第二章電氣控制電路基本環節

第二章電氣控制電路基本環節在工業、農業、交通運輸等部門中，廣泛使用著各種生產機械，它們大都以電動機作為動力來進行拖動。電動機是通過某種自動控制方式來進行控制的，最常見的是繼電接觸器控制方式。

電氣控制線路是把各種有觸頭的接觸器、繼電器、按鈕、行程開關等電氣元件，用導線按一定方式連接起來組成的控制線路。它的作用是：實現對電力拖動系統的起動、調速、反轉和制動等運行性能的控制，實現對拖動系統的保護，滿足生產工藝要求，實現生產過程自動化。優點：電路圖直觀形象，裝置結構簡單，價格便宜，抗干擾能力強，廣泛應用于各類生產設備及控制、遠距離控制和生產過程自動控制。缺點：由于采用固定的接線方式，其通用性、靈活性較差，不能實現系列化生產；由于采用有觸頭的開關電器，觸頭易發生故障，維修量較大等。2-2三相籠式異步電動機的起動控制2-3三相繞線式異步電動機的起動控制2-4三相異步電動機的聯鎖控制第二章電氣控制電路基本環節2-1電氣控制系統圖2-5三相異步電動機的聯鎖控制2-6電氣控制系統常用的保護環節第一節電氣控制系統圖電氣控制系統圖：

為了清晰地表達生產機械電氣控制系統的結構、原理等設計意圖，便于電氣系統的安裝、調試、使用和維護，將電氣控制系統中各電氣元件及其連接線路用一定的圖形符號和文字符號表達出來，這就是電氣控制系統圖。

常用的電氣控制系統圖有電氣原理圖、安裝接線圖和電器元件布置圖三種。

一、電氣原理圖電氣原理圖是根據工作原理而繪制的，不反映元器件的實際位置、大小，只反映元器件之間的連接關系，具有結構簡單、層次分明、便于研究和分析電路的工作原理等優點。

CW6132型普通車床電氣原理圖

（一）繪制電氣原理圖的原則

1．電氣原理圖的組成電氣原理圖可分為主電路和輔助電路。主電路是從電源到電動機或線路末端的電路，是強電流通過的電路。輔助電路包括控制電路、照明電路、信號電路及保護電路等，是小電流通過的電路。繪制電路圖時，主電路用粗線條繪制在原理圖的左側或上方，輔助電路用細線條繪制在原理圖的右側或下方。

2．原理圖中電氣元器件的畫法電路中各電氣元器件均不畫實際的外形圖，只在原理圖中表示出其帶電部件，同一電氣元件的不同帶電部件按在電路中的連接關系分別畫出，但必須采用國家標準規定的圖形符號畫出，并采用國家標準中規定的同一文字符號標明。對于幾個同類電器，在表示名稱的文字符號之后加上數字序號，以示區別。

3．原理圖中電氣觸頭的畫法

原理圖中所有電氣觸頭均按沒有外力作用時或未通電時觸頭的自然狀態畫出。

當電氣觸頭的圖形符號垂直放置時，以“左開右閉”原則繪制，當圖形符號為水平放置時，以“下開上閉”原則繪制。

4．原理圖的布局

電氣原理圖按功能布局法安排，即同一功能的電氣元件集中畫在一起，且盡可能按電路動作順序從上而下或自左至右的原則繪制。

5．線路連接點、交叉點的繪制

在電路圖中，對于需要測試和拆接的外部引線的端子，采用“空心圓”表示；有直接電聯系的導線聯接點，用“實心圓”表示；無直接電聯系的導線交叉點不畫黑圓點，但在電氣圖中應盡量避免線條的交叉。

6．原理圖的繪制要求

原理圖的繪制要層次分明，各電器元件及觸頭的安排要合理，既要做到所用元件、觸頭最少，耗能最少，又要保證電路運行可靠，節省連接導線以及安裝、維修方便。

（二）關于圖面區域的劃分將圖分成若干圖區，每個分區豎邊用大寫的拉丁字母編號，橫邊用阿拉伯數字編號。編號的順序應從與標題欄相對應的圖幅的左上角開始，有時為了分析方便，也把數字區放在圖的下面。為了方便讀圖，利于理解電路工作原理，還常在圖面區域對應的原理圖上方標明該區域的元件或電路的功能。

（三）接觸器、繼電器觸頭位置的檢索

電氣原理圖中，在繼電器、接觸器線圈的下方注有該繼電器、接觸器相應觸頭所在圖中位置的索引代號，索引代號用圖區號表示。

（四）電氣原理圖中技術數據的標注電氣原理圖中各電氣元件的相關數據和型號，常在電氣元件文字符號下面標注。如圖2-1中熱繼電器文字符號FR下方標有6.8-11A，該數據即為該熱繼電器的動作電流值范圍，而8.4A為該繼電器的整定電流值。

二、安裝接線圖電氣設備的安裝接線圖，是為了進行電器元件的安裝接線、線路檢查、線路維修和故障處理而繪制的。該圖應表明電氣設備中各電器元件的空間位置，各電器元件的聯接情況，而電器元件的聯接情況應嚴格按照電氣原理圖進行。電氣安裝接線圖的繪制原則：1）電氣安裝接線圖中各電氣元器件的布置位置均按安裝實際情況繪出，元器件所占圖面按實際尺寸以統一比例繪制。2）一個電氣元器件中的帶電部件，如接觸器的線圈、主觸頭和輔助觸頭應畫在一起，并用點劃線框起來，即采用集中表示法。3）各電氣元器件的圖形符號、文字符號必須與電氣原理圖一致，并符合國家標準。4）各電氣元器件上凡需接線的部件端子都應繪出，并予以編號，各端子的標號必須與電氣原理圖上的導線編號一致。

5）安裝接線圖中走向相同的多根導線可用單線或線束表示。

電氣安裝接線圖示例

CW6132型車床電氣安裝接線圖三、電器元件布置圖電器元件布置圖用來表明電氣設備上所有電動機和各電器元件的實際位置。電器布置圖根據電氣元器件的外型尺寸繪出，并標明各元器件間距尺寸。CW6132型車床電器位置圖相關國家標準：GB4728—85《電氣圖常用圖形符號》GB5226—85《機床電氣設備通用技術條件》GB7159—87《電氣技術中的文字符號制定通則》GB6988—86《電氣制圖》GB5094—85《電氣技術中的項目代號》第二節

三相籠式異步電動機的起動控制

籠型三相異步電動機的起動、停止控制線路是應用最廣泛的、也是最基本的控制線路。籠形異步電動機有直接起動和降壓起動兩種方式，我們分別介紹相應的電氣控制線路。

（一）單向旋轉直接起動控制1、開關控制線路用閘刀開關、轉換開關或斷路器控制電動機起動和停止，是最簡單的手動單向控制線路。這種控制方式只能適用于容量較小、起動不頻繁的電動機，且不能實現遠距離控制。一、直接起動控制（1）點動控制工作原理：2、接觸器控制線路起動：按下起動按鈕SB→接觸器KM線圈得電→KM主觸頭閉合→電動機M起動運行。停止：松開按鈕SB→接觸器KM線圈失電→KM主觸頭斷開→電動機M失電停轉。QSL1L3L2FU1KMM3～SBKMFU2電氣原理圖：

（1）點動控制工作原理：2、接觸器控制線路QSL1L3L2FU1KMM3～SBKMFU2電氣原理圖：保護環節：控制電路短路保護主電路短路保護短路保護電氣原理圖（2）接觸器自鎖控制（連續運轉）自鎖觸點熱繼電器熱元件熱繼電器常閉觸點KML1L3L2FU1KMQSSB2FU2KMM3～FRFRSB1工作原理保護環節短路保護：FU1、FU2過載保護：FR工作原理開關切換（3）連續與點動混合控制按鈕切換點動控制：SA斷開FU1KMM3～FRQL1L3L2主電路FU2SB1KMKMFRSB2SA控制電路開關切換（3）連續與點動混合控制FU1KMM3～FRQL1L3L2主電路點動控制：SA斷開連續控制：SA閉合

FU2SB1KMKMFRSB2SA控制電路開關切換（3）連續與點動混合控制按鈕切換工作原理：連續控制按鈕：SB1點動控制按鈕：SB3FU1KMM3～FRQL1L3L2主電路FU2SB1KMKMFRSB2SB3控制電路（3）連續與點動混合控制二、可逆旋轉控制（正反轉）電路形式:電動機原理：改變電動機三相電源的相序，可改變電動機的旋轉方向轉換開關控制的正反轉按鈕、接觸器控制的正反轉位置控制1.倒順開關控制正反轉控制電路5.5KW以下的電動機電路直接控制電動機正反轉特點:電氣原理圖：應用:SB1KMFU2FRKMSB2M3~L1L2L3KMFRQSFU1SA主電路控制電路用倒順開關實現電源調相倒順開關2.按鈕控制正反轉控制電路主電路：KM2FU1KM1M3～FRQL1L3L2主電路控制電路：控制電路FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2正轉按鈕反轉按鈕工作原理：缺點：基本控制電路2.按鈕控制正反轉控制電路控制電路：工作原理：接觸器聯鎖控制聯鎖接觸器聯鎖按鈕聯鎖控制電路FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2KM2KM1接觸器聯鎖2.按鈕控制正反轉控制電路控制電路：工作原理：接觸器聯鎖控制聯鎖接觸器聯鎖按鈕聯鎖控制電路FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2KM2KM1合上電源開關按下按鈕SB1KM1線圈通電M正轉啟動按下停止按鈕SB3KM1線圈斷電電動機M停止按下按鈕SB2反向啟動2.按鈕控制正反轉控制電路控制電路：工作原理：優點：接觸器聯鎖控制聯鎖接觸器聯鎖按鈕聯鎖控制電路FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2KM2KM1工作安全可靠缺點：操作不便2.按鈕控制正反轉控制電路控制電路：工作原理：優點：按鈕聯鎖控制操作方便控制電路FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2SB1SB2缺點：易產生故障2.按鈕控制正反轉控制電路控制電路：工作原理：優點：接觸器、按鈕雙重聯鎖控制安全可靠，操作方便FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2SB1SB2KM2KM1控制電路圖雙重互鎖正反轉控制電路3.位置開關控制有些生產機械如萬能銑床，要求工作臺在一定距離內能自動往返，通常利用行程開關控制電動機正反轉實現。工作臺自動往返控制二、降壓起動控制線路降壓起動的方法定子繞組串電阻（電抗）起動自耦變壓器降壓起動

Y—△降壓起動延邊三角形降壓起動降壓起動的實質：起動時減小加在定子繞組上的電壓，以減小起動電流；起動后再將電壓恢復到額定值，電動機進入正常工作狀態。（一）自耦變壓器降壓起動控制電動機自耦變壓器降壓起動是將自耦變壓器原邊接在電網上，起動時定子繞組接在自耦變壓器副邊上。這樣，電動機起動時獲得的電壓為自耦變壓器的二次電壓。待電動機轉速接近電動機額定轉速時，再將電動機定子繞組接在電網上即電動機額定電壓上進入正常運轉。此種起動方式適用于較大容量電動機的空載或輕載起動，在自耦變壓器二次繞組上有多組抽頭，供不同起動場合選用。1.按鈕、接觸器控制自耦變壓器降壓起動M3~FU1KM3FRQSL1L3L2TKM1KM2主電路電氣原理圖正常運行接觸器變壓器星點接觸器變壓器電源接觸器1.按鈕、接觸器控制自耦變壓器降壓起動SB2KM1FU2FRSB3SB1KM2KM1KM2KAKM3KM1KAKM3KAKM3控制電路電氣原理圖降壓起動按鈕全壓運行按鈕中間繼電器1.按鈕、接觸器控制自耦變壓器降壓起動M3~FU1KM3FRQSL1L3L2TKM1KM2主電路電氣原理圖SB2KM1FU2FRSB3SB1KM2KM1KM2KAKM3KM1KAKM3KAKM3控制電路工作原理2.時間繼電器控制自耦變壓器降壓起動電氣原理圖工作原理M3~FU1KM2FRQSL1L3L2KM1KM2T主電路FU2FRSB4SB1KM1SB2KM1KAKM1KM1KAKAKAKTSB3控制電路KTXJ01系列自耦降壓起動電路（二）星形——三角形降壓起動控制指電動機起動時，把定子繞組接成星形，以降低起動電壓，減小起動電流；待電動機起動后，再把定子繞組改接成三角形，使電動機全壓運行。Y—△起動只能用于正常運行時為△形接法的電動機。時間 繼電器控制Y—△降壓起動－－－三個接觸器控制電氣原理圖電源接觸器星形接法接觸器三角形接法接觸器QSFRV1MU1W2FU1V23～KM2KM3KM1W1U2L1L2L3主電路工作原理Y—△降壓起動控制第三節

三相繞線式異步電動機的起動控制繞線異步電動機的優點：可以在轉子繞組中串接電阻來改善電動機的機械特性，從而達到減小起動電流、增大起動轉矩及平滑調速之目的。繞線異步電動機降壓起動原理：起動時，在轉子回路中串入三相起動變阻器，并把起動電阻調到最大值，以減小起動電流，增大起動轉矩。隨著電動機轉速的升高，起動電阻逐級減小。起動完畢后，起動電阻減小到零，轉子繞組被短接，電動機在額定狀態下運行。一、按時間原則控制轉子串電阻起動線路主電路L1QSL2KM2L3FRKM1MFU1KM4R2R3KM3R13～控制電路KT1、KT2、KT3分別控制三個接觸器KM2、KM3、KM4按順序依次吸合，自動切除轉子繞組中的三級電阻。主電路KMKM1KM2KM3KA控制電路電氣原理圖：三個欠電流繼電器的線圈串接在轉子回路中，電流繼電器的吸合電流一樣，但釋放電流不同，KA1的釋放電流最大，KA2其次，KA3最小。FU2SB1SB2KMKM1KA2KAFRKMKM2KM3KA1KA3L1QSL2L3FRKMMFU1KM3R3KM23～R2KA3R1KA2KA1KM1二、按電流原則控制轉子串電阻起動線路工作原理：

電動機起動時轉子電流最大，KA1、KA2、KA3都吸合，其常閉觸頭都打開，KM1、KM2、KM3主觸頭處于斷開狀態，全部啟動電阻均串接在轉子繞組中。

電動機轉速逐漸升高，轉子電流逐漸減小，當電流減小至KA1的釋放電流時，KA1首先釋放，其常閉觸頭復位，使接觸器KM1得電，主觸頭閉合，切除第一級電阻R1。R1被切除后，轉子電流重新增大，電動機轉速繼續升高，轉子電流又減小，當減小至KA2的釋放電流時，KA2釋放，KA2的常閉觸頭復位，KM2線圈得電，主觸頭閉合，第二級電阻R2被切除，同理，切除第三級電阻，全部電阻被切除，電動機起動完畢，進入正常運行狀態。二、按電流原則控制轉子串電阻起動線路第四節三相異步電動機的聯鎖控制凡是生產線上某些環節或一臺設備的某些部件之間具有互相制約或互相配臺的控制，均稱為聯鎖控制。前面已介紹了自鎖控制、互鎖控制，本節再介紹多地聯鎖控制和順序聯鎖控制。

一、多地聯鎖控制

連接原則：在兩地或多地控制同一臺電動機的控制方式。起動(常開)按鈕并聯停止(常閉)按鈕串聯三地控制二、順序聯鎖控制

順序控制要求幾臺電動機的起動或停止按一定的先后順序來完成的控制方式。順序起動分別停止控制順序起動逆序停止控制順序起動分別停止控制特點:電氣原理圖：FU1KM1M13～FR1QSL1L3L2KM2M23～FR2主電路控制電路KM2FU2FRSB3FRKM1SB1SB4SB2KM1KM2KM1順序控制順序起動逆序停止控制KM2FU2FRSB3FRKM1SB1SB4SB2KM1KM2KM1KM2電氣原理圖：特點:控制電路FU1KM1M13～FR1QSL1L3L2KM2M23～FR2主電路電氣原理圖：特點:控制電路FU1KM1M13～FR1QSL1L3L2KM2M23～FR2主電路按時間原則的順序聯鎖控制停機制動類型：第五節三相異步電動機的制動控制常用的電氣制動：反接制動能耗制動機械制動--應用最多的是電磁抱閘制動電氣制動--電動機產生一個與轉子轉動方向相反的力矩來進行制動制動電阻的接線方法:一、電源反接制動控制電路原理：要求：對稱接法不對稱接法改變電動機電源相序，使定子繞組產生反向的旋轉磁場，形成制動轉矩。10kW以上電動機的定子電路中串入反接制動電阻，轉速接近于零時，及時切斷反相序電源,防止反向再起動。1.單向反接制動的控制電氣原理圖：速度繼電器關鍵是電動機電源相序的改變，且當轉速下降接近于零時，能自動將電源切除。

工作原理：電動機正常運轉時，KM1通電吸合，KS的常開觸點閉合，為反接制動作準備。按下停止按鈕SB1，KM1斷電，電動機定子繞組脫離三相電源，電動機因慣性仍以很高速度旋轉，KS常開觸點仍保持閉合，將SB1按到底，使SB1常開觸點閉合，KM2通電并自鎖，電動機定子串接電阻接上反相序電源，進入反接制動狀態。電動機轉速迅速下降，當電動機轉速接近100r/min時，KS常開觸點復位，KM2斷電，電動機斷電，反接制動結束。1.單向反接制動的控制2.可逆運行的反接制動控制特點（與反接制動相比）：消耗的能量小，其制動電流要小得多；適用于電動機能量較大，要求制動平穩和制動頻繁的場合；能耗制動需要直流電源整流裝置。二、能耗制動控制原理：電動機脫離三相交流電源后，在定子繞組加直流電源，以產生起阻止旋轉作用的靜止磁場，達到制動的目的。1.按時間原則控制的單向能耗制動控制單向運行接觸器能耗制動接觸器整流變壓器橋式整流電路2.按速度原則控制的電動機可逆運行能耗制動控制

3.無變壓器單管能耗制動控制單管半波整流第六節電氣控制系統常用的保護環節電氣控制系統除了要能滿足生產機械的加工工藝要求外，還應保證設備長期安全、可靠、無故障地運行，因此保護環節是所有電氣控制系統不可缺少的組成部分，用來保護電動機、電網、電氣控制設備以及人身安全。

常用的保護環節有短路保護、過載保護、過電流保護、零電壓、欠電壓和過電壓保護以及弱磁保護等。

一、短路保護

要求一旦發生短路故障時，控制電路應能迅速地切斷電源。

常用的短路保護元件有熔斷器和斷路器。熔斷器：價格便宜，斷弧能力強，但是熔體的品質、老化及環境溫度等因素對其動作值影響很大，用其保護電動機時，可能只有一相熔體燒斷而造成電動機單相運行。通常熔斷器比較適用于對動作準確度和自動化程度要求較低的系統中，如小容量的的籠形電動機、一般的普通交流電源等。

低壓斷路器：當出現短路時．其電流線圈動作，將整個開關跳開，三相電源便同時被切斷。斷路器還兼有過載保護和欠壓保護，不過其結構復雜，價格貴，不宜頻繁操作，廣泛用在要求較高的場合。二、過電流保護

電動機不正確地起動或負載轉矩劇烈增加會引起電動機過電流運行。一般情況下這種過電流比短路電流小，不超過6倍額定電流。在電動機運行過程中產生過電流的可能性比發生短路的可能性更大，尤其是在頻繁正反轉起動的重復短時工作的電動機中更是如此。在過電流情況下，電器元件并不是馬上損壞，只要在達到最大允許溫升之前，電流值能恢復正常，還是允許的。但過大的沖擊負載會使電動機流過過大的沖擊電流，以致損壞電動機；同時，過大的電動機電磁轉矩也會使機械的傳動不見受到損壞。因此要瞬時切斷電源。

電動機過電流保護常用過電流繼電器與接觸器配合起來實現。將過電流繼電器線圈串接在被保護電路中，其常閉觸頭串接在接觸器線圈電路中，當電路電流達到其整定值時，過電流繼電器動作，其常閉觸頭斷開，使接觸器線圈斷電，接觸器主觸頭斷開來切斷電動機電源。由于籠型電動機起動電流很大，如果要使起動時過電流保護元件不動作，其整定值就要大于起動電流，那么一般的過電流就無法使之動作了。所以過電流保護常用在直流電動機和繞線式異步電動機上。若過電流繼電器動作電流為1.2倍電動機起動電流，則過電流繼電器亦可實現短路保護。三、過載保護

所謂過載是指電動機的電流大于其額定電流值，但在1.5倍額定電流以內。引起電動機過載的原因很多，如負載的突然增加、三相異步電動機斷相運行或電源電壓降低等。若電動機長期過載運行，其繞組溫升將超過允許值，造成絕緣材料老化變脆，壽命減少，嚴重時會使電機損壞。過載電流越大，達到允許溫升的時間就越短。

常用的過載保護元件是熱繼電器。

必須強調指出，短路、過電流、過載保護雖然都是電流保護，但由于故障電流的動作值、保護特性和保護要求以及使用元件的不同，它們之間是不能相互取代的。四、零電壓保護

為了防止電壓恢復時電動機自行起動的保護叫做零電壓保護。

采用按鈕和接觸器控制的起停電路就具有零電壓保護作用。因為當電源電壓消失時，接觸器就會自動釋放而切斷電動機電源，當電源電壓恢復時，由于接觸器自鎖觸頭已斷開，不會自行起動。

如果不是采用按鈕而是用不能自動復位的手動開關來控制接觸器，則必須采用專門的零電壓繼電器來進行保護。工作過程中一旦失電，零電壓繼電器釋放，其自鎖電路斷開，電源電壓恢復時，不會自行起動。五、欠電壓保護

對于正常運行的電動機，若電源電壓過分地降低，將引起一些控制電器的釋放，造成控制電路工作不正常，甚至發生事故；電源電壓降低后電動機負載不變，將造成電動機電流增大，引起電動機發熱，甚至燒壞電動機；電源電壓降低還會引起電動機轉速下降，甚至停轉。因此，當電動機電源電壓降到一定值（60%~80%額定電壓）時，應及時切斷電動機電源，對電動機進行保護，這種保護稱為欠電壓保護。五、欠電壓保護

采用按鈕和接觸器控制的電路同樣具有欠電壓保護作用。此外還可采用欠電壓繼電器來實現欠電壓保護。欠電壓繼電器的吸合電壓通常整定為0.8~0.85UN

，釋放電壓通常整定為0.5~0.7UN

。將欠電壓繼電器的線圈直接跨接在定子的兩相電源線上，其常開觸頭串接在控制電動機的接觸器線圈電路中，當電源電壓低于釋放值時，欠壓繼電器動作使接