《電氣控制與PLC原理及應用》課件第2章

第2章繼電器—接觸器控制電路的基本環(huán)節(jié)

2.1電氣控制系統(tǒng)圖2.2電路的邏輯表示及邏輯運算2.3三相異步電動機的啟動控制電路2.4三相異步電動機的運行控制電路2.5三相異步電動機的制動控制電路2.6電液控制電路小結2.1電氣控制系統(tǒng)圖

電氣控制系統(tǒng)圖包括電氣原理圖、接線圖、電器元件布置圖等。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。圖紙分為橫圖和豎圖。國家標準GB2988.2—86規(guī)定的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。需要加長的圖紙可采A4×5~A3×3的幅面。若上面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。表2-1電氣圖幅面尺寸及其代號

為了便于確定各組成部分的位置，可以在各種幅面的圖紙上分區(qū)，分區(qū)的長度一般介于25～75mm。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)域的字母和數字表示，如B3、C5。2.1.1電氣原理圖

電氣原理圖習慣上稱為電路圖，它是指用圖形符號和項目代號表示電路及各個電器元件連接關系的圖。通過原理圖，可詳細地了解電路、電氣設備控制系統(tǒng)的組成和工作原理，并可在測試和尋找故障時提供足夠的信息，同時它也是編制接線圖的重要依據。

原理圖中的所有電器元件不畫出實際外形圖，而采用國家標準規(guī)定的圖形符號和文字符號(參見本書附錄A)。原理圖注重表示電氣電路各電器元件間的連接關系，而不考慮其實際位置，甚至可以將一個元件分成幾個部分繪于不同圖紙的不同位置，但必須用相同的文字符號標注。電路圖的繪制規(guī)則由國家標準GB6988.4給出。圖2-1給出了某設備電路圖繪制的具體實例。圖2-1某機床電控系統(tǒng)電路圖(a)控制電路圖；(b)觸點位置表示一般工廠設備的電路圖繪制規(guī)則可簡述如下：1.電路繪制在電路圖中，一般主電路和控制電路分成兩部分畫出。主電路是設備的驅動電路，它在控制電路的控制下，根據控制要求由電源向用電設備供電?？刂齐娐酚山佑|器和繼電器線圈及各種電器的動合、動斷觸點組合構成。

主電路、控制電路和其他輔助的信號照明電路、保護電路一起構成電控系統(tǒng)。電路圖中的電路可水平布置或者垂直布置。水平布置時電源線垂直畫，其他電路水平畫，控制電路中的耗能元件畫在電路的最右端。垂直布置時，電源線水平畫，其他電路垂直畫，控制電路中的耗能元件畫在電路的最下端。

2.元器件繪制和器件狀態(tài)

電路圖中所有電器元件的可動部分通常表示在電器非激勵或不工作的狀態(tài)和位置，其中常見的器件狀態(tài)有：

(1)繼電器和接觸器的線圈處在非激勵狀態(tài)。

(2)斷路器和隔離開關在斷開位置。

(3)零位操作的手動控制開關在零位狀態(tài)，不帶零位的手動控制開關在圖中規(guī)定的狀態(tài)(一般是斷開)。

(4)機械操作開關和按鈕在非工作狀態(tài)或不受力狀態(tài)。

(5)保護類元器件處在設備正常工作狀態(tài)，特別情況在圖樣上說明。

3.圖區(qū)和觸點位置索引

工程圖樣通常采用分區(qū)的方式建立坐標，以便于閱讀與查找。電路圖常采用在圖的下方沿橫坐標方向劃分的方式，并用數字標明圖區(qū)，同時在圖的上方沿橫坐標方向劃區(qū)，分別標明該區(qū)電路的功能，如圖2-1(a)所示。元件的相關觸點位置的索引用圖號、頁次和區(qū)號組合表示如下：

當某圖號僅有一頁圖樣時，只寫圖號和圖區(qū)的行、列號(無行號時，只寫列號)；在只有一個圖號多頁圖樣時，則圖號可省略；而當元件的相關觸點只出現在一張圖樣上時，只標出圖區(qū)號(或列號)。繼電器和接觸器的觸點位置采用附圖的方式表示，附圖可畫在電路圖中相應線圈的下方(此時，可只標出觸點的位置索引)，也可畫在電路圖上的其他地方。附圖上的觸點表示方法如圖2-1(b)所示，其中，觸點圖形符號可省略不畫。

4.電路圖中技術數據的標注

電路圖中元器件的數據和型號，一般用小號字體標注在電器代號的下面，如圖2-1(a)中熱繼電器動作電流和整定值的標注。電路圖中導線截面積也可如圖2-1(a)那樣標注。2.1.2電器元件布置圖電器布置圖中繪出了機械設備上所有電氣設備和電器元件的實際位置，是機械電氣控制設備制造、安裝和維修時必不可少的技術文件。布置圖根據設備的復雜程度可集中繪制在一張圖上，控制柜、操作臺的電器元件布置圖也可以分別繪出。繪制布置圖時機械設備輪廓用虛線畫出，對于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即可。2.1.3電氣接線圖

電氣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，并標注出所需數據，如接線端子號、連接導線參數等。實際應用中，接線圖通常與電路圖和位置圖一起使用。圖2-2是根據圖2-1所示機床電路圖繪制的接線圖。圖中標明了該機床電氣控制系統(tǒng)的電源進線、用電設備和各電器元件之間的接線關系，并用虛線分別框出了電氣柜、操作臺等接線板上的電氣元件，畫出了虛線框之間的連接關系，同時還標出了連接導線的根數、截面積和顏色以及導線保護外管的直徑和長度。圖2-2某機床電控系統(tǒng)接線圖2.2電路的邏輯表示及邏輯運算

邏輯代數又叫布爾代數或開關代數。邏輯代數的變量只有“1”和“0”兩種取值，“0”和“1”分別代表兩種對立的、非此及彼的概念，如果“1”代表“真”，“0”即為“假”；“1”代表“有”，“0”即為“無”；“1”代表“高”，“0”即為“低”。在機械電器控制線路中的開關觸點只有“閉合”和“斷開”這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)；在數字電路中某點的電平只有“高”和“低”兩種狀態(tài)等。因此，這種對應關系使得邏輯代數在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，邏輯代數已成為分析電路的重要數學工具。2.2.1電器元件的邏輯表示

電氣控制系統(tǒng)由開關量構成控制時，電路狀態(tài)與邏輯函數之間存在著對應關系。為將電路狀態(tài)用邏輯函數式的方式描述出來，通常對電器做如下規(guī)定：用KM、KA、SQ等分別表示接觸器、繼電器、行程開關等電器的動合(常開)觸點狀態(tài)；用、、等表示動斷(常閉)觸點狀態(tài)。(1)線圈狀態(tài)：KA=1：繼電器線圈處于通電狀態(tài)。KA=0：繼電器線圈處于斷電狀態(tài)。(2)觸點處于激勵或非工作的原始狀態(tài)：KA：繼電器處于動合觸點狀態(tài)。：繼電器處于動斷觸點狀態(tài)。SB：按鈕處于動合觸點狀態(tài)。：按鈕處于動斷觸點狀態(tài)。(3)觸點處于激勵或工作狀態(tài)：KA：繼電器處于動合觸點狀態(tài)。：繼電器處于動斷觸點狀態(tài)。SB

：按鈕處于動合觸點狀態(tài)。：按鈕處于動斷觸點狀態(tài)。2.2.2電路狀態(tài)的邏輯表示電路中觸點的串聯關系可用邏輯“與”即邏輯乘(·)的關系表達；觸點的并聯關系可用邏輯“或”即邏輯加(+)的關系表達。圖2-3為一啟動控制電路中接觸器KM線圈的啟動控制電路，其邏輯函數式可寫為圖2-3啟動控制電路2.2.3電路化簡的邏輯法

用邏輯函數表達的電路可用邏輯代數的基本定律和運算法則進行化簡。圖2-4(a)的邏輯式為化簡后為

因此，圖2-4(a)化簡后得到圖2-4(b)所示電路，并且圖2-4(a)電路與圖2-4(b)電路在功能上是等效的。圖2-4兩個相等的函數及其等效電路2.3三相異步電動機的啟動控制電路

電動機啟動是指電動機的轉子由靜止狀態(tài)變?yōu)檎＿\轉狀態(tài)的過程?；\型異步電動機有兩種啟動方式，即直接啟動和減壓啟動。直接啟動也叫全壓啟動。電動機直接啟動時啟動電流很大，約為額定值的4~7倍，過大的啟動電流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，而且，電動機頻繁啟動會嚴重發(fā)熱，加速線圈老化，縮短電動機的壽命。因而對容量較大的電動機，一般采用減壓啟動，以減小啟動電流。采用何種啟動方式，可由經驗公式判別，若滿足下式即可直接啟動：

式中：IST——電動機啟動電流(單位為A)；

IN——電動機額定電流(單位為A)；

SS——電源容量(單位為kVA)；

PN——電動機額定功率(單位為kW)。有時為了減小和限制啟動時對機械設備的沖擊，即使允許直接啟動，也往往采用減壓啟動。

2.3.1全壓啟動控制電路

對容量較小，滿足上式給出的條件，并且工作要求簡單的電動機，如小型臺鉆、砂輪機、冷卻泵的電動機，可用手動開關直接接通電源啟動，如圖2-5所示的控制電路。圖2-5開關直接啟動控制電路一般中小型機床的主電機都采用接觸器直接啟動，如圖2-6所示的控制電路。接觸器直接啟動電路分成主電路和控制電路兩部分。主電路(即動力電路)由接觸器的主觸點接通與斷開，控制電路由觸點組合，控制接觸器線圈的通、斷電，實現對主電路的通、斷控制。具體分析如下：合總開關QS，按下常開按鈕SB2，使得接觸器KM線圈得電，其常開主觸點閉合，三相電源接通，電動機啟動并運行。KM輔助動合觸點閉合，啟動按鈕被短路，暫時失去控制作用。KM的線圈通電時其輔助動合觸點閉合，而輔助動合觸點閉合又維持其線圈通電，這一相互依存的現象稱為“自鎖”或“自保持”。所以松開可復位的按鈕SB2時，該KM線圈不失電，電動機得以持續(xù)運行。電動機需停止時，按下常閉按鈕SB1，KM線圈失電，其常開主觸點和輔助觸點均斷開，電動機脫離三相電源停止轉動。圖2-6接觸器直接啟動控制電路2.3.2點動控制電路機械設備長時間運轉，即電動機持續(xù)工作，稱為長動。實際工作中，除要求電動機長期運轉外，有時還需短時或瞬時工作，稱為點動。比如機床調整時，需主軸稍轉一下，如圖2-7(a)所示。當按下按鈕SB時，KM線圈得電，其主觸頭閉合，電動機轉動，松開SB，按鈕復位斷開，KM線圈斷電，其主觸頭斷開，電動機停止。圖2-7具有點動控制的電路長動控制電路中的接觸器線圈得電后能自鎖，而點動控制電路卻不能自鎖。當機械設備要求電動機既能持續(xù)工作，又能方便瞬時工作時，電路必須同時具有長動和點動的控制功能，如圖2-7(b)、(c)所示。圖2-7(b)中，需電動機點動時，開關SA斷開，當按下按鈕SB時，線圈KM得電，但由于不能構成自鎖，因此能實現點動功能。需電動機長期工作時，開關SA合上，當按下按鈕SB時，線圈KM得電，其常開輔助觸頭閉合，即可形成自鎖，實現電動機的長期工作。圖2-7(c)中，按下按鈕SB2時，線圈KM得電，其常開輔助觸頭閉合，即可形成自鎖，實現電動機長期工作。當按下按鈕SB3時，其常閉觸點先斷開，常開觸點再閉合，線圈KM得電，其常開輔助觸頭閉合，但由于沒有形成自鎖，因此可實現點動功能。2.3.3籠形異步電動機Y-△減壓啟動控制電路

減壓啟動是指在啟動時，在電源電壓不變的情況下，通過某種方法，降低加在電動機定子繞組上的電壓，待電動機啟動后，再將電壓恢復到額定值。因為電動機的啟動電流與電壓成正比，所以降低啟動電壓可以減小啟動電流。但電動機的轉矩與電壓的平方成正比，所以啟動轉矩也大為降低，因而減壓啟動只適用于對啟動轉矩要求不高或在空載、輕載下啟動的設備。常用的減壓啟動方式有Y-△(星形—三角形)降壓啟動、串電阻降壓啟動、自耦變壓器降壓啟動和延邊三角形降壓啟動。電動機啟動時接成Y連接，繞組電壓降為額定電壓的，正常運轉時換接成△連接。由電工知識可知：I△L=3IYL(分別代表兩種接法時的線電流)。接成Y連接時，啟動電流僅為△連接時的1/3，相應的啟動轉矩也是△連接時的1/3。因此，Y-△啟動僅適用于正常運行時按△連接的電動機的空載或輕載啟動。

在電動機啟動時，定子繞組首先接成星形，至啟動即將完成時再換接成三角形。圖2-8是Y-△減壓啟動的控制電路。圖中，主電路由三組接觸器主觸點分別將電動機的定子繞組接成三角形或星形。當KM3線圈得電，主觸點閉合時，繞組接成星形；當KM2主觸點閉合時，接為三角形。KM1用來接通電源。兩種接線方式的切換需在極短的時間內完成，在控制電路中采用了時間繼電器，可定時自動切換?？刂齐娐返倪壿嫳磉_式為由邏輯函數表達式可看出各個線圈通、斷電的控制條件，例如KM1線圈的切斷條件有兩個，即當電動機超載時熱繼電器的動斷觸點斷開，切斷電路，或者是停車時按下停車按鈕SB1；接通條件是啟動按鈕SB2壓下，或者自鎖觸點KM1閉合。

控制電路的邏輯表達式用于分析電路的控制條件，電路的工作過程可通過電器動作順序表來描述。Y-△減壓啟動控制電路的工作過程如下：合上開關QS，為啟動做準備；按下啟動按鈕SB2時，KM1、KM3、KT線圈同時得電，KM1輔助觸頭閉合形成自鎖；KM1，KM3主觸頭閉合，電動機以星形啟動，當KT延時時間到時，其常閉觸頭斷開，常開觸頭閉合，KM3線圈斷電，KM2線圈得電自鎖，KM3主觸頭斷開，KM2主觸頭閉合，電動機轉為三角形正常運行；當電動機正常運行時，KM2常閉輔助觸頭斷開，可讓KT線圈斷電，以節(jié)約電能；需電動機停止時，按下SB1即可。圖2-8Y-△減壓啟動電路電路圖中常閉觸點KM2和KM3構成了互鎖，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，使電路可靠工作。2.3.4自耦變壓器(補償器)減壓啟動控制電路

自耦變壓器一次側電壓、電流和二次側電壓、電流的關系為式中，K為自耦變壓器的變壓比。啟動轉矩正比于電壓的平方，定子每相繞組上的電壓降低到直接啟動電壓的1/K，啟動轉矩也將降低為直接啟動的1/K2。因此，啟動轉矩的大小可通過改變變壓比K得到改變。補償器減壓啟動利用自耦變壓器來降低啟動時的電壓，以達到限制啟動電流的目的。啟動時，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。自耦變壓器減壓啟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減壓啟動的自動控制，其控制電路如圖2-9所示。圖2-9自動啟動的補償器減壓啟動控制電路

控制電路可分為三個部分：主電路、控制電路和指示燈電路。KM1為自耦變壓器減壓啟動接觸器，KM2為全壓運行接觸器，KA為中間繼電器，KT為自動切換用時間繼電器，HL1為正常運行指示燈，HL2為減壓啟動指示燈，HL3為電源指示燈。電動機啟動工作過程如下：當電路中變壓器得電時，電源指示燈HL3亮；按下啟動按鈕SB2，KM1及KT線圈得電自鎖，電動機經自耦變壓器啟動，HL2亮；KT延時時間到時，其常開觸點閉合，KA線圈得電自鎖，KM1線圈失電，KM2線圈得電，減壓啟動結束，電動機進入正常運行，HL1燈亮。停止時，按下SB1即可。補償器減壓啟動適用于負載容量較大，正常運行時定子繞組連接成Y形而不能采用星形—三角形啟動方式的籠形異步電動機。但這種啟動方式設備費用大，通常用于啟動大型的和特殊用途的電動機。2.4三相異步電動機的運行控制電路

2.4.1多地點控制電路在大型機床設備中，為了操作方便，常要求能在多個地點進行控制。如圖2-10所示，把啟動按鈕并聯起來，把停止按鈕串聯起來，分別裝在兩個地方，就可實現兩地操作。圖2-10兩地控制電路圖圖2-11多點控制電路在大型機床上，當要求啟動時，為了保證操作安全，幾個操作者都發(fā)出主令信號(按啟動按鈕)后，設備才能工作，見圖2-11。2.4.2多臺電動機順序啟、?？刂齐娐?/p>

在裝有多臺電動機的生產機械上，各電動機所起的作用不同，有時需要按一定的順序啟動才能保證操作過程的合理和工作的安全可靠。例如，在銑床上就要求先啟動主軸電動機，然后才能啟動進給電動機。又如，帶有液壓系統(tǒng)的機床，一般都要先啟動液壓泵電動機，然后才能啟動其他電動機。這些順序關系反映在控制電路上，稱為順序控制。

圖2-12所示是兩臺電動機M1和M2的順序控制電路。該電路的特點是，電動機M2的控制電路是接在接觸器KM1的常開輔助觸點之后。這就保證了只有當KM1接通，M1啟動后，M2才能啟動。如果由于某種原因(如過載或失壓等)使KM1失電，M1停轉，那么M2也立即停止，即M1和M2同時停止。圖2-12順序控制電路圖2-13所示是其他兩種順序控制電路(主電路未畫出)。圖2-13(a)的特點是，將接觸器KM1的另一常開觸點串聯在接觸器KM2線圈的控制電路中，同樣保持了圖2-12的順序控制作用；該電路還可實現M2單獨停止。圖2-13(b)的特點是，由于在SB12停止按鈕兩端并聯著一個KM2的常開觸點，因此只有先使接觸器KM2線圈斷電，即電動機M2停止后，才能按下SB12，斷開接觸器KM1線圈電路，使電動機M1停止。圖2-13其他兩種順序控制電路2.4.3三相異步電動機的正、反轉控制電路

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，機床工作臺的前進和后退，起重機吊鉤的上升和下降等，這樣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。我們知道，只要將三相電源中的任意兩相交換就可改變電源相序，而電動機就可改變旋轉方向。實際電路構成時，可在主電路中用兩個接觸器的主觸點實現正轉相序接線和反轉相序接線，在控制電路中控制正轉接觸器線圈得電，其主觸點閉合，電動機正轉，或者控制反轉接觸器線圈通電，主觸點閉合，電動機反轉。

1.按鈕控制的電動機正、反轉控制電路圖2-14所示是按鈕控制正、反轉的控制電路，其主電路中的接觸器KM1和KM2構成正、反轉的相序接線。在圖2-14(a)的控制電路中，按下正向啟動按鈕SB2，正轉控制接觸器KM1線圈的得電動作，其主觸點閉合，電動機正向轉動；按下停止按鈕SB1，電動機停轉；按下反向啟動按鈕SB3，反轉控制接觸器KM2線圈的得電動作，其主觸點閉合，給電動機送入反相序電源，電動機反轉。圖2-14兩種正、反轉控制電路由主電路可知，若KM1與KM2的主觸點同時閉合，將會造成電源短路，因此任何時候，只能允許一個接觸器通電工作。要實現這樣的控制要求，通常是在控制電路中將兩接觸器的動斷觸點分別串接在對方的工作線圈電路里，如圖2-14(a)中KM1與KM2的動斷觸點那樣，這樣可以構成互相制約關系，以保證電路安全正常的工作。這種互相制約的關系稱為“聯鎖”，也稱為“互鎖”。

在圖2-14(a)的控制電路中，當變換電動機轉向時，必須先按下停止按鈕，才能實現反向運行，這樣很不方便。圖2-14(b)的控制電路利用復合按鈕SB3、SB2，可直接實現由正轉變?yōu)榉崔D的控制(反之亦然)。圈失電，而后另一線圈得電。復合按鈕具有聯鎖功能。當某一線圈工作時，按下其回路中的動斷觸點，此線此線圈失電，而后另一線圈得電。

2.往復自動循環(huán)控制電路機械設備中如機床的工作臺、高爐的加料設備等均需在一定的距離內能自動往復不斷循環(huán)，以實現所要求的運動。圖2-15所示是機床工作臺往返循環(huán)的控制電路。它實質上是用行程開關來自動實現電動機正、反轉的。組合機床、銑床等的工作臺常用這種電路來實現往返循環(huán)。圖2-15中，SQ1、SQ2、SQ3、SQ4為行程開關，按要求安裝在床身固定的位置上，反映加工終點與原位(即行程)的長短。當撞塊壓下行程開關時，其常開觸點閉合，常閉觸點打開。即在一定行程的起點和終點用撞塊壓下行程開關，以代替人工操作按鈕。圖2-15工作臺往返循環(huán)的控制電路合上電源開關QS，按下正向啟動按鈕SB2，接觸器KM1得電動作并自鎖，電動機正轉使工作臺前進，當運行到SQ2位置時，其常閉觸點斷開，KM1線圈失電，電動機脫離電源，同時，SQ2常開觸點閉合，使KM2線圈通電，電動機實現反轉，工作臺后退。當撞塊又壓下SQ1時，使KM2線圈斷電，KM1線圈又得電，電動機又正轉使工作臺前進，這樣可一直循環(huán)下去。

SB1為停止接鈕，SB3與SB2為不同方向的復合啟動按鈕。之所以用復合按鈕，是為了滿足改變工作臺方向時，不按停止按鈕便可直接操作的要求。限位開關SQ3與SQ4安裝在極限位置。若由于某種故障使工作臺到達SQ1(或SQ2)位置時未能切斷KM2(或KM1)，則工作臺繼續(xù)移動到極限位置，壓下SQ3(或SQ4)，此時可最終把控制電路斷開，使電動機停止，避免工作臺由于越出允許位置所導致的事故。因此，SQ3、SQ4起極限位置保護作用。

上述這種用行程開關按照機床運動部件的位置或機件的位置變化所進行的控制，稱為按行程原則的自動控制，或稱行程控制。行程控制是機床和機床自動線應用最為廣泛的控制方式之一。2.4.4雙速異步電動機的控制電路

實際生產中，對機械設備常有多種速度輸出的要求。通常，采用單速電動機時，需配有機械變速系統(tǒng)以滿足變速要求。當設備的結構尺寸受到限制或要求速度連續(xù)可調時，常采用多速電動機或電動機調速。由于晶閘管技術的發(fā)展，對交流電動機的調速已得到了廣泛的應用，但由于其控制電路復雜、造價高，因此普通中小型設備使用較少。實際中應用較多的還是雙速交流電動機。

由電工學可知，n=60f1(1-s)/p為電動機轉速。電動機的轉速與電動機的磁極對數有關，改變電動機的磁極對數即可改變其轉速。采用改變磁極對數的變速方法一般可適用籠型異步電動機。本節(jié)分析雙速電動機及其控制電路。

1.電動機磁極對數的產生與變化籠型異步電動機有兩種改變磁極對數的方法：第一種是改變定子繞組的連接，即改變定子繞組中電流流動的方向，形成不同的磁極對數；第二種是在定子繞組上設置具有不同磁極對數的兩套互相獨立的繞組。當一臺電動機需要較多級數的速度輸出時，也可兩種方法同時采用。雙速電動機的定子繞組由兩個線圈連接而成，線圈之間有導線引出，如圖2-16所示。圖2-16雙速電動機的定子繞組接線(a)三角形；(b)星形；(c)雙星形；(d)四極接線電流圖；(e)二極接線電流圖常見的定子繞組接線有兩種：一種是由單星形改為雙星形，即將圖2-16(b)的連接方式換成圖2-16(c)的連接方式；另一種是由三角形改為雙星形，即由圖2-16(a)的連接方式換成圖2-16(c)的連接方式。當每相定子繞組的兩個線圈串聯后接入三相電源時，電流流動方向及電流分布如圖2-16(d)所示，即形成四極速運行。當每相定子繞組的兩個線圈并聯時，由中間導線端子接入三相電源，其他兩端匯集一點構成雙星形連接，電流流動方向及電流分布如圖2-16(e)所示，此時形成二極速高速運行。這兩種接線方式的變換可使磁極數減少一半，使其定子同步轉速增加一倍，使轉子轉速約增加一倍。單星形—雙星形的切換適用于拖動恒轉矩性質的負載；三角形—雙星形的切換適用于拖動恒功率性質的負載。2.雙速電動機控制電路圖2-17是雙速電動機三角形—雙星形變換控制電路圖。圖中，主電路接觸器KM1的主觸點閉合，構成三角形連接；KM2和KM3的主觸點閉合構成雙星形連接。必須指出，當改變定子繞組接線時，必須同時改變定子繞組的相序，即對調任意兩相繞組出線端，以保證調速前后電動機的轉向不變?？刂齐娐酚腥N，分別對應圖2-17的(a)、(b)和(c)。圖2-17(a)控制電路由復合按鈕SB2接通接觸器KM1的線圈電路，KM1主觸點閉合，電動機低速運行。SB3接通KM2和KM3的線圈電路，其主觸點閉合，電動機高速運行。為防止兩種接線方式同時存在，KM1和KM2的動斷觸點在控制電路中構成互鎖。具體分析如下：按下低速啟動按鈕SB2，KM1線圈得電，其常開輔助觸點閉合自鎖，常開主觸點閉合，電機為三角形接法啟動并進入低速運行。需高速運行時，按下SB3按鈕，KM1線圈失電，常閉輔助觸點復位，KM2和KM3線圈同時得電并自鎖，其主觸點閉合，電機轉為雙星形高速運行。停止時按下常閉按鈕SB1即可。圖2-17(b)控制電路采用選擇開關SA，選擇接通KM1的線圈電路或KM2、KM3的線圈電路，即選擇低速運行或者高速運行。圖2-17(a)和圖2-17(b)控制電路用于小功率電動機，圖2-17(c)控制電路用于較大功率電動機，選擇開關SA用來選擇低速運行或高速運行。SA位于“1”的位置(選擇低速運行)時，接通KM1線圈電路，直接啟動低速運行；SA位于“2”的位置(選擇高速運行)時，首先接通KM1線圈電路低速啟動，然后由時間繼電器KT切斷KM1的線圈電路，同時接通KM2和KM3的線圈電路，電動機的轉速自動由低速切換到高速。詳細工作過程如下：

預先選擇開關SA，低速時置“1”(工作過程略)，高速時置“2”，KT線圈得電，常開瞬動觸點合上，KM1線圈得電，電機啟動并進入低速運行。當KT延時時間到時，其常閉延時觸點斷開，KM1線圈失電，KT常開延時觸點合上，KM2和KM3線圈得電，電機轉為雙星形高速運行。圖2-17雙速電動機三角形—雙星形變速控制電路2.5三相異步電動機的制動控制電路

許多機床，如萬能銑床、臥式鏜床、組合機床等都要求迅速停車和準確定位。這就要求對電動機進行立即停車。制動停車的方式有兩大類：機械制動和電氣制動。機械制動采用機械抱閘或液壓裝置制動，電氣制動實際上是利用電氣方法使電動機產生一個與原來轉子的轉動方向相反的制動轉矩來制動。2.5.1電磁式機械制動控制電路在電機被切斷電源以后，利用機械裝置使電動機迅速停轉的方法稱為機械制動。應用較普遍的機械制動裝置有電磁抱閘和電磁離合器兩種。這兩種裝置的制動原理基本相同，下面以電磁抱閘為例來說明機械制動的原理。

1．電磁抱閘的結構電磁抱閘主要包括兩部分：制動電磁鐵和閘瓦制動器。制動電磁鐵由鐵芯、銜鐵和線圈三部分組成。閘瓦制動器由閘輪、閘瓦、杠桿和彈簧等部分組成。閘輪與電動機裝在同一根軸上。

2.機械制動控制電路機械制動控制電路有斷電制動和通電制動兩種。

(1)斷電制動控制電路。在電梯、起重機，卷揚機等一類升降機械上，采用的制動閘平時處于“抱住”的制動裝置，其控制電路見圖2-18。其工作原理為：合上電源開關QS，按下啟動按鈕SB1，其接觸器KM通電吸合，電磁抱閘線圈YA通電，使抱閘的閘瓦與閘輪分開，電動機啟動；當需要制動時，按下停止按鈕SB2，接觸器KM斷電釋放，電動機的電源被切斷。同時，電磁抱閘線圈YA也斷電，在彈簧的作用下，閘瓦與閘輪緊緊抱住，電動機迅速制動。這種制動方法不會因中途斷電或電氣故障而造成事故，比較安全可靠。但缺點是電源切斷后，電動機軸就被制動剎住不能轉動，不便調整，而有些機械(如機床等)，有時還要用人工將電動機的轉軸轉動，這時應采用通電制動控制電路。圖2-18電磁抱閘斷電制動控制電路

(2)通電制動控制電路。像機床這類經常需要調整加工工件位置的機械設備，一般采用制動閘平時處于“松開”狀態(tài)的制動裝置。圖2-19為電磁抱閘通電制動控制電路，該控制電路與斷電制動型不同，制動的結構也不同。其工作原理為：在主電路有電流流過時，電磁抱閘沒有電壓，這時抱閘與閘輪松開；按下停止按鈕SB2時，主電路斷電，通過復合按鈕SB2的常開觸點閉合，使KM2線圈通電，電磁抱閘YA的線圈通電，抱閘與閘輪抱緊進行制動；當松開按鈕SB2時，電磁抱閘YA線圈斷電，抱閘又松開。這種制動方法在電動機不轉動的常態(tài)下，電磁抱閘線圈無電流，抱閘與閘輪也處于松開狀態(tài)。這樣，如用于機床，在電動機未通電時，可以用手扳動主軸以調整和對刀。圖2-19電磁抱閘通電制動控制電路2.5.2電氣制動控制電路

1.能耗制動控制電路能耗制動是指在三相電動機停車切斷三相電源后，將一直流電源接入定子繞組，產生一個靜止磁場，此時電動機的轉子由于慣性繼續(xù)沿原來的方向轉動，慣性轉動的轉子在靜止的磁場中切割磁力線，產生一個與慣性轉動方向相反的電磁轉矩，對轉子起制動作用，制動結束后切除直流電源。圖2-20是實現上述控制過程的控制電路。圖中，接觸器KM1的主觸點閉合后接通三相電源。由變壓器和整流元件構成的整流裝置提供直流電源，KM2接通時將直流電源接入電動機定子繞組。圖2-20(a)與圖2-20(b)分別是用復合按鈕和用時間繼電器實現能耗制動的控制電路。圖2-20能耗制動控制電路(a)采用復合按鈕；(b)采用時間繼電器在圖2-20(a)控制電路中，當復合按鈕SB1按下時，其動斷觸點切斷接觸器KM1的線圈電路，同時其動合觸點將KM2的線圈電路接通，接觸器KM1和KM2的主觸點在主電路中斷開三相電源，接入直流電源進行制動，松開SB1，KM2線圈斷電，制動停止。由于采用的是復合按鈕控制，因此制動過程中按鈕必須始終處于壓下狀態(tài)，這樣操作很不方便。圖2-20(b)采用時間繼電器實現自動控制，當復合按鈕SB1壓下時，KM1線圈失電，KM2和KT的線圈得電并自鎖，電動機被制動，松開SB1復位，制動結束后，由時間繼電器KT的延時動斷觸點斷開KM2線圈電路。能耗制動的制動轉矩大小與靜止磁場的強弱及電動機的轉速n有關。在同樣的轉速下，直流電流大，磁場強，制動作用就強。一般接入的直流電流為電動機空載電流的3~5倍，過大會燒壞電動機的定子繞組。該電路采用在直流電源回路中串接可調電阻的方法，來調節(jié)制動電流的大小。能耗制動時制動轉矩隨電動機慣性轉速的下降而減小，因而制動平穩(wěn)。這種制動方法將轉子慣性轉動的機械能轉換成電能，又消耗在轉子的制動上，所以稱為能耗制動。

2.反接制動控制電路反接制動實質上是通過改變異步電動機定子繞組中三相電源相序，產生一個與轉子慣性轉動方向相反的反向轉矩來進行制動的。當進行反接制動時，首先將三相電源相序切換，然后在電動機轉速接近零時，將電源及時切除。當三相電源不能及時切除時，電動機將會反向升速，發(fā)生事故。其控制電路采用速度繼電器來判斷電動機的零速點，并及時切斷三相電源。速度繼電器的轉子與電動機的軸相連，當電動機正常轉動時，速度繼電器的動合觸點閉合；當電動機停車轉速接近零時，動合觸點打開，切斷接觸器的線圈電路。圖2-21為反接制動控制電路。圖中主電路由接觸器KM1和KM2兩組主觸點構成不同相序的接線，因電動機反接制動電流很大，所以在制動電路中串接有電阻，以限制制動電流。當電動機正常運轉時，KM1通電吸合，KS的一對常開觸點閉合，為反接制動做好準備。停車并制動時，按下控制電路中的復合按鈕SB1，KM1線圈失電，KM2

線圈由于KS的動合觸點在轉子慣性轉動下仍然閉合而通電并自鎖，電動機實現反接制動。當電動機轉速下降到接近120r/min時，KS的動合觸點斷開，使KM2的線圈失電，制動結束。圖2-21反接制動控制電路反接制動的制動轉矩是反向轉矩，因此其制動力矩大，制動效果顯著，但在制動時有沖擊，制動不平穩(wěn)，且能量消耗大。要注意的是，能耗制動與反接制動相比，其制動平穩(wěn)、準確、能量消耗少，但制動力矩較弱，特別在低速時制動效果差，并且還需提供直流電源。在實際使用中，應根據設備的工作要求選用合適的制動方法。2.6電液控制電路

液壓傳動系統(tǒng)相對電動機容易提供較大的驅動力，并且運動傳遞平穩(wěn)、均勻、可靠、控制方便。當液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)組合構成電液控制系統(tǒng)時，很容易實現自動化。因此，電液控制被廣泛應用在各種自動化設備上。電液控制通過電氣控制系統(tǒng)控制液壓傳動系統(tǒng)，按給定的工作運動要求完成動作。

1.液壓系統(tǒng)組成液壓傳動系統(tǒng)主要由四個部分組成：

(1)動力裝置(液壓泵及驅動電動機)；

(2)執(zhí)行機構(液壓缸或液壓馬達)；

(3)控制調節(jié)裝置(壓力閥、調速閥、換向閥等)；

(4)輔助裝置(油箱、油管等)。

液壓泵由電動機拖動，為系統(tǒng)提供壓力油，推動執(zhí)行件壓力缸活塞移動或者使液壓馬達轉動，輸出動力。在控制調節(jié)裝置中，壓力閥和調速閥用于調定系統(tǒng)的壓力和執(zhí)行件的運動速度。方向閥用于控制液流的方向或接通、斷開油路，控制執(zhí)行件的運動方向，構成液壓系統(tǒng)工作的不同狀態(tài)，從而滿足各種運動的要求。液壓系統(tǒng)工作時，壓力閥和調速閥的工作狀態(tài)是預先設定的不變值，只有方向閥可根據工作循環(huán)的運動要求變換工作狀態(tài)，形成各工步液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)，完成不同的運動輸出。因此對液壓系統(tǒng)工作自動循環(huán)的控制，就是對方向閥工作狀態(tài)的控制。換向閥因其閥結構的不同而有不同的操作方式，可用機械、液壓和電動方式改變閥的工作狀態(tài)，從而改變液流方向或接通、斷開油路。電液控制采用電磁鐵吸合推動閥心移動，來改變閥的工作狀態(tài)，實現控制。

2.電磁換向閥由電磁鐵推動改變工作狀態(tài)的閥稱為電磁換向閥，其圖形符號見圖2-22。電磁換向閥的工作原理在液壓傳動課程中已講述。從圖2-22(a)可知兩位閥的工作狀態(tài)，當電磁閥線圈通電時，換向閥位于不通油狀態(tài)，線圈失電時，在彈簧力的作用下，換向閥復位于通油狀態(tài)，電磁閥線圈的通、斷電控制了油路的切換。圖2-22(d)為三位閥，閥上裝有兩個線圈，分別控制閥的兩種通油狀態(tài)，當兩電磁閥線圈都不通電時，換向閥處于中間位的通油狀態(tài)。需要注意的是，兩個電磁閥線圈不能同時得電，以免閥的狀態(tài)不確定。圖2-22電磁換向閥的圖形符號(a)二位二通閥；(b)二位三通閥；(c)二位四通閥；(d)三位四通閥電磁換向閥有兩種，即交流電磁換向閥和直流電磁換向閥(這是由電磁閥線圈所用的電源種類確定的)，實際使用中要根據控制系統(tǒng)和設備需要而定。電液控制系統(tǒng)中，控制電路根據液壓系統(tǒng)的工作要求，控制電磁換向閥線圈的通、斷電，以實現所需運動輸出。

3.液壓系統(tǒng)工作自動循環(huán)控制電路舉例液壓動力滑臺工作自動循環(huán)控制是一種典型的電液控制。下面將其作為例子，分析液壓系統(tǒng)工作自動循環(huán)的控制電路。液壓動力滑臺是機床加工工件時完成進給運動的動力部件，它由液