第2章 基本電氣控制電路

第2章基本電氣控制電路制作：彭芳

在電力拖動自動控制系統(tǒng)中，各種生產(chǎn)機械均由電動機來拖動。電氣控制就是實現(xiàn)對電動機的啟動、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速、制動等運行方式的控制。任何電器控制線路都按一定的控制原則，由基本的控制環(huán)節(jié)組成。內(nèi)容簡介繪制電氣控制線路的若干規(guī)則電氣控制的基本控制環(huán)節(jié)、原則三相異步電動機的起動、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速、制動控制2.1電氣控制系統(tǒng)圖的繪制規(guī)則和常用符號電氣控制線路：由按鈕、開關(guān)、接觸器、繼電器等有觸頭的低壓控制電器所組成的控制線路（繼電接觸器控制系統(tǒng)）電器控制線路的表示方法：電氣原理圖、電氣安裝圖電器控制線路常用的圖形、文字符號參照國際電工委員會IEC，制定國家標(biāo)準(zhǔn)GB4728-1984《電氣圖用圖形符號》GB6988-1987《電氣制圖》GB7159-1987《電氣技術(shù)中的文字符號制訂通則》參見P30表2.1常用電氣圖形、文字符號常用電器圖形、文字符號KMKMKMKMFRFRQSFUSBSB(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(a)線圈一般符號(b)通電延時線圈(c)斷電延時線圈(d)通電延時閉合動合（常開）觸點(e)通電延時斷開動斷（常閉）觸點（f）斷電延時斷開動合（常開）觸點（g）斷電延時閉合動斷（常閉）觸點（h）瞬動觸點繪制原則：電器控制線路根據(jù)電路通過的電流大小可分為主電路和控制電路主電路包括從電源到電動機的電路，是強電流通過的部分，用粗線條畫在原理圖的左邊控制電路是通過弱電流的電路，一般由按鈕、電器元件的線圈、接觸器的輔助觸頭、繼電器的觸點等組成，用細線條畫在原理圖的右邊電氣原理圖中，所有電器元件的圖形、文字符號必須采用國家規(guī)定的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)電氣原理圖采用電器元件展開圖的畫法。同一電器元件的各部件可以不畫在一起，但需用同一文字符號標(biāo)出所有按鈕、觸頭均按沒有外力作用和沒有通電時的原始狀態(tài)畫出控制電路的分支線路，原則上按照動作先后順序排列，兩線交叉連接時的電氣連接點須用黑點標(biāo)出圖面區(qū)域的劃分。為了便于檢索電氣線路，方便閱讀電氣原理圖，應(yīng)將圖面劃分為若干區(qū)域，圖區(qū)的編號一般寫在圖的下部。圖的上方設(shè)有用途欄，用文字注明該欄對應(yīng)電路或元件的功能，以利于理解原理圖各部分的功能及全電路的工作原理。圖2-1CM6132普通車床電氣原理圖用途

電氣安裝接線圖按照電器元件的實際位置和實際接線繪制，根據(jù)電氣元件布置最合理、連接導(dǎo)線最經(jīng)濟等原則安排繪制原則：各電器元件用規(guī)定的圖形、文字符號繪制，同一電器元件各部件必須畫在一起。各電器元件的位置，應(yīng)與實際安裝位置一致不在同一控制柜或配電屏上的電器元件的電氣連接必須通過端子板進行電氣安裝圖走向相同的多根導(dǎo)線可用單線表示畫連接導(dǎo)線時，應(yīng)標(biāo)明導(dǎo)線的規(guī)格、型號、根數(shù)和穿線管的尺寸QKKMFR閱讀和分析電氣控制路線圖的方法 又稱直接讀圖法或跟蹤追擊法。查線讀圖法是按照線路根據(jù)生產(chǎn)過程的工作步驟依次讀圖，查線讀圖法按照以下步驟進行：（1）了解生產(chǎn)工藝與執(zhí)行電器的關(guān)系

在分析電氣線路之前，應(yīng)該熟悉生產(chǎn)機械的工藝情況，充分了解生產(chǎn)機械要完成哪些動作，這些動作之間又有什么聯(lián)系；然后進一步明確生產(chǎn)機械的動作與執(zhí)行電器的關(guān)系。查線讀圖法例如，車床主軸轉(zhuǎn)動時，要求油泵先給齒輪箱供油潤滑，即應(yīng)保證在潤滑泵電動機起動后才允許主拖動電動機起動，對控制線路提出了按順序工作的聯(lián)鎖要求。（2）分析主電路在分析電氣線路時，一般應(yīng)先從電動機著手，根據(jù)主電路中有哪些控制元件的主觸點、電阻等大致判斷電動機是否有正反轉(zhuǎn)控制、制動控制和調(diào)速要求等。（3）分析控制電路通常對控制電路按照由上往下或由左往右依次閱讀，可以按主電路的構(gòu)成情況，把控制電路分解成與主電路相對應(yīng)的幾個基本環(huán)節(jié)，一個環(huán)節(jié)一個環(huán)節(jié)地分析，然后把各環(huán)節(jié)串起來。主電路控制電路2.2電氣控制電路的基本控制規(guī)律回顧異步電動機的用途異步電動機的分類異步電動機的結(jié)構(gòu)1、手動控制采用刀開關(guān)直接起動控制適用范圍：這種線路適用于小容量、起動不頻繁的籠型電動機，例如小型臺鉆、冷卻泵、砂輪機等。熔斷器起短路保護作用起動過程合上刀開關(guān)QK電動機全電壓起動停止過程打開刀開關(guān)QK電動機斷電停轉(zhuǎn)點動控制 按下按鈕，電動機轉(zhuǎn)動，松開按鈕，電動機停轉(zhuǎn)，這種控制就叫點動控制

主電路由刀開關(guān)QS、熔斷器Fu、交流接觸器KM的主觸頭和籠型電動機M組成

控制電路由起動按鈕SB和交流接觸器線圈KM組成適用范圍：它能實現(xiàn)電動機短時轉(zhuǎn)動，常用于機床的對刀調(diào)整和電動葫蘆等2、長動和點動控制QSFUM3~KMKMSBSB常開常閉KM打開刀開關(guān)QS按下起動按鈕SB接觸器KM線圈通電KM主觸頭閉合起動過程電動機M通電起動松開SBKM線圈斷電KM主觸頭斷開電動機M斷電停轉(zhuǎn)停止過程QS

區(qū)別在于是否具有自鎖環(huán)節(jié)。長動控制M3~QSFUKMFRSB1SB2QS按下起動按鈕SB2接觸器KM線圈通電KM主觸頭閉合起動過程電動機M通電運轉(zhuǎn)KM輔助觸頭閉合（SB2松開）按下SB1KM線圈斷電KM主觸頭和輔助觸頭斷開電動機M斷電停轉(zhuǎn)停止過程自鎖M3~n當(dāng)電路出現(xiàn)短路時，線路電流突然變大，熔斷器燒斷而切斷線路電源，電動機停轉(zhuǎn)。常開觸點斷開，線路恢復(fù)供電后電機不會自行起動(失壓、欠壓保護)。FU短路保護M3~n當(dāng)電路電動機過載時，熱繼電器的發(fā)熱元件將常閉觸點斷開，使接觸器線圈斷電主觸點斷開，電動機停轉(zhuǎn)。M3~過載保護欠壓保護通過接觸器KM的自鎖觸點來實現(xiàn)。當(dāng)電源停電或者電源電壓嚴(yán)重下降，使接觸器KM由于鐵心吸力消失或減小而釋放，這時電動機停轉(zhuǎn)，接觸器輔助常開觸點KM斷開并失去自鎖。既能點動控制又能長動控制復(fù)合按鈕SB3中間繼電器KA 互鎖控制是指生產(chǎn)機械或自動生產(chǎn)線不同的運動部件之間互相聯(lián)系又互相制約，又稱為聯(lián)鎖控制。例如，機械加工車床的正反轉(zhuǎn)不可能同時，需加聯(lián)鎖控制。 要求甲接觸器動作時，乙接觸器不能動作，則需將甲接觸器常閉觸點串聯(lián)在乙接觸器的線圈電路中。3、互鎖控制主電路：

KM2主觸點接通正相序電源—M正轉(zhuǎn)。

KM3主觸點接通反相序電源—M反轉(zhuǎn)?？刂齐娐罚?/p>

SB2控制正轉(zhuǎn)，SB3控制反轉(zhuǎn)，SB1用于停止控制。“正—?！础笔謩涌刂齐娐?/p>

電動機可逆運行的手動控制“正—?！础笨刂齐娐肥侵鸽妱訖C正向運轉(zhuǎn)后要反向運轉(zhuǎn)，必須先停下來再反向?！罢础！笔謩涌刂齐娐分苯訉崿F(xiàn)正、反向轉(zhuǎn)換，利用復(fù)合按鈕可構(gòu)成“正—反—?！笨刂凭€路FU2FRSB1SB2KM1KM1KM2KM2SB3SB2SB3KM2KM1控制電路圖自動控制的電動機可逆運行電路，可按行程控制原則來設(shè)計。按行程控制原則又稱為位置控制，就是利用行程開關(guān)來檢測往返運動位置，發(fā)出控制信號來控制電動機的正反轉(zhuǎn)，使機件往復(fù)運動。電動機可逆運行的自動控制工作臺自動循環(huán)SQ2SQ4SQ1SQ3左右工作臺自動循環(huán)的控制線路右SQ2SQ4SQ1SQ3左定義： 多地點控制電路設(shè)置多套起、停按鈕，分別安裝在設(shè)備的多個操作位置，故稱多地點控制接線原則：

起動按鈕的常開觸點并聯(lián)，停止按鈕的常閉觸點串聯(lián)。5、多地點控制

要求甲接觸器動作后乙接觸器方能動作，則需將甲接觸器的常開觸點串聯(lián)在乙接觸器的線圈電路中。車床主軸轉(zhuǎn)動時要求油泵先起動后主拖動電動機才允許起動，也就是對控制線路提出了按順序工作的互鎖要求。4、順序控制(a)順序起動順序停止控制線路(b)簡化電路2.3三相異步電動機的降壓啟動控制鼠籠式異步電動機全壓啟動方式三相鼠籠式異步電動機降壓啟動單向長動控制單向點動控制定子繞組串電阻起動自耦變壓器減壓起動星－三角形減壓起動延邊三角形起動轉(zhuǎn)子串接電阻啟動控制轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器啟動控制繞線式異步電動機啟動控制 判斷一臺電動機能否全壓起動的一般規(guī)定是：電動機容量在10kW以下者，可直接起動；10kW以上的異步電動機是否允許直接起動，要根據(jù)電動機容量和電源變壓器容量的經(jīng)驗公式來估計：式中： Iq——電動機全電壓起動電流（A）；

Ie——電動機額定電流（A）。

若計算結(jié)果滿足上述經(jīng)驗公式，一般可以全壓起動，否則應(yīng)考慮采用降壓起動。有時，為了限制和減少起動轉(zhuǎn)矩對機械設(shè)備的沖擊作用，允許全壓起動的電動機，也多采用降壓起動方式。鼠籠式異步電動機全壓啟動方式單向長動控制線路單向點動控制線路點動長動控制線路問題：異步電動機的主要問題是起動電流大，過大的起動電流通過供電線路，在線路上造成較大的電壓降，使電網(wǎng)電壓發(fā)生波動，影響其他用電設(shè)備正常工作。采用降壓啟動：降低加在電動機定子繞組上的電壓，以減小起動電流一、三相鼠籠式異步電動機降壓啟動星－三角形降壓起動電動機聯(lián)接方式

控制線路是按時間原則實現(xiàn)控制起動時將電動機定子繞組聯(lián)結(jié)成星形，加在電動機每組繞組上的電壓為額定電壓的1/√3，從而減小了起動電流。待起動后按預(yù)先整定的時間把電動機換成三角形聯(lián)結(jié)，使電動機在額定電壓下運行適用：電網(wǎng)電壓380V、額定電壓660/380V、星-三角聯(lián)結(jié)的電動機輕載起動的場合定子繞組的兩種接法星型連接三角形連接星－三角形降壓起動接線圖

采用這種啟動時，由于定子每相電壓降低為額定電壓的1/√3（220V相電壓），所以啟動轉(zhuǎn)矩也只有直接啟動的1/3。因此，這種啟動只適用于輕載或空載時啟動。也只能用于正常運行時定子繞組為三角形接法的電動機。

用自耦變壓器降低加在電動機上的電壓，以減少起動電流，按時間原則實現(xiàn)控制。減壓原理：起動時，電動機定子串入自耦變壓器，電動機接在自耦變壓器的副邊，故所承受的電壓是經(jīng)自耦變壓器降壓后的低電壓。起動完畢后，自耦變壓器被切除。適用：起動較大容量的電動機自耦變壓器降壓起動自耦變壓器降壓起動控制線路圖專門用作降壓啟動的三相自耦變壓器的副繞組備有多個抽頭，以便選擇不同的電壓（例如電源電壓的80%、60%、40%），可根據(jù)對起動電流和起動轉(zhuǎn)矩的要求而選用。該控制線路對電網(wǎng)的電流沖擊小，損耗功率小，但需要自耦變壓器，設(shè)備較復(fù)雜，價格較貴。故較多用于容量大的或正常運行時聯(lián)成星形而不能采用星-三角啟動的鼠籠式異步電動機。

控制線路按時間原則實現(xiàn)控制，依靠時間繼電器延時動作來控制各電器元件的先后順序動作。減壓原理：起動時，在三相定子繞組中串入電阻R，從而減低定子繞組上的電壓待起動后，再將電阻R切除，使電動機在額定電壓下投入正常運行定子繞組串電阻起動定子繞組串電阻起動控制線路圖

定子串電阻起動，降低了起動電流，但也降低了起動電壓，使得起動轉(zhuǎn)矩降低得更多。因此，定子串電阻降壓起動只適用于電動機的輕載起動。適用于定子繞組特別設(shè)計的電動機原理：延邊三角形啟動時將電動機的一部分定子繞組接成Y形，一部分繞組接成△形，從圖形上看，就好象將一個三角形的三條邊延長，故稱延邊三角形。延邊三角形減壓起動原始狀態(tài)啟動正常運行延邊三角形減壓起動控制線路圖三、繞線式異步電動機啟動控制降壓起動在限制起動電流的同時，大大降低了起動轉(zhuǎn)矩。在需要較大起動轉(zhuǎn)矩的應(yīng)用場合，人們不得不選擇價格昂貴的繞線式異步電動機。繞線式異步電動機的特點是可以在轉(zhuǎn)子回路中接入附加電阻，以改善其起動和調(diào)速性能。當(dāng)電動機起動完畢，進入一般工作狀態(tài)，而且不需要調(diào)速時，轉(zhuǎn)子繞組端頭應(yīng)予短路。一般在要求起動轉(zhuǎn)矩較高的場合，繞線式異步電動機的應(yīng)用非常廣泛。例如橋式起重機吊鉤電動機、卷揚機等。方法：轉(zhuǎn)子三相繞組經(jīng)過三相集電環(huán)及電刷與起動變阻器連接，電動機轉(zhuǎn)動起來后，逐漸把變阻器的電阻減小，直至全部切除，最后通過短接裝置將轉(zhuǎn)子繞組短接特點：這種起動方式所需設(shè)備較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護工作量大，且起動過程中需頻繁切換起動電阻，造成多次沖擊電流。但可以減少起動電流，增大起動轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子繞組串接起動電阻控制1）按時間原則組成的繞線式異步電動機起動控制線路 按時間原則的繞線式異步電動機起動控制線路，依靠時間繼電器的依次動作短接起動電阻，實現(xiàn)起動控制。2）按電流原則組成的繞線式異步電動機起動控制線路

按電流原則起動控制是指通過欠電流繼電器的釋放值設(shè)定進行控制，利用電動機起動時轉(zhuǎn)子電流的變化來控制轉(zhuǎn)子串接電阻的切除。按時間原則的繞線式異步電動機起動控制線路分別逐級短接電阻按電流原則的繞線式異步電動機起動控制線路KI1、KI2、KI3為電流繼電器。吸合值相同KI1釋放電流>KI2釋放電流>KI3釋放電流利用電流繼電器根據(jù)電動機轉(zhuǎn)子電流大小的變化來控制電阻的分級切除。KI1、KI2、KI3為欠電流繼電器。隨著電動機轉(zhuǎn)速升高電流減小，KI1～KI3依次釋放，分別短接電阻2.4三相異步電動機制動控制三相異步電機的制動方法：機械制動

機械制動是利用外加的機械作用力使電動機迅速停轉(zhuǎn)。如電磁抱閘制動、電磁離合器制動。電氣制功

基本方法：使電動機的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速相反，產(chǎn)生反抗運動的作用。

反接制功能耗制動機械制動—電磁抱閘 電磁抱閘制動是靠電磁制動閘緊緊抱住與電動機同軸的制動輪來制動斷電電磁抱閘制動在電磁鐵線圈一旦斷電或未接通時，電動機都處于抱閘制動狀態(tài)，通電后才抱閘。制動時，使制動閘緊緊抱住制動輪制動?？块l瓦的摩擦片制動閘輪。電氣制動—反接制動控制線路反接制動通過改變電動機電源電壓相序使電動機制動。由于電源相序改變，定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場方向也與原方向相反，而轉(zhuǎn)子仍按原方向慣性旋轉(zhuǎn)，于是在轉(zhuǎn)子電路中產(chǎn)生相反的感應(yīng)電流。轉(zhuǎn)子要受到一個與原轉(zhuǎn)動方向相反的力矩的作用，從而使電動機轉(zhuǎn)速迅速下降，實現(xiàn)制動。

定子電路中串接對稱電阻采用速度繼電器來檢測電動機的轉(zhuǎn)速KM2主電路：

KM1電動運行；KM2通入反相序電源，反接制動。Ｒ限制反接制動電流?？刂齐娐罚ㄋ俣瓤刂圃瓌t）起動：按動啟動按鈕SB2→KM1通電自鎖→電動機M通入正相序電源轉(zhuǎn)動。停止：按動停車按鈕SB1→KM1線圈斷電復(fù)位→KM2線圈通電自鎖，實現(xiàn)反接制動，轉(zhuǎn)速n接近零時，速度繼電器KS常開觸點打開→KM2線圈斷電，反接制動結(jié)束。按速度原則實現(xiàn)控制電氣制動—能耗制動控制線路制動原理 制動時，在切除交流電源的同時，給三相定子繞組通入直流電流。直流電流產(chǎn)生空間固定不轉(zhuǎn)的磁場，轉(zhuǎn)子的相對運動導(dǎo)致轉(zhuǎn)子繞組也有感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生。制動中，轉(zhuǎn)軸的機械能轉(zhuǎn)換成電能消耗在轉(zhuǎn)子回路的電阻上。按時間原則的單向能耗制動控制線路整流變壓器橋式整流電路固態(tài)降壓起動器 前述的傳統(tǒng)異步電機的起動方式的共同特點是控制電路簡單，但起動轉(zhuǎn)矩固定不可調(diào)，起動過程中存在較大的沖擊電流，使被拖動負載受到較大的機械沖擊。且易受電網(wǎng)電壓波動的影響，一旦出現(xiàn)電網(wǎng)電壓波動，會造成起動困難甚至使電機堵轉(zhuǎn)。停機時幾種起動方法都是瞬間停電，也將會造成劇烈的電網(wǎng)電壓波動和機械沖擊。 固態(tài)降壓起動器（SoftStarter）是一種集電機軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護功能于一體的新穎電機控制裝置。

固態(tài)降壓起動器由電動機的起?？刂蒲b置和軟起動控制器組成，其核心部件是軟起動控制器，它是由功率半導(dǎo)體器件和其它電子元器件組成的。 它的主要構(gòu)成是串接于電源與被控電機之間的三相反并聯(lián)閘管及其電子控制電路。運用不同的方法，控制三相反并聯(lián)閘管的導(dǎo)通角，使被控電機的輸入電壓按不同的要求而變化，就可實現(xiàn)不同的功能。圖2-16一臺軟起動器對兩臺電動機起動、停機應(yīng)用電路應(yīng)用實例2.5三相異步電動機調(diào)速控制異步電動機的速度公式

異步電動機調(diào)速方法有：

①

變極調(diào)速：改變定子繞組的磁極對數(shù)P②

變頻調(diào)速：改變電源頻率f③

變滑差調(diào)速：改變轉(zhuǎn)差率s變極調(diào)速控制變極調(diào)速是通過改變電動機定子繞組的外部接線來改變電動機的極對數(shù)。鼠籠式異步電動機常用的變極調(diào)速方法有兩種，一種是改變定子繞組的接法，即變更定子繞組每相的電流方向；另一種是在定子上設(shè)置具有不同極對數(shù)的兩套互相獨立的繞組，又使每套繞組具有變更電流方向的能力。變極調(diào)速是有級調(diào)速，速度變換是