第三章电器控制

基本的电气控制系统(3课时)电气工程图及绘制

3.1电动机直接起动控制线路3.3电动机降压起动控制线路3.4电气控制线路的分析方法

3.2异步电动机的制动控制线路

3.5异步电动机的调速控制线路3.6直流电动机的控制线路

3.73.1电气工程图及绘制(5课时)

常用的电气工程图有3种：电路图（电气系统图、原理图）、接线图和元件布置图。3.1.1图形符号和文字符号1．图形符号由符号要素、限定符号、一般符号以及常用的非电操作控制的动作符号（如机械控制符号等）根据不同的具体器件情况组合构成。3．文字符号基本文字符号、单字母符号和双字母符号表示电气设备、装置和元器件的大类。3．辅助文字符号辅助文字符号用来进一步表示电气设备、装置和元器件功能、状态和特征。3.1.2电路图电路图用于表达电路、设备、电气控制系统组成部分和连接关系。1．电路绘制电路的绘制一般包括主电路的绘制和控制电路的绘制。主电路是设备的驱动电路，在控制电路的控制下，根据控制要求由电源向用电设备供电。

控制电路由接触器和继电器线圈、各种电器的动合、动断触点组合构成控制逻辑，实现所需要的控制功能。主电路、控制电路和其他的辅助电路、保护电路一起构成电控系统。2．元器件绘制电路图中所有电器元件一般不画出实际的外形图，而采用国家标准规定的图形符号和文字符号表示，同一电器的各个部件可根据需要画在不同的地方，但必须用相同的文字符号标注。3．图区和触点位置索引电路图常采用在图的下方沿横坐标方向划分的方式，并用数字标明图区。同时在图的上方沿横坐标方向划区，分别标明该区电路的功能。4．电路图中技术数据的标注电路图中元器件的数据和型号（如热继电器动作电流和整定值的标注、导线截面积等）可用小号字体标注在电器代号的下面。3.1.3电器元件布置图电器元件布置图主要是表明机械设备上所有电气设备和电器元件的实际位置，是电气控制设备制造、安装和维修必不可少的技术文件。3.1.4接线图接线图主要用于安装接线、线路检查、线路维修和故障处理。它表示了设备电控系统各单元和各元器件间的接线关系，并标注出所需数据，如接线端子号、连接导线参数等。实际应用中通常与电路图和位置图一起使用。3.2电气控制线路的分析方法

分析的一般原则是：化整为零、顺藤摸瓜、先主后辅、集零为整、安全保护和全面检查。常用的分析电气线路图的方法有两种：查线读图法和逻辑代数法。3.2.1查线读图法查线读图法（又称为直接读图法或跟踪追击法）是按照电气控制线路图，根据生产过程的工作步骤依次读图，一般按照以下步骤进行。1．了解生产工艺与执行电器的关系2．分析主电路3．分析控制电路4．分析辅助电路5．分析联锁和保护环节6．总体检查3.2.2逻辑代数法逻辑代数法（又称为间接读图法）是通过对电路的逻辑表达式的运算来分析电路的，其关键是正确写出电路的逻辑表达式。1．电器元件的逻辑表示2．电路状态的逻辑表示逻辑代数法读图的优点是各电气元器件之间的联系和制约关系在逻辑表达式中一目了然，通过对逻辑函数的运算，一般不会遗漏或看错电路的控制功能，而且为电气线路的计算机辅助分析提供方便。逻辑代数法读图的主要缺点是对于复杂的线路，其逻辑表达式很烦锁。3.3电动机直接起动控制线路

电动机通电后由静止状态逐渐加速到稳定运行状态的过程称为电动机的起动，三相笼型异步电动机的起动有降压和全压起动两种方式。3.3.1点动及单向连续运转控制点动控制线路是用按钮开关、接触器来控制电动机运转的最简单的控制线路。所谓点动控制是指按下按钮时，电动机就得电运转；松开按钮时，电动机就失电停转。

这种控制方法常用于如电动葫芦的起重电机控制和机床上的手动调校控制。1．主电路元器件2．控制回路元器件3．工作原理3.3.2正反转控制其控制线路及电路分析参见实训4。3.3.3顺序控制手动顺序控制线路如图3-5所示。（1）控制线路通电合上空气开关QF→指示灯EL亮（2）电动机M1先起动（3）电动机M2后起动在M1运转状态下，图3-5手动顺序控制线路图（4）电动机逆序停转（5）电动机M1、M2同时停转（6）控制线路断电断开空气开关QF→指示灯EL熄灭，线路断电手动顺序控制线路具有如下特点：①电动机M2的控制线路与KM1线圈顺接，这样就保证了M1起动后，M2才能起动的顺序控制要求。②停止按钮SB2只控制电动机M2停转，而总停止按钮SB可控制电动机M1、M2同时停转。若想实现自动顺序控制，可通过时间继电器实现，其控制线路及电路分析参见实训5。3.3.4行程控制控制线路的工作过程如下：（1）控制电路通电合上空气开关QF→指示灯EL亮（2）工作台右移（3）工作台停止右移（左移开始）（4）工作台停止左移（右移开始）（5）工作台重复工作过程3～4的动作，在限定行程内自动往返运动。（6）工作台停止运动按下SB→KM1（或KM2）线圈→KM1（或KM2）主触头断开→电动机M停转→工作台停止运动。（7）控制电路断电断开空气开关QF→指示灯EL灭。3.4电动机降压起动控制线路(6课时)

降压起动的方法有定子电路串电阻（或电抗）、星形-三角形、自耦变压器和使用软起动器等。常用的方法是星形-三角形降压起动和使用软起动器。3.4.1Y/D降压起动星形-三角形（Y/D）降压起动是笼型三相异步电动机降压起动方法之一。Y/D起动控制分为手动和自动两种。3.4.2定子串接电阻降压起动电动机起动时在三相定子绕组中串接电阻，使定子绕组上电压降低，起动结束后再将电阻短接，使电动机在额定电压下运行，这种起动方式不受电动机接线方式的限制。

合上电源开关QF3.4.3定子串接自耦变压器降压起动自耦变压器降压起动的控制线路，电动机起动电流的限制是靠自耦变压器的降压作用来实现的。其线路的工作过程如下。

合上QF，给电路送电3.4.4转子绕组串接电阻起动转子回路串接起动电阻，一般接成星形且分成若干段，起动时电阻全部接入，起动过程中逐段切除起动电阻。切除电阻的方法有三相平衡切除法及三相不平衡切除法，常用的接触器控制切除起动电阻多为三相平衡切除法，即每次每相切除的起动电阻相同。其工作过程如下。

合上开关QF，给电路送电3.4.5转子绕组串接频敏变阻器起动绕线转子异步电动机除转子串接电阻起动的控制方式外，还可转子串接频敏变阻器起动，其线路的工作过程如下：

该电路KM1线圈通电需在KTKM2触点工作正常条件下进行，若发生KTKM2触点粘连、KT线圈故障时，KM1线圈无法得电，从而避免了电动机直接起动和转子长期串接频敏变阻器的不正常现象发生。3.5异步电动机的制动控制线路

制动可分为机械制动和电气制动，机械制动一般为电磁铁操纵抱闸制动，电气制动是电动机产生一个和转子转速方向相反的电磁转矩，使电动机的转速迅速下降。三相交流异步电动机常用的制动方法有能耗制动、反接制动和发电反馈制动。3.5.1反接制动异步电动机反接制动有两种，一种是在负载转矩作用下使电动机反转的倒拉反转反接制动，这种方法不能准确停车。另一种是改变三相异步电动机定子绕组中三相电源的相序，实现反接制动。

反接制动控制线路工作过程如下：（1）起动合上空气开关QF，给电路送电。（2）制动当电动机的转速接近零时，KS的动合触点断开→KM2线圈失电→制动结束。3.5.2能耗制动能耗制动是在定子绕组断开三相交流电源的同时，在三相绕组中通入直流电，产生制动转矩。10kW以下小容量电动机，且对制动要求不高的场合，常采用半波整流能耗制动，其线路图及线路分析参见实训3。对于10kW以上容量较大的电动机，多采用有变压器全波整流能耗制动的控制线路。3.6异步电动机的调速控制线路

由电动机原理可知改变极对数可改变电动机的转速（见公式：n=(1−S)60f/P），多速电动机就是通过改变电动机定子绕组的接线方式而得到不同的极对数，从而达到不同速度的目的。双速、三速电动机是变极调速中最常用的两种形式。3.6.1双速电动机的控制双速电动机的定子绕组的连接方式常用的有两种：一种是绕组从单星形改成双星形，如图3-13（b）所示的连接方式转换成如图3-13（c）所示的连接方式；

另一种是从三角形改成双星形，如图3-13（a）所示的连接方式转换成如图3-13（c）所示的连接方式，这两种接法都能使电动机产生的磁极对数减少一半即电机的转速提高一倍。图3-13双速电动机的定子绕组的接线图

如图3-14是双速电动机三角形变双星形的控制原理图，当按下起动按钮，主电路接触器KM1的主触头闭合，电动机三角形连接，电动机以低速运转；同时KA的常开触头闭合使时间继电器线圈带电，经过一段时间（时间继电器的整定时间），KM1的主触头释放，KM2、KM3的主触头闭合，电动机的定子绕组由三角形变双星形，电动机以高速运转。图3-14双速电动机的控制原理图

双速电动机控制线路工作过程如下：合上电源开关QF3.6.2三速电动机的控制三速电动机为一多速电动机，其调速为改变磁极对数的调速过程。三速电动机控制线路工作过程如下：图3-15三速电动机的控制原理

合上电源开关QF（1）低速运行（2）中、高速运行（3）停止运行3.7直流电动机的控制线路

如图3-16所示的直流电动机正反转调速及制动控制线路，具体的控制过程如下。直流电动机正反转、调速及制动控制主要由三部分组成：第一部分是直流电源部分，如图3-16（a）所示，第二部分是主电路部分，如图3-16（b）所示，图3-16直流电动机正反转调速及制动控制线路第三部分是控制电路部分，通过控制电路的动作来控制直流电动机的正反转、调速及制动，其动作过程如下。（1）正转运行（2）调速①当需要加速时，②当需要再加速时，③制动当需要制动时，电动机反转、调速及制动，请参照以上分析。实训1电动机的起保停控制(7课时)一、实训目的二、实训器材（1）电气控制台1个（交流接触器、热继电器、按钮、行程开关等电器元件）；（2）电工常用工具1套（包括万用表1个、剥线钳1把、斜口钳1把、尖嘴钳1把、螺丝刀2支）；（3）导线若干。三、实训电路四、电路工作原理五、元件选择和检查从电气控制台上选出图3-22中所需的电气元件，并分别检查其好坏。元件清单如下：空气开关（1个），交流接触器（1个），热继电器（1个），熔断器（2个），停止按钮（1个），起动按钮（1个），电动机（1台）。六、电路装接装接电路的原则：应遵循“先主后控，先串后并；从上到下，从左到右；上进下出，左进右出。”的原则进行接线。装接电路的工艺要求：“横平竖直，弯成直角；少用导线少交叉，多线并拢一起走。”可按照图3-22逐根逐根的进行接线。图3-22接线图七、电路检查1．主电路的检查（1）将表笔放在1、2处，人为使KM吸合（有的只需按KM），此时万用表的读数应为电动机两绕组的串联电阻值（设电动机为Y接法）；（2）将表笔放在1、3处，按KM，万用表的读数应同上；（3）将表笔放在2、3处，按KM，万用表的读数应同上。2．控制电路的检查（表笔放在3、N处）（1）此时万用表的读数应为无穷大，按SB2，读数应为KM线圈的电阻值；（2）按KM，万用表读数应为KM线圈的电阻值，若再同时按SB1，则读数应变为无穷大。八、通电试车

（1）合上QF，即接通电路电源；（2）按一下起动按钮SB2，接触器KM得电吸合，电动机连续运转；（3）按一下停止按钮SB1，接触器KM失电断开，电动机停转；（4）断开QF，即断开电路电源。九、实验思考（1）总结实验过程中应注意的安全事项。（2）若SB1和SB2都接成常闭（或常开）按钮，会有什么现象？（3）若将控制回路的220V电源误接成380V，会有什么现象？（4）KM的自锁触头不接，会有什么后果？实训2电动机的两地控制一、实训目的二、实训电路三、电路工作原理四、元件选择和检查

从电气控制台上选出所需的电气元件，并分别检查其好坏。元件清单如下：低压断路器（1个），交流接触器（1个），热继电器（1个），熔断器（2个），停止按钮（2个），起动按钮（2个），电动机（1台）。五、电路装接六、电路检查1．主电路的检查检查方法与实训1相同。2．控制回路的检查七、通电试车八、实验思考实训3电动机的能耗制动控制一、实训目的二、实训电路三、电路工作原理四、元件选择和检查

从电气控制台上选出电气元件，并对电气元件进行检查，元件清单如下：低压断路器（1个），交流接触器（2个），热继电器（1个），二极管（1个），熔断器（2个），起动按钮（1个），停止（复合）按钮（1个），晶体管时间继电器（1个），电动机（1台）。五、电路装接六、电路检查七、通电试车八、实训思考实训4电动机的正反转控制一、实训目的二、实训电路三、电路工作原理1．电动机正转从电气控制台上选出电气元件，并对电气元件进行检查，元件清单如下：低压断路器（1个），交流接触器（2个），热继电器（1个），熔断器（2个），起动按钮（2个），停止按钮（1个），电动机（1台）。五、电路装接六、电路检查七、通电试车八、实训思考实训5电动机的自动顺序控制一、实训目的二、实训电路三、电路工作原理四、元件选择和检查

从电气控制台上选出电气元件，并对电气元件进行检查，元件清单如下：低压断路器（1个），交流接触器（2个），热继电器（2个），熔断器（2个），起动按钮（1个），停止按钮（1个），电动机（2台）。五、电路装接注意主电路要接2台电动机，如果条件有限，则第2台电动机可以不接，即只需要接到FR2为止。另外控制电路要注意KT的引脚分配。六、电路检查七、通电试车八、实训思考实训6电动机的Y/D降压起动控制一、实训目的（1）学会分析电动机Y/D降压起动控制电路的动作原理；（2）熟练掌握电动机Y/D降压起动的接线；（3）能够识读较复杂的控制电路。二、实训电路电动机Y/D降压起动控制的电路如图2-29所示。图3-29电动机Y/D降压起动控制电路三、电路工作原理图3-29的主电路由3个交流接触器KM、KMY、KMΔ和FR组成，当接触器KM和KMY主触头闭合时，电动机M定子3个绕组末端U2、V2、W2接在一起，即星形起动，以降低起动电压限制起动电流。

电动机起动后，当转速上升到接近额定值时，接触器KMY断开，KMΔ主触头闭合，此时U1与W2相连，V1与U2相连，W1与V2相连，即把定子绕组改接为三角形，电动机在全电压下运行。热继电器FR对电动机实现过载保护，其控制过程如下。四、元件选择和检查从电气控制台上选出如图3-29所示的电气元件，并对电气元件进行检查，元件清单如下：低压断路器（1个），交流接触器（3个），热继电器（1个），熔断器（2个），起动按钮（1个），停止按钮（1个），电动机（1台）。五、电路装接主回路的接线比较复杂，可按图3-30进行接线，其接线步骤如下。（1）用万用表判别出电动机每个绕组的2个端子，可设为：U1、U2，V1、V2和W1、W2。（2）按图3-30将电动机的6条引线分别接到KMD的主触头上。（3）从W1、V1、U1分别引出一条线，再将这3条线不分相序地接到KMY主触头的3条进线处，KMY主触头的3条出线短接在一起。（4）从V2、U2、W2分别引出一条线，再将这3条线不分相序地接到FR的3条出线处，再将主电路的其他线按图3-30进行连接。图3-30（5）主电路接好后，可用万用表的R×100挡分别测KMD的3个主触头对应的进出线处的电阻。若电阻为无穷大，则正确；若其电阻不为无穷大（而为电动机绕组的电阻值），则三角形的接线有错误。（6）按图3-29将控制电路接好。六、电路检查1．主电路的检查（1）表笔放在1，2处，同时按KM和KMY，读数应为电动机两绕组的串联电阻值；（2）表笔放在1，2处，同时按KM和KMD，读数应小于电动机一个绕组的电阻值；（3）表笔放在1，3处或2，3处，分别用上述方法检查；（4）测量接触器KMD的三对上下触头，应该为无穷大的电阻值，电动机接线才正确。