电气控制与PLC：第三章 电气控制线路的基本环节和典型线路

1、第第 3 章章电气控制线路的电气控制线路的 基本环节和典型线路基本环节和典型线路 本章提要本章提要3.1 电气控制线路的绘制原则、图形及文字符号 3.2 电气控制线路的基本规律 3.3 常用典型控制线路 3.4 电气控制线路的设计方法 3.1 电气控制线路的绘制原则、电气控制线路的绘制原则、图形及文字符号图形及文字符号 电气控制线路是用导线将电机、电器、仪表等电气元件按一定的要求和方法联系起来，并能实现某种功能的电气线路。 为了表达生产设备电气控制系统的结构、原理等设计意图，也为了便于进行电器元件的安装、调试、使用和维修，将电气控制线路中各电器元件的联接用一定的图表达出来。3.1.1 常用电气

2、图形符号和文字符号 3.1.2 电气电路图及其绘制原则 3.1.3 电气控制电路图的阅读和分析方法3.1.1 常用电器图形符号和文字符号常用电器图形符号和文字符号我国电气设备国家标准GB4728-2000 电气图用图形符号GB6988-1997 电气制图GB7159-1987 电气技术中的符号制定通则规定从1990.1.1起，电气控制线路中的图形和文字符号必须符合最新的最新的国家标准。电气控制线路图表示方法电气原理图：电气原理图：表示电路各个电气元件导电部件的连接关系和工作原理的图。电器布置图：电器布置图：表明电气原理图中各元器件的实际安装位置，可按实际情况分别绘制，如电气控制箱中的电器元件布

3、置图、控制面板图等。安装接线图：安装接线图：用于电器的安装接线、线路检查、线路维修和故障处理，通常接线图与电气原理图和元件布置图一起使用。这里重点介绍电气原理图。3.1.2 电气线路图及其绘制原则电气线路图及其绘制原则 电气控制线路根据通过电流的大小可分为主电路和控制电路 。属于前者的是流过大电流的电路，如发电机的定子和转子等；属于后者的是流过较小电流的电路如接触器、继电器的吸引线圈以及消耗能量较少的信号电路、保护电路、联锁电路等。主电路 主电路标号由文字符号和数字组成。文字符号用以标明主电路中的元件或线路的主要特征；数字标号用以区别电路的不同线段。三相交流电源引入线采用L1、L2、L3标号，

4、电源开关之后的三相交流电源主电路分别标U、V、W。如U11表示电动机的第一相的第一个接点代号，U21为第一相的第二个接点代号，依次类推。控制电路 控制电路由三位或三位以下的数字组成，交流控制电路的标号一般以主要压降元件（如电器元件线圈）为分界，左侧用奇数标号，右侧用偶数标号。直流控制电路中正极按奇数标号，负极按偶数标号。绘制电气控制原理图一般应遵循的原则1）电气原理图中，所有电器元件的图形、文字符号必须采用国家规定的统一标准。2）原理图一般分主电路和控制电路两部分：主电路是从电源到电动机大电流通过的路径，应画在图面的左侧或上方。控制电路由继电器和接触器的线圈、继电器的触头、接触器的辅助触头、按

5、钮、照明灯、信号灯、控制变压器等电器元件组成，画在图面的右侧或下方。3）控制系统内的全部电机、电器和其它器械的带电部件，都应在原理图中表示出来。而与电路无关的部件(如铁心、支架、弹簧等)无需画出。4）属同一电器元件的不同部分(如接触器的线圈和触头)按其功能和所接电路的不同分别画在不同的电路中，但必须标注相同的文字符号。若有多个同一种类的电器元件，可在表示名称的文字符号后加上数字序号的下标以示区别，如KM1、KM2等。5）所有电器的图形符号，都按没有通电、无外力作用下的开闭状态绘制。对接触器、电磁式继电器等是指其线圈未加电压，而对按钮、行程开关等，则是指其尚未被压合。6）电气原理图应按功能布置，

6、控制电路水平布置或垂直布置时，尽可能按动作顺序从上到下或从左到右的原则绘制。7）电气原理图中，有直接联系的交叉连接点，需用黑圆点表示；无直接联系的交叉连接点则不画。3.1.3 电气控制线路图的阅读和分析方法电气控制线路图的阅读和分析方法 阅读电气线路图的方法主要有两种：查线读图法（直接读图法）和逻辑代数法（间接读图法）。这里只介绍查线读图法，通过对某个电气控制线路的具体剖析，学习阅读和分析电气线路的方法。 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，即熟悉生产机械的工艺情况。必要时可以画出简单的工艺流程图，明确各个动作的关

7、系。此外，还应进一步明确生产机械的动作与执行电器的关系，给分析电气线路提供线索和方便。 例如，某机床主轴转动时，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机起动，也就是控制对象对控制线路提出了按顺序工作的要求。图3-1所示为主拖动电机与润滑电机的顺序起动控制线路图。其中M2是拖动油泵电动机，M1是拖动机床主轴电动机。图3-1 拖动电动机与润滑泵电机的顺序起动控制线路图2.分析主电路 在分析电气线路时，一般应先从电动机着手，即从主电路看有哪些控制元件的主触点、电阻等，根据其组合规律可大致判断电动机是否有正反转控制、制动控制和调速要求等。这样，在分析控制电路的工作原理时

8、，就能做到心中有数，有的放矢。 在图3-1中，主拖动电动机M1电路主要由接触器KM1的主触点和热继电器FR1线圈组成。从图中可以断定，主拖动电动机M1采用全压直接起动。热继电器FR1作M1的过载保护，熔断器FU作短路保护。油泵电动机M2电路与主拖动电机M1的电路相似。3.读图和分析控制电路 根据主电路的控制元件主触点文字符号，在控制电路中找到相应的控制环节以及环节间的相互联系，按照由上往下或由左往右的顺序阅读控制电路图。电气控制线路都是由一些基本的控制环节构成的，在分析线路时，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，分别进行分析。注意那些满足特殊要求的控制环节，把

9、各个环节串起来，就不难读懂全图了。 图3-1的主电路可以按电动机M1和M2分成两个部分，相应控制电路也可相应地分解成两个基本环节。其控制过程分析如下： 合上刀开关QK，按下起动按钮SB4，接触器KM2线圈通电，其主触点闭合，油泵电动机M2直接起动，常开辅助触点KM2（9,11）闭合，保持按钮SB4松开后接触器KM2继续通电，该辅助触点称为自锁触点。 另一对常开辅助触点KM2（5,7）闭合后，主拖动电机才能起动。此时，按下起动按钮SB2，接触器KM1线圈通电，其主触点闭合，主拖动电机M1直接起动，KM1的常开辅助触点闭合，实现自锁功能。按下停止按钮SB3，润滑泵电机停止的同时主拖动电机也停止；按

10、下停止按钮SB1，主拖动电机停止但润滑泵电机继续运转。若电机M2过载，则FR2的常闭触点打开，接触器KM2线圈断电，电机M1、M2停车；若电机M1过载，则FR1的常闭触点打开，接触器KM1线圈断电，电机M1停车，但电机M2继续运行。 3.2 电气控制线路的基本规律电气控制线路的基本规律3.2.1 自锁控制 3.2.2 互锁控制 3.2.3 多地点控制 3.2.4 顺序工作的联锁控制 3.2.5 自动循环控制 3.2.1 自锁控制自锁控制图3-2 自锁控制电路图3-2为三相笼型异步电动机全压起动单向运行控制电路。 3.2.2 互锁控制互锁控制 图3-3 具有互锁功能的正反转控制电路图3-3为三相

11、笼型异步电动机正反转控制电路。 电机正转（或反转）时，按下停止按钮SB1，控制回路断电，接触器KM1（或KM2）线圈断电释放，主触点打开后电动机停止运行。电动机正反转控制必须确保两个接触器在同一时刻只能有一个工作，以免主电路发生短路故障。 上述电动机正反转控制电路中，当电动机正转时，KM1的常闭辅助触头打开，断开反向运行接触器KM2线圈的通电回路；而当电动机反转时，KM2的常闭辅助触头打开，断开正向运行接触器KM1线圈的通电回路，这种利用两个接触器的常闭辅助触头互相控制的方式，叫电气互锁控制，或叫电气联锁控制。起互锁作用的常闭触头叫互锁触头。3.2.3 多地点控制多地点控制 有些电气设备，如大

12、型机床、起重运输机等，为了操作方便，常要求能在多个地点对同一台电动机实现控制。这种控制方法叫做多地点控制。 多地点控制的接线原则是：起动按钮应并联连接，停止按钮应串联连接。图3-4 三地点控制电路3.2.4 顺序工作的联锁控制顺序工作的联锁控制 在生产实际中，有时要求一个系统中多台电动机按一定顺序实现起动和停止，如磨床上的电动机就要求先起动液压泵电动机，再起动主轴电动机。 顺序起停控制电路有顺序起动、同时停止控制电路和顺序起动、顺序停止的控制电路。 图3-5 两台电动机顺序控制电路图 图3-5为两台电动机顺序控制电路图，其中图3-5a)为按顺序起动电路图，合上电源开关QK，按下起动按钮SB2，

13、KM1线圈通电并自锁，电动机M1起动旋转，同时串在KM2控制电路中的KM1常开辅助触头也闭合，此时再按下按钮SB4，KM2线圈通电并自锁，电动机M2起动旋转，如果先按下SB4按钮，因KM1常开辅助触头断开，电动机M2不可能先起动，达到按顺序起动M1、M2的目的。 生产机械除要求按顺序起动外，有时还要求按一定顺序停止，如传送带运输机，前面的第一台运输机先起动，再起动后面的第二台；停车时应先停第二台，再停第一台，这样才不会造成物料在皮带上的堆积和滞留。 图3-5b)所示为按顺序起动与停止的控制电路，为此将接触器KM2的常开辅助触头并接在停止按钮SB1的两端，这样即使先按下SB1，由于KM2线圈仍通

14、电，电动机M1不会停转，只有按下SB3，电动机M2先停后，再按下SB1才能使M1停转，满足了先停M2后停M1的要求。3.2.5 自动循环控制自动循环控制 在机床电气设备中，有些是通过工作台自动往复循环工作的，例如龙门刨床的工作台前进、后退。电动机的正、反转是实现工作台自动往复循环的基本环节。图3-6 自动循环控制电路 合上电源开关QK，按下起动按钮SB2，接触器KM1线圈通电，电动机M正转，工作台前进到一定位置，撞块压动限位开关SQ2，SQ2的常闭触点断开，接触器KM1线圈断电，电动机M停转，工作台停止向前。 SQ2的常开触点闭合，接触器KM2线圈通电，改变电源相序电动机M反转，工作向后运动，

15、工作台后退到一定位置，撞块压动限位开关SQ1，SQ1的常闭触点断开，接触器KM2线圈断电，电动机M停转，工作台停止后退；SQ1的常开触点闭合，接触器KM1线圈再次通电，电动机M又正转，工作又前进。3.3 常用典型控制线路常用典型控制线路 在电力拖动自动控制系统中，各种生产机械均由电动机来拖动。不同生产机械，对电动机的控制要求也不尽相同。本节主要介绍异步电动机的起动、正反转、调速、制动等典型控制线路，以及必要的保护，以满足生产工艺要求，实现生产过程自动化。3.3.1 三相异步电动机的起动控制 3.3.2 三相异步电动机的正、反转控制 3.3.3 三相异步电动机的调速控制 3.3.4 三相异步电动

16、机的制动控制 3.3.1 三相异步电动机的起动控制三相异步电动机的起动控制 不同型号、不同功率和不同负载的电动机，往往采用不同的起动方法，因而控制电路也不同。三相异步电动机一般有直接起动和减压起动两种方法。1三相笼型电动机直接起动控制 在供电变压器容量足够大时，小容量笼型电动机可直接起动。直接起动的优点是电气设备少，电路简单。缺点是起动电流大，引起供电线路电压波动，干扰其他用电设备的正常工作。图3-7 刀开关控制电路图3-8 点动控制电路图3-9 连续运行控制电路采用刀开关直接起动控制 图3-7为采用刀开关直接起动控制电路。 工作过程如下：合上刀开关QK，电动机M接通电源全压直接起动。打开刀开

17、关QK，电动机M断电停转。这种电路适用于小容量、起动不频繁的笼型电动机，例如小型台钻、冷却泵等。熔断器其短路保护作用。采用接触器直接起动控制1)点动控制 如图3-8所示。由电路工作过程可见，按下按钮，电动机转动，松开按钮，电动机停转，这种控制称为点动控制，它能实现电动机短时转动，常用于机床的对刀调整等。2)连续控制 在实际生产中往往要求电动机长时间连续转动，能实现此控制的电路称为连续控制（或长动控制）电路，如图3-9所示。短路保护。短路时熔断器FU的熔体熔断而切断电源起保护作用。电动机长期过载保护。采用热继电器FR作电动机长期过载保护。由于热继电器的热惯性较大，即使发热元件流过几倍于额定值的电

18、流，热继电器也不会立即动作。只有在电动机长期过载时，热继电器才会动作，其常闭触点打开切断控制电路电源。欠电压、失电压保护。该保护功能由接触器KM的自锁环节来实现。当电源电压由于某种原因而严重欠电压或失电压（如停电）时，接触器KM断电释放，电动机停止转动。当电源电压恢复正常时，接触器线圈不会自行通电，电动机也不会自行起动，只有在操作人员重新按下起动按钮后，电动机才能起动。电路的保护环节点动和长动控制 在生产实践中，机床调整完毕后，需要进行切削加工，这时要求电动机既能点动又能长动运转。控制电路如图3-10所示。 图3-10a)的电路比较简单，采用开关SA实现控制。点动控制时，先把SA打开，断开自锁

19、电路，接着按下SB2，接触器KM线圈通电，电动机M点动运转；长动控制时，合上SA，按下按钮SB2，KM线圈通电，自锁触头起作用，实现电动机M长动运转。 采用中间继电器KA控制的电路可解决上述问题（如图3-10c)所示）。点动控制时，按下按钮SB3，接触器KM线圈通电，电动机M点动运转。长动控制时，按下按钮SB2，中间继电器KA线圈通电并自锁，其常开触点使接触器KM线圈通电，实现电动机M长动运转。图3-10 点动和长动控制电路图2三相笼型电动机降压起动控制 三相笼型电动机直接起动控制电路简单、经济、操作方便。但对于容量较大的电动机来说，由于起动电流大，会引起较大的电压降，所以必须采用降压起动的方

20、法，以限制起动电流。 三相笼型电动机的降压起动方法有：定子绕组串电阻（或电抗器）起动、星-三角形降压起动、自耦变压器降压起动和延边三角形起动等。图3-11 定子串电阻降压起动控制电路（1）定子绕组串电阻降压起动控制 起动过程如下：合上开关QK，按下起动按钮SB2，接触器KM1与时间继电器KT的线圈同时通电，KM1主触点闭合，电动机定子绕组串电阻R起动。时间继电器KT延时t(s)后，其延时闭合常开触点闭合，接触器KM2线圈通电，KM2主触点闭合，短接R，电动机投入正常运行；KM2常闭辅助触头断开，接触器KM1与时间继电器KT的线圈同时断电。 该电路结构简单、起动功率因数高，缺点是电阻上功率消耗大

21、。常用于中小容量不经常起停电动机的降压起动。 控制电路也是按时间原则实现控制。起动时将电动机定子绕组接成星形。加在电动机每相绕组上的电压为额定值的1/ ，从而减小了起动电流。待起动后期按预先整定的时间把电动机换接成三角形接法，使电动机在额定电压下正常运转 3（2）星-三角形降压起动控制图3-12 星-三角形降压起动控制电路起动过程如下： 合上刀开关QK，按下起动按钮SB2，接触器 KM、KM丫与时间继电器KT的线圈同时得电，接触器KM丫的主触点将电动机接成星形并经KM的主触点接至电源，电动机减压起动。时间继电器KT延时t(s)后，其延时断开常闭触点打开，KM丫线圈断电；KT延时闭合常开触点闭合

22、，KM线圈通电，KM主触点闭合，电动机主电路换接成三角形接法投入正常运转。 该电路结构简单、价格便宜，缺点是起动转矩也相应下降为原来三角形接法的1/3，转矩特性差。因而本电路适用于电网电压380V，额定电压660/380V，三角形接法电动机轻载起动的场合。 起动时电动机定子串入自耦变压器，定子绕组的电压为自耦变压器二次侧电压，起动结束后自耦变压器被切除，电动机在额定电压下运行。自耦变压器降压起动的优点： 在同样的起动转矩时，对电网的电流冲击比串电阻起动小；功率损耗小；在降低起动电流的前提下，起动转矩比星-三角形起动大。缺点是自耦变压器价格较贵。这种电路主要用于起动较大容量的电动机。（3）自耦变

23、压器降压起动控制图3-13 自耦变压器降压起动控制电路（4）延边三角形降压起动控制图3-14 延边三角形电动机绕组联结图 a)延边三角形联结 b)三角形联结 如前所述，星-三角形起动有很多优点，但不足的是起动转矩太小，如要求能兼取星形接法起动电流小，而三角形接法起动转矩大的优点，则可采用延边三角形降压起动。起动时将电动机定子绕组的一部分（如图3-14a中17、24、39）接成星形，而另一部分（47、58、69）接成三角形。在起动结束以后，再换接成三角形接法（如图3-14b所示），投入全电压正常运行。图3-15 延边三角形降压起动控制电路 综合以上几种起动电路可见，一般均采用时间继电器，按照时间

24、原则切换电压实现减压起动。由于这种电路工作可靠；受外界因素如负载、飞轮转动惯量以及电网电压变化时的影响较小；电路及时间继电器的结构都比较简单，因而被广泛采用。3三相绕线转子电动机的起动控制（1）转子绕组串接起动电阻控制 三相转子电路中的起动电阻一般接成星形。在起动前，起动电阻全部接入电路，在起动过程中，起动电阻被逐级短接。短接电阻的方式有三相电阻不平衡短接法和三相电阻平衡短接法。使用凸轮控制器来短接电阻宜采用不平衡短接法，如桥式起重机就是采用这种控制方式。使用接触器来短接电阻时宜采用平衡短接法。图3-16 转子绕组串电阻起动控制电路图 该电路按照电流原则实现控制，利用电流继电器根据电动机转子电

25、流大小的变化来控制电阻的分级切除。KI1KI3为欠电流继电器，其线圈串接于转子电路中， KI1KI3三个电流继电器的吸合值相同，但释放值不同，KI1的释放电流最大，首先释放，KI2次之，KI3的释放电流最小，最后释放。刚起动时起动电流较大， KI1KI3同时吸合动作，使全部电阻接入。随着电动机转速升高电流减小， KI1KI3依次释放，分别短接电阻，直到将转子串接的电阻全部短接。起动过程如下： 合上刀开关QK，按下起动按钮SB2，接触器KM通电，电动机M串入全部起动电阻（R1+R2+R3）起动，中间继电器KA通电，为接触器KM1KM3通电作准备。随着电动机转速的升高，起动电流逐步减小，首先KI1

26、释放，KI1常闭触点闭合，使接触器KM1通电，KM1常开触头闭合，短接第一级起动电阻R1；然后KI2释放，KI2常闭触点闭合，使接触器KM2线圈通电，KM2常开触头闭合，短接第二级起动电阻R2，KI3最后释放，KI3常闭触点闭合，KM3线圈通电，KM3常开触头闭合，短接最后一段电阻R3，至此，电动机起动过程结束。 控制电路中设置的中间继电器KA，是为了保证转子串入全部电阻后，电动机才能起动。若没有KA，当起动电流由零上升但尚未到达电流继电器的吸合电流值时， KI1KI3不能吸合，将使接触器KI1KI3同时通电，则转子电阻全部被短接，电动机直接起动。设置了KA后，在接触器KM通电后才能使KA通电

27、，KA常开触点闭合，此时起动电流已达到欠电流继电器的吸合值，其常闭触点全部断开，使接触器KI1KI3均断电。确保转子串入全部电阻，防止电动机直接起动。 在转子绕组串电阻起动过程中，由于逐级减小电阻，起动电流和转矩突然增加，故产生一定的机械冲击力。同时由于串接电阻起动，使电路复杂，工作不可靠，而且电阻本身比较粗笨，能耗大，使控制箱体积较大。由于频敏变阻器的阻抗随着转子电流频率的下降自动减小，可实现平滑的无级起动，是一种较理想的起动方法。因此，在桥上起重机和空气压缩机等较大容量的电气设备中获得了广泛应用。（2）转子绕组串接频敏变阻器起动控制图3-17 转子绕组串频敏变阻器起动控制电路图起动过程如下

28、： 自动控制 将转换开关SC置于“z”位置，合上刀开关QK，按下起动按钮SB2，接触器KM1和时间继电器KT线圈同时通电，KM1主触头闭合，电动机M转子电路串入频敏变阻器起动。时间继电器KT延时t(s)后，其常开触点延时闭合，使中间继电器KA通电，KA常开触点闭合，接触器KM2通电，KM2主触头闭合，将频敏变阻器RF短接，KM2的常闭辅助触点断开，时间继电器KT断电，起动过程结束。手动控制 将转换开关SC置于“s”位置，按下起动按钮SB2，接触器KM1和时间继电器KT线圈同时通电，KM1主触头闭合，电动机M转子电路串入频敏变阻器起动，待电动机起动结束，按下切换按钮SB3，中间继电器KA通电，K

29、A常开触点闭合，接触器KM2通电，KM2主触头闭合，将频敏变阻器RF短接，起动过程结束。3.3.2 三相异步电动机的正反转控制三相异步电动机的正反转控制 在实际应用中，往往要求生产机械改变运动方向，如工作台前进、后退；电梯的上升、下降等，这就要求电动机能实现正、反转。对于三相异步电动机来说，可通过两个接触器来改变电动机定子绕组的电源相序实现。 图3-18 电动机正、反转控制电路正转控制 合上刀开关QK，按下正向起动按钮SB2，正向接触器KM1线圈通电，KM1的主触头和自锁触头闭合，电动机M正转。反转控制 合上刀开关QK，按下正向起动按钮SB3，正向接触器KM2线圈通电，KM2的主触头和自锁触头

30、闭合，电动机M正转。停车控制 按下停止按钮SB1，KM1（或KM2）断电，电动机停转。 上述控制电路必须保证KM1与KM2不能同时通电，否则会引起主电路电源短路，为此要求电路设置必要的联锁环节。如图3-18b所示，将其中一个接触器的常闭触头串入另一个接触器线圈电路中，则任何一个接触器先通电后，即使按下相反方向起动按钮，另一个接触器也无法通电，这种利用两个接触器的辅助触头互相控制的方式，称为电气互锁，或叫电气联锁。 起互锁作用的常闭触头叫互锁触头。另外，该电路必须按下停止按钮后，再反向或正向起动，这对需要频繁改变电动机运转方向的设备来说，是很不方便的。利用复合按钮实现“正-反-停”或“反-正-停

31、”的互锁控制，如图3-18c所示。复合按钮的常闭触点同样起动互锁作用，这样的互锁叫机械互锁。该电路既有接触器常闭触头的电气互锁，也有复合按钮常闭触点的机械互锁，即具有双重互锁功能。该电路操作方便，安全可靠，故应用广泛。3.3.3 三相异步电动机的调速控制三相异步电动机的调速控制 三相异步电动机的调速方法有：改变电动机定子绕组的磁极对数p调速；改变电源频率调速f；改变转差率调速s。改变转差率调速包括：绕线转子电动机转子串接电阻调速；绕线转子电动机串级调速；异步电动机交流调压调速；电磁离合器调速等。)1 (60spfn1三相笼型电动机的变极调速控制 改变笼型电动机定子极对数时，转子极对数也同时改变

32、，笼型转子本身没有固定的极对数，它的极对数随定子极数而定。改变定子绕组极对数的方法有：1）装有一套定子绕组，改变它的联结方式，得到不同的极对数。2）定子槽里装有两套极对数不一样的独立绕组。3）定子槽里装有两套极对数不一样的独立绕组，而每套绕组本身又可以改变它的联结方式，得到不同的极对数。 变极调速是通过接触器触头来改变电动机绕组的接线方式，获得不同的极对数来达到调速目的。变极电动机一般有双速、三速、四速之分，双速电动机定子绕组装有一套绕组，而三速、四速电动机则为两套绕组。 应注意：当定子绕组由三角形联结（各相绕组互为240电角度）改变为双星形联结（各相绕组互为120电角度）时，为保持变速前后电

33、动机转向不变，在改变磁极对数的同时必须改变电源相序。图3-19 双速电动机三相绕组联结图图3-20 双速电动机调速控制电路2. 绕线转子电动机转子串电阻的调速控制 绕线转子电动机一般采用凸轮控制器进行调速控制，目前在吊车、起重机一类的生产机械上仍被普遍采用。 图3-21所示为采用凸轮控制器控制的电动机正、反转及调速的电路。在电动机M的转子电路中，串接不对称电阻作起动和调速用。转子电路的电阻和定子电路相关部分与凸轮控制器的各触点连接。 凸轮控制器的触点展开图如图3-21b所示，黑点表示该位置触点接通，没有黑点则表示不通。触点SA1SA4和转子电路串接的电阻相连接，用于短接电阻，控制电动机的起动和

34、调速。图3-21 凸轮控制器控制的电动机正、反转和调速电路 为了安全运行，在终端位置设置了两个限位开关SQ1、SQ2，分别与触头SA11、SA9串接，在电动机正反转过程中，当运动机构到达终端位置时，挡块压动限位开关，切断控制电路电源，使接触器KM断电，电动机因电源被切断而停止运转。3异步电动机电磁调速的控制 电动机电磁调速是由单速或多速笼型异步电动机和电磁转差离合器组成。通过控制器可在较广范围内进行无级调速。电磁离合器是由两个同心而互相独立旋转的部件所组成：一个称为磁极（内转子），另一个称为电枢（外转子），当磁极的激磁线圈通过直流电流时，沿气隙圆周表面的爪极便形成若干对极性相互交替的空间磁场。

35、当离合器的电枢被电动机拖动旋转时，由于电枢与磁场间有相对移动，在电枢内就产生涡流；此涡流与磁通相互作用产生转矩，带动磁极按同一方向旋转，其转速恒低于电枢转速。改变磁极的激磁电流，可调节电磁离合器的输出转矩和转速。图3-22 电磁调速异步电动机控制电路3.3.4 三相异步电动机的制动控制三相异步电动机的制动控制 三相异步电动机的制动控制方法有机械制动和电气制动。所谓的机械制动，就是用机械装置来强迫电动机迅速停车，常用的机械装置有电磁抱闸；电气制动是通过改变电气参数，使电动机的电磁转矩方向与转速方向相反，起制动作用。电气制动方法有反接制动、能耗制动、再生制动以及派生的电容制动等，这里主要介绍反接制

36、动和能耗制动控制。1三相异步电动机反接制动控制 反接制动是利用改变电动机电源的相序，使定子绕组产生相反方向的旋转磁场，因而产生制动转矩的一种制动方法。电源反接制动时，转子与定子旋转磁场的相对转速接近电动机同步转速的两倍，所以定子绕组中流过的反接制动电流相当于全压起动时起动电流的两倍，因此反接制动转矩大，制动迅速。为了减小冲击电流，通常在电动机定子电路中串接制动电阻。另外，当电动机转速接近零时，要及时切断反相序电源，以防电动机方向起动，通常用速度继电器来检测电动机转速并控制电动机反相序电源的断开。图3-23 电动机单向反接制动控制电路2三相异步电动机能耗制动控制图3-25 电动机能耗制动控制电图

37、 图3-26 无变压器单管能耗制动控制电图 能耗制动控制电路制动效果好，但对于较大功率的电动机需要采用三相整流电路，所需设备多，投资成本高。 对于10kW以下的电动机，在制动效果要求不高的场合，可采用无变压器单相半波整流控制电路，如图3-26所示。3.4 电气控制线路的设计方法电气控制线路的设计方法3.4.1 概述 3.4.2 经验设计法 3.4.3 逻辑设计法 3.4.1 概述概述 电气控制系统的设计，一般包括确定拖动方案、选择电机容量和设计电器控制线路。电气控制线路的设计方法通常有经验设计法和逻辑设计法两种。 经验设计法是根据生产工艺要求，利用各种典型的线路环节，直接设计控制线路。这种设计

38、方法比较简单，但要求设计人员必须熟悉大量的控制线路，掌握多种典型线路的设计资料，同时具有丰富的设计经验。在设计过程中往往还要经过多次反复地修改、试验，才能使线路符合设计的要求。即使这样，设计出来的线路可能不是最简单的，所用的电器及触点不一定最少，所得出的方案不一定是最佳方案。 逻辑设计法是根据生产工艺要求，利用逻辑代数来分析、设计控制线路。用这种方法设计的线路比较合理，特别适合完成较复杂的生产工艺所要求的控制线路。但是相对而言逻辑设计法难度较大，不易掌握。3.4.2 经验设计法经验设计法 经验设计法由于是靠经验进行设计的，因而灵活性很大。初步设计出来的线路可能是几个，这时要加以比较分析，甚至要

39、通过实验加以验证，才能确定比较合理的设计方案。这种设计法没有固定模式，通常先用一些典型线路环节拼凑起来实现某些基本要求，而后根据生产工艺要求逐步完善其功能，并加以适当的联锁与保护环节。 用经验设计法设计控制线路时，应注意以下几个原则。1最大限度地实现生产机械和工艺对电气控制的要求 设计之前，首先要调查清楚生产要求，因为控制线路是为整个设备和工艺过程服务的，不搞清楚要求即迷失了设计方向。生产工艺要求一般是由机械设计人员提供的，但有时所提供的仅是一般性原则意见，这时电气设计人员就需要对同类或接近产品进行调查、分析、综合，然后提出具体、详细的要求，征求机械设计人员意见后，作为设计电气控制线路的依据。

40、2在满足要求的前提下，控制线路力求简单、经济1）尽量选用标准的、常用的或经过实际考验过的线路和环节。2）尽量缩短连接导线的数量和长度。设计控制线路时，应考虑到各个元件之间的实际接线。3）尽量缩减电器的数量、采用标准件，并尽可能选用相同型号。4）应减少不必要的触点以简化电路。在控制电路图设计完成后，宜将电路化成逻辑代数式计算，以便得到最简化的电路。图3-27 电器连接图a)不合理 b)合理图3-27a所示的接线是不合理的。因为按钮在操作台上，而接触器在电器柜内，这样接线就需要由电器柜二次引出联结线到操作台的按钮上，所以一般都将起动按钮和停止按钮直接联结，这样就可以减少一次引出线，如图3-27b所

41、示。3保证控制线路工作的可靠和安全 为了保证控制线路工作可靠，最主要的是选用可靠的元件，如尽量选用机械和电气寿命长、结构坚实、动作可靠、抗干扰性能好的电器。同时在具体线路设计中注意以下几点：1）正确连接电器的触点 同一电器的常开和常闭辅助触点位置靠得很近，如果分别接在电源的不同相上，如图3-28a所示，由于限位开关SQ的常开触点和常闭触点不是等电位，当触点断开产生电弧时，很可能在两触点间形成飞弧而造成电源短路。此外，绝缘不好也会引起电源短路。如果按图3-28b接线，由于两触点电位相同，就不会造成飞弧，即使引入线绝缘损坏也不会将电源短路。图3-28 正确连接电器的触点2）正确连接电器的线圈 在交

42、流控制电路中不能串联接入两个电器的线圈，如图3-29所示。即使外加电压是两个线圈额定电压之和，也是不允许的。因为每个线圈上所分配到的电压与线圈阻抗成正比，两个电器动作总是有先后，不可能同时吸合。 图3-29 线圈不能串联连接3）应考虑电器元件触点“竞争”问题 同一继电器的常开触点和常闭触点有“先断后合”型和“先合后断”型。 通电时常闭触点先断开，常开触点后闭合；断电时常开触点先断开，常闭触点后闭合的属于“先断后合”型。而“先合后断”型则相反，通电时常开触点先闭合，常闭触点后断开；断电时常闭触点先闭合，常开触点后断开。如果触点动作先后发生“竞争”，电路工作将不可靠。 图3-30 触点竞争电路4)

43、 应尽量减少多个元件依次通电动作后才接通另一个电器元件的情况 图3-31 减少通电电器的控制线路5) 避免出现寄生电路 在控制线路的动作过程中，那种意外接通的电路称为叫寄生电路（或叫假回路）。 在正常工作时，能完成正、反向起动、停止和信号指示。但当热继电器FR动作时，线路就出现了寄生电路，如图3-32中虚线所示，使正向接触器KM1不能释放，起不了保护作用。图3-32 寄生电路6) 设计的线路应能适应所在地电网情况 根据电网容量的大小，电压、频率的波动范围以及允许的冲击电流数值等决定电动机的起动方式是直接起动还是间接起动 。7) 保证触点容量 在线路中采用小容量继电器的触点来控制大容量接触器的线

44、圈时，要计算继电器触点断开和接通容量是否足够。如果不够必须增加小容量接触器或中间继电器，否则工作不可靠。4应有完善的保护环节1) 短路保护 在电气控制线路中，通常采用熔断器或断路器作短路保护，当电动机容量较小时，其控制电路不需要另外设置熔断器作短路保护，因主电路的熔断器同时可作控制电路的短路保护，若电动机容量较大，则控制电路要单独设置熔断器作短路保护。断路器既可作短路保护，又可作过载保护，电路出故障，断路器跳闸，经排除故障后只要重新合上断路器即能继续工作。2) 过电流保护 不正确起动方法和过大的负载转矩常引起电动机的过电流故障。过电流一般比短路电流要小。过电流保护常用于直流电动机和绕线转子电动机的控制电路中，采用过电流继电器和接触器配合使用。将过电流继电