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1、第2章 电气控制线路基础 在工业、农业和交通运输等部门中，都广泛使用各种生产机械，它们一般采用电动机拖动，而电动机是通过各种控制方式来进行控制的，最常见的传统控制是继电器接触器控制方式。该控制方式由各种有触点的继电器、接触器、按钮、行程开关等组成控制电路，来实现对电力拖动系统的起动、制动、反向以及调速等控制，实现对电力拖动系统的保护及生产加工自动化。但是，不同的生产工艺和生产过程，对控制线路的要求也不一样，然而不管多复杂的控制线路都是由一些基本的控制环节组合而成。因此，只要掌握这些基本环节和一些典型的控制线路，就可以设计出复杂的电气控制线路。,2.1电气原理图的绘 制原则及阅读方法 电气系统图
2、一般有三种类型：电气原理图、电器布置图和电气安装接线图。 电气原理图习惯上称电路图，它是按工作顺序用图形符号排列，详细表示电路、设备或成套装置的基本组成和连接关系，而不考虑实际位置的一种电气图。电气原理图可用于分析系统的组成和工作原理，也可为寻找故障提供帮助，同时也是绘制接线图的依据。但是，由于电路图描述的连接关系仅仅是元器件之间的功能关系，不是实际的连接导线，因此它不能替代接线图。本节主要介绍电气原理图的绘制原则及阅读分析方法。,一、电气原理图的绘制原则 由于原理图具有结构简单，层次分明，适于研究分析电路的工作原理等优点，所以无论在设计部门还是生产现场都被广泛应用。电气原理图表达的是电路的工
3、作原理，根据GB/T 6988标准中的规定，下面以图2-1所示的某生产机械电气原理图为例对这些原则进行概括性的总结和介绍。,图2-1 某生产机械电气原理图,（1）电气原理图中所有元器件的图形符号和文字符号，必须符合统一的国家标准。 （2）电气原理图一般分主电路和辅助电路两大部分。主电路是被控对象的驱动电路，包括从电源到电动机之间相连的电器元件，其中三相电路导线应按相序从上到下或从左到右排列，中性线排在相线的下方或右方，并用L1、L2、L3及N（或保护接地线PE）标识。辅助电路由控制电路、照明电路、信号电路和保护电路等组成，应将这些电路分开进行绘制。整个电路可采用水平布置或垂直布置：当水平布置时
4、相似元件宜纵向对齐；垂直布置时相似元件宜横向对齐。 （3）电气原理图中电气元件的布局，应根据便于阅读的原则进行安排。主电路安排在图面的左侧或上方，辅助电路安排在图面的右侧或下方。所有电路均按功能布置，同一功能的电气相关元器件应画在一起，尽可能按动作顺序和信号流从上到下或从左到右排列。 （4）电气原理图中，所有电器的触点均以“常态”画出，即按没有通电或没有受机械外力作用时的状态绘制。如，继电器、接触器的触点绘制不得电的状态，按钮、行程开关画不受外力作用时的状态。 （5）电气原理图中，各种电器元件和其相关部件在电路中的位置，应依据便于阅读的原则安排，同一个电器元件的各个部件可以不画在一起，但是必须
5、标注统一的文字符号。对于同类器件要在文字符号后加数字序号以示区别，如两个接触器可分别用文字符号KM1、KM2来区分。 （6）电气原理图中，应尽量少使用线条，且尽量避免线条交叉。如果导线之间有直接电的联系时，对于“T”形连接点，可以画黑圆点“”，也可不画；对于“+”形连接点，则必须画黑圆点。,二、电气原理图的阅读方法 1.基本原则 采用化整为零的原则，以某一电动机或电器元件（如接触器或继电器线圈）为对象，从电源开始，自上而下、自左而右，逐一分析其接通断开关系。概括起来，可以说成是“化整为零、顺藤摸瓜、先主后辅、集零为整、安全保护、全面检查”。 2.阅读方法与步骤 1）阅读主电路 主电路的作用是保
6、证生产机械拖动要求的实现。从主电路的构成可以看出电动机或执行电器的类型和工作方式，以及起动、正反转、调速、制动等控制要求和保护要求等内容。 2）阅读控制电路 主电路的各控制要求由控制电路来实现，运用“化整为零、顺藤摸瓜”的原则，将控制电路按功能划分为若干个局部控制线路，从电源和主令信号开始，经过逻辑判断，写出控制流程，以简便明了的方式表达出电路的自动工作过程。 3）阅读信号与照明电路 信号与照明电路具有独立性，仅起辅助作用而不影响主要功能，其很多部分是受控制电路中的元件来控制的。 4）阅读联锁与保护电路 生产机械对安全性、可靠性等有很高的要求，欲实现这些要求，除了合理地选择拖动、控制方案外，还
7、需在控制线路中设置电气保护和必要的电气联锁。在电气控制原理图的分析过程中，电气保护与电气联锁环节是非常重要的内容，不能遗漏。 5）总体检查 经过“化整为零”，逐步分析了各局部电路的工作原理和各部分之间的控制关系之后，还必须“集零为整”，检查整个控制电路，看是否有遗漏。特别要从整体角度去进一步检查和理解各控制环节之间的联系，以达到全面理解原理图的作用。,2.2电气控制线路基本环节 在生产实际中，大部分的复杂电气控制线路都是由一些基本电路组合而成的。因此，必须首先学好这些基本电路，为以后设计复杂电路打下坚实的基础。本节介绍一些常用的典型基本控制线路。,一、点动和长动控制线路 在生产实际中，根据生产
8、工艺要求的不同，电动机需要工作在点动和长动两种状态下。点动是操作者按下起动按钮时电动机起动运转，松开起动按钮时电动机就停止转动；长动是操作者按下起动按钮后电动机起动运转，即使松开起动按钮电动机还能一直运转，即连续运转，直到按下停车按钮为止。 图2-2所示为几种常见的电动机点动和长动工作的控制线路。 概念：自锁、自锁电路、自锁触点 分析动作过程,图2-2 电动机点动和长动控制电路,二、多点控制线路 在生产实际中，有些生产机械和生产设备，由于生产工艺的要求，往往需要在两地或多地进行操作。例如，电梯即为多地控制，任意层的楼道上都能够进行控制，在任意层的梯厢里也能够控制。要在多点控制，就应该有多组按钮
9、，根据电路中所学知识我们知道，多组按钮的连接规则：接通电路使用常开按钮，须“并联”；断开电路使用的常闭按钮，须“串联”。 图2-3为两地和三地控制的线路，主电路同图2-2中所示主电路。 概念：多点控制 分析动作过程,图2-3 两地和三地控制线路,三、顺序控制线路 在生产实际中，常常要求各运动部件之间能够按顺序工作。例如，机床的主轴电动机必须在油泵电动机起动之后才能起动。 图2-4为两台电动机顺序起动的控制线路。图中，M1为油泵电动机，M2为主拖动电动机，也就是说M1起动之后M2才能起动。 概念：顺序控制 分析动作过程,图2-4 两台电动机顺序起动的控制线路,2.3 三相笼型异步电动机的起动控制
10、线路 三相笼型电动机具有结构简单、运行可靠、价格便宜、坚固耐用、维修方便、转动惯量小等优点，在实际中有着广泛的应用。笼型电动机的起动方式有直接起动和降压起动两种。,一、直接起动控制线路 直接起动是指将额定电压直接加到三相异步电动机的定子绕组上，使电动机起动旋转。直接起动是一种简便、经济的起动方法，但是直接起动时的起动电流为电动机额定电流的47倍，过大的电流会造成电网电压显著下降，直接影响电网中其它电气设备的稳定运行，所以直接起动的电动机容量受到一定限制。 图2-2（b）所示即为一种电动机直接单向全压起动的控制线路。这是一种最简单、最常用的控制电路，能实现远距离控制电动机的起停，电路的工作过程分
11、析此处不再赘述。 根据电动机起动的频繁程度、供电变压器容量的大小来决定直接起动电动机的容量：对于频繁起动的电动机来说，容量应不大于变压器容量的20%；对于不经常起动的电动机，容量应不大于变压器容量的30%。,二、降压起动控制线路 直接起动方式虽然控制电路简单，但当电动机容量较大时，由于起动电流过大，会对电网产生巨大的冲击，所以一般采用降压起动方式。所谓降压起动，是指起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，待起动后再将电压恢复至额定值，使之在正常电压下运行。因电枢电流和电压成正比，所以降低电压可以减小起动电流，防止在电路中产生过大的电压降，减少对线路电压的影响。常用的降压起动方法有：Y-降压起动、
12、定子串电阻降压起动、自耦变压器降压起动以及使用软启动器等多种。其中，软启动器是一种新兴的弱电降压起动方法，随着科学技术的发展在实际中使用越来越多，将在2.3.3小节作详细介绍。,1、Y-降压起动控制线路 凡是正常运行时三相定子绕组连接成三角形接法的三相笼型电动机，都可以采用Y-降压起动。起动时，先将定子绕组接成Y形，接入三相交流电源，由于每相绕组的电压下降至正常工作电压的，故起动电流下降到全压起动时的，当转速接近额定转速时，再将电动机定子绕组改接成形，电动机进入正常运转。下面介绍两种有代表性的控制线路。 1）用于13kW以下电动机的降压起动电路 图2-5为用两个接触器实现的Y-降压起动控制电路
13、。图中，KM1为线路接触器，KM2为Y-变换接触器，通电延时型时间继电器KT为降压起动时间继电器。 分析动作过程 注意几点（4点）,图2-5 两个接触器控制的Y-降压起动控制电路,2）用于13kW以上电动机的降压起动电路 图2-6为三个接触器控制实现的Y-降压起动控制电路。与图2-5相比，多用一个接触器KM3来短接电动机三相绕组的末端以构成Y连接，故该接触器也称为Y连接接触器。 分析动作过程 注意几点（2点）,图2-6 三个接触器控制的Y-降压起动控制电路,2、定子串电阻降压起动控制线路 这种起动方式不受电动机接线形式的限制，且设备简单、经济，故在实际中应用广泛。三相笼型电动机定子绕组串电阻起
14、动，因电阻在电路中有分压的作用，使绕组电压降低，从而减小了起动电流；待电动机转速接近额定转速时，再将串接电阻短接，使电动机在额定电压下正常运行。 图2-7为定子串电阻降压起动控制电路。图中KM1为起动接触器，KM2为运行接触器，通电延时型时间继电器KT用来短接定子电阻。 分析动作过程 注意几点（2点）,图2-7 定子串电阻降压起动控制电路,3、自耦变压器降压起动控制线路 在自耦变压器降压起动的控制线路中，电动机起动电流的限制是依据自耦变压器降压作用来实现的。其工作原理为：电动机经自耦变压器降压起动时，定子绕组得到的电压是自耦变压器的二次侧电压，由于自耦变压器的电压变比为，所以当利用自耦变压器降
15、压起动时，起动时电压为额定电压的，电网供给的起动电流降为，待电动机转速接近额定转速时，再将自耦变压器切除，使电动机在额定电压下正常运行。 图2-8为两个接触器控制的自耦变压器降压起动控制电路，KM1为降压起动接触器，KM2为正常运转接触器，KA为起动用中间继电器，KT为降压起动用通电延时型时间继电器。 分析动作过程 注意几点（2点）,图2-8 两个接触器控制的自耦变压器降压起动控制线路,图2-9为三个接触器控制的自耦变压器降压起动控制电路。当SA位于“M”时为手动方式，按下起动按钮SB2后，进行降压起动，待电动机转速接近额定转速时，需按下正常运行按钮SB3，方可由降压起动换接成全压运行；当SA
16、位于“A”时为自动方式，原理同图2-8，该电路适用于30kW以上电动机。由于该电路控制电动机容量较大，故采用电流互感器TA后使用小容量热继电器实现过载保护。 分析动作过程,图2-9 三个接触器控制的自耦变压器降压起动控制电路,图2-9为三个接触器控制的自耦变压器降压起动控制电路。当SA位于“M”时为手动方式，按下起动按钮SB2后，进行降压起动，待电动机转速接近额定转速时，需按下正常运行按钮SB3，方可由降压起动换接成全压运行；当SA位于“A”时为自动方式，原理同图2-8，该电路适用于30kW以上电动机。由于该电路控制电动机容量较大，故采用电流互感器TA后使用小容量热继电器实现过载保护。 分析动作过程,三相笼型电动机的三种常用降压起动控制方法在实际中的应用比较，如表2-1所示。,三、软启动器 前面讲过的三相电动机的降压起动控制线路比较简单，但其起动电流的冲击一般还很大，除了自耦变压器降压起动控制外其它控制方式的起动转矩都较小而且不可调。另外，电动机停车都是通过控制电路控制接触
