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第二章电气控制线路的基本环节2.1电气控制线路的绘制电气控制系统图是电气技术人员统一使用的工程语言。电气制图应根据国家标准，用规定的图形符号、文字符号以及规定的画法绘制。电气控制线路是由许多电器元件按一定的要求连接而成的。为了表达生产机械的电气控制系统的结构、原理等设计意图，为了便于电气系统的安装、调试、使用和维修，需要将电气控制系统中各电器元件及其连接线路用一定的图形表达出来，这种图就是电气控制系统图。电气控制系统图一般有三种：电气原理图、电器布置图和电气安装接线图。在图上用不同的图形符号来表示各种电器元件，用不同的文字符号来说明图形符号所代表的电器元件的基本名称、用途、主要特征及编号等。各种图纸有其不同的用途和规定画法，应根据简明易懂的原则，采用统一规定的图形符号、文字符号和标准画法来绘制。在保证图面布局紧凑、清晰和使用方便的原则下选择图纸幅面尺寸。图纸分横图和竖图，按国家标准GB2988.2—86规定，图纸幅面尺寸及其代号见表2-1。应优先选用A4～A0号幅面尺寸，若需要加长的图纸，可采用A4×5～A3×3的幅面，若上述所列幅面仍不能满足要求，可按照GB4457.1—84《机械制图图纸幅面及格式》的规定加大幅面。表2-1电气图幅面尺寸及其代号代号尺寸/mm代号尺寸/mmA0A1A2A3A4841×1189594×841420×594297×420210×297A3×3A3×4A4×3A4×4A4×5420×891420×1189297×630297×841297×1051为了便于确定图上的内容、补充、更改和组成部分等的位置，可以在各种幅面的图纸上分区，见图2-1。分区数应该是偶数。每一分区的长度一般不小于25mm，不大于75mm。每个分区内竖边方向用大写拉丁字母，横边方向用阿拉伯数字分别编号。编号的顺序应从标题栏相对的左上角开始。分区代号用该区域的字母和数字表示，如B3、C5。图2-1图幅分区123456123456ABCDABCD2.1.1常用电气图形符号和文字符号电气控制系统图、电气元件的图形符号和文字符号必须符合国家标准规定。国家标准局参照国际电工委员会（IEC）颁布的标准，制定了我国电气设备有关国家标准：GB4728—1984《电气图用图形符号》及GB6988—1987《电气制图》和GB7159—1987《电气技术中的文字符号制订通则》。规定从1990年1月1日起，电气控制线路中的图形和文字符号必须符合最新的国家标准。一些常用电气图形符号和文字符号见附录《电气控制线路中常用图形符号和文字符号》。2.1.2电器原理图电气原理图目的是便于阅读和分析控制线路，应根据结构简单、层次分明清晰的原则，采用电器元件展开形式绘制。它包括所有电器元件的导电部件和接线端子，但并不按照电器元件的实际布置位置来绘制，也不反映电器元件的实际大小。下面以图2-2所示的某机床的电气原理图为例，来说明电气原理图的规定画法和应注意的事项。图2-2某型号机床电气原理图12347658电源开关主电动机冷却泵电动机控制变压器照明灯WVUFU1KM1FRML1L2L3QS36VELPE3kwKM2M23～MFU2FU32A380VU21V21W211.5mm21mm2101110VFU52AFU42A1XBSB2KM1SB1SA1SA2101FRKM1KM21mm234291113冷却泵电动机控制主电动机控制U11V11W11U2V2W2M13～36VM13～M13～U12V12W12U1V1W1M13～2225××333××1．绘制电气原理图时应遵循的原则(1)电气原理图一般分主电路和辅助电路两部分。主电路是电气控制线路中大电流通过的部分，包括从电源到电机之间相连的电器元件，一般由组合开关、主熔断器、接触器主触点、热继电器的热元件和电动机等组成。辅助电路是控制线路中除主电路以外的电路，其流过的电流比较小，辅助电路包括控制电路、照明电路、信号电路和保护电路。(2)电气原理图中所有电器元件都应采用国家标准中统一规定的图形符号和文字符号表示。(3)电气原理图中电器元件的布局，应根据便于阅读原则安排。主电路安排在图面左侧或上方，辅助电路安排在图面右侧或下方。无论主电路还是辅助电路，均按功能布置，尽可能按动作顺序从上到下，从左到右排列。(4)电气原理图中，当同一电器元件的不同部件（如线圈、触点）分散在不同位置时，为了表示是同一元件，要在电器元件的不同部件处标注统一的文字符号。对于同类器件，要在其文字符号后加数字序号来区别。如两个接触器，可用KM1、KM2文字符号区别。(5)电气原理图中，所有电器的可动部分均按没有通电或没有外力作用时的状态画出。对于继电器、接触器的触点，按其线圈不通电时的状态画出，控制器按手柄处于零位时的状态画出；对于按钮、行程开关等触点按未受外力作用时的状态画出。(6)电气原理图中，应尽量减少线条和避免线条交叉。各导线之间有电联系时，在导线交点处画实心圆点。根据图面布置需要，可以将图形符号旋转绘制，一般逆时针方向旋转90º但文字符号不可倒置。2．图面区域的划分图纸上方的1、2、3…等数字是图区的编号，它是为了便于检索电气线路，方便阅读分析从而避免遗漏设置的。图区编号也可设置在图的下方。图区编号下方的文字表明它对应的下方元件或电路的功能，使读者能清楚地知道某个元件或某部分电路的功能，以利于理解全部电路的工作原理。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，索引代号的组成如下：图号页次图区号电气原理图中，接触器和继电器线圈与触点的从属关系使用右图表示。即在原理图中相应的线圈的下方，给出触点的图形符号，并在下面标明相应触点的索引代码，且对未使用的触点用“×”表明，有时也可采用上述省略触点的表示方法。左栏中栏右栏主触点所在的图区号辅助常开触点所在的图区号辅助常闭触点所在的图区号4446×××913××××××KMKA对接触器，上述表示方法中各栏的含义如下所示：对继电器，上述表示方法中各栏的含义如下所示：左栏右栏常开触点所在的图区号常闭触点所在的图区号2.1.3电器元件布置图电器布置图中绘出机械设备上所有电气设备和电器元件的实际位置，是生产机械电气控制设备制造、安装和维修必不可少的技术文件。布置图根据设备的复杂程度可集中绘制在一张图上或控制柜、操作台的电器元件布置图分别绘出。绘制布置图时机械设备轮廓用双点划线画出，所有可见的和需要表达清楚的电器元件及设备，用粗实线绘出其简单的外形轮廓。2.1.4电器安装接线图接线图主要用于安装接线、线路检查、线路维护和故障处理，它表示在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。图2-3是根据图2-2机床电路图绘制的接线图。L1L2L31101754111U1V1W1U2V2W2M13～M23～4557411113101电源进线1×1mm27×1mm21×1mm2包塑金属软管Ф10mm2×2m包塑金属软管Ф15mm2×1m1×1mm2(红)+1×1mm2(白)按钮板3×1.5mm2(黑)+1×1.5mm2(黄绿)包塑金属软管Ф20mm2×1m安装板照明灯图2-3某机床电控系统接线图2.1.5阅读和分析电气控制线路图的方法1.查线读图法(1)了解生产工艺与执行电器的关系电气线路是为生产机械和工艺过程服务的，不熟悉被控对象和它的动作情况，就很难正确分析电气线路。因此，在分析电气线路之前，应该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，即熟悉生产机械的工艺情况，必要时可以画出简单的工艺流程图，明确各个动作的关系。此外，还应进一步明确生产机械的动作与执行电器的关系，给分析电气线路提供线索和方便。例如，车床主轴转动时，要求油泵先给齿轮箱供油润滑，即应保证在润滑泵电动机启动后才允许主拖动电机启动，伺服控制对象对控制线路提出了按顺序工作的联锁要求。(2)分析主电路在分析电气线路时，一般应先从电动机着手，即从主电路看有哪些控制元件的主触点、电阻等，然后根据其组合规律就大致可判断电动机是否有正反转控制、是否制动、是否要求调速等。这样，在分析控制电路的工作原理时，就能做到心中有数，有的放矢。(3)读图和分析控制电路在控制电路中，根据主电路控制元件主触点的文字符号，找到有关的控制环节以及环节间的相互联系。通常对控制电路多半是由上往下或由左往右阅读。然后，设想按动了操作按钮（应记住各信号元件、控制元件或执行元件的原始状态），查对线路（跟踪追击）观察有哪些元件受控动作。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……在读图过程中，特别要注意相互间的联系和制约关系，直至将线路全部看完为止。无论多么复杂的电气线路，都是由一些基本的电气控制环节构成的。在分析线路时，要善于化整为零，积零为整。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，一个环节一个环节地分析。还应注意那些满足特殊要求的特殊部分，然后把各环节串起来。这样，就不难读懂全图了。2.逻辑代数法逻辑代数又叫布尔代数，开关代数。逻辑代数法是通过对电路的逻辑表达式的计算来分析控制电路的。逻辑代数的变量都只有“1”和“0”两种取值，“0”和“1”分别代表两种对立的、非此即彼的概念，如果“1”代表“真”，“0”即为“假”；“1”即为“有”，“0”即为“无”；“1”代表“高”，“0”代表“低”，关键是正确写出电路的逻辑表达式。在机械电气控制线路中的开关触点只有“闭合”和“断开”两种截然不同的状态；电路中的执行元件如继电器、接触器、电磁阀的线圈也只有“得电”和“失电”两种状态；在数字电路中某点的电平只有“高”和“低”两种状态等等。因此可见这种对应关系使得逻辑代数在50多年前就被用来描述、分析和设计电气控制线路，随着科学技术的发展，逻辑代数已成为分析电路的重要数学工具。这种读图方法的优点是，各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。通过对逻辑代数的具体运算，一般不会遗漏或看错电路的控制功能。根据逻辑表达式可以迅速正确地得出电气元件是如何通电的，为故障分析提供方便。该方法的主要缺点是，对于复杂的电气线路，其逻辑表达式很繁琐、冗长。但采用逻辑代数法以后，可以对电气线路采用计算机辅助分析的方法。2.2三相异步电动机起动控制线路所谓电动机的起动是指电动机的定子绕组接上电源，转子开始转动，到其转子达到正常运行这一过程。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。与同容量的直流电动机相比，异步电动机还具有体积小，重量轻，转动惯量小的特点。因此，在矿企业中异步电动机得到了广泛的应用。三相异步电动机起动时，由于旋转磁场相对静止的转子导体速度很大，因此转子电路中的感应电动势和由此产生的转子电流很大。转子电流通常可达到其额定值得5～8倍，定子电流也相应增加为其额定值的4～7倍。过大的起动电流一方面会引起供电线路上很大的压降，影响线路上其他用电设备的正常运行，另一方面电动机频繁起动会严重发热，加速线圈老化，缩短电动机的寿命，此时虽然转子电流很大，但功率因数很低，所以起动转矩也不大。在起动过程当中如何限制起动电流和获得适当的起动转矩，这就对起动电路提出了特殊要求。对不同类型和不同容量的电动机应采用不同的起动方法。2.2.1鼠笼式异步电动机直接起动控制直接起动就是电机定子绕组加额定电压来起动。这种起动方法的主要优点是简单、方便、经济和起动时间短。它的主要缺点是起动电流对电网的影响较大、影响负载系统正常工作，但这种影响将随电源容量的增大而减少。一般容量在10kW以下的笼型异步电动机都采用直接起动。小型台钻、砂轮机、冷却泵的电动机，可用手动开关在动力电路中接通电源直接起动，如图2-4所示的控制电路。图2-5所示为三相笼型异步电动机单向全压启动控制线路。主电路由刀开关QS、熔断器FU1、接触