《电气控制与PLC原理及应用》课件第2章

2.1电气控制线路图基础知识

2.2继电器－接触器控制线路基本环节

2.3三相笼型异步电动机的基本控制电路

2.4典型生产机械设备电气电路分析

思考与习题2.1电气控制线路图基础知识2.1.1常用电气图的图形符号和文字符号在电气图中，电气设备和电气元件用不同的图形符号和文字符号表示。这些图形符号和文字符号必须采用统一标准。国家标准局参照国际电工委员会(IEC)颁布的有关文件，制定了我国电气设备的有关国家标准，如：GB/T4728《电气图用图形符号》、GB6988《电气制图》、GB7159《电气技术中的文字符号制定通则》。

1．图形符号图形符号用于表示一个设备或概念的图形、标记或字符。例如：“~”表示交流，“”表示电阻。在国家标准中，除按专业规定了各种图形符号外，还规定了绘图比例、符号要素、限定符号和常用的其他符号，详见附录A。

2．文字符号文字符号是用来表示电气设备、装置和元器件种类的字符代码和功能字符代码(名称、功能、状态和特征)。电气图中的文字符号应符合国家标准GB/7159-1987《电气技术中的文字符号制订通则》的规定，采用大写拉丁字母正体字表示(“I”、“J”、“O”除外)，标注在相应的设备、装置、元器件上或近旁。文字符号分为基本文字符号和辅助文字符号。

1)基本文字符号基本文字符号又分单字母文字符号和双字母文字符号两种。单字母符号表示电气设备、装置和元器件的大类，每大类用一个专用单字母符号表示，如“K”表示继电器、接触器类，“R”表示电阻器类，“Q”表示开关类，“C”表示电容器类等。双字母符号由一个表示大类的单字母符号与另一表示器件某一特性的字母组成，组合形式为单字母符号在前、另一个字母在后，如“F”表示保护器件类，“FU”表示熔断器，“FR”表示热继电器。双字母符号中的另一个字母通常选用该类设备、装置和元器件的英文名称的首位字母，或常用缩略语，或约定俗成的习惯用字母。例如：G为电源的单字母符号，“Synchronousgenerator”为同步发电机的英文名，“Asynchronousgenerator”为异步发电机的英文名，则同步发电机、异步发电机的双字母符号分别为“GS”、“GA”。

2)辅助文字符号辅助文字符号是用以表示电气设备、装置和元器件以及电路的功能、状态和特征的。如“DC”表示直流，“AC”表示交流，“SYN”表示同步，“ASY”表示异步，“L”表示限制，“RD”表示红色等。辅助文字符号也可放在表示种类的单字母符号后边组成双字母符号，如“KS”表示速度继电器，“KM”表示继电器类元件中的接触器。为简化文字符号起见，当辅助文字符号由两个以上字母组成时，可以只采用其第一位字母进行组合。

3)补充文字符号补充文字符号用于基本文字符号和辅助文字符号在使用中仍不够用时进行补充标记，但要按照国家标准中的有关原则进行。例如，有时需要在电气原理图中对相同的设备或元器件加以区别时，常使用数字序号进行编号，如“G1”表示1号发动机，“T2”表示2号变压器。

4)线路和三相电气设备端标记线路采用字母、数字、符号及其组合标记。标记方法包括对三相交流电源、电动机主电路、控制电路、电动机绕组的标记方法。三相交流电源引入线采用L1、L2、L3标记，中性线采用N标记。保护接电采用PE标记。电源开关之后的三相交流电源主电路分别按U、V、W顺序标记。直流系统的电源正、负、中间线分别用L+、L-与M标记。各电动机分支电路各接点的标记，采用三相文字代号加数字表示。数字中的个位数表示电动机代号，十位数字表示该支路各接点的代号，从上到下按数值大小顺序标记。形成双下标标志。凡是被器件、触点间隔的接线端子按双下标数字顺序标志，如M1电动机所在的主电路，用U11、V11、W11；U12、V12、W12……标记，M2电动机所在的主电路，用U21、V21、W21；U22、V22、W22……标记，以此类推。控制电路采用阿拉伯数字编号，一般由三位或三位以下的数字组成。标注方法按“等电位”原则进行，在垂直绘制的电路中，标号顺序一般由上而下编号，凡是被线圈、绕组、触点或电阻、电容等元件所隔离的线段，都应标以不同的电路标记。参阅图2-l所示的电气原理图中元件符号和线路标记。2.1.2电气控制线路图的绘制规则

1．电气原理图电气原理图是用来表示电路中各电气元件的连接关系和电气工作原理的电路图。由于原理图具有结构简单、层次分明，便于研究和分析电路的工作原理等优点，因此无论在设计部门、或现场及教学上都得到了广泛的应用。下面说明电气原理图的绘制原则，请参照图2-1的电气原理图。图2-1电气原理图示例图2-1电气原理图示例

(1)电气原理图一般分为主电路和辅助电路。主电路是从电源到电动机或线路末端的电路，是强电流通过的部分，画在原理图的左侧或上面。辅助电路是通过小电流的电路，一般是由按钮、电器元件的线圈、接触器的辅助触点、继电器的触点等组成的控制电路、照明电路、信号电路及保护电路等，画在原理图的右侧。复杂的系统则分图绘制。

(2)每一电器元件采用国家规定的统一的图形符号来表示，在图形符号附近用文字符号标注属于哪类电器，例如，线路接触器的线圈和触头皆用文字符号KM标注。需要测试和拆、接外部引出线的端子，用图形符号“空心圆”表示。电路的连接点用“实心圆”表示。

(3)同一电器的各个部件(如接触器的线圈和触头)在图中的位置，根据便于阅读和研究的原则来安排，可以不画在一起，但属于同一电器的部件均编以相同的文字符号。若有多个同一种类的电器元件，可在文字符号后加上数字序号，如KM1，KM2等。

(4)对于接触器、继电器的触头按吸引线圈不通电状态画出，控制器手柄按趋于零位时的状态画出，按钮、行程开关触头按不受外力作用时的状态画出等。

(5)在原理图中，无论是主电路还是辅助电路，各电气元件一般应按动作顺序和信号流从上到下，从左到右依次排列，可水平地布置或者垂直地布置，并尽可能减少线条和避免线条交叉。电路中各元器件触点图形符号，当图形垂直放置时，以“左开右闭”原则绘制，当图形为水平放置时以“上闭下开”原则绘制。

(6)直流和单相电源电路用水平线画出，一般画在图样上方(直流电源的正极)和下方(直流电源的负极)。多相电源电路，用水平线集中画在图样上方，相序自上而下排列。中性线(N)和保护接地线(PE)放在相线之下。主电路与电源电路垂直画出。控制电路与信号电路垂直画在两条水平电源线之间。耗电元件(如线圈，电磁铁，信号灯等)直接与下方水平线连接，控制触点连接在上方水平线与耗电元件之间。

(7)为了便于检索电气线路，方便阅读、分析，在原理图的上方或右方将图分成若干图区，并标明该区电路的用途与作用。

(8)在电气原理图中，接触器和继电器线圈与触点之间的从属关系要加以说明。即在原理图中相应线圈的下方，给出触点的文字符号，并在其下注明相应触点的索引代号，对未使用的触点用“×”表示，也可以不画，如图2-2是对接触器KM相应触点的索引。各栏的含义如下：左栏：主触点所在的图区号；中栏：动合辅助触点所在的图区号；右栏：动断辅助触点所在的图区号。对于继电器，其各栏的含义如下：左栏：动合触点所在的图区号；右栏：动断触点所在的图区号。图2-2

接触器触点索引

2．电器元件布置图电器元件布置图主要是用来表明成套设备中所有电机电器的实际位置的一种图，为生产机械电气控制设备的制造、安装提供必要的资料。图中各电器代号应与有关电路图和电器清单上所用的元器件代号相同。图中不需要标注尺寸。图2-3为电器元件布置图的示例。图2-3电器元件布置图例

3．电气安装图电气安装图又称电气互连图、安装接线图，用于电气设备和电器元件的安装、配线或检修。它清楚地表明电气设备外部元件的相对位置及它们之间的电气连接，在具体施工和抢修中能够起到电气原理图所起不到的作用，在生产现场得到广泛应用。它是电气原理图具体实现的表现形式，可直接用于安装配线。绘制电气安装图的原则是：

(1)同一电器的各部件画在一起，其尺寸和比例没有严格要求，各部件的位置尽量符合实际情况。

(2)各电器元件的图形符号、文字符号和回路标记，均应以原理图为准，并且要保持一致。

(3)不在同一控制箱内或不是同一块配电屏上的各电器元件之间的连接，必须通过接线端子板进行连接。同一控制箱内的各控制元件之间可以直接连接。安装接线图上所表示的电气连接，一般不表示实际走线的途径，施工时由操作者根据实际情况选择最佳走线方式。

(4)应详细地标明配线用的各种导线的型号、规格、截面积及连接导线的根数。标明所穿管子的型号、规格等，并标明电源的引入点。图2-4为某车床电气安装图的一部分。在该图中表明了电源进线、按钮板、电动机与接线端子板直接的连接关系。图2-4电气安装图示例2.2继电器－接触器控制线路基本环节2.2.1启停、自锁环节和连续控制图2-5为三相异步电动机单向全压启动、停止、连续自锁控制线路。主电路由刀开关QS、熔断器FU、接触器KM的主触点、热继电器FR的热元件和电动机M构成。控制回路由FR的常闭触点、停止按钮SB1、启动按钮SB2、接触器线圈KM和常开触点KM组成，这也是最典型的启动、停止、连续、自锁控制线路。启动时，合上QS，按下按钮SB2，则KM线圈通电，接触器KM吸合，主触点闭合，电动机接通电源开始全压启动，同时KM的辅助常开触点也闭合，使KM的线圈经两条路通电。图2-5三相异步电动机连续控制电路这样，当松开按钮SB2时，SB2复位跳开，KM线圈通过KM的辅助常开触点，照样通电处于吸合状态，从而保证电动机的连续运行。这种依靠接触器自身的辅助触点而使其线圈保持通电的现象称为自锁或自保持。要使电动机停止运转，只要按一下停止按钮SB1即可，这时接触器KM线圈断电，KM的主触点断开主电源，电动机停止，同时KM的辅助常开触点也断开，控制回路解除自锁，即使手松开停止按钮SB1，控制回路也不能再自行启动。2.2.2点动控制在生产实际中，有的生产机械需要点动控制，如夹紧机构在夹紧过程中机床的对刀调整、快速进给等。有的生产机械进行运动位置调整时，也需要点动控制。图2-6列出了几种点动控制线路。图2-6实现点动的几种控制电路图(a)是点动控制线路的最基本形式。当按下启动按钮SB时，接触器KM通电吸合，其主触头闭合，电动机接通电源启动运转。当松开启动按钮SB时，在恢复弹簧作用下，SB恢复常开状态，接触器KM断电释放，电动机断电停止。图(b)是带手动开关SA的点动控制线路。当需要点动时，将开关SA打开，操作SB2即可实现点动控制。当需要连续控制时，将开关SA闭合，将KM的自锁触点接入，操作SB2即可实现连续控制。图(c)中增加了一个复合按钮SB3，这样，需要点动控制时，按下按钮SB3，其常闭触点先断开接触器KM自锁电路，常开触头后闭合，接通启动控制电路，KM线圈通电，主触头闭合，电动机启动运转。当松开SB3时，KM线圈断电，主触头断开，电动机停止转动。若需要电动机连续运转，由按钮SB2、SBl来实现连续控制。2.2.3可逆控制与互锁(或联锁)环节许多机械运动部件，根据工艺要求经常需进行正反方向两种运动，采用电力拖动时可借电动机的正反转来实现这两种运动。由异步电动机的工作原理可知，只要改变电动机三相电源的相序，就可以实现控制异步电动机正反向运动。为了更换相序，需要使用两个接触器来完成。图2-7为异步电动机正反转的自动控制线路。正转接触器KM1接通正向工作电路，反转接触器KM2接通反向工作电路，此时电动机定子端的相序恰与前者相反，系统全压启动。图2-7(a)所示的自动控制线路具有下述缺点：若不小心同时按下正向按钮SB1和反向按钮SB2，可以使KM1、KM2接触器同时接通，会造成主电路的电源发生短路事故。图2-7异步电动机反转的自动控制线路为避免产生上述事故，必须要加互锁保护，使其中任一接触器工作时，另一接触器即失效不能工作。为此，采用如图2-7(b)所示的电气互锁，当按下SB1按钮后，接触器KM1动作，使电动机正转。KM1除有一常开触点将其自锁外，另有一常闭触点串联在接触器KM2线圈的控制回路内，它此时断开。因此，若再按SB2按钮，接触器KM2受KM1的常闭触点互锁不能动作，这样就防止了电源短路的事故。但此线路尚存在下述缺点：反向时，必先停止按钮SB，不能直接按反向按钮SB2，故操作不太方便。造成此缺点的基本原因在于按SB2时，不能断开正向接触器KM1的常闭触点，继续互锁保护。因此，需采用复合按钮，接成如图2-7(c)所示的线路。此线路是一个较完整的正反转自动控制线路，生产机械中用得很多。2.3三相笼型异步电动机的基本控制电路2.3.1电动机降压启动的控制电路三相异步电动机在容量较小时可以采用全压直接启动，控制线路简单。但对于容量较大的电动机，采用全压启动，启动电流会很大，应采用降压启动。星形/三角形降压启动是常用的方法之一。凡是正常运行时三相定子绕组接成三角形运转的三相鼠笼式异步电动机，都可采用星形/三角形降压启动。启动时，先将定子绕组按星形连结，接入三相交流电源。此时，由于电动机每相绕组电压只为正常工作电压的,因此减少启动电流，待电动机转速接近额定转速时，再将电动机定子绕组改成三角形连结，各相绕组承受额定工作电压，电动机进入正常运转。这种启动方法简便、经济，不仅适用于轻载启动，也适用于较重负载下的启动。星形/三角形启动电路有多种，图2-8所示电路适用于交流50Hz、电压380V、容量13kW以上的三相异步电动机的星形/三角形启动。在该电路中，电动机启动过程的星形/三角形转换是靠时间继电器自动完成的。控制电路分析如下：合上三相电源开关QS，按下启动按钮SB2，KM1、KT、KM3线圈同时通电吸合并自锁，KM1主触头闭合接通电动机三相电源，KM3的主触头闭合将电动机的尾端连接，电动机接成星形连结，开始减压启动。时间继电器KT延时时间设定为电动机启动过程时间，当电动机转速接近额定转速时，时间继电器整定时间到，KT动作，其对应的常闭触点断开，常开触点闭合，前者使KM3线圈断电释放，KM3的辅助常闭触点闭合，为KM2线圈的通电做好准备，后者使KM2线圈通电吸合，电动机由星形连结改成三角形连结，进入正常运行。而KM2常闭触点断开，使时间继电器KT在电动机星形/三角形启动完成后断电，电路中实现了KM2与KM3的电气互锁。图2-8用于13kW以上的三相电动机的星形/三角形启动电路2.3.2三相异步电动机的制动控制

1．三相感应电动机反接制动通过改变电动机三相电源相序，使电动机定子旋转磁场与转子旋转方向相反，产生电磁制动转矩，使电动机转速迅速下降，当电动机转速接近于零时应立即切断三相交流电源，否则电动机将反向启动旋转。当电源反接制动时，转子转速与突然反向的定子旋转磁场的相对速度接近于2倍的同步转速，因此反接制动时，定子绕组电流相当于电动机全压启动时启动电流的2倍。为了减少这一冲击电流，电动机电源反接制动时，应在电动机定子电路中串入反接制动电阻，并限制其每小时反接制动的次数。由以上分析可知，电动机电源反接制动关键在于：

(1)三相感应电动机电源相序要反接。

(2)当电动机转速接近零时，应迅速切断三相感应电动机的三相电源，否则会出现反向启动。

(3)进行电源反接制动时，电动机定子电路应串入反接制动电阻，以减小反接制动电流，减小制动冲击。图2-9为电动机单向运行反接制动电路。图中KMl为电动机单向运行接触器，KM2为反接制动接触器，KV为速度继电器，R为反接制动电阻。速度继电器一般在120~1300r/min转速范围内触点动作，而转速低于100r/min时，触点复位。图2-9电动机单向运行反接制动电路控制电路分析如下：当电动机处于单向旋转时，KM1处于通电并自保状态，当速度超过120r/min，与电动机有机械联系的速度继电器相应触点闭合，为反接制动做准备。需停车制动时，按下停止按钮SB1，KMl线圈断电释放，其三对主触点断开，切除三相交流电源，电动机以惯性旋转。当将SB1按到底时，SB1常开触点闭合，使KM2线圈通电并自保，电动机定子串入对称电阻接入反相序三相电源进行反接制动，电动机转速迅速下降，当电动机转速低于100r／min时，速度继电器KV复原，其常开触点复位，使KM2线圈断电释放，电动机断开电源，以自然停车至零速。

2．三相感应电动机能耗制动能耗制动是将运行中的电动机从交流电源上切除的同时，在定子绕组上接通直流电源，在电机中产生一个静止的直流恒定磁场，转子导体中的感应电流与恒定磁场相互作用，产生制动力矩，使电动机迅速减速，最后停止转动。图2-10为三相感应电动机能耗制动控制原理图。图2-10能耗制动控制电路原理图控制电路分析如下：合上空气开关QF接通三相电源，按下启动按钮SB2，接触器KM1线圈通电并自锁，主触头闭合，电动机接入三相电源，启动运行。当需要停止时，按下停止按钮SB1，KM1线圈断电，其主触头全部释放，电动机脱离交流电源。此时，接触器KM2和时间继电器KT线圈通电并自锁，KT开始计时，KM2主触点闭合将直流电源接入电动机定子绕组，电动机在能耗制动下迅速停车。时间继电器KT的常闭触点延时断开时，接触器KM2线圈断电，KM2常开触点断开直流电源，脱离电源及定子绕组，能耗制动及时结束。电路中直流电源采用二极管单相桥式整流电路，电阻R用来调节制动电流大小，改变制动力的大小。在这个电路中，有下列互锁环节，起到互锁保护作用。

(1)KM2常闭触点与KM1线圈回路串联，KM1常闭触点与KM2线圈回路串联。保证了KM1与KM2线圈不可能同时通电，也就是在电动机没脱离三相交流电源时，直流电源不可能接入定子绕组。

(2)按钮SB1的常闭触点接入KM1线圈回路，SB1的常开触点接入KM2线圈回路，这时按钮互锁保证了KM1、KM2不可能同时通电，与上面的互锁触点起到同样作用。2.3.3电动机可逆运行自动往返控制电路有些生产机械，如组合机床、龙门刨床、导轨磨床、铣床等要求工作台在一定距离内能自动往返。而自动往返通常是利用行程开关实现位置到位检测和反向触发。若在预定位置电动机需要停止，则将行程开关安装在相应位置处，其常闭触点串接在相应的控制电路中。这样，在机械装置运动到预定位置时行程开关动作，常闭触点断开相应的控制电路，电动机停转，机械运动也停止。若需停止后立即反向运动，则应将此行程开关的常开触点并接在另一控制回路中的启动按钮处，这样在行程开关动作时，常闭触点断开了正向运动控制的电路，同时常开触点又接通了反向运动的控制电路。图2-11为自动往返控制电路，其中图2-11(a)是一个机械运动的示意图，图2-11(b)是往返循环电气控制原理图。图2-11自动往返控制电路控制电路分析如下：合上刀开关QS接通三相电源。按下正向启动按钮SB2，接触器KM1得电并自锁，KM1主触头闭合，接通电动机三相电源，电动机正转，带动机械部件向左运动(设左为正向)。当到达预定位置时，挡块压下行程开关SQ1，SQ1的常闭触点断开使接触器KM1断电，主触头释放，电动机断电。与此同时SQ1的常开触点闭合，使接触器KM2得电并自锁，其主触头使电动机电源相序改变，电动机由正转变为反转，电动机拖动机械部件向右运动。在运动部件向右运动过程中，挡块离开行程开关SQ1，SQ1复位，为下次KM1动作做好准备。当机械部件向右运动到预定位置时，挡块压下行程开关SQ2，SQ2的常闭触点使接触器KM2断电，主触头释放，SQ2的常开触点闭合使KM1得电并自锁，KM1主触头闭合接通电动机电源，电动机正转。如此周而复始地自动往返工作。当按下停止按钮SB1时，电动机停转，工作台停止移动。2.3.4电气控制系统的保护环节电气保护环节是电气控制系统的重要组成部分，是保证电气控制系统安全可靠运行的主要措施之一。所有电气控制系统必须设有完善的保护环节，用以保护电网、电动机、电器以及其他电路元件等。电气控制系统中常用的保护环节有短路保护、过载保护、零压保护、热保护、欠电压保护及弱磁保护等。下面从电气设计角度讨论电气故障的类型、产生原因、常用电气保护方法等。在正常工作中，电气设备通过的电流一般不超过额定电流，若少量超过额定电流，在短时间内，只要温升不超过允许值也是允许的，这也是各电器设备或元件应具有的过载能力。但当短路、过电流、过载和断相发生时，通过电器设备或元件的电流过大，将因发热而使温升超过绝缘材料的承受能力，就会造成事故，甚至烧毁电器设备。在散热条件一定的情况下，温升决定于发热量，而发热量不仅决定于电流大小，而且还与通电时间密切相关。电流型保护就是基于这一原理，通过传感元件检测过电流信号，经过信号变换、放大后控制执行机构及被保护对象动作，切断故障电路。电动机或电器元件都是在一定的额定电压下才能正常工作，电压过高、过低或者工作过程中非人为因素的突然断电，都可能造成生产机械的损坏或人身事故，因此在电气控制线路设计中，应根据要求设置失压保护、过电压保护及欠电压保护。

1．短路保护电器或线路绝缘损坏、负载短接、人为接线错误等故障，都有可能发生短路事故。短路时产生的瞬时故障电流可达到额定电流的几倍到几十倍，导致产生过大的热量，使电器设备和导线的绝缘损坏，甚至因电弧而引起火灾。因此要求一旦发生短路故障，控制电路能迅速地切断电源，这种保护叫短路保护。常用的短路保护元件有熔断器、低压断路器或专门的短路保护继电器等。在对主电路采用三相四线制或对变压器采用中性点接地的三相三线制的供电电路中，必须采用三相短路保护。若主电路容量较小，其电路中的熔断器可同时作为控制电路的短路保护；若主电路容量较大，则控制电路一定要单独设置短路保护，如图2-12所示。图2-12电气控制电路中常用的保护环节

2．过电流保护过电流保护是区别于短路保护的一种电流型保护。所谓过电流，是指电动机或电器元件超过其额定电流(一般不超过2.5IN)的运行状态，时间长了同样会过热损坏绝缘，需要采取保护。不正确的启动和过大的负载转矩常常引起电动机很大的过电流，但一般比短路电流要小。在电动机运行中，产生过电流比发生短路的可能性更大，特别是在频繁启动和正反转，重复短时工作制电动机中更是如此。在过电流情况下，电器元件并不是马上损坏，只要在达到最大允许温升之前，电流值能恢复正常，还是允许的。通常，过电流保护可以采用低压断路器、热继电器、过电流继电器，图2-12电路中过电流继电器KI1、KI2的线圈串联在被保护的主电路中，其常闭触点KI1、KI2串联在接触器控制回路中，由接触器去切断电源。当过电流继电器线圈中的电流达到其整定值时，过电流继电器动作，于是吸动衔铁，打开其常闭触点，使KM1释放，从而切断电源。这里，过电流继电器只是一个检测电流大小的元件，切断过电流还是靠接触器。如果用断路器实现过电流保护，则检测电流大小的元件就是断路器的电流释放线圈，而断路器的主触点用以切断过电流。

3．过载保护或热保护过载保护是类似于过电流保护的一种电流型保护。过载是指电动机的运行电流大于其额定电流。造成电动机过载的原因很多，如负载过大、三相电动机缺相运行、欠电压运行等。长期处于过载运行，绕组温升将超过其允许值，造成绝缘材料变脆，寿命降低，严重时还会使电动机损坏。过载电流越大，达到允许温升的时间就越短。常用的过载保护元件是热继电器，如图2-12中FR。由于热惯性的原因，热继电器不会受电动机短时过载冲击电流或短路电流的影响而瞬时动作，所以在使用热继电器作过载保护的同时，还必须装有熔断器或低压断路器配合作短路保护。当电动机过载时，热继电器发热元件发出较大的热量，经一定时间后，打开其常闭触点KR，使接触器释放，电动机被切断电源。在热继电器动作后，需等待30s以上，等双金属片冷却恢复原状，使其常闭触点闭合，再投入工作。

4．欠电压与零电压保护当电动机正常工作时，如果电源电压因某种原因消失造成停转，那么在电源电压恢复时，电动机就可能自行启动，这会造成事故。对电网来说，许多电动机同时启动，也会引起不允许的过电流和瞬间网络电压下降。为了防止电网失电，恢复供电时电动机自行启动的保护称做零电压保护。采用接触器及按钮控制电动机的起停，具有零电压保护作用。因为如果在正常工作中，电网电压消失，接触器就释放而切断电动机电源。当电网恢复正常时，由于接触器自锁电路已断开，故不会自行启动。但如果不是采用按钮，而是用不能自动复位的手动开关、行程开关等控制接触器，就必须采用专门的零电压继电器。当电动机运行时，电源电压过分地降低将引起电动机转速、电磁转矩降低甚至堵转，在负载一定的情况下，电动机电流将增加，不仅影响产品加工质量，还会影响设备正常工作，使机械设备损坏，造成人身事故。因此，在电源电压降到允许值以下时需要采取保护措施及时切断电源，这就是欠电压保护。采用接触器加按钮的控制方式，利用接触器本身可以起到欠电压保护的作用。但如果电网电压降低的幅度不足以使控制线路中的各类交流接触器、继电器释放，此时交流接触器、继电器既没有释放也不能可靠吸合，处于抖动状态并产生很大噪声,线圈电流增大,甚至过热造成电器元件和电动机被烧毁。因此通常还采用低压断路器或专门的电磁式电压继电器KV来进行欠电压保护，其方法是将电压继电器KV的线圈跨接在电源上，其常开触头串接在接触器控制回路中。当电网电压低于整定值时，电压继电器动作使接触器释放。图2-12是电气控制线路常用保护环节的集中体现，当然，有时并不一定这些保护环节全部需要。但短路保护、过载保护、零电压保护一般是不可缺少的。图中各电路元件所起的保护作用分别是：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；零电压保护：中间继电器KA、SA；欠电压保护：欠电压继电器KV；连锁保护：通过KM1和KM2互锁实现。

5．弱磁保护电动机磁通的过度减少会引起电动机的超速甚至发生“飞车”，因此需要采取弱磁保护。弱磁保护是通过电动机励磁回路串入欠电流继电器来实现的，在电动机运行中，如果励磁电流消失或降低太多，欠电流继电器就会释放，其触点切断接触器线圈的电源，使电动机断电停车。2.4典型生产机械设备电气电路分析2.4.1电气控制电路分析基础

1．电气控制分析的内容

(1)设备说明书：通过阅读设备说明书，分析设备的基本结构，机械、液压、气动部分的工作原理，分析加工工艺、电气传动方式和对电气控制的要求，以及设备的使用方法。

(2)电气控制原理图：包括主电路、控制电路、辅助电路、保护及联锁环节以及特殊控制电路等。

(3)电气设备的总装接线图。

(4)电器元件布置图与接线图。

2．电气控制原理图的阅读分析方法

(1)了解电气控制系统的总体结构、电动机和电器元件的分布状况；分析机械部件与电器元件的关联，含操纵手柄、行程控制的挡铁、撞块、离合器、电磁铁等的状态及安装位置；分析工艺过程、电气控制原理、控制要求。

(2)分析主回路。从主回路入手，根据伺服电动机、辅助机构电动机和电磁阀等执行电器的控制要求，分析它们的控制内容。控制内容包括启动、方向控制、调速和制动。

(3)分析控制电路。根据主回路中各伺服电动机、辅助机构电动机和电磁阀等执行电器的控制要求，逐一找出控制电路中的控制环节，按功能不同划分成若干个局部控制线路来进行分析。分析控制电路的最基本的方法是查线读图法。

(4)分析辅助电路。辅助电路包括电源显示、工作状态显示、照明和故障报警等部分,它们大多由控制电路中的元件来控制，所以在分析时，还要回头来对照控制电路进行分析。

(5)分析互锁与保护环节。机床对安全性和可靠性有很高的要求，为实现这些要求，除了合理地选择元器件和控制方案以外，在控制线路中还设置了一系列电气保护和必要的电气互锁。

(6)总体检查。经过“化整为零”，逐步分析每一个局部电路的工作原理以及各部分之间的控制关系之后，还必须用“集零为整”的方法，检查整个控制线路，看是否存在遗漏，特别要从整体的角度去进一步检查和理解各控制环节之间的联系，理解电路中每个元器件所起的作用。2.4.2C650型普通卧式车床电气控制电路分析

1．C650车床对电气控制的要求

C650车床共采用三台三相笼型异步电动机拖动，主轴与进给电动机M1、冷却泵电动机M2和溜板箱快速移动电动机M3。各台电动机的控制要求是：

(1)进给电动机(简称主电动机)M1，功率为30kW，允许在空载情况下直接启动。主轴与进给电动机要求实现正、反转，可经主轴变速箱实现主轴正、反转，或通过挂轮箱传给溜板箱来拖动刀架实现刀架的横向左、右移动。为便于进行车削加工前的对刀，要求主轴拖动工件能作调整点动，所以要求主轴与进给电动机能实现单方向旋转的低速点动控制。当主电动机停车时，由于加工工件转动惯量较大，故需采用反接制动。主电动机除具有短路保护和过载保护外，在主电路中还应设有电流监视环节。

(2)冷却泵电动机M2，功率为0.15kW，用以在车削加工时，提供冷却液，对工件与刀具进行冷却。采用直接启动、单向旋转、连续工作方式，具有短路保护与过载保护。

(3)快速移动电动机M3，功率为2.2kW，由于溜板箱连续移动是短时工作，故M3只要求单向点动、短时运转，不设过载保护。

(4)电路还应有必要的联锁、保护及安全可靠的照明电路。

2．C650型车床电气控制电路分析

1)控制原理图图2-13为C650型普通车床电气控制原理图。图2-13

C650卧式车床电气原理图带脱扣器的低压断路器QS将三相交流电源引人。FU1为主电动机M1短路保护熔断器，FR1为M1过载保护热继电器，R为限流电阻，限制反接制动时的电流冲击。通电电流互感器TA接入电流表来监视主电动机的线电流。KM1、KM2分别为主电动机正、反转接触器，KM3为主电动机制动限流接触器。速度继电器KS用于反接制动时转速的过零检测。冷却泵电动机M2通过接触器KM4的控制来实现单向连续运转，FU2为M2的短路保护熔断器，FR2为其过载保护热继电器。快速移动电动机M3通过接触器KM5控制实现单向旋转点动短时工作。

2)控制电路分析控制电路的电源为110V的交流电压，由控制变压器TC供给控制电路。同时，TC还为照明电路提供36V的交流电压，FU4为控制电路短路保护熔断器，FU3为照明电路短路保护熔断器，车床局部照明灯EL由主令开关SA控制。

(1)主电动机M1的点动调整控制。按下SB4，KM1线圈通电吸合(无自锁)，KM1主触头闭合，M1定子绕组经限流电阻R与电源接通，电动机M1定子串电阻作正转减压点动。若点动时速度达到速度继电器KS动作值140r/min，KS正转触头KS1将闭合，为点动停止时的反接制动作准备。松开点动按钮SB4，KM1线圈断电释放，KM1触头复原；若KS转速大于其释放值100r/min时，触点KS1仍闭合，使KM2线圈通电吸合，M1接入反相三相交流电源，并串入限流电阻R进行反接制动；当KS转速达到100r/min时，KS1触头断开，反接制动结束，电动机自然停止至零。

(2)主电动机M1的正、反转控制。正转时，按下启动按钮SB1，接触器KM3通电吸合，其常开主触头闭合，将限流电阻R短接。KT线圈通电开始延时，KM3常开辅助触头闭合，使中间继电器KA线圈通电吸合，触头KA(13-7)闭合，使接触器KM1线圈通电吸合，其常开主触头闭合，主电动机M1在全电压下正向直接启动。由于KM1常开触头KM1(15-13)闭合和KA常开触头KA(5-15)闭合，使KM1和KM3线圈自锁，M1获得正向连续运转。接触器KM1与KM2的常闭触头串接在对方线圈电路中，实现电动机M1正反转的互锁。启动完毕，KT延时时间到，PA投入检测运行电流。

(3)主电动机M1的停车制动控制。主电动机停车时采用反接制动。反接制动电路由正反转可逆电路和速度继电器组成。正转制动：当M1正转运行时，接触器KM1、KM3和中间继电器KA线圈通电吸合，KS的常开触头KS1(17-23)闭合，为正转制动作好准备。如需停车时，按下停止按钮SB6，KM3、KM1、KA线圈同时断电。电阻R串入主电路中，作为反接制动电阻，KA的常闭触点闭合，松开SB6时，反转接触器KM2经过1-3-5-17-23-25线路接通，电动机电源反接，使其处于反接制动状态。当电动机转速下降到速度继电器的复位转速时，速度继电器的正转常开触点断开，切断了电动机电源，电动机自由停车。反转制动与正转制动原理相同。

(4)冷却泵电动机M2的控制。冷却泵电动机M2的启动和停止通过按钮SB5、SB6和KM4控制。

(5)刀架移动电动机M3的控制。刀架的快速移动是由转动刀架手柄压动限位开关QS，使接触器KM5吸合，M3电动机转动来实现的。

(6)辅助电路。辅助电路主要是保护和联锁功能电路。主电动机M1正反转之间有互锁；熔断器FU1～FU6可实现各电路的短路保护；热继电器FR1、FR2实现M1、M2的过载保护；接触器KM1、KM2、KM4采用按钮与自锁环节，对M1、M2实现欠电压与零电压保护，此外还设有检测主电动机工作电流的环节。2.4.3摇臂钻床

1．摇臂钻床的工作情况摇臂钻床是一种孔加工机床，可进行钻孔、扩孔、铰孔、镗孔和攻螺纹等加工。摇臂钻床主要由底座、内外立座、摇臂、主轴箱和工作台等组成。摇臂的一端为套筒，套装在外立柱上，并借助丝杠的正、反转可沿外立柱作上下移动。主轴箱安装在摇臂的水平导轨上可通过手轮操作使其在水平导轨上沿摇臂移动。加工时，根据工件高度的不同，摇臂借助于丝杠可带着主轴箱沿外立柱上下升降。在升降之前，应自动将摇臂松开，再进行升降，当达到所需的位置时，摇臂自动夹紧在立柱上。钻削加工时，钻头一面旋转一面作纵向进给。钻床的主运动是主轴带着钻头作旋转运动。进给运动是钻头的上下移动。辅助运动是主轴箱沿摇臂水平移动，摇臂沿外立柱上下移动和摇臂与外立柱一起绕内立柱的回转运动。