第2章-電氣控制線路基礎

控制板件1控制柜控制柜2第二章電氣控制線路基礎

電器控制線路是用導線將電機、電器、儀表等元件聯(lián)接起來，并實現(xiàn)特定的控制要求。電器控制線路應本著簡單易懂、分析方便的原則，用規(guī)定的圖形符號和文字符號進行繪制。本章主要介紹應用廣泛的三相籠型異步電動機的啟動、制動的基本控制線路和一些典型控制線路。講解新型的電氣控制裝置軟啟動器的使用，最后講解電氣控制線路的設計方法以及常用機床電氣控制線路的分析。32.1電器控制線路的符號及繪制原則2.2三相籠型異步電動機的基本控制線路2.3三相籠型異步電動機的降壓啟動線路2.4三相籠型異步電動機的制動控制線路2.5電器控制線路的設計方法及保護措施2.6典型生產(chǎn)機械電氣控制線路分析4

電器控制線路包括：主電路和控制（輔助）電路兩部分。電器控制線路的表示方法有：電氣原理圖、安裝接線圖兩種。由于它們的用途不同，繪制原則也有差別。電氣原理圖：根據(jù)電路工作原理用規(guī)定的圖形符號繪制，能夠清楚地表明電路功能。（分析系統(tǒng)的工作原理時用）重點講2.1.1電器控制線路常用的圖形、文字符號(38-40頁）：第1章中講到的電器元件的圖形、文字符號要記住。2.1電器控制線路的符號及繪制原則52.1.2繪制原理圖應遵循的原則：①電器控制線路根據(jù)電路通過的電流大小可分為主電路和控制電路。用粗線條畫在原理圖的左邊?？刂齐娐肥峭ㄟ^弱電流的電路，用細線條畫在原理圖的右邊。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。②電氣原理圖中，所有電器元件的圖形、文字符號必須采用國家規(guī)定的統(tǒng)一標準。③若有多個同一種類的電器元件，可在文字符號后加上數(shù)字序號的下標，如KM1、KM2等。④所有按鈕、觸頭均按沒有外力作用和沒有通電時的原始狀態(tài)畫出。⑤電氣原理圖中，應盡量減少線條和避免線條交叉，兩線交叉連接時的電氣連接點須用黑點標出。根據(jù)圖面布置需要，可以將圖形符號旋轉(zhuǎn)繪制，一般逆時針方向旋轉(zhuǎn)90°，但文字符號不可倒置。62.1.3電氣原理圖繪制規(guī)則舉例78圖M7120平面磨床軸坐標圖示法電氣原理圖92.2三相籠型異步電動機的基本控制線路

三相異步電動機的控制線路大多采用接觸器、繼電器、閘刀開關(guān)、按鈕等有觸點電器組合而成。由于三相異步電動機的結(jié)構(gòu)不同，分為鼠籠型異步電動機和繞線型異步電動機，二者的構(gòu)造不同，起動方法也不同，起動控制線路差別更大。三相籠型異步電動機由于結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、堅固耐用等優(yōu)點獲得了廣泛的應用。在生產(chǎn)實際中，它的應用占到了使用電動機的80%以上。所以本章主要講解三相籠型異步電動機的控制線路。本節(jié)先介紹其基本的控制線路。102.2.1直接起動（全壓起動）控制線路1.用刀閘直接起動：如圖示。適用于一般小型臺鉆和砂輪機。11KMSB2C'M3~ABCKMFUQSB'SB1KM停止按鈕起動按鈕自鎖觸頭2.用接觸器直接起動線路：12電路KMSB2C'M3~ABCKMFUQSB'SB1KM停止按鈕起動按鈕自鎖觸頭用接觸器直接起動線路：13M3~KMSB2C'ABCKMFUQSB'SB1KM停止按鈕起動按鈕自鎖觸頭工作原理:按鈕松開線圈（KM）由于自鎖繼續(xù)通電觸頭（KM）閉合按下按鈕（SB2）

線圈（KM）通電自鎖電機旋轉(zhuǎn)觸頭（KM）打開電機停轉(zhuǎn)按下按鈕(SB1)線圈（KM)斷電用接觸器直接起動線路：14KMSB2C'M3~ABCKMFUQSB'SB1KM停止按鈕起動按鈕自鎖觸頭工作原理:按鈕松開線圈（KM）由于自鎖繼續(xù)通電觸頭（KM）閉合按下按鈕（SB2）

線圈（KM）通電自鎖電機轉(zhuǎn)動觸頭（KM）打開電機停轉(zhuǎn)按下按鈕(SB1)線圈（KM)斷電用接觸器直接起動線路：保護措施：失欠壓、過載、短路保護。152.2.2點動和長動控制16圖(c)中：加一個中間繼電器實現(xiàn)控制點動時：SB2↓→KM+→M點動長動時：SB1↓→KA+閉合→KM+并自鎖→M長動直接起動特點：優(yōu)點：起動線路簡單、起動力矩較大；缺點：起動電流大，一般達額定電流的5-7倍。適合于小容量的電機。圖(b)中：在KM自鎖觸點處加一復合按鈕SB2點動時：SB2↓→KM+→M點動（同時斷開自鎖回路）長動時：SB1↓→KM+并自鎖→M長動172.2.3

三相異步電動機的正反轉(zhuǎn)控制線路

反轉(zhuǎn)的實現(xiàn)：改變相序，任意兩相線對調(diào)。可由兩個接觸器來實現(xiàn)。

FUFRABKM1QSM3~CKM2KM1FRKM2KM2SB3KM1SB1SB2主電路控制電路18接觸器正反轉(zhuǎn)控制ABKM1QSM3~CKM2FUFRKM1KM1SB1SB2FRKM2KM2SB3主電路控制電路操作過程：按下SB2電機正轉(zhuǎn)按下SB3電機反轉(zhuǎn)停車按下SB119接觸器正反轉(zhuǎn)控制ABKM1QSM3~CKM2FUFRKM1KM1SB1SB2FRKM2KM2SB3主電路控制電路操作過程：按下SB2電機正轉(zhuǎn)按下SB3電機反轉(zhuǎn)停車按下SB120接觸器正反轉(zhuǎn)控制ABKM1QSM3~CKM2FUFRKM1KM1SB1SB2FRKM2KM2SB3主電路控制電路操作過程：按下SB2電機正轉(zhuǎn)按下SB3電機反轉(zhuǎn)停車按下SB121接觸器正反轉(zhuǎn)控制ABKM1QSM3~CKM2FUFRKM1KM1SB1SB2FRKM2KM2SB3主電路控制電路操作過程：按下SB2電機正轉(zhuǎn)按下SB3電機反轉(zhuǎn)停車按下SB1注意：該電路必須先停車才能由正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)或由反轉(zhuǎn)到正轉(zhuǎn)。SB2和SB3不能同時按下，否則會造成短路！22接觸器正反轉(zhuǎn)控制ABKM1QSM3~CKM2FUFRKM1KM1SB1SB2FRKM2KM2SB3主電路控制電路操作過程：按下SB2電機正轉(zhuǎn)按下SB3電機反轉(zhuǎn)停車按下SB1注意：該電路必須先停車才能由正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)或由反轉(zhuǎn)到正轉(zhuǎn)。SBF和SBR不能同時按下，否則會造成短路！保險熔斷23互鎖：就是互相“鎖住”對方，不讓對方同時處于工作狀態(tài)。一方處于工作時，另一方就被“鎖住”不能再處于工作狀態(tài)，除非處于工作狀態(tài)的一方停止工作?；ユi目的：避免同時工作，避免短路?；ユi形式：電氣、機械和多重互鎖。正反轉(zhuǎn)互鎖控制24接觸器連鎖正反轉(zhuǎn)控制ABKM1QSM3~CKM2FUFRKM1KM1SB1SB2FRKM2KM2SB3主電路控制電路操作過程：按下SB2電機正轉(zhuǎn)按下SB3電機反轉(zhuǎn)停車按下SB1KM2KM1此電路稱為“正→?！础笨刂?5利用復合按鈕組成“正→反→?！被颉胺础！钡幕ユi控制。如圖示：復合按鈕的常閉觸頭同樣起到互鎖的作用，這樣的互鎖叫機械互鎖。該線路既有接觸器常閉觸頭的電氣互鎖，也有復合按鈕的常閉觸頭的機械互鎖，即具有雙重互鎖。KM1SB1KM1SB2FRKM2KM2KM2KM1SB3SB2SB3電氣互鎖機械互鎖262.2.4多地點控制線路控制原則：起動（常開）按鈕應并聯(lián)連接，即邏輯“或”的關(guān)系；停車（常閉）按鈕應串聯(lián)連接，即邏輯“與非”的關(guān)系。如圖所示：為三地點控制線路：272.2.5多臺電動機先后順序工作的控制如圖所示：油泵電機由KM1控制，主軸電機由KM2控制。圖(a)工作過程：28改用下圖可省去KM1常開觸頭，使線路簡化。工作過程如下：29在圖(c)中兩電機工作順序：M1起動后M2才能起動，M2停車后M1才能停車30如圖示：采用時間繼電器按時間順序起動的控制線路：工作過程：思考題：交流接觸器能否串連使用？為什么？312.2.6自動循環(huán)控制如圖示：鉆削加工時刀架的自動循環(huán)過程。具體要求:①自動循環(huán)：刀架能自動地由位置1移動到位置2進行鉆削加工并自動退回位置1。②無進給切削：即刀具到達位置2時不再進給，但鉆頭繼續(xù)旋轉(zhuǎn)進行無進給切削以提高工件加工精度。③快速停車：當?shù)都芡顺龊笠罂焖偻＼囈詼p少輔助工時。321.工藝要求刀架能自動循環(huán)，如圖示：332．實現(xiàn)無進給切削：

根據(jù)時間原則，采用時間繼電器來實現(xiàn)無進給切削控制。如圖示：34補充題：1.分析如圖所示線路中，哪種線路能實現(xiàn)電動機正常連續(xù)運行和停止，哪種不能？為什么？352.交流接觸器能否串連使用？為什么？不能。因為每個線圈上所分配到的電壓與線圈阻抗成正比，兩個電器動作總是有先有后，不可能同時吸合，先吸合的接觸器磁路閉合，線圈的電感顯著增加，電壓降也相應增加，從而使另一個接觸器的線圈電壓達不到吸合電壓而不能動作。36

2.3三相籠型異步電動機降壓起動控制線路2.3.1星形—三角形降壓起動控制線路：條件：對于正常運轉(zhuǎn)時定子繞組接成三角形的籠型異步機可采用星—三角形降壓起動的方法，來達到限制起動電流的目的。星—三角形起動過程優(yōu)點是：起動電流小（為直接起動的1/3），結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜。缺點是起動轉(zhuǎn)矩也是原來三角形接法的1/3。它適合輕載或空載狀態(tài)下起動。37工作過程：38392.3.2定子繞組串電阻減壓起動控制線路起動時在三相定子繞組中串入電阻R，從而減低了定子繞組上的電壓，待起動后，再將電阻R切除，使電動機在額定電壓下投入正常運行?？刂凭€路見下頁：串電阻起動的優(yōu)點：提高了功率因數(shù)，改善了電網(wǎng)質(zhì)量，電阻價格便宜，控制線路簡單。缺點是：電阻上功率損耗大。只適用中小容量電機不經(jīng)常起動、制動的場合。40：工作過程：合上QS→SB2↓→KM1+并自鎖→KM1主觸頭閉合→M串R起動，同時KT通電（延時t秒)→KT常開閉合→KM2+并自鎖→KM1-→KT-412.3.3自耦變壓器減壓起動控制線路：方法起動對電網(wǎng)的電流沖擊小，損耗功率也小，但自耦變壓器價格較貴。此法主要用于起動較大容量的電動機。42

2.3.4軟啟動器及其使用主要特點：采用電子啟動的方法。具有軟啟動和軟停車功能，啟動電流、啟動轉(zhuǎn)矩可調(diào)節(jié)，另外還具有電動機過載保護等功能。原理：利用晶閘管的移相控制原理43應用范圍：★油田采油設備(注水泵、輸油泵、磕頭機、潛油電泵)。★煤礦牽引車，輸送帶，石材機械，選礦機，排風機?！飶V泛應用于機械配套，如吹膜機、制管機、型材押出機、包裝機械、煙草機械、小型流水線、木材加工機械、循環(huán)水泵、紡織機械等配套?！镥仩t鼓引風機?！镅a水泵、恒壓供水、中央空調(diào)?！飻D出機、自動化生產(chǎn)線、吹瓶機。442.4 三相異步電動機的制動控制線路2.4.1反接制動控制線路

反接制動原理是利用制動時使電源反相序,使定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反,因而產(chǎn)生制動力矩快速停車。制動到轉(zhuǎn)速接近零時,電動機電源自動切除,否則電動機會反方向旋轉(zhuǎn),檢測元件采用直接反映轉(zhuǎn)速信號的速度繼電器.此外，由于反接制動電流較大，制動時需在定子回路中串入電阻以限制制動電流。反接制動電阻的接法有兩種:對稱電阻接法和不對稱電阻接法,如圖：451.電動機單向運行反接制動控制線路起動：SB2↓→KM1+并自鎖→M+運轉(zhuǎn)→KS常開閉合停車：SB1↓→KM1-→KM2+→電機反轉(zhuǎn)串電阻制動→當n≈0時→KS常開斷開→KM2-停車存在問題：46分析圖(b):起動：SB2↓→KM1+并自鎖→M起動運行→KS+為制動準備制動：SB1↓→KM1-→KM2+并自鎖→定子繞組串電阻反接制動→到n≈0時→KS常開斷開→KM2-→M停車結(jié)束。47

２．可逆運行反接制動控制線路分析圖(a):電動機正向：起動：SB1↓→KM1+→M正轉(zhuǎn)→KSF常閉打開、常開閉合。制動：SB↓→KM1-→KM2+→實現(xiàn)反接制動直到n≈0時→KSF常開斷開→KM2-→KSF常閉閉合，所以不會造成反接制動后電動機反向起動。48

工作過程：以電動機正轉(zhuǎn)為例：如圖(b)所示：反接制動優(yōu)點：制動能力強，制動時間短，因采用以轉(zhuǎn)速為變化參量用速度繼電器檢測轉(zhuǎn)速信號，能夠準確地反映轉(zhuǎn)速不受外界因素干擾，有很好的制動效果。缺點：制動電流大，能量損耗大。492.4.2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源，即通入直流電流，利用轉(zhuǎn)子感應電流與靜止磁場的作用達到制動的目的。1.電動機單向運行能耗制動控制線路工作過程如下：起動時SB2↓→KM1+并自鎖→M運行制動時SB1↓→KM1-→M斷開電源：KM2+→M兩相定子繞組通入直流電，開始能耗制動KT+→延時t秒后KT常閉斷開→KM2-（KT-）→M切斷直流電→能耗制動結(jié)束。5051該控制線路制動能量損耗小，制動電流較小，制動準確，但需要整流電源，制動速度較慢，對于較大功率的電動機要采用三相整流電路，則所需設備多，投資成本高。因此本電路適用于要平穩(wěn)制動的場合。2.可逆運行能耗制動控制線路52

2.4.3三相異步電動機電容制動控制電容制動是在切斷三相異步機電源后，在定子繞組上接入電容器。轉(zhuǎn)子內(nèi)剩余磁切割定子繞組產(chǎn)生感應電流，向電容器充電，充電電流在定子繞組中形成磁場，這磁場與轉(zhuǎn)子感應電流相互作用，產(chǎn)生與轉(zhuǎn)向相反的制動力矩，使電動機迅速停車。53控制線路可同上，也可為下圖：工作過程：起動時SB2↓→KM1+并自鎖→M運行KT得電→其常開立即閉合為制動做準備；制動時：SB1↓→KM1失電→M斷開電源：1）KM2+→電容器接入，開始制動2）KT斷電→延時t秒后KT常開斷開→KM2失電→電容器斷開→制動結(jié)束。54例：鉆削加工刀架自動循環(huán)控制，如要求加上快速停車如何實現(xiàn)？滿足以上三點的完整的鉆削加工過程如下圖：55例1：某籠型電動機正、反向運轉(zhuǎn)，要求降壓起動、快速停車，試設計主電路與控制電路。采用定子繞組串電阻降壓起動，反接制動快速停車。如下圖示：5657例2：M1M2均為籠型電動機，可直接起動，按下列要求設計控制電路：

（1）M1先起動，經(jīng)一定時間后M2自行起動

（2）M2起動后，M1立即停車

（3）M2能單獨停車

（4）M1M2均能點動58聯(lián)鎖控制的關(guān)鍵是正確選擇聯(lián)鎖觸點，其普遍規(guī)律為：

①要求甲接觸器動作時，乙接觸器不能動作，則須將甲接觸器的常閉輔助觸點串在乙接觸器的線圈電路中。②要求甲接觸器動作后乙接觸器方能動作，則須將甲接觸器的常開輔助觸點串在乙接觸器的線圈電路中。③要求乙接觸器線圈先斷電釋放后方能使甲接觸器線圈斷電釋放，則須將乙接觸器常開輔助觸點并在甲接觸器的線圈電路中的停止按鈕上。592．5電器控制線路的簡單設計法

電氣控制系統(tǒng)的設計一般包括確定拖動方案、選擇電機容量和設計電氣控制線路。電氣控制線路的設計又分為主電路設計和控制電路設計。電氣控制線路的設計通常有兩種方法，即一般（經(jīng)驗）設計法和邏輯設計法。2.5.1經(jīng)驗設計法及保護措施：采用經(jīng)驗設計法，應注意以下幾個問題：（一）保證控制線路工作的安全和可靠性。電器元件要正確連接，否則可能使線路發(fā)生誤動作，甚至造成嚴重事故。1．線圈的連接：兩個電器線圈如需同時動作時，應并聯(lián)連接，切勿串聯(lián)，否則會燒毀線圈。602.電器觸頭的連接：同一個電器的常開和常閉觸頭位置盡可能靠近，盡可能有等電位點。如圖：

3.在線路中應盡量避免許多電器觸頭依次接通，才能接通另一個電器的控制線路。61

4.在設計控制線路中，應考慮繼電器觸頭的接通和分斷能力。

如需增加接通能力，就用多觸頭并聯(lián)；如需增加分斷能力，則用多觸頭串聯(lián)。5．設計控制線路時，應考慮電器元件“觸頭競爭”問題。如圖為觸頭競爭線路，若繼電器KA采用“先合后斷”型,則自鎖環(huán)節(jié)起作用，如KA采用“先斷后合”型，則自鎖環(huán)節(jié)不起作用。（二）控制線路力求簡單、經(jīng)濟1．盡量減少觸頭數(shù)目。如圖：62

2．盡量減少連接導線，以簡化接線。如圖：3.控制線路設計時，盡量減少或避免長期通電的電器元件，以延長電器元件使用壽命和節(jié)約電能。（三）防止寄生電路控制線路在某種特殊情況下，發(fā)生意外接通的電路稱為寄生電路（或叫假回路）（四）應具有必要的保護環(huán)節(jié)

常用的保護環(huán)節(jié)有短路、過流、過載、過壓、失壓、弱磁、超速、極限等，有時還設有合閘、正常工作、事故、分閘等指示信號。631.短路保護2.過電流保護:用過電流繼電器3.過載保護：熱繼電器4．零電壓和欠電壓保護：防止電壓恢復時電動機自啟動的保護叫零電壓保護。在電壓下降達到最小允許電壓值時將電動機電源切除，這就叫欠電壓保護。（五）力求操作簡單、維護檢修方便在電器控制線路中，通常采用熔斷器或斷路器作短路保護。64

例1：皮帶運輸機的電器控制線路。皮帶運輸機對電器控制的要求：如圖所示：1.起動時，順序為3#，2#，1#，并要有一定時間間隔，以免貨物在皮帶上堆積，造成后面皮帶重載起動。2.停車時，順序為1#，2#，3#，以保證停車后皮帶上不殘存貨物。3．不論2#或3#出