第二章 电气控制线路的基本控制规律

第二章电气控制线路的基本控制规律（继电接触器控制线路）,电力拖动是指用电动机作为原动机来拖动生产机械，而不同的生产机械对电力拖动要求是不同的。要使电动机按照一定的生产机械要求正常运转，必须配备一定的电气控制设备和保护设备，组成一定的控制线路，才能达到目的。,电气控制线路（继电接触器控制）是把各种有触点的接触器、继电器、按钮、行程开关等电器元件，用导线按一定方式连接起来组成的。作用是实现对电力拖动系统的启动、调速、反转和制动等运行性能的控制，实现对拖动系统的保护，满足生产工艺要求，实现生产过程自动化。特点是线路简单，设计、安装、维护方便，价低，可靠。,各种生产机械的电气控制设备有着各种各样的电气控制线路。这些控制线路无论是简单，还是复杂，一般都是由一些基本控制环节组成。在分析控制线路原理和判断其故障时，一般都是从这些基本控制环节入手。只要对控制线路基本环节及对典型线路进行分析，再结合生产工艺要求，就容易掌握电气控制线路的分析阅读方法和设计方法。,2.1绘制电气控制线路的若干规则2.2电气控制的基本控制环节2.3电气控制的基本控制原则2.4三相交流电动机的启动控制2.5三相异步电动机制动控制2.6电动机的可逆运行2.7三相异步电动机调速控制2.8电气控制线路中的保护环节课堂讨论,问题的提出1：设计一台笼型异步电动机的控制电路。要求：有两地控制、有正反转控制，有过载保护和短路保护。设计出主电路和控制电路，列出所用的电器清单。如何布置？如何接线？课堂讨论1：讨论设计思路和方法，画出主电路和控制电路，列出所用的电器清单。,问题的提出,问题的提出2：设计一个2台异步电动机的控制电路，要求：第1台电动机启动运行3s后，第2台电动机自行启动，运行5s后，电动机全部停止。设计出主电路和控制电路，列出所用的电器清单。如何布置？如何接线？课堂讨论2：讨论设计思路和方法，画出主电路和控制电路，列出所用的电器清单。,问题的提出3：设计3个彩灯的控制电路。要求：按下按钮SB2，彩灯能按顺序每隔2s依次点亮；按下按钮SB1，全部灯熄灭。设计出主电路和控制电路，列出所用的电器清单。如何布置？如何接线？课堂讨论3：讨论设计思路和方法，画出主电路和控制电路，列出所用的电器清单。,2.1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。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，并用不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。,绘制电气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，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。电气控制系统图一般包括：电气原理图、电气布置图和电气安装接线图。,一、电气控制线路图和常用符号（一）常用电气图形符号和文字符号在绘制电气线路图时，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。如表为电气图形符号表，所用图形符号符合GB4728电气图用图形符号有关规定。如表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GB7159-87电气技术中的文字符号制订通则的规定。,（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分。主电路是电气控制线路中通过强电流的部分，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、熔断器等组成的线路。辅助电路是通过较小电流的部分，包括控制电路、照明电路、信号电路及保护电路。,由继电器的线圈和触点、接触器的线圈和辅助触点、按钮、照明灯、信号灯、控制变压器等电气元件组成。一般来说，信号电路是附加的，如果将它从辅助电路中分开，并不影响辅助电路工作的完整性。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。,1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开的形式绘制。它包括所有电气元件的导电部件和接线端点，但并不按照电气元件的实际位置来绘制，也不反映电气元件的尺寸大小。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规定的图形符号和文字符号来表示。（2）主电路用粗实线绘制在图的左侧或上方，辅助电路用细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他元件，均应按功能布置，各元件尽可能按动作顺序从上到下、从左到右排列。,2013.3.22.（自动化10）,（4）在原理图中，同一电路的不同部分（如线圈、触点）应根据便于阅读的原则安排在图中。为了表示是同一元件，要在电器的不同部分使用同一文字符号来标明。对于同类电器，必须在名称后或下标加上数字序号以区别，如KM1、KM2等。,（5）所有电器的可动部分均以自然状态画出。自然状态是指各种电器在没有通电和没有外力作用时的状态。对于接触器、电磁式继电器等是指其线圈未加电压，触点未动作；对于控制器按手柄处于零位时的状态画；对于按钮、行程开关触点按不受外力作用时的状态画。,（6）原理图上应尽可能减少线条和避免线条交叉。各导线之间有电的联系时，在导线的交点处画一个实心圆点。根据图面布置的需要，可以将图形符号旋转90o、180o或45o绘制。（7）在继电器、接触器线圈的下方均列有触点表以说明线圈和触点的从属关系，即“符号位置索引”。即是在相应线圈的下方给出触点所在的图区号（有时也可以省略），对未使用的触点用“”表明或不作表明。,接触器各栏表示的含义如下：左栏中栏右栏主触点所在图区号辅助动合触点所在图区号辅助动断触点所在图区号继电器各栏表示的含义如下：左栏右栏动合触点所在图区号动断触点所在图区一般来说，原理图的绘制要求是层次分明，各电气元件以及它们的触点安排要合理，并保证电气控制线路运行可靠，节省连接导线，以及施工、维修方便。,2图面区域的划分为了便于检索电气线路，方便阅读电气原理图，应将图面划分为若干区域。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。例如，如图为CM6132普通车床电气原理图，在图中图面划分为18个图区。,图2-1CM6132普通车床电气原理图,如图所示为CW6132普通车床电气原理图，在图中图面划分为7个图区。此外，在绘制电气控制线路图中的支路、元件和接点时，一般都要加上标号。主电路标号由文字和数字组成。文字用以标明主电路中的元件或线路的主要特征，数字用以区别电路的不同线段。,如三相交流电源引入线端采用L1、L2、L3标号，电源开关后的三相交流电源主电路和负载端分别表U、V、W。如U11表示电动机的第一相的第一个接点，依次类推。控制电路的标号（端点号）由3位或3位以下的数字组成，并按照从上到下、从左到右的顺序标号。凡是被线圈、触点、电阻、电容等元件所间隔的接线端点，都应标以不同的线号。,CW6132型普通车床的工作原理：主电路：电压380V，两台三相异步电动机M1（主轴电机）和M2（冷却电机），M1由接触器KM控制，M2由转换开关SA1控制。控制电路：电压380V。照明电路、信号电路：电源电压380V，使用控制变压器380V/24V-6.3V降压。,合上电源开关QS，按下起动按钮SB2，接触器线圈KM得电，KM动作，自锁，电动机M1起动运行。按下停止按钮SB1，KM断电，复位，电动机M1停止。合上开关SA1，电动机M2起动运行。断开开关SA1，电动机M2停止。,照明电路：电压24V。合上开关SA2，照明灯EL亮；断开开关SA2，照明灯EL灭。信号电路：电压6.3V。合上电源开关QS，信号灯HL亮；断开电源开关QS，信号灯HL灭。保护电路：FU1、FU2、FU3、FU4短路保护，FR过载保护。SB2和KM配合具有欠压和失压保护。,（三）电气安装图电气安装图是用来表示电气控制系统中各电气元件的实际安装位置和接线情况，它包括电器位置图和互连图（接线图）两部分。1.电器位置图（布置图）电器位置图详细绘制出电气设备零件的安装位置。图中各电气元件的代号应与有关电路图对应的元器件代号相同，在图中往往留有10以上的备用面积及导线管（槽）的位置，以供改进设计时用。,如图所示为CW6132型普通车床的电器元件布置图。（电器安装板布置图）,2.电气互连图（接线图）电气互连图是用来表明电气设备各单元之间的连接关系。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，在具体施工和检修中能够起到电气原理图所起不到的作用，因此在生产现场中得到了广泛应用。国家标准GB6988.5-86“电气制图、接线图和接线表”详细规定了安装接线图的编制规则。,主要规则有：（1）在接线图中，一般都应标出项目的相对位置、项目代号、端子间的电连接关系、端子号、导线号、导线类型、截面积等。（2）同一控制盘上的电气元件可直接连接，而盘内元器件与外部元器件连接时，必须经接线端子板进行。（3）接线图中各电气元件的图形符号和文字符号都应以原理图为准，并保持一致。,（4）互连接线图中的互连关系可以用连续线、中断线或线束表示，连接导线应注明导线根数、导线截面积等。如图所示是CW6132型普通车床的电气安装接线图。图中表明了该电气设备中电源进线、开关、按钮、照明灯、信号灯、电动机与电器安装板接线端之间的连接关系，也标注了所采用的连接导线的根数、截面积等。,二、阅读和分析电气控制路线图的方法阅读电气线路图的方法主要有两种：查线读图法和逻辑代数法。1查线读图法查线读图法又称直接读图法或跟踪追击法。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。,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在分析电气线路之前，应该熟悉生产机械的工艺情况，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，要求油泵先给齿轮箱供油润滑，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，对控制线路提出了按顺序工作的联锁要求。（2）分析主电路在分析电气线路时，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，大致判断电动机是否有起动控制、正反转控制、制动控制和调速要求等。,图2-2车床主电路和控制线路图,例如，在如图所示的电气线路的主电路中，主拖动电动机M1电路主要由接触器KM2的主触点和热继电器FR1组成。从图中可以断定，主拖动电动机M1采用全压直接起动方式。热继电器FR1作电动机M1的过载保护，熔断器FU1作短路保护。油泵电动机M2电路由接触器KM1的主触点和热继电器FR2组成，该电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FU1作其短路保护。,（3）分析控制电路及其他电路通常对控制电路按照由上往下或由左往右依次阅读，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，一个环节一个环节地分析，然后把各环节串起来。首先，记住各信号元件、控制元件或执行元件的原始状态；然后，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其他元件动作的，进而查看受驱动的执行元件有何运动。,再继续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态变化时，执行元件如何动作。在读图过程中，特别要注意相互的联系和制约关系，直至将线路全部看懂为止。,例如，图中电气线路的主电路，可以分成电动机M1和M2两个部分，其控制电路也可相应地分解成两个基本环节。其中，停止按钮SB1和启动按钮SB2、热继电器触点FR2、接触器KM1线圈构成电动机M2直接启动电路；不考虑接触器KM1的常开触点，接触器KM2线圈、热继电器触点FR1、按钮SB3和SB4也构成电动机M1直接启动电路。这两个基本环节分别控制电动机M2和M1。,其控制过程如下：合上刀闸开关QS，按启动按钮SB2：接触器KM1吸引线圈得电，其主触点KM1闭合，油泵电动机M2启动。同时，KM1的一个辅助触点对启动按钮SB2自锁闭合，使电动机M2正常运转；另一个串在KM2线圈电路中的辅助触点闭合，为KM2通电作好准备。按下停止按钮SB1：接触器KM1的吸引线圈失电，KM1主触点断开，油泵电动机M2失电停转。,同理，可以分析主拖动电动机M1的起停控制线路。（自行分析）工艺上要求M1必须在油泵电动机M2正常运行后才能启动工作，因此，应将油泵电动机接触器KM1的一个常开辅助触点串入主拖动电动机接触器KM2的线圈电路中，以实现只有接触器KM1通电后，KM2才能通电的顺序控制，即只有在油泵电动机M2启动后，主拖动电动机M1才能启动。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，叙述也较长。,*2逻辑代数法逻辑代数法又称间接读图法，是通过对电路的逻辑表达式的运算来分析控制电路的，其关键是正确写出电路的逻辑表达式。在继电接触器控制线路中逻辑代数规定如下：继电器、接触器线圈得电状态为“1”，线圈失电状态为“0”；继电器、接触器控制的触点闭合状态为“1”，断开状态为“0”。,为了清楚地反映元件状态，元件线圈、常开触点（动合触点）的状态用相同字符（例如接触器为KM）来表示，而常闭触点（动断触点）的状态以表示。若KM为“1”状态，则表示线圈得电，接触器吸合，其常开触点闭合，常闭触点断开。得电、闭合都是“1”状态，而断开则为“0”状态。若KM为“0”状态，则与上述相反，表示线圈断电，接触器复位，其常开触点断开，常闭触点闭合。,在继电接触器控制线路中，把表示触点状态的逻辑变量称为输入逻辑变量；把表示继电器、接触器等受控元件的逻辑变量称为输出逻辑变量。输出逻辑变量是根据输入逻辑变量经过逻辑运算得出的。输入、输出逻辑变量的这种相互关系称为逻辑函数关系，也可用真值表来表示。,(a)逻辑非(b)逻辑与(c)逻辑或图2-3基本逻辑电路图,1）逻辑非图（a）所示电路实现逻辑非运算。其公式为：KM=该公式的含意是：当KA1，0，常闭触点KA断开，则KM0，线圈不得电；当KA0，1，常闭触点KA闭合，则KM1，线圈得电吸合。逻辑非运算规则：,0=11=0,（2）逻辑与逻辑与用触点串联实现，图（b）所示的KA1和KA2触点串联电路实现了逻辑与运算，逻辑与运算用符号“”表示。其公式为：KM=KA1KA2该公式的含意是：只有当KA11与KA21时，KM1，否则便为0。对于电路来说，只有当触点KA1与KA2都闭合时，线圈KM才得电，为“1”状态。逻辑与的运算规则是：000010100111,（3）逻辑或逻辑或用触点并联电路实现，图（c）所示的并联电路实现逻辑或运算，逻辑或运算用符号“+”表示。其公式为：KM=KA1+KA2该公式的含意是：当KA11或KA21时，KM1。对于电路来说，触点KA1或KA2任一个闭合时，线圈KM都得电为“1”。逻辑或的运算规则是：000011101111,逻辑代数法读图的优点是，各电气元件之间的联系和制约关系在逻辑表达式中一目了然。通过对逻辑函数的具体运算，一般不会遗漏或看错电路的控制功能。而且采用逻辑代数法后，对电气线路采用计算机辅助分析提供了方便。该方法的主要缺点是，对于复杂的电气线路，其逻辑表达式很繁琐冗长。,返回,2.2电气控制的基本控制环节,异步电动机的起动、停止、保护电气控制线路是广泛应用的，也是最基本的控制线路。电气控制电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。如图所示控制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。,图2-4简单的起停、保护控制线路,如图所示为用开关（刀开关、组合开关或空气开关）控制的电动机直接起动和停止的电路。具有短路保护。这种电路一般只适用于不频繁起动的小容量电动机，它不能实现自动控制和远距离控制，也不能实现零压、欠压和过载保护。,一.手动控制,生产机械在正常工作时需要长动控制，但在试车或进行调整工作时，就需要点动控制，点动控制也叫短车控制或点车控制。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。点动的含义是：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，即点一下，动一下，不点则不动。,二.点动控制,点动控制电路是用按钮和接触器控制电动机的最简单的控制电路，如图所示。其原理图分为：主电路和控制电路。主电路的电源引入采用隔离开关QS，电动机的电源由接触器KM的主触点的通、断来控制。具有短路保护、欠压和零压保护；短时运行，无需过载保护。,其工作原理：首先合上电源开关QS。起动时：按下SBKM线圈得电KM主触点闭合电动机M运转停止时：松开SBKM线圈失电KM主触点分断电动机M停转这种当按钮按下时电动机就运转，但按钮松开后电动机就停止的控制方式称为点动控制。,如图（a）所示为接触器自锁控制电路。它是一种广泛采用的连续运行控制电路。是在点动控制电路的基础上又在控制电路中增加了一个停止按钮SB1，还在起动按钮SB2的两端并接了接触器的一对辅助动合触点KM。此外，由于电动机是连续工作，所以还增设了热继电器FR作为电动机的过载保护，它的动断触点串联在控制回路中，发热元件串接在主回路中。,三自锁控制（连续控制或长动）,工作原理：首先合上电源开关QS。,当松开SB2后，由于KM辅助动合触点闭合，KM线圈仍然得电，电动机M继续运转。这种依靠接触器自身辅助动合触点使其线圈保持通电的现象称为自锁（或称自保），起自锁作用的辅助动合触点称为自锁触点（或称自保触点）。这样的控制线路称为具有自锁（或称自保）的控制电路。,控制电路中的保护环节：（1）短路保护图（a）中由熔断器FU1、FU2分别对主电路和控制电路进行短路保护。为了扩大保护范围，在电路中熔断器应安装在靠近电源端，通常在电源开关下面。（2）过载保护图（a）中由热继电器FR对电动机进行过载保护。当电动机工作电流长期超过额定值时，FR的动断触点会自动断开控制电路，使接触器线圈失电释放，而使电动机停转，实现过载保护作用。,（3）欠压和失压保护图（a）中由接触器本身的电磁机构能实现欠压和失压保护。当电源电压过低或失去电压时，接触器的衔铁自行释放，电动机断电停转；而当电压恢复正常时，要重新操作起动按钮，才能使电动机再次运转，这样可以防止重新通电后因电动机自行运转而发生的意外事故。,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；（引起转速下降，电流增大。）失压保护可以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，电动机突然起动运转，造成设备和人身事故。,图（b）所示是既能进行点动又能进行自锁控制的电路，称为点动和自锁混合控制电路。图中，SB2为连续运转起动按钮，当按下按钮SB2时，其工作原理与自锁控制电路的工作原理相同。SB3为点动按钮，是复合按钮，当按下按钮SB3时，接触器KM线圈得电，其三个主触点闭合，电动机通电运转（此时，SB3的动断触点分断，KM辅助动合触点的自锁不起作用）。,四点动和自锁混合控制,当松开SB3时，接触器KM线圈失电，主触点分断，电动机M断电停转。点动控制时，按下点动按钮SB3，其常闭触头先断开自锁电路，常开触头后闭合，接通起动控制电路，KM线圈通电，主触头闭合，电动机起动运转。（SB3触头先断后合）当松开SB3时，其常开触头先断开，常闭触头后闭合自锁电路，KM线圈断电，主触头断开，电动机停止运转。（SB3触头先断后合）,此电路虽然长动与点动按钮分开了，但当接触器铁心因剩磁而发生缓慢释放时，会有点动变长动的危险。（即SB3与KM复位速度不匹配，若点动时，松开SB3，其常闭触点复位后，而KM还未复位，则可能转为长动。）此电路从连续运行到点动控制时，不需要先停机，可直接按下SB3按钮。如图（b）是采用中间继电器KA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,图（b）的工作原理：按下长动按钮SB2，继电器KA得电，它的两个常开触点闭合，使接触器KM得电，电动机长动运行，只有按下停止按钮SB1时，电动机才断电停转。要实现点动，只有先按下停止按钮SB1后，再按下点动按钮SB3，电动机起动运行；松开按钮SB3，电动机断电，停止转动。此电路不能直接按下SB3实现点动控制。此电路多用了一个中间继电器KA，从经济上看差些，但其可靠性提高，不会出现点动变长动现象。,可知，电动机长动与点动控制的关键环节是自锁触点是否接入，且自锁回路是否起作用。若能实现自锁，则电动机实现连续运转控制；若断开自锁回路，则电动机实现点动控制。长动控制：具有自锁的控制线路；点动控制：无自锁的控制线路。不同之处：长动在控制电路的起动控制按钮两端并联了一个接触器的辅助常开触点KM（有自锁功能，即自锁回路起作用），另外，在控制电路中串联了一个停止按钮（常闭）。,联锁控制包括：顺序控制和互锁控制。（一）顺序控制电路在多电动机驱动的生产机械中，各台电动机所起的作用不同，设备有时要求某些电动机按一定的顺序起动并工作，以保证操作过程的合理性和设备工作的可靠性。如铣床工作台（放置工件）的进给电动机必须在主轴（刀具）电动机起动的条件下才能起动。,五.联锁控制,如果先进给运动再主轴铣刀旋转运动，则可能发生铣刀与工件相撞危险。实现顺序控制要求的电路称为顺序控制电路。常用的顺序控制电路有两种：一种是主电路的顺序控制；一种是控制电路的顺序控制。1主电路的顺序控制如图所示是主电路实现电动机的顺序起动控制电路。,电动机M1、M2分别通过接触器KM1、KM2来控制，接触器KM2的3个主触点串在接触器KM1主触点的下方。保证了只有当KM1闭合，电动机M1起动运转后，KM2才能使M2得电起动运转，满足了电动机M1、M2顺序起动的要求。图中，起动按钮SB2、SB3分别用于两台电动机的起动控制，按钮SB1用于电动机的同时停止控制。,工作原理：按下SB2，KM1动作，自锁，M1启动；按下SB3，KM2动作，自锁，M2启动；按下SB1，KM1、KM2复位，M1、M2停止。控制电路特点：M1启动后，M2才能启动；M1、M2同时停机。,2控制电路的顺序控制如图所示为控制电路实现电动机的顺序起动控制电路。图（a）中接触器KM2的线圈串联在接触器KM1的自锁触点的下方，就保证了只有当KM1的线圈得电自锁，电动机M1起动后，KM2的线圈才能得电自锁，使电动机M2起动。图中，接触器KM1的辅助动合触点具有自锁和顺序控制的双重功能。,工作原理：按下SB2，KM1动作，自锁，联锁，M1启动；按下SB3，KM2动作，自锁，M2启动；按下SB1，KM1、KM2复位，M1、M2停止。控制电路特点：M1启动后，M2才能启动；M1、M2同时停机。,图（b）是将图（a）中的KM1的辅助动合触点自锁和顺序控制的功能分开，专门用一个KM1的辅助动合触点作为顺序控制触点，串联在接触器KM2的线圈回路中。当接触器KM1的线圈得电自锁，其辅助动合触点闭合后，接触器KM2的线圈才具备得电工作的先决条件，同样可以实现顺序起动控制的要求。在该线路中按停止按钮SB1两台电动机同时停转，按SB2可以控制电动机M2单独停转。,工作原理：按下SB3，KM1动作，自锁，联锁，M1启动；按下SB4，KM2动作，自锁，M2启动；按下SB1，KM1、KM2复位，M1、M2停止；按下SB2，KM2复位，M2停止。控制电路特点：M1启动后，M2才能启动；M1停止，M2也停止；M2可以单独停止。,图（c）电路除具有顺序起动控制功能外，还能实现逆序停车的功能。图中，接触器KM2的辅助动合触点并联在停止按钮SB1的动断触点的两端，只有接触器KM2的线圈失电，电动机M2停转后，操作SB1才能使接触器KM1的线圈失电，而使电动机M1停转，即可实现M1、M2的顺序起动，逆序停车的控制要求。,工作原理：按下SB3，KM1动作，自锁，联锁，M1启动；按下SB4，KM2动作，自锁，联锁，M2启动；按下SB2，KM2复位，M2停止。按下SB1，KM1复位，M1停止；控制电路特点：M1启动后，M2才能启动；M2停止后，M1才能停止；M2可以单独停止。,车床主轴转动时要求油泵M1先起动后主拖动电动机M2才允许起动，也就是对控制线路提出了按顺序工作的联锁要求。如图是顺序启动控制线路，图（a）是将油泵电机接触器KM1的常开触点串入主拖动电动机接触器KM2的线圈电路中来实现的，只有当KM1先动作，KM2才能动作，起到了顺序控制的作用。图（b）的接法可以省去KM1的常开触点，使线路得到简化。,图2-5(a)顺序起动顺序停止控制线路(b)简化电路,（二）互锁控制互锁控制可以使两个接触器不能同时工作，起互斥作用。即甲接触器工作时，乙接触器不能动作，反之也然。当需要KM2动作后不允许KM3动作，则将KM2的常闭触点串联于KM3的线圈电路中；同样，当需要KM3动作后不允许KM2动作，则将KM3的常闭触点串联于KM2的线圈电路中；如图所示。当按下SB2时，KM2动作，自锁，互锁，反之也然，当按下SB3时，KM3动作，自锁，互锁。,图2-22“正停反”手动控制线路,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：常开启动按钮要并联，常闭停止按钮应串联。以实现任何一个起动按钮按下都可以起动；任何一个停止按钮按下都可以停止。如图就是实现三地控制的控制电路。图中SB-Q1和SB-T1，SB-Q2和SB-T2，SB-Q3和SB-T3为一组，装在一起，固定于生产设备的3个地方；起动按钮SB-Q1、SB-Q2和SB-Q3并联，停止按钮SB-T1、SB-T2和SB-T3串联。,六.多地点控制,2013.3.25.（自动化10）,图2-6三地控制的控制电路,如图所示为两地起停控制，其工作原理：按下启动按钮SB3或SB4，KM得电动作，自锁，电动机M启动运行。按下停止按钮SB2或SB1，KM断电复位，电动机M停止运行。,返回,2.3电气控制的基本控制原则,电气控制线路主要实现起动、制动、正反转和顺序控制等，通常使用时间、电流、转速和位置参量作为控制量，来实现不同的工作状态变换。,一.时间原则控制,时间原则是根据电路中时间的变化来控制不同状态的切换，采用时间继电器来完成，由于时间继电器的延时可以较为准确地整定，当时间继电器延时到，就切换进入下一个工作状态。这种使用时间继电器控制线路中各电器的动作顺序，称为时间原则控制线路。,如图所示，当按下启动按钮SB2后，接触器KM1线圈得电，动作，KM1常开触点自锁，同时时间继电器KT得电，KT开始延时；当KT延时时间到，KT延时常开触点闭合，KM2线圈得电，动作，KM2常开触点自锁，KM2常闭触点断开，KM1线圈断电，KM1复位。KT也复位。时间继电器的延时时间可以根据不同类型的时间继电器延时范围来选择，并可以根据系统要求进行微调。,二.电流原则控制,电流原则控制是指根据电路中电流的变化来控制不同状态的切换，使用电流继电器来实现，当电路中的电流达到电流继电器的设定值时，触点动作，切换进入下一个工作状态。如图所示，由于绕线式异步电动机启动时转子电流较大，在启动过程中电流逐渐减小，所以，使用欠电流继电器进行控制。当启动过程中电流由大变小，欠电流继电器刚开始触点动作，当电流达到释放值时，欠电流继电器的触点复位。,图中，KI1、KI2、KI3为欠电流继电器，其线圈串联在转子电路中，这3个继电器线圈的吸合电流相同，但释放电流不同，即KI1释放电流KI2释放电流KI3释放电流。当启动开始时电流较大，KI1、KI2、KI3触点都动作，即常闭触点断开，KM1、KM2、KM3的线圈都不得电，电阻全部串入；,随着电流的减小，电流继电器依次按KI1、KI2、KI3的顺序复位，其对应的常闭触点闭合，则KM1、KM2、KM3在控制电路中的线圈依次得电。从而依次切除转子所串入的各级电阻。,三.转速原则控制,转速原则控制是指根据电动机转速的变化来控制不同状态的切换。使用速度继电器来实现，当电动机的转速大于设定值时，触点动作，常用于制动控制电路中。如图（a）所示，速度继电器KS是与电动机同轴运行的，其转子在主电路中与电动机连接；,图（b）所示，按下SB2，KM1得电，动作，自锁、联锁，电动机启动运行。当电动机正常运行时，KS常开触点闭合。按下停止按钮SB1，接触器KM1线圈先断电，复位，KM2线圈后得电，自锁、联锁，接入反向电源，开始反接制动，电动机减速，当电动机转速下降到接近零时（100r/min），KS常开触点断开，KM2断电，复位，切除电源，反接制动结束。这样就可以在电动机转速接近零时自动将电源切断。,四.位置原则控制,位置原则控制是指根据位置的变化来控制不同状态的切换。使用行程开关来实现。当工件移动并压到行程开关时，其触点动作，从而控制进入不同的工作状态。常用于工作台的往复运动、步进控制、刀具进给等。如图所示，使用行程开关实现步进控制，由行程开关SQ1、SQ2、SQ3分别控制工作状态，工件位置行进到SQ1时接通KM2，行进到SQ2时接通KM3，行进到SQ3时结束加工过程。,按下SB2，KM1、KA1得电，动作，KA1自锁、联锁；到达SQ1，SQ1动作，KM2、KA2得电，动作，KA2自锁、联锁，KM1、KA1断电复位；到达SQ2，SQ2动作，KM3、KA3得电，动作，KA3自锁、联锁，KM2、KA2断电复位；到达SQ3，SQ3动作，KA4得电，动作，KA4自锁、联锁，KM3、KA3断电复位，结束加工过程。任何时候按下SB1，全部断电复位，停止工作。,返回,2.4三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。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。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。,在变压器容量允许的情况下，鼠笼式异步电动机应该尽可能采用全压直接起动，即起动时将电动机的定子绕组直接接在交流电源上，电动机在额定电压下直接起动。直接起动既可以提高控制线路的可靠性，又可以减少电器的维修工作量。,一.三相鼠笼式异步电动机全压起动控制,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、停止的自动控制。单向长动控制的电路图即为前面如图所示的起、保、停电路。,鼠笼式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流的47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。,二.三相鼠笼式异步电动机降压起动,判断一台电动机能否全压起动的一般规定是：电动机容量在10kW以下者，可直接起动；10kW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压器容量的经验公式来估计：,式中：Iq电动机全电压起动电流（A）；Ie电动机额定电流（A）。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。有时，为了限制和减少起动转矩对机械设备的冲击作用，允许全压起动的电动机，也多采用降压起动方式。,1自耦变压器降压起动控制线路自耦变压器又称为起动补偿器。电动机起动时，定子绕组得到的电压是自耦变压器的二次电压，一旦起动完毕，自耦变压器便被切除，电动机进入全电压运行。自耦变压器的次级一般有3个抽头，可得到3种数值不等的电压，使用时可根据起动电流和起动转矩的要求灵活选择。,自耦变压器降压起动控制线路如图所示。自耦变压器降压起动的工作原理：采用时间继电器来完成自耦变压器的降压起动过程的切除。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，称为时间原则控制线路。,图2-9自耦变压器降压起动控制线路图,线路的工作原理：合上刀闸开关QS，按下启动按钮SB2，接触器KM1得电动作，自锁，联锁，电动机M经自耦变压器降压起动。同时，时间继电器KT得电，延时动作，延时时间到，其常开触点闭合，中间继电器KA得电动作，自锁，联锁，KM1断电复位，将自耦变压器切除；KT断电复位；KM2得电动作，联锁，电动机M直接接入电源，使电动机在额定电压下正常工作。按下停止按钮SB1，KM2断电复位，KA断电复位，电动机M停止运行。,这里由于KM2辅助触点不够用，所以使用了一个中间继电器KA。此控制电路只适合于控制小容量的电动机。对于大容量的电动机应增加一个接触器。常用的自耦变压器降压起动装置分为：手动和自动两种操作形式。手动操作的自耦补偿起动器有QJ3、QJ5等系列；自动操作的自耦补偿起动器有XJ3、CTZ等系列。,实际应用中，自耦变压器的二次侧有电源电压的65%、73%、80%等抽头，使用时应根据负载情况及供电系统要求选择一个合适的抽头。以XJ01系列自耦补偿起动器的控制线路为例。如图所示为XJ01系列自耦补偿起动器的控制线路。,自耦补偿起动器的控制线路由主电路、控制电路和指示电路组成。自耦变压器的二次侧备有65%和80%两挡抽头，出厂时接在73%抽头上。主电路中自耦变压器T和接触器KM1的主触点构成自耦变压器起动器。接触器KM2的主触点用以实现全压运行。起动过程按时间原则控制，其工作原理为：首先合上电源开关QS，电源指示灯HL1亮。,停止时，按下停止按钮SB1，KA、KM2断电复位，电动机M停止，运行指示灯HL3灭，电源指示灯HL1亮。图中，控制电路选用中间继电器KA，用以增加触点个数和提高控制电路设计的灵活性。指示电路用于通电、起动、运行指示。该电路还具有短路保护、过载保护和失压保护。,电动机降压起动时，定子绕组得到的电压是自耦变压器的二次侧电压U2，自耦变压器的变比为K=U1/U21。因为当利用自耦变压器将起动时电压降为额定电压的1/K时，电网供给的起动电流减小到1/K2；而起动转矩也降为直接启动的1/K2；所以，自耦变压器降压起动常用于空载或轻载起动。,自耦变压器降压起动方法适用于起动较大容量且正常工作接成星形或三角形的电动机，起动转矩可以通过改变抽头的连接位置得到改变。此方法比其他方法的启动转矩大，使用灵活、方便，是最常用的降压启动方法。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。,2Y-降压起动控制线路Y-降压起动是在起动时将电动机定子绕组接成Y形，每相绕组承受的电压为电源的相电压（220V），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电压（380V），电动机进入正常运行。Y-降压起动的自动控制线路如图所示。Y-降压启动控制线路的设计思想是按时间原则控制。,图2-10Y-降压起动控制线路图,线路工作原理：按下启动按钮SB2，接触器KM1得电动作，自锁，同时接触器KM3得电动作，联锁，电动机M按Y接启动；同时，时间继电器KT得电延时动作，延时时间到，其常闭触点断开，KM3断电复位；其常开触点闭合，接触器KM2得电动作，自锁，联锁，电动机M按接运行。KT断电复位。按下停止按钮SB1，KM1、KM2断电复位，电动机M停止运行。,KM2和KM3不允许同时动作，应进行互锁控制。以免造成电源短路。Y-降压起动适用于正常运行时定子绕组为三角形联接且三相绕组六个抽头均引出的电动机。一般功率在4kW以上的三相笼型异步电动机均为三角形接法，所以均可以采用Y/降压启动方法，来限制启动电流。Y-降压起动的控制线路已做成专用的起动设备，如QX3系列。,三相鼠笼式异步电动机采用Y-降压起动时，定子绕组Y形接法时，起动电压为直接采用接法时的，起动电流为三角形接法时的1/3，因而起动电流特性好。其缺点是起动转矩也相应下降为三角形接法的1/3，转矩特性差。本线路适用于轻载或空载起动的场合。Y-降压起动的优点是起动设备简单，成本低，运行比较可靠，维护方便，被广泛应用。,3.定子串电阻（或电抗）降压起动控制电路这种方法起动时，在电动机的定子绕组中串接电阻，通过电阻的分压作用，使电动机的定子绕组上的电压减小，待起动完毕后，将电阻切除，使电动机在额定电压下正常运转。如图所示是其控制电路。,工作原理：启动时，首先合上电源开关QS。停止时，按下停止按钮SB1，KM2断电，触点复位，电动机M停止。,采用定子串电阻降压起动方式，不受电动机接线型式的限制，设备简单、经济，得到广泛应用。其缺点是，减小了电动机的起动转矩，在电阻上功率损耗较大。可以用电抗器代替电阻，以减小功率损耗，但价格高。此起动方法使起动电流降到直接起动的1/a倍（a=I1Q前/I1Q后），起动转矩要降到直接起动的1/a2，只能适用于空载或轻载起动。,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十分突出。三相绕线式异步电动机的优点是可以在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，提高转子电路的功率因数和增加起动转矩的目的。,*三.三相绕线式异步电动机起动控制,一般在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。例如桥式起重机吊钩电动机、卷扬机等。转子绕组串接电阻起动,只要电阻值大小选择合适，减小的转子电流中有功分量增大,转子功率因数可以提高，电动机的起动转矩也增大，从而具有良好的起动特性。（T=CMmIcos）绕线式异步电动机转子串接对称电阻后，其人为特性如图所示。,图2-11转子串接对称电阻时的人为特性,从图中的曲线可以看出，串接电阻RQ值愈大，起动转矩也愈大，临界转差率Si也愈大，特性曲线的倾斜度愈大。因此，改变串接电阻RQ可作为改变转差率调速的一种方法。当串接电阻大于图中所标的3RQ时，起动转矩反而降低。三相绕线式异步电动机可采用转子串接电阻和转子串接频敏变阻器两种起动方法。,1转子串接电阻起动控制线路在电动机起动过程中，采用分级起动，串接的起动电阻级数愈多，电动机起动时的转矩波动就愈小，起动愈平滑。起动电阻被逐段的切除，电动机转速不断升高，最后进入正常运行状态。设计思想：这种控制线路既可按时间原则组成控制线路，也可按电流原则组成控制线路。,1）按时间原则组成的绕线式异步电动机起动控制线路如图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，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,线路工作原理为：合上刀闸开关QS，按下起动按钮SB2：接触器KM线圈得电，其主触点闭合，将电动机转子串入全部电阻进行起动，KM常开辅助触点闭合自锁，联锁。时间继电器KT1得电，时间继电器KT1的常开触点经一定延时后闭合，使接触器KM1线圈得电吸合，主触点闭合，切除第1级起动电阻1RQ。同时，KM1联锁，其常开辅助触点闭合，使时间继电器KT2线圈得电。,时间继电器KT2的常开触点经一定延时后闭合，使接触器KM2线圈得电吸合，主触点闭合，短接第2级起动电阻2RQ。同时，KM2联锁，其常开辅助触点闭合，时间继电器KT3线圈得电。时间继电器KT3的常开触点经一定延时后闭合，使接触器KM3线圈得电吸合，并自锁，主触点闭合，短接第3级起动电阻3RQ。同时，KM3联锁，其常闭触点断开，切断时间继电器KT1线圈电源，使KT1、KM1、KT2、KM2、KT3依次释放。起动过程全部结束。,当电动机进入正常运行时，只有KM3和KM保持得电吸合状态，其它电器全部复位。按下停止按钮SB1：KM线圈失电，复位，KM3复位，切断电动机电源，电动机M停转。启动完毕正常运行时，线路仅有KM3、KM通电工作，其他电器全部停止工作，可节省电能、延长电器使用寿命、提高电路工作可靠性。,为了防止由于机械卡阻等原因，使接触器KM1、KM2、KM3不能正常工作（断电时，触点未复位），使得启动时带部分电阻或不带电阻，造成冲击电流过大，损坏电动机，采用KM1、KM2、KM3三个辅助常闭触点串接于启动回路中，来消除这种故障的影响。若断电后，三个接触器触点未同时复位，则按下启动按钮SB2不能启动。,2）按电流原则组成的绕线式异步电动机起动控制线路按电流原则起动控制是指通过欠电流继电器的释放值设定进行控制，利用电动机起动时转子电流的变化，来控制转子串接电阻的切除。如图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，KI1、KI2、KI3为电流继电器。这3个继电器线圈的吸合电流相同，但释放电流不一样，KI1释放电流KI2释放电流KI3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,线路工作原理为：合上刀闸开关QS，按下起动接钮SB2：接触器KM和中间继电器KA线圈相继吸合。刚开始起动时，冲击电流很大，KI1、KI2和KI3的线圈都吸合，其在控制电路中的常闭触点均断开，接触器KM1、KM2、KM3的线圈都不动作，其接于转子电路中的常开主触点均断开，全部电阻接入转子。,当电动机速度升高后，转子电流逐渐减少，KI1首先释放，其控制电路中的常闭触点闭合，使接触器KM1得电吸合，把第1级起动电阻1RQ切除。当1RQ被切除后，随着电动机转速升高，转子电流又减小，电流继电器KI2释放，其常闭触点闭合，使接触器KM2得电吸合，把第2级起动电阻2RQ短接。,当2RQ被切除后，转子电流又减小，电流继电器KI3释放，其常闭触点闭合，使接触器KM3得电吸合，把第3级起动电阻3RQ短接。起动过程结束。正常运行时，KM1、KM2、KM3、KM、KA处于工作状态。KI1、KI2、KI3线圈断电，全部没有电流，处于复位状态。图中的中间继电器KA是为了保证起动时接入全部电阻而设计的。,因为刚起动时，若无KA，电流从零开始，KI1、KI2、KI3都未动作，使KM1、KM2、KM3都动作,全部电阻都被短接，电动机处于直接起动状态；增加了KA，从KM线圈得电到KA的常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KI1、KI2、KI3全部吸合，接于控制电路中的常闭触点全部断开，使KM1、KM2、KM3都未动作,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阻时，电流与转矩是成跃变状态变化，电流与转矩突然增大会产生一定的机械冲击；而且分段级数越多时控制线路越复杂，工作可靠性越低。若改用频敏变阻器来替代起动电阻,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动减小，所以，它是绕线式异步电动机较为理想的起动设备，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。,频敏变阻器是一个铁心损耗很大的三相电抗器，它由数片E形硅钢片叠成，外面再套上绕组，采用Y形接线。将其串入绕线式异步电动机转子回路中，相当于接入一个铁损较大的电抗器。在电动机开始起动时，转速n=0，转子频率f2最高，频敏变阻器的阻抗最大；随着转子频率的减小，其绕组电抗和铁心损耗决定的等效阻抗也随着减小。随