电气控制与可编程控制器技术ch2

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1、第二章第二章 电气控制线路的基本控制规律电气控制线路的基本控制规律 与分析方法与分析方法2.1 2.1 绘制电气控制线路的规则绘制电气控制线路的规则与分析方法与分析方法2.22.2 电气控制的基本控制环节电气控制的基本控制环节 2.3 2.3 三相交流电动机的启动控制三相交流电动机的启动控制 2.4 2.4 三相异步电动机制动控制三相异步电动机制动控制 2.5 2.5 电动机的可逆运行电动机的可逆运行2.6 2.6 三相异步电动机调速控制三相异步电动机调速控制2.7 2.7 电气控制线路中的保护主令电器电气控制线路中的保护主令电器北京工商大学北京工商大学北京工商大学北京工商大学2.1绘制电气控

2、制线路的若干规则绘制电气控制线路的若干规则 电气控制线路是用导线将电机、继电器、接触电气控制线路是用导线将电机、继电器、接触器等电气元件按一定的要求和方法连接起来，并能器等电气元件按一定的要求和方法连接起来，并能实现某种控制功能的线路。实现某种控制功能的线路。 电气控制线路图是将各电气元件的连接用图来表电气控制线路图是将各电气元件的连接用图来表达，各种电气元件用不同的图形符号表示，达，各种电气元件用不同的图形符号表示，并用不并用不同的文字符号来说明其所代表电气元件的名称、用同的文字符号来说明其所代表电气元件的名称、用途、主要特征及编号等。途、主要特征及编号等。 控制线路图必须清楚地表达生产设备

3、电气控制控制线路图必须清楚地表达生产设备电气控制系统的结构、原理等设计意图，并且以便于进行电系统的结构、原理等设计意图，并且以便于进行电气元件的安装、调整、使用和维修为原则。因此，气元件的安装、调整、使用和维修为原则。因此，电气控制线路应根据简明易懂的原则，电气控制线路应根据简明易懂的原则，采用统一规采用统一规定的图形符号、文字符号和标准画法来进行绘制。定的图形符号、文字符号和标准画法来进行绘制。 一、电气控制线路图和常用符号一、电气控制线路图和常用符号 电气控制线路的表示方法有两种：安装电气控制线路的表示方法有两种：安装图和原理图。图和原理图。 （一）常用电气图形符号和文字符号（一）常用电气

4、图形符号和文字符号 在绘制电气线路图时，在绘制电气线路图时，电气元件的图形电气元件的图形符号和文字符号必须符合国家标准的规定。符号和文字符号必须符合国家标准的规定。 所用图形符号符合所用图形符号符合GB4728GB4728电气图用图电气图用图形符号有关规定。表形符号有关规定。表2-22-2为电气设备常用文为电气设备常用文字符号和中英文名称表，所用文字符号符合字符号和中英文名称表，所用文字符号符合GB7159-87GB7159-87电气技术中的文字符号制订通则电气技术中的文字符号制订通则的规定。的规定。 （二）电气原理图（二）电气原理图 电气原理图一般分为主电路和辅助电路两个部电气原理图一般分为

5、主电路和辅助电路两个部分分。 主电路主电路是电气控制线路中强电流通过的部分，是电气控制线路中强电流通过的部分，是由电机以及与它相连接的电气元件如组合开关、是由电机以及与它相连接的电气元件如组合开关、接触器的主触点、热继电器的热元件、熔断器等组接触器的主触点、热继电器的热元件、熔断器等组成的线路。成的线路。 辅助电路辅助电路中通过的电流较小，中通过的电流较小，包括控制电路、包括控制电路、照明电路、信号电路及保护电路。照明电路、信号电路及保护电路。其中，控制电路其中，控制电路是由按钮、继电器和接触器的吸引线圈和辅助触点是由按钮、继电器和接触器的吸引线圈和辅助触点等组成。等组成。 电气原理图能够清楚

6、地表明电路的功能，对于分电气原理图能够清楚地表明电路的功能，对于分析电路的工作原理十分方便。析电路的工作原理十分方便。1绘制电气原理图的原则绘制电气原理图的原则 根据简单清晰的原则，原理图采用电气元件展根据简单清晰的原则，原理图采用电气元件展开的形式绘制。开的形式绘制。 绘制电气原理图应遵循以下原则：绘制电气原理图应遵循以下原则： （1）所有电机、电器等元件都应采用国家统一）所有电机、电器等元件都应采用国家统一规定的图形符号和文字符号来表示。规定的图形符号和文字符号来表示。（2）主主电电路路用用粗粗实实线线绘绘制制在在图图的的左左侧侧或或上上方方，辅助电路用辅助电路用细细实线绘制在图的右侧或下

7、方实线绘制在图的右侧或下方。 （3）无论是主电路还是辅助电路或其元件，均）无论是主电路还是辅助电路或其元件，均应按功能布置，应按功能布置，各元件尽可能按动作顺序从上到下、各元件尽可能按动作顺序从上到下、从左到右排列从左到右排列。（4）在在原原理理图图中中，同同一一电电路路的的不不同同部部分分（如如线线圈圈、触触点点）应应根根据据便便于于阅阅读读的的原原则则安安排排在在图图中中，为为了了表表示示是是同同一一元元件件，要要在在电电器器的的不不同同部部分分使使用用同同一一文文字字符符号号来来标标明明。对对于于同同类类电电器器，必必须须在在名名称称后后或或下下标标加加上数字序号以区别，如上数字序号以区

8、别，如KM1、KM2等。等。（5）所所有有电电器器的的可可动动部部分分均均以以自自然然状状态态画画出出，所所谓谓自自然然状状态态是是指指各各种种电电器器在在没没有有通通电电和和没没有有外外力力作作用用时时的的状状态态。对对于于接接触触器器、电电磁磁式式继继电电器器等等是是指指其其线线圈圈未未加加电电压压，触触点点未未动动作作；控控制制器器按按手手柄柄处处于于零零位位时时的的状状态态画画；按按钮钮、行行程程开开关关触触点点按按不不受受外外力力作作用用时时的的状态画。状态画。（6）原原理理图图上上应应尽尽可可能能减减少少线线条条和和避避免免线线条条交交叉叉。各各导导线线之之间间有有电电的的联联系系

9、时时，在在导导线线的的交交点点处处画画一一个个实实心心圆圆点点。根根据据图图面面布布置置的的需需要要，可可以以将将图图形形符符号号旋旋转转90o、180o或或45o绘制。绘制。 一一般般来来说说，原原理理图图的的绘绘制制要要求求是是层层次次分分明明，各各电电气气元元件件以以及及它它们们的的触触点点安安排排要要合合理理，并并保保证证电电气气控控制制线线路路运运行行可可靠靠，节节省省连连接接导导线线，以以及及施施工工、维修方便。维修方便。2图面区域的划分图面区域的划分 为了便于检索电气线路，方便阅读电气原理为了便于检索电气线路，方便阅读电气原理图，应将图面划分为若干区域，图区的编号一般写图，应将图

10、面划分为若干区域，图区的编号一般写在图的下部。图的上方设有用途栏，用文字注明该在图的下部。图的上方设有用途栏，用文字注明该栏对应电路或元件的功能，以利于理解原理图各部栏对应电路或元件的功能，以利于理解原理图各部分的功能及全电路的工作原理。分的功能及全电路的工作原理。 例如，图例如，图2-1为为CM6132普通车床电气原理图，普通车床电气原理图，在图在图2-1中图面划分为中图面划分为18个图区。个图区。图2-1CM6132普通车床电气原理图（三）电气安装图（三）电气安装图电电气气安安装装图图是是用用来来表表示示电电气气控控制制系系统统中中各各电电气气元元件件的的实实际际安安装装位位置置和和接接线

11、线情情况况，它它有有电电器器位位置置图图和和互互连图两部分。连图两部分。1、电器位置图、电器位置图电电器器位位置置图图详详细细绘绘制制出出电电气气设设备备零零件件的的安安装装位位置置。图图中中各各电电气气元元件件的的代代号号应应与与有有关关电电路路图图对对应应的的元元器器件件代号相同。代号相同。2、电气互连图、电气互连图 电气互连图是用来表明电气设备各单元之间的连接电气互连图是用来表明电气设备各单元之间的连接关系关系。它清楚地表示了电气设备外部元件的相对位置。它清楚地表示了电气设备外部元件的相对位置及它们之间的电气连接，是实际安装接线的依据。及它们之间的电气连接，是实际安装接线的依据。 二、阅

12、读和分析电气控制路线图的方法二、阅读和分析电气控制路线图的方法阅阅读读电电气气线线路路图图的的方方法法主主要要有有三三种种：查查线线读读图图法法、逻辑代数法和状态图示法。逻辑代数法和状态图示法。(一一)查线读图法查线读图法 查线读图法查线读图法又称直接读图法又称直接读图法或或跟踪追击法跟踪追击法。查线。查线读图法是按照线路根据生产过程的工作步骤依次读图，读图法是按照线路根据生产过程的工作步骤依次读图，查线读图法按照以下步骤进行：查线读图法按照以下步骤进行：（1）了解生产工艺与执行电器的关系）了解生产工艺与执行电器的关系 在分析电气线路之前，应该熟悉生产机械的工艺在分析电气线路之前，应该熟悉生产

13、机械的工艺情况，充分了解生产机械要完成哪些动作，这些动作情况，充分了解生产机械要完成哪些动作，这些动作之间又有什么联系；然后进一步明确生产机械的动作之间又有什么联系；然后进一步明确生产机械的动作与执行电器的关系，必要时可以画出简单的工艺流程与执行电器的关系，必要时可以画出简单的工艺流程图，给分析电气线路提供方便。图，给分析电气线路提供方便。 例如，车床主轴转动时，要求油泵先给齿轮例如，车床主轴转动时，要求油泵先给齿轮箱供油润滑，箱供油润滑，即应保证在润滑泵电动机起动后才允即应保证在润滑泵电动机起动后才允许主拖动电动机起动许主拖动电动机起动，对控制线路提出了按顺序工对控制线路提出了按顺序工作的联

14、锁要求作的联锁要求。图。图2-2为主拖动电动机为主拖动电动机M1与润滑油与润滑油泵电机泵电机M2的联锁控制线路图，其中润滑泵电动机的联锁控制线路图，其中润滑泵电动机是拖动油泵供油的。是拖动油泵供油的。（2）分析主电路）分析主电路 在分析电气线路时，一般应先从电动机着手，在分析电气线路时，一般应先从电动机着手，根据主电路中有哪些控制元件的主触点、电阻等大根据主电路中有哪些控制元件的主触点、电阻等大致判断电动机是否有正反转控制、制动控制和调速致判断电动机是否有正反转控制、制动控制和调速要求等。要求等。查线读图法是分析电气原理图的最基本方法，查线读图法是分析电气原理图的最基本方法，其直观性强，容易掌

15、握，因而得到广泛的采用。其直观性强，容易掌握，因而得到广泛的采用。1)查线读图法使用的分析符号查线读图法使用的分析符号 ：表示电器受外界激励信号而动作：表示电器受外界激励信号而动作 ：表示外界信号撤消，电器恢复初始位置：表示外界信号撤消，电器恢复初始位置：表示电器间动作顺序，或因果关系：表示电器间动作顺序，或因果关系：表示电器延时动作：表示电器延时动作2)查线读图法分析步骤查线读图法分析步骤(1)分析主电路：分析主电路：从从主主电电路路(一一般般为为电电动动机机回回路路)看看，有有哪哪些些控控制制元元件的主触点和附加元件，件的主触点和附加元件，根根据据其其组组合合规规律律大大致致可可知知电电路

16、路(电电动动机机)的的工工作作情情况。况。(2)分析控制电路：分析控制电路：由由主主电电路路的的控控制制元元件件主主触触点点文文字字符符号号，找找到到有有关的控制环节以及它们之间的联系。关的控制环节以及它们之间的联系。将将控控制制线线路路按按功功能能不不同同划划分分成成若若干干局局部部控控制制线线路来进行分析。路来进行分析。从从按按动动操操作作按按钮钮开开始始阅阅读读线线路路，分分析析电电路路的的动动作作,看执行元件看执行元件(主触点主触点)将如何动作。将如何动作。(3)分析辅助电路：分析辅助电路：辅辅助助电电路路包包括括执执行行元元件件的的工工作作状状态态显显示示，电电源源显示，参数测定，照

17、明和故障报警等部分。显示，参数测定，照明和故障报警等部分。(4)分析连锁与保护环节。分析连锁与保护环节。(5)分析特殊控制环节：分析特殊控制环节：在在某某些些控控制制线线路路中中，还还设设置置了了一一些些与与主主电电路路、控控制制电电路路关关系系不不密密切切，相相对对独独立立的的某某些些特特殊殊环环节节。如如产产品品计计数数装装置置，自自动动检检测测系系统统，晶闸管触发电路，自动调温装置等。晶闸管触发电路，自动调温装置等。(6)总体检查：总体检查：从从整整体体角角度度进进一一步步检检查查和和理理解解各各控控制制环环节节之之间间的的联联系系，以以达达到到清清楚楚的的理理解解原原理理图图中中每每一

18、一个个电电气气元元器器件件的的作作用用、工工作作过过程程及及主主要要参参数。数。例：例：电动机单向起停控制线路电动机单向起停控制线路1）起动：）起动：SB2 KM 自锁自锁M 2）停止：停止：SB1 KM M 图2-2车床主电路和控制线路图 例如，在图例如，在图2-2所示的电气线路的主电路中，所示的电气线路的主电路中，主拖动电动机主拖动电动机M1电路主要由接触器电路主要由接触器KM2的主触的主触点和热继电器点和热继电器FR1组成。从图中可以断定，主拖组成。从图中可以断定，主拖动电动机动电动机M1采用全压直接起动方式。采用全压直接起动方式。 热继电器热继电器FR1作电动机作电动机M1的过载保护，

19、由的过载保护，由熔断器熔断器FU作短路保护。油泵电动机作短路保护。油泵电动机M2电路由接电路由接触器触器KM1的主触点和热继电器的主触点和热继电器FR2组成，该电组成，该电动机也是采用直接起动方式，并由热继电器动机也是采用直接起动方式，并由热继电器FR2作其过载保护，由熔断器作其过载保护，由熔断器FU作其短路保护。作其短路保护。（3）分析控制电路）分析控制电路 通常对控制电路通常对控制电路按照由上往下或由左往右依次按照由上往下或由左往右依次阅读阅读，可以按主电路的构成情况，把控制电路分解成可以按主电路的构成情况，把控制电路分解成与主电路相对应的几个基本环节，一个环节一个环节与主电路相对应的几个

20、基本环节，一个环节一个环节地分析，然后把各环节串起来。地分析，然后把各环节串起来。 首先首先，记住各信号元件、控制元件或执行元件的，记住各信号元件、控制元件或执行元件的原始状态；原始状态；然后然后，设想按动了操作按钮，线路中有哪，设想按动了操作按钮，线路中有哪些元件受控动作；这些动作元件的触点又是如何控制些元件受控动作；这些动作元件的触点又是如何控制其他元件动作的，进而查看受驱动的执行元件有何运其他元件动作的，进而查看受驱动的执行元件有何运动；再动；再继续继续追查执行元件带动机械运动时，会使哪些追查执行元件带动机械运动时，会使哪些信号元件状态发生变化；然后再查对线路信号元件状信号元件状态发生变

21、化；然后再查对线路信号元件状态变化时执行元件如何动作态变化时执行元件如何动作在读图过程中，在读图过程中，特别要注意相互的联系和制约关系，直至将线路全部特别要注意相互的联系和制约关系，直至将线路全部看懂为止。看懂为止。 例例如如，图图2-2电电气气线线路路的的主主电电路路，可可以以分分成成电电动动机机M1和和M2两两个个部部分分，其其控控制制电电路路也也可可相相应应地地分分解解成成两两个个基基本本环环节节。 其其中中，停停止止按按钮钮SB1和和启启动动按按钮钮SB2、热热继继电电器器触触点点FR2、接接触触器器KM1构构成成直直接接启启动动电电路路；不不考考虑虑接接触触器器KM1的的常常开开触触

22、点点，接接触触器器KM2、热热继继电电器器触触点点FR1、按按钮钮SB3和和SB4也也构构成成电电动动机机直直接接启启动动电电路路。这这两两个个基基本本环环节节分分别别控控制制电电动动机机M2和和M1。其控制过程如下：其控制过程如下：合合上上刀刀闸闸开开关关QS，按按启启动动按按钮钮SB2：接接触触器器KM1吸吸引引线线圈圈得得电电，其其主主触触点点KM1闭闭合合，油油泵泵电电动动机机M2启启动动。同同时时，KM1的的一一个个辅辅助助触触点点对对启启动动按按钮钮SB2自自锁锁闭闭合合，使使电电动动机机M2正正常常运运转转;另另一一个个串串在在KM2线线圈圈电路中的辅助触点闭合电路中的辅助触点闭

23、合,为为KM2通电作好准备。通电作好准备。按按下下停停止止按按钮钮SB1：接接触触器器KM1的的吸吸引引线线圈圈失失电电，KM1主触点断开，油泵电动机主触点断开，油泵电动机M2失电停转。失电停转。同同理理，可可以以分分析析主主拖拖动动电电动动机机M1的的起起停停控控制制线线路。路。 工工艺艺上上要要求求M1必必须须在在油油泵泵电电动动机机M2正正常常运运行行后后才才能能启启动动工工作作，因因此此，应应将将油油泵泵电电动动机机接接触触器器KM1的的一一个个常常开开辅辅助助触触点点串串入入主主拖拖动动电电动动机机接接触触器器KM2的的线线圈圈电电路路中中，以以实实现现只只有有接接触触器器KM1通通

24、电电后后,KM2才才能能通通电电的的顺顺序序控控制制，即即只只有有在在油油泵泵电电动动机机M2启启动动后后主主拖拖动电动机动电动机M1才能启动。才能启动。 查线读图法的优点是直观性强，容易掌握，因而查线读图法的优点是直观性强，容易掌握，因而得到广泛采用。其缺点是分析复杂线路时容易出错，得到广泛采用。其缺点是分析复杂线路时容易出错，叙述也较长叙述也较长 。1 1）起动：）起动：SB2 SB2 KM 1 KM 1 自锁自锁 M 2 M 2 2 2）起动：）起动：SB4 SB4 KM 2 KM 2 自锁自锁 M 1M 1 3) 3) 停止：停止：SB3 SB3 KM 2 KM 2 M 1 M 1 4

25、 4）停止：）停止：SB1 SB1 KM 1 KM 1 M 2 M 2 M 1M 1(二二)逻辑代数分析法逻辑代数分析法电电气气控控制制中中常常用用的的继继电电器器、接接触触器器、开开关关等等电电器器元元件件一一般般只只有有两两个个工工作作状状态态，因因而而可可采采用用逻辑代数描述、分析、设计电气控制电路。逻辑代数描述、分析、设计电气控制电路。在在逻逻辑辑代代数数中中，把把两两个个对对立立的的物物理理状状态态的的量称为量称为逻辑变量逻辑变量如：继电器线圈的得电或失电，如：继电器线圈的得电或失电，开关的闭合或断开，开关的闭合或断开，行程开关的受压和未受压，行程开关的受压和未受压，触头的吸合和释放

26、。触头的吸合和释放。1、输入逻辑变量输入逻辑变量：表征触头状态的逻辑变量；：表征触头状态的逻辑变量； 2、输出逻辑变量输出逻辑变量：表征受控元件线圈的逻辑变量。：表征受控元件线圈的逻辑变量。3、逻逻辑辑函函数数：输输入入、输输出出变变量量的的相相互互关关系系，用用数数字字语语言言表表达达就就是是函函数数关关系系，称称输输出出变变量量是是各各输输入入变变量的逻辑函数。量的逻辑函数。逻逻辑辑代代数数是是一一种种二二值值代代数数，其其输输入入变变量量和和输输出出变变量只有量只有“1”和和“0”两种取值两种取值。1、电器元件的逻辑表示电器元件的逻辑表示电气控制系统由开关量构成时，电路状态与逻电气控制系

27、统由开关量构成时，电路状态与逻辑函数式之间存在对应关系，为将电路状态用逻辑辑函数式之间存在对应关系，为将电路状态用逻辑函数式的方式描述出来，通常作出如下规定：函数式的方式描述出来，通常作出如下规定：(1)逻逻辑辑原原变变量量：分分别别表表示示继继电电器器、接接触触器器、行行程开关程开关KA、KM、SQ的常开的常开(动合动合)触头触头;用用逻逻辑辑反反变变量量、分分别别表表示示继继电器、接触器、行程开关的常闭电器、接触器、行程开关的常闭(动断动断)触头。触头。(2)电电路路中中开开关关元元件件受受激激状状态态（如如继继电电器器线线圈圈得电，行程开关受压状态）为得电，行程开关受压状态）为“1”状态

28、；状态；开关元件的原始状态开关元件的原始状态(如继电器线圈失电，行程如继电器线圈失电，行程开关未受压状态）为开关未受压状态）为“0”状态。状态。触头的闭合状态为触头的闭合状态为“1”状态状态,触头的断开状态为触头的断开状态为“0”状态。状态。1）对于输出变量状态）对于输出变量状态KA=1继电器线圈处于通电状态继电器线圈处于通电状态KA=0继电器线圈处于断电状态继电器线圈处于断电状态其它继电器、接触器线圈及输出设备类似。其它继电器、接触器线圈及输出设备类似。2）对于输入变量状态）对于输入变量状态KA=1继电器继电器常开触头处于吸合状态常开触头处于吸合状态KA=0继电器常开触头处于断开状态继电器常

29、开触头处于断开状态=1继电器常闭触头处于闭合状态继电器常闭触头处于闭合状态=0继电器继电器常闭触头处于断开状态常闭触头处于断开状态SB=0按钮常开触头处于断开状态按钮常开触头处于断开状态SB=1按钮常开触头处于闭合状态按钮常开触头处于闭合状态=0按钮常闭触头处于断开状态按钮常闭触头处于断开状态=1按钮常闭触头处于闭合状态按钮常闭触头处于闭合状态其它触头类似。其它触头类似。fL=AB2.电路状态的逻辑表达式电路状态的逻辑表达式触头的串联触头的串联关系用关系用逻辑逻辑“与与”()表示表示fL=fL=A+B触头的并联触头的并联关系用关系用逻辑逻辑“或或”(+)表示表示电动机单向起停控制线路电动机单向

30、起停控制线路及其逻辑代数表达式及其逻辑代数表达式(SB2+KM)f(M)=QSFU2KMf(KM)=SB1FR电动机单向起停控制线路及其逻辑代数表达式电动机单向起停控制线路及其逻辑代数表达式(SB2+KM)f(M)=FUKMf(KM)=SB1FR M 3分析：分析：f(KM)=SB1(SB2+KM)因为因为：SB1=1，当当SB2=1则则f(KM)=1(1+0)1=1f(M)=QSFU2KM=111=1FRFR=13.电路化简的逻辑法电路化简的逻辑法1）用逻辑函数表达的电路可按逻辑代数的基本定律）用逻辑函数表达的电路可按逻辑代数的基本定律和运算法则进行化简。和运算法则进行化简。化简的基本公式。

31、化简的基本公式。化简前后电路等效、功能相同。化简前后电路等效、功能相同。实际应用中应使用简化电路以节省触点实际应用中应使用简化电路以节省触点,降低成本。降低成本。例：例：2）例：例：f(KM)=KA1KA2+KA3+KA2KA3=KA1KA2+KA3+（KA2KA3）（）（KA1+）=KA1KA2+KA3+KA2KA3KA1+KA2KA3=KA1KA2(1+KA3)+KA3(1+KA2)=KA1KA2+KA3也可通过卡诺图化简。也可通过卡诺图化简。3）特点）特点（1）逻逻辑辑代代数数分分析析法法是是通通过过对对电电路路逻逻辑辑表表达达式式运运算算来来分分析析电电路路工工作作情情况况的的，其其关

32、关键键是是正正确确写写出出电路的逻辑表达式。电路的逻辑表达式。（2）逻逻辑辑表表达达式式给给出出了了执执行行机机构构工工作作的的条条件件。各各种种电电器器元元件件之之间间的的联联系系和和制制约约关关系系在在逻逻辑辑表表达达式式中一目了然。中一目了然。（3）通通过过对对逻逻辑辑函函数数的的具具体体运运算算，电电路路的的控控制制功能一般不会遗漏或看错。功能一般不会遗漏或看错。（4）实实际际应应用用中中，应应将将所所有有的的继继电电器器、接接触触器器线线圈圈的的逻逻辑辑表表达达式式一一起起写写出出，综综合合分分析析，才才能能正正确确读通电气原理图。读通电气原理图。（5）此方法的主要缺点是对于复杂的电

33、气线路，此方法的主要缺点是对于复杂的电气线路，其逻辑表达式很繁琐其逻辑表达式很繁琐,冗长。冗长。(三三)过程图示法过程图示法(状态图示法状态图示法)电电气气控控制制线线路路对对机机械械设设备备的的控控制制过过程程，实实际际是是指指机机械械设设备备完完成成动动作作的的各各种种程程序序，也也就就是是各各种种动动作对时间的相互关系作对时间的相互关系。1.若以纵坐标表示各控制电器的工作状态，若以纵坐标表示各控制电器的工作状态，通电为高电平通电为高电平“1”、断电为低电平、断电为低电平“0”，简称纵轴为简称纵轴为“状态坐标轴状态坐标轴”：2.以以横横坐坐标标表表示示控控制制作作用用时时间间，即即可可表表

34、示示控控制制过程的全部程序，过程的全部程序，简称横轴为简称横轴为“时间坐标轴时间坐标轴”或或“程序作标轴程序作标轴”。3.对对每每一一电电器器建建立立一一直直角角坐坐标标系系，有有了了坐坐标标就就可可以以画画出出各各种种电电器器动动作作状状态态对对时时间间的的关关系系,也也就就画画出了一幅继电接触线路控制过程图。出了一幅继电接触线路控制过程图。4.状态图的画法是：状态图的画法是：用查线读图法分析线路，一边读图，一边画；用查线读图法分析线路，一边读图，一边画；依依次次将将控控制制电电器器的的工工作作状状态态画画出出，即即控控制制过过程程图也就画出来了。图也就画出来了。5.特点：用图形表达直观性和

35、逻辑性强。特点：用图形表达直观性和逻辑性强。这种分析方法就叫做过程图示法。这种分析方法就叫做过程图示法。以电动机单向起停控制线路为例以电动机单向起停控制线路为例,按下按下SB2起动起动SB2状态状态表示表示“1”接触器接触器KM吸合吸合电动机起电动机起动运行动运行画出控制过程图如下：画出控制过程图如下：按下按下SB1停止停止。SB1状态表示状态表示“0”。电动机电动机停止停止。接触器接触器KM释放释放北京工商大学北京工商大学信息工程学院2.2电气控制的基本控制环节 异步电动机起、停、保护电气控制线路是广泛应用的、也是最基本的控制线路，以三相交流异步电动机和由其拖动的机械运动系统为控制对象，通过

36、由接触器、熔断器、热继电器和按钮等所组成的控制装置对控制对象进行控制。 如图2-4所示，该线路能实现对电动机起动、停止的自动控制，并具有必要的保护。一、启动电动机和自锁环节图2-4简单的起、停、保护控制线路 ( (一一) ) 线路的工作原理线路的工作原理1.起动起动合合上上QS刀刀开开关关(准准备备状状态态)按按下下起起动动按按钮钮SB2交交流流接接触触器器KM线线圈圈得得电电KM主主触触头头闭闭合合电动机得电起动运转电动机得电起动运转,同同时时,与与SB2并并联联的的KM常常开开触触头头闭闭合合(自自锁锁),手手松松开开SB2复复位位时时,KM线线圈圈由由于于自自锁锁继继续续得得电电电机继续

37、运转。电机继续运转。自自锁锁-依依靠靠接接触触器器自自身身辅辅助助触触头头使使其其线线圈圈保保持持通电的现象通电的现象。起自锁作用的辅助触头称为起自锁作用的辅助触头称为自锁触头自锁触头。符号表示：符号表示：QSSB2 KM M KM自锁自锁2.停止停止按按下下SB1KM线线圈圈失失电电KM的的主主触触头头断断开开切断电源切断电源电机停转。电机停转。手手松松开开，SB1复复位位闭闭合合时时,KM线线圈圈由由于于其其自锁触头已经断开而不能继续通电。自锁触头已经断开而不能继续通电。符号表示：符号表示：SB1 KM M 电动机单向起停控制线路逻辑代数表达式电动机单向起停控制线路逻辑代数表达式(SB2+

38、KM)f(M)=FUKMf(KM)=SB1FR M 3分析：分析：f(KM)=(SB2+KM)1)当SB2=1因为：=1，则则f(KM)=1(1+0)1=1f(M)=FU2KM=11=12)当=0则则f(KM)=0(0+1)1=0f(M)=10=0FR( (二二) ) 电路的几种保护电路的几种保护1.短路保护短路保护熔断器熔断器FU起起短路保护短路保护作用。作用。熔断器熔断器FU不能起过载保护作用不能起过载保护作用。为为保保证证电电动动机机正正常常起起动动,熔熔断断器器的的额额定定电电流流根根据据电动机起动电流大小选择。电动机起动电流大小选择。 2.2. 过载保护过载保护热继电器具有过载保护作

39、用热继电器具有过载保护作用。热热继继电电器器的的热热惯惯性性比比较较大大，即即使使热热元元件件流流过过几几倍的额定电流，热继电器也不会立即动作。倍的额定电流，热继电器也不会立即动作。因因此此在在电电动动机机起起动动时时间间不不太太长长的的时时间间下下,热热继继电器是经得起电动机起动电流的冲击而不动作的。电器是经得起电动机起动电流的冲击而不动作的。只只有有在在电电动动机机长长时时间间过过载载下下FR才才动动作作，断断开开控制电路到控制电路到,使接触器线圈断电释放，使接触器线圈断电释放，其其主主触触头头断断开开主主电电路路,电电动动机机停停止止运运转转,实实现现过过载保护。载保护。3.3. 欠压保

40、护和失压保护欠压保护和失压保护依依靠靠接接触触器器自自身身的的电电磁磁机机构构可可实实现现欠欠压压保保护护和和失压保护失压保护。条件是主电路与控制电路共用同一电源。条件是主电路与控制电路共用同一电源。当当电电源源电电压压由由于于某某种种原原因因而而严严重重欠欠压压或或失失压压时时，接接触触器器的的电电磁磁吸吸力力就就不不够够了了，其其衔衔铁铁自自行行释释放放,常常开开触触头头断断开开主主电电路路，电电动动机机停停止止运运转转，常常开开辅辅助助触触头断开自锁。头断开自锁。当当电电源源电电压压恢恢复复正正常常时时，接接触触器器线线圈圈也也不不能能自自行行通通电电,必必须须重重新新按按下下起起动动按

41、按钮钮SB2后后，电电动动机机才才能能重新启动。重新启动。(三) 详细分析1启动电动机启动电动机按起动按钮按起动按钮SB2：接接触触器器KM的的吸吸引引线线圈圈得得电电，主主触触点点KM闭闭合合，电电动动机机起起动动。同同时时，KM辅辅助助常常开开触触点点闭闭合合，当当松松手手断断开开SB2起起动动按按钮钮后后，吸吸引引线线圈圈KM继继续续保保持持通通电电，故电动机不会停止。故电动机不会停止。 电路中接触器电路中接触器KM的辅助常开触点并联于起动按的辅助常开触点并联于起动按钮钮SB2称为称为“自锁自锁”环节环节。“自锁自锁”环节一般是由接环节一般是由接触器触器KM的辅助常开触点与主令电器的常开

42、触点的辅助常开触点与主令电器的常开触点并联并联组成组成，这种由接触器（继电器）本身的触点来使其线，这种由接触器（继电器）本身的触点来使其线圈长期保持通电的环节叫圈长期保持通电的环节叫“自锁自锁”环节。环节。“自锁自锁”环节具有对命令的环节具有对命令的“记忆记忆”功能，当起动命令下达后，功能，当起动命令下达后，能保持长期通电能保持长期通电； 而而当当停停机机命命令令或或停停电电出出现现后后不不会会自自启启动动。自自锁锁环环节节不不仅仅常常用用于于电电路路的的启启、停停控控制制，而而且且凡凡是是需需要要“记忆记忆”的控制都可以经常运用自锁环节。的控制都可以经常运用自锁环节。2停止电动机停止电动机按

43、停止按钮按停止按钮SB1：接接触触器器KM的的吸吸引引线线圈圈失失电电，KM主主触触点点断断开开，电电动动机机失失电电停停转转。同同时时，KM辅辅助助触触点点断断开开，消消除除自锁电路，清除自锁电路，清除“记忆记忆”。3线路保护环节线路保护环节线线路路保保护护环环节节包包括括短短路路保保护护、过过载载保保护护、欠欠压压和零压保护等。和零压保护等。短短路路保保护护：短短路路时时通通过过熔熔断断器器FUl的的熔熔体体熔熔断断来切断电路来切断电路，使电动机立即停转。，使电动机立即停转。 过载保护：过载保护：通过热继电器通过热继电器FR实现实现。当负载过。当负载过载或电动机单相运行时，载或电动机单相运

44、行时，FR动作，其常闭触点动作，其常闭触点FR控制电路断开，控制电路断开，KM吸引线圈失电来切断电动机主吸引线圈失电来切断电动机主电路使电动机停转。电路使电动机停转。 欠压保护：欠压保护：通过接触器通过接触器KM的的自锁触点来实现自锁触点来实现。当电源停电或者电源电压严重下降，使接触器当电源停电或者电源电压严重下降，使接触器KM由于铁心吸力消失或减小而释放，这时电动机停转，由于铁心吸力消失或减小而释放，这时电动机停转，接触器辅助常开触点接触器辅助常开触点KM断开并失去自锁。断开并失去自锁。 欠压保护可以防止电压严重下降时电动机在负欠压保护可以防止电压严重下降时电动机在负载情况下的低压运行；避免

45、电动机同时启动而造成载情况下的低压运行；避免电动机同时启动而造成电压的严重下降；防止电源电压恢复时，电动机突电压的严重下降；防止电源电压恢复时，电动机突然起动运转，造成设备和人身事故。然起动运转，造成设备和人身事故。 二、互锁控制和顺序起动 互锁控制是指生产机械或自动生产线互锁控制是指生产机械或自动生产线不同的运动部件之间互相联系又互相制约，不同的运动部件之间互相联系又互相制约，又称为又称为联锁控制联锁控制。例如，机械加工车床的。例如，机械加工车床的主轴起动必须先让油泵电机起动使齿轮箱主轴起动必须先让油泵电机起动使齿轮箱有充分的润滑油，龙门刨床的工作台运动有充分的润滑油，龙门刨床的工作台运动时

46、不允许刀架移动等等都是互锁控制。时不允许刀架移动等等都是互锁控制。 互锁也可以起到顺序控制的作用，称互锁也可以起到顺序控制的作用，称为顺序联锁控制。为顺序联锁控制。其控制原则为其控制原则为： （1）要求甲接触器动作后乙接触器方能动）要求甲接触器动作后乙接触器方能动作，则需将作，则需将甲接触器的常开触点串联在乙接触甲接触器的常开触点串联在乙接触器的线圈电路中器的线圈电路中。车床主轴转动时要求油泵先。车床主轴转动时要求油泵先起动后主拖动电动机才允许起动，也就是对控起动后主拖动电动机才允许起动，也就是对控制线路提出了按顺序工作的互锁要求。制线路提出了按顺序工作的互锁要求。 图图- -是顺序启动控制线

47、路，图是顺序启动控制线路，图- -（a a）是将油泵电机接触器的）是将油泵电机接触器的常开触点常开触点串入主拖动电动机接触器串入主拖动电动机接触器KM2的线圈电路中来的线圈电路中来实现的，只有当实现的，只有当KM1先起动，先起动，KM2才能起动，才能起动，这就是这就是“与与”的关系，互锁起到了顺序控制的的关系，互锁起到了顺序控制的作用。作用。 图2-5 (a)顺序起动顺序停止控制线路 (b)简化电路 图图2-5（b）的接法可以省去的接法可以省去KM1的常开触点，的常开触点，使线路得到简化。使线路得到简化。 （2）如果在互锁控制中，需要当）如果在互锁控制中，需要当KM1动作后动作后不允许不允许K

48、M2动作，动作，则将则将KMl的常闭触点串联于的常闭触点串联于KM2的线圈电路中的线圈电路中，这就是，这就是“非非”的关系。的关系。 三、多地点控制线路三、多地点控制线路 多地点控制必须在每个地点有一组启停按钮，多地点控制必须在每个地点有一组启停按钮，所有各组按钮的连接原则必须是：所有各组按钮的连接原则必须是：常开启动按钮常开启动按钮要并联，常闭停止按钮应串联要并联，常闭停止按钮应串联。 图图2-6就是实现三地控制的控制电路。就是实现三地控制的控制电路。图中图中SB-Q1SB-Q1和和SB-T1SB-T1，SB-Q2SB-Q2和和SB-T2SB-T2，SB-Q3SB-Q3和和SB-T3SB-T

49、3为为一组一组,装在一起，固定于生产设备的装在一起，固定于生产设备的3 3个地方；起个地方；起动按钮动按钮SB-Q1SB-Q1、SB-Q2SB-Q2和和SB-Q3SB-Q3并联，停止按钮并联，停止按钮SB-SB-T1 T1 、SB-T2SB-T2和和 SB-T3SB-T3串联。串联。图2-6 三地控制的控制电路 在在大大型型生生产产设设备备上上，为为使使操操作作人人员员在在不不同同方方位位均均能能进进行行起起、停停操操作作，常常常常要要求组成多地控制线路。求组成多地控制线路。 多地控制线路只需多用多地控制线路只需多用几个起动按钮和停止按钮，几个起动按钮和停止按钮，无需增加其它电器元件。无需增加

50、其它电器元件。 典型电路如图典型电路如图 起动起动( (常开常开) )按钮应并联，按钮应并联， 停止停止( (常闭常闭) )按钮应串联，按钮应串联， 分别装在几个地方。分别装在几个地方。 四、步进控制线路在在一一些些简简易易的的顺顺序序控控制制装装置置中中，加加工工顺顺序序按按照照一一定定的的程程序序依依次次转转换换，依依靠靠步步进进控控制制线线路路完完成成。图图2-7为为采采用用中中间间继继电电器器组组成成的的顺顺序序控控制制3个个程序的步进控制线路。程序的步进控制线路。 其其中中Q1、Q2、Q3的的“得得电电”和和“失失电电”表表征征某某一一程程序序的的开开始始和和结结束束，分分别别代代表

51、表第第一一至至第第三三程程序序的的加加工工执执行行电电路路。每每个个加加工工过过程程的的顺顺序序分分别别由由信信号号SQ1、SQ2、SQ3来来进进行行控控制制，保保证证只只有有一个程序在工作，不至引起混乱。一个程序在工作，不至引起混乱。图2-7 顺序控制3个程序的步进控制线路 2.3三相交流电动机的启动控制三相交流电动机的启动控制三相异步电动机具有结构简单，运行可靠，坚三相异步电动机具有结构简单，运行可靠，坚固耐用，价格便宜，维修方便等一系列优点。因此，固耐用，价格便宜，维修方便等一系列优点。因此，在工矿企业中异步电动机得到广泛的应用在工矿企业中异步电动机得到广泛的应用. . 三相异步电动机的

52、控制线路大多由接触器、继三相异步电动机的控制线路大多由接触器、继电器、闸刀开关、按钮等有触点电器组合而成。电器、闸刀开关、按钮等有触点电器组合而成。 通常对于三相异步电动机的起动有全压直接起动通常对于三相异步电动机的起动有全压直接起动方式和降压起动方式。方式和降压起动方式。 一、鼠笼式异步电动机全压起动控制一、鼠笼式异步电动机全压起动控制在在变变压压器器容容量量允允许许的的情情况况下下，鼠鼠笼笼式式异异步步电电动动机机应应该该尽尽可可能能采采用用全全压压直直接接起起动动，即即起起动动时时将将电电动动机机的的定定子子绕绕组组直直接接接接在在交交流流电电源源上上，电电机机在在额额定定电电压压下下直

53、直接接起起动动。直直接接起起动动既既可可以以提提高高控控制制线线路路的的可可靠靠性性，又又可以减少电器的维修工作量。可以减少电器的维修工作量。 1 1单向长动控制线路单向长动控制线路三相鼠笼电动机单方向长时间转动控制是一种最三相鼠笼电动机单方向长时间转动控制是一种最常用、最简单的控制线路，能实现对电动机的起动、常用、最简单的控制线路，能实现对电动机的起动、停止的自动控制。单向长动控制的电路图即为停止的自动控制。单向长动控制的电路图即为前面图前面图2-42-4所示的起、保、停电路所示的起、保、停电路。 2单向点动控制线路生产机械在正常工作时需要长动控制，但在生产机械在正常工作时需要长动控制，但在

54、试车或进行调整工作时，就需要试车或进行调整工作时，就需要点动控制点动控制，点动控点动控制也叫短车控制或点车控制制也叫短车控制或点车控制。例如桥式吊车需要经。例如桥式吊车需要经常作调整运动，点动控制是必不可少的。常作调整运动，点动控制是必不可少的。 点动的含义是：点动的含义是：操作者按下起动按钮后，电动操作者按下起动按钮后，电动机起动运转，松开按钮时，电动机就停止转动，即机起动运转，松开按钮时，电动机就停止转动，即点一下，动一下，不点则不动。点一下，动一下，不点则不动。 如如图图2-8（a）是最基本的点动控制线路是最基本的点动控制线路;(b)是是采采用中间继电器用中间继电器KA实现点动与长动的控

55、制线路。实现点动与长动的控制线路。图2-8 (a)点动控制线路图 (b)点动和长动控制线路 由图分析可知：由图分析可知：点动控制与长动控制的区别主要在点动控制与长动控制的区别主要在自锁触点自锁触点上上。点动控制电路没有自锁触点点动控制电路没有自锁触点，由点动按钮兼由点动按钮兼起停止按钮作用起停止按钮作用，因而点动控制不另设停止按钮。，因而点动控制不另设停止按钮。 与此相反，与此相反，长动控制电路，必须设有自锁触长动控制电路，必须设有自锁触点，还要另设停止按钮点，还要另设停止按钮。 二、三相鼠笼式异步电动机二、三相鼠笼式异步电动机降压起动降压起动鼠笼式异步电动机采用全压直接起动时，控制线路鼠笼式

56、异步电动机采用全压直接起动时，控制线路简单，但是异步电动机的全压起动电流一般可达额定电简单，但是异步电动机的全压起动电流一般可达额定电流的流的47倍，过大的起动电流会降低电动机寿命，使变倍，过大的起动电流会降低电动机寿命，使变压器二次电压大幅度下降，会减小电动机本身的起动转压器二次电压大幅度下降，会减小电动机本身的起动转矩，甚至使电动机无法起动，过大的电流还会引起电源矩，甚至使电动机无法起动，过大的电流还会引起电源电压波动，影响同一供电网路中其它设备的正常工作。电压波动，影响同一供电网路中其它设备的正常工作。判断一台电动机能否全压起动的一般规定是：判断一台电动机能否全压起动的一般规定是：电动电

57、动机容量在机容量在10kW以下者，可直接起动；以下者，可直接起动；10kW以上的异步以上的异步电动机是否允许直接起动，要根据电动机容量和电源变电动机是否允许直接起动，要根据电动机容量和电源变压器容量的经验公式来估计：压器容量的经验公式来估计：式中：式中：IqIq电动机全电压起动电流（电动机全电压起动电流（A A）；）；IeIe电动机额定电流（电动机额定电流（A A）。）。若计算结果满足上述经验公式，一般可若计算结果满足上述经验公式，一般可以全压起动，否则应考虑采用降压起动。有以全压起动，否则应考虑采用降压起动。有时，为了限制和减少起动转矩对机械设备的时，为了限制和减少起动转矩对机械设备的冲击作

58、用，允许全压起动的电动机，也多采冲击作用，允许全压起动的电动机，也多采用降压起动方式用降压起动方式。1自耦变压器降压自耦变压器降压起动控制线路起动控制线路自自耦耦变变压压器器又又称称为为起起动动补补偿偿器器。电电动动机机起起动动时时，定定子子绕绕组组得得到到的的电电压压是是自自耦耦变变压压器器的的二二次次电电压压，一一旦旦起起动动完完毕毕，自自耦耦变变压压器器便便被被切切除除，电电动动机机进进入入全全电电压压运运行行。自自耦耦变变压压器器的的次次级级一一般般有有3个个抽抽头头，可可得得到到3种种数数值值不不等等的的电电压压，使使用用时时可可根根据据起起动动电电流流和和起起动动转转矩的要求灵活选

59、择。矩的要求灵活选择。自耦变压器降压起动控制线路如图自耦变压器降压起动控制线路如图2-9所所示。示。 自耦变压器降压起动的原理是：自耦变压器降压起动的原理是：采用时间继电器来完成采用时间继电器来完成自耦变压器的自耦变压器的降压起动降压起动过程的切除过程的切除。由于时间继电器的延时可以较为准确。由于时间继电器的延时可以较为准确的整定，当时间继电器延时时间到，切除自耦变压的整定，当时间继电器延时时间到，切除自耦变压器，结束起动过程。这种使用时间继电器控制线路器，结束起动过程。这种使用时间继电器控制线路中各电器的动作顺序，中各电器的动作顺序，称为时间原则控制线路。称为时间原则控制线路。在自耦变压器降

60、压起动过程中，在自耦变压器降压起动过程中，起动电流与起起动电流与起动转矩的比值按变比平方倍降低动转矩的比值按变比平方倍降低。因此，从电网取。因此，从电网取得同样大小的起动电流，得同样大小的起动电流，采用自耦变压器降压起动采用自耦变压器降压起动比采用电阻降压起动产生较大的起动转矩比采用电阻降压起动产生较大的起动转矩。 这种起动方法这种起动方法常用于容量较大、正常运行为常用于容量较大、正常运行为Y形形连接法的电动机连接法的电动机。其缺点是自耦变压器价格较贵，。其缺点是自耦变压器价格较贵，结构相对复杂，体积庞大，不允许频繁操作。结构相对复杂，体积庞大，不允许频繁操作。图2-9自耦变压器降压起动控制线

61、路图 2Y-降压起动控制线路降压起动控制线路Y-降压起动是在起动时将电动机定子降压起动是在起动时将电动机定子绕组接成绕组接成Y形，每相绕组承受的电压为电源形，每相绕组承受的电压为电源的相电压（的相电压（220V），），在起动结束时换接成在起动结束时换接成三角形接法，每相绕组承受的电压为电源线三角形接法，每相绕组承受的电压为电源线电压（电压（380V），），电动机进入正常运行。电动机进入正常运行。凡是正常运行时定子绕组接成三角形的凡是正常运行时定子绕组接成三角形的鼠笼式异步电动机，均可采用这种线路。鼠笼式异步电动机，均可采用这种线路。Y-降压起动的自动控制线路如图降压起动的自动控制线路如图2-1

62、0所示。所示。图2-10 Y-降压起动控制线路图 三相鼠笼式异步电动机采用三相鼠笼式异步电动机采用Y-降压起动降压起动的优点是定子绕组的优点是定子绕组Y形接法时，起动电压为直形接法时，起动电压为直接采用接采用接法时的接法时的 ，起动电流为三角形接，起动电流为三角形接法时的法时的1/3，因而起动电流特性好，线路较简，因而起动电流特性好，线路较简单，投资少。单，投资少。其缺点是起动转矩也相应下降其缺点是起动转矩也相应下降为三角形接法的为三角形接法的1/3，转矩特性差。本线路适，转矩特性差。本线路适用于轻载或空载起动的场合，应当强调指出，用于轻载或空载起动的场合，应当强调指出，Y-连接时要注意其旋转

63、方向的一致性。连接时要注意其旋转方向的一致性。三、绕线式异步电动机起动控制三、绕线式异步电动机起动控制 在大、中容量电动机的重载起动时，增在大、中容量电动机的重载起动时，增大起动转矩和限制起动电流两者之间的矛盾大起动转矩和限制起动电流两者之间的矛盾十分突出。十分突出。 三相绕线式电动机的突出优点是可以三相绕线式电动机的突出优点是可以在在转子绕组中串接外加电阻或频敏变阻器进行转子绕组中串接外加电阻或频敏变阻器进行起动，由此达到减小起动电流，提高转子电起动，由此达到减小起动电流，提高转子电路的功率因数和增加起动转矩的目的。路的功率因数和增加起动转矩的目的。 一般在要求起动转矩较高的场合，绕线一般在

64、要求起动转矩较高的场合，绕线式异步电动机的应用非常广泛。例如桥式起式异步电动机的应用非常广泛。例如桥式起重机吊钩电动机、卷扬机等重机吊钩电动机、卷扬机等。 转子绕组串接转子绕组串接电阻起动电阻起动, , 只要电只要电阻值大小选择合适阻值大小选择合适，减小的转子电流，减小的转子电流中有功分量增大中有功分量增大, , 转子功率因数可以转子功率因数可以提高，电动机的起提高，电动机的起动转矩也增大，从动转矩也增大，从而具有良好的起动而具有良好的起动特性。绕线式异步特性。绕线式异步电动机转子串接对电动机转子串接对称电阻后，其人为称电阻后，其人为特性如图特性如图2-11所示。所示。图2-11 转子串接对称

65、电阻时的人为特性*1转子串接电阻起动控制线路转子串接电阻起动控制线路在在电电动动机机起起动动过过程程中中，串串接接的的起起动动电电阻阻级级数数愈愈多多，电电动动机机起起动动时时的的转转矩矩波波动动就就愈愈小小，起起动动愈愈平平滑滑。起起动动电电阻阻被被逐逐段段的的切切除除，电电动动机机转转速速不不断断升升高高，最最后后进进入入正正常常运行状态。运行状态。 设计思想：这种控制线路既可设计思想：这种控制线路既可按时间按时间原则组成控制线路原则组成控制线路，也可，也可按电流原则组成按电流原则组成控制线路。控制线路。1）按按时时间间原原则则组组成成的的绕绕线线式式异异步步电电动动机机起起动动控控制线路

66、制线路 图图2-12为按时间原则的绕线式异步电动机起动控为按时间原则的绕线式异步电动机起动控制线路，依靠时间继电器的依次动作短接起动电阻，制线路，依靠时间继电器的依次动作短接起动电阻，实现起动控制。实现起动控制。图2-12 按时间原则的绕线式异步电动机起动控制线路2）按按电电流流原原则则组组成成的的绕绕线线式式异异步步电电动动机机起起动动控控制线路制线路按按电电流流原原则则起起动动控控制制是是指指通通过过欠欠电电流流继继电电器器的的释释放放值值设设定定进进行行控控制制，利利用用电电动动机机起起动动时时转转子子电电流流的的变变化来控制转子串接电阻的切除。化来控制转子串接电阻的切除。 图图2-13

67、为按电流原则组成的绕线式异步电动机起为按电流原则组成的绕线式异步电动机起动控制线路。图中，动控制线路。图中，KI1、KI2、KI3为电流继电器。为电流继电器。这这3个继电器线圈的个继电器线圈的吸合电流相同吸合电流相同，但，但释放电流不一释放电流不一样，样，KI1释放电流释放电流KI2释放电流释放电流KI3释放电流。释放电流。图2-13按电流原则的绕线式异步电动机起动控制线路* 图图2-13中的中间继电器中的中间继电器KA是为了保证起是为了保证起动时接入全部电阻而设计的。因为刚起动时，动时接入全部电阻而设计的。因为刚起动时，若无若无KA，电流从零开始，电流从零开始，KI1、KI2、KI3都都未动

68、作，全部电阻都被短接，电动机处于直未动作，全部电阻都被短接，电动机处于直接起动状态接起动状态； 增加了增加了KA，从从KM线圈得电到线圈得电到KA的常的常开触点闭合需要一段时间，这段动作时间能开触点闭合需要一段时间，这段动作时间能保证电流冲击到最大值，使保证电流冲击到最大值，使KI1、KI2、KI3全部吸合，接于控制电路中的常闭触点全部全部吸合，接于控制电路中的常闭触点全部断开，从而保证电动机全电阻起动。断开，从而保证电动机全电阻起动。2转子回路串频敏变阻器起动控制线路转子回路串频敏变阻器起动控制线路 转子串接电阻起动控制在绕线式异步电转子串接电阻起动控制在绕线式异步电动机起动过程中逐段减小电

69、阻时，电流与转动机起动过程中逐段减小电阻时，电流与转矩是成跃变状态变化，电流与转矩突然增大矩是成跃变状态变化，电流与转矩突然增大会产生一定会产生一定 的机的机 械械 冲击；而且分段级数越冲击；而且分段级数越多时控制线路越复杂，工作可靠性越低。多时控制线路越复杂，工作可靠性越低。 若若改用频敏变阻器改用频敏变阻器（frequencysensituerheostat）来替代起动电阻来替代起动电阻, ,其好处是频敏变其好处是频敏变阻器的阻抗能够随着转子电流频率的下降自阻器的阻抗能够随着转子电流频率的下降自动减小动减小，所以它是绕线异步电动机较为理想，所以它是绕线异步电动机较为理想的起动设备，常用于较

70、大容量的绕线式异步的起动设备，常用于较大容量的绕线式异步电动机的起动控制中，如空气压缩机等。电动机的起动控制中，如空气压缩机等。频频敏敏变变阻阻器器是是一一个个铁铁心心损损耗耗很很大大的的三三相相电电抗抗器器，它它由由数数片片E形形硅硅钢钢片片叠叠成成，外外面面再再套套上上绕绕组组，采采用用Y形形接接线线。将将其其串串入入绕绕线线异异步步电电动动机机转转子子回回路路中中，相相当当于于接接入入一一个个铁铁损损较较大大的的电电抗器抗器。 在电动机开始起动时，在电动机开始起动时，转速转速n=0，转子频转子频率最高，频敏变阻器的阻抗最大率最高，频敏变阻器的阻抗最大；随着转子频随着转子频率的减小，其绕组

71、电抗和铁心损耗决定的等效率的减小，其绕组电抗和铁心损耗决定的等效阻抗也随着减小，随着电动机转速的提高，自阻抗也随着减小，随着电动机转速的提高，自动平滑地减小阻抗值，从而限制起动电流。动平滑地减小阻抗值，从而限制起动电流。 由于频敏变阻器的等效电阻和电抗同步变由于频敏变阻器的等效电阻和电抗同步变化，因此转子电路的功率因数基本不变，从而化，因此转子电路的功率因数基本不变，从而得到大致恒定的起动转矩。得到大致恒定的起动转矩。图图2-14为为采采用用频频敏敏变变阻阻器器的的起起动动控控制制线线路路，可可实现手动和自动两种控制。实现手动和自动两种控制。自动控制的线路工作原理为自动控制的线路工作原理为：当

72、当转转换换开开关关SA扳扳到到“自自动动”位位置置时时，按按下下SB2起动按钮：起动按钮：接接触触器器KM1得得电电，电电动动机机串串入入频频敏敏变变阻阻器器起起动动。同时，时间继电器同时，时间继电器KT得电。得电。时时间间继继电电器器KT经经过过一一段段时时间间延延时时，KT常常开开触触点闭合，中间继电器点闭合，中间继电器KA得电闭合实现自锁。得电闭合实现自锁。KA常开触点闭合，常开触点闭合，KM2线圈得电，线圈得电，KM2常开常开触点闭合，将频敏变阻器短接。触点闭合，将频敏变阻器短接。KM2常闭触点断开，常闭触点断开，KT失电，电动机在额定电压下运行失电，电动机在额定电压下运行。图2-14

73、采用频敏变阻器的起动控制线路* 手动控制的线路工作原理为手动控制的线路工作原理为： 当转换开关当转换开关SA扳到扳到“手动手动”位置时，位置时，时间继电器时间继电器KT不起作用不起作用，利用按钮利用按钮SB3手动控制，使中间继电器手动控制，使中间继电器KA和接触器和接触器KM2动作动作，从而控制电动机的起动到正，从而控制电动机的起动到正常运转。常运转。频频敏敏变变阻阻器器有有四四个个接接头头可可以以调调整整匝匝数数，上上下下铁铁心心之之间间也也可可以以调调整整空空气气气气隙隙。在在使使用用中中如如果果遇遇到到下下列列情情况，可以调整匝数和气隙：况，可以调整匝数和气隙：（1）起起动动电电流流过过

74、大大，起起动动太太快快，应应增增加加匝匝数数，使使阻阻抗抗变变大大，减减小小起起动动电电流流，同同时时起起动动转转矩矩减减小小，起起动动过程变慢。过程变慢。 （2）起动时力矩过大，有机械冲击，应增加气隙，）起动时力矩过大，有机械冲击，应增加气隙，使起动电流略增加，而起动转矩略减小，从而使稳定使起动电流略增加，而起动转矩略减小，从而使稳定运行时的转速有所提高。运行时的转速有所提高。图2-14采用频敏变阻器的起动控制线路* 四、固态降压起动器四、固态降压起动器 前述的传统异步电机的前述的传统异步电机的起动方式的共同特点起动方式的共同特点是控制电路简单，但起动转矩固定不可调，起动是控制电路简单，但起

75、动转矩固定不可调，起动过程中存在较大的冲击电流，使被拖动负载受到过程中存在较大的冲击电流，使被拖动负载受到较大的机械冲击较大的机械冲击。且易受电网电压波动的影响，。且易受电网电压波动的影响，一旦出现电网电压波动，会造成起动困难甚至使一旦出现电网电压波动，会造成起动困难甚至使电机堵转。电机堵转。 停机时几种起动方法都是瞬间停电，也将会停机时几种起动方法都是瞬间停电，也将会造成剧烈的电网电压波动和机械冲击。为克服上造成剧烈的电网电压波动和机械冲击。为克服上述缺点，人们研制了固态降压起动器，述缺点，人们研制了固态降压起动器，固态降压固态降压起动器（起动器（SoftStarter）是一种集电机软起动、

76、软是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置。机控制装置。1固态降压起动器的工作原理固态降压起动器的工作原理 固态降压起动器固态降压起动器由电动机的起停控制装置和软由电动机的起停控制装置和软起动控制器组成，其核心部件是起动控制器组成，其核心部件是软起动控制器软起动控制器，它，它是由功率半导体器件和其它电子元器件组成的。目是由功率半导体器件和其它电子元器件组成的。目前市场上的产品前市场上的产品分为固态降压起动器和软起动控制分为固态降压起动器和软起动控制器两种器两种。 软起动控制器是利用电力电子技术与自动控制软起动控制器是利

77、用电力电子技术与自动控制技术将强弱电结合，其主要结构是一组串接于电源技术将强弱电结合，其主要结构是一组串接于电源与被控电机之间的三相反并联晶闸管及其电子控制与被控电机之间的三相反并联晶闸管及其电子控制电路，利用晶闸管移相控制三相反并联晶闸管的导电路，利用晶闸管移相控制三相反并联晶闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，从而实现不同的起动功能。从而实现不同的起动功能。 起起动动时时，使使晶晶闸闸管管的的导导通通角角从从0开开始始，逐逐渐渐前前移移，电电机机的的端端电电压压从从零零开开始始，按按预预设设函函数数关关系系逐逐渐渐上上升升，直

78、直至至达达到到满满足足起起动动转转矩矩而而使使电电动动机机顺顺利利起起动动，这这就就是是软软起起动动控控制制器器的的工工作作原原理理。软软起起动动控控制制器器的的主主电电路路原原理理图图如如图图2-15所所示示。软软起起动动控控制器一般并联接触器来实现软起动和软停车。制器一般并联接触器来实现软起动和软停车。 如如图图2-15所所示示，在在软软起起动动控控制制器器两两端端并并联联接接触触器器K，当当电电动动机机软软起起动动结结束束后后，K合合上上，运运行行电电流流将将通通过过K送送至至电电动动机机。若若要要求求电电动动机机软软停停车车，一一旦旦发发出出停停车车信信号号，先先将将K分分断断，然然后

79、后再再由由软软起起动器对电动机进行软停车。动器对电动机进行软停车。 该该电电路路有有如如下下优优点点：在在电电动动机机运运行行时时可可以以避避免免软软起起动动器器产产生生的的谐谐波波；软软起起动动器器仅仅在在起起动动、停停车车时时工工作作，可可以以避避免免长长期期运运行行使使晶晶闸闸管管发发热热，延延长长了了使使用用寿寿命命；一一旦旦软软起起动动器器发发生生故故障障，可可由由并并联的接触器作为应急备用。联的接触器作为应急备用。图2-15软起动控制器的主电路原理2软起动控制器的工作特性软起动控制器的工作特性（1）起动特性）起动特性 异步电动机在软起动过程中，软起动控制器是通异步电动机在软起动过程

80、中，软起动控制器是通过控制过控制角来调节电机定子上的平均电压来限制起动角来调节电机定子上的平均电压来限制起动电流和转矩的，随着电流和转矩的，随着角减小，起动电流和转矩逐渐角减小，起动电流和转矩逐渐增加，转速也逐渐增加。一般软起动控制器增加，转速也逐渐增加。一般软起动控制器可以通过可以通过设定得到不同的起动特性，以满足不同负载特性的要设定得到不同的起动特性，以满足不同负载特性的要求。求。常用的起动方法有斜坡恒流升压起动和脉冲阶跃常用的起动方法有斜坡恒流升压起动和脉冲阶跃起动。起动。斜坡恒流升压起动是在晶闸管的移相电路中引斜坡恒流升压起动是在晶闸管的移相电路中引入电机电流反馈使电机在起动过程中保持

81、恒流、起动入电机电流反馈使电机在起动过程中保持恒流、起动平稳。平稳。脉冲阶跃起动在起动开始极短时间内，晶闸管脉冲阶跃起动在起动开始极短时间内，晶闸管以较大电流导通，经过一段时间后回落，再按原设定以较大电流导通，经过一段时间后回落，再按原设定值线性上升，进入恒流起动状态。值线性上升，进入恒流起动状态。（2）减速软停控制）减速软停控制传统的控制方式都是通过瞬间停电完成的，但传统的控制方式都是通过瞬间停电完成的，但有许多应用场合，不允许电机瞬间关机。例如：高有许多应用场合，不允许电机瞬间关机。例如：高层建筑、楼宇的水泵系统，如果瞬间停机，会产生层建筑、楼宇的水泵系统，如果瞬间停机，会产生巨大的巨大的

82、“水锤水锤”效应，使管道甚至水泵遭到损坏。效应，使管道甚至水泵遭到损坏。为减少和防止为减少和防止“水锤水锤”效应，需要电机逐渐停机，效应，需要电机逐渐停机，采用软起动控制器能满足这一要求。采用软起动控制器能满足这一要求。 软起动控制可以实现减速软停控制，当电动机软起动控制可以实现减速软停控制，当电动机需要停机时，不是立即切断电动机的电源，需要停机时，不是立即切断电动机的电源，而是通而是通过调节晶闸管的导通角，从全导通状态逐渐地减小，过调节晶闸管的导通角，从全导通状态逐渐地减小，从而使电动机的端电压逐渐降低而切断电源的从而使电动机的端电压逐渐降低而切断电源的，这，这一过程时间较长故称为软停控制。

83、停车的时间根据一过程时间较长故称为软停控制。停车的时间根据实际需要可在实际需要可在0120s范围内调整。范围内调整。（3）节能特性）节能特性软软起起动动控控制制器器可可以以根根据据电电动动机机功功率率因因数数的的高高低低，自自动动判判断断电电动动机机的的负负载载率率，当当电电动动机机处处于于空空载载或或负负载载率率很很低低时时，通通过过相相位位控控制制使使晶晶闸闸管管的的导导通通角角发发生生变变化化，从从而而改改变变输输入入电电动动机机的的功功率率，以以达达到到节节能能的的目的。目的。（4）制动特性）制动特性当电动机需要快速停机时，软起动控制器具有当电动机需要快速停机时，软起动控制器具有能耗制

84、动功能。能耗制动功能即当接到制动命令后，能耗制动功能。能耗制动功能即当接到制动命令后，软起动控制器改变晶闸管的触发方式，使交流电转软起动控制器改变晶闸管的触发方式，使交流电转变为直流电，然后在关闭主电路后，立即将直流电变为直流电，然后在关闭主电路后，立即将直流电压加到电动机定子绕组上，利用转子感应电流与静压加到电动机定子绕组上，利用转子感应电流与静止磁场的作用达到制动的目的。止磁场的作用达到制动的目的。3固态降压起动器的应用固态降压起动器的应用在在工工业业自自动动化化程程度度要要求求比比较较高高的的场场合合，为为了了便便于于控控制制和和应应用用，往往往往将将软软起起动动控控制制器器、断断路路器

85、器和和控控制制电电路路组组成成一一个个较较完完整整的的电电动动机机控控制制中中心心(MCC)以以实实现现电电动动机机的的软软起起动动、软软停停车车、故故障障保保护护、报报警警、自自动动控控制制等等功功能能。同同时时具具有有运运行行和和故故障障状状态态监监视视、接接触触器器操操作作次次数数、电电机机运运行行时时间间和和触触点点弹弹跳跳监监视视、试试验验等等辅辅助助功功能能。另另外外还还可可以以附附加加通通信信单单元元、图图形形显显示示操操作作单单元元和和编编程程器器单单元元等等并并可可直直接接与与通通信信总总线线联网。联网。一些工厂有多台电动机需要起动，可以使用一一些工厂有多台电动机需要起动，可

86、以使用一台软起动控制器对多台电动机进行软起动，以节约台软起动控制器对多台电动机进行软起动，以节约资金投入。资金投入。图2-16一台软起动器对两台电动机起动、停机2.4三相异步电动机制动控制三相异步电动机从切断电源到安全停止转动，由于惯性的关系总要经过一段时间，影响了劳动生产率。在实际生产中，为了实现快速、准确停车，缩短时间，提高生产效率，对要求停转的电动机强迫其迅速停车，必须采取制动措施。三相异步电动机的制动方法分为两类：机械制动和电气制动。机械制动有电磁抱闸制动、电磁离合器制动等；电气制动有反接制动、能耗制动、回馈制动等。一、电磁抱闸制动和电磁离合器制动一、电磁抱闸制动和电磁离合器制动机械制

87、动的设计思想是利用外加的机械作用力，使电动机迅速停止转动。机械制动有电磁抱闸制动、电磁离合器制动等。1电磁抱闸制动电磁抱闸制动电磁抱闸制动是靠电磁制动闸紧紧抱住与电动机同轴的制动轮来制动的。电磁抱闸制动方式的制动力矩大，制动迅速停车准确，缺点是制动越快冲击振动越大。电磁抱闸制动有断电电磁抱闸制动和通电电磁抱闸制动。断电电磁抱闸制动在电磁铁线圈一旦断电或未接通时，电动机都处于抱闸制动状态，例如电梯、吊车、卷扬机等设备。断电电磁抱闸制动线路如图2-17所示。图2-17断电电磁抱闸制动线路图* 为了避免电动机在起动前瞬时出现转子被掣住不转的短路运行状态，在电路设计时使接触器KM2先得电，使得电磁铁线

88、圈YA先通电松开制动闸后，电动机才能接通电源。通电电磁抱闸制动控制则是在平时制动闸总是在松开的状态，通电后才抱闸。例如象机床等需要经常调整加工件位置的设备，往往采用。2电磁离合器制动电磁离合器制动电磁离合器制动是采用电磁离合器来实现制动的，电磁离合器体积小，传递转矩大，制动方式比较平稳且迅速，并可以安装在机床等的机械设备内部。二、反接制动控制线路二、反接制动控制线路1线路设计思想线路设计思想反接制动是一种电气制动方法，通过改变电动机电源电压相序使电动机制动。由于电源相序改变，定子绕组产生的旋转磁场方向也与原方向相反，而转子仍按原方向惯性旋转，于是在转子电路中产生相反的感应电流。 转子要受到一个

89、与原转动方向相反的力矩的作用，从而使电动机转速迅速下降，实现制动。在反接制动时，转子与定子旋转磁场的相对速度接近于2倍同步转速，所以定子绕组中的反接制动电流相当于全电压直接起动时电流的2倍。 为避免对电动机及机械传动系统的过大冲击，一般在10kw以上电动机的定子电路中串接对称电阻或不对称电阻，以限制制动转矩和制动电流，这个电阻称为反接制动电阻，如图2-18（a）、（b）所示为定子电路中串接对称电阻或不对称电阻。图2-18(a)定子电路中串接对称电阻 (b) 定子电路中串接不对称电阻2典型线路介绍典型线路介绍 反接制动的关健是采用按转速原则进行制动控制。因为当电动机转速接近零时，必须自动地将电源

90、切断，否则电动机会反向起动。 因此，采用速度继电器来检测电动机的转速变化，当转速下降到接近零时（100r/min），由速度继电器自动切断电源。反接制动控制线路分为单向反接制动控制线路和可逆反接制动控制线路。（1）单向反接制动的控制线路 单向反接制动的控制线路如图2-19所示，其中KS为速度继电器。图2-19单向反接制动线路图* 2 2（2）可逆反接制动控制线路）可逆反接制动控制线路 电动机可逆运行的反接制动控制线路如图2-20所示。由于速度继电器的触点具有方向性，所以电动机的正向和反向制动分别由速度继电器的两对常开触点KS-Z、KS-F来控制。 该线路在电动机正反转起动和反接制动时在定子电路中

91、都串接电阻，限流电阻R起到了在反接制动时限制制动电流，在起动时限制起动电流的双重限流作用。操作方便，具有触点、按钮双重联锁，运行安全、可靠，是一个较完善的控制线路。图2-20电动机可逆运行的反接制动控制线路 三、能耗制动控制线路三、能耗制动控制线路1线路设计思想 能耗制动是一种应用广泛的电气制动方法。当电动机脱离三相交流电源以后，立即将直流电源接入定子的两相绕组，绕组中流过直流电流，产生了一个静止不动的直流磁场。此时电动机的转子切割直流磁通，产生感生电流。在静止磁场和感生电流相互作用下，产生一个阻碍转子转动的制动力矩，因此电动机转速迅速下降，从而达到制动的目的。 当转速降至零时，转子导体与磁场

92、之间无相对运动，感生电流消失，电动机停转，再将直流电源切除，制动结束。2典型线路介绍能耗制动可以采用时间继电器与速度继电器两种控制形式。图2-21为按时间原则控制的单向能耗制动控制线路。线路原理： 按起动按钮SB2：接触器KM1得电投入工作，使电动机正常运行，KM1与KM2互锁，接触器KM2和时间继电器KT不得电。按下停止按钮SB1：KM1线圈失电，主触点断开，电动机脱离三相交流电源。KM1辅助触点闭合，KM2与KT线圈相继得电，KM2主触点闭合，将经过整流后的直流电压接至电机两相定子绕组上开始能耗制动。图2-21按时间原则的单向能耗制动控制线路* 当转子速度接近零时，时间继电器KT的常闭触点

93、延时断开，使接触器KM2线圈和KT线圈相继失电，切断能耗制动的直流电流，切断电源制动结束。 从能量角度看，能耗制动是把电动机转子运转所储存的动能转变为电能，且又消耗在电动机转子的制动上，与反接制动相比，能量损耗少，制动停车准确。 所以，能耗制动适用于电动容量大，要求制动平稳和起动频繁的场合。但制动速度较反接制动慢一些，能耗制动需要整流电路，不过，随着电力电子技术的迅速发展，半导体整流器件的大量使用，直流电源已成为不难解决的问题了。2.5电动机的可逆运行电动机的可逆运行就是正反转控制。在生产实际中，往往要求控制线路能对电动机进行正、反转的控制。例如，机床主轴的正反转，工作台的前进与后退，起重机起

94、吊重物的上升与下放，以及电梯的升降等。 由三相异步电动机转动原理可知，若要电动机逆向运行，只需将接于电动机定子的三相电源线中的任意两相对调一下即可，与反接制动的原理相同。电动机可逆运行控制线路，实质上是两个方向相反的单向运行电路的组合，并且在这两个方向相反的单向运行电路中加设必要的联锁。一、电动机可逆运行的手动控制一、电动机可逆运行的手动控制根据电动机可逆运行操作顺序的不同，有“正停反”手动控制电路与“正反停”手动控制电路。1“正停反”手动控制电路 “正停反”控制电路是指电动机正向运转后要反向运转，必须先停下来再反向。图2-22为电动机“正停反”手动控制线路。KM2为正转接触器，KM3为反转接

95、触器。图2-22 “正停反”手动控制线路* 线路工作原理为：按下正向起动按钮SB2：接触器KM2得电吸合，其常开主触点将电动机定子绕组接通电源，相序为U、V、W，电动机正向起动运行。按停止按钮SB1：KM2失电释放，电动机停转。 按反向起动按钮SB3：KM3线圈得电主触点吸合，其常开触点将相序为W、V、U的电源接至电动机，电动机反向起动运行。再按停止按钮SB1：电动机停转。 由于采用了KM2、KM3的常闭辅助触点串入对方的接触器线圈电路中，形成互锁。因此，当电动机正转时，即使误按反转按钮SB3，反向接触器KM3也不会得电。要电动机反转，必须先按停止按钮，再按反向按钮。2“正反停”手动控制电路

96、在实际生产过程中，为了提高劳动生产率，常要求电动机能够直接实现正、反向转换。利用复合按钮可构成“正反停”控制线路，如图2-23所示。线路工作原理为： 若需电动机反转，不必按停止按钮SB1，直接按下反转按钮SB3，使KM2线圈失电触点释放，KM3线圈得电触点吸合，电动机先脱离电源，停止正转，然后又反向起动运行。反之亦然。 图2-23 “正反停”手动控制线路 二、电动机二、电动机可逆运行的自动控制可逆运行的自动控制自动控制的电动机可逆运行电路，可按行程控制原则来设计。按行程控制原则又称为位置控制，就是利用行程开关来检测往返运动位置，发出控制信号来控制电动机的正反转，使机件往复运动。 图2-24(a

97、)为工作台自动循环的原理图，行程开关SQ1和SQ2安装在指定位置，工作台下面的挡铁压到行程开关SQ1就向左移动，压到行程开关SQ2就向右移动。 图2-24(b)为工作台自动循环的控制线路。图2-24(a) 工作台自动循环原理图图2-24(b) 工作台自动循环的控制线路* 在控制电路中，行程开关SQ3、SQ4为极限位置保护，是为了防止SQ1、SQ2可能失效引起事故而设的，SQ4和SQ3分别安装在电动机正转和反转时运动部件的行程极限位置。 如果SQ2失灵，运动部件继续前行压下SQ4后，KMl失电而使电动机停止。这种限位保护的行程开关在位置控制电路中必须设置。2.6三相异步电动机调速控制异步电动机调

98、速常用来改善机床的调速性能和简化机械变速装置。根据异步电动机转速公式：（2-2）式中：s为转差率；f为电源频率；P为定子极对数。 由上式可知，三相异步电动机的调速可通过改变定子电压频率f、定子极对数P和转差率s来实现。具体归纳为变频调速、变极调速、调压调速、转子串电阻调速、串级调速和电磁调速等调速方法。1变极调速 通常变更绕组极对数的调速方法简称为变极调速。变极调速是通过改变电动机定子绕组的外部接线来改变电动机的极对数。 鼠笼式异步电动机转子绕组本身没有固定的级数，改变鼠笼式异步电动机定子绕组的极数以后，转子绕组的级数能够随之变化； 绕线式异步电动机的定子绕组极数改变以后，它的转子绕组必须重新

99、组合，往往无法实现。所以，变更绕组极对数的调速方法一般仅适用于鼠笼式异步电动机。鼠笼式异步电动机常用的变极调速方法有两种:1)一种是改变定子绕组的接法，即变更定子绕组每相的电流方向；2)另一种是在定子上设置具有不同极对数的两套互相独立的绕组，又使每套绕组具有变更电流方向的能力。 变极调速是有级调速，速度变换是阶跃式的。用变极调速方式构成的多速电动机一般有双速、三速、四速之分。这种调速方法简单、可靠、成本低，因此在有级调速能够满足要求的机械设备中，广泛采用多速异步电动机作为主拖动电机如镗床、铣床等。(1).双速电动机 双速电动机/YY调速控制线路 双速电动机/YY接法的三相定子绕组接线示意图如图

100、2-25所示。 应当强调指出，当把电动机定子绕组的接线变更为YY接线时，接线的电源相序必须反相，从而保证电动机由低速变为高速时旋转方向一致。/YY接线属于恒功率调速。图2-26为双速电动机/YY调速控制线路。 图2-25双速电动机/YY三相定子绕组接线图 图2-26双速电动机调速控制线路* 这种先低速起动，经一定延时后自动切换到高速运行的控制，目的是限制起动电流。 双速电动机Y/YY接法的接线变换 双速电动机Y/YY接法的接线变换如图2-27，电机极数四极/二极变换，对应电动机的低速和高速。它属于恒转矩调速。图2-27 双速电动机Y/YY三相定子绕组接线图 （2）三速异步电动机 一般三速电动机

101、的定子绕组具有两套绕组，其中一套绕组可连接成/YY，另一套绕组连接成Y，如图2-28（a）所示。 假设将D1、D2、D3接电源时，电动机具有8个极；将D4、D5、D6接电源而D1、D2、D3互相短接时，电动机具有4个极；若再将D7、D8、D9接线端接电源时，电动机为6个极。故将不同的端头接向电源，电动机便有8、6、4三种级别磁极的转速，对应的转速由低速变为高速。当只有单独一套绕组工作时（D7、D8、D9接电源），由于另一套/YY接法的绕组置身于旋转磁场中，在其接线的线圈中肯定要流过环流电流。为避免环流产生，一般设法将绕组接成开口的三角形，如图2-28（b）所示。图2-28(a) 三速电动机的双

102、定子绕组三速变换 图2-28(b) 三速电动机的定子绕组不接电源时为防止环流，应将绕组接成开口的三角形2变频调速 由式（22）可见，变频调速就是改变异步电动机的供电频率f，利用电动机的同步转速随频率变化的特性进行调速。 在交流异步电动机的诸多调速方法中，变频调速的性能最好，调速范围大，稳定性好，运行效率高。 采用通用变频器对鼠笼式异步电动机进行调速控制，由于使用方便、可靠性高并且经济效益显著，所以逐步得到推广应用。3变转差率S调速变转差率调速包括调压调速、转子串电阻调速、串级调速和电磁调速等调速方法，在电力拖动控制系统已作介绍。 调压调速是异步电机调速系统中比较简便的一种，就是改变定子外加电压

103、来改变电机在一定输出转矩下的转速。 调压调速目前主要通过调整晶闸管的触发角来改变异步电动机端电压进行调速。这种调速方式仅用于小容量电动机。转子串电阻调速是在绕线式异步电动机转子外电路上接可变电阻，通过对可变电阻的调节来改变电动机机械特性斜率实现调速。电机转速可以有级调速，也可以无级调速，其结构简单，价格便宜，但转差功率损耗在电阻上，效率随转差率增加等比下降，故这种方法目前一般不被采用。 电磁转差离合器调速是在鼠笼式异步电动机和负载之间串接电磁转差离合器(电磁耦合器)，通过调节电磁转差离合器的励磁来改变转差率进行调速。这种调速系统结构适用于调速性能要求不高的小容量传动控制场合。 串级调速就是在绕

104、线式异步电动机的转子侧引入控制变量如附加电动势来改变电动机的转速进行调速。 基本原理是在绕线转子异步电动机转子侧通过二极管或晶闸管整流桥，将转差频率交流电变为直流电，再经可控逆变器获得可调的直流电压作为调速所需的附加直流电动势，将转差功率变换为机械能加以利用或使其反馈回电源而进行调速。2.7电气控制线路中的保护主令电器电气控制系统对国民经济的发展和人民生活的影响都很大。为了提高电气控制系统运行的可靠和安全性，在电气控制系统的设计与运行中，都必须考虑到系统有发生故障和不正常工作情况的可能性。电气系统故障可能引起下列严重后果：（1）短路电流通过短路点燃起电弧，使电气设备烧坏甚至烧毁，严重时会引发火

105、灾。 （2）短路电流通过故障设备和非故障设备时，产生热和电动力的作用，致使其绝缘遭到损坏或缩短使用寿命。（3）造成电网电压下降，波及其它用户和设备，使正常工作和生产遭到破坏甚至使事故扩大，造成整个配电系统瘫痪。（4）最常见的不正常工作情况是过负荷。长时间过负荷会使载流设备和绝缘的温度升高，而使绝缘加速老化或设备遭受损坏，甚至引起故障。 电气控制线路在事故情况下，应能保证操作人员、电气设备、生产机械的安全，并能有效地制止事故的扩大。为此，在电气控制电路中应采取一定的保护措施，以避免因误操作而发生事故。 完善的保护环节包括过载、短路、过流、过压、失压等保护环节，有时还应设有合闸、断开、事故、安全等

106、必须的指示信息。下面从电气设备角度讨论电气故障的类型以及相应的保护。一、电流型保护一、电流型保护 电气元件在正常工作中，通过的电流一般在额定电流以内。短时间内，只要温升允许，超过额定电流也是可以的，这就是各种电气设备或电气元件根据其绝缘情况条件的不同，具有不同的过载能力的原因。 电气元件由于电流过大引起损坏的根本原因是温升超过绝缘材料的承受能力。电流型保护的基本原理是：将保护电器检测的信号，经过变换或放大后去控制被保护对象，当电流达到整定值时保护电器动作。电流型保护主要有过流、过载、短路和断相几种，如图2-29所示。图2-29 控制电路的欠压、过流、过载、短路保护 1短路保护绝缘损坏、负载短接

107、、接线错误等故障，都可能产生短路现象而使电气设备损坏，短路保护的常用方法是采用熔断器FU。短路的瞬时故障电流可达到额定电流的几倍到几十倍。短路保护要求具有瞬动特性，即要求在很短时间内切断电源。如图2-29电路中的FUl，在对主电路采用三相四线制或对变压器采用中点接地的三相三线制的供电电路中，必须采用三相短路保护。FU2是当主电机容量较大在控制电路单独设置短路保护熔断器，如果主电机容量较小，其控制电路不需要另外设置熔断器，主电路中的熔断器可作为控制电路的短路保护。也可采用空气自动开关，既作为短路保护，又作为过载保护的电路。其中过流线圈具有反时限特性，用作短路保护；热元件用作过载保护。线路出故障时

108、自动开关动作，事故处理完毕，只要重新合上开关，线路就能重新运行。2过电流保护 过电流保护是区别于短路保护的另一种电流型保护，一般采用过电流继电器KI，过电流继电器的特点是动作电流值比短路保护的小，一般不超过2.5Ie。因为电动机或电气元件超过其额定电流的运行状态，时间长了同样会过热损坏绝缘。 过电流保护也要求有瞬动保护特性，即只要过电流值达到整定值，保护电器立即切断电源。如图2-29所示，按下SB2后，时间继电器KT的瞬动触点立即闭合，将过流继电器KI接入电路。但当电动机起动时，延时继电器KT的常闭触点闭合着，过电流继电器的过电流线圈被短接，这时虽然起动电流很大，但过电流保护不动作。起动结束后

109、，KT的常闭触点经过延时已断开，过电流继电器KI开始起保护作用。当电流值达到整定值时，过电流继电器KI动作，其常闭触点断开，接触器KM失电，电机停止运行。 这种方法，既可用于保护目的，也可用于一定的控制目的，一般用于绕线式异步电动机。3过载保护过载也是指电动机运行电流大于其额定电流，但超过额定电流的倍数更小些，通常在1.5Ie以内。过载保护是采用热继电器FR与接触器KM配合动作的方法完成保护的。引起过载的原因很多，如负载的突然增加，缺相运行以及电网电压降低等。长期处于过载也将引起电动机的过热，使其温升超过允许值而损坏绝缘。过载保护要求保护电器具有反时限特性，即根据电流过载倍数的不同，其动作时间

110、是不同的，它随着电流的增加而减小。 如图2-29中的热继电器FR在过载时其常闭触点动作，使接触器KM失电，电动机停转而得到保护。4断相保护 异步电动机在正常运行中，由于电网故障或一相熔断器熔断引起对称三相电源缺少一相，使定子电流变得很大，造成电动机绝缘及绕组烧毁。断相保护通常采用专门为断相运行而设计的断相保护热继电器。 对于正常运行采用三角形接法的电动机，如负载在5367之间发生断相故障，会出现故障相的线电流小于对称性负载保护电流动作值，但相绕组中最大的一相电流却已超过其额定值(形接法时线电流是相电流的倍)。而普通三相式热继电器的热元件是串接在三相电流进线中起不到保护作用。5欠电流保护 所谓欠

111、电流保护是指被控制电路电流低于整定值时动作的一种保护。欠电流保护通常是用欠电流继电器KI来实现的。 欠电流继电器线圈串联在被保护电路中，正常工作时吸合，一旦发生欠电流时释放以切断电源。其线圈在线路中的接法同过电流继电器一样，但串联在控制电路中的KI触点应采用常开触点，并与时间继电器的常闭延时断开触点相并联。 例如: 用欠电流保护可以实现弱磁保护，对于直流电动机来说，必须有一定强度的磁场才能确保正常启动运行。 在启动时，如果直流电动机的励磁电流太小，产生的磁场也就减弱，将会使直流电动机的起动电流很大；当正常运转时，如直流电动机的磁场突然减弱或消失，会引起电动机转速迅速升高，损坏机械，甚至发生“飞

112、车”事故。因此必须采用欠电流继电器KI及时切断电源，实现弱磁保护。二、电压型保护二、电压型保护 电动机或电气元件都是在一定的额定电压下正常工作，电压过高，过低或者工作过程中非人为因素的突然断电，都可能造成生产机械的损坏或人身事故，因此在电气控制线路设计中，应根据要求设置失压保护、过电压保护及欠压保护。1失压保护 电动机正常工作时，如果因为电源电压的消失而停转，那么在电源电压恢复时就可能自行起动而造成人身事故或机械设备损坏。为防止电压恢复时电动机的自行起动或电气元件的自行投入工作而设置的保护，称为失压保护。 如图2-29所示采用接触器KM及按钮SB2控制电动机的起停具有失压保护作用。当突然断电时

113、，接触器KM失电触点释放，当电网恢复正常时，由于接触器自锁电路已断开不会自行起动。 但如果不是采用按钮，而是用不能自动复位的手动开关、行程开关等控制接触器，必须采用专门的零压继电器。对于多位开关，要采用零位保护来实现失压保护，即电路控制必须先接通零压继电器。如图2-30所示。 图2-30多位开关失压保护 主令控制器S置于“零位”时，零电压继电器K吸合并自锁。当S置于“工作位置”时，保证了对接触器KM的供电。当断电时，K释放，电网再接通时，必须先将S置“零位”，使K吸合，才能重新起动电动机，这样就起到失压保护作用。 2欠电压保护 电动机或电气元件在正常运行中，电网电压降低到Ue的6080时，就要

114、求能自动切除电源而停止工作，这种保护称为欠电压保护。因为当电网电压降低时，在负载一定的情况下，电动机电流将增加；另一方面，如电网电压降低到Ue的60，控制线路中的各类交流接触器、继电器既不释放又不能可靠吸合，处于抖动状态（有很大噪声），线圈电流增大，既不能可靠工作，又可能造成电气元件和电动机的烧毁。 上面图2-29中接触器KM及按钮SB2控制方式具有欠电压保护作用外，还可以采用空气开关或专门的电磁式欠电压继电器KA与接触器KM配合来进行欠电压保护，欠电压继电器用其常开触点来完成保护任务，当电网低于整定值时，欠电压继电器KA释放，其常开触点断开使接触器释放，电动机断电。3过电压保护 电磁铁、电磁

115、吸盘等大电感负载及直流电磁机构、直流继电器等，在通断时会产生较高的感应电动势，较高的感应电动势易使工作线圈绝缘击穿而损坏。因此，必须采用适当的过电压保护措施。 通常过电压保护的方法可以采用专门的电磁式过电压继电器与接触器配合来进行过电压保护，其线圈和触点的接法与欠电压继电器KA相同。另外，直流电磁机构、电感量大的一类负载如电磁铁、电磁吸盘等，需设置相应的泄放回路来进行过电压保护，如图2-31所示，在线圈两端并联一个电阻，电阻串电容或二极管串电阻等形式，以形成一个放电回路，从而实现过电压保护方法， 图2-31电阻串电容或二极管串电阻等形式 三、其他保护三、其他保护 在现代工业生产中，控制对象千差

116、万别，所需要设置的保护措施很多。例如电梯控制系统中的越位极限保护（防止电梯冲顶或撞底），高炉卷扬机和矿井提升机设备中，则必须设置超速保护装置来控制速度等。1位置保护位置保护一些生产机械的运动部件的行程和相对位置，往往要求限制在一定范围内，必须有适当的位置保护。例如工作台的自动往复运动需要有行程限位，起重设备的上、下、左、右和前、后运动行程都需要位置保护，否则就可能损坏生产机械并造成人身事故。 位置保护可以采用行程开关、干簧继电器，也可以采用非接触式接近开关等电气元件构成控制电路。 通常是将开关元件的常闭触点串联在接触器控制电路中，当运动部件到达设定位置时，开关动作常闭触点打开而使接触器失电释放

117、，于是运动部件停止运行。2温度、压力、流量、转速等物理量的保护 在电气控制线路设计中，常要对生产过程中的温度、压力（液体或气体压力）、流量、运动速度等设置必要的控制与保护，将以上各物理量限制在一定范围以内，以保证整个系统的安全运行。 例如对于冷冻机、空调压缩机等，因其电动机的散热条件较差，为保证电机绕组温升不超过允许温升，而直接将热敏元件预埋在电机绕组中，来控制其运行状态，以保护电动机不至因过热而烧毁；大功率中频逆变电源、各类自动焊机电源的晶闸管、变压器等水冷循环系统，当水压、流量不足时将损坏器件，可以采用压力开关和流量继电器进行保护。 大多数的物理量均可转化为温度、压力、流量等，需要采用各种

118、专用的温度、压力、流量、速度传感器或继电器，它们的基本原理都是在控制回路中串联一些受这些参数控制的常开或常闭触点，然后通过逻辑组合、联锁等实现控制的。有些继电器的动作值能在一定范围内调节，以满足不同场合的保护需要。各种保护继电器的工作原理、技术参数、选用方法可以参阅专门的产品手册和介绍资料。在电力拖动系统中，应根据不同的工作情况，对电动机设置一种或几种保护措施。保护元件有多种，对于同一种保护要求，可选用不同的保护元件。在选用保护元件时，应考虑保护元件自身的保护特性、电动机的容量和电路复杂情况，以及经济性等问题。同时，在电动机的控制线路中设置电气联锁和机械联锁。为保证生产工艺要求的实现和电路安全

119、可靠地运行，一般在控制线路出现故障时，要迅速切断电源，防止故障进一步扩大。 表24列出了电动机各种保护的保护元件及故障原因。表24电动机的保护保护名称保护名称故障原因故障原因采用的保护元件采用的保护元件短路保护电源负载短路熔断器，自动开关过电流保护不正确启动，过大的负载转矩，频繁正反向启动过电流继电器过载保护长期过载运行热继电器、热敏电阻、自动开关、热脱扣器零电压、欠电压保护电源电压突然消失或降低零压、欠压继电器或利用接触器、中间继电器弱磁保护直流励磁电流突然消失或减小欠电流继电器超速保护电压过高、弱磁场过电压继电器，离心开关、测速发电机本章小结本章小结本章主要介绍电气控制线路的绘制和分析，电气控制线路就是把接触器、继电器、按钮、行程开关等电气元件，用导线连接组成的控制线路。绘制电气控制线路图必须使用统一的电气元件符号，应掌握各种常用电气元件的名称、符号、用途等。电气控制线路是由一些基本控制环节组成，通过介绍典型基本环节和线路，使用户掌握控制线路的基本环节，如自锁、联锁等。电动机控制的常用运行方式为起动、制动和正反转，通过对控制线路的介绍，掌握电动机的各种常用运行线路，并能实现保护环节的设计。 通过本章的学习，应掌握对基本电气控制线路的阅读，并能自行设计常用的电动机控制线路。