電氣控制系統(tǒng)的基本電路

1、 第2章電氣控制系統(tǒng)的基本控制電路 電氣控制系統(tǒng)是由電氣設(shè)備及電氣元件按照一定的控制要求連接而成。電氣控制系統(tǒng)中的基本電路包括電機(jī)（電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)）的啟動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)等控制電路。 電氣控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)2.1電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)控制電路2.2電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制電路2.3電動(dòng)機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)控制電路2.4 電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制電路2.5電動(dòng)機(jī)的其他基本控制電路2.6直流電動(dòng)機(jī)的控制電路2.72.1 電氣控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)常用的電氣控制系統(tǒng)圖有3種：電路圖（電氣系統(tǒng)圖、原理圖、線路圖）、接線圖和元件布置圖。 電氣工程圖是根據(jù)國家電氣制圖標(biāo)準(zhǔn)，用規(guī)定的圖形符號(hào)、文字符號(hào)以及規(guī)定的畫法繪制的。 2.1.1圖形符號(hào)和文字符號(hào)

2、1圖形符號(hào)圖形符號(hào)由符號(hào)要素、限定符號(hào)、一般符號(hào)以及常用的非電操作控制的動(dòng)作符號(hào)（如機(jī)械控制符號(hào)等）根據(jù)不同的具體器件情況組合構(gòu)成，如表2-1所示。 2文字符號(hào)電氣工程圖中的文字符號(hào)分為基本文字符號(hào)和輔助文字符號(hào)。 基本文字符號(hào)有單字母符號(hào)和雙字母符號(hào)，單字母符號(hào)表示電氣設(shè)備、裝置和元器件的大類，如K為繼電器類元件；雙字母符號(hào)由一個(gè)表示大類的單字母與另一個(gè)表示器件某些特性的字母組成。 輔助文字符號(hào)用來進(jìn)一步表示電氣設(shè)備、裝置和元器件功能、狀態(tài)和特征。 2.1.2電路圖電路圖用于表達(dá)電路、設(shè)備、電氣控制系統(tǒng)的組成部分和連接關(guān)系。 1概述電路圖一般包括主電路和控制電路。主電路是用電設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電路，

3、在控制電路的控制下，根據(jù)控制要求由電源向用電設(shè)備供電。 控制電路由接觸器和繼電器線圈，各種電器的動(dòng)合、動(dòng)斷觸點(diǎn)組合構(gòu)成控制邏輯，實(shí)現(xiàn)所需要的控制功能。 主電路、控制電路和其他的輔助電路、保護(hù)電路一起構(gòu)成電氣控制系統(tǒng)。 2元器件電路圖中的所有電器元件一般不是實(shí)際的外形圖，而采用國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的圖形符號(hào)和文字符號(hào)表示，同一電器的各個(gè)部件可根據(jù)需要出現(xiàn)在不同的地方，但必須用相同的文字符號(hào)標(biāo)注。常見的器件狀態(tài)有如下幾種。 （1）繼電器和接觸器的線圈處在非激勵(lì)狀態(tài)。（2）斷路器和隔離開關(guān)在斷開位置。 （3）零位操作的手動(dòng)控制開關(guān)在零位狀態(tài)，不帶零位的手動(dòng)控制開關(guān)在圖中規(guī)定位置。 （4）機(jī)械操作開關(guān)和按鈕開

4、關(guān)在非工作狀態(tài)或不受力狀態(tài)。（5）保護(hù)類元器件處在設(shè)備正常工作狀態(tài)，特別情況在圖上說明。 3圖區(qū)和觸點(diǎn)位置索引工程圖樣通常采用分區(qū)的方式建立坐標(biāo)，以便于閱讀查找。電路圖常采用在圖的下方沿橫坐標(biāo)方向劃分成若干圖區(qū)，并用數(shù)字標(biāo)明圖區(qū)，同時(shí)在圖的上方沿橫坐標(biāo)方向劃區(qū)，分別標(biāo)明該區(qū)電路的功能。 圖2-1所示為電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的電氣原理圖。 圖2-1 電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的電氣原理圖 圖中接觸器線圈下方的觸頭表是用來說明線圈和觸頭的從屬關(guān)系的，其含義如下： 對(duì)未使用的觸頭用“”表示。 4電路圖中技術(shù)數(shù)據(jù)的標(biāo)注電路圖中元器件的數(shù)據(jù)和型號(hào)（如熱繼電器動(dòng)作電流和整定值的標(biāo)注、導(dǎo)線截面積等）可用小號(hào)字體標(biāo)注在電器文字符號(hào)的

5、下面。 2.1.3 元件布置圖電器元件布置圖主要是表明機(jī)械設(shè)備上所有電氣設(shè)備和電器元件的實(shí)際位置，是電氣控制設(shè)備制造、安裝和維修必不可少的技術(shù)文件。圖2-2所示為電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的元件布置圖。 圖2-2 電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的元件布置圖 2.1.4 接線圖接線圖主要用于安裝接線、線路檢查、線路維修和故障處理。圖2-3所示為電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的接線圖。 圖2-3 電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的接線圖 2.2 電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)控制電路電動(dòng)機(jī)通電后由靜止?fàn)顟B(tài)逐漸加速到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的過程稱為電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)，三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)有降壓和全壓?jiǎn)?dòng)兩種方式。 若將額定電壓全部加到電動(dòng)機(jī)定子繞組上使電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，稱為全壓?jiǎn)?dòng)或直接啟動(dòng)。 2.2

6、.1 電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)控制電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)控制電路是用按鈕開關(guān)、接觸器來控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的，是最簡(jiǎn)單的控制電路，其控制電路如圖2-4所示。 圖2-4 電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)控制電路 1主電路元器件2控制回路元器件3工作原理 2.2.2 電動(dòng)機(jī)的單向連續(xù)運(yùn)行控制在點(diǎn)動(dòng)控制的基礎(chǔ)上增加停止按鈕和交流接觸器的輔助常開觸頭后，即為單向連續(xù)運(yùn)行（又稱啟保停）控制，其電路圖及工作原理參見實(shí)訓(xùn)1。 2.2.3 電動(dòng)機(jī)單向點(diǎn)動(dòng)與連續(xù)運(yùn)行控制單向點(diǎn)動(dòng)與連續(xù)運(yùn)行控制是在點(diǎn)動(dòng)控制與單向連續(xù)運(yùn)行控制的基礎(chǔ)上增加一個(gè)復(fù)合按鈕，即為單向點(diǎn)動(dòng)與連續(xù)運(yùn)行控制電路，其電路圖如圖2-5所示。 圖2-5 單向點(diǎn)動(dòng)與連續(xù)運(yùn)行控制電路 1主電路元器件2控制

7、回路元器件3工作原理 實(shí)訓(xùn)1 電動(dòng)機(jī)的啟保?？刂?實(shí)訓(xùn)目的2實(shí)訓(xùn)器材（本章實(shí)訓(xùn)器材類似，下略）3實(shí)訓(xùn)電路電動(dòng)機(jī)啟保?？刂频碾娐啡鐖D2-6所示。 圖2-6 電動(dòng)機(jī)的啟保停電路 4電路工作原理5元件選擇和檢查6電路裝接 遵循“先主后控，先串后并；從上到下，從左到右；上進(jìn)下出，左進(jìn)右出?！钡脑瓌t進(jìn)行接線。 裝接電路的工藝要求：“橫平豎直，彎成直角；少用導(dǎo)線少交叉，多線并攏一起走?！?圖2-7 接線圖 7電路檢查（1）主電路的檢查（2）控制電路的檢查 8通電試車9實(shí)訓(xùn)思考 總結(jié)實(shí)訓(xùn)過程中應(yīng)注意的安全事項(xiàng)。 若SB1和SB2都接成常閉（或常開）按鈕，會(huì)有什么現(xiàn)象？ 若將控制回路的380V電源誤接成220

8、V，會(huì)有什么現(xiàn)象？ KM的自鎖觸頭不接，會(huì)有什么后果？ 2.3 電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制電路制動(dòng)可分為機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)：機(jī)械制動(dòng)一般為電磁鐵操縱抱閘制動(dòng)；電氣制動(dòng)是電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生一個(gè)和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速下降。 三相交流異步電動(dòng)機(jī)常用的制動(dòng)方法有能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)和發(fā)電反饋制動(dòng)。 2.3.1反接制動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)是改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)定子繞組中三相電源的相序，實(shí)現(xiàn)反接制動(dòng)。圖2-8所示為相序互換的反接制動(dòng)控制電路。反接制動(dòng)控制電路的工作過程如下。 圖2-8 相序互換的反接制動(dòng)控制電路 2.3.2能耗制動(dòng)對(duì)于10kW以下小容量電動(dòng)機(jī)，且對(duì)制動(dòng)要求不高的場(chǎng)合，常采用半波整流能耗制

9、動(dòng)，其電路圖及電路分析參見實(shí)訓(xùn)2。對(duì)于10kW以上容量較大的電動(dòng)機(jī)，多采用有變壓器全波整流能耗制動(dòng)的控制電路。 實(shí)訓(xùn)2 電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)控制1實(shí)訓(xùn)目的2實(shí)訓(xùn)電路電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)的控制電路如圖2-9所示。 圖2-9 電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)的控制電路 3電路工作原理其定子繞組的連接如圖2-10所示。能耗制動(dòng)控制電路的工作過程如下。 圖2-10 制動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)定子繞組的連接圖 4元件選擇和檢查5電路裝接由圖2-10可知，其主電路的接線可以按圖2-11所示。其他線路及控制回路則按電路圖接線。 圖2-11 半波整流能耗制動(dòng)主電路實(shí)物接線圖 6電路檢查（1）主回路的檢查（2）控制回路的檢查 7通電試車8實(shí)訓(xùn)思考 用數(shù)

10、字萬用表檢查二極管與用指針式萬用表檢查二極管有何區(qū)別？ 若去掉圖2-9中KM2的常閉觸頭，則電路有什么缺陷？并說出其在電路中的作用？ 二極管開路或短路時(shí)，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？ 輕按SB時(shí)，電動(dòng)機(jī)能制動(dòng)嗎？ 2.4 電動(dòng)機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)控制電路降壓?jiǎn)?dòng)的方法有定子繞組串電阻（或電抗）、星形-三角形（Y/）、自耦變壓器和使用軟啟動(dòng)器等。常用的方法是Y/降壓?jiǎn)?dòng)和使用軟啟動(dòng)器。 2.4.1 Y/降壓?jiǎn)?dòng)Y/降壓?jiǎn)?dòng)是籠型三相異步電動(dòng)機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)方法之一。 Y/降壓?jiǎn)?dòng)控制是指電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，使定子繞組接成Y，以降低啟動(dòng)電壓，限制啟動(dòng)電流；電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到接近額定值時(shí)，再把定子繞組改接為，使電動(dòng)機(jī)在額定電

11、壓下運(yùn)行。 Y/啟動(dòng)控制分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種，手動(dòng)Y/啟動(dòng)控制電路圖如圖2-12所示。其工作過程如下。 圖2-12 手動(dòng)Y/啟動(dòng)控制電路圖 （1）控制電路通電（2）電動(dòng)機(jī)Y接法降壓?jiǎn)?dòng)（3）電動(dòng)機(jī)接法全壓運(yùn)行（4）電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)（5）控制電路斷電 若想實(shí)現(xiàn)自動(dòng)Y/啟動(dòng)控制，可在控制回路加時(shí)間繼電器，啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)繞組Y連接，啟動(dòng)完成后，由時(shí)間繼電器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)繞組由Y連接自動(dòng)轉(zhuǎn)換成連接，其電路圖及電路分析參見實(shí)訓(xùn)3。 2.4.2定子串接電阻降壓?jiǎn)?dòng)圖2-13所示為定子串接電阻降壓?jiǎn)?dòng)控制電路，其工作過程如下。 圖2-13 定子串接電阻降壓?jiǎn)?dòng)控制電路 2.4.3定子串接自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)在自耦變壓器降壓

12、啟動(dòng)的控制電路中，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流的限制是靠自耦變壓器的降壓作用來實(shí)現(xiàn)的。 圖2-14所示為定子串接自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)的控制電路，其電路的工作過程如下。 圖2-14 定子串接自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)控制電路 2.4.4轉(zhuǎn)子繞組串接電阻啟動(dòng)轉(zhuǎn)子回路串接啟動(dòng)電阻，一般接成Y且分成若干段，啟動(dòng)時(shí)電阻全部接入，啟動(dòng)過程中逐段切除啟動(dòng)電阻。 切除電阻的方法有三相平衡切除法及三相不平衡切除法。三相平衡切除法，即每次每相切除的啟動(dòng)電阻相同，圖2-15所示為繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串接電阻啟動(dòng)的控制電路，其工作過程如下。 圖2-15 繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串接電阻啟動(dòng)的控制電路 2.4.5轉(zhuǎn)子繞組串接頻敏變阻器啟動(dòng)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)

13、機(jī)除轉(zhuǎn)子串接電阻啟動(dòng)的控制方式外，還可轉(zhuǎn)子串接頻敏變阻器啟動(dòng)。 圖2-16所示為繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串接頻敏變阻器的控制電路，其電路的工作過程如下。 圖2-16 繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串接頻敏變阻器的控制電路 實(shí)訓(xùn)3 電動(dòng)機(jī)的Y/降壓?jiǎn)?dòng)控制1實(shí)訓(xùn)目的2實(shí)訓(xùn)電路電動(dòng)機(jī)Y/降壓?jiǎn)?dòng)的控制電路如圖2-17所示。 圖2-17 電動(dòng)機(jī)Y/降壓?jiǎn)?dòng)的控制電路 3電路工作原理（1）電動(dòng)機(jī)Y降壓?jiǎn)?dòng)（2）電動(dòng)機(jī)全壓運(yùn)行（3）電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行 4元件選擇和檢查5電路裝接主回路的接線比較復(fù)雜，可按圖2-18所示進(jìn)行接線 圖2-18 電動(dòng)機(jī)Y/降壓?jiǎn)?dòng)主電路的接線圖 6電路檢查（1）主電路的檢查（2）控制回路的檢查 7通電試

14、車8實(shí)訓(xùn)思考 Y/啟動(dòng)適合什么樣的電動(dòng)機(jī)？并分析電動(dòng)機(jī)繞組在啟動(dòng)過程中的連接方式。 電源缺相時(shí)，為什么Y啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)不動(dòng)，到了連接時(shí)，電動(dòng)機(jī)卻能轉(zhuǎn)動(dòng)（只是聲音較大）？ Y/啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流為直接啟動(dòng)時(shí)的多少倍？若是重載啟動(dòng)，則啟動(dòng)時(shí)間一般為多少？ 當(dāng)按下SB1后，若電動(dòng)機(jī)能Y啟動(dòng)，而一松開SB1，電動(dòng)機(jī)即停轉(zhuǎn)，則故障可能出在哪些地方？ 若按下SB1后，電動(dòng)機(jī)能Y啟動(dòng)，但不能運(yùn)轉(zhuǎn)，則故障可能出在哪些地方？2.5 電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制電路由電動(dòng)機(jī)原理可知，改變極對(duì)數(shù)可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n =(1s) 60f/p，多速電動(dòng)機(jī)就是通過改變電動(dòng)機(jī)定子繞組的接線方式而得到不同的極對(duì)數(shù)，從而達(dá)到不同速度的目的。雙

15、速、三速電動(dòng)機(jī)是變極調(diào)速中最常用的兩種形式。 2.5.1雙速電動(dòng)機(jī)的控制雙速電動(dòng)機(jī)定子繞組的連接方式常用的有兩種：一種是繞組從單Y改成雙Y，即將圖2-19（b）所示的連接方式轉(zhuǎn)換成如圖2-19（c）所示的連接方式。 圖2-19 雙速電動(dòng)機(jī)的定子繞組的接線圖 另一種是繞組從改成雙Y，即將圖2-19（a）所示的連接方式轉(zhuǎn)換成如圖2-19（c）所示的連接方式。 這兩種接法都能使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的磁極對(duì)數(shù)減少一半，即使電機(jī)的轉(zhuǎn)速提高一倍。 圖2-20 雙速電動(dòng)機(jī)的控制電路 2.5.2 三速電動(dòng)機(jī)的控制圖2-21所示為三速電動(dòng)機(jī)的控制電路，其工作過程如下。 圖2-21 三速電動(dòng)機(jī)的控制電路 （1）低速運(yùn)行（2

16、）中、高速運(yùn)行（3）停止運(yùn)行2.6 電動(dòng)機(jī)的其他基本控制電路電氣控制系統(tǒng)除了上述基本電路外，常用的還有電動(dòng)機(jī)的多地控制、正反轉(zhuǎn)控制、行程控制、順序控制等。 2.6.1電動(dòng)機(jī)的多地控制電動(dòng)機(jī)的多地控制是指在多個(gè)地方對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)和停止的控制，其中兩地控制和三地控制是應(yīng)用最多的控制方式。圖2-22所示為兩地控制的控制電路，其工作過程如下。 圖2-22 電動(dòng)機(jī)的兩地控制電路 （1）控制電路通電（2）啟動(dòng)過程（3）停止過程（4）控制電路斷電 2.6.2電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制在生產(chǎn)和生活中，許多設(shè)備需要兩個(gè)相反的運(yùn)行方向，如電梯的上升和下降，機(jī)床工作臺(tái)的前進(jìn)和后退，其本質(zhì)就是電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)。 要實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)

17、的正反轉(zhuǎn)，只要將接至電動(dòng)機(jī)三相電源進(jìn)線中的任意兩相對(duì)調(diào)接線，即可達(dá)到反轉(zhuǎn)的目的。其控制電路及電路分析參見實(shí)訓(xùn)4。 2.6.3 電動(dòng)機(jī)的行程控制有些生產(chǎn)機(jī)械，如萬能銑床，要求工作臺(tái)在一定范圍內(nèi)能自動(dòng)往返運(yùn)動(dòng)，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的連續(xù)加工，提高生產(chǎn)效率。由行程開關(guān)控制的工作臺(tái)自動(dòng)往返控制電路稱為正反轉(zhuǎn)行程控制，其電路圖如圖2-23所示。 圖2-23 正反轉(zhuǎn)行程控制電路圖 其電路的工作過程如下。（1）控制電路通電（2）工作臺(tái)右移（3）工作臺(tái)停止右移（左移開始） （4）工作臺(tái)停止左移（右移開始）（5）工作臺(tái)重復(fù)工作過程（6）工作臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)（7）控制電路斷電 2.6.4 電動(dòng)機(jī)的順序控制控制電動(dòng)機(jī)順序動(dòng)作的

18、控制方式叫順序控制，順序控制可分為手動(dòng)順序控制和自動(dòng)順序控制。下面介紹如何實(shí)現(xiàn)手動(dòng)順序控制，手動(dòng)順序控制電路如圖2-24所示。其工作過程如下。 圖2-24 手動(dòng)順序控制電路圖 （1）控制電路通電（2）電動(dòng)機(jī)M1先啟動(dòng)（3）電動(dòng)機(jī)M2后啟動(dòng)（4）電動(dòng)機(jī)逆序停轉(zhuǎn)（5）電動(dòng)機(jī)M1、M2同時(shí)停轉(zhuǎn)（6）控制電路斷電 手動(dòng)順序控制電路具有如下特點(diǎn)。 電動(dòng)機(jī)M2的控制電路與KM1常開觸頭串聯(lián)，這樣就保證了M1啟動(dòng)后，M2才能啟動(dòng)的順序控制要求。 停止按鈕SB2只控制電動(dòng)機(jī)M2停轉(zhuǎn)，而總停止按鈕SB可控制電動(dòng)機(jī)M1、M2同時(shí)停轉(zhuǎn)。 若想實(shí)現(xiàn)自動(dòng)順序控制，則可通過時(shí)間繼電器來實(shí)現(xiàn)，其控制電路及電路分析參見實(shí)訓(xùn)5。 實(shí)訓(xùn)4 電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制1實(shí)訓(xùn)目的2實(shí)訓(xùn)電路電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制的電路如圖2-25所示。 圖2-25 電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路原理圖 3電路工作原理（1）電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)（2）電動(dòng)機(jī)停止正轉(zhuǎn)（3）電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)（4）電動(dòng)機(jī)