電氣和PLC第二章

第二章電氣控制線路的基本環(huán)節(jié)

第一頁，共六十三頁。2.1電氣控制線路的繪制

電氣控制系統(tǒng)圖是電氣技術人員統(tǒng)一使用的工程語言。電氣制圖應根據(jù)國家標準，用規(guī)定的圖形符號、文字符號以及規(guī)定的畫法繪制。電氣控制線路是由許多電器元件按一定的要求連接而成的。為了表達生產機械的電氣控制系統(tǒng)的結構、原理等設計意圖，為了便于電氣系統(tǒng)的安裝、調試、使用和維修，需要將電氣控制系統(tǒng)中各電器元件及其連接線路用一定的圖形表達出來，這種圖就是電氣控制系統(tǒng)圖。電氣控制系統(tǒng)圖一般有三種：電氣原理圖、電器布置圖和電氣安裝接線圖。在圖上用不同的圖形符號來表示各種電器元件，用不同的文字符號來說明圖形符號所代表的電器元件的基本名稱、用途、主要特征及編號等。各種圖紙有其不同的用途和規(guī)定畫法，應根據(jù)簡明易懂的原則，采用統(tǒng)一規(guī)定的圖形符號、文字符號和標準畫法來繪制。在保證圖面布局緊湊、清晰和使用方便的原則下選擇圖紙幅面尺寸。圖紙分橫圖和豎圖，按國家標準GB2988.2—86規(guī)定，圖紙幅面尺寸及其代號見表2-1。應優(yōu)先選用A4～A0號幅面尺寸，若需要加長的圖紙，可采用A4×5～A3×3的幅面，若上述所列幅面仍不能滿足要求，可按照GB4457.1—84《機械制圖圖紙幅面及格式》的規(guī)定加大幅面。第二頁，共六十三頁。表2-1電氣圖幅面尺寸及其代號第三頁，共六十三頁。為了便于確定圖上的內容、補充、更改和組成部分等的位置，可以在各種幅面的圖紙上分區(qū)，見圖2-1。分區(qū)數(shù)應該是偶數(shù)。每一分區(qū)的長度一般不小于25mm，不大于75mm。每個分區(qū)內豎邊方向用大寫拉丁字母，橫邊方向用阿拉伯數(shù)字分別編號。編號的順序應從標題欄相對的左上角開始。分區(qū)代號用該區(qū)域的字母和數(shù)字表示，如B3、C5。圖2-1圖幅分區(qū)123456123456ABCDABCD

第四頁，共六十三頁。2.1.1常用電氣圖形符號和文字符號

電氣控制系統(tǒng)圖、電氣元件的圖形符號和文字符號必須符合國家標準規(guī)定。國家標準局參照國際電工委員會（IEC）頒布的標準，制定了我國電氣設備有關國家標準：GB4728—1984《電氣圖用圖形符號》及GB6988—1987《電氣制圖》和GB7159—1987《電氣技術中的文字符號制訂通則》。規(guī)定從1990年1月1日起，電氣控制線路中的圖形和文字符號必須符合最新的國家標準。一些常用電氣圖形符號和文字符號見附錄《電氣控制線路中常用圖形符號和文字符號》。第五頁，共六十三頁。2.1.2電器原理圖

電氣原理圖目的是便于閱讀和分析控制線路，應根據(jù)結構簡單、層次分明清晰的原則，采用電器元件展開形式繪制。它包括所有電器元件的導電部件和接線端子，但并不按照電器元件的實際布置位置來繪制，也不反映電器元件的實際大小。

下面以圖2-2所示的某機床的電氣原理圖為例，來說明電氣原理圖的規(guī)定畫法和應注意的事項。

圖2-2某型號機床電氣原理圖12347658電源開關主電動機冷卻泵電動機控制變壓器照明燈WVUFU1KM1FRML1L2L3QS36VELPE3kwKM2M23～MFU2FU32A380VU21V21W211.5mm21mm2101110VFU52AFU42A1XBSB2KM1SB1SA1SA2101FRKM1KM21mm234291113冷卻泵電動機控制主電動機控制U11V11W11U2V2W2M13～36VM13～M13～U12V12W12U1V1W1M13～2225××333××第六頁，共六十三頁。1．繪制電氣原理圖時應遵循的原則(1)電氣原理圖一般分主電路和輔助電路兩部分。主電路是電氣控制線路中大電流通過的部分，包括從電源到電機之間相連的電器元件，一般由組合開關、主熔斷器、接觸器主觸點、熱繼電器的熱元件和電動機等組成。輔助電路是控制線路中除主電路以外的電路，其流過的電流比較小，輔助電路包括控制電路、照明電路、信號電路和保護電路。(2)電氣原理圖中所有電器元件都應采用國家標準中統(tǒng)一規(guī)定的圖形符號和文字符號表示。(3)電氣原理圖中電器元件的布局，應根據(jù)便于閱讀原則安排。主電路安排在圖面左側或上方，輔助電路安排在圖面右側或下方。無論主電路還是輔助電路，均按功能布置，盡可能按動作順序從上到下，從左到右排列。(4)電氣原理圖中，當同一電器元件的不同部件（如線圈、觸點）分散在不同位置時，為了表示是同一元件，要在電器元件的不同部件處標注統(tǒng)一的文字符號。對于同類器件，要在其文字符號后加數(shù)字序號來區(qū)別。如兩個接觸器，可用KM1、KM2文字符號區(qū)別。(5)電氣原理圖中，所有電器的可動部分均按沒有通電或沒有外力作用時的狀態(tài)畫出。對于繼電器、接觸器的觸點，按其線圈不通電時的狀態(tài)畫出，控制器按手柄處于零位時的狀態(tài)畫出；對于按鈕、行程開關等觸點按未受外力作用時的狀態(tài)畫出。(6)電氣原理圖中，應盡量減少線條和避免線條交叉。各導線之間有電聯(lián)系時，在導線交點處畫實心圓點。根據(jù)圖面布置需要，可以將圖形符號旋轉繪制，一般逆時針方向旋轉90o但文字符號不可倒置。第七頁，共六十三頁。

2．圖面區(qū)域的劃分圖紙上方的1、2、3…等數(shù)字是圖區(qū)的編號，它是為了便于檢索電氣線路，方便閱讀分析從而避免遺漏設置的。圖區(qū)編號也可設置在圖的下方。圖區(qū)編號下方的文字表明它對應的下方元件或電路的功能，使讀者能清楚地知道某個元件或某部分電路的功能，以利于理解全部電路的工作原理。

3．符號位置的索引符號位置的索引用圖號、頁次和圖區(qū)編號的組合索引法，索引代號的組成如下：

圖號頁次圖區(qū)號第八頁，共六十三頁。電氣原理圖中，接觸器和繼電器線圈與觸點的從屬關系使用右圖表示。即在原理圖中相應的線圈的下方，給出觸點的圖形符號，并在下面標明相應觸點的索引代碼，且對未使用的觸點用“×”表明，有時也可采用上述省略觸點的表示方法。4446×××913××××××KMKA對接觸器，上述表示方法中各欄的含義如下所示：對繼電器，上述表示方法中各欄的含義如下所示：第九頁，共六十三頁。2.1.3電器元件布置圖

電器布置圖中繪出機械設備上所有電氣設備和電器元件的實際位置，是生產機械電氣控制設備制造、安裝和維修必不可少的技術文件。布置圖根據(jù)設備的復雜程度可集中繪制在一張圖上或控制柜、操作臺的電器元件布置圖分別繪出。繪制布置圖時機械設備輪廓用雙點劃線畫出，所有可見的和需要表達清楚的電器元件及設備，用粗實線繪出其簡單的外形輪廓。第十頁，共六十三頁。2.1.4電器安裝接線圖

接線圖主要用于安裝接線、線路檢查、線路維護和故障處理，它表示在設備電控系統(tǒng)各單元和各元器件間的接線關系，并標注出所需數(shù)據(jù)，如接線端子號、連接導線參數(shù)等。實際應用中通常與電路圖和位置圖一起使用。圖2-3是根據(jù)圖2-2機床電路圖繪制的接線圖。L1L2L31101754111U1V1W1U2V2W2M13～M23～4557411113101電源進線1×1mm27×1mm21×1mm2包塑金屬軟管Ф10mm2×2m包塑金屬軟管Ф15mm2×1m1×1mm2(紅)+1×1mm2(白)按鈕板3×1.5mm2(黑)+1×1.5mm2(黃綠)包塑金屬軟管Ф20mm2×1m安裝板照明燈圖2-3某機床電控系統(tǒng)接線圖第十一頁，共六十三頁。2.1.5閱讀和分析電氣控制線路圖的方法

1.查線讀圖法(1)了解生產工藝與執(zhí)行電器的關系電氣線路是為生產機械和工藝過程服務的，不熟悉被控對象和它的動作情況，就很難正確分析電氣線路。因此，在分析電氣線路之前，應該充分了解生產機械要完成哪些動作，這些動作之間又有什么聯(lián)系，即熟悉生產機械的工藝情況，必要時可以畫出簡單的工藝流程圖，明確各個動作的關系。此外，還應進一步明確生產機械的動作與執(zhí)行電器的關系，給分析電氣線路提供線索和方便。例如，車床主軸轉動時，要求油泵先給齒輪箱供油潤滑，即應保證在潤滑泵電動機啟動后才允許主拖動電機啟動，伺服控制對象對控制線路提出了按順序工作的聯(lián)鎖要求。第十二頁，共六十三頁。(2)分析主電路在分析電氣線路時，一般應先從電動機著手，即從主電路看有哪些控制元件的主觸點、電阻等，然后根據(jù)其組合規(guī)律就大致可判斷電動機是否有正反轉控制、是否制動、是否要求調速等。這樣，在分析控制電路的工作原理時，就能做到心中有數(shù)，有的放矢。(3)讀圖和分析控制電路在控制電路中，根據(jù)主電路控制元件主觸點的文字符號，找到有關的控制環(huán)節(jié)以及環(huán)節(jié)間的相互聯(lián)系。通常對控制電路多半是由上往下或由左往右閱讀。然后，設想按動了操作按鈕（應記住各信號元件、控制元件或執(zhí)行元件的原始狀態(tài)），查對線路（跟蹤追擊）觀察有哪些元件受控動作。逐一查看這些動作元件的觸點又是如何控制其他元件動作的，進而驅動被控機械或被控對象有何運動。還要繼續(xù)追查執(zhí)行元件帶動機械運動時，會使哪些信號元件狀態(tài)發(fā)生變化，再查對線路；看執(zhí)行元件如何動作……在讀圖過程中，特別要注意相互間的聯(lián)系和制約關系，直至將線路全部看完為止。

無論多么復雜的電氣線路，都是由一些基本的電氣控制環(huán)節(jié)構成的。在分析線路時，要善于化整為零，積零為整。可以按主電路的構成情況，把控制電路分解成與主電路相對應的幾個基本環(huán)節(jié)，一個環(huán)節(jié)一個環(huán)節(jié)地分析。還應注意那些滿足特殊要求的特殊部分，然后把各環(huán)節(jié)串起來。這樣，就不難讀懂全圖了。第十三頁，共六十三頁。2.邏輯代數(shù)法邏輯代數(shù)又叫布爾代數(shù)，開關代數(shù)。邏輯代數(shù)法是通過對電路的邏輯表達式的計算來分析控制電路的。邏輯代數(shù)的變量都只有“1”和“0”兩種取值，“0”和“1”分別代表兩種對立的、非此即彼的概念，如果“1”代表“真”，“0”即為“假”；“1”即為“有”，“0”即為“無”；“1”代表“高”，“0”代表“低”，關鍵是正確寫出電路的邏輯表達式。在機械電氣控制線路中的開關觸點只有“閉合”和“斷開”兩種截然不同的狀態(tài)；電路中的執(zhí)行元件如繼電器、接觸器、電磁閥的線圈也只有“得電”和“失電”兩種狀態(tài)；在數(shù)字電路中某點的電平只有“高”和“低”兩種狀態(tài)等等。因此可見這種對應關系使得邏輯代數(shù)在50多年前就被用來描述、分析和設計電氣控制線路，隨著科學技術的發(fā)展，邏輯代數(shù)已成為分析電路的重要數(shù)學工具。這種讀圖方法的優(yōu)點是，各電器元件之間的聯(lián)系和制約關系在邏輯表達式中一目了然。通過對邏輯代數(shù)的具體運算，一般不會遺漏或看錯電路的控制功能。根據(jù)邏輯表達式可以迅速正確地得出電氣元件是如何通電的，為故障分析提供方便。該方法的主要缺點是，對于復雜的電氣線路，其邏輯表達式很繁瑣、冗長。但采用邏輯代數(shù)法以后，可以對電氣線路采用計算機輔助分析的方法。第十四頁，共六十三頁。2.2三相異步電動機起動控制線路

所謂電動機的起動是指電動機的定子繞組接上電源，轉子開始轉動，到其轉子達到正常運行這一過程。三相異步電動機具有結構簡單，運行可靠，堅固耐用，價格便宜，維修方便等一系列優(yōu)點。與同容量的直流電動機相比，異步電動機還具有體積小，重量輕，轉動慣量小的特點。因此，在礦企業(yè)中異步電動機得到了廣泛的應用。三相異步電動機起動時，由于旋轉磁場相對靜止的轉子導體速度很大，因此轉子電路中的感應電動勢和由此產生的轉子電流很大。轉子電流通?？蛇_到其額定值得5～8倍，定子電流也相應增加為其額定值的4～7倍。過大的起動電流一方面會引起供電線路上很大的壓降，影響線路上其他用電設備的正常運行，另一方面電動機頻繁起動會嚴重發(fā)熱，加速線圈老化，縮短電動機的壽命，此時雖然轉子電流很大，但功率因數(shù)很低，所以起動轉矩也不大。在起動過程當中如何限制起動電流和獲得適當?shù)钠饎愚D矩，這就對起動電路提出了特殊要求。對不同類型和不同容量的電動機應采用不同的起動方法。第十五頁，共六十三頁。2.2.1鼠籠式異步電動機直接起動控制

直接起動就是電機定子繞組加額定電壓來起動。這種起動方法的主要優(yōu)點是簡單、方便、經濟和起動時間短。它的主要缺點是起動電流對電網(wǎng)的影響較大、影響負載系統(tǒng)正常工作，但這種影響將隨電源容量的增大而減少。一般容量在10kW以下的籠型異步電動機都采用直接起動。小型臺鉆、砂輪機、冷卻泵的電動機，可用手動開關在動力電路中接通電源直接起動，如圖2-4所示的控制電路。圖2-5所示為三相籠型異步電動機單向全壓啟動控制線路。主電路由刀開關QS、熔斷器FU1、接觸器KM的主觸點、熱繼電器FR的熱元件和電動機M構成?？刂凭€路由熱繼電器FR的常閉觸點、停止按鈕SB1、起動按鈕SB2、接觸器KM常開觸點以及它的線圈組成。這是最基本的電動機控制線路。第十六頁，共六十三頁。FU2SB1SB2KMFU1KMFRM3～FRQSKMPEL1L2L3SAM3～380VPE電源保護主電動機起、停12電源保護電源開關主電動機主電動機起、?？刂?134525×2圖2-4開關直接起動控制電路圖2-5接觸器直接起動控制電路第十七頁，共六十三頁。1．工作原理起動時，合上刀開關QS，主電路引入三相電源。按下起動按鈕SB2，接觸器KM線圈通電，其常開主觸點閉合，電動機接通電源開始全壓啟動，同時接觸器KM的輔助常開觸點閉合，使接觸器KM線圈有兩條通電路徑。這樣當松開起動按鈕SB2后，接觸器KM線圈仍能通過其輔助觸點通電并保持吸合狀態(tài)。這種依靠接觸器本身輔助觸點使其線圈保持通電的現(xiàn)象稱為自鎖。起自鎖作用的觸點稱為自鎖觸點。要使電動機停止運轉，按停止按鈕SB1，接觸器KM線圈失電，則其主觸點斷開；切斷電動機三相電源，電動機M自動停車，同時接觸器KM自鎖觸點也斷開，控制回路解除自鎖；松開停止按鈕SB1，控制電路又回到起動前的狀態(tài)。第十八頁，共六十三頁。2．控制線路的保護環(huán)節(jié)(1)短路保護當控制線路發(fā)生短路故障時，控制線路應能迅速切除電源，熔斷器FU1是作為主電路短路保護用的，但它達不到過載保護的目的。這是因熔斷器的規(guī)格是根據(jù)電動機的起動電流大小作適當選擇的，另一方面熔斷器的保護特性分散性很大，即使是同一種規(guī)格的熔斷器，其特性曲線也往往很不相同。熔斷器FU2為控制線路的短路保護。(2)過載保護電動機長期超載運行，會造成電動機繞組溫升超過其允許值而損壞，通常要采取過載保護。(3)欠壓和失壓保護在電動機正常運行時，如果因為電源電壓的消失而使電動機停轉，那么在電源電壓恢復時電動機就可能自行起動，電動機的自起動可能會造成人身事故或設備事故。防止電源電壓恢復時電動機自起動的保護也叫零電壓保護。在電動機正常運行時，電源電壓過分降低會引起電動機轉速下降和轉矩降低，若負載轉矩不變，使電流過大，造成電動機停轉和損壞電機。由于電源電壓過分降低要在電源電壓下降達到最小允許的電壓值時將電動機電源切除，這樣的保護稱為欠電壓保護。第十九頁，共六十三頁。2.2.2鼠籠式異步電動機降壓起動控制

降壓起動是指在起動時，在電源電壓不變的情況下，通過某種方法（改變連接方式或增加起動設備），降低加在電動機定子繞組上的電壓，待電動機起動后，再將電壓恢復到額定值。因為電動機的起動電流與電壓成正比，所以降低起動電壓可以減小起動電流。但電動機的轉矩與電壓的平方成正比，所以起動轉矩也大為降低，因而減壓起動只適用于對起動轉矩要求不高或空載、輕載下起動的設備。較大容量的籠型異步電動機（大于10kW）因電流較大，直接起動電流為其標稱額定電流的4～8倍，起動轉矩為標稱額定轉矩的0.5～1.5倍。所以一般都采用降壓方式來起動。起動時降低加在電動機定子繞組上的電壓，起動后再將電壓恢復到額定值，使之在正常電壓下運行。電樞電流和電壓成正比，所以降低電壓可以減小起動電流，不至于在電路中產生過大的電壓降，減少對線路電壓的影響。降壓起動方法有定子電路串電阻（或電抗）、星形/三角形、自耦變壓器、延邊三角形和使用軟啟動器等。其中延邊三角形方法已基本不用，常用的方法是星形/三角形降壓和使用軟起動器。第二十頁，共六十三頁。1．星形/三角形減壓起動控制電路

Y連接時，起動電流僅為△連接時的1/3，相應的起動轉矩也是△連接的1/3。因此，Y/△僅適用于空載或輕載下的起動。星形/三角形減壓起動用于定子繞組在正常運行時接為三角形的電動機，電動機在正常運行時，繞組接成三角形；在電動機起動時，定子繞組首先接成星形，至起動即將完成時再換接成三角形。圖2-6是星形/三角形減壓起動的控制電路.123987645電源保護隔離開關開關主電動機Y接線主電動機△接線主電動機起動、停止主電動機Y/△轉換控制FU2KM2FU1380VKM1FRM3～QSPEL1L2L3KM3FRSB1SB2KM1KM2KM2KTKTKM1KM2KTKM3KM33336×333×64447869圖2-6星形/三角形減壓起動的控制電路第二十一頁，共六十三頁。

電路圖中動斷觸點KM2和KM3構成互鎖，保證電動機繞組只能連接成一種形式，即星形或三角形，以防止同時連接成星形或三角形而造成電源短路，使電路能可靠工作。表2-2描述了星形/三角形減壓起動控制電路的工作過程。按SB2KM1線圈得電KM3線圈得電KT線圈得電KM1輔觸點閉合自鎖6KM1主觸點閉合3KM3主觸點閉合3KM3輔觸點斷開6KT觸點延時斷開9KT觸點延時閉合6繞組連接成星形電動機減壓起動KM2線圈失電KM3線圈失電KM2線圈失電KM2線圈得電KM2輔觸點閉合自鎖7繞組連接成角形電動機減壓起動KM2主觸點閉合（KM1主觸點閉合）4KM2輔觸點斷開8KT線圈斷電表2-2電器動作順序表第二十二頁，共六十三頁。2.定子串電阻（電抗器）減壓起動控制電路電動機串電阻減壓起動是電動機起動時，在三相定子繞組中串接電阻分壓，使定子繞組上的壓降降低，起動后再將電阻短接，電動機即可在全壓下運行。這種起動方式不受接線方式的限制，設備簡單，常用于中小型設備和用于限制機床點動調整時的起動電流。但是，串電阻起動時，一般允許起動電流為額定電流的2～3倍，減壓起動時加在定子繞組上的電壓為全電壓的1/2，起動轉矩為額定轉矩的1/4，起動轉矩小。因此，串接電阻減壓起動僅適用于對起動轉矩要求不高的生產機械上。KM1電源保護隔離開關開關電動機運行電動機控制減壓控制380VL1L2L3FRSB1SB2KM1KM2KTKTKM1KM2KM2FU1QSKM1KM2FRM3～PER444863336KM357×圖2-7定子串電阻減壓起動控制電路12387645第二十三頁，共六十三頁。工作過程如電器動作順序表2-3所示。表2-3電器動作順序表按SB2KM1線圈得電KM1輔觸點閉合自鎖6KM1主觸點閉合3電動機串電阻減壓起動KT線圈得電KT觸點時閉合7KM2線圈得電電動機全壓運行KM2輔觸點閉合自鎖8KM2主觸點閉合4KM2輔觸點斷開5、6KT、KM1線圈斷電電阻被短接第二十四頁，共六十三頁。3.自耦變壓器(補償器)減壓起動控制電路

補償器減壓起動是利用自耦變壓器來降低起動時的電壓，達到限制起動電流的目的。起動時，電源電壓加在自耦變壓器的高壓繞組上，電動機的定子繞組與自耦變壓器的低壓繞組連接，當電動機的轉速達到一定值時，將自耦變壓器切除，電動機直接與電源相接，在正常電壓下運行。

自耦變壓器減壓起動分手動控制和自動控制兩種。工廠常采用XJ01系列自動補償器實現(xiàn)減壓起動的自動控制，其控制電路如圖2-8所示。電動機運行自耦變壓器控制變壓器電動機控制指示燈減壓控制12347658910112228111119×225106×78410KM1103/3KM1KM2KAHL1HL2HL3FU5PEWVUFU1KM2KM1FU2M3～FRFU3110VFU4XBFRSB1KM1KM2KM1KTKASB2KM1KTKAKAKM1KA103/924V圖2-8自動起動補償器減壓起動控制電路第二十五頁，共六十三頁。控制電路可分為三個部分：主電路、控制電路和指示燈電路。電動機起動工作過程見電器動作順序表2-4。按SB2KM1線圈得電KT線圈得電KT觸點延時閉合6KA線圈得電KM1主觸點閉合2自耦變壓器低壓側接入自耦變壓器聯(lián)接成星形電動機減壓起動KM1輔觸點閉合2KM1輔觸點閉合自鎖5KM1輔觸點分斷聯(lián)鎖8KM1輔觸點閉合10KM1輔觸點斷開11起動指示燈亮停車指示燈滅延時KM1輔觸點復位斷開5KA觸點閉合自鎖7KA觸點斷開4KA觸點斷開10起動指示燈滅KM1線圈失電KM1主觸點分斷2KM2主觸點閉合1KA觸點閉合8KM2線圈得電KT線圈失電KM1輔觸點分斷2KM1輔觸點復位閉合8電機全壓運行KM2輔觸點閉合9運行指示燈亮自耦變壓器切除表2-4電器動作順序表第二十六頁，共六十三頁。4.延邊△形降壓起動控制電路采用Y形/△形降壓起動時，可以在不增加專用起動設備的條件下實現(xiàn)降壓起動，但起動轉矩只有額定電壓下起動轉矩的1／3，僅適用于空載或輕載下起動。而延邊△形降壓起動是既不增加起動設備，又能適當提高起動轉矩的一種降壓起動方法，它適用于定子繞組為特別設計的異步電動機，這種電動機共有九個出線端，圖2-9為延邊△形電動機定子繞組抽頭連接方式。電動機定子繞組作延邊△形接線時，每相繞組承受的電壓比△形接法時低，又比Y形接法時高，介于二者之間。這樣既可實現(xiàn)降壓起動，又可提高起動轉矩。圖2-9延邊△形電動機定子繞組接線4(8)7634958216(7)35(9)21(6)73(5)982(4)1第二十七頁，共六十三頁。延邊△形降壓起動的自動控制線路如圖2-10所示。

KM1KM2KTKM3FU2KM3FU1380VKM1FRM3～QSPEL1L2L3FRSB1SB2KM1KM2KM2KTKTKM2123456789KM3圖2-10延邊△形降壓起動控制線路第二十八頁，共六十三頁。5.軟起動控制線路前述幾種傳統(tǒng)三相異步電動機的起動線路比較簡單，不需要增加額外起動設備，但其起動電流沖擊一般還很大，起動轉矩比較小。如在直接起動方式下，起動電流為額定值的4～8倍起動轉矩為額定值的0.5～1.5倍；在定子串電阻降壓起動方式下，起動電流為額定值的4.5倍，起動轉矩為額定值的0.5～0.75倍；在星形—三角形起動方式下，起動電流為額定值的1.8—2.6倍，在星形/三角形切換時會出現(xiàn)電流沖擊，起動轉矩為額定值的0.5倍；自耦變壓器降壓起動，起動電流為額定值的1.7～4.0倍，在電壓切換時會出現(xiàn)電流沖擊，起動轉矩為額定值的0.4～0.85倍。因而上述這些方法經常用于對起動特性要求不高的場合。在一些對起動要求較高的場合，可選用軟起動裝置，它采用電子起動方法，其基本原理是利用晶閘管的移相調壓方式來控制起動電壓和起動電流。其主要特點是：具有軟起動和軟停車功能，起動電流、起動轉矩可調節(jié)，另外還具有電動機過載保護等功能。第二十九頁，共六十三頁。如圖2-11所示為三相異步電動機用軟起動器起動控制線路。圖中虛線框所示為軟起動器，其內部具有電動機過載保護功能。當電路正常時，內部繼電器KA1常開觸點處于閉合狀態(tài)；若發(fā)生過載故障，KA1常開觸點打開。當起動過程完成，內部繼電器KA2常開觸點閉合。QSKM1KM2FU1L1L2L3KM1KM2M3～PEFU2KA1KA2SB1SB2SB3KA1KA2FU3TSTOPRUNPLA2C2T2B2T1T2L＋400CA1C1L3B1L1L2圖2-11三相異步電動機用軟起動器起動控制線路第三十頁，共六十三頁。2.2.3繞線式異步電動機的起動控制

異步電動機的轉子繞組，除了籠型的外還有繞線轉子式，故稱繞線轉子異步電動機。繞線轉子線圈可連接成星形或三角形，轉子上裝有集電環(huán)，通過電刷裝置將內部和外部聯(lián)系起來，繞線轉子的特點即是通過集電環(huán)和電刷，在轉子電路中串接幾級起動電阻，用于限制起動電流，提高起動轉矩。繞線轉子異步電動機起動有電阻分級起動和頻敏變阻器起動兩種方式。1．轉子電路串電阻起動控制轉子回路串電阻起動控制是在三相轉子繞組中分別串接幾級電阻，并按星形方式接線。起動前，起動電阻全部接人電路限流起動，起動過程中，隨轉速升高起動電流下降，起動電阻逐級短接，至起動完成時，全部電阻短接，電動機在正常全壓下工作。起動電阻短接方式有兩種：三相電阻不平衡短接法和三相電阻平衡短接法。不平衡短接法是由凸輪控制器控制，每相電阻順序被短接；平衡短接法是由接觸器控制，三相電阻同時被短接。第三十一頁，共六十三頁。圖2-12是依靠時間繼電器按時間原則自動短接起動電阻的控制電路。

電動機運行二級電阻短接控制一級電阻短接控制電動機控制三級控制KM1KM2KT1QKM3FU2KT2KT3KM4KM21RKM1SB1SB2FU1FRKM4KM3KM2KM1FRKM3KM4KM2L1L2L33R2RKM2KT1KT3KM3KM4KM4KM2KM3KM3KT2111311×67KM32411×910KM32411×1285×8×11×123476589101112M3～圖2-12按時間原則控制的轉子電路串電阻減壓起動控制電路第三十二頁，共六十三頁。控制電路電器的動作順序如表2-5所示。KM3輔觸點斷開4表2-5電器動作順序表按SB2KM1線圈得電KT1線圈得電KT1觸點延時閉合5KM2線圈得電KM1主觸點閉合1電動機串電阻起動電動機減壓起動KM3線圈得電KM1輔觸點閉合自鎖3延時KM2觸點閉合自鎖6KM2輔觸點閉合7KM2主觸點閉合1第一級電阻被短接KM2線圈得電KM2輔觸點斷開4KT1線圈失電KT1觸點延時閉合8延時KM3輔觸點閉合自鎖9第二級電阻被短接KT2線圈失電KM3輔觸點閉合10延時KM3主觸點閉合1KT2線圈得電KM4輔觸點斷開1第三級電阻被短接KM4主觸點閉和1KT3線圈失電KM4輔觸點閉合自鎖12電動機全壓運行KM4線圈得電KT3觸點延時閉合11第三十三頁，共六十三頁。圖2-13是由電動機轉子電流大小的變化來控制電阻短接的起動控制電路KA11××7111445226×1

23

4

567電動機運行過載保護電動機控制頻敏變阻器控制FU2FU1KM2FRSB1SB2KM1KASB2KTKTKM1KM2KTKAM3～FRKM2手動KARF圖2-14轉子電路串頻敏變阻器起動控制電路KM1KA1KM2KM3KM4UVW電動機運行KA1FRKA2SB1KM1KA3KA4KM1SB2FU1KM1FU2I<KA3KA4KA2FRR3R2R1KM4KM3KM2M3～I<I<11134××11×××5×11×××11×××電動機控制電阻短接控制１２３６７５４圖2-13按電流原則控制的轉子電路串電阻減壓起動控制電路×第三十四頁，共六十三頁。轉子串電阻起動控制電路的控制方式是在電動機起動的過程中分級切除起動電阻，其結果造成電流和轉矩存在突然變化，因而將會產生機械沖擊。繞線轉子異步電動機起動的另一方法是轉子電路串頻敏變阻器起動，這種起動方法具有恒轉矩的起、制動特性，又是靜止的、無觸點的電子元件，很少需要維修，因而常用于繞線轉子異步電動機的起動，特別是大容量繞線轉子異步電動機的起動控制。頻敏變阻器是一種由鑄鐵片或鋼板疊成鐵心，外面再套上繞組的三相電抗器，接在轉子繞組的電路中，其繞組電抗和鐵心損耗決定的等效阻抗隨著轉子電流的頻率而變化。在電動機的起動過程中，當電動機轉速增高時，頻敏變阻器的阻抗值自動地平滑減小，這一方面限制了起動電流；另一方面又可得到大致恒定的起動轉矩。圖2-14是采用頻敏變阻器的起動控制電路。第三十五頁，共六十三頁。2.3三相異步電動機正反轉控制線路

生產實踐中，很多設備需要兩個相反的運行方向，例如主軸的正向和反向轉動，機床工作臺的前進后退，起重機吊鉤的上升和下降等，這些兩個相反方向的運動均可通過電動機的正轉和反轉來實現(xiàn)。從電工學課程可知，只要將電動機定子繞組相序改變，電動機就可改變轉動方向。實際電路構成時，可在主電路中用兩組接觸器主觸點構成正轉相序接線和反轉相序接線，控制電路中，控制正轉接觸器線圈得電動作，其主觸點閉合，電動機正轉，或者反轉接觸器線圈通電，主觸點閉合，電動機反轉。第三十六頁，共六十三頁。2.3.1按鈕控制的電動機正反轉控制線路

圖2-15是按鈕控制正反轉的控制電路。

電機正轉運行開關反轉運行電動機正轉控制反轉控制電動機正轉控制反轉控制UVWFU1FRSB1SB2KM1KM1KM2KM2KM1FRM3～PE222631114KM35KM2KM2KM1SB1FU2123645FRSB1SB2KM1KM1KM2KM2222631114KM35KM2KM1SB33645SB2SB3圖2-15異步電動機正反轉控制電路(a)(b)第三十七頁，共六十三頁。2.3.2行程開關控制的電動機正反轉控制線路

按鈕控制電動機正反轉是手動控制，行程開關控制正反轉則是機動控制，是由機床的運動部件在工作過程中壓動行程開關，實現(xiàn)電動機正反轉的自動切換。圖2-16是機床工作臺往返循環(huán)的控制電路。圖2-16行程開關控制的正反轉控制電路工作臺前進、電動機正轉工作臺后退、電動機反轉KM1KM2222631114KM353645FRSB1SB2KM1KM2SB3KM1KM2SQ1-2SB2SQ3SQ1SQ2-2SQ1-1SQ2-1工作臺MSQ3SQ1SQ2SQ4第三十八頁，共六十三頁。

自動控制的自動循環(huán)工作過程見表2-7所示的電器動作順序。用行程開關按機床運動部件的位置或機件的位置變化來進行的控制，稱作按行程原則的自動控制，也稱行程控制。行程控制是機械設備應用較廣泛的控制方式之一。按SB2KM1線圈得電KM1輔觸點閉合自鎖4KM1輔觸點分斷聯(lián)鎖5電動機正轉，工作臺前移SQ2-2斷開KM2線圈得電KM2輔觸點閉合自鎖6KM2主觸點閉合2KM2輔觸點分斷聯(lián)鎖3電動機反轉，工作臺后移KM1主觸點閉合1SQ2壓下SQ2-1閉合KM1線圈失電原位開關SQ1壓下預置條件（SQ1被壓動）表2-7電器動作順序表第三十九頁，共六十三頁。2.4三相鼠籠式異步電動機制動控制線路

三相異步電動機從切除電源到完全停止旋轉，由于慣性的關系，總要經過一段時間，這往往不能適應某些機械工藝的要求。許多由電動機驅動的機械設備無論是從提高生產效率，還是從安全及準確停位等方面考慮，都要求能迅速停車，因此要求對電動機進行制動控制，如萬能銑床、臥式鏜床和組合機床等。制動停車的方式有兩大類：機械制動和電氣制動。機械制動是采用機械抱閘的方式，由手動或電磁鐵驅動機械抱閘機構來實現(xiàn)制動；電氣制動是在電動機上產生一個與原轉子轉動方向相反的制動轉矩，迫使電動機迅速停車。常用的電氣制動方法是能耗制動和反接制動。第四十頁，共六十三頁。2.4.1電磁機械制動控制線路

1.電磁抱閘制動線路(1)斷電電磁抱閘制動(2)通電電磁抱閘制動圖2-17是斷電電磁抱閘的制動控制圖2-18是通電電磁抱閘制動控制線路。線路原理圖。圖2-17斷電電磁抱閘制動控制線路FU1KM2L1

L2L3M3～FU2FRKM1KM2KM1FRSB1KM1SB2KM2QS1234圖2-18通電電磁抱閘制動控制線路FU1KM1L1

L2L3M3～FU2FRKM2KM2KM1FRSB1KM1SB2KM1QSKM2KTKTKM2第四十一頁，共六十三頁。2.電磁離合器制動線路圖2-19是電磁離合器制動控制線路。圖2-19電磁離合器制動控制電路L1L2L3FU1QSKM2KM3FRM3～PEFU2FRSB1SB2KM2KM3KM2SB3KM3KM2KM3SB1FU4FU3TYC第四十二頁，共六十三頁。2.4.2能耗制動控制線路

所謂能耗制動，就是在電動機脫離三相交流電源之后，定子繞組上加一個直流電壓，即通入直流電流，利用轉子感應電流與靜止磁場的作用以達到制動的目的。1.電動機單向運行能耗制動控制線路圖2-20為時間原則控制的單向能耗制動控制線路。主電動機能耗制動控制變壓器起動、停止延時制動FU4PEWVUFU1KM1KM2M3～FRFU5110VFU2FRSB1KM1KM2SB2KM1KTKM1KTKM2KM2FU3TCKTRP1115×6××622×7×4×1234765圖2-20以時間原則控制的單相能耗制動線路第四十三頁，共六十三頁。圖2-21為速度原則控制的單向能耗制動控制線路。

主電動機能耗制動控制變壓器起動、停止制動1115×圖2-21以速度原則控制的單相能耗制動線路FU4PEWVUFU1KM1KM2M3～FRFU5110VFU2FRSB1KM1KM2SB2KM1KSKM1KM2KM2FU3TCRP6×22×7×4×n1246573第四十四頁，共六十三頁。

2．電動機可逆運行能耗制動控制線路圖2-22為電動機按時間原則控制的可逆運行的能耗制動控制線路。PEFU1KM1FU4WVUM3～FU5110VFRSB1KM1KM2SB2KM1KTKM2TCKM1KM3KTFU2FU3RPKM2FRSB3KM2KM1KM3KM3KM2KTKM3圖2-22電動機可逆運行的能耗制動控制線路電動機正轉運行反轉運行能耗制動控制變壓器反轉控制正轉控制制動延時1091116×792228×5933×11×5×1234765891011第四十五頁，共六十三頁。2.4.3反接制動控制線路

反接制動是利用改變電動機電源的相序，使定子繞組產生相反方向的旋轉磁場，因而產生制動轉矩的一種制動方法。由于反接制動時，轉子與旋轉磁場的相對速度接近于兩倍的同步轉速，所以定子繞組中流過的反接制動電流相當于全電壓直接啟動時電流的兩倍，因此反接制動特點之一是制動迅速，效果好，沖擊大，通常僅適用于10kW以下的小容量電動機。為了減小沖擊電流，通常要求串接一定的電阻以限制反接制動電流。這個電阻稱為反接制動電阻。反接制動電阻的接線方法有對稱和不對稱兩種接法，顯然采用對稱電阻接法可以在限制制動轉矩的同時，也限制了制動電流，而采用不對稱電阻的接法，只限制了制動轉矩，未加制動電阻的那一相，仍具有較大的電流，因此一般采用對稱接法。反接制動的另一要求是在電動機轉矩速度接近于零時，要及時切斷反相序的電源，以防止電動機反向再起動。第四十六頁，共六十三頁。1.電動機單向運行反接制動控制線路圖2-23為帶制動電阻的單向反接制動的控制線路。圖2-23單向反接制動的控制線路電動機起動電動機制動起?？刂浦苿涌刂?114×5×2226×3×123465PEFU1KM1WVUM3～FU2FRKSKM2KSKM2KM1KM2FRSB1KM1SB2KM1KM2nnR第四十七頁，共六十三頁。2.電動機可逆運行反接制動控制線路

圖2-24為電動機可逆運行的反接制動的控制線路。圖2-24可逆運行反接制動的控制線路電動機起動電動機制動起?？刂浦苿涌刂?227×3×PEFU1KM1WVUM3～FU2FRKSKM2KM2KM1nFRSB1KM2KM1SB2KM1SB3KM2KS1nnKS2KS1nnKS21114×6×12346578第四十八頁，共六十三頁。3.具有反接制動電阻的可逆運行反接制動控制線路圖2-25所示為具有反接制動電阻的可逆運行反接制動控制線路。圖2-25具有反接制動電阻的可逆運行反接制動控制線路FU1KM1WVUFU2KM2PEM3～FRKSnRKM2FRSB1SB2KA3KA4KA33KA2KM1KM1SB2KA4KA4KA1KM2KS1KM1KA1KM2KA2KM3SB3KA3KA4KA1KA2KA3KA4KA1KA2KS2nnKA3SB3KM3第四十九頁，共六十三頁。2.5三相異步電動機調速控制線路

從廣義上講電動機調速可分為兩大類，即定速電動機與變速聯(lián)軸節(jié)配合的調速方式和自身可調速的電動機。如果采用單速電動機時，則需配有機械變速系統(tǒng)以滿足變速要求，由電動機直接調速，其調速方法很多，如變更定子繞組的極對數(shù)，起到變極調速和變頻調速方式。變極調速控制最簡單，價格便宜但不能無極調速。普通中小型設備使用較多的還是多速交流電動機，變頻調速控制最復雜，但性能最好，隨著其成本日益降低，目前已廣泛應用于工業(yè)自動控制領域中。三相籠型異步電動機的轉速公式為式中：n0為電動機同步轉速，p為極對數(shù)，s為轉差率，f1為供電電源頻率。對三相籠型異步電動機來講，調速的方法有三種：改變極對數(shù)p的變極調速、改變轉差率s的降壓調速和改變電動機供電電源頻率f1的變頻調速。第五十頁，共六十三頁。2.5.1變極調速控制線路

變極調速這一線路的設計思想是通過接觸器觸點改變電機繞組的接線方式來達到調速目的。變極電動機一般有雙速、三速、四速之分，雙速電動機定子裝有一套繞組，而三速、四速則為兩套繞組。電動機變極采用電流反向法。以電動機的一單相繞組為例來說明變極調速原理。如圖2-26所示。A1X1A2X2NSNSA1X1A2X2NS（a）四極繞組展開圖（b）二極繞組展開圖（c）三角形/雙星形轉換125634123564（d）星形/雙星形轉換145632123564圖2-26雙速電動機改變極對數(shù)的原理第五十一頁，共六十三頁。雙速電動機調速控制線路如圖2-27所示。

電動極低速運行電動機高速運行電動機低速控制電動機高速控制KM3KM3125634FU1WVUFU2KM1KM2FRFRSB1FRSB1SB2KM1KM3KM13SB3KM3KTKM1KM3KTKM2KM2KTKTKM24×7×1113×67圖2-27雙速電動機調速控制線路8×3×222××3511×12345678第五十二頁，共六十三頁。2.5.2變頻調速與變頻器的使用

1.變頻調速的基本概念由三相籠型異步電動機的轉速公式可知，改變電源頻率f1就可改變電動機同步轉速。變頻器的控制方式可分為兩種，即開環(huán)控制和閉環(huán)控制。開環(huán)控制有V／F控制方式，閉環(huán)控制有矢量控制等方式。（1）V／F控制：改變頻率的同時控制變頻器輸出電壓，使電動機的磁通保持一定，在較廣范圍內調速運轉時，電動機的功率因數(shù)和效率不下降。這就是控制電壓與頻率之比，所以稱為V／F控制。（2）矢量控制：將供給異步電動機的定子電流在理論上分成兩部分：產生磁場的電流分量和與磁場相垂直、產生轉矩的電流分量。該磁場電流、轉矩電流與直流電動機的磁場電流、電樞電流相當。在直流電動機中，利用整流子和電刷機械換向，使兩者保持垂直，并且可分別供電。對異步電動機來講，其定子電流在電動機內部，利用電磁感應作用，可在電氣上分解為磁場電流和垂直的轉矩電流。第五十三頁，共六十三頁。2.各種控制方式的變頻器特性比較（1）V／P控制變頻器特點①最簡單的一種控制方式，不用選擇電動機，通用性優(yōu)良；②與其他控制方式相比，在低速區(qū)內電壓調整困難，故調速范圍窄，通常在1：10左右的調速范圍內使用；③急加、減速或負載過大時，抑制過電流能力有限；④不能精密控制電動機實際速度，不適合于同步運轉場合。（2）矢量控制變頻器特點①需要使用電動機參數(shù)，一般用做專用變頻器；②調速范圍1：100以上；③速度響應性極高，適合于急加、減速運轉和連續(xù)4象限運轉，能適用任何場合。第五十四頁，共六十三頁。3.使用變頻器調速的控制線路(1)控制方式變頻器運行控制方式，即變頻器輸出電壓與頻率的不同控制關系。可通過變頻器相應的參數(shù)設置選擇。主要有：線性V／P控制：變頻器輸出電壓與頻率為線性關系，用于改變轉矩和恒定轉矩負載。帶磁通電流控制（FCC）的線性V／F控制：在這種模式下，變頻器根據(jù)電動機特性實時計算所需要的輸出電壓，以此來保持電動機的磁通處于最佳狀態(tài)，此方式可提高電動機效率和改善電動機動態(tài)響應特性。平方V／F控制：變頻器輸出電壓平方與頻率為線性關系，用于改變轉矩負載，如風機和泵。帶“能量優(yōu)化控制（ECO）”的線性V／F控制：此方式的特點是變頻器自動增加或降低電動機電壓，搜尋并使電動機運行在損耗最小的工作點。無傳感器矢量控制：用固有的滑差補償對電機的，速度進行控制。無傳感器的矢量轉矩控制：變頻器可以直接控制電動機的轉矩。另外，還有與紡織機械相關的V／F控制方式。第五十五頁，共六十三頁。（2）保護特性過電壓、欠電壓保護、變頻器過熱保護、接地故障保護、短路保護、電動機過載保護和用PTC為傳感器的電動機過熱保護等。（3）變頻器功能的方框圖如圖2-28所示為變頻器內部功能方框圖?；静僮髅姘澹˙OP）～－濾波及制動元件－～1+10V20V3AIN1+4AIN1－10AIN2+11AIN2－5DIN16DIN27DIN38DIN416DIN517DIN614PTCA15PTCB12AOUT1+13AOUT1－28AOUT2+27AOUT2－20COM19NO18NC22COM21NO25COM24NO23NC29P+30N－/D/D光隔/D/DRS485PEU,V,WPE289+24V0VL1,L2,L3KA1KA2KA3圖2-28變頻器內部功能方框圖DIN1～DIN6為數(shù)字輸入端子，一般用于變頻器外部控制，其具體功能由相應設置決定。例如出廠時設置DIN1為正向運行、DIN2為反相運行等，根據(jù)需要通過修改參數(shù)可改變功能。AIN1、AIN2為模擬信號輸入端子，可作為頻率給定信號和閉環(huán)時反饋信號輸入。KA1、KA2、KA3為繼電器輸出，其功能也是可編程的。AOUT1、AOUT2端子為模擬量輸出4～20mA信號。PTC端子用于電動機內置PTC測溫保護，為PTC傳感器輸入端。P+、N－為485通訊接口。第五十六頁，共六十三頁。