第2章 基本電氣控制線路

第2章基本電氣控制線路2.1

電氣控制線路的繪圖原則及標準2.2

三相異步電動機的啟動控制2.3

三相異步電動機的正反轉(zhuǎn)控制2.4

三相異步電動機的制動控制2.5

三相異步電動機的調(diào)速控制2.6

直流電動機的控制線路2.7

其他基本環(huán)節(jié)2.8

工程實例2.1電氣控制線路的繪圖原則及標準電氣控制線路是根據(jù)控制要求，用導線把各種有觸點電器，如繼電器、接觸器、按鈕、行程開關、保護元件等器件連接起來組成的具有一定功能的控制電路。

電氣控制系統(tǒng)圖包括電氣原理圖、電氣布置圖、電氣安裝接線圖。2.1.1常用電氣圖形符號、文字符號和接線端子標記

我國電氣設備有關標準：GB/T4728—1996~2009《電氣簡圖用圖形符號》、GB/T6988.1~4—2008《電氣技術用文件的編制》、GB/T7159—1987《電氣技術中的文字符號制定通則》、GB/T6988.6—1993《控制系統(tǒng)功能圖表的繪制》、GB/T6988—1997“電氣制圖”要求。常用圖形、文字符號見表2-12.1.2電氣原理圖

電氣原理圖用來表示電路的工作原理、各電器元件的作用和相互關系。繪制原則：

1．分為主電路和輔助電路。主電路：從電源到電動機的電路，用粗實線繪在圖面左側(cè)或上方;輔助電路：包括控制電路、照明電路、信號電路、保護電路等，用細實線繪在圖面右側(cè)或下方。

2．電器元件展開圖畫法：同一電器元件的各導電部件（如線圈和觸點）按電路聯(lián)接關系畫出，用同一文字符號標明。

3．電器元件觸頭畫法：均按“平?！睜顟B(tài)繪出。4．主電路標號：文字符號和數(shù)字組成。文字符號標明主電路中元件或線路的主要特征，數(shù)字標號區(qū)別電路不同線段。

5．控制電路標號：由三位或三位以下數(shù)字組成。交流電路以主要壓降元件（如線圈）為分界，橫排時，左側(cè)用奇數(shù)，右側(cè)用偶數(shù)；豎排時，上面用奇數(shù)，下面用偶數(shù)。直流電路電源正極按奇數(shù)標號，負極按偶數(shù)標號。圖2-1三相異步電動機起動、

停止控制線路2.1.3電器布置圖

電器布置圖表示電氣原理圖中各元器件的實際安裝位置，可視電氣控制系統(tǒng)復雜程度采取集中繪制或單獨繪制。電器元件布置應注意：1）體積大和較重的元、器件應安裝在電器安裝板的下方，而發(fā)熱元件應安裝在電器安裝板的上方。

2）電器元件的布置應考慮整齊、美觀、對稱。3）需經(jīng)常維護、檢修、調(diào)整的電器元件安裝位置不宜過高或過低。4）電器元件布置不宜過密，應留有一定間距。5）強電、弱電應分開，弱電應屏蔽，防止外界干擾。例：CW6132型車床控制盤電器布置圖2.1.4電氣安裝接線圖

電氣安裝接線圖表示電器元件在設備中的實際安裝位置和實際接線情況。電氣安裝接線圖的繪制原則：1）各電器元件用規(guī)定的圖形符號繪制，同一電器元件的各部件必須畫在一起。各電器元件在圖中的位置應與實際安裝位置一致。2）不在同一控制柜或配電屏上的電器元件的電氣連接必須通過端子排進行。各電器元件的文字符號及端子排的編號應與原理圖一致，并按原理圖的接線進行連接。3）走向相同的多根導線可用單線表示。4）畫連接導線時，應標明導線的規(guī)格、型號、根數(shù)和穿線管的尺寸。例：電氣安裝接線圖2.2三相異步電動機的啟動控制直接起動又稱全壓起動：10KW以下容量。

2.2.1三相籠型異步電動機的啟動控制線路

1.直接啟動1）刀開關直接啟動2.2三相異步電動機的啟動控制2.2.1三相籠型異步電動機的啟動控制線路

1.直接啟動2）接觸器直接啟動○這種依靠電器自身常開輔助觸點保持其線圈通電的電路，稱為自鎖電路（或稱自保電路），簡稱自鎖。○把這種電動機帶自鎖觸點連續(xù)運行的方式稱為長動。把這種電動機不帶自鎖觸點按一下動一下運行的方式稱為點動○“長動”和“點動”的區(qū)別在于是否具有自鎖觸點。2.2三相異步電動機的啟動控制2.2.1三相籠型異步電動機的啟動控制線路

1.直接啟動2）接觸器直接啟動保護功能：短路保護：由熔斷器FU實現(xiàn)。過載保護：由熱繼電器FR實現(xiàn)。欠電壓、失電壓保護：通過接觸器KM的自鎖環(huán)節(jié)實現(xiàn)。2.2三相異步電動機的啟動控制2.2.1三相籠型異步電動機的啟動控制線路

1.直接啟動3）電動機的點動控制2.2三相異步電動機的啟動控制2.2.1三相籠型異步電動機的啟動控制線路

2.降壓啟動當電動機容量較大（大于10kW），啟動時產(chǎn)生較大的啟動電流，會引起電網(wǎng)電壓下降，因此必須采取降壓啟動的方法，限制啟動電流，以減小啟動電流對電網(wǎng)和電動機本身的影響。所謂降壓啟動，是指利用啟動設備將電壓適當降低后加到電動機的定子繞組上進行啟動，待電動機啟動運轉(zhuǎn)后，再使其電壓恢復到額定值正常運行。由電工學知識知道，降壓啟動將導致電動機啟動轉(zhuǎn)矩大為降低，因此降壓啟動適用于空載或輕載下啟動的場合。三相籠型異步電動機常用的降壓方式有四種：定子繞組串接電阻降壓啟動、Y/△降壓啟動、自耦變壓器降壓啟動和延邊三角形降壓啟動。2.2三相異步電動機的啟動控制2.2.1三相籠型異步電動機的啟動控制線路

2.降壓啟動1）定子繞組串接電阻降壓啟動2.2三相異步電動機的啟動控制2.2.1三相籠型異步電動機的啟動控制線路

2.降壓啟動2）Y/△降壓啟動2.2三相異步電動機的啟動控制2.2.1三相籠型異步電動機的啟動控制線路

2.降壓啟動2）Y/△降壓啟動2.2三相異步電動機的啟動控制2.2.1三相籠型異步電動機的啟動控制線路

2.降壓啟動3）自耦變壓器降壓啟動2.2三相異步電動機的啟動控制2.2.1三相籠型異步電動機的啟動控制線路

2.降壓啟動4）延邊三角形降壓啟動2.2三相異步電動機的啟動控制2.2.2三相繞線式異步電動機的啟動控制線路

1.時間原則控制2.2三相異步電動機的啟動控制2.2.2三相繞線式異步電動機的啟動控制線路

2.電流原則控制

電動機原理：任意改變電動機定子繞組三相電源中兩相的相序，就可實現(xiàn)電動機方向的改變。在電氣控制中，可利用兩個接觸器來改變電源相序，從而實現(xiàn)電動機的正反轉(zhuǎn)控制。2.3三相異步電動機的正反轉(zhuǎn)控制

利用兩個接觸器改變電動機定子繞組的電源相序就可實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。

2.3.1三相異步電動機的“正—?！础笨刂凭€路2.3三相異步電動機的正反轉(zhuǎn)控制這種電器元件之間利用對方的常閉觸點來使得二者不可以同時得電的相互制約關系稱為“聯(lián)鎖”，也稱為“互鎖”。實現(xiàn)聯(lián)鎖功能的常閉輔助觸點稱為聯(lián)鎖（或互鎖）觸點。

2.3.2

三相異步電動機的正反轉(zhuǎn)切換控制線路2.3三相異步電動機的正反轉(zhuǎn)控制

2.3.3

三相異步電動機的正反轉(zhuǎn)自動循環(huán)控制線路2.3三相異步電動機的正反轉(zhuǎn)控制行程控制：利用行程開關，根據(jù)生產(chǎn)機械運動位置變化所進行的控制。

2.3.3

三相異步電動機的正反轉(zhuǎn)自動循環(huán)控制線路2.3三相異步電動機的正反轉(zhuǎn)控制行程控制：利用行程開關，根據(jù)生產(chǎn)機械運動位置變化所進行的控制。2.4三相異步電動機的制動控制

電氣制動：使電動機停車時產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)子原來旋轉(zhuǎn)方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩（制動轉(zhuǎn)矩）來進行制動。

常用的方法：反接制動和能耗制動。

機械制動：在電動機斷電后，利用機械裝置對其轉(zhuǎn)軸施加相反的作用轉(zhuǎn)矩（制動轉(zhuǎn)矩）來進行制動。常用方法：電磁抱閘。2.4.1反接制動1.

單向運行反接制動控制線路

反接制動的實質(zhì)是改變異步電動機定子繞組中的三相電源相序，產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向相反的轉(zhuǎn)矩，迫使電動機迅速停轉(zhuǎn)。2.4.1反接制動2.可逆運行反接制動控制線路2.4.1反接制動反接制動優(yōu)點：制動轉(zhuǎn)矩大，制動效果好。反接制動缺點：電動機在反接制動時旋轉(zhuǎn)磁場的相對速度很大，對傳動部件的沖擊大，能量消耗也大。

適用場合：只適用于不經(jīng)常起動、制動的設備。

2.4.1反接制動2.4.2能耗制動

能耗制動是運行中的三相異步電動機停車時，在切除三相交流電源的同時，將一直流電源接入電動機定子繞組中的任意兩相，以獲得大小和方向不變的恒定磁場，利用轉(zhuǎn)子感應電流與恒定磁場的作用產(chǎn)生制動的電磁轉(zhuǎn)矩，達到制動的目的。1.電動機單向運行能耗制動控制線路

1）按時間原則控制2.4.2能耗制動1.電動機單向運行能耗制動控制線路

1）按時間原則控制2.4.2能耗制動1.電動機單向運行能耗制動控制線路

2）按速度原則控制2.4.2能耗制動2.電動機可逆運行能耗制動控制線路

2.4.2能耗制動2.電動機可逆運行能耗制動控制線路

2.4.2能耗制動按時間原則控制的可逆運行能耗制動控制線路2.電動機可逆運行能耗制動控制線路

2.4.2能耗制動3.無變壓器單相半波整流能耗制動控制線路無變壓器單相半波整流能耗制動控制線路2.4.2能耗制動3.無變壓器單相半波整流能耗制動控制線路2.4.2能耗制動能耗制動實質(zhì)：把電動機轉(zhuǎn)子儲存的機械能轉(zhuǎn)變成電能，又消耗在轉(zhuǎn)子的制動上。

能耗制動優(yōu)點：能耗制動準確、平穩(wěn)，能量消耗較小。

適用場合：用于對制動要求較高的設備。

2.4.2能耗制動2.5三相異步電動機的調(diào)速控制

調(diào)速方法主要有：變極調(diào)速（改變定子繞組聯(lián)結方式）；變阻調(diào)速（變更轉(zhuǎn)子外串電阻）；電磁轉(zhuǎn)差調(diào)速；變頻調(diào)速；串級調(diào)速。2.5.1三相籠型異步電動機的變極調(diào)速控制線路1.雙速電動機變極調(diào)速的原理變極調(diào)速：轉(zhuǎn)速的改變是通過改變定子繞組的聯(lián)結方式，從而改變磁極對數(shù)來實現(xiàn)的。2.5.1三相籠型異步電動機的變極調(diào)速控制線路2.雙速電動機變極調(diào)速控制線路1）按鈕、接觸器控制的雙速電動機控制線路2.5.1三相籠型異步電動機的變極調(diào)速控制線路2.雙速電動機變極調(diào)速控制線路2）接觸器、時間繼電器自動控制雙速電動機控制線路2.5.2

繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速控制線

隨著轉(zhuǎn)子所串電阻的減小，電動機的轉(zhuǎn)速升高，轉(zhuǎn)差率減小。通常采用凸輪控制器進行調(diào)速控制。2.5.3電磁調(diào)速控制線路1.電磁轉(zhuǎn)差離合器的結構及工作原理

在普通籠型異步電動機軸上安裝一個電磁轉(zhuǎn)差離合器，由晶閘管控制裝置控制離合器繞組的勵磁電流來實現(xiàn)調(diào)速的。優(yōu)點：結構簡單、維護方便、運行可靠、能平滑調(diào)速，采用閉環(huán)系統(tǒng)可擴大調(diào)速范圍；

缺點：調(diào)速效率低，低速時尤為突出，不宜長期低速運行，且控制功率小。2.5.3電磁調(diào)速控制線路1.電磁轉(zhuǎn)差離合器的結構及工作原理2.電磁調(diào)速異步電動機的控制2.5.3電磁調(diào)速控制線路1.變頻調(diào)速原理及機械特性2.5.4三相異步電動機的變頻調(diào)速控制線路

由三相異步電動機轉(zhuǎn)速公式：n=60f（1-s）/p可知，只要連續(xù)改變電源頻率f，就可實現(xiàn)電動機平滑調(diào)速。變頻調(diào)速時要注意變頻與調(diào)速的配合，通常分基頻（電源額定頻率）以下調(diào)速和基頻以上調(diào)速。

1）基頻以下的調(diào)速2）基頻以上的調(diào)速

1.變頻調(diào)速原理及機械特性2.5.4三相異步電動機的變頻調(diào)速控制線路

1）基頻以下的調(diào)速在基頻以下調(diào)速時，速度調(diào)低。電動機電動勢電壓平衡方程U≈E=4.44fNKΦm在調(diào)節(jié)中應保持Φm恒定不變，而使U/f=常數(shù)?？梢?，在基頻以下調(diào)速時，為恒磁通調(diào)速，相當于直流電動機的調(diào)壓調(diào)速，此時應使定子電壓隨頻率成正比例變化，即U/f=常數(shù)、Φm恒定不變。由于Φm不變，調(diào)速過程中電磁轉(zhuǎn)矩不變，故屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。

1.變頻調(diào)速原理及機械特性2.5.4三相異步電動機的變頻調(diào)速控制線路

2）基頻以上的調(diào)速在基頻以上調(diào)速時，速度調(diào)高。頻率f上調(diào)時應保持電壓U不變，即U=常數(shù)（為額定電壓UN），Φm下降。在基頻以上調(diào)速時，為恒電壓調(diào)速，相當于直流電動機的弱磁調(diào)速，此時應保持定子電壓不變，即U=常數(shù)、Φm下降。因f調(diào)高時，Φm下降，調(diào)速過程中功率基本不變，G故屬于恒功率調(diào)速方式。2.變頻器2.5.4三相異步電動機的變頻調(diào)速控制線路1）變頻器的基本組成和分類2.變頻器2.5.4三相異步電動機的變頻調(diào)速控制線路2）交——直——交變頻器2.變頻器2.5.4三相異步電動機的變頻調(diào)速控制線路2）交——直——交變頻器2.6直流電動機的控制線路2.6.1他勵直流電動機的啟動控制線路

2.6直流電動機的控制線路2.6.2他勵直流電動機的正反轉(zhuǎn)控制線路

2.6直流電動機的控制線路2.6.3他勵直流電動機的制動控制線路1.他勵直流電動機能耗制動控制線路

2.6直流電動機的控制線路2.6.3他勵直流電動機的制動控制線路2.他勵直流電動機反接制動控制線路

2.6直流電動機的控制線路2.6.3他勵直流電動機的制動控制線路3.他勵直流電動機發(fā)電制動控制發(fā)電制動，也稱為回饋制動，是指當直流電動機在運行中由于某種原因使電動機轉(zhuǎn)速超過理想空載轉(zhuǎn)速，此時電動機電樞產(chǎn)生的電動勢大于電源電壓，電樞電流改變了方向，即流向電網(wǎng)。這樣，一方面電動機向電網(wǎng)反饋電能，另一方面電動機工作于發(fā)電制動狀態(tài)，迫使轉(zhuǎn)速下降。發(fā)電制動常用于起重機重物下放過程以及變壓調(diào)速過程中，該制動不能使電動機的轉(zhuǎn)速下降至零，只能限制轉(zhuǎn)速在理想空載轉(zhuǎn)速之下的某一轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運行。2.6直流電動機的控制線路2.6.4

直流電動機調(diào)速控制線路1.直流電動機的調(diào)速方法

直流電動機的調(diào)速方法主要有以下幾種：（1）改變電摳電壓U調(diào)速（2）減弱勵磁磁通Ф調(diào)速（3）改變電樞回路電阻R調(diào)速（4）混合調(diào)速。

2.6直流電動機的控制線路2.6.4

直流電動機調(diào)速控制線路2.直流電動機的調(diào)速控制線路

1）直流電動機改變勵磁電流調(diào)速控制線路2.6直流電動機的控制線路2.6.4

直流電動機調(diào)速控制線路2.直流電動機的調(diào)速控制線路

2）直流電動機改變電樞電壓調(diào)速控制線路R1↓→IG1↑→UG1↑→UM↑→n

↑

（n在nN以下范圍變化）R1↑→IG1↓→UG1↓→UM↓→n

↓

（n在nN以下范圍變化）

2.7其它基本環(huán)節(jié)2.7.1多地（點）控制多地（點）控制適用于較大型的設備，可實現(xiàn)多點啟動、多點停止，效率高、安全性好。2.7其它基本環(huán)節(jié)2.7.2

順序動作控制線路

2.7其它基本環(huán)節(jié)2.7.2

順序動作控制線路

2.7其它基本環(huán)節(jié)2.7.3

電氣控制系統(tǒng)常用保護環(huán)節(jié)

為了保證電氣控制線路安全可靠運行，保護環(huán)節(jié)是不可缺少的組成部分。常用的保護環(huán)節(jié)有短路保護、過載保護、過（電）流保護、過（電）壓保護、欠（電）壓保護、失（電）壓保護、弱磁保護、斷相保護等。1.短路保護

原因：負載短路、接線錯誤、線路絕緣損壞等。

危害：瞬時電流可達額定電流的十幾倍到幾十倍，損壞電氣設備或配電線路，甚至引起火災。

保護：熔斷器、低壓斷路器。2.過電流保護

過電流：超過額定電流，比短路電流小，不超過6倍額定電流。

危害：電器元件不會馬上損壞，在達到最大允許溫升前可恢復。但過大沖擊負載，易損壞電機；過大電機電磁轉(zhuǎn)矩，損壞機械傳動部件。

保護：過電流繼電器，與接觸器配合使用。常用于直流電機、繞線轉(zhuǎn)子異步電動機。2.7其它基本環(huán)節(jié)2.7.3

電氣控制系統(tǒng)常用保護環(huán)節(jié)

3．過載保護

過載：運行電流大于額定電流，但在1.5倍額定電流以內(nèi)。

原因：負載突然增大，斷相運行，電源電壓降低等。

危害：繞組溫升超過允許值，使絕緣老化、損壞。

保護：熱繼電器，具有反時限特性，不因短時過載沖擊電流或短路電流影響而瞬時動作。4．失電壓保護

失電壓保護：防止電壓恢復時電動