电气控制的基本环节及系统设计

电气控制的基本环节及系统设计24.4.1常用的电气图形、文字符号电气控制线路图是电气工程技术的通用语言。为了便于交流与沟通，国家标准局参照国际电工委员会（IEC）颁布的有关文件，制定了我国电气设备的有关标准。GB/T4728.1~5-2005(GB4728.6~11-2008)《电气图用图形符号》、GB/T6988.1-2008《电气技术用文件的编制》、GB/T5465.2-2008《电气设备用图形符号第二部分：图形符号》的规定。3图形符号•一般符号

用以表示一类产品和此类产品特征的简单符号。如电阻器R、电容器C。图形符号•符号要素

具有确定意义的简单图形，必须同其他图形组合以构成一个设备或概念的完整符号。图形符号•限定符号用以提供附加信息的一种加在其他符号上的符号。4图形符号的几点说明

所有符号均按无电压、无外力作用的正常状态示出。原始状态图形符号在放大和缩小时，应保持各符号间的比列不变。在不改变符号含义的情况下，各根据需要改变方位（根据需要旋转或成镜像位置）。图形符号中导线符号可以用不同宽度的线条表示，一般将电源线或主信号导线用加粗的实线表示。5控制线路的常用符号(1)6控制线路的常用符号(2)7控制线路的常用符号(3)U<I<I>8控制线路的常用符号(4)9可为电气技术中的项目代号提供电气设备、装置和元器件种类字母代码和功能代码；可以作为限定符号与一般图形符号组合使用，以派生新的图形符号。

基本文字符号：单字母如C

表示电容器类双字母FU熔断器、FR热继电器文字符号10辅助文字符号用以表示电气设备、装置和元器件以及线路的功能、状态和特征。如RD表示红色、SYN表示同步。辅助文字还可以单独使用，如，ON表示接通，N表示中性线。114.4.2电气原理图的绘制电气原理图是为了便于阅读和分析控制电路的各种功能，用各种符号、电气连接联系起来描述全部或部分电气设备的工作原理的电路图。根据简单清晰的原则，电气原理图采用电器元件展开的形式绘制，它包括了所有电器元件的导电部分和接线端子。但不按照电器元件的实际安装位置和实际连线情况绘制，也不反映电器元件的大小。12电气原理图分为主电路和辅助电路。主电路：从电源到电动机的这部分电路，通过大电流，用于能量的传送。辅助电路——控制电路、信号电路、照明电路及保护电路。辅助电路中通过的电流较小。//控制电路：由按钮、继电器和接触器的线圈、继电器触头、接触器辅助触头、热继电器的触头等组成。通过的电流较小，用于控制信号的传递。131.绘制电气原理图的原则14（1）原理图的布置1）主电路粗实线绘制在图面的左侧；电源电路:水平线绘制;受电动力设备（电动机）及其保护电器支路，应垂直于电源电路画出。粗实线/左侧15（1）原理图的布置2）辅助电路用细实线绘制在图面的右侧，应垂直地绘制于两条电源线之间。耗能元件（如线圈）一端直接接在接地的水平电源线上，控制触头连接在上方水平线与耗能元件之间。16（2）主电路/辅助电路，按动作顺序从上到下、从左到右依次排列。（3）各电器元件和部件在电气原理图中的位置，应根据便于阅读的原则安排，同一电器元件的各个部件（如线圈和触头）可以不画在一起，但需用同一文字符号标明。多个同一种类的电器元件，可在文字符号后面加上数字序号下标，如SB1、SB2等。17（4）所有电器元件的触头按没有通电和没有外力作用时的开闭状态绘出。对按钮、行程开关类电器，是指没有受到外力作用时的触头状态；对继电器、接触器等，是指线圈没有通电时的触头状态。18（5）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元件或线路的主要特征，数字标号用以区别电路不同线段19（6）辅助电路中连接在一点上的所有导线具有同一电位而标注相同的线号，线圈、指示灯等以上线号标奇数，线圈、指示灯等以下线号标偶数。20（7）原理图上尽可能减少线条和避免线条交叉。原理图中有直接联接的交叉导线连接点，用实心圆点表示；可拆接或测试点用空心圆点表示；无直接电联接的交叉点则不画圆点。根据图面布置的需要，可以将图形符号逆时针转90°绘制。21（8）对非电气控制和人工操作的电器，必须在原理图上用相应的图形符号表示其操作方法及工作状态。对同一机构操作的所有触头，应用机械连杆表示其联动关系。（9）对与电气控制有关的机、液、气等装置，应用符号绘制出简图，以表示其关系。222.图面区域的划分23图区的编号/图的下部用途栏/文字注明对应的电路或元件的功能符号位置的索引24接触器触头索引表左栏中栏右栏主触头所在图区号辅助动合触头所在图区号辅助动断触头所在图区号表明：KM有3对主触头在3图区，1对辅助动合触头在6图区，无辅助动断触头。25继电器触头索引表

左栏右栏辅助动合触头所在图区号辅助动断触头所在图区号264.4.4电气接线图的绘制根据电气原理图和各电气控制装置的电器布置图就可以绘制电气接线图。绘制电气接线图应遵循的原则接线图的绘制应符合GB6988中《电器制图、接线图和接线表》的规定。电气接线图一律采用细实线控制。27笼型电动机起动、停止控制线路的电气接线图

3.各电器元件用规定的图形符号绘制，同一电器元件的各部件必须画在一起。各电器元件在图中的位置，应与实际安装位置一致。28笼型电动机起动、停止控制线路的电气接线图

4.走向相同的多根导线可用单线表示。画连接导线时，应标明导线的规格、型号、根数和穿线管的尺寸。29笼型电动机起动、停止控制线路的电气接线图

5.不在同一控制柜或配电屏上的电器元件的电气连线，除大线外，必须经过端子排。端子排的排列要清楚，便于查找。30笼型电动机起动、停止控制线路的电气接线图

6.各电器元件的文字符号及端子排的编号应与原理图一致，并按原理图的接线进行连接。原理图中项目代号、端子号及导线号的编制分别应符合GB9504《电气技术中的项目代号》、GB4026《电器接线端子的识别和用字母数字标志接线端子的通则》及GB4884《绝缘导线标记》等规定。31阅读和分析电气控制线路图的方法查线读图法了解生产工艺与执行电器的关系分析主电路读图和分析控制电路由上往下，由左至右；先找主令电器，再看控制电器的控制部分和执行部分。逐一查看这些动作元件的触点又是如何控制其他元件动作的，进而驱动被控机械或被控对象有何运动。还要继续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，再查对线路，看执行元件如何动作......33主轴电机润滑电机按下SB2KM1得电主触点KM1闭合辅助常开触点KM1闭合，自锁润滑泵M2起动辅助常开触点KM1闭合，为M1起动作准备起动34主轴电机润滑电机起动按下SB4KM2得电主触点KM2闭合辅助常开触点KM2闭合，自锁主轴电机M1起动35停车按下SB1KM1失电主触点KM1断开辅助常开触点KM1断开，解除自锁润滑泵M2停车辅助常开触点KM1断开，M1自动停车按下SB3KM2失电主触点KM2断开辅助常开触点KM2断开，解除自锁主轴电机M1停车36过载保护若M1过载热元件FR1动作FR1触点断开KM2失电……若M2过载热元件FR2动作FR2触点断开KM1失电……第3章电动机基本开环控制环节38在工业、农业、交通运输等部门中，广泛使用着各种生产机械，它们大都以电动机作为动力来进行拖动。电动机是通过某种自动控制方式来进行控制的，最常见的是继电接触器自动控制系统，又称电气控制。

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主要由继电器、接触器、按钮、行程开关等传统的低压电器元件组成，以传统的测试方式为手段，以控制电动机的起动、制动、换向、调速为主要内容。这种系统具有结构简单、价格低廉、维护容易、抗干扰能力强等优点

，至今仍是机床和其他许多机械设备广泛采用的基本电气控制形式，也是学习更先进电气控制系统的基础。

缺点：是采用固定接线方式、功能简单、体积庞大、灵活性差、工作频率低、触点易损坏、可靠性差。

继电接触器自动控制系统403.1异步电动机基本控制电路电动机的基本控制环节：1.电动机的起动直接起动降压起动软起动2.电动机的运行点动连续运行往返运行两地控制413.电动机的调速有级调速无级调速4.电动机的制动反接制动能耗制动42优点：它结构简单，制造方便，价格低廉，而且坚固耐用，惯量小，运行可靠，很少需要维护，可用于恶劣环境等优点，在实际生产生活中得到广泛的应用。3.1.1鼠笼式电动机直接起动控制

三相鼠笼异步电机43三相鼠笼异步电机全压起动控制电路优点：起动简单。缺点：起动电流较大，将使用电线路电压下降，影响临近负载正常工作。适用电动机容量在10kW以下，并且电动机容量小于供电变压器容量的20％的场合。

44三相鼠笼异步电机全压起动的工作原理直接将三相对称交流电接入电动机的三相定子绕组相应的出线端上。

L1L2L3M～3UVW

控制？46主要用于低压配电电路不频繁通断控制，在电路发生短路、过载、欠压和漏电等故障时能分断故障电路。

M～3UVWQF×××47用来频繁接通或断开电动机或其他设备的主电路，每小时可开闭好几百次。

M～3UVWQSKM主电路：传输能量的线路，流过电气设备负载电流的电路，其导线用加粗的实线表示，一般画在图面的左侧。48M～3UVWQSKM当接触器的常开触点（KM）闭合电机接通电源开始转动；当接触器的常开触点（KM）断开，电机停止运行。49控制电路M～3UVWQSKM接触器的工作原理？KM～只要控制交流接触器线圈电路的通断就能控制电机的起停。控制电路：传送控制信号的线路，其导线用细实线表示，一般画在图面的右侧。50鼠笼式电动机的点动控制

M～3UVWQSKMKMSB点动控制：通常用在电动机检修后试车或生产机械的位置调整。52保护环节为了防止电机在故障状态以及超负荷状态下运行，应在控制电路和主电路中加保护电器。

M～3UVWQSKM发生短路事故——短路保护KMSBSB0FU1FU2FU2KMKMSBKM53当电动机在运行过程中长期过载，或发生断相故障使电动机电流超过额定值时。过载保护：热继电器FR。M～3UVWQSKM热继电器如何实现过载保护?FU1FRKMSBSB0FU2FU2KMKMSBKMFR54M～3UVWQSKMFU1FR还能消除由于电压恢复线路自起动而产生的安全隐患。当电源电压由于某种原因严重欠压（或失压）时。欠压保护：是依靠接触器KM本身的电磁机构来实现的（主电路和控制电路为同一电源，有自锁装置）。1212KMSBSB0FU2FU2KMKMSBKMFR55Δ点动和连续运行控制电路①KMSBKMSB0FU2FU2FR12既能实现连续运行又能实现点动的控制电路。

方案1：转换开关SA（旋转操作）与自锁触点KM串联。解自锁SA57Δ何谓触点竞争?若KM的释放时间大于按钮恢复时间，则点动结束SB2常闭触点复位时，接触器KM的常开触点尚未断开，使接触器自锁电路继续通电，线路就无法实现点动控制。这种现象称为“触点竞争”。在实际应用中应保证接触器KM释放时间小于按钮恢复时间，从而实现可靠的点动控制。58方案3与方案2比较，增加了一个中间继电器，增加动作可靠性,避免了“触点竞争”。动作过程连续：按下SB1→KA得电自锁→KM得电→M转（此时按SB2无作用）停车：按下SB0→M停点动：按下SB2→KM得电→M点动→松开SB2→M停3~MFRSB0SB1KAKAFUKMFRSB2KAKML1L2L35960KMFRSB1KMSB2SB3思考

以下控制电路能否实现即能点动、又能连续运行

不能点动！61鼠笼式电动机两地控制②KMSB2KMSB1FU2FU2FR12SB3SB464控制电路KM1SB1KM1SB0FU2FU2FR12SB2KM2KM2KM2KM1如何保证在同一时间内只有一个接触器动作，以确保电源不会短路？实现的控制功能：正转停反转65电气互锁：两个接触器的常闭辅助触点起相互控制作用，这两对起联锁作用的触点称为联锁触点。利用两个接触器的常闭辅助触点起相互控制作用，即当一个接触器线圈通电时，用其常闭辅助触点的断开来锁住另一个电路，使另一个接触器不能通电。应用联锁后，可以保证在同一时间内只有一个接触器动作，确保电源不会短路。

Δ电气互锁67自动往返行程控制线路使用位置开关（如行程开关、接近开关）发出正、反转控制指令即可实现。

68限位开关SQ2SQ1电动机正转电动机反转限位开关69KM1SB1KM1SB0FU2FU2FR12SB2KM2KM2KM2KM1SB2SQ1SQ1SQ2SQ2SB170Δ顺序起停的控制线路④KM2FR1SB1SB2KM2KM2KM1KM1KM2FU1KM1L1L2L3M13~FR1M23~FR2SB3SB4FR2KM1FU2启动顺序：M1，M2；停车顺序：M2，M1。71KM2Δ顺序起停的控制线路FR1SB1SB2KM2KM2KM1KM1KM2FU1KM1L1L2L3M13~FR1M23~FR2SB3SB4FR2KM1FU2起动：按下SB2→KM1得电→M1转（同时自锁）→再按下SB4→KM2得电→M2转（同时自锁）73

顺序控制要点要求甲接触器工作后方允许乙接触器动作，则在乙接触器线圈电路中串入甲接触器的常开触点；要求乙接触器线圈断电后方允许甲接触器线圈断电，则将乙接触器的常开触点并联于甲接触器的停止按钮上。74Δ多台电动机同时起、停控制线路起动：SB2↑→KM1、KM2、KM3↑(同时自锁)→3台电机同时起动；停车：SB1↑→KM1、KM2、KM3↓(解除自锁)→3台电机同时停车。Q1、Q2、Q3和SA1、SA2、SA3为手动开关，在电动机需要单独调整时使用。75多台电动机同时起、停控制线路方案2功能与方案1相同。但是接线不同。哪种更合理，留待同学们思考。76货料皮带传输系统起动顺序：123，防止货物在皮带上堆积；停车顺序：321，保证皮带不残存货物；1和2号故障停车，3号随即停车，以免继续进料。7778Δ3.1.2鼠笼式电动机的降压起动控制电动机在直接起动（即全压起动）过程中，最初起动电流为额定电流的5～7倍。起动时过大的冲击电流对电动机本身和电网以及其他电气设备的正常运行都会造成不利影响。一方面使电动机自身起动转矩减小（电动机全压起动转矩本身就不大）；另一方面，由于导致电网电压降低而影响其他用电器的正常工作。特别是较大容量的电动机需要采用降压起动。

79电机直接起动的条件(经验公式)笼型异步电动机，设起动电流倍数Ist/IN=7，则有即：当ST＝1000kVA时，PN≤40kW80常见起动方式降压起动定子串电阻（电抗）降压起动Y-D降压起动自耦变压器降压启动绕线式电机转子串电阻起动软启动变频启动82KM2KM2定子串电阻（电抗）降压起动M3~SB1SB2KM2KM1KM1KM2KM1FUL1L2L3FRRKTFRKTLKM2时间参量83L1L2L3MFU1KM1PEKM2FRRKII>FUFRFUKM2SB1SB2KM2KM1KM1KIKI电流参量a自然特性降压特性bdnT84L1L2L3MFU1KM1PEKM2FRRKAI>FUFRFUKM2SB1SB2KM2KM1KM1KAKA降压特性a自然特性bdnTT1T2dT1’负载增大？外加电压降低86Δ鼠笼式电动机Y-D降压起动控制

起动时/(定子绕组)接成Y形；转速达到额定值/接成D形

适用：正常运行定子绕组D形接法。W2W1V2V1U1U2W2W1V2V1U1U287W2W1V2V1U1U2定子绕组联接的换接控制KM2起动时先闭合KM2定子绕组接成Y，每相定子上的电压仅为额定电压的、而电网的电流仅为全压直接起动时的；直接（D）起动：线电流：降压（Y）起动：线电流：89星形－三角形换接减压起动控制线路90星形－三角形换接减压起动控制线路缺点：KM2和KM3是带电切换。9192Y－△降压起动特点起动电压为全压时的起动电流为全压时的1/3起动转矩为全压时的1/3只适用于空载或轻载起动Y—△换接时要注意其旋转方向的一致性93各电器的功能及存在的不足？94刀开关Q—隔离电KM1—电源接触器KM2—△连接接触器KM3—Y连接接触器热继电器FR—过载保时间继电器KT—延时实现Y-△切换主电路没有短路保护增设熔断器FU电动机不能△连接KM2、KM3没有电气互锁，会引起电源短路KT将长时间通电不能实现过载保护95鼠笼式电动机自耦降压起动控制采用自耦变压器降压起动的控制电路中，电动机起动电流的限制，是依靠自耦变压器的降压作用来实现的。

电动机起动时，定子绕组得到的电压是自耦变压器的二次电压。一旦起动结束，自耦变压器便被切除，额定电压或者说自耦变压器的一次电压直接加在定子绕组，这时电动机进入全电压正常运行。通常习惯称自耦变压器为起动补偿器。

96自耦变压器减压起动控制线路97自耦变压器减压起动控制线路98自耦变压器减压起动控制线路993.1.3绕线式异步电动机的起动控制三相绕线式异步电动机转子绕组可通过滑环串接合适的起动电阻减小起动电流，提高转子电路的功率因数和起动转矩。

一般在要求最初起动转矩较高的场合，绕线式异步电动机的应用非常广泛。例如桥式起重机、卷扬机的起动控制线路，就采用了绕线式异步电动机。

100线路设计思想

转子绕组串接电阻后，起动时转子电流减小。但由于转子加入电阻，转子功率因数提高，只要电阻值大小选择合适，转子电流的有功分量增大。电动机的起动转矩也增大，从而具有良好的起动特性。起动过程中，起动电阻逐级切除，电机转速不断升高，R切除完毕，电动机进入正常运行状态。既可按时间原则控制，也可按电流原则控制。102教材P.82，图3.20的控制电路103时间原则自动控制上述3种降压起动办法都能自动地转换为全电压正常运行，它是借助于时间继电器来控制的。利用时间继电器的延时间隔来控制线路中各电器的动作顺序，完成操作任务，这种控制线路称为时间原则控制线路。这种按时间进行的控制，称为时间原则自动控制，简称时间控制。1043.1.4鼠笼式异步电动机的软起动器控制直接起动方式由于其对电网的巨大冲击、对负载设备的损伤和对其它负荷的不利影响，在10kW以上电机已很少采用。Y-D起动由于对电机六出线的要求和低可靠性，一般只用于4～100kW的小功率电机。自耦降压起动由于其实用性得到了广泛的应用，但它对有色金属的大量耗费和落后的控制方式，如今在欧美已遭淘汰，在国内市场也日益萎缩。替代以上几种起动方式的正是日益流行的电子式软起动器。105电子式软起动器是采用电力电子技术、自动化控制技术和微处理器技术而研制生产的新型控制设备。电子式软起动器106当电机起动时，由电子电路控制晶闸管GTO的导通角使电机的端电压以设定的速度逐渐升高，一直升到全电压。软起动过程完成后，三相旁路接触器KM闭合，电动机直接接入电网全压运行。1071083.2异步电动机的制动控制电路

三相异步电动机从切断电源到安全停止旋转，由于惯性的关系总要经过一段时间，这样就使得非生产时间拖长，影响了劳动生产率，不能适应某些生产机械的工艺要求。如万能铣床、卧式镗床、组合机床等，都要求能准确定位和迅速停车，因此在实际生产中，为了保证工作设备的可靠性和人身安全，为了实现快速、准确停车，缩短辅助时间，提高生产机械效率，对要求停转的电动机采取措施，强迫其迅速停车，这就叫“制动”。

109三相异步电动机的制动方法分为两类：电磁机械制动和电气制动。电磁机械制动是用电磁铁操纵机械装置来强迫电动机迅速停车，如电磁抱闸、电磁离合器。电气制动实质上是在电动机停车时，产生一个与原来旋转方向相反的制动转矩，迫使电动机转速迅速下降，如反接制动、能耗制动、反馈制动等。实现制动的控制线路是多种多样的。110制动控制规律分析制动过程中，电流、转速、时间三个参量都在变化，均可作控制参量。以速度为参量：用速度继电器检测转速，当转速接近零时，自动停车。速度继电器能够正确地反应转速变化，不受外界因素的影响，所以，反接制动常采用以转速为变化参量进行控制，能耗制动也可以速度为参量。111电磁抱闸制动线路电磁离合器断电电磁抱闸制动通电电磁抱闸制动112电磁离合器分类按摩擦片的数量可分为：单片式多片式两种多片电磁离合器单片电磁离合器113

断电电磁抱闸114通电电磁抱闸制动

115Δ3.2.1反接制动控制由于反接制动是利用改变异步电动机定子绕组上三相电源的相序，使定子产生反向旋转的磁场，从而产生制动力矩的一种制动方法。显然，反接制动时，转子与旋转磁场的相对转速接近转子转速的两倍，因此，制动电流大，制动力矩大，制动迅速。但是这种方法对设备冲击也大，通常仅用于10kW以下的小容量电动机。

116三相交流电动机运行时，定子绕组产生转速为n0的旋转磁场，转子以速度n旋转，以Δn=n0－n的相对转速切割磁场而产生电磁转矩，此转矩方向与电动机的旋转方向一致，为拖动转矩。电动机停车时，切除工作电源，接入反接制动电源（改变电动机电源电压相序），此时反接制动原理

电磁转矩反向变为强大的制动转矩，电动机迅速减速，当n=0时，相对切割转速Δn=－n0，故反接制动的关键是，当电动机转速接近零时，能自动地立即将电源切断，以免电动机反向起动。Δn=－n0－n<0，且117反接制动的控制手段及制动特点控制手段利用两个接触器分别接通工作电源和制动电源，停车时，将电源反接，制动到零速时，速度继电器常开触点复位，切除制动电源。反接制动的特点制动迅速能量损耗大制动电流大10kW以上电机需在定子回路串限流电阻118119动作过程起动：SB2↑→KM1↑→M启动，自锁、互锁，同时KS↑为制动作准备。制动：SB1↑→KM1↓→解除互锁→KM2↑→M相序反接，进入制动状态，同时自锁；当n<100转/分时，KS↓→停车120可逆运行的电动机反接制动控制线路FRFU2FU2SB1KM1KSzKSfnKM1SB2nKM2KM1KSzKSfnSB3nKM2KM2

停车检修时，检修人员人为地转动电动机转子，如果转速达到100r/min左右时，KS-Z或KS-F的常开触点就有可能闭合，从而使KM1或KM2线圈得电，电动机因短时接通而引起意外事故。

121可逆运行的电动机反接制动控制线路1223.2.2能耗制动控制制动原理在电动机脱离三相交流电源以后，立即将直流电源接入定子绕组，利用转子感应电流与静止磁场的作用产生制动转矩，从而达到制动的目的。由于将直流电源接入定子的两相绕组，绕组中流过直流电流，产生了一个静止不动的直流磁场。此时电动机的转子由于惯性作用仍按原来的方向旋转，转子导体切割直流磁通，产生感生电流。在静止磁场和感生电流相互作用下，产生一个阻碍转子转动的制动力矩，因此电动机转速迅速下降。当转速降至零时，转子导体与磁场之间无相对运动，感生电流消失，制动力矩变为零，电动机停转，再将直流电源切除，制动结束。

123控制电路124能耗制动——以转速为控制参量125两种制动方式比较（1）从能量角度看，能耗制动是把电动机转子运转所储存的动能转变为电能，且又消耗在电动机转子的制动上，与反接制动相比，能量损耗少。

从制动的参量看，反接制动可用速度继电器控制，但一般不允许采用时限方式控制。能耗制动既可用速度继电器控制，也可用时间继电器控制。126从制动效果看，反接制动旋转磁场的相对速度很大，定子电流也很大，因此制动效果显著；能耗制动在制动时磁场静止不动，不会产生有害的反转，制动停车准确，制动过程平稳，制动速度也较反接制动慢一些。反接制动在制动过程中有冲击，对传动部件有害，能量消耗较大，故用于不太经常起动的设备。能耗制动能量损耗小，适用于系统惯性较小，要求制动频繁的场合。两种制动方式比较（2）127练习1.不属于笼型异步电动机降压启动方法的是（）启动。（A）自耦变压器降压（B）星形一三角形换接（C）延边三角形（D）在转子电路中串联变阻器2.中小容量异步电动机的过载保护一般采用（）。（A）熔断器（B）磁力启动器（C）热继电器（D）电压继电器3.异步电动机的能耗制动采用的设备是（）装置。（A）电磁抱闸（B）直流电源（C）开关与继电器（D）电阻器128练习4.在电动机的连续运转控制中，其控制关键是

。①自锁触点②互锁触点③复合按钮④机械联锁5.下列低压电器中可以实现过载保护的有

。①热继电器②速度继电器③接触器④低压断路器⑤时间继电器6.Y－△降压启动可使启动电流减少到直接启动时的

。①1/2②1/3③1/4④129练习1.低压断路器具有

保护。①短路②过载③过电压④欠电流⑤失压、欠压2.下列属于低压控制电器的是

。①接触器②按钮③转换开关④继电器⑤刀开关3.在三相笼式电动机的正反转控制电路中，为了避免主电路的电源两相短路采取的措施是

。①自锁②互锁③接触器④热继电器4.电动机的连续运转电路具有

保护环节。①短路②过载③过电压④欠电流⑤失压、欠压130练习10.在三相笼式电动机的反接制动控制电路中，为了避免电动机反转，需要用到

。①制动电阻②中间继电器③直流电源④速度继电器131练习（）1.刀开关在低压电路中，作为频繁地手动接通、分断电路开关。（）2.选用低压断路器时，断路器的额定短路通断能力应大于或等于线路中最大短路电流。（）3.作为电动保护用熔断器应考虑电动机的启动电流，一般熔断器的额定电流为电动机额定电流的2~2.5倍。（）4.没有灭弧罩的刀开关，可以切断负荷电流。（）5.某电磁型过电流继电器的返回系数为0.83，该继电器不合格。（）6.电磁型中间继电器触点延时闭合或断开，是通过继电器铁芯上套有若干片铜短路环获得的。132练习（X）1.刀开关在低压电路中，作为频繁地手动接通、分断电路开关。（√）2.选用低压断路器时，断路器的额定短路通断能力应大于或等于线路中最大短路电流。（√）3.作为电动保护用熔断器应考虑电动机的启动电流，一般熔断器的额定电流为电动机额定电流的2~2.5倍。（X）4.没有灭弧罩的刀开关，可以切断负荷电流。（√）5.某电磁型过电流继电器的返回系数为0.83，该继电器不合格。（√）6.电磁型中间继电器触点延时闭合或断开，是通过继电器铁芯上套有若干片铜短路环获得的。133练习一台三相异步电动机其起动和停止的要求是：当起动按钮按下后，电动机立即得电直接起动，并持续运行工作；当按下停止按钮后，需要等待20s电动机才会停止运行。请设计满足上述要求的主电路与控制线路图（电路需具有必要的保护措施）。134练习3～135练习某台机床主轴和润滑油泵各由一台电动机带动。要求主轴必须在油泵起动后才能起动，主轴能正/反转并能单独停车，设有短路、失电压及过载保护等。绘出电气控制原理图。136练习1374.1电气控制线路设计的一般原则4.1.1应最大限度地实现生产机械和工艺对电气控制线路的要求1）按工艺要求提出的起动、反向、制动、调速等设计主电路。2）根据主电路设计控制电路的基本环节，满足设计要求的起、制动及调速等环节。3）根据各部分运动要求的配合关系及联锁关系，设计控制电路的特殊环节。4）分析工作中可能出现的故障，线路中要加必要的保护环节。5）综合审查，检查其动作是否无误，关键环节可做必要的试验，使控制线路进一步完善。1381）尽量选用标准的、常用的或成熟的线路和环节

2）尽量缩减连接导线的数量和长度

4.1.2力求线路简单经济1393)尽量缩减电器元件的品种、规格和数量

4)应减少不必要的触点以简化线路力求线路简单经济（2）

合并同类触点-1

140利用转换触点-2141利用半导体二极管的单向导电性来有效减少触头数。此时采用简单的合并不能满足线路要求，而采用二极管就可以。对于弱电电气控制电路，这样做既经济又可靠。

＋－＋－1425)线路在工作时，除必要的电路必须通电外，其余的尽量不通电以节约电能，并延长电器的使用寿命和电路的可靠性。

M3~KM2KM1FUL1L2L3FRRKM2SB1SB2KM2KM1KM1KTFRKTKM2L时间参量定子串电阻（电抗）降压起动1431441)选用的电器元件要可靠、牢固、动作时间少（需延时的除外）、抗干扰性能好。2)正确连接电器的线圈在交流控制电路中不能串联接入2个电器的线圈，即使外加电压是两个线圈额定电压之和，也是不允许的。4.1.3保证控制线路工作的可靠性

145对于直流电磁线圈，只要其电阻相同，是可以串联的。但最好不要并联连接，特别是两者电感量相差较大时。正确不正确1463)正确连接电器的触点。

不正确正确1474)在控制线路中，采用小容量继电器的触点来断开或接通大容量接触器的线圈时，要计算继电器触点断开或接通容量是否足够，不够时必须加小容量的接触器或中间继电器，否则工作不可靠。增加接通容量用多触头并联，增加能力用多触头串联。5)在频繁操作的可逆线路中，正反向接触器应选用重任务型的接触器，且应有电气和机械的连锁。

1486)在线路中应尽量避免许多电器依次动作才能接通另一个电器的控制线路。1497)注意防止触点竞争现象一般采用增加中间继电器的方法可解决。可能出现触点竞争不会出现触点竞争1508)设计的线路应能适应所在电网情况，如电网容量的大小，电压频率的波动范围，以及允许的冲击电流数值等。据此决定电动机的起动方式是直接起动还是间接(降压)起动。

1519)防止寄生电路。

1524.1.4保证控制线路工作的安全性

常用的保护环节有短路、过流、过载、过压、失压、弱磁、超速、极限等。有时还设有合闸、正常工作、事故、分闸等指示信号。

短路保护过电流保护过载保护失压保护弱磁保护极限保护其他保护153短路保护熔断器断路器I>154过电流保护

I>155过载保护

156失压保护

防止电压恢复时电动机自动起动的保护为失压保护。157弱磁保护和极限保护

弱磁保护直流并励电动机、复励电动机在磁场减弱或磁场消失时，会引起电动机“飞车”。因此，要加强弱磁保护环节，弱磁继电器的吸上值，一般整定为额定励磁电流的0.8倍。对于调磁调速的电机，弱磁继电器的释放值为最小励磁电流的0.8倍。极限保护158工作台自动往复循环的控制线路

极限保护——工作台自动往复循环的控制线路159其他保护根据生产机械的不同要求和可能出现的各种现象，可设置温度、水位、欠压等保护环节。1604.1.5力求操作和维修方便电器设备应力求维修方便，使用安全。电器元件应留有备用触头，必要时应留有备用电器元件，以便检修调整改接线路；应设置隔离电器，以免带电检修。控制机构应操作简单、便利，能迅速而方便地由一种控制形式转换到另一种控制形式，例如由手动控制转换到自动控制。1614.2电气控制线路设计的基本程序4.2.1拟定电气设计任务书在任务书中，应简要说明所设计的机械设备型号、用途、工艺过程、技术性能、传动方式及现场环境条件等。162技术指标及要求：

控制精度，生产效率要求；用户供电电网的种类、电压等级、频率及容量；有关电力拖动的基本特性，如电动机的数量、用途、负载特性、调速范围以及对起动、反向和制动的要求等；有关电气控制的特性，如电气控制的基本方式、自动工作循环的组成、动作程序、电气保护及联锁条件等；有关操作方面的要求，如操作台的布置、测量和信号指示、故障报警及照明等；机床主要电气设备（如电动机、执行电器和行程开关等）的参数及布置草图。1634.2.2电力拖动方案的选择电力拖动方案：是指根据生产工艺要求、生产机械的结构、运动部件的数量、运动要求、负载特性、调速要求及投资金额等条件，来确定电动机的类型、数量、拖动方式，并拟定电动机的起动、运行、调速、转向、制动等控制要求，作为电气控制原理图设计及电器元件选择的依据。1641.电气传动方式（1）单机拖动一台设备只有一台电动机，通过机械传动链将动力传送到各个工作机构。（2）分机拖动一台设备由多台电动机分别驱动各个工作机构。1652.调速性能在选择调速方案时，可参考以下几点。（1）重型或大型设备主运动及进给运动，尽可能采用无级调速。有利于简化机械结构，缩小齿轮箱体积，降低制造成本，提高机床利用率。166（2）精密机械设备

为了保证加工精度和动作的准确性，便于自动控制，也应采用电气无级调速方案。（3）一般中小型设备用经济、简单、可靠的三相鼠笼式异步电动机，配以适当级数的齿轮变速箱。当调速范围D=2~3，调速级数≤2~4时，可采用双速或多速的鼠笼式异步电动机。1673.负载特性为使电动机得到充分合理的应用，要求电动机的调速特性与负载特性相适应。1684.起动和制动要求机械设备主运动传动系统的起动转矩一般都比较小，原则上可采用任何一种起动方式。对于它的辅助运动，在起动时往往要克服较大的静转矩，所以在必要时可选用高起动转矩的电动机，或采用提高起动转矩的措施，如对绕线式异步电动机转子串接对称电阻的起动。起动的要求169对于电网容量不大而起动电流较大的电动机，要采取限制起动电流的措施，常用的方法有：在定子电路中串入电阻或电抗，星三角起动使用自耦变压器降压起动等软启动以免电网电压波动较大而造成事故。170如果对于制动的性能无特殊要求而电动机又不需要反转时，则采用反接制动，可使控制线路简化。在要求制动平稳、准确，而且在制动过程中不允许有反转可能性时，则宜采用能耗制动方式。在起吊运输设备中也常常采用具有联锁保护功能的电磁机械制动（俗称电磁抱闸）。有些场合也采用再生发电制动（回馈制动）。制动的要求1714.2.3电动机的选择电动机选择的基本原则：1.电动机的机械特性应满足生产机械提出的要求，要与负载特性相适应，以保证生产过程中运行稳定性并具有一定的调速范围和良好的起、制动性能。2.电动机的结构形式应满足机械设计提出的安装要求，并适应周围环境的工作条件。1723.

根据电动机的负载和工作方式，正确选择电动机的容量。对于恒定负载长期工作制的电动机，其容量的选择应保证电动机的额定功率等于或大于负载所需要的功率；对于变动负载长期工作制的电动机，其容量的选择应保证当负载变到最大时，电动机仍能给出所需要的功率，同时电动机的温升不超过允许值；对于短时工作制的电动机，其容量的选择应按照电动机的过载能力来选择；对于重复短时工作制的电动机，其容量的选择原则上可按照电动机在一个工作循环内的平均功耗来选择。173

4.电动机电压的选择应根据使用地点的电源电压来决定，常用为380V、220V。5.在没有特殊要求的场合，一般均采用交流电动机，仅在起动、制动和调速不满足要求时才选择直流电动机。6.根据生产机械的功率负载和转矩负载选择电动机的额定功率。1744.2.4电气控制方案的确定选择电气控制方案遵循的主要原则：自动化程度与国情相适应；2.控制方案应与设备的通用化及专用化相适应；3.控制方案随控制过程的复杂程度而变化；4.控制系统的工作方式，应在经济、安全的前提下，最大限度地满足工艺要求。1754.2.5控制方式的选择控制方式主要有：时间控制方式：利用时间继电器、可编程序控制器或微型计算机的延时单元，它将感测系统接受的输入信号经过延时一段时间后才发出输出信号，从而实现电路切换的时间控制。速度控制方式：利用速度继电器或测速发电机，间接或直接地检测某机械部件的运动速度，来实现按速度原则的控制。176电流控制方式：借助于电流继电器，它的动作反映了某一电路中的电流变化，从而实现按电流原则的控制。行程控制方式：利用生产机械运动部件与事先安排好位置的行程开关或接近开关相互配合，而达到位置控制的作用。177说明时间控制方式一般不用于反接制动控制，而适用于异步电动机的能耗制动控制。一般对组合机床和自动线等的自动工作循环，为了保证加工精度而常用行程控制。对反接制动和速度反馈环节用速度控制。对星三角降压起动或多速电动机的变速控制则采用时间控制。对过载保护、电流保护等环节则采用电流控制。1784.3电气控制线路的设计法经验设计法根据生产机械的工艺要求与工作过程，将现有的典型环节聚集起来，加以补充修改，综合成所需要的控制线路。在找不到现成的典型环节时，则根据生产机械的工艺要求与工作过程自行设计，边分析边画图，随时增减电路元件和触头，以满足所给定的工作条件逻辑设计法179经验设计法的基本步骤与基本特点主电路设计。主要考虑电动机的起动、点动、正反转、制动及多速电动机的调速。控制电路设计。主要考虑如何满足电动机的各种运转功能及生产工艺要求，包括实现加工过程自动或半自动的控制等。辅助电路设计。主要考虑如何完善整个控制电路的设计、包括短路、过载、零压、联锁、照明、信号等各种保护环节；反复审核电路是否满足设计原则。并逐步完善整个电器控制电路的设计。1804.3.1经验设计法的设计举例

皮带运输机电气控触线路设计工艺要求

①有延时起动预警功能②起动顺序：皮带机3＃，2＃，1＃；③停机顺序：皮带机1＃，2＃，3＃④每个皮带机起、停机之间要有一定的时间间隔181主电路设计3台电动机都采用鼠笼型异步电动机拖动;3台电动机不同时起动，可以采用直接起动;不经常起、制动，对于制动时间和停车准确度也无特殊要求，自由停车即可;用熔断器实现短路保护，用热继电器实现过载保护;由3个接触器KMl，KM2，KM3控制其起、停。182设计基本控制电路

KT1KT1KT1KT1SB6SB1起动顺序：皮带机3＃2＃1＃停车顺序：皮带机1＃2＃3＃183设计基本控制电路

KT1KT1KT1KT1SB6SB1186起动/DL开始起动记时开始延时1KM3OK/DL结束延时2KM2OK延时3KM1OK停车停车记时开始延时可不考虑KM1OFF延时4KM2OFF延时5KM3OFF通电通电通电通电？断电？通电？断电？KT1KT1KT1KT1SB645KT4KT1187KT1KT1KT1KT1SB6起动/DL开始起动记时开始延时1KM3OK/DL结束延时2KM2OK延时3KM1OK停车停车记时开始延时可不考虑KM1OFF延时4KM2OFF延时5KM3OFF通电通电通电断电断电KT4KT5188起动/DL开始起动记时开始延时1KM3OK/DL结束延时2KM2OK延时3KM1OK停车停车记时开始延时可不考虑KM1OFF延时4KM2OFF延时5KM3OFF通电通电通电断电断电KT1KT1KT1KT1SB6KT4KT5189KT1KT1KT1KT1SB6KT1KT2KT3KM1KM2KM3KT3KT4KT5KM3KM1KM1起动记时开始停车记时开始45KT3KT2KT5KT4190设计控制电路的特殊部分

①选择过程参量，确定控制原则：时间

②时间继电器数量的选择：需5个时间继电器

③延时起点和延时时间的确定④通电延时与断电延时的选择起动用通电延时，停车用断电延时。如全选用通电延时时间继电器，进行停车控制时就还得要一个中间继电器方能完成控制任务。192设计电路的连锁保护环节加入自锁：在制动时，按下SB1，KT1、KT2立即断开，使KM2、KM3断电，故应增加自锁，使KT3、KT4的延时起作用。在控制电路加入短路保护环节：FU5和HU6。193线路的校核（1）①预警功能：起动时按下SB2，通电延时继电器KT1得电，其瞬动常开触点闭合，KT1线圈自锁，报警器DL报警。KT1延时到时，KT1的通电延时常闭触点断开，DL断电，报警结束，其通电延时常开触点闭合，KT2~KT5得电，KT2、KT3开始延时。②起动过程：由于KT4、KT5为断电延时继电器，因此其断电延时常开触点立即接通。KM3通电并自锁，当KT2延时到时，KM2通电并自锁。KT3延时到时，KM1通电实现了起动按3＃、2＃、1＃的顺序。194线路的校核（2）③停车过程：按下SB1，KT1的线圈断电，KT1的常开触点全部断开，常闭触点全部闭合，KT2~KT5全部失电，KT4、KT5开始延时，由于KM1未自锁，故立即停车。当KT4延时到时，KM2断电。KT5延时到时，KM3断电。实现了停止按1＃、2＃、3＃的顺序。④

保护电路：采用熔断器作为短路保护，热继电器作为过载保护，其中任何一台电动机过载，均按停车顺序停车。195设计举例2BM1AM2ST3ST4ST2ST11234(1)运动部件A从1到2(2)运动部件B从3到4(3)运动部件A从2回到1(4)运动部件B从4回到3自动循环197

无典型环节SB3SB1SB2KM1KM1KM2KM2KM1KM2SQ2SQ1SQ2SQ1FR可参照的典型环节

198主电路?M1FU1KM1FPEKM1RFR1L1~3FU2KM2FPEKM2RFR2QS1QS2M2199参照正反转环节SB5SB1SB2KM1FKM1FKM1RKM1RKM1FKM1RFR1SB4KM2FKM2FKM2RKM2RKM2FKM1RFR2SQ3SB3SQ2SQ1SQ4SQ3SQ4SQ1SQ2200存在问题？在位置1、2、3、4时，不能停车SB5SB1SB2KM1FKM1FKM1RKM1RKM1FKM1RFR1SB4KM2FKM2FKM2RKM2RKM2FKM1RFR2SQ3SB3SQ2SQ1SQ4SQ3SQ4SQ1SQ2201问题解决增加中间继电器SB1SB2KM1FKM1FKM1RKM1RKM1FKM1RFR1SB4KM2FKM2FKM2RKM2RKM2FKM1RFR2SQ3SB3SQ2SQ1SQ4SQ3SQ4SQ1SQ2KASB5KASB6KA202存在问题改进—增加中间继电器SB5SB1SB2KM1FKM1FKM1RKM1RKM1FKM1RFR1SB4KM2FKM2FKM2RKM2RKM2FKM1RFR2SQ3SB3SQ2SQ1SQ4SQ3SQ4SQ1SQ2SB6KAKA203设计举例3---皮带运输机控制系统（1）1#、2#不能同时起动，不能同时工作（手动按钮控制起停1#、2#）（2）按下1#、2#起动按钮，先使3#起动，经20S，1#、2#方起动（3）按下1#、2#停车按钮，1#、2#经20S停，3#经60S停（不堆积矿物）（4）1#、2#过载，1#、2#停，3#过载，全停1#2#3#204主电路M1FU1KM1PEFR1L1~3M3FU3KM3PEFR3M2FU2KM2PEQSFR2205控制电路分析：1#、2#要有电气连锁；顺序控制（时间参量）3#1#或2#；按下1#、2#起动按钮，3#起动（中间继电器信号传递）；停车，延时产生；保护回路；？几个时间继电器（1）1#、2#不能同时起动，不能同时工作（手动按钮控制起停1#、2#）（2）按下1#、2#起动按钮，先使3#起动，经20S，1#、2#方起动（3）按下1#、2#停车按钮，1#、2#经20S停，3#经60S停（不堆积矿物）（4）1#、2#过载，1#、2#停，3#过载，全停206皮带运输机控制系统控制线路设计SB1SB3KA1KA1KA2KA2KA1KA2SB2SB4KA1中间继电器信号传递电气联锁207皮带运输机控制系统控制线路设计SB1SB3KA1KA1KA2KA2KA1KA2SB2SB4KM3KT120SKA1KM3KA2208控制线路设计SB1SB3KA1KA1KA2KA2KA1KA2SB2SB4KA1KM3KA2KM3KT1KT1KA1KA2KM1KM2209控制线路设计SB1SB3KA1KA1KA2KA2KA1KA2SB2SB4KA1KM3KA2KT2KM3KT3KT1KT1KA1KA2KM1KM2SB4SB2KT2KT2KT31#、2#经20S停，3#经60S停210控制线路设计SB1SB3KA1KA1KA2KA2KA1KA2SB2SB4KA1KM3KA2KT2KM3KT3KT1KT1KA1KA2KM1KM2SB4SB2KT2KT2KT3FR1FR21#、2#过载，1#、2#停，FR33#过载，全停211控制线路设计SB1SB3KA1KA1KA2KA2KA1KA2SB2SB4KA1KM3KA2KT2KM3KT3KT1KT1KA1KA2KM1KM2SB4SB2KT2KT2KT3FR1FR2FR3KM2KM1KM2KM2212将控制线路中的接触器、继电器等电器元件线圈的通电与断电，触头的闭合与断开，以及主令元件触头的接通与断开等，作为逻辑变量；根据控制要求，用逻辑函数关系式表示这些逻辑变量之间的逻辑关系；再运用逻辑函数基本公式和运算规律对逻辑函数式进行化简；最后由化简的逻辑函数式画出相应的电气原理图。逻辑设计法213Δ

设计思路思路：开关量信号处理（逻辑控制部分）通过逻辑代数简化逻辑信号表达式，再将逻辑信号表达式用控制线路表示。方法优势：可以得到优化的控制线路214

逻辑设计方法基础1）逻辑变量处理线圈：通电为“1”，断电为“0”

按钮：按下为“1”，复位为“0”

触点：闭合为“1”，断开为“0”如：线圈K得电，线圈状态为“1”，其常开触点闭合为“1”，其常闭触点断开为“0”用、、、表示其相应的常闭（动断）触头。用KM、KA、SQ、SB分别表示接触器、继电器、行程开关、按钮的常开（动合）触头；215以继电器为例：KA—“1”，继电器线圈处于得电状态；KA—“0”，继电器线圈处于失电状态；KA—“1”，继电器常开触头闭合；KA—“0”，继电器常开触头断开：

—“1”，继电器常闭触头闭合；

—“0”，继电器常闭触头断开。216逻辑函数标定逻辑输入信号：主令电器及触点逻辑输出信号：继电器或接触器状态（线圈）上述两者之关系为逻辑函数关系ADCABCA217

并联电路与逻辑“或”相对应218串联电路与逻辑“与”相对应

219

逻辑“非”，

KA——电器的常开触点；

——电器的常闭触点。220Δ

逻辑运算定律：交换律、分配律、结合律、吸收律、反演律（摩根定律）221化简常用方法：合并项法、吸收法、消去法、配项法2223)电路的逻辑表示步骤：以某一控制电器的线圈为对象，写出与此对象有关的电路中各控制元件、信号元件、执行元件、保护元件等，它们触头间相互联接关系的逻辑函数表达式（均以未受激时的状态来表示）。

223举例1.（1）设计要求：某电动机只有在继电器KA1、KA2、KA3中任何一个或两个动作时才能运转，而在其他条件下都不运转，试设计其控制线路。224

KA1KA2KA3KM00000011010101111001101111011110（2）设计步骤：1）列出控制元件与执行元件的动作状态表225列出KM得电时的逻辑表达式：

2）化简2263）根据最简式画出控制电路2274）继电接触控制线路的逻辑函数关系常见起、保、停线路SB2SB1KMKM分析：起动、运行过程，常闭按钮始终为“1”，停车时常开按钮已复位为“0”2284）继电接触控制线路的逻辑函数关系起、保、停线路另一形式SB2SB1KMKM两个线路区别：表达式（开启从优和关断从优）2294）继电接触控制线路的逻辑函数关系多联锁约束条件起、保、停线路2304）继电接触控制线路的逻辑函数关系多联锁约束条件起、保、停线路空调制冷系统控制（循环泵起、保、停）循环泵冷却塔风机起动：停车：循环泵冷冻水泵KM1KM2KM3起动按钮SB1停车按钮SB