电器控制线路基础32

电器控制基础福建工程学院2/2/2023第二节电器控制的基本线路电器控制线路的表示方法典型的电器控制线路三相笼型电动机直接起动控制顺序连锁控制线路互锁控制线路位置原则的控制线路时间原则的控制线路速度原则的控制线路2/2/2023电气原理图

电气原理图是根据工作原理而绘制的，具有结构简单、层次分明、便于研究和分析电路的工作原理等优点。在各种生产机械的电器控制中，无论在设计部门或生产现场都得到广泛的应用。电器控制线路常用的图形、文字符号必须符合最新的国家标准。2/2/2023一、三相笼型电动机直接起动控制

在电源容量足够大时，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，线路简单;缺点是起动电流大，引起供电系统电压波动，干扰其它用电设备的正常工作。1．点动控制如图所示，主电路由刀开关Q、熔断器FU、交流接触器KM的主触点和笼型电动机M组成；控制电路由起动按钮SB和交流接触器线圈KM组成。

2/2/2023ABC1、点动控制实物接线图QsFUM3~KMKMSBSB常开常闭KM2/2/2023

C'B'KMSB点动控制电气原理图

控制电路M3~ABCKMFUQs主电路2/2/20232．连续运行控制在实际生产中往往要求电动机实现长时间连续转动，即所谓长动控制。如图所示，主电路由刀开关Q、熔断器FU、接触器KM的主触点、热继电器FR的发热元件和电动机M组成，控制电路由停止按钮SB2、起动按钮SB1、接触器KM的常开辅助触点和线圈、热继电器FR的常闭触点组成。

2/2/2023熔断器FU交流接触器KM组合开关Qs按扭SBSB1SB235热继电器FRM3～421连续运行控制接线图(a)结构图2/2/2023主电路控制电路鼠笼式电动机连续运行的控制线路(1)电路SB1KMSB2FRKMFRKMFUQ3~M..保险丝热继电器发热元件开关接触器主触点起动按钮停止按钮接触器线圈接触器辅助触点热继电器动断触点(b)原理图2/2/2023控制电路一、直接起动电动机的保护SB1KMSB2FRKMFRKMFUQ3~M..热继电器过载保护保险丝短路保护接触器零压、欠压保护热继电器常闭触点主电路控制电路2/2/2023电动机的保护

短路保护是因短路电流会引起电器设备绝缘损坏，产生强大的电动力，使电动机和电器设备产生机械性损坏，故要求迅速、可靠切断电源。通常采用熔断器FU和过流继电器等。欠压是指电动机工作时，引起电流增加甚至使电动机停转，失压(零压)是指电源电压消失而使电动机停转，在电源电压恢复时，电动机可能自动重新起动(亦称自起动)，易造成人身或设备故障。常用的失压和欠压保护有：对接触器实行自锁；用低电压继电器组成失压、欠压保护。

过载保护是为防止三相电动机在运行中电流超过额定值而设置的保护。常采用热继电器FR保护，也可采用自动开关和电流继电器保护。2/2/2023KMFRKM..KMSB1SB2..控制电路合上开关Q起动(2)

控制原理KM辅助触点闭合自锁。按下起动按钮SB2

,KM线圈通电，KM主触点闭合，电动机运转。通电转动KM主电路FR3~MFUQQ动画2/2/2023合上开关Q(2)控制原理FRKM..KMSB1SB2..控制电路KM辅助触点闭合自锁。按下起动按钮SB2

,KM线圈通电，KM主触点闭合，电动机运转。通电起动KM转动主电路FR3~MFUQQ松开起动按钮SB2

利用自身辅助触点，维持线圈通电的作用称自锁自锁2/2/2023(2)控制原理FRKM..KMSB1SB2..控制电路通电主电路FRFUQ3~MQ转动KM自锁停车

按下停止按钮SB1,

KM线圈断电KM主触点断开,电动机停转。KM辅助触点断开，取消自锁。2/2/2023(2)控制原理转动停车

按下停止按钮SB1,

KM线圈断电KM主触点断开,电动机停转。KM辅助触点断开，取消自锁。

停转FRKM..KMSB1SB2..控制电路通电主电路FRFUQ3~MQ断电KM去掉KM辅助触点,实现点动控制。2/2/20233．点动和长动结合的控制在生产实践中，机床调整完毕后，需要连续进行加工，就要求电动机既能实现点动又能实现长动。控制线路如图所示。图示的线路，采用了复合开关实现控制。点动控制时，先把SB3按下，断开自锁电路的同时电动机M点动；长动控制时，把SB3打开→按动SB2→KM线圈通电，自锁触点起作用→电动机M实现长动。

2/2/2023既能长期工作又能点动的控制电路按下起动按钮，电动机运转，松开起动按钮，电动机停转。点动按钮SB3的作用：(1)使接触器线圈KM通电；(2)使线圈KM不能自锁。KMSB2FRKMSB1~SB3复合按钮2/2/2023既能长期工作又能点动的控制电路KMSB2FRKMSB1~SB3后闭合先断开按下SB3闭合电机运转点动时：自锁触点不起作用通电2/2/2023KMSB2FRKMSB1~SB3先断开后闭合断开断电既能长期工作又能点动的控制电路松开SB32/2/2023既能长期工作又能点动的控制电路KMSB2FRKMSB1~SB3松开SB3电机停转实现点动用途:试车、检修以及车床主轴的调整等。先断开后闭合断开断电2/2/2023二、顺序连锁控制线路1.多台电动机先后顺序工作的控制在生产实践中，有时要求一个拖动系统中多台电动机实现先后顺序工作。例如机床中要求润滑电动机起动后，主轴电动机才能起动。下面以两台电动机顺序起动控制线路为例介绍顺序连锁控制线路。2/2/2023KM1FUQKM2M1M23~3~.SBSB1KM1KM1SB2KM2KM2按SB1通电闭合再按SB2闭合通电闭合闭合1.控制顺序：M1起动后M2才能起动。M2既不能单独起动，也不能单独停车。M1转动M2转动....2/2/2023M13~这样的顺序控制是否合理？两电机各自要有独立的电源；这样接，主触头(KM1)的负荷过重。KM1KM2M23~思考2/2/2023KM2SBKM2SBKM1FR1FR2KM1

例1：两条皮带运输机分别由两台鼠笼异步电动机拖动，由一套起停按钮控制它们的起停。为避免物体堆积在运输机上，要求电动机按下述顺序起动和停止：起动时:M1起动后M2才能起动；停车时:M2停车后M1才能停车。应如何实现控制？起动：通电通电闭合闭合2/2/2023SBKM1FR1例：两条皮带运输机分别由两台鼠笼异步电动机拖动，由一套起停按钮控制它们的起停。为避免物体堆积在运输机上，要求电动机按下述顺序起动和停止：起动时:M1起动后M2才能起动；停车时:M2停车后M1才能停车。应如何实现控制？KM2SBKM2FR2KM1停止：断电断电断开断开2/2/2023三、互锁控制线路在实际应用中，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来实现。2/2/2023鼠笼式电动机正反转的控制线路将电动机接到电源的任意两根线对调一下，即可使电动机反转。需要用两个接触器来实现这一要求。当正转接触器工作时，电动机正转；当反转接触器工作时，将电动机接到电源的任意两根联线对调一下，电动机反转。2/2/2023SBF和SBR决不允许同时按下，否则造成电源两相短路。正反转的控制线路3~MFRFU正转触点KMRKMFKMF.KMRFRQKMFSB..SBFKMF正转接触器正转按钮正反转控制电路必须保证正转、反转接触器不能同时动作。反转接触器SBRKMRKMR..........反转按钮反转触点2/2/2023按下SBFSBKMF在同一时间内，两个接触器只允许一个通电工作的控制作用，称为“互锁”。“互锁”触点利用接触器的触点实现联锁控制称电气互锁。缺点：改变转向时必须先按停止按钮。解决措施：在控制电路中加入机械互锁。KMRSBFKMFKMFSBRKMRKMR.....通电断开断电电机正转闭合2/2/2023机械互锁电气互锁利用复合按钮的触点实现联锁控制称机械互锁。鼠笼式电动机正反转的控制线路KMFKMFSBRSBKMRSBFKMFKMRKMR2/2/2023KMFKMFSBRSBKMRSBFKMFKMRKMR当电机正转时，按下反转按钮SBR先断开断电闭合通电断开停止正转闭合闭合电机反转2/2/2023四、位置原则的控制线路在机床电气设备中，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。2/2/2023行程控制自动往返运动：1.能正向运行也能反向运行2.到位后能自动返回行程控制：控制某些机械的行程，当运动部件到达一定行程位置时利用行程开关进行控制。SQaSQb电机正程限位开关SQaSQb逆程2/2/2023SQaSQb前进(正转）后退12按SBF时KMF通电(其常闭断开，常开闭合)KMF断电KMR通电行程开关自动往返运动：挡块电机正转工作台前进到达预定位置，挡块1撞击STbSBKMRSBFKMFKMFKMRSQbSQaKMFKMRSBR停止正转电机反转(工作台后退)2/2/2023五、时间原则的控制线路1、电动机的起动三相鼠笼式电动机的起动过程中起动电流和起动转矩均比正常工作时大很多，所以为了减小起动电流，必须采用适当的起动方法。Y-D降压起动自耦降压起动串电阻降压起动2、鼠笼式电动机时间原则的能耗制动控制线路2/2/2023起动电流：中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5~7倍。定子电流原因：起动时，转子导条切割磁力线速度很大。转子感应电势转子电流大电流使电网电压降低影响其他负载工作频繁起动时造成热量积累电机过热影响：三相电动机的起动2/2/2023起动转矩Tst在刚起动时，虽然转子电流较大，但由于转子的功率因数是很低的。因此起动转矩是不大的，它与额定转矩之比值约为1.0~2.2。如果起动转矩过小，就不能在满载下起动，应设法提高。但起动转矩也不能过大，否则，会使传动机构收到冲击而损坏。由上述可知，异步电动机起动时的主要缺点是起动电流较大。为了减小起动电流，必须采用适当的起动方法。2/2/2023起动方法鼠笼式电动机的起动方法有两种1、直接起动2、降压起动所谓降压起动就是在电动机起动时，降低其所加的电压。其目的就是要减小起动电流。降压起动通常采用下面的几种方法。2/2/2023星形—三角形（Y-△）换接起动该方法只适合于电动机在工作时，其定子绕组接成三角形时的情况。这种方法简便、经济，可用在操作较频繁的场合。如:有一台三角形联接的电动机，接在电压为380V的电源上，其每相定子绕组上的电压就是380V；当采用星形联接并接在相同电源上，此时每相定子绕组上的电压是220V。2/2/2023Y－D起动：正常运行AZBYXC

起动ABCXYZ设：电机每相阻抗为2/2/2023AZBYXC正常运行UPABCXYZ起动UP'（2）（1）仅适用于正常接法为三角形接法的电机。所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合Y－D起动。Y－D起动应注意的问题2/2/2023通过计算可以看出，电压下降了1/√3倍，电流下降了1/3。由于转矩与电压的平方成正比，所以起动转矩也减小到直接起动时的1/3。因此，这种方法只适合于空载或轻栽时起动。2/2/2023KMFUQSKH电机绕组A'xB'yC'zKM-YA'B'C'XYZYDZB'YXC'A'KM-D主电路电机的Y－D起动KM-Y闭合，电机接成Y形；KM-D闭合，电机接成D形。2/2/2023KMFUQSFR电机A'xB'yC'zKM-YKM-DKM-DKTKTKM-YKM-YKM-DKM-DKTKM-DKMSB1SB2KMY－D起动控制电路FR主电路接通电源延时KT′KM-D

ÖKM-Y′YÞD转换完成SB2ÖKMÖKTÖKM-YÖKM-D

′2/2/2023Y–D换接起动控制线路2/2/2023接起动电阻起动对于鼠笼式电动机的起动，只要在定子电路中接入大小适当的起动电阻，就可达到减小起动电流的目的。这种启动方式不受电机接线形式的限制，较为方便；但串电阻启动时将在电机上消耗大量电能，所以不宜用于经常启动的电机上。若用电抗器代替电阻，可克服这一点，但设备费用较大。2/2/2023时间继电器控制串电阻降压起动控制线路2/2/2023正反转控制线路3~MFRFUQ......KMFFRKMRSB1SBFKMFSBRKMRKMRKMFKMR下图所示的鼠笼式电动机正反转控制线路中有几处错误，请改正之。2/2/2023设计一控制系统，要求第一台电动机起动10S后，第二台电动机自动起动，运行5S后，第一台电动机停止转动，同时第三台电动机起动，再运转15S后，电动机全部停止。用接触器—继电器来控制，请画出相应的主电路、控制电路，应具有必要的保护环节。2/2/2023六、速度原则的控制线路三相异步电动机反接制机是利用改变电动机电源相序，使定子绕组产生的旋转磁场与转子旋转方向相反，因而产生制动力矩的一种制动方法。应注意的是，当电动机转速接近零时，必须立即断开电源，否则电动机会反向旋转。由于反接制动电流较大，制动时需在定子回路中串入电阻以限制制动电流。反接制动电阻的接法有两种：对称电阻接法和不对称电阻接法。2/2/2023动触点静触点外环工作原理速度继电器的轴由电动机带动，其外环转动到一定速度时，撞击动触点，使常开触点闭合，常闭触点打开。速度继电器速度控制2/2/2023速度控制－反接制动电路M3~KM1RKM2KM1SB1KSKM2KM2SB2KM1KM1SB1KM2KS正常工作时，KM1通电，电机正向运转，速度继电器（KS）常开触头闭合；停车时，按SB1，KM1断电，KM2通电，开始反接制动，当电机的速度接近零时，KS打开，电机停止运转，反接制动结束。限流电阻2/2/2023第三节典型电气控制系统生产机械种类繁多，其拖动方式和电气控制线路各不相同。本节以X62W卧式升降台铣床为例，对其控制线路进行分析。通过本节的学习，为电气控制线路的设计、安装、调试和维护打下基础。2/2/20232/2/2023万能铣床用途：铣削平面、斜面和加工沟槽。分类：立铣、卧铣、龙门铣、仿形铣、专用铣床。常用的卧式万能铣床型号：X62W、改进型XA6132。XA6132是在X62W型万能铣床的基础上增设电磁铁离合器抱闸制动，其他机械结构相同及电气控制电路基本相同。2/2/2023万能铣床简介万能铣床的主要构成底座、床身、悬梁、刀杆支架、升降台、工作台和溜板等。实物图万能铣床的运动情况2/2/2023铣床结构示意图2/2/2023XK6032C数控卧式升降台铣床2/2/2023X62W型铣床X62W：升降台卧轴万能铣床6——卧轴（刀轴）2——2号工作台（宽320mm）W——万能（回转台，螺旋槽）2/2/2023X62W型铣床一、铣床主要运动方式二、主轴电动机的控制三、进给电动机的控制四、其他控制环节五、电路的联锁与保护2/2/2023万能铣床的运动情况主运动：主轴电动机驱动主轴带动刀具作顺铣、逆铣，转动方向手动预选。为了主轴和进给机械变速后的齿轮啮合，采用瞬时变进冲动。升降式工作台进给运动（进给电动机驱动）：工作台带工件作快进、工进运动。升降台的构成：矩形（直线运动）、圆形（圆弧运动）两层结构。矩形工作台的六个运动方向和圆工作台的旋转运动要求互锁，任何时刻，只允许存在一种运动形式的一个方向运动。为了避免打刀（安全），要求有先做主轴旋转，然后工件进给的顺序控制。2/2/2023

万能铣床控制线路分析

X62W卧式万能铣床控制线路可分为主电路、控制电路、照明电路等部分。1、主电路①接触器KM1控制冷却泵电动机M3。②KM3、SA5控制主轴电动机M1正、反转。③KM2控制进给电动机反接制动。其它还有短路、过载保护器件。2/2/20232/2/20232、控制电路主轴及冷却泵电动机控制：主轴：主轴在加工前，由选择开关SA4选择主轴电动机M2的转动方向（顺、逆铣）。①起停：SB1、SB2及SB3、SB4和KA1用以实现主轴电动机M2的两地起停控制，两套起停控制按钮分别装在铣床正面和侧面操作板上。停车时SB1、SB2的常开触点闭合，使主轴制动电磁离合器的电磁铁YB线圈通电，同时电磁线圈YC2通电，沟通工作台快速进给传动链，此时进给电动机M2断电，工作台快停（顺控要求），实现主轴电动机迅速停车制动。2/2/2023②上刀制动：转换开关SA2常开触点闭合，电磁离合器电磁铁YB线圈通电，实现上刀制动。③主轴变速冲动：主轴电动机（M2）在转动过程中，拉出主轴变速手柄时，位置开关SQ5动作，KM1或KM2线圈断电、主轴电动机（M2）停止转动，主轴变速手柄在复位过程中，压下SQ5、KM1或KM2线圈通电，M2作瞬时正或反向变速冲动。反复推拉变速手柄，直至手柄放回原位，齿轮啮合为止。冷却泵：转动旋转式转换开关SA1→中间继电器KA3线圈通电→冷却泵电动机M1转动。2/2/20232/2/2023工作台进给控制①传动方式及控制特点工作台矩形直线运动和圆形圆弧运动的机械传动链如图所示。（1）矩形工作台的直线运动：运动方向（三维空间）：纵向（左右）、横向（前后）、升降（上、下）。操纵方法：纵向操纵手柄，左、0、右（3工位）位置。十字操纵手柄（两个机械联动），前、上、0、下、后（5工位）位置。（2）圆形工作台的圆弧旋转运动：矩形工作台的纵向操纵手柄和十字操纵手柄均在0位时，通过操作转换开关SA3控制圆形工作台的圆弧旋转运动。矩形工作台的三维空间6个方向的直线运动和圆形工作台的圆弧运动要互锁。每个时刻只允许有一个运动方向。2/2/2023（3）主轴与进给顺序控制 和KA2常开触点并联KA1常开触点作顺序控制，KA2用做工作台快进控制。（4）工作台选择选择开关SA3常态为矩形工作台，动态为圆形工作台操作状态。②矩形工作台的纵向进给：（SA3在常态） 纵向操纵手柄向右，沟通纵向机械传动链并压下位置开关SQ1；操纵手柄向左，沟通纵向机械传动链并压下位置开关SQ2；操纵手柄在中间0位为停止状态。矩形工作台的纵向进给2/2/2023控制电路分析： 手柄向右压下SQ1→电流过SQ6、SQ4、SQ3、SA3的常闭触点和SQ1的常开动合触点使KM3线圈通电→工作台进给电动机M3正转，拖动工作台向左进给。 手柄回到0位→SQ1常开触点断开→KM3线圈断电→M3停转。 手柄向左→压下SQ2→KM4线圈通电，工作台进给电动机M3反转。拖动工作台向右进给。控制电流的必经路径SQ3、SQ4、SA3的常闭触点，满足了互锁要求。工作台移动到终点，终点档铁撞击手柄的凸起部分可使其返回中间位置，实现终点停车。2/2/20232/2/2023铣床运动方式主运动：铣刀的旋转进给运动：纵向进给运动：工作台左、右移动。横向进给运动：滑台前、后移动。垂直进给运动：升降工作台上、下移动。圆工作台的旋转运动。

辅助运动：工作台在纵向、横向和垂直方向上的快速移动。2/2/2023因铣刀的安装方向不同，铣削加工有顺铣与逆铣两种，故主轴电动机需正、反转，且转向应在加工前即可根据铣刀的安装方向选择好。

1、主轴电动机的控制要求2/2/20231、主轴电动机的控制要求铣刀是多刃刀具，为减小切削过程中负载的波动，通常在主轴上装有飞轮以增加惯性。为了能快速停车，因此主轴需制动控制。2/2/20231、主轴电动机的控制要求主轴采用机械齿轮变速。为便于变速箱内齿轮的啮合，要求在主轴变速时主轴电动机能产生变速冲动。2/2/20232、主轴电动机的控制起动（KM1）正/反转（SA5）反接制动（KM2）

2/2/20232、主轴电动机的控制1）主轴电动机正转控制：两地控制

KM1+（1—3—5—10—11—12—13—9—N）

Q合上→SA5“顺”→SB1（SB2）↓→

KM1+

→KS-1+

2/2/20232、主轴电动机的控制2）主轴电动机停车制动控制

KM2+（1—3—5—6—7—8—9—N）SB3（SB4）↓↓→KM1—KM2+→KS-1—→KM2—→SB3（SB4）↑2/2/20232、主轴电动机的控制3）主轴变速冲动控制：SQ7

2/2/2023主轴变速操作：主轴变速手柄下压，拉出→旋转变速盘→主轴变速手柄推回原位（推不回，重复）拉出和推回主轴变速手柄时，SQ7均会受压。2/2/20232、主轴电动机的控制3）主轴变速冲动控制：SQ7

KM2+（1—3—7—8—9—N）主轴处于工作状态时变速：拉出变速手柄→SQ7↓→KM1—KM2+→反接制动n↓推回变速手柄→SQ7↓→KM2+→M1瞬动

2/2/20232、主轴电动机的控制3）主轴变速冲动控制：SQ7

主轴处于停车状态时变速：推回变速手柄→SQ7↓→KM2+→M1瞬动

2/2/20231、进给电动机的控制要求铣削加工的纵向、横向和垂直进给由一台进给电动机拖动。进给方向由操作手柄和进给电动机的正、反转配合实现。

2/2/2023工作台的六个方向进给运动由M2的正、反转及三个机械离合器联合动作来实现。2/2/2023纵向进给操作手柄垂直/横向进给操作手柄2/2/20231、进给电动机的控制要求为保证加工时的安全，铣削时只允许一个方向的进给运动。为保证加工的安全，进给运动一定要在铣刀旋转时才能进行，故主轴电动机与进给电动机之间应有可靠的联锁。进给运动采用机械齿轮变速，要求具有变速冲动控制。2/2/20232、进给电动机的控制SA1长工作台与圆工作台转换开关长工作台工作：SA1-1+SA1-3+

SA1-2—

圆工作台工作：SA1-1—SA1-3—SA1-2+

2/2/20232、进给电动机的控制1）工作台纵向进给控制：

SA1-1+SA1-3+KM3+（12—15—16—17—18—19—20—21）工作台右移：

纵向操作手柄“右”SQ1↓→KM3+→M2正转挂上纵向进给离合器工作台右移2/2/202