電器控制基礎福建工程學院2/2/2023第二節電器控制的基本線路電器控制線路的表示方法典型的電器控制線路三相籠型電動機直接起動控制順序連鎖控制線路互鎖控制線路位置原則的控制線路時間原則的控制線路速度原則的控制線路2/2/2023電氣原理圖

電氣原理圖是根據工作原理而繪制的，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。在各種生產機械的電器控制中，無論在設計部門或生產現場都得到廣泛的應用。電器控制線路常用的圖形、文字符號必須符合最新的國家標準。2/2/2023一、三相籠型電動機直接起動控制

在電源容量足夠大時，小容量籠型電動機可直接起動。直接起動的優點是電氣設備少，線路簡單;缺點是起動電流大，引起供電系統電壓波動，干擾其它用電設備的正常工作。1．點動控制如圖所示，主電路由刀開關Q、熔斷器FU、交流接觸器KM的主觸點和籠型電動機M組成；控制電路由起動按鈕SB和交流接觸器線圈KM組成。

2/2/2023ABC1、點動控制實物接線圖QsFUM3~KMKMSBSB常開常閉KM2/2/2023

C'B'KMSB點動控制電氣原理圖

控制電路M3~ABCKMFUQs主電路2/2/20232．連續運行控制在實際生產中往往要求電動機實現長時間連續轉動，即所謂長動控制。如圖所示，主電路由刀開關Q、熔斷器FU、接觸器KM的主觸點、熱繼電器FR的發熱元件和電動機M組成，控制電路由停止按鈕SB2、起動按鈕SB1、接觸器KM的常開輔助觸點和線圈、熱繼電器FR的常閉觸點組成。

2/2/2023熔斷器FU交流接觸器KM組合開關Qs按扭SBSB1SB235熱繼電器FRM3～421連續運行控制接線圖(a)結構圖2/2/2023主電路控制電路鼠籠式電動機連續運行的控制線路(1)電路SB1KMSB2FRKMFRKMFUQ3~M..保險絲熱繼電器發熱元件開關接觸器主觸點起動按鈕停止按鈕接觸器線圈接觸器輔助觸點熱繼電器動斷觸點(b)原理圖2/2/2023控制電路一、直接起動電動機的保護SB1KMSB2FRKMFRKMFUQ3~M..熱繼電器過載保護保險絲短路保護接觸器零壓、欠壓保護熱繼電器常閉觸點主電路控制電路2/2/2023電動機的保護

短路保護是因短路電流會引起電器設備絕緣損壞，產生強大的電動力，使電動機和電器設備產生機械性損壞，故要求迅速、可靠切斷電源。通常采用熔斷器FU和過流繼電器等。欠壓是指電動機工作時，引起電流增加甚至使電動機停轉，失壓(零壓)是指電源電壓消失而使電動機停轉，在電源電壓恢復時，電動機可能自動重新起動(亦稱自起動)，易造成人身或設備故障。常用的失壓和欠壓保護有：對接觸器實行自鎖；用低電壓繼電器組成失壓、欠壓保護。

過載保護是為防止三相電動機在運行中電流超過額定值而設置的保護。常采用熱繼電器FR保護，也可采用自動開關和電流繼電器保護。2/2/2023KMFRKM..KMSB1SB2..控制電路合上開關Q起動(2)

控制原理KM輔助觸點閉合自鎖。按下起動按鈕SB2

,KM線圈通電，KM主觸點閉合，電動機運轉。通電轉動KM主電路FR3~MFUQQ動畫2/2/2023合上開關Q(2)控制原理FRKM..KMSB1SB2..控制電路KM輔助觸點閉合自鎖。按下起動按鈕SB2

,KM線圈通電，KM主觸點閉合，電動機運轉。通電起動KM轉動主電路FR3~MFUQQ松開起動按鈕SB2

利用自身輔助觸點，維持線圈通電的作用稱自鎖自鎖2/2/2023(2)控制原理FRKM..KMSB1SB2..控制電路通電主電路FRFUQ3~MQ轉動KM自鎖停車

按下停止按鈕SB1,

KM線圈斷電KM主觸點斷開,電動機停轉。KM輔助觸點斷開，取消自鎖。2/2/2023(2)控制原理轉動停車

按下停止按鈕SB1,

KM線圈斷電KM主觸點斷開,電動機停轉。KM輔助觸點斷開，取消自鎖。

停轉FRKM..KMSB1SB2..控制電路通電主電路FRFUQ3~MQ斷電KM去掉KM輔助觸點,實現點動控制。2/2/20233．點動和長動結合的控制在生產實踐中，機床調整完畢后，需要連續進行加工，就要求電動機既能實現點動又能實現長動?？刂凭€路如圖所示。圖示的線路，采用了復合開關實現控制。點動控制時，先把SB3按下，斷開自鎖電路的同時電動機M點動；長動控制時，把SB3打開→按動SB2→KM線圈通電，自鎖觸點起作用→電動機M實現長動。

2/2/2023既能長期工作又能點動的控制電路按下起動按鈕，電動機運轉，松開起動按鈕，電動機停轉。點動按鈕SB3的作用：(1)使接觸器線圈KM通電；(2)使線圈KM不能自鎖。KMSB2FRKMSB1~SB3復合按鈕2/2/2023既能長期工作又能點動的控制電路KMSB2FRKMSB1~SB3后閉合先斷開按下SB3閉合電機運轉點動時：自鎖觸點不起作用通電2/2/2023KMSB2FRKMSB1~SB3先斷開后閉合斷開斷電既能長期工作又能點動的控制電路松開SB32/2/2023既能長期工作又能點動的控制電路KMSB2FRKMSB1~SB3松開SB3電機停轉實現點動用途:試車、檢修以及車床主軸的調整等。先斷開后閉合斷開斷電2/2/2023二、順序連鎖控制線路1.多臺電動機先后順序工作的控制在生產實踐中，有時要求一個拖動系統中多臺電動機實現先后順序工作。例如機床中要求潤滑電動機起動后，主軸電動機才能起動。下面以兩臺電動機順序起動控制線路為例介紹順序連鎖控制線路。2/2/2023KM1FUQKM2M1M23~3~.SBSB1KM1KM1SB2KM2KM2按SB1通電閉合再按SB2閉合通電閉合閉合1.控制順序：M1起動后M2才能起動。M2既不能單獨起動，也不能單獨停車。M1轉動M2轉動....2/2/2023M13~這樣的順序控制是否合理？兩電機各自要有獨立的電源；這樣接，主觸頭(KM1)的負荷過重。KM1KM2M23~思考2/2/2023KM2SBKM2SBKM1FR1FR2KM1

例1：兩條皮帶運輸機分別由兩臺鼠籠異步電動機拖動，由一套起停按鈕控制它們的起停。為避免物體堆積在運輸機上，要求電動機按下述順序起動和停止：起動時:M1起動后M2才能起動；停車時:M2停車后M1才能停車。應如何實現控制？起動：通電通電閉合閉合2/2/2023SBKM1FR1例：兩條皮帶運輸機分別由兩臺鼠籠異步電動機拖動，由一套起停按鈕控制它們的起停。為避免物體堆積在運輸機上，要求電動機按下述順序起動和停止：起動時:M1起動后M2才能起動；停車時:M2停車后M1才能停車。應如何實現控制？KM2SBKM2FR2KM1停止：斷電斷電斷開斷開2/2/2023三、互鎖控制線路在實際應用中，往往要求生產機械改變運動方向，如工作臺前進、后退；電梯的上升、下降等，這就要求電動機能實現正、反轉。對于三相異步電動機來說，可通過兩個接觸器來改變電動機定子繞組的電源相序來實現。2/2/2023鼠籠式電動機正反轉的控制線路將電動機接到電源的任意兩根線對調一下，即可使電動機反轉。需要用兩個接觸器來實現這一要求。當正轉接觸器工作時，電動機正轉；當反轉接觸器工作時，將電動機接到電源的任意兩根聯線對調一下，電動機反轉。2/2/2023SBF和SBR決不允許同時按下，否則造成電源兩相短路。正反轉的控制線路3~MFRFU正轉觸點KMRKMFKMF.KMRFRQKMFSB..SBFKMF正轉接觸器正轉按鈕正反轉控制電路必須保證正轉、反轉接觸器不能同時動作。反轉接觸器SBRKMRKMR..........反轉按鈕反轉觸點2/2/2023按下SBFSBKMF在同一時間內，兩個接觸器只允許一個通電工作的控制作用，稱為“互鎖”?！盎ユi”觸點利用接觸器的觸點實現聯鎖控制稱電氣互鎖。缺點：改變轉向時必須先按停止按鈕。解決措施：在控制電路中加入機械互鎖。KMRSBFKMFKMFSBRKMRKMR.....通電斷開斷電電機正轉閉合2/2/2023機械互鎖電氣互鎖利用復合按鈕的觸點實現聯鎖控制稱機械互鎖。鼠籠式電動機正反轉的控制線路KMFKMFSBRSBKMRSBFKMFKMRKMR2/2/2023KMFKMFSBRSBKMRSBFKMFKMRKMR當電機正轉時，按下反轉按鈕SBR先斷開斷電閉合通電斷開停止正轉閉合閉合電機反轉2/2/2023四、位置原則的控制線路在機床電氣設備中，有些是通過工作臺自動往復循環工作的，例如龍門刨床的工作臺前進、后退。電動機的正、反轉是實現工作臺自動往復循環的基本環節。2/2/2023行程控制自動往返運動：1.能正向運行也能反向運行2.到位后能自動返回行程控制：控制某些機械的行程，當運動部件到達一定行程位置時利用行程開關進行控制。SQaSQb電機正程限位開關SQaSQb逆程2/2/2023SQaSQb前進(正轉）后退12按SBF時KMF通電(其常閉斷開，常開閉合)KMF斷電KMR通電行程開關自動往返運動：擋塊電機正轉工作臺前進到達預定位置，擋塊1撞擊STbSBKMRSBFKMFKMFKMRSQbSQaKMFKMRSBR停止正轉電機反轉(工作臺后退)2/2/2023五、時間原則的控制線路1、電動機的起動三相鼠籠式電動機的起動過程中起動電流和起動轉矩均比正常工作時大很多，所以為了減小起動電流，必須采用適當的起動方法。Y-D降壓起動自耦降壓起動串電阻降壓起動2、鼠籠式電動機時間原則的能耗制動控制線路2/2/2023起動電流：中小型鼠籠式電機起動電流為額定電流的5~7倍。定子電流原因：起動時，轉子導條切割磁力線速度很大。轉子感應電勢轉子電流大電流使電網電壓降低影響其他負載工作頻繁起動時造成熱量積累電機過熱影響：三相電動機的起動2/2/2023起動轉矩Tst在剛起動時，雖然轉子電流較大，但由于轉子的功率因數是很低的。因此起動轉矩是不大的，它與額定轉矩之比值約為1.0~2.2。如果起動轉矩過小，就不能在滿載下起動，應設法提高。但起動轉矩也不能過大，否則，會使傳動機構收到沖擊而損壞。由上述可知，異步電動機起動時的主要缺點是起動電流較大。為了減小起動電流，必須采用適當的起動方法。2/2/2023起動方法鼠籠式電動機的起動方法有兩種1、直接起動2、降壓起動所謂降壓起動就是在電動機起動時，降低其所加的電壓。其目的就是要減小起動電流。降壓起動通常采用下面的幾種方法。2/2/2023星形—三角形（Y-△）換接起動該方法只適合于電動機在工作時，其定子繞組接成三角形時的情況。這種方法簡便、經濟，可用在操作較頻繁的場合。如:有一臺三角形聯接的電動機，接在電壓為380V的電源上，其每相定子繞組上的電壓就是380V；當采用星形聯接并接在相同電源上，此時每相定子繞組上的電壓是220V。2/2/2023Y－D起動：正常運行AZBYXC

起動ABCXYZ設：電機每相阻抗為2/2/2023AZBYXC正常運行UPABCXYZ起動UP'（2）（1）僅適用于正常接法為三角形接法的電機。所以降壓起動適合于空載或輕載起動的場合Y－D起動。Y－D起動應注意的問題2/2/2023通過計算可以看出，電壓下降了1/√3倍，電流下降了1/3。由于轉矩與電壓的平方成正比，所以起動轉矩也減小到直接起動時的1/3。因此，這種方法只適合于空載或輕栽時起動。2/2/2023KMFUQSKH電機繞組A'xB'yC'zKM-YA'B'C'XYZYDZB'YXC'A'KM-D主電路電機的Y－D起動KM-Y閉合，電機接成Y形；KM-D閉合，電機接成D形。2/2/2023KMFUQSFR電機A'xB'yC'zKM-YKM-DKM-DKTKTKM-YKM-YKM-DKM-DKTKM-DKMSB1SB2KMY－D起動控制電路FR主電路接通電源延時KT′KM-D

?KM-Y′YTD轉換完成SB2?KM?KT?KM-Y?KM-D

′2/2/2023Y–D換接起動控制線路2/2/2023接起動電阻起動對于鼠籠式電動機的起動，只要在定子電路中接入大小適當的起動電阻，就可達到減小起動電流的目的。這種啟動方式不受電機接線形式的限制，較為方便；但串電阻啟動時將在電機上消耗大量電能，所以不宜用于經常啟動的電機上。若用電抗器代替電阻，可克服這一點，但設備費用較大。2/2/2023時間繼電器控制串電阻降壓起動控制線路2/2/2023正反轉控制線路3~MFRFUQ......KMFFRKMRSB1SBFKMFSBRKMRKMRKMFKMR下圖所示的鼠籠式電動機正反轉控制線路中有幾處錯誤，請改正之。2/2/2023設計一控制系統，要求第一臺電動機起動10S后，第二臺電動機自動起動，運行5S后，第一臺電動機停止轉動，同時第三臺電動機起動，再運轉15S后，電動機全部停止。用接觸器—繼電器來控制，請畫出相應的主電路、控制電路，應具有必要的保護環節。2/2/2023六、速度原則的控制線路三相異步電動機反接制機是利用改變電動機電源相序，使定子繞組產生的旋轉磁場與轉子旋轉方向相反，因而產生制動力矩的一種制動方法。應注意的是，當電動機轉速接近零時，必須立即斷開電源，否則電動機會反向旋轉。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。2/2/2023動觸點靜觸點外環工作原理速度繼電器的軸由電動機帶動，其外環轉動到一定速度時，撞擊動觸點，使常開觸點閉合，常閉觸點打開。速度繼電器速度控制2/2/2023速度控制－反接制動電路M3~KM1RKM2KM1SB1KSKM2KM2SB2KM1KM1SB1KM2KS正常工作時，KM1通電，電機正向運轉，速度繼電器（KS）常開觸頭閉合；停車時，按SB1，KM1斷電，KM2通電，開始反接制動，當電機的速度接近零時，KS打開，電機停止運轉，反接制動結束。限流電阻2/2/2023第三節典型電氣控制系統生產機械種類繁多，其拖動方式和電氣控制線路各不相同。本節以X62W臥式升降臺銑床為例，對其控制線路進行分析。通過本節的學習，為電氣控制線路的設計、安裝、調試和維護打下基礎。2/2/20232/2/2023萬能銑床用途：銑削平面、斜面和加工溝槽。分類：立銑、臥銑、龍門銑、仿形銑、專用銑床。常用的臥式萬能銑床型號：X62W、改進型XA6132。XA6132是在X62W型萬能銑床的基礎上增設電磁鐵離合器抱閘制動，其他機械結構相同及電氣控制電路基本相同。2/2/2023萬能銑床簡介萬能銑床的主要構成底座、床身、懸梁、刀桿支架、升降臺、工作臺和溜板等。實物圖萬能銑床的運動情況2/2/2023銑床結構示意圖2/2/2023XK6032C數控臥式升降臺銑床2/2/2023X62W型銑床X62W：升降臺臥軸萬能銑床6——臥軸（刀軸）2——2號工作臺（寬320mm）W——萬能（回轉臺，螺旋槽）2/2/2023X62W型銑床一、銑床主要運動方式二、主軸電動機的控制三、進給電動機的控制四、其他控制環節五、電路的聯鎖與保護2/2/2023萬能銑床的運動情況主運動：主軸電動機驅動主軸帶動刀具作順銑、逆銑，轉動方向手動預選。為了主軸和進給機械變速后的齒輪嚙合，采用瞬時變進沖動。升降式工作臺進給運動（進給電動機驅動）：工作臺帶工件作快進、工進運動。升降臺的構成：矩形（直線運動）、圓形（圓弧運動）兩層結構。矩形工作臺的六個運動方向和圓工作臺的旋轉運動要求互鎖，任何時刻，只允許存在一種運動形式的一個方向運動。為了避免打刀（安全），要求有先做主軸旋轉，然后工件進給的順序控制。2/2/2023

萬能銑床控制線路分析

X62W臥式萬能銑床控制線路可分為主電路、控制電路、照明電路等部分。1、主電路①接觸器KM1控制冷卻泵電動機M3。②KM3、SA5控制主軸電動機M1正、反轉。③KM2控制進給電動機反接制動。其它還有短路、過載保護器件。2/2/20232/2/20232、控制電路主軸及冷卻泵電動機控制：主軸：主軸在加工前，由選擇開關SA4選擇主軸電動機M2的轉動方向（順、逆銑）。①起停：SB1、SB2及SB3、SB4和KA1用以實現主軸電動機M2的兩地起?？刂疲瑑商灼鹜？刂瓢粹o分別裝在銑床正面和側面操作板上。停車時SB1、SB2的常開觸點閉合，使主軸制動電磁離合器的電磁鐵YB線圈通電，同時電磁線圈YC2通電，溝通工作臺快速進給傳動鏈，此時進給電動機M2斷電，工作臺快停（順控要求），實現主軸電動機迅速停車制動。2/2/2023②上刀制動：轉換開關SA2常開觸點閉合，電磁離合器電磁鐵YB線圈通電，實現上刀制動。③主軸變速沖動：主軸電動機（M2）在轉動過程中，拉出主軸變速手柄時，位置開關SQ5動作，KM1或KM2線圈斷電、主軸電動機（M2）停止轉動，主軸變速手柄在復位過程中，壓下SQ5、KM1或KM2線圈通電，M2作瞬時正或反向變速沖動。反復推拉變速手柄，直至手柄放回原位，齒輪嚙合為止。冷卻泵：轉動旋轉式轉換開關SA1→中間繼電器KA3線圈通電→冷卻泵電動機M1轉動。2/2/20232/2/2023工作臺進給控制①傳動方式及控制特點工作臺矩形直線運動和圓形圓弧運動的機械傳動鏈如圖所示。（1）矩形工作臺的直線運動：運動方向（三維空間）：縱向（左右）、橫向（前后）、升降（上、下）。操縱方法：縱向操縱手柄，左、0、右（3工位）位置。十字操縱手柄（兩個機械聯動），前、上、0、下、后（5工位）位置。（2）圓形工作臺的圓弧旋轉運動：矩形工作臺的縱向操縱手柄和十字操縱手柄均在0位時，通過操作轉換開關SA3控制圓形工作臺的圓弧旋轉運動。矩形工作臺的三維空間6個方向的直線運動和圓形工作臺的圓弧運動要互鎖。每個時刻只允許有一個運動方向。2/2/2023（3）主軸與進給順序控制 和KA2常開觸點并聯KA1常開觸點作順序控制，KA2用做工作臺快進控制。（4）工作臺選擇選擇開關SA3常態為矩形工作臺，動態為圓形工作臺操作狀態。②矩形工作臺的縱向進給：（SA3在常態） 縱向操縱手柄向右，溝通縱向機械傳動鏈并壓下位置開關SQ1；操縱手柄向左，溝通縱向機械傳動鏈并壓下位置開關SQ2；操縱手柄在中間0位為停止狀態。矩形工作臺的縱向進給2/2/2023控制電路分析： 手柄向右壓下SQ1→電流過SQ6、SQ4、SQ3、SA3的常閉觸點和SQ1的常開動合觸點使KM3線圈通電→工作臺進給電動機M3正轉，拖動工作臺向左進給。 手柄回到0位→SQ1常開觸點斷開→KM3線圈斷電→M3停轉。 手柄向左→壓下SQ2→KM4線圈通電，工作臺進給電動機M3反轉。拖動工作臺向右進給?？刂齐娏鞯谋亟浡窂絊Q3、SQ4、SA3的常閉觸點，滿足了互鎖要求。工作臺移動到終點，終點檔鐵撞擊手柄的凸起部分可使其返回中間位置，實現終點停車。2/2/20232/2/2023銑床運動方式主運動：銑刀的旋轉進給運動：縱向進給運動：工作臺左、右移動。橫向進給運動：滑臺前、后移動。垂直進給運動：升降工作臺上、下移動。圓工作臺的旋轉運動。

輔助運動：工作臺在縱向、橫向和垂直方向上的快速移動。2/2/2023因銑刀的安裝方向不同，銑削加工有順銑與逆銑兩種，故主軸電動機需正、反轉，且轉向應在加工前即可根據銑刀的安裝方向選擇好。

1、主軸電動機的控制要求2/2/20231、主軸電動機的控制要求銑刀是多刃刀具，為減小切削過程中負載的波動，通常在主軸上裝有飛輪以增加慣性。為了能快速停車，因此主軸需制動控制。2/2/20231、主軸電動機的控制要求主軸采用機械齒輪變速。為便于變速箱內齒輪的嚙合，要求在主軸變速時主軸電動機能產生變速沖動。2/2/20232、主軸電動機的控制起動（KM1）正/反轉（SA5）反接制動（KM2）

2/2/20232、主軸電動機的控制1）主軸電動機正轉控制：兩地控制

KM1+（1—3—5—10—11—12—13—9—N）

Q合上→SA5“順”→SB1（SB2）↓→

KM1+

→KS-1+

2/2/20232、主軸電動機的控制2）主軸電動機停車制動控制

KM2+（1—3—5—6—7—8—9—N）SB3（SB4）↓↓→KM1—KM2+→KS-1—→KM2—→SB3（SB4）↑2/2/20232、主軸電動機的控制3）主軸變速沖動控制：SQ7

2/2/2023主軸變速操作：主軸變速手柄下壓，拉出→旋轉變速盤→主軸變速手柄推回原位（推不回，重復）拉出和推回主軸變速手柄時，SQ7均會受壓。2/2/20232、主軸電動機的控制3）主軸變速沖動控制：SQ7

KM2+（1—3—7—8—9—N）主軸處于工作狀態時變速：拉出變速手柄→SQ7↓→KM1—KM2+→反接制動n↓推回變速手柄→SQ7↓→KM2+→M1瞬動

2/2/20232、主軸電動機的控制3）主軸變速沖動控制：SQ7

主軸處于停車狀態時變速：推回變速手柄→SQ7↓→KM2+→M1瞬動

2/2/20231、進給電動機的控制要求銑削加工的縱向、橫向和垂直進給由一臺進給電動機拖動。進給方向由操作手柄和進給電動機的正、反轉配合實現。

2/2/2023工作臺的六個方向進給運動由M2的正、反轉及三個機械離合器聯合動作來實現。2/2/2023縱向進給操作手柄垂直/橫向進給操作手柄2/2/20231、進給電動機的控制要求為保證加工時的安全，銑削時只允許一個方向的進給運動。為保證加工的安全，進給運動一定要在銑刀旋轉時才能進行，故主軸電動機與進給電動機之間應有可靠的聯鎖。進給運動采用機械齒輪變速，要求具有變速沖動控制。2/2/20232、進給電動機的控制SA1長工作臺與圓工作臺轉換開關長工作臺工作：SA1-1+SA1-3+

SA1-2—

圓工作臺工作：SA1-1—SA1-3—SA1-2+

2/2/20232、進給電動機的控制1）工作臺縱向進給控制：

SA1-1+SA1-3+KM3+（12—15—16—17—18—19—20—21）工作臺右移：

縱向操作手柄“右”SQ1↓→KM3+→M2正轉掛上縱向進給離合器工作臺右移2/2/202