第二章電器控制線路的基本原則和基本環節第1頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三一、電氣原理圖電氣原理圖：表達電氣控制系統的組成和聯接關系，主要用來分析控制系統工作原理。1、主電路、控制電路和其它輔助的信號、照明電路，保護電路一起構成電氣控制系統，各電路應沿水平方向獨立繪制。2、電路中所有電器元件均采用國家標準規定統一符號表示，其觸頭狀態均按常態畫出。主電路一般都畫在控制電路的左側或上面，復雜的系統則分圖繪制。所有耗能元件（線圈、指示燈等）均畫在電路的最下端。圖形符號應符合GB4728《電氣圖用圖形符號》的規定。文字符號應符合GB7159-87《電氣設備常用基本文字符號》的規定。第2頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三3、沿橫坐標方向將原理圖劃分成若干圖區，并標明該區電路的功能。繼電器和接觸器線圈下方的觸頭表用來說明線圈和觸頭的從屬關系。

主觸頭所在圖區輔助常開觸頭所在圖區輔助常閉觸頭所在圖區KMKM26X2XX2對未使用的觸頭用“X”表示。

第3頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三二、電器元件布置圖電器元件布置圖：表明電氣原理圖中所有電器元件、電器設備的實際位置，為電氣控制設備的制造、安裝提供必要的資料。第4頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三三、電氣接線圖1、各電器代號應與有關電路圖和電器元件清單上所用列的元器件代號相同。2、體積大的和較重的電器元件應該安裝在電氣安裝板下面，發熱元件應安裝在電氣安裝板的上面。3、經常要維護、檢修、調整的電器元件安裝位置不宜過高或過低，圖中不需要標注尺寸。

電氣接線圖：表明所有電器元件、電器設備聯接方式，為電氣控制設備的安裝和檢修調試提供必要的資料。繪制原則：1、接線圖中，各電器元件的相對位置與實際安裝的相對位置一致，且所有部件都畫在一個按實際尺寸以統一比例繪制的虛線框中。第5頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三3、各電器元件的接線端子都有與電氣原理圖中的相一致編號。4、接線圖中應詳細地標明配線用的導線型號、規格、標稱面積及連接導線的根數。標明所穿管子的型號、規格等，并標明電源的引入點。5、安裝在電氣板內外的電器元件之間需通過接線端子板連線。第6頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三圖中還標注出連接導線的型號、根數、截面積，如BVR5×1mm2為聚氯乙烯絕緣軟電線、5根導線、導線截面積為—平方毫米。第7頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三第二節鼠籠電動機簡單的起、停電器控制線路全壓起動：將額定電壓直接加到電動機的定子繞組上，使電動機起動旋轉。（p≤10kw）降壓起動：起動時減少加在定子繞組上的電壓，以限制起動電流；在起動完成后再將定子電壓恢復至額定值。一、開關控制電路由開關控制電機直接起/停，要求電機容量較小，且無法實現自動控制或失壓、欠壓保護。第8頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三二、接觸器控制電路刀開關—電源引入接觸器—控制電機起/停SB1—停止按鈕SB2—起動按鈕

1、線路工作情況合上電源開關QS引入三相電源

按起動按鈕SB2→KM線圈+→KM主觸閉合→電動機接通電源起動運轉。→KM的常開輔助觸點閉合（自鎖）自鎖（自保持）：依靠接觸器自身輔助觸點而使其線圈保持通電第9頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三三、線路的保護環節電動機停車：按停止按鈕SBl→KM線圈﹣→KM主觸斷開→電動機接停止運轉。→KM的常開輔助觸點復位（解除自鎖）1．過載保護：FR原因：電機電流超過額定值 一段時間后，繞組發熱，會使絕緣材料變脆，電機壽命降低，甚至損壞。措施：串接在主電路中的熱繼電器的熱元件在電動機過載時，受熱彎曲，端部產生的位移使常閉觸點斷開，切斷電動機的控制電路。注意：熱繼電器動作后不能自動復位，等雙金屬片冷卻后，才能復位。第10頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三2．短路保護：FU原因：熱元件存在熱慣性，電路發生短路時無法瞬時動作。措施：熔體在短路電流作用下迅速熔斷。注意：為了擴大保護范圍，熔斷器一般直接裝在刀開關下邊（盡量靠近電源）。3．失壓、欠壓保護：自鎖觸點（接觸器）1）欠壓保護原因：當電源電壓下降時，電機繞組電流上升。措施：當電源電壓下降到85%UN以下，接觸器的F吸〈F反，銜鐵釋放，觸點斷開，電機停止。2）失壓保護

原因：開關控制電路，若停電后再恢復供電，電機將會自行起動。措施：停電時，接觸器觸點斷開，電機停止。恢復供第11頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三電后，若起動按鈕不被按下，則接觸器線圈不會得電，觸點不會閉合，電機無法自行起動。欠壓和失（零）壓保護的優點：1、防止電動機低壓運行。2、避免多臺電動機同時起動造成的電網電壓波動。3、防止在電源恢復時，電動機突然起動運行而造成設備和人身事故。電器控制中：按鈕→發布命令信號接觸器→實現對控制對象的控制繼電器→根據控制過程中各個量的變化發出相應的控制信號。第12頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三第三節電器控制線路的基本規律實現方法：對調交流電動機的任意兩相電源相序。一、正反轉的控制線路：a接觸器互鎖正/反轉控制電路b按鈕和接觸器雙重互鎖控制電路第13頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三1、接觸器互鎖正/反轉控制電路

工作過程：（1）SB1↓—→KM1+—→KM1自鎖（

）→正轉（2）SB3↓—→停（3）SB2↓—→KM2+—→KM2自鎖（

）→反轉（4）SB3↓—→停

問題：KMl、KM2同時閉合，造成相間短路。電氣互鎖：利用接觸器（繼電器）的常閉觸點串接在對方線圈回路中而形成的相互制約的控制。（工作可靠）

結論：在控制中，凡具有相反動作的均需電氣互鎖。2、按鈕和接觸器雙重互鎖控制電路工作過程：（1）SB1↓—→KM1+—→正轉（2）SB2↓—→KM1—

KM2+—→反轉（3）SB1↓—→KM2—

KM1+—→正轉

第14頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三（4）SB3↓—→停機械互鎖：利用復合按鈕的常閉觸點串接在對方線圈回路中而形成的相互制約的控制。（操作方便）3、僅有按鈕互鎖控制電路存在問題：若出現熔焊或銜鐵卡在吸合狀態的故障時，雖然線圈已失電但是其主觸點無法斷開。此時另一接觸器一旦得電動作，主電路就會發生短路。解決：為保證工作的可靠和操作的方便可采用按鈕和接觸器雙重互鎖。此時若出現上述故障現象，則接觸器的互鎖常閉觸點必然將另一接觸器的控制電路切斷，避免另一接觸器線圈得電。結論：復合按鈕不能代替聯鎖觸點的作用。第15頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三二、自動往返控制電路4、主令控制器控制的正反轉控制線路行程控制：根據生產機械的運動部件行程的變化來進行控制稱為。鉆削加工刀架的運動過程控制：刀架在位置1起動后能自動地由位置1開始移動到位置2進行鉆削加工，刀架到達位置2后自動退回到位置1時停車。第16頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三刀架的自動循環第17頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三三、按順序工作的聯鎖控制SQ1（原位行程開關、位置l的測量元件）—→KM2—KM1+

SQ2（終點行程開關、位置l的測量元件）—→KM1—KM2+

SQ3（限位保護）—→KM2—SQ4（限位保護）—→KM1—電動機根據行程位置實現起動、停轉和正反向控制。注意：控制線路在安裝時行程開關(SQ1、SQ2)與電動機的轉向要一致性。存在問題：若小車停在原位或終點，一送上電源，小車即開始自動運行。第18頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三順序控制——保證操作的合理和工作的安全可靠（按一定順序工作的聯鎖要求）。a電路：KM1的常開觸點接在M2電機的控制回路中。控制特點：保證只有在M1起動后，M2才能起動。b電路：M2電機的控制電路接在KM1的常開觸點之后。控制特點：保證只有在M1起動后，M2才能起動。

a圖

b圖

第19頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三車床的主軸電動機M1、油泵電動機M2的工作順序要求：1）、油泵電動機M2起動后主軸電動機M1才允許起動。2）、主軸電動機M1停止后油泵電動機M2才允許停止。c圖

d圖

c(d)電路：KM2的常開觸點并接在SB1的兩端。控制特點：1)起動時必須M1起動后，M2才能起動。第20頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三四、點動控制電路2）停止時必須M2先停機，M1才能停止。3)過載保護在各自的控制電路中。結論：1）、要求甲接觸器動作后乙接觸器才能動作，則將甲接觸器的常開觸點串在乙接觸器的線圈電路。2）、要求甲接觸器停止后乙接觸器才能停止，則將甲接觸器的常開觸點并接在乙接觸器的停止按鈕。

1、基本的點動控制電路說明：1）去掉自鎖觸點2）無過載保護（短時工作）第21頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三2、點動/長動控制電路

1）a圖點動時用SB3的常閉觸點切斷自鎖回路。SB3↓：SB3常閉觸點先斷開自鎖回路，其常開觸點才閉合使接觸器得電，電機旋轉。SB3↑：SB3常開觸點先斷開，接觸器失電，而后其常閉觸點才恢復閉合，但KM的常開觸點已斷開。（點動時，KM的常開輔助觸點雖會閉合，但自鎖回路已被SB3切斷）第22頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三五、多點起、停與多條件控制電路2）b圖點動時用手動開關SA切斷自鎖回路。開關SA打開→點動開關SA打開→長動a：方便操作。起動按鈕并聯，停止按鈕串聯。b：安全操作。起動按鈕串聯、停止按鈕并聯。a圖

b圖

第23頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三第四節三相異步電動機的起動控制線路前言：三相異步電動機：三相繞線式、三相鼠籠式。1、三相鼠籠式異步電動機優點：結構簡單、價格便宜、應用廣泛。缺點：不便于調速使用場合：不需要調速的場合（中小型鼠籠電動機很少用于調速的場合）。2、三相繞線式異步電動機特點：便于調速（轉子通過滑環串接外加電阻，減小起動電流和提高起動轉矩）第24頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三起動方式：1、直接起動(全壓起動)：將額定電壓直接加在定子繞組上使電動機起動。優點：起動設備簡單、起動轉矩較大、起動時間短缺點：起動電流大(額定電流的5～7倍)。過大的起動電流將會造成線路的電壓下降，影響到電動機的起動轉矩，嚴重時，會導致電動機本身無法起動。直接起動，只能用于電源容量較電動機容量大得多的情況。電動機直接起動的判斷：

式中IST一電動機全壓起動的起動電流IN—電動機額定電流。第25頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三2、降壓起動

起動時減小電動機定子繞組上的電壓，以限制起動電流；起動結束將定子電壓恢復至額定值，進入正常運行。降壓起動：

Y-△降壓起動定子串電阻降壓起動定子串自耦變壓器降壓起動延邊三角形降壓起動定子串電抗器降壓起動一、鼠籠式異電動機的降壓起動控制線路1、Y-△降壓起動控制線路第26頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三1）原理U’–V’–W’U–W’→L1U→L1V–U’→L2V→L2W–V’→L3W→L3Y:每相繞組220V

△:每相繞組380V

注意：1)起動時定子繞組Y接，正常運行時定子繞組△接。2)為方便接線，定子繞組的抽頭排列順序已對調如右圖。第27頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三2）控制電路

△TSB2↓→KM+KMY+KT+→KMY—KM+KM△+

Y型起動△型運行KMY和KM△的主觸點不能同時閉合，否則主電路會發生短路。故電路中用KMY和KM△常閉觸點進行電氣互鎖。第28頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三3）適用場合：電動機正常工作時定子繞組必須△接，輕載起動。（Y系列鼠籠型異步電動機功率為4.0kW以上者均為△形接法。）4）特點：起動轉矩小，僅為額定值的1/3；轉矩特性差（起動轉矩下降為原來的l／3）。注意：起動的時間取決與負載的大小。2、定子串電阻的降壓起動控制線路1）原理：起動時三相定子繞組串接電阻R，降低定子繞組電壓，以減小起動電流。起動結束應將電阻短接。

第29頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三2）控制電路

SB2↓——→KM1+KT+——→KM2+KM1—KT—

串R起動運行3）適用場合：電動機容量不大，起動不頻繁且平穩。4）特點：起動轉矩小，加速平滑，但電阻損耗大。用電抗器代替電阻：價格較貴，成本較高。3、串自耦變壓器降壓起動控制電路1）原理：起動時，定子繞組上為自耦變壓器二次側電壓；正常運行時切除自耦變壓器。第30頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三2）控制電路SB2↓—→KM1+KT+——→KA+KM2+KM1—KT—

串自耦變運行壓器起動3）適用場合：重載起動。4）特點：起動轉矩大（60%、80%抽頭），損耗低，但設備龐大成本高。起動過程中會出現二次涌流沖擊，適用于不頻繁起動、容量在30kw以下的設備中。第31頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三鼠籠式異步電動機起動方法比較起動方法適用范圍特點直接電動機容量小于10KW不需起動設備，但起動電流大。定子串電阻電動機容量大于10KW，起動次數不太多的場合。線路簡單、價格低、電阻消耗功率大，起動轉矩小。Y-△起動額定電壓為380V，正常工作時為△接法的電動機，輕載或空載起動。起動電流和起動轉矩為正常工作時的1/3。串自耦變壓器電動機容量較大，要求限制對電網的沖擊電流。起動轉矩大，設備投入較高。第32頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三4、TPL系列鼠籠式電動機通用控制屏使用范圍：全電壓不可逆重復短時工作制。電路特點：1）采用主今控制器SA控制；2）帶有電磁抱閘YB機械制動；3）控制電路采用220V直流電壓供電，以增加接通頻率和工作的可靠性。KA為堵轉繼電器、KB為制動接觸器、QAl和QA2為自動開關1、工作原理分析：1）準備工作合上自動開關QAl、QA2：SA“0位“——→SQ+——→KT線圈+——→斷電延時斷開觸點KT+——→（為KM、KB得電做準備）第33頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三2）起動工作SA“1位”—→—→松閘、起動KM線圈+YB線圈+TPL系列鼠籠式電動機控制屏2、保護環節：短路保護：自動開關QSl和QS2過載保護：電流繼電器KA：第34頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三二、三相繞線式異步電動機起動控制線路零位保護：主令控制器SA（零位保護：再起動時，必須恢復“0”位后再板到“1”位才能工作）零位聯鎖：時間繼電器KT。

繞線式異步電動機：調速、起動性能好。（通過滑環在轉子繞組中串接外加電阻來減小起動電流，增大起動轉矩及調速性能）。

實用場合：不可逆軋機、起重運輸機、高爐料車卷揚等。1、按時間原則串電阻起動線路按時間原則來控制電阻切除KM：線路接觸器第35頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三KMl：第一級加速接觸器KM2：第二級加速接觸器2、按電流原則串電阻起動控制線路利用電動機轉子電流大小的變化來控制電阻切除KM1：線路接觸器KM2～KM4：加速接觸器KAl～KA3：電流繼電器KA4：中間繼電器電流繼電器KAl～KA3的線圈串在電動機轉子電路中，這三個繼電器的吸合電流都一樣，但釋放電流不一樣。其中KAl的釋放電流最大，KA2次之，KA3最小。剛起動（起動電流很大）時：KAl～KA3都吸合電動機轉速升高（電流逐漸減少）后：KAl、KA2、KA3依次釋放。第36頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三第五節三相異步電動機的制動控制線路制動目的：準確、迅速停車；工作安全制動分類：機械制動：用電磁鐵操縱機械機構進行制動（電磁抱閘制動、電磁離合器制動等）。電氣制動：用電氣的辦法，使電動機產生一個與轉子原轉動方向相反的力矩進行制動。機械制動：機械抱閘電氣制動：反接制動、能耗制動、回饋制動

第37頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三一、機械制動：（電磁抱閘）1、電磁抱閘的結構：制動電磁鐵、閘瓦制動器2、機械制動控制電路1）斷電制動控制電路：特點：斷電時制動閘處于“抱住”狀態。

適用場合：升降機械SB2↓—→KM+—→YA+—→松閘起動SB1↓—→KM-—→YA-—→抱閘制動第38頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三2）通電制動控制電路：特點：斷電時制動閘處于“松開”狀態。

適用場合：加工機械SB2↓—→KM1+——→起動SB1↓—→KM1-KM2+—→YA+—→抱閘制動SB1↑—→KM2-——→YA-—→松閘停止第39頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三二、電氣制動原理：制動時使電動機產生與轉子原轉向相反的制動轉矩。1、反接制動原理：改變電動機任意兩相電源相序以產生制動轉矩。特點：設備簡單，制動力矩較大，沖擊強烈，準確度不高。適用場合：要求制動迅速，制動不頻繁（如各種機床的主軸制動）。第40頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三說明：1）反接制動時，當電動機的轉速接近于零時應及時切斷電源，否則電機將反轉。此控制要求可由速度繼電器實現。SB2↓—→KM1+n>100r/min→KS+工作SB1↓—→KM1-KM2+n<100r/min→KS-→KM2-自由停車2）反接制動的電流（制動沖擊力）較大，在主電路中串入限流電阻R。10kw以上電動機的定子電路中串入對稱電阻或不對稱電阻，稱為制動電阻。以限制制動電流和減少制動沖擊力。3）注意速度繼電器觸點的方向。2、可逆起動反接制動控制線路KM1、KM2：正、反轉接觸器KAl～KA4：中間繼電器KM3：短接電阻接觸器R：限制反接制動、起動電流電流第41頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三2、能耗制動

原理：制動時，切除定子繞組三相電源的同時接通直流電源，產生靜止磁場，使慣性轉動的轉子在靜止磁場的作用下產生制動轉矩。

特點：能耗小，需直流電源，設備費用高。（制動準確度較高，制動轉矩平滑，但制動力較弱，制動轉矩與轉速成比例減小）

適用場合：要求平穩制動，停位準確。（如銑床、龍門刨床及組合機床的主軸定位等）。第42頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三說明：1）主電路中的R用于調節制動電流的大小。2）能耗制動結束，應及時切除直流電源。SB2↓——→KM1+起動

SB1↓→KM1—KM2+KT+——→KM2—KT—

自由停車補充：KM2常開觸點上方應串接KT瞬動常開觸點。防止KT出故障時其通電延時常閉觸點無法斷開，致使KM2不能失電而導致電動機定子繞組長期通入直流電。制動△T第43頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三異步電動機能耗制動與反接制動比較制動方法適用范圍特點能耗制動要求平穩準確制動場合。制動準確度高，需直流電源，設備投入費用高。反接制動制動要求迅速．系統慣性大，制動不頻繁的場合。設備簡單,制動迅速，準確性差，制動沖擊力強。第44頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三第六節三相異步電動機的調速控制線路

調速：

鼠籠式：采用多速機繞線機：轉子繞組中分級串電阻一、多速機的調速控制線路轉速：多速電動機：雙速、三速、四速雙速電機定子：一套繞組三速、四速電機定子：二套繞組。三角形(四極、低速)與雙星形(二極、高速)接法：恒功率調速，適用于金屬切削機床。第45頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三星形(四極、低速)與雙星形(二極、高速)接法：恒轉矩調速，適用于起重機、電梯、皮帶運輸機。注意：為變速前后轉向不變，三相電源應換相。第46頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三二、調速電路的選擇

（1）接電次數在500次小時以下，對調速要求不高，可采用籠型電動機拖動。a)、限制起動電流：降壓起動b)、快速制動：能耗制動、反接制動。第47頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三（2）接電次數在700次小時左右，對調速無特殊要求，可采用交流繞線型異步電動機拖動。a)、提高可靠性：直流操作并以時間為變化參量分級起動。b)、可逆運轉并要求迅速反向：反接制動，靜阻轉矩變化不大時，采用以時間為變化參量控制反接制動，否則采用以轉速(電勢)為變化參量控制反接制動。c)、單向運轉并要求淮確停車的，一般采用能耗制動。（3）工作比較緊張，接電次數在1000次小時上下，采用由車間直流電網供電的直流復勵或并勵電動機拖動，以時間為變化參量分級起動。a)、準確停車，采用一級或二級能耗制動，b)、迅速反轉，采用反接制動。根據需要在制動時可采用電氣、機械聯合制動。（4）工作特別緊張，接電次數在1200次小時以上，要求滿速范圍寬，調速性能好，具有挖土機特性。采用晶閘管供電電動機拖動。第48頁，共53頁，2023年，2月20日，星期三第七節電器控制線路中常用的保護環節保護類型

電流型保護：短路保護、過電流保護、過載保護、欠電流保護、斷相保護電壓型保護：失壓保護、欠壓保護、過電壓保護一、電流型保護影響溫升因數：電流大小、散熱條件、通電時間1、短路保護（