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1、1第第2章章 电气控制电路基础电气控制电路基础2第第2章章 电气控制电路基础电气控制电路基础 图样是工程界交流的语言图样是工程界交流的语言 电气图：电气图：根据国家电气制图标准根据国家电气制图标准GB4728GB4728规定的图形符号、规定的图形符号、文字符号以及规定的画法，用工程图的形式，将电气设备及文字符号以及规定的画法，用工程图的形式，将电气设备及电气元件按照一定的控制要求连接，表达设备电气控制系统电气元件按照一定的控制要求连接，表达设备电气控制系统的组成结构、工作原理及安装、调试、维修等技术要求等。的组成结构、工作原理及安装、调试、维修等技术要求等。分类：分类： 电路图（电气原理图）（
2、设计、分析用）电路图（电气原理图）（设计、分析用） 电气元件布置图电气元件布置图 电气接线图电气接线图3第第2章章 电气控制电路基础电气控制电路基础 2.1 2.1电气控制系统电气控制系统 2.1.12.1.1电气原理图电气原理图 根据电气控制系统的工作原理，根据电气控制系统的工作原理，将电气控制系统中各将电气控制系统中各电气元件及其连电气元件及其连接关系接关系用用电气元件展开的形式绘制出来，电气元件展开的形式绘制出来，不按电气元件实际布置不按电气元件实际布置和形状大和形状大小来绘制小来绘制，用于分析研究，用于分析研究系统的组成和工作原理系统的组成和工作原理。 电气原理图包括：电气原理图包括：
3、主电路：主电路：设备的驱动电路，包括从电源到用设备的驱动电路，包括从电源到用 电设备的电路，是电设备的电路，是强电流强电流通过的部分。通过的部分。控制电路：控制电路：由各种电器的线圈、常开、常闭触由各种电器的线圈、常开、常闭触 点等组合构成的控制逻辑电路，是点等组合构成的控制逻辑电路，是 弱电流弱电流通过的部分。通过的部分。信号、照明电路信号、照明电路保护电路保护电路SB1SB1KMKMFRMFUL1L2L34第第2章章 电气控制电路基础电气控制电路基础绘制电气原理图的基本规则绘制电气原理图的基本规则5第第2章章 电气控制电路基础电气控制电路基础 a b图2.2 区位图号含义及触点位置表示含义
4、图区、触点位置索引图区、触点位置索引区位图号含义及触点位置表示含义6第第2章章 电气控制电路基础电气控制电路基础2.1.2电气元件布置图电气元件布置图电器设备和元器件的布置应注意以下几电器设备和元器件的布置应注意以下几个方面：个方面：（1）体）体积积大和大和较较重的重的电电器器设备设备、元、元器件器件应应安装在安装在电电器安装板的下方，而器安装板的下方，而发发热热元器件元器件应应安装在上方。安装在上方。（2 2）强强电电、弱、弱电应电应分开，弱分开，弱电电要加要加以屏蔽防止外界干以屏蔽防止外界干扰扰。（3 3）需要）需要经经常常维护维护、检检修、修、调调整的整的电电气元件安装位置不宜气元件安装
5、位置不宜过过高或高或过过低。低。（4 4）电电气元件的布置气元件的布置应应考考虑虑整整齐齐、美美观观、对对称。外形尺寸与称。外形尺寸与结结构构类类似的似的电电器器应应安装在一起，以利安装和配安装在一起，以利安装和配线线。（5 5）布置）布置图图根据根据设备设备的复的复杂杂程度可程度可集中集中绘绘制在一制在一张图纸张图纸上，控制柜、操作上，控制柜、操作台的台的电电气元件布置气元件布置图图也可以分也可以分别绘别绘出。出。7第第2章章 电气控制电路基础电气控制电路基础2.2 电路的逻辑关系电路的逻辑关系 电气控制系统的状态可分为工作状态和非工作状态，因电气控制系统的状态可分为工作状态和非工作状态，因
6、此，可以利用逻辑函数描述系统组成和工作过程。此，可以利用逻辑函数描述系统组成和工作过程。 系统的逻辑函数描述：系统的逻辑函数描述：器件描述、电路描述器件描述、电路描述1.1.器件描述器件描述 a a）触点表达）触点表达 动作状态动作状态 不动作状态不动作状态 常开触点常开触点 KMKM、KAKA、SQ 1 0SQ 1 0 常闭触点常闭触点 KMKM、KAKA、SQ 0 1SQ 0 1 b b）线圈）线圈 通电通电 断电断电 KMKM、KA 1 0KA 1 08第第2章章 电气控制电路基础电气控制电路基础2. 2. 电路描述电路描述触点连接逻辑函数描述：触点连接逻辑函数描述：并联状态并联状态-逻
7、辑加（逻辑加（“或或”）串联状态串联状态-逻辑乘（逻辑乘（“与与”）电路逻辑函数描述：电路逻辑函数描述：每个耗能元件，均有自己的逻辑每个耗能元件，均有自己的逻辑函数表达式函数表达式举例：举例：9第第2章章 电气控制电路基础电气控制电路基础2.3三相异步电动机的启动控制三相异步电动机的启动控制三相笼型异步电动机由于结构简单、价格便宜、坚固耐用三相笼型异步电动机由于结构简单、价格便宜、坚固耐用等一系列优点获得了广泛的应用。它的控制线路大都由继电器、等一系列优点获得了广泛的应用。它的控制线路大都由继电器、接触器、按钮等有触点电器组成。接触器、按钮等有触点电器组成。异步电动机的启动有两个特点：异步电动
8、机的启动有两个特点：1 1、启动电流大、启动电流大 一般笼型异步电动机启动电流约为额定电流的一般笼型异步电动机启动电流约为额定电流的4747倍。倍。2 2、启动转矩小、启动转矩小对电动机启动的主要要求对电动机启动的主要要求（1 1）有足够大的启动转矩）有足够大的启动转矩（2 2）在满足启动转矩要求的前提下，启动电流越小越好。）在满足启动转矩要求的前提下，启动电流越小越好。 不同类型与容量的异步电动机可采取不同类型与容量的异步电动机可采取减压启动减压启动直接启动直接启动10第第2章章 电气控制电路基础电气控制电路基础1 1、开关控制直接启动、开关控制直接启动电路保护措施：电路保护措施： FUFU
9、短路保护短路保护优点：优点： 控制方法简单、经济、实用。控制方法简单、经济、实用。缺点：缺点： 操作不方便、不安全，无过载、零压等保操作不方便、不安全，无过载、零压等保护措施，不能实现远距离控制和自动控制护措施，不能实现远距离控制和自动控制适用于不频繁启动的小容量电动机适用于不频繁启动的小容量电动机, ,如小型如小型台钻、砂轮机、冷却泵等。台钻、砂轮机、冷却泵等。2.3.2三相异步电动机的全压启动（直接启动控制电路）三相异步电动机的全压启动（直接启动控制电路）满足下列关系则可直接启动：满足下列关系则可直接启动：11第第2章章 电气控制电路基础电气控制电路基础、接触器控制直接启动、接触器控制直接
10、启动主电路：主电路： 三相电源经三相电源经QSQS、FU2FU2、KMKM的主触点，的主触点，FRFR的热元件到电动机三相定子绕组。的热元件到电动机三相定子绕组。控制电路控制电路： 用两个控制按钮，控制接触器用两个控制按钮，控制接触器KMKM线线图的通、断电，从而控制电动机图的通、断电，从而控制电动机（M M）启动和停止。）启动和停止。启停过程启停过程： 合上合上QSQS，按动启动按钮，按动启动按钮SB2SB2KMKM线圈通电并自锁线圈通电并自锁MM通电工作。通电工作。 KMKM自锁触点自锁触点，是指与，是指与SB2SB2并联的并联的常开辅助触点，其作用是当按钮常开辅助触点，其作用是当按钮SB
11、2SB2闭合后又断开，闭合后又断开，KMKM的通电状态的通电状态保持不变，称为通电状态的自我锁保持不变，称为通电状态的自我锁定。定。 停止按钮停止按钮SB1SB1，用于切断，用于切断KMKM线圈线圈电流并打开自锁电路，使主回路的电流并打开自锁电路，使主回路的电动机电动机M M定子绕组断电停止工作。定子绕组断电停止工作。 自锁自锁-依靠接触器自身辅助触头而使其线圈保持通电。依靠接触器自身辅助触头而使其线圈保持通电。13第第2章章 电气控制电路基础电气控制电路基础2.3.3三相异步电动机的降压启动三相异步电动机的降压启动定子串电阻降压启动控制电路定子串电阻降压启动控制电路原理原理： 电动机在启动时
12、在三相定子绕组中电动机在启动时在三相定子绕组中串接电阻，使电动机定子绕组电串接电阻，使电动机定子绕组电压降低，以限制启动电流。启动压降低，以限制启动电流。启动结束后再将电阻短接，使电动机结束后再将电阻短接，使电动机在额定电压下正常运行。在额定电压下正常运行。 主电路：主电路： KM1KM1实现串电阻启动实现串电阻启动 KM2KM2实现全压运行实现全压运行14第第2章章 电气控制电路基础电气控制电路基础低速运行低速运行( (三角形接线三角形接线) )：KM1KM1闭合，闭合，KM2 KM2 、KM3 KM3 断开断开高速运行（双星形接线）：高速运行（双星形接线）：KM2 KM2 、KM3 KM3
13、 闭合，闭合，KM1KM1断开断开注意：注意：定子绕组极数改变后，其相序定子绕组极数改变后，其相序方向和原来相序相反。因此在变极时，方向和原来相序相反。因此在变极时，主电路中必须保证电动机任意两个出主电路中必须保证电动机任意两个出线端同时对调，以保持高速和低速时线端同时对调，以保持高速和低速时的转向相同。的转向相同。Y 降压启动降压启动15第第2章章 电气控制电路基础电气控制电路基础自耦自耦变压变压器降器降压压启启动动 在自耦变压器减压起在自耦变压器减压起动的控制线路中，电动机动的控制线路中，电动机启动电流的限制是启动电流的限制是依靠自依靠自耦变压器的降压作用耦变压器的降压作用来实来实现的。启
14、动时，电动机定现的。启动时，电动机定子绕组得到的电压是自耦子绕组得到的电压是自耦变压器的二次电压，待电变压器的二次电压，待电动机转速接近额定转速时，动机转速接近额定转速时，自耦变压器便被短接，此自耦变压器便被短接，此时电源电压即额定电压直时电源电压即额定电压直接加于定子绕组，电动机接加于定子绕组，电动机进入全电压正常工作。进入全电压正常工作。16第第2章章 电气控制电路基础电气控制电路基础2.4三相异步电动机的运行控制三相异步电动机的运行控制 2.4.2 2.4.2 多台电动机顺序控制多台电动机顺序控制 对于一些大中型机床、起重运输机械等生产设备，常要求操作人员在不同对于一些大中型机床、起重运
15、输机械等生产设备，常要求操作人员在不同方位进行操作与控制，这时就需要组成方位进行操作与控制，这时就需要组成多地点控制多地点控制线路。线路。 对于重要、大型的设备，为了保证其操作安全，往往需几个操作者都发出对于重要、大型的设备，为了保证其操作安全，往往需几个操作者都发出命令，即满足多个条件后设备才允许开始工作，这需要命令，即满足多个条件后设备才允许开始工作，这需要多条件控制电路多条件控制电路 (a)多地点多地点(b)多条件多条件17第第2章章 电气控制电路基础电气控制电路基础2.4.3电动机的正、反转控制电动机的正、反转控制工作原理工作原理 将接至电动机的将接至电动机的三相电源进线中的三相电源进
16、线中的任意两相对调，即任意两相对调，即可使电动机反转。可使电动机反转。主电路主电路 KM1KM1，KM2KM2换相序。换相序。互锁互锁 KM1KM1，KM2KM2若同时若同时动作，将引起电源动作，将引起电源相间短路，要加互相间短路，要加互锁。锁。18第第2章章 电气控制电路基础电气控制电路基础2.4.4双速异步电动机的控制双速异步电动机的控制实际生产中的机械设备，往往有调速的要求。实际生产中的机械设备，往往有调速的要求。电动机转速：电动机转速：电动机转速调节的三个参数：电动机转速调节的三个参数：f-f-调频、调频、s-s-转差调速、转差调速、p-p-变级调速变级调速f f、s s调速为无级调速
17、，调速为无级调速，p p 为有级调速为有级调速变速电动机一般有双速、三速、四速等之分，与普通电动机不同的是，变速变速电动机一般有双速、三速、四速等之分，与普通电动机不同的是，变速电动机的定子备有一套或多套绕组，电动机的定子备有一套或多套绕组，改变接法就可改变电动机的磁极对数改变接法就可改变电动机的磁极对数，进而改变转速。进而改变转速。双速电动机三相绕组连接图如下：19第第2章章 电气控制电路基础电气控制电路基础2.5三相异步电动机的制动控三相异步电动机的制动控制制用于用于迅速停车或准确定位，迅速停车或准确定位，实现切断电源后，克服惯性，迫使电动机迅速停实现切断电源后，克服惯性，迫使电动机迅速停
18、转的功能。实质就是给电动机一个与转动方向相反的制动转矩。转的功能。实质就是给电动机一个与转动方向相反的制动转矩。 常用制动方式：常用制动方式： 机械制动：机械制动：机械抱闸、液压或气压制动机械抱闸、液压或气压制动 电气制动：电气制动：反接制动、能耗制动等反接制动、能耗制动等 2.5.1机械制动机械制动 机械制动：就是用外加的机械作用力使电动机在断电后转子迅速停止转机械制动：就是用外加的机械作用力使电动机在断电后转子迅速停止转动的一种方法。动的一种方法。 应用较多的机械制动装置是应用较多的机械制动装置是电磁制动器电磁制动器，它主要由电磁铁和制动器两部，它主要由电磁铁和制动器两部分组成。电磁铁包括
19、铁芯、衔铁和线圈三部分；制动器由闸轮、闸瓦、杠杆分组成。电磁铁包括铁芯、衔铁和线圈三部分；制动器由闸轮、闸瓦、杠杆和弹簧等部分组成。和弹簧等部分组成。 20第第2章章 电气控制电路基础电气控制电路基础电磁抱闸断电制动控制电磁抱闸断电制动控制 21第第2章章 电气控制电路基础电气控制电路基础 断电制动控制方式在断电制动控制方式在起重机械起重机械上被广泛采用，不仅能准确定位，同时还上被广泛采用，不仅能准确定位，同时还可防止突然停电时重物自行坠落。可防止突然停电时重物自行坠落。 缺点：缺点：不经济；停止时手动调整工件困难。不经济；停止时手动调整工件困难。 1 1、反接制动、反接制动 制动原理：制动原
20、理：切断三相电源切断三相电源-接通反向启动电接通反向启动电源（产生反向启动力矩）源（产生反向启动力矩）-制动制动-转速为零时切断电源转速为零时切断电源 制动手段：制动手段： 利用接触器的主触点接入利用接触器的主触点接入反向电路；反向电路； 利用速度继电器判定零速，利用速度继电器判定零速，切断电源；（切断电源；（可用时间继电器吗可用时间继电器吗？）？）定子定子转子转子动触点动触点n 当电动机的电磁转矩与旋转方向相反时，便进入电气制动状态。当电动机的电磁转矩与旋转方向相反时，便进入电气制动状态。 电气制动有电气制动有反接制动反接制动、能耗制动能耗制动、反馈制动反馈制动等，鼠笼式异步电动等，鼠笼式异
21、步电动 机常用的电气制动方法是反接制动和能耗制动。机常用的电气制动方法是反接制动和能耗制动。2.5.2电气制动电气制动22第第2章章 电气控制电路基础电气控制电路基础复合停止按钮复合停止按钮SB1SB1动动合触点上并联合触点上并联KM2KM2的的自锁触点。停车期间，自锁触点。停车期间，用手转动机床主轴调用手转动机床主轴调整工件位置时，速度整工件位置时，速度继电器的转子继电器的转子 随着随着转动，若不按停止按转动，若不按停止按钮钮SB1SB1，KM2KM2就不会得就不会得电，电动机就不会反电，电动机就不会反接于电源。接于电源。反接制动电流约为启反接制动电流约为启动电流的两倍，动电流的两倍，主电主
22、电路制动回路中串入路制动回路中串入限限流电阻流电阻R R，防止制动，防止制动时对电网的冲击和电时对电网的冲击和电动机绕组过热。电动动机绕组过热。电动机容量较小且制动不机容量较小且制动不是很频繁的正反转控是很频繁的正反转控制电路中，可以不加制电路中，可以不加限流电阻。限流电阻。23第第2章章 电气控制电路基础电气控制电路基础2 2、能耗制动、能耗制动制动原理：制动原理：切断三相电源切断三相电源-定子绕组接入直流电源（产生磁场）定子绕组接入直流电源（产生磁场）-惯性转动的转子切惯性转动的转子切割磁力线（产生电磁转矩）割磁力线（产生电磁转矩）-制动制动 这种制动方法是将在运动过程中储存在这种制动方法
23、是将在运动过程中储存在转子中的机械能转变成电能，又消耗在转子的制动上，因此称为能耗制动。转子中的机械能转变成电能，又消耗在转子的制动上，因此称为能耗制动。能耗制动控制电路：能耗制动控制电路：三相笼型异三相笼型异步电动机切断三相电源的同时，步电动机切断三相电源的同时，定子绕组接通直流电源，转子原定子绕组接通直流电源，转子原来储存的机械能转变为电能，消来储存的机械能转变为电能，消耗在转子回路的电阻上，转速为耗在转子回路的电阻上，转速为零时再将其切除。零时再将其切除。主电路：变压器主电路：变压器TC和整流器提和整流器提供制动直流电源，供制动直流电源，KM2为制动为制动接触器接触器。控制电路控制电路(
24、a)(a)：手动控手动控制：停车时按下制：停车时按下SB1SB1按按钮，制动结束时放开。钮，制动结束时放开。 电路简单，操作不便。电路简单，操作不便。控制电路控制电路(b)(b)：根据电动机带负根据电动机带负载制动过程时间载制动过程时间长短设定时间继长短设定时间继电器电器KTKT的定时值，的定时值，实现制动过程的实现制动过程的自动控制。自动控制。制制动动作作用用强强弱弱与与通通入入直直流流电电流流的的大大小小和和电电动动机机的的转转速速有有关关，在在同同样样的的转转速速下下电电流流越越大大制制动动作作用用越越强强，电电流流一一定定时时转转速速越越高高制制动动力力矩越大。矩越大。一一般般取取直直
25、流流电电流流为为电电动动机机空空载载电电流的流的34倍，过大会使定子过热。倍，过大会使定子过热。可可调调节节整整流流器器输输出出端端的的可可变变电电阻阻RP，得到合适的制动电流。，得到合适的制动电流。 242.6 电液控制系统电液控制系统 液压传动系统由于其特有的优点，如易获得较大力矩、运动传递平稳液压传动系统由于其特有的优点，如易获得较大力矩、运动传递平稳均匀、调节控制方便等，在机械制造、工程、建筑、矿山等领域具有广泛均匀、调节控制方便等，在机械制造、工程、建筑、矿山等领域具有广泛的应用。当液压传动系统与电气控制系统相结合组成的应用。当液压传动系统与电气控制系统相结合组成电液联合控制系统电液
26、联合控制系统时，时，即用电气控制电路控制液压传动系统，再由液压传动系统驱动运动部件完即用电气控制电路控制液压传动系统，再由液压传动系统驱动运动部件完成规定动作，成规定动作，这样就能很方便地实现由多种工作程序组合的自动工作循环这样就能很方便地实现由多种工作程序组合的自动工作循环控制，广泛应用于组合机床、自动化机床、机械加工自动线、数控机床等控制，广泛应用于组合机床、自动化机床、机械加工自动线、数控机床等设备上。电磁阀设备上。电磁阀25第第2章章 电气控制电路基础电气控制电路基础26第第2章章 电气控制电路基础电气控制电路基础液压系统的组成部分液压系统的组成部分 动力部件动力部件： 液压泵液压泵
27、执行部件执行部件： 液压缸液压缸 液压马达液压马达 控制部件控制部件: : 压力控制阀压力控制阀 流量控制阀流量控制阀 方向控制阀方向控制阀 辅助装置：辅助装置： 油箱，油管，过滤器油箱，油管，过滤器控制对象控制对象-油泵电动机、电磁换向阀油泵电动机、电磁换向阀27第第2章章 电气控制电路基础电气控制电路基础 液压动力滑台液压动力滑台是典型的电液控制装置，它是是典型的电液控制装置，它是组合机床上实现进给运动组合机床上实现进给运动的的一种通用部件，配上动力头和不同的主轴箱可以对工件完成钻、扩、铰、镗、一种通用部件，配上动力头和不同的主轴箱可以对工件完成钻、扩、铰、镗、刮端面、倒角、铣削以及攻螺纹
28、等加工工序。刮端面、倒角、铣削以及攻螺纹等加工工序。 动力滑台由液压缸驱动，该电液控制系统的分析可分为三步：动力滑台由液压缸驱动，该电液控制系统的分析可分为三步：（1 1）工作循环图分析，工作循环图分析，确定工步顺序、每步的工作内容以及各工步转换主令；确定工步顺序、每步的工作内容以及各工步转换主令；（2 2）液压系统分析液压系统分析，对照液压系统原理图，确定每工步中应通电的电磁阀线，对照液压系统原理图，确定每工步中应通电的电磁阀线圈，结合分析结果和工作循环图中给出的条件列出电磁铁动作顺序表。圈，结合分析结果和工作循环图中给出的条件列出电磁铁动作顺序表。（3 3）控制电路分析控制电路分析，对照电
29、磁铁动作顺序表，逐步分析电路如何在转换主令，对照电磁铁动作顺序表，逐步分析电路如何在转换主令的控制下完成电磁阀线圈通、断电的控制。的控制下完成电磁阀线圈通、断电的控制。 液压动力滑台液压动力滑台28第第2章章 电气控制电路基础电气控制电路基础工作循环图工作循环图SQ2 SQ1SQ3快进快进工进工进快退快退SB1YV1-1YV1-2YV2-1转换主令转换主令快进快进 + - +SB1工进工进 + - -SQ2快退快退 - + -SQ3原位原位 - - -SQ1电磁阀动作顺序表电磁阀动作顺序表29第第2章章 电气控制电路基础电气控制电路基础控制电路控制电路30第第2章章 电气控制电路基础电气控制电
30、路基础2.7电气控制系统中的保护环节电气控制系统中的保护环节 选择和设置保护环节是所有电气控制系统不可选择和设置保护环节是所有电气控制系统不可缺少的组成部分，保护人身安全、电网、电动机、缺少的组成部分，保护人身安全、电网、电动机、以及电气控制设备等。电气控制系统中常见的保护以及电气控制设备等。电气控制系统中常见的保护环节有环节有电压保护、电流保护、过载保护及弱磁保护电压保护、电流保护、过载保护及弱磁保护等等。31第第2章章 电气控制电路基础电气控制电路基础电气控制电路中常用的保护电路32第第2章章 电气控制电路基础电气控制电路基础常用电气保护环节常用电气保护环节保保护环节护环节故障原因故障原因
31、采用的保采用的保护护元件元件电压电压保保护护短路保短路保护护 过电过电流保流保护护过载过载保保护护弱磁保弱磁保护护超速保超速保护护电电源源电压电压突然消失、降低或突然消失、降低或升高升高电电源源负载负载短路短路错错误误启启动动、过过大大负负载载频频繁繁正正反向启反向启动动长长期期过载过载运行运行直流励磁直流励磁电电流突然消失或减流突然消失或减小小电压过电压过高、弱磁高、弱磁场场继电继电器或接触器、中器或接触器、中间继电间继电器器熔断器、低熔断器、低压压断路器断路器过电过电流流继电继电器器热继电热继电器、器、热热敏敏电电阻、低阻、低压压断路器、断路器、热热脱扣装置脱扣装置欠欠电电流流继电继电器器过电压继电过电压继电器、离心开关、器、离心开关、测测速速发电发电机机
