电气控制系统与可编程控制器-常晓玲第2章

第二章电气线路的基本控制原则和基本控制环节

第一节电气控制系统图的类型及有关标准第二节

三相笼型异步电动机全压起动和正反转控制第三节三相笼型异步电动机的降压起动控制第四节三相绕线转子异步电动机起动控制第五节三相异步电动机的制动控制第六节三相笼型异步电动机的有级调速控制第七节

直流电动机的控制第八节电气控制系统的保护环节第二章电气线路的基本控制原则和基本控制环节

电气控制系统图的基本知识第一节电气控制系统图的类型及有关标准2.1电气控制系统图的基本知识由各种有触点的接触器、继电器、按钮、行程开关等按不同连接方式组合而成的。电气控制线路：电气控制线路的作用：实现对电力拖动系统的启动、正反转、制动、调速和保护，满足生产工艺要求，实现生产过程自动化。电动机常见的基本控制线路：点动控制线路正转控制线路正反转控制线路位置控制线路顺序控制线路多地控制线路降压启动控制线路调速控制线路制动控制线路一、图形符号和文字符号图形符号文字符号符号要素一般符号限定符号基本文字符号辅助文字符号补助文字符号通常用于图样或其它文件，用以表示一个设备或概念的图形、标记或字符。用于电气技术领域中技术文件的编制，表示电气设备、装置和元件的名称、功能、状态和特征。2.1电气控制系统图的基本知识一、图形符号和文字符号符号要素：具有确定意义的简单图形，必须同其它图形组合构成一个设备或概念的完整符号。如接触器常开主触点符号，由接触器触点功能符号和常开触点符号组合而成。一般符号：表示一类产品和此类产品特征的一种简单的符号，如电动机可用一个圆圈表示。限定符号：提供附加信息的一种加在其它符号上的符号。1.图形符号2.1电气控制系统图的基本知识一、图形符号和文字符号2.文字符号基本文字符号：单字母符号：双字母符号按拉丁字母顺序将各种电气设备、装置和元器件划分成为23大类，每一类用一个专用单字母符号表示，如“C”表示电容器类，“R”表示电阻器类等。由一个表示种类的单字母符号与另一个字母组成，且以单字母符号在前，另一字母在后的次序列出，如“F”表示保护器件类，“FU”则表示为熔断器。辅助文字符号：表示电气设备、装置和元器件以及电路的功能、状态和特征。如“RD”表示红色，“L”表示限制等。补充文字符号：当规定的基本文字符号和辅助文字符号不够使用时，可按国家标准中文字符号组成规律和下述原则予以补充。2.1电气控制系统图的基本知识2.1.1电器的文字符号和图形符号国家标淮GB5094-85《电气技术中的项目代号》GB7159-87《电气技术中的文字符号制定通则》在GB7159-87《电气技术中的文字符号制定通则》中将所有的电气设备、装置和元件分成23个大类,每个大类用一个大写字母表示。文字符号分为基本文字符号和辅助文字符号。基本文字符号分为单字母符号和双字母符号两种。单字母符号应优先采用，每个单字母符号表示一个电器大类。双字母符号由一个表示种类的单字母符号和另一个字母组成，第一个字母表示电器的大类，第二个字母表示对某电器大类的进一步划分。文字符号用于标明电器的名称、功能、状态和特征。同一电器如果功能不同，其文字符号也不同，例如照明灯的文字符号为EL，信号灯的文字符号为HL。辅助文字符号表示电气设备、装置和元件的功能、状态和特征。由一到三位英文名称缩写的大写字母表示。电器的图文符号国家标准GB4728-85《电气图用图形符号》。图形符号可以根据需要进行组合的，在该标准中除了提供了大量的一般符号之外还提供了大量的限定符号和符号要素，限定符号和符号要素不能单独使用，它相当于一般符号的配件，将某些限定符号或符号要素与一般符号进行组合就可组成各种电气图形符号。2.1.2电气控制系统图电气控制系统图电气原理图电气安装图框图电器安装图电气互连图主电路控制电路照明和显示电路电气控制系统图的结构2.1.2电气控制系统图用规定的图形符号，按主电路和辅助电路相互分开并依据各电器元件动作顺序等原则所绘制的线路图。电气原理图：电器元件布置图：用来表明电气设备上所有电机、电器的实际位置，为电气控制设备的制造、安装、维修提供必要的档案资料。电气安装接线图：用规定的图形符号，按各电器元件相对位置绘制的实际接线图。是实际接线安装的准则和依据。2.1.2电气控制系统图原则：

1.电气原理图用图形符号和项目代号表示电路各个电器元件连接关系和工作原理的图主电路、控制电路和信号电路应分开绘出。表示出各个电源电路的电压值、极性或频率及相数。主电路的电源电路一般绘制成水平线，受电的动力装置（电动机）及其保护电器支路用垂直线绘制在图的左侧，控制电路用垂直线绘制在图面的右侧，二、绘制、识读电气控制系统图的原则2.1.2电气控制系统图电气原理图原则：同一电器的各元件采用同一文字符号表明。所有电路元件的图形符号，均按电器未接通电源和没有受外力作用时的状态绘制。循环运动的机械设备，在电气原理图上绘出工作循环图。转换开关、行程开关等绘出动作程序及动作位置示意图表。由若干元件组成具有特定功能的环节，用虚线框括起来，并标注出环节的主要作用，如速度调节器、电流继电器等。电路和元件完全相同并重复出现的环节，可以只绘出其中一个环节的完整电路，其余的可用虚线框表示，并标明该环节的文字号或环节的名称。二、绘制、识读电气控制系统图的原则2.1.2电气控制系统图电气原理图原则：外购的成套电气装置，其详细电路与参数绘在电气原理图上。电气原理图的全部电机、电器元件的型号、文字符号、用途、数量、额定技术数据，均应填写在元件明细表内。为阅图方便，图中自左向右或自上而下表示操作顺序，并尽可能减少线条和避免线条交叉。将图分成若干图区，上方为该区电路的用途和作用，下方为图区号。在继电器、接触器线圈下方列有触点表以说明线圈和触点的从属关系。二、绘制、识读电气控制系统图的原则2.1.2电气控制系统图电气原理图原则：二、绘制、识读电气控制系统图的原则主电路接点表示：三相交流电源采用L1、L2、L3标记主电路按U、V、W顺序标记分级电源在U、V、W前加数字1、2、3来标记分支电路在U、V、W后加数字1、2、3来标记控制电路用不多于3位的阿拉伯数字编号电气原理图示例：

2.电气安装图电器安装图：表示电气控制系统中各电器元件的实际位置和接线情况。详细绘制出电器元件安装位置。

50505050320360线槽端子板FU1FU2KMFRTCFU3FU4CW6132型车床电器位置图EL0HL23142423103×2.5mm22M1M2413×2.5mm23×1mm25×0.75mm23×0.75mm23×2.5mm2QSQ1CW6132型车床电气互连图电气互连图：原则：布置尽可能符合电器实际情况。与原理图保持一致。电器元件的连接经接线端子板进行互连时用线束，并注明导线规格对于控制装置的外部连接线应在图上或用接线表表示清楚，并注明电源的引入点。表明了电器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

电气控制系统是由电气元件按照一定要求联接而成的。电气控制系统图是用图形的方式来表示电气控制系统中的电气元件及其联接关系，图中采用不同的图形符号表示各种电器元件、采用不同的文字符号表示各电器元件的名称、序号或线路的功能、状况和特征，采用不同的线号或接点编号来表示导线与连接等。电气控制系统图表达了生产机械电气控制系统的结构、原理等设计意图，是电气系统安装、调整、使用和维修的重要资料。

一、电气控制系统图中的图形符号和文字符号电气控制系统图中，电气元件的图形符号和文字符号都有统一的国家标准。近年来，我国采用GB4728-84“电气图用图形符号”、GB6988-87“电气制图”和GB7159-87“电气技术中的文字符号制定通则”等新标准，在绘制电气控制系统图时必须严格遵循。第一节电气控制系统图的类型及有关标准二、电气控制系统图电气原理图电器布置图电气安装接线图

（一）电气原理图用规定的图形符号，按主电路和辅助电路相互分开并依据各电器元件动作顺序等原则所绘制的线路图，称为电气原理图。它包括所有电器元件的导电部件和接线端点，不表示电气元件的形状、大小和安装方式。某机床的电气控制原理图

1．绘制电气原理图的原则

1）电气原理图一般分主电路和辅助电路两部分。

2）电气原理图中，所有电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。

3）电气原理图中，各个电器元件和部件在控制线路中的位置，应根据便于阅读的原则安排，同一电器元件的各个部件可以不画在一起。

4）电气原理图中，所有电器的触头都按没有通电和没有受外力作用时的状态绘制。

5）电气原理图中，无论是主电路还是铺助电路都垂直布置，电源电路绘成水平线，主电路绘制在图的左侧，控制电路绘制在图的右侧。控制电路中的耗能元件画在电路的最下端。

6）电气原理图中，有直接电联系的交叉导线连接点，要用黑圆点表示。无直接联系的交叉导线连接点不画黑圆点。

2.原理图区域划分图区编号可以设置在图的上方或下方，对应图区编号下方或上方表明它对应电路的功能。

3.符号位置的索引符号位置的索引用图号、页次和图区编号的组合索引法，索引代号组如下：

当某一元件相关的各符号元素出现在不同图号的图纸上，而当每个图号仅有一页图纸时，索引代号可简化成：在原理图中相应线圈的下方，给出触头的文字符号，并在其下面注明相应触头的索引代号，对未使用的触头用“×”表明，有时也可采用上述省去触头的表示法。

对接触器，上述表示法中各栏的含义如下：

右栏 中栏左栏主触头所辅助常开触头辅助常闭触头在图区号所在图区号所在图区号对继电器，上述表示法各栏的含义如下：

左栏右栏辅助常开触头辅助常闭触头所在图区号所在图区号

是接触器KM相应触头的索引。例图中

KM1线圈下方的（二）电器元件布置图电器元件布置图是用来表明电气设备上所有电机、电器的实际位置，为电气控制设备的制造、安装、维修提供必要的档案资料。

某机床的电器元件布置图

（三）电气安装接线图电气安装接线图是用规定的图形符号，按各电器元件相对位置绘制的实际接线图。在具体施工和检修中能起到原理图所起不到的作用，在生产现场得到了广泛的应用。安装接线图是实际接线安装的准则和依据，它清楚地表示各电器元件的相对位置和它们之间的电气连接，安装接线图不仅要把同一个电器的各个部件画在一起，而且各个部件的布置要尽可能符合该电器的实际情况。各电器元件的表示要与原理图一致，以便核对。同一控制柜中的各电器元件之间的连接可以直接进行，不在同一个控制柜内的各电器元件之间的导线连接，必须通过接线端子进行。安装接线图中，分支导线必须在各电器元件接线端上引出。还应该详细标明导线和所穿管子的型号、规格等。

例如，车床的电气安装接线图对于起动频繁，允许直接起动电动机容量不大于变压器容量的20%。对于不经常起动者，直接起动电动机容量不大于变压器容量的30%。第二节

三相笼型异步电动机全压起动和正反转控制全压起动额定电压直接加到电动机的定子绕组。优点：电路简单缺点：起动电流大通常对容量小于10kW的笼型异步电动机采用直接起动方法。右图为三相笼型异步电动机单向全压直接起动控制电路。一、单向全压直接起动控制电路1.工作原理合QS按下SB2KM线圈得电自锁M起动起动过程：停车过程：按下SB2KM线圈断电M停车自锁2、电路的保护环节

（1）短路保护由熔断器实现电路短路保护。（2）过载保护通过热继电器实现电动机长期过载保护。（3）欠压和失压保护由接触器本身的电磁机构实现。二、电动机的点动控制电路点动：操作者按下起动按钮后，电动机起动运转，松开起动按钮时、电动机就停止转动。右图为几种点动控制电路。图(a)是最基本的点动控制线路。合QS按下SB2KM线圈得电M起动主触头闭合松开SB2KM线圈失电主触头断开M停车

电动机点动控制电路

图(b)是既可以实现点动又可以实现连续运行的控制线路。点动：手动开关SA打开连续工作：合上SA，自锁触头接入，即可实现连续控制。图(c)复合按钮SB3来实现点动控制按钮SB2实现连续控制合QS按下SB2KM得电自锁M起动主触头闭合连续运行：点动运行：合QS按下SB2KM得电M起动主触头闭合松开SB2KM失电M停车

图

d)是利用中间继电器实现点动的控制线路。

点动运行：连续运行：按下SB3KM得电自锁M起动按下SB2KA得电M起动KM得电松开SB2KM断电M停车KA断电

在电动机正反转控制线路中，利用两个接触器的常闭辅助触头互相控制的方法叫做互锁，而两对起互锁作用的触头叫做互锁触头。三、电动机的正、反转控制电路1、电动机“正-停-反”控制电路按下SB2KM1得电自锁M正转合QS正转：反转：按下SB2KM2得电自锁M反转停车：按下SB2KM1失电M停车如图a）所示：

a）正-停-反电路互锁

2、电动机“正-反-停”控制电路其控制电路如图2-6b）所示。按下SB2KM1得电自锁M正转合QS正转：停车：反转：按下SB2KM2得电自锁M反转按下SB2KM1或KM2失电M停车互锁联锁四、自动往返行程控制电路右图为自动往返循环控制典型电路。SQ1为正向转反向行程开关SQ2为反向转正向行程开关如此周而复始。工作原理：按下SB2KM1得电自锁M正转合QS拖动运动部件前进碰SQ1KM1失电KM2得电M反转拖动运动部件后退碰SQ2KM2失电KM1得电M正转上述自动往返运动，运动部件每经过一个循环，电动机要进行两次制动过程，会出现较大的制动电流和机械冲击。因此，这种电路只适用于电动机容量较小、循环周期较长、电动机转轴具有足够刚性的拖动系统。另外，在选择接触器的容量时应比一般情况选择的容量大一些。第三节三相笼型异步电动机的降压起动控制

较大容量的笼型异步电动机（大于10kW）因起动电流较大，不允许用全压直接起动，应采用降压起动控制。有时为了减小起动时对机械设备的冲击，即便是允许采用直接起动的电动机，也往往采用降压起动。降压起动时，先降低加在电动机定子绕组上的电压，待起动后再将电压升高到额定值，使之在正常电压下运行。由于电枢电流和电压成正比，所以降低电压可以减小起动电流，这样不致在电路中产生过大的电压降，减少对线路电压的影响。三相笼型异步电动机常用的降压起动方法有：定子串电阻（或电抗器）降压起动、星-三角（Y-D）降压起动、自耦变压器降压起动及延边三角形降压起动。

一、定子串电阻降压起动控制三相笼型异步电动机定子绕阻串接起动电阻时，由于起动电阻的分压，使定子绕组起动电压降低，起动结束后再将电阻短接，使电动机在额定电压下正常运行，可以减小起动电流。这种起动方式不受电动机接线形式的限制，设备简单、经济，在中小型生产机械中应用较广。

a）自动切换的降压起动电路原理：合上电源开关QS，接入三相电源，按下SB2，KM1、KT线圈得电吸合并自锁，电动机串电阻R降压起动，当电动机转速接近额定值时，时间继电器KT动作，其延时闭合的常开触点闭合，KM2线圈得电并自锁。KM2主触点短接电阻R，KM2的常闭触点断开，使KM1、KT线圈断电释放，电动机经KM2主触点在全压下进入稳定正常运转。

b）自动/手动短接电阻降压起动电路原理：

SA为自动/手动选择开关，当SA置于自动时，电路与图a）相同。若SA置于手动时，KT被切除，此时按下起动按钮SB2后，电动机串电阻R降压起动。再按下加速按钮SB3，电阻R被短接，电动机全压运行。

二、星-三角（Y-D）降压起动控制

正常运行时，定子绕组接成三角形运转的三相笼型异步电动机，可采用星-三角降压起动。起动时，每相绕阻的电压下降到正常工作电压的，故起动电流下降到全压起动时的1/3，电动机起动旋转，当转速接近额定转速时，将电动机定子绕组改接成三角形，电动机进入正常运行状态。这种降压起动方法简单、经济，可用在操作较频繁的场合，但其起动转矩只有全压起动时的1/3，适用于空载或轻载。

星-三角起动电路有多种，现介绍两个有代表性的电路:1、用于13kW以下电动机的起动电路

2、用于13kW以上电动机的起动电路

按下起动按钮SB2，KM1、KT线圈同时通电吸合并自锁，KM1主触点闭合接入电源，电动机接为三角形，降压起动。当时间继电器KT动作，,KM1线圈断电释放，切断电动机电源；KT上延时闭合的常开触点闭合，使KM2线圈通电并自锁，KM2的主触点将电动机定子接为三角形，常闭触点KM2断开，使KT断电，KM1线圈重新通电吸合，电动机三角形运行。

1、用于13kW以下电动机的起动电路按下SB2，KM1、KT、KM3线圈同时通电吸合自锁，星形降压起动，当KT动作，KM3线圈断电释放，KM2线圈通电吸合，电动机三角形连接，进入正常运行。常用的自动星-三角起动器有QX3系列，控制电动机的最大功率有13、30kW两种。

2、用于13kW以上电动机的起动电路

三、自耦变压器降压起动控制电路

按下SB2，KM1、KT线圈同时得电并自锁，KM1主触点闭合，电动机定子绕组经自耦变压器二次侧供电开始降压起动。当KT动作，使接触器KM1线圈断电，KM1主触点断开，将自耦变压器从电网上切除；同时使接触器KM2线圈得电，电动机直接接到电网上，全压运行。电动机经自耦变压器降压起动时，如自耦变压器的电压变比为K=U1/U2>1，利用自耦变压器降压起动时的电压为额定电压的1/K，电网供给的起动电流减小到1/K2，由于T∝U2，此时的起动转矩降为直接起动时的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的方法适用于正常工作时接成星形或三角形的较大容量电动机，起动转矩可以通过改变自耦变压器抽头的连接位置而改变，缺点是自耦变压器价格较贵，且不允许频繁起动。常用的自耦变压器起动产品是成套的补偿降压起动器。包括手动、自动操作两种形式。手动操作的补偿器有QJ3、QJ5等型号，自动操作的有XJ01型和CTZ系列等。

降压起动。HL3灭。当KT动作，KA线圈得电并自锁，KM1、KM3、KT线圈断电释放，KM2线圈得电，自耦变压器切除，电动机在额定电压下运行。同时，HL2灭，HL1亮，指示电动机全压正常运行。合上电源开关QS，HL2亮（从上电至降压期间亮）、HL3亮（上电至未起动期间亮），按下SB2，KM1、KM3、KT线圈得电自锁，XJ01型补偿降压起动器产品电路（适用14～28kW）

四、延边三角形降压起动控制电路

延边三角形降压起动是一种既不用增加起动设备，又能提高起动转矩的起动方法。它适用于定子绕组特别设计的异步电动机。

延边三角形电动机定子绕组联结图电动机绕组有9个接线端。出线头编号：U（U1、U2、U3）V（V1、V2、V3）W（W1、W2、W3）U3、V3、W3为绕组中间抽头。表2-2不同抽头比时的延边三角形起动特性N1/N2每相绕组电压（V）起动电流/额定电流0.52903.6～4.212643～3.522302.6～1.1按下SB2，KM1、KM2、KT线圈同时得电并自锁，电动机联结为延边三角形降压起动。当电动机转速接近于额定转速时，KT动作，KM1线圈断电释放，KM3线圈通电并自锁，KM3主触点闭合，电动机成三角形联结正常运转。延边三角形降压起动控制电路第四节三相绕线转子异步电动机起动控制

三相绕线转子异步电动机的转子绕组可以通过滑环串接起动电阻以达到减小起动电流、提高转子电路功率因数和起动转矩的目的。在一般要求起动转矩较高的场合，绕线转子异步电动机得到了广泛的应用。绕线转子异步电动机转子绕组可以串电阻和串频敏变阻器两种装置进行起动。

一、转子串电阻起动控制电路串接在三相转子绕组中的起动电阻一般都接成星形。起动前，起动电阻全部接入，起动过程中将电阻依次短接，起动结束时，转子电阻全部被短接。短接起动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两种。仅介绍用接触器控制的平衡短接法起动控制。

按下SB2，KM1、KT1线圈得电，电动机转子接入三段电阻起动；当KT1延时到，KM2得电，短接电阻R1，KT2得电；当KT2延时到，KM3得电，短接电阻R2，KT3得电；

KT3延时到，KM4得电，短接电阻R3，电动机起动过程结束。时间原则控制的起动电路电流原则短接起动电阻的控制电路按下起动按钮SB2，KM1得电，电动机起动，起动电流大，KI1、KI2、KI3同时吸合动作，KM2、KM3、KM4线圈全断电，电阻全部接入。随转子电流减小，KI1首先释放，短接第一段转子电阻R1，再KI2释放，短接R2，如此下去，直到将转子全部电阻短接，电动机起动过程结束。*KI1、KI2、KI3欠电流继电器，吸合电流相同，释放电流不同，KI1最大，KI2次之，KI3最小。

二、转子绕组串频敏变阻器起动控制电路

三相绕线转子异步电动机转子串接电阻起动时存在一定的机械冲击，起动线路复杂，而且电阻本身比较笨重、能耗大、控制箱体积大。从20世纪60年代开始，我国开始应用和推广自己独创的频敏变阻器。频敏变阻器的阻抗能够随着转子电流频率的减小而自动减小，它是绕线转子异步电动机较为理想的一种起动设备。

频敏变阻器是一种由数片E形钢板叠成铁心，外面再套上绕组的三相电抗器，它有铁心、线圈两个部分，采用星形接线，其铁心损耗非常大。相当于一个铁损较大的电抗器。

频敏变阻器等效电路：

自动控制时将开关SA扳向“自动”，按下SB2，KM1、KT得电，当KT到，，KA得电，KM2得电，频敏变阻器短接，完成电动机的起动。手动时SA板“手动”，断开KT，按下SB2，串频敏变阻器起动，按下SB3，短接RF，起动过程结束。起动中，KA将热继电器的发热元件FR短接，以免起动时间长而使热继电器误动作。采用频敏变阻器的起动控制电路

当三相异步电动机脱离电源，由于惯性，转子要经过一段时间才能完全停止旋转，这不能适应某些生产机械工艺的要求，如对万能铣床、卧式镗床、组合机床等，会造成运动部件停位不准、工作不安全等现象，同时也影响生产效率。因此，电动机需要进行有效的制动，使之能迅速停车。一般采取的制动方法有两大类：机械制动和电气制动。

机械制动是利用电磁抱闸等机械装置来强迫电动机迅速停车；

电气制动是使电动机工作在制动状态，使电动机的电磁转矩方向与电动机的旋转方向相反，从而起制动作用。电气制动控制电路包括反接制动和能耗制动。

第五节三相异步电动机的制动控制

一、反接制动控制电路

反接制动有两种情况：一种是倒拉反接制动，如起重机下放重物的情况；另一种是电源反接制动，这里讨论第二种情况。使用电源反接制动方法的注意事项：*为防止转子降速后反向起动，当转速接近于零时应迅速切断电源；**转子与突然反向的旋转磁场的相对速度接近于两倍的同步转速，为了减小冲击电流，通常在电动机主电路中串接电阻来限制反接制动电流。反接制动电阻的接线方法有对称和不对称两种接法。

反接制动特点是制动迅速，效果好，冲击大，通常仅适用于10kW以下的小容量电动机。

按下SB2，KM1得电，全压起动。在电动机正常运转时，速度继电器KS的常开触点闭合，为反接制动作好准备。停车时，按下停止按钮SB1，KM1断电，由于惯性，电动机的转速还很高，KS依然动作，因SB1按下，KM2得电，电动机反接制动，转速迅速下降，当速度继电器恢复，KM2断电，电动机断电，反接制动结束。

1、电动机单向运转的反接制动控制电路正转起动按SB2，正转KM1得电，电动机接入正向三相交流电源运转，KS动作，正转常闭触点KS-1断开，常开触点KS-1闭合。为KM2线圈的通电做准备，但不能使KM2线圈立即通电。按停止按钮SB1，KM1断电，KM2通电，正向反接制动。由于速度继电器的常闭触点KS-1已断开，KM2线圈不自锁。当转速接近于零，正转常开KS-1断开，KM2断电，正反接制动结束。

2、电动机可逆运行的反接制动控制电路电阻R是反接制动电阻，同时也限制起动电流具有限流电阻的可逆反接制动控制电路

工作原理：按下正转起动按钮SB2，中间继电器KA3得电并自锁，接触器KM1线圈通电，KM1的主触点闭合，定子绕组经电阻R接通正向三相电源，电动机定子绕组串电阻降压起动。当电动机转速上升到一定值时，KS的正转常开触点KS-1闭合，中间继电器KA1得电并自锁，这时KA1、KA3中间继电器的常开触点全部闭合，接触器KM3线圈得电，KM3主触点闭合，短接电阻R，定子绕组得到额定电压，进入运行。若按下停止按钮SB1，则KA3、KM1、KM3线圈断电。但此时电动机转速仍然很高，速度继电器KS的正转常开触点KS-1还处于闭合状态，中间继电器KA1线圈仍得电，所以接触器KM1常闭触点复位后，接触器KM2线圈得电，KM2常开主触点闭合，使定子绕组经电阻R获得反向的三相交流电源，电动机进行反接制动。当转速小于100r／min时，KS的正转常开触点KS-1复位，KA1断电，KM2断电，反接制动过程结束。

二、能耗制动控制电路

1、单向能耗制动控制电路

正常运行后，按下停止按钮SB1，KM1断电，切断电动机电源，同时KT得电，KM2得电并自锁，直流电源则接入定子绕组，进行能耗制动。当时间继电器延时断开常闭触点KT断开时，KM2断电，直流电源被切除，同时KM2常开辅助触点复位，时间继电器KT线圈断电，能耗制动结束。

时间原则控制的单向能耗制动控制电路该电路与时间原则控制电路基本相同，控制电路中取消了时间继电器KT，而加装了速度继电器KS，用KS的常开触点代替KT延时断开的常闭触点。制动时，按下停止SB1，KM断电，断开三相电源。此时速度仍然很高，KS的常开触点仍然闭合，KM2能够依靠SB1按钮的按下通电，定子绕组通入直流电，能耗制动。当电动机速度接近零时，KS常开触点复位，KM2断电，能耗制动结束。

速度原则控制的单向能耗制动控制电路正常正向运转中，按下停止按钮SB1，KM1断电，KM3和KT得电并自锁，KM3常开主触点闭合，直流电源加到定子绕组，电动机进行正向能耗制动。当转速接近零时，时间继电器延时断开的常闭触点KT断开KM3线圈电源。KM3主触点断开直流电源，KM3常开辅助触点复位，KT断电，正向能耗制动结束。

2、电动机可逆运行能耗制动控制电路该电路按时间原则控制对于10kW以下制动要求不高的电动机可采用。制动时，按SB1，KM1断电，KT、KM2得电，接入整流电源，经整流二极管V构成回路，电动机制动。当时间继电器的常闭触点断开，KM2断电，直流电源切除，能耗制动结束。

与反接制动相比，能耗制动具有消耗能量少、制动电流小等优点，但需要直流电源，控制电路复杂。通常能耗制动适用于电动机容量较大和起制动频繁的场合，反接制动适用于容量小而制动要求迅速的场合。

3、无变压器的单管能耗制动控制电路

一、三相笼型异步电动机的有级调速控制原理由三相异步电动机的转速公式n=60f1(1-s)/p可知，三相异步电动机的调速方法主要有变极对数调速、变转差率调速及变频调速三种。其中变转差率的方法可通过调定子电压、改变转子电路中的电阻以及采用串级调速、电磁转差离合器调速等来实现。改变转子电路电阻的调速方法只适用于绕线转子异步电动机。变频调速和串级调速比较复杂将在专门的课程中讲授。本节仅介绍笼型异步电动机变极调速的基本控制电路。

第六节三相笼型异步电动机的有级调速一般的三相异步电动机极对数是不能随意改变的，必须选用双速或多速电动机。变极对数仅适用于三相笼型异步电动机。

a）三角形连接，电动机四极运行，低速

b）是双星形连接，电动机两极运行，高速。

4／2极双速电机定子绕组

按下低速起按钮SB2，低速接触器KM1得电，KM1主触点闭合，电动机定子绕组接为三角形，电动机低速运转。

按下高速起按钮SB3，低速KM1断电，高速接触器KM2和KM3线圈得电电动机定子绕组联成双星形，电动机高速运转。二、接触器控制的双速电动机控制电路

开关SA扳到中间位置时，电动机处于停止状态。

低速时，把SA扳到“低速”的位置，KM1得电，定子绕组联成三角形，低速运转。

高速时，把SA扳到“高速”的位置，KT得电，电动机定子绕组先联成三角形，低速起动。一段延时后，KT动作，电动机定子绕组联成双星形，高速运转。三、时间继电器自动控制的双速电动机控制电路

第七节直流电动机的控制

一、直流电动机的基本控制方法

1、直流电动机的起动控制

直流电动机起动特点之一是起动冲击电流大，可达额定电流的10～20倍。除小型直流电动机外一般不直接起动。

为了保证起动过程中产生足够大的反电动势以减小起动电流和产生足够大的起动转矩，从而加速起动过程，也为了避免空载失磁飞车事故的发生，他励、并励直流电动机起动时，在接通电枢绕组电源时，必须同时或提前接上额定的励磁电压。串励直流电动机的励磁电流和电枢电流是同时接通的。

2、直流电动机的正反转控制由电磁转矩T＝CTΦI，改变直流电动机的转向有两个方法，一种是改变电枢绕组两端电压的极性，使电枢电流反向；另一种是而改变励磁绕组两端电压的极性。改变电枢绕组两端电压极性来改变电动机转向时，由于主电路电流较大，故切换功率较大。采用改变直流电动机励磁电流的极性来改变转向的方法，尽管切换功率较小，但在改变励磁电流方向过程中，如Φ＝0会造成“飞车”，因此改变励磁电流的同时要切断电枢绕组电源，另外须加设阻容吸收装置来消除励磁绕组因触点断开产生的感应电动势。

3、调速控制直流电动机最突出的优点是能在很大的范围内具有平滑、平稳的调速性能。调速方法主要有电枢回路串电阻调速、改变电枢电压调速、改变励磁调速和混合调速。

4、制动控制与交流电动机类似，直流电动机的电气制动方法有能耗制动、反接制动和再生发电制动等。

将SA置“0”位。合上QF1和QF2，欠电流继电器KI2得电动作，其常开触点KI2闭合，KA通过SA1-2得电并自锁。过电流继电器KI1不动作，时间继电器KT1的得电，其延时闭合的常闭触点KT1立即断开，断开KM2和KM3线圈的通电回路，保证起动时串入R1和R2。

二、他励（包括并励）直流电动机的控制电路1、电枢回路串电阻的起动与调速控制电路（1）起动前准备

（2）起动将SA的手柄由“0”位板到“3”位，SA1-2触点断开，其他三对触点闭合。此时KM1线圈得电，其主触点闭合使电动机M串R1、R2起动，同时KM1常闭触点断开，使KT1线圈断电并开始延时。起动电阻R1上的电压降使并联在其两端的KT2线圈得电，其延时闭合的常闭触点断开。当KT1延时到，其延时闭合的常闭触点KT1闭合，KM2线圈得电。KM2的常开触点闭合，切除起动电阻R1，电动机进一步加速，同时KT2线圈被短接，KT2开始延时，延时到，其延时闭合的常闭触点KT2闭合，接触器KM3线圈得电，KM3的主触点闭合，切除电阻R2，电动机再次加速，进入全电压运转。

（3）调速低速时，将SA扳到“l”或“2”位，电动机在电枢串有两段或一段电阻下运行，其转速低于主令控制器处在“3”位时的转速。例如，将SA扳到1位，KM2、KM3都不能得电，电动机串R1和R2运行。在调速过程中KT1和KT2的延时作用是保证电动机M有足够的加速时间，避免由于电流突变引起传动系统过大的冲击。

（4）保护

电动机发生过载和短路时，主回路过电流继电器KI1立即动作，使电动机脱离电源。欠电流继电器KI2的作用是当励磁线圈断路或励磁电流减小时，KI2动作，电动机断电，进行失磁和弱磁保护。主令控制器SA具有零位保护和零压保护的作用，SA手柄处于“0”位，KA才能接通，避免了电动机的自起动，起零压保护作用；也保证电动机在任何情况下总是从低速到高速的安全加速起动，叫做零位保护。电路中二极管V与电阻R串联构成励磁绕组的吸收回路，防止停车时由于过大的自感电动势引起绕组绝缘击穿。直流电源采用两相零式整流电路，R兼有起动限流和制动限流作用。R3调节电动机转速。R2吸收自感电动势，KM1为能耗制动接触器，KM2为工作接触器，KM3为切除起动电阻的接触器。

2、变励磁调速及正反转控制电路

工作原理：

（1）起动按下起动按钮SB2，KM2和KT线圈得电并自锁，电动机M串电阻R起动，一段延时后，KT延时闭合的常开触点（21-29）闭合，使KM3线圈得电并自锁，KM3主触点闭合切除起动电阻R，起动过程结束。

（2）调速在正常运行状态下，调节电阻R3，改变励磁电流的大小，从而改变磁通，即可改变电动机的转速。

（3）停车及制动在正常运行状态下，按下停车按钮SB1，接触器KM2和KM3线圈断电，其主触点断开，切断电动机电源，同时KM1线圈得电，通过R接通能耗制动回路，KM1的另一常开触点短接电容C，使电源电压全部加在励磁绕组两端，实现制动过程中的强励磁作用，加强制动效果。松开按钮SB1，制动结束，电路又处于准备工作状态。

3、改变励磁电压极性的正反转控制电路

图为MM52125A型导轨磨床的部分电路

（1）正转按下正转起动按钮SB2，KM18线圈得电，其常开触点闭合，建立励磁KI2闭合；KT得电延时到KM17得电并自锁，KM17主触点闭合，电动机接通电源，KM17的常闭触点使时间继电器KT线圈断电。KT的延时常闭触点闭合，KM18自锁，其主触点闭合，接通电动机的励磁回路，励磁电流由K到J；电动机正转。

（2）停车按下SB1，KM17线圈断电，其主触点切断电动机的电枢电源，常闭触点闭合，使KT线圈得电。KT延时到，其常闭触点断开，切断KM18的自锁回路。KT延时期间，KM18线圈一直保持通电状态，保证励磁回路的正常供电，停车控制中，先切断电枢电源后切断励磁电源。

（3）反转电动机停止后，即KT延时时间到，按下SB3，KM19和KM17线圈得电并自锁，KM17主触点接通电动机电枢电源，KM19主触点接通电动机励磁电源，励磁电流方向是由J到K，与正转时相反，电动机反转。4、具有能耗制动的正反转控制线路

（1）起动前的准备

SA置于“0”位。合上QF1和QF2，电动机的并励绕组中流过额定的励磁电流，欠电流继电器KI2得电动作，KA得电并自锁。电流继电器KI1不动作，时间继电器KT1的线圈得电，其延时闭合的常闭触点KT1处于断开状态，断开KM2和KM3线圈的通电回路，保证起动时串入R1和R2。

（2）起动与调速将SA的手柄由“0”位板到“1”位，KML线圈得电，其常开辅助触点闭合使KM1线圈得点，KML、KM1主触点闭合，电动机接通电源，串R1、R2起动，电枢电压为左正右负，电动机正转。同时KML辅助常闭触点断开，KT1断电并开始延时，KML辅助常开触点闭合，使KAL线圈得电，KAL常开触点闭合，为接通KM4线圈做准备。起动电阻R1上的电压使并联在其两端的KT2得电，当KT1延时到，其延时闭合的常闭触点KT1闭合。需要电动机加速时，将SA手柄由“1”搬到“2”位，KM2得电。切除起动电阻R1，电动机进一步加速；同时KT2线圈被短接，KT2开始延时，延时到，其延时闭合的常闭触点KT2闭合，为KM3得电做准备。将SA手柄由“2”