有全压起动时的1/3。当转速接近额定转速时，将电动机定子绕组改接成三角形，电动机进入正常运行状态。（1）双接触器控制电路

适用于13kW以下电动机的起动

（2）三接触器控制电路

适用于13kW以上电动机的起动

按下SB2，KM1、KT、KM3线圈同时通电吸合自锁，星形降压起动；当KT动作，KM3线圈断电释放，KM2线圈通电吸合，电机三角形连接，全压运行。3、三接触器控制电路FLASH动画三、延边三角形降压起动控制电路延边三角形降压起动是一种既不用增加起动设备，又能提高起动转矩的起动方法。延边三角形电动机定子绕组联结图电动机绕组有9个接线端。出线头编号分别为：U（U1、U2、U3）V（V1、V2、V3）W（W1、W2、W3）其中，U3、V3、W3为绕组中间抽头。

按下SB2，KM1、KM2、KT线圈同时得电并自锁，电机延边三角形降压起动；当电机转速接近于额定转速时，KT动作，KM1线圈断电释放，KM3线圈通电并自锁，KM3主触点闭合，电机三角形正常运转。

延边三角形降压起动控制电路第五节

三相绕线式异步电动机起动控制

三相绕线转子异步电动机的转子绕组可以通过滑环串接起动电阻以达到减小起动电流、提高转子电路功率因数和起动转矩的目的。常用串电阻和串频敏变阻器两种装置进行起动。一、转子串电阻起动控制电路串接在三相转子绕组中的起动电阻一般都接成星形。起动前，起动电阻全部接入，起动过程中将电阻依次短接，起动结束时，转子电阻全部被短接。短接起动电阻的方式有三相电阻不平衡短接法和三相电阻平衡短接法两种。按下SB2，KM1、KT1线圈得电，电动机串电阻降压起动。当KT1延时到，KM2得电，短接电阻R1，KT2得电。当KT2延时到，KM3得电，短接电阻R2，KT3得电。KT3延时到，KM4得电，短接电阻R3，电动机起动过程结束。时间原则控制的起动电路FLASH动画电流原则短接起动电阻的控制电路按下起动按钮SB2，KM1得电，电机起动，起动电流大，KI1、KI2、KI3同时吸合动作，KM2、KM3、KM4线圈全部断电，串全电阻降压起动。随转子电流减小，KI1首先释放，短接第一段转子电阻R1，再KI2释放，短接R2，如此下去，直到将转子全部电阻短接，电机起动过程结束。*KI1、KI2、KI3欠电流继电器，吸合电流相同，释放电流不同，KI1>KI2>KI3。FLASH动画当三相异步电机脱离电源，由于惯性，转子要经过一段时间才能完全停止运行，这不能适应某些生产机械工艺的要求，如对万能铣床、卧式镗床、组合机床等，会造成运动部件停位不准、工作不安全等现象，电机需进行有效的制动，使之能迅速停车。制动方法一般有两大类：机械制动和电气制动。机械制动是利用电磁抱闸等机械装置来强迫电动机迅速停车；电气制动是使电动机工作在制动状态，使电动机的电磁转矩方向与电动机的旋转方向相反，从而起制动作用。电气制动控制电路包括反接制动和能耗制动。

第六节

三相异步电动机的制动控制

一、反接制动控制电路1、反接制动种类：倒拉反接制动——起重机下放重物；电源反接制动：*为防止转子降速后反向起动，当转速接近于零时

应迅速切断电源；**转子与突然反向的旋转磁场的相对速度接近于两倍的同步转速，为了减小冲击电流，通常在电动机主电路中串接电阻来限制反接制动电流。2、反接制动电阻的接线方法：

对称、不对称3、反接制动特点是制动迅速，效果好，冲击大，通常仅适用于10kW以下的小容量电动机。

按下SB2，KM1得电，全压起动。速度继电器KS的常开触点闭合，为反接制动作准备。停车时，按下停止按钮SB1，KM1断电，由于惯性，电机的转速还很高，KS依然动作，因SB1按下，KM2得电，电机反接制动，转速迅速下降，当速度继电器恢复，KM2断电，电机断电，反接制动结束。

电动机单向运转的反接制动控制电路按起动SB2，正转KM1得电，电机正转起动，KS动作，正转常闭触点KS-1断开，常开触点KS-1闭合。为KM2线圈的通电作准备。按停止按钮SB1，KM1断电，KM2通电，正向反接制动。由于速度继电器的常闭触点KS-1已断开，KM2线圈不自锁。当转速接近于零，正转常开KS-1断开，KM2断电，正反接制动结束。

电动机可逆运行的反接制动控制电路电阻R是反接制动电阻，同时也限制起动电流具有限流电阻的可逆反接制动控制电路工作原理：按下正转起动按钮SB2，中间继电器KA3得电并自锁，接触器KM1线圈通电，KM1的主触点闭合，定子绕组经电阻R接通正向三相电源，电机定子绕组串电阻降压起动。当电机转速上升到一定值时，KS的正转常开触点KS-1闭合，中间继电器KA1得电并自锁，此时KA1、KA3中间继电器的常开触点全部闭合，接触器KM3线圈得电，KM3主触点闭合，短接电阻R，定子绕组全压运行。若按下停止按钮SB1，则KA3、KM1、KM3线圈断电。此时电机转速仍然很高，速度继电器KS的正转常开触点KS-1尚处于闭合状态，中间继电器KA1线圈仍得电，所以接触器KM1常闭触点复位后，接触器KM2线圈得电，KM2常开主触点闭合，使定子绕组经电阻R获得反向三相交流电源，电机进行反接制动。当转速小于100r／min时，KS的正转常开触点KS-1复位，KA1断电，KM2断电，反接制动过程结束。

二、能耗制动控制电路

1、单向能耗制动控制电路

正常运行后，按下停止按钮SB1，KM1断电，切断电机电源，同时KT得电，KM2得电并自锁，直流电源接入定子绕组，进行能耗制动。当时间到时常闭触点KT断开，KM2断电，直流电源被切除，同时KM2常开辅助触点复位，时间继电器KT线圈断电，能耗制动结束。

时间原则控制的单向能耗制动控制电路FLASH动画制动时，按下停止SB1，KM断电，断开三相电源。此时速度仍然很高，KS的常开触点仍然闭合，KM2能够依靠SB1按钮的按下通电，定子绕组通入直流电，能耗制动。当电机速度接近零时，KS常开触点复位，KM2断电，能耗制动结束。

速度原则控制的单向能耗制动控制电路FLASH动画

正常正向运转中，按下停止按钮SB1，KM1断电，KM3和KT得电并自锁，KM3常开主触点闭合，直流电源加到定子绕组，电动机进行正向能耗制动。当转速接近零时，时间继电器延时断开的常闭触点KT断开KM3线圈电源。KM3主触点断开直流电源，KM3常开辅助触点复位，KT断电，正向能耗制动结束。

2、电动机可逆运行能耗制动控制电路FLASH动画一、三相笼型异步电动机的有级调速控制原理由三相异步电动机的转速公式n=60f1(1-s)/p可知，三相异步电动机的调速方法主要有变极对数调速、变转差率调速及变频调速三种。1、变转差率调速：改变定子电压、改变转子电路中的电阻、串级调速、电磁转差离合器调速。2、变频调速：SPWM结合逆变器。3、变极调速：双速或多速电动机。变极对数仅适用于三相笼型异步电动机。第七节

三相异步电动机的调速控制

a）三角形连接，电动机四极运行，低速b）是双星形连接，电动机两极运行，高速。

4／2极双速电机定子绕组按下低速起按钮SB2，低速接触器KM1得电，KM1主触点闭合，电机定子绕组接为三角形，电机低速运转。按下高速起按钮SB3，低速KM1断电，高速接触器KM2和KM3线圈得电，电机定子绕组联成双星形，电机高速运转。二、接触器控制的双速电动机控制电路开关SA扳到中间位置时，电机处于停止状态。SA扳到“低速”位置时，KM1得电，定子绕组联成三角形，低速运行。将SA扳到“高速”位置时，KT得电，电动机定子绕组先联成三角形，低速起动。KT动作，电机定子绕组联成双星形，高速运行。三、时间继电器自动控制的双速电动机控制电路第八节

多点控制与顺序控制一、多点控制二、顺序控制第九节

电气控制系统的保护环节一、短路保护常用的短路保护元件有熔断器和自动开关。二、过载保护常用的过载保护元件是热继电器。常用保护环节短路保护过载保护零电压、欠电压保护弱磁保护过流保护三、过电流保护直流电机和绕线转子异步电机控制线路中，过电流继电器也起着短路保护的作用。过电流的动作值为起动电流的1.2倍。四、零电压及欠电压保护为了防止电网失电后恢复供电时电机自行起动的保护称之零压保护。在电机的运行过程中，当电源电压降低至UN的60％～80％以下时，将引起某些电器释放，造成控制系统不正常工作，因此而设置的保护环节称为欠电压保护。通常采用欠电压继电器或设置专门的零电压继电器来实现。短路保护—熔断器FU1和FU2；过载保护:热继电器FR；

过电流保护:过电流继电器KI1、KI2；零压保护:中间继电器KA；欠电压保护:欠电压继电器KV；互锁保护:KM1和KM2。五、弱磁和失磁保护弱磁保护一般由串入电动机励磁回路的欠电流继电器来实现的。习题与思考题2-1下图为多个无法正常工作的电动机连续运行控制电路，分析其故障现象并绘制正确的控制电路。2-2分析三相异步电动机双重互锁正反转控制线路（图2-7b）并回答以下问题：（1）控制线路中有哪些保护环节，分别由哪些电器元件来实