电气控制与可编程控制器技术ch2

1、第二章第二章 电气控制线路的基本控制规电气控制线路的基本控制规律律 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2.2 2.2 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2.1 绘制电气控制线路的若干规则绘制电气控制线路的若干规则

2、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，表达，各种电气元件用不同的图形符号表示，并用并用不同的文字符号来说明其所代表电气元件的名称、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。用途、主要特征及编号等。 控制线路图必须清楚地表达生产设备电气控制控制线路图必须清楚地表达生产设备电气

3、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）常用电气图形符号和文字符号 在绘制电气线路图时，在绘

4、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主电路和辅助电路两个部分分。 主电路主电路是

5、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地表明电路的功能，对于分电气原理图能够清楚地

6、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）主电路用主电路用粗粗实线绘制在图的左侧或上方，实线绘制在图的左侧或上方，辅助电路用辅助电路用细细实线绘制在图的右侧或下方实线绘制在图的右侧或下方。 （3）无

7、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）在原理图中，同一电路的不同部分（如线）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，圈、触点）应根据便于阅读的原则安排在图中，为了为了表示是同一元件，表示是同一元件，要在电器的不同部分使用同一文字要在电器的不同部分使用同一文字符号来标明。符号来标明。对于同类电器，必须在名称后或下标加对于同类电器，必须在名称后或下标加上数字序号以区别，如上数字序号以区别，如km1、km

8、2等。等。 （5）所有电器的可动部分均以自然状态画出，）所有电器的可动部分均以自然状态画出，所谓自然状态是指各种电器在没有通电和没有外力作所谓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用时的状态。对于接触器、电磁式继电器等是指其线对于接触器、电磁式继电器等是指其线圈未加电压，触点未动作；控制器按手柄处于零位时圈未加电压，触点未动作；控制器按手柄处于零位时的状态画；按钮、行程开关触点按不受外力作用时的的状态画；按钮、行程开关触点按不受外力作用时的状态画。状态画。 （6）原理图上应尽可能减少线条和避免线条交叉。）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

9、处画一个实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心圆点。根据图面布置的需要，可以将图形符号旋转。根据图面布置的需要，可以将图形符号旋转90o、180o或或45o绘制。绘制。 一般来说，原理图的绘制要求是层次分明，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、气控制线路运行可靠，节省连接导线，以及施工、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

10、区的编号一般写图，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2-1 cm6132普通车床电气原理图 （三）电气安装图（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

11、装位置和接线情况，件的实际安装位置和接线情况，它有电器位置图和互它有电器位置图和互连图两部分。连图两部分。 1、电器位置图、电器位置图 电器位置图详细绘制出电气设备零件的安装位置。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。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电气互连图是用来表明电气设备各单元之间的连接关系接关系。它清楚地表示了电气设备外部元件的相对位。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。置及它们之间

12、的电气连接，是实际安装接线的依据。 二、阅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 阅读电气线路图的方法主要有三种：阅读电气线路图的方法主要有三种：查线读图法、查线读图法、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，

13、应该熟悉生产机械的工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。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，

14、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，

15、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： 从主电路从主电路(一般为电动机回路一般为电动机回路)看，有哪些控制元看，有哪些控制元件的主触点和附加

16、元件，件的主触点和附加元件， 根据其组合规律大致可知电路根据其组合规律大致可知电路(电动机电动机)的工作情的工作情况。况。 (2) 分析控制电路：分析控制电路： 由主电路的控制元件主触点文字符号，找到有由主电路的控制元件主触点文字符号，找到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。 将控制线路按功能不同划分成若干局部控制线将控制线路按功能不同划分成若干局部控制线路来进行分析。路来进行分析。 从按动操作按钮开始阅读线路从按动操作按钮开始阅读线路，分析电路的动，分析电路的动作作, 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

17、路： 辅助电路包括执行元件的工作状态显示，电源辅助电路包括执行元件的工作状态显示，电源显示，参数测定，照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： 在某些控制线路中，还设置了一些与主电在某些控制线路中，还设置了一些与主电路、控制电路关系不密切，相对独立的某些路、控制电路关系不密切，相对独立的某些特殊环节。如产品计数装置，自动检测系统，特殊环节。如产品计数装置，自动检测系统，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： 从整体角度进一步

18、检查和理解各控制环节从整体角度进一步检查和理解各控制环节之间的联系，以达到清楚的理解原理图中每之间的联系，以达到清楚的理解原理图中每一个电气元器件的作用、工作过程及主要参一个电气元器件的作用、工作过程及主要参数。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

19、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，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，

20、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；

21、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，特别在读图过程中，特别要注意相互的联系和制约关系，直至将线路全部看懂要注意相互的联系和制约关系，直至将线路全部看懂为止。为止。 例如，图例如，图2-2电气线路的主电路，可以分成电气线路的主电路，可以分成电动机电动机m1和和m2两个部分，两个部分，其控制电路也可相应其控制电路也可相应地分解成两个基本环节地分解成两个基本环节。 其中，停止按钮其中，停止按钮sb1和启

22、动按钮和启动按钮sb2、热继热继电器触点电器触点fr2、接触器接触器km1构成直接启动电路；构成直接启动电路；不考虑接触器不考虑接触器km1的常开触点，接触器的常开触点，接触器km2、热继电器触点热继电器触点fr1、按钮按钮sb3和和sb4也构成电动也构成电动机直接启动电路。这两个基本环节分别控制电机直接启动电路。这两个基本环节分别控制电动机动机m2和和m1。 其控制过程如下：其控制过程如下： 合上刀闸开关合上刀闸开关qs，按启动按钮按启动按钮sb2：接触器接触器km1吸引线圈得电，其主触点吸引线圈得电，其主触点km1闭合，油泵电动机闭合，油泵电动机m2启动。同时，启动。同时，km1的一个辅助

23、触点对启动按钮的一个辅助触点对启动按钮sb2自锁闭合，使电动机自锁闭合，使电动机m2正常运转正常运转;另一个串在另一个串在km2线线圈电路中的辅助触点闭合圈电路中的辅助触点闭合,为为km2通电作好准备。通电作好准备。 按下停止按钮按下停止按钮sb1：接触器接触器km1的吸引线圈失电，的吸引线圈失电，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。 同理，可以分析主拖动电动机同理，可以分析主拖动电动机m1的起停控制线的起停控制线路。路。 工艺上要求工艺上要求m1必须在油泵电动机必须在油泵电动机m2正常运行后正常运行后才能启动工作，因此，应将油泵电动机接触器才能启动工作，

24、因此，应将油泵电动机接触器km1的的一个常开辅助触点串入主拖动电动机接触器一个常开辅助触点串入主拖动电动机接触器km2的线的线圈电路中，以实现只有接触器圈电路中，以实现只有接触器km1通电后通电后,km2才能才能通电的顺序控制，即只有在油泵电动机通电的顺序控制，即只有在油泵电动机m2启动后主拖启动后主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

25、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 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 电气控制中常用的继电器、接触器、开关等电气控制中常用的继电器、接触器、开关等电器元件一般只有两个工作状态，因而可采用电器元件一般只有两个工作状态，因而可采用逻辑代数描述、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。 在逻辑代数中，把两个对立的物理状态的在逻辑代数中，

26、把两个对立的物理状态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。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、逻辑函数逻辑函数：输入、输出变量的相互关系，用数：输入、输出变量的相互关系，用数字语言表达就是函数关系，称输出变量是各输入变字语言表达就是函数关系，称输出变量是各输入变量的逻辑函数。量的逻

27、辑函数。 逻辑代数是一种二值代数，其输入变量和输出变逻辑代数是一种二值代数，其输入变量和输出变量只有量只有“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) 逻辑原变量逻辑原变量：分别表示继电器、接触器、行：分别表示继电器、接触器、行程开关程开关 ka、km、sq的常开的常开(动合动合)触头触头; 用用逻辑反变量

28、逻辑反变量 、 、 分别表示继分别表示继电器、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。kmsqka (2) 电路中开关元件受激状态（如继电器线圈电路中开关元件受激状态（如继电器线圈得电，行程开关受压状态）为得电，行程开关受压状态）为 “1” 状态；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，行如继电器线圈失电，行程程开关未受压状态）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

29、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kaka 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

30、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。 sbsbf l=a b 2. 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 f l= af l=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) = qs fu2 km f(km) = sb1 fr 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

31、表达式 (sb2+km) f(m) = fu km f(km) = sb1 fr 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= 1 f(m) = qs fu2 km = 1 1 1 = 1 frfr=1 3. 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。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

32、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+ ka31ka1ka1ka1ka1ka1ka1ka也可通过卡诺图化简。也可通过卡诺图化简。 3）特点）特点 （1） 逻辑代数分析法是通过对电路逻辑表达逻辑代数分析法是通过对电路逻辑表达式运算来分析电路工作情况的，其关键是正确写出式运算来分析电

33、路工作情况的，其关键是正确写出电路的逻辑表达式。电路的逻辑表达式。 （2） 逻辑表达式给出了执行机构工作的条件。逻辑表达式给出了执行机构工作的条件。各种电器元件之间的联系和制约关系在逻辑表达式各种电器元件之间的联系和制约关系在逻辑表达式中一目了然。中一目了然。 （3）通过对逻辑函数的具体运算，电路的控制）通过对逻辑函数的具体运算，电路的控制功能一般不会遗漏或看错。功能一般不会遗漏或看错。 （4） 实际应用中，应将所有的继电器、接触器实际应用中，应将所有的继电器、接触器线圈的逻辑表达式一起写出，综合分析，才能正确线圈的逻辑表达式一起写出，综合分析，才能正确读通电气原理图。读通电气原理图。 （5）

34、 此方法的主要缺点是对于复杂的电气线路，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) 电气控制线路对机械设备的控制过程，实际电气控制线路对机械设备的控制过程，实际是指机械设备完成动作的各种程序，也就是各种是指机械设备完成动作的各种程序，也就是各种动作对时间的相互关系动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. 以横坐标

35、表示控制作用时间，即可表示控制以横坐标表示控制作用时间，即可表示控制过程的全部程序，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. 对每一电器建立一直角坐标系，有了坐标就对每一电器建立一直角坐标系，有了坐标就可以画出各种电器动作状态对时间的关系可以画出各种电器动作状态对时间的关系,也就画也就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； 依次将控制电器的工作状态画出，即控制过程依次将控制电器的工作状态画

36、出，即控制过程图也就画出来了。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, sb1 m km sb2 t2 t1 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北京工商大学北京工商大学北京工商大学北京工商大学

37、信息工程学院信息工程学院信息工程学院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 合上合上qs刀开关刀开关(准备状态准备状态)按下起动按钮按下起动按钮sb2交流接触器交流接触器km线圈得电线圈得电km主触头闭

38、合主触头闭合电动机得电起动运转电动机得电起动运转, 同时同时,与与sb2并联的并联的km常开触头闭合常开触头闭合(自锁自锁), 手松开手松开sb2复位时复位时,km线圈由于自锁继续得电线圈由于自锁继续得电电机继续运转。电机继续运转。 自锁自锁-依靠接触器自身辅助触头使其线圈保持依靠接触器自身辅助触头使其线圈保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：qs sb2 km m km自锁自锁 2. 停止停止 按下按下sb1km线圈失电线圈失电km的主触头断的主触头断开开切断电源切断电源电机停转。电机停转。 手松开，手松开，sb1

39、复位闭合时复位闭合时, km线圈由于其线圈由于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+km) f(m) = fu km f(km) = sb1 fr 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= 1 f(m) = fu2 km = 1 1 = 1 2) 当 =0 则则 f(km) = 0 ( 0 + 1 ) 1= 0 f(m) = 1 0 = 0

40、sb1sb1 frsb1 ( (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。 为保证电动机正常起动为保证电动机正常起动, 熔断器的额定电流根据熔断器的额定电流根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用热继电器具有过载保护作用。 热继电器的热惯性比较大，即使热元件流过几热继电器的热惯性比较大，即使热元件流过几倍的额定电流，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。 因此在电动机起动时间不

41、太长的时间下因此在电动机起动时间不太长的时间下,热继热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。 只有在电动机长时间过载下只有在电动机长时间过载下fr才动作，断开才动作，断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， 其主触头断开主电路其主触头断开主电路,电动机停止运转电动机停止运转,实现过实现过载保护。载保护。 3. 3. 欠压保护和失压保护欠压保护和失压保护 依靠接触器自身的电磁机构可实现欠压保护和依靠接触器自身的电磁机构可实现欠压保护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条件是主电路与控制电路共用同一电

42、源。源。 当电源电压由于某种原因而严重欠压或失压当电源电压由于某种原因而严重欠压或失压时，接触器的电磁吸力就不够了，其衔铁自行释时，接触器的电磁吸力就不够了，其衔铁自行释放放, 常开触头断开主电路，电动机停止运转，常开常开触头断开主电路，电动机停止运转，常开辅助触头断开自锁。辅助触头断开自锁。 当电源电压恢复正常时，接触器线圈也不能当电源电压恢复正常时，接触器线圈也不能自行通电自行通电,必须重新按下起动按钮必须重新按下起动按钮sb2后，电动机后，电动机才能重新启动。才能重新启动。 (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： 接触器接触器km的吸引线圈得电，主触点的吸

43、引线圈得电，主触点km闭合，闭合，电动机起动。同时，电动机起动。同时，km辅助常开触点闭合，当松手辅助常开触点闭合，当松手断开断开sb2起动按钮后，吸引线圈起动按钮后，吸引线圈km继续保持通电，继续保持通电，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

44、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； 而当停机命令或停电出现后不会自启动。自锁而当停机命令或停电出现后不会自启动。自锁环节不仅常用于电路的启、停控制，而且凡是需要环节不仅常用于电路的启、停控制，而且凡是需要“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 按停止按钮按停止按钮sb1： 接触器接触器km的吸引线圈失电，的吸引线圈失电，km主触点断开，主触点断开，电动机失电停转。同时，电动机失电

45、停转。同时，km辅助触点断开，消除辅助触点断开，消除自锁电路，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 线路保护环节包括线路保护环节包括短路保护、过载保护、欠压短路保护、过载保护、欠压和零压保护等。和零压保护等。 短路保护：短路时短路保护：短路时通过熔断器通过熔断器ful的熔体熔断的熔体熔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

46、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

47、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

48、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 常开触点串入常开触点串入主

49、拖动电动机接触器主拖动电动机接触器km2的线圈电路中来实的线圈电路中来实现的，只有当现的，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km2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

50、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-t3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-

51、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。 s b - t 1s b - q 1s b - q 2s b - q 3k ms b - t 2s b - t 3k m图2-6 三地控制的控制电路 在大型生产设备上，在大型生产设备上，为使操作人员在不同方位均为使操作人员在不同方位均能进行起、停操作，常常要能进行起、停操作，常常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

52、器元件。无需增加其它电器元件。 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 在一些简易的顺序控制装置中，加工顺序在一些简易的顺序控制装置中，加工顺序按照一定的程序依次转换，依靠步进控制线路完按照一定的程序依次转换，依靠步进控制线路完成。图成。图2-7为采用中间继电器组成的顺序控制为采用中间继电器组成的顺序控制3个个程序的步进控制线路。程序的步进控制线路。 其中其中q1、q2、q3的的“得电得电”和和“失电失电”表征某一程序的开始和结束，分别代表第一至

53、第表征某一程序的开始和结束，分别代表第一至第三程序的加工执行电路。每个加工过程的顺序分三程序的加工执行电路。每个加工过程的顺序分别由信号别由信号sq1、sq2、sq3来进行控制，保证只来进行控制，保证只有一个程序在工作，不至引起混乱。有一个程序在工作，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

54、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。动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变压器容量允许的情况下，鼠笼式异步电动机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，电机在额定电压下直定

55、子绕组直接接在交流电源上，电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。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

56、制，但在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

57、用中间继电器用中间继电器ka实现点动与长动的控制线路。实现点动与长动的控制线路。qsfukmfrm3frsbkmsb1sb2kasb3kafrkmkauvw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

58、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，

59、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： )(4)(43kva电动机容量kva电源变压器容量iieq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

60、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耦变压器又称为自耦变压器又称为起动补偿器起动补偿器。电动机。电动机起动时，定子绕组得到的电压是自耦变压器起动时，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。自耦变压被