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继电接触器控制电路【电气控制线路图3.1继电接触器控制电路基本控制规律3.2三相异步电动机的启动控制电路3.3三相异步电动机的调速控制3.4三相异步电动机的制动控制3.5直流电动机的电气控制3.6单相异步电动机的控制3.7电气控制系统常用的保护环节3.83.1电气控制线路图常用的电气控制线路图有电气原理图、电气布置图与安装接线图，下面简单介绍其中的电气原理图。1．电气原理图的用途电气原理图是表示系统、分系统、成套装置、设备等实际电路以及各电气元器件中导线的连接关系和工作原理的图。绘制电气原理图时不必考虑其组成项目的实体尺寸、形状或位置。电气原理图为了解电路的作用、编制接线文件、测试、查找故障、安装和维修提供了必要的信息。2．电气原理图的内容电气原理图应包含代表电路中元器件的图形符号、元器件或功能件之间的连接关系、参照代号、端子代号、电路寻迹（信号代号、位置索引标记）和了解功能件必需的补充信息。通常主回路或其中一部分采用单线表示法。3．绘制电气原理图的原则现以图3-1所示的电动机启/停控制电气原理图为例来阐明绘制电气原理图的原则。图3-1电动机启/停控制电气原理图（1）电气原理图的绘制标准电气原理图中所有的元器件都应采用国家统一规定的图形符号和文字符号。（2）电气原理图的组成电气原理图由主电路和辅助电路组成。主电路是从电源到电动机的电路，其中有转换开关、熔断器、接触器主触头、热继电器发热元器件与电动机等。主电路用粗线绘制在电气原理图的左侧或上方。辅助电路包括控制电路、照明电路、信号电路及保护电路等。它们由继电器、接触器的电磁线圈，继电器、接触器的辅助触头，控制按钮，其他控制元器件触头、熔断器、信号灯及控制开关等组成，用细实线绘制在电气原理图的右侧或下方。（3）电源线的画法电气原理图中直流电源用水平线画出，一般直流电源的正极画在电气原理图的上方，负极画在电气原理图的下方。三相交流电源线集中水平画在电气原理图的上方，相序自上而下按照L1、L2、L3排列，中性线（N线）和保护接地线（PE线）排在相线之下。主电路垂直于电源线画出，控制电路与信号电路垂直于两条水平电源线之间画出。耗电元器件（如接触器、继电器的线圈、电磁铁线圈、照明灯、信号灯等）直接与下方的水平电源线相接，控制触头接在上方的水平电源线与耗电元器件之间。（4）电气原理图中电气元器件的画法电气原理图中的各电气元器件均不画实际的外形图，只是画出其带电部件，同一电气元器件上的不同带电部件是按电路中的连接关系画出的，但必须按国家标准规定的图形符号画出，并且用同一文字符号标明。对于几个同类电器，在表示名称的文字符号之后加上数字序号，以示区别。（5）电气原理图中电气触头的画法电气原理图中各元器件触头状态均按没有外力作用时或未通电时触头的自然状态画出。对于接触器、电磁式继电器按电磁线圈未通电时的触头状态画出；对于控制按钮、行程开关的触头按不受外力作用时的状态画出；对于断路器和开关电器触头按断开状态画出。当电气触头的图形符号垂直放置时，以“左开右闭”的原则绘制，即垂线左侧的触头为常开触头，垂线右侧的触头为常闭触头；当符号为水平放置时，以“上闭下开”的原则绘制，即在水平线上方的触头为常闭触头，水平线下方的触头为常开触头。（6）电气原理图的布局电气原理图按功能布置，即同一功能的电气元器件集中在一起，尽可能按动作顺序从上到下或从左到右的原则绘制。（7）线路连接点、交叉点的绘制在电路图中，对于需要测试和拆接的外部引线的端子，采用“空心圆”表示；有直接电联系的导线连接点，用“实心圆”表示；无直接电联系的导线交叉点不画黑圆点。在电气原理图中要尽量避免线条的交叉。（8）电气原理图的绘制要求电气原理图的绘制要层次分明，各电器元器件及触头的安排要合理，既要做到所用元器件、触头最少，耗能最少，又要保证电路运行可靠，节省连接导线及安装、维修方便。4．关于电气原理图图面区域的划分为了便于确定电气原理图的内容和组成部分在图中的位置，有利于检索电气线路，因此常在各种幅面的图纸上分区。每个分区内竖边用大写的拉丁字母编号，横边用阿拉伯数字编号。编号的顺序应从与标题栏相对应的图幅的左上角开始，分区代号用该区的拉丁字母或阿拉伯数字表示，有时为了分析方便，也把数字区放在图的下面。5．继电器、接触器触头位置的索引在电气原理图中，继电器、接触器线圈的下方注有其触头在图中位置的索引代号，索引代号用图面区域号表示。其中，左栏为常开触头所在的图区号，右栏为常闭触头所在的图区号。6．电气原理图中技术数据的标注在电气原理图中各电气元器件的相关数据和型号常在电器元器件文字符号下方标注。图3-1所示中热继电器文字符号FR下方标有6.8～11，此数据为该热继电器的动作电流值范围，而8.4为该继电器的整定电流值。关于布置图和接线图，将在第4章通过具体实例讲解。3.2继电接触器控制电路基本控制规律3.2.1自锁和互锁自锁和互锁统称为电器的联锁控制，在电气控制中应用十分广泛。图3-2所示是电动机的单向连续运转控制线路。这是典型的利用接触器的自锁实现连续运转的电气控制线路。图3-2电动机单向连续运转控制线路图图3-3所示是带互锁的三相异步电动机的正/反转控制线路。图3-3按钮联锁正/反转控制线路图3.2.2点动和连续运行控制线路在生产实践中，机械设备有时需要长时间运行，有时需要间断工作，因而控制电路要有连续工作和点动工作两种状态。图3-4电动机点动控制线路图3.2.3多地联锁控制线路多地联锁控制线路如图3-5所示。图3-5多地启动和停止控制线路图在一些大型生产机械设备上，要求操作人员在不同的方位进行操作与控制，即实现多地控制。多地控制是用多组启动按钮、停止按钮来进行的，这些按钮连接的原则是，启动按钮的常开触头要并联，即逻辑或的关系；停止按钮的常闭触头要串联，即逻辑与的关系。3.2.4自动循环控制线路在生产中，某些设备的工作台需要进行自动往复运行（如平面磨床），而自动往复运行通常是利用行程开关来控制自动往复运动的行程，并由此来控制电动机的正/反转或电磁阀的通、断电，从而实现生产机械的自动往复运动。图3-6自动往复循环控制线路图3.2.5其他控制线路1．既能点动又能连续运行的控制图3-7所示的电路既能实现点动又能实现连续运行的控制。图3-7既能点动又能连续运行的控制电路图2．3个接触器组成的正/反转电路图3-8所示的电路能实现连续正/反转运行控制。这个电路由于采用了四断点电路，能有效熄灭电弧，防止电弧短路。这个电路是“正-反”电路，与“正-停-反”电路是有区别的。图3-83个接触器组成的正/反转电路图3.3三相异步电动机的启动控制电路通常三相异步电动机的启动有直接启动（全压启动）和减压启动两种方式。3.3.1直接启动所谓直接启动，就是将电动机的定子绕组通过电源开关或接触器直接接入电源，在额定电压下进行启动，也称为全压启动。直接启动因为无需附加启动设备，并且操作控制简单、可靠，所以在条件允许的情况下应尽量采用，考虑到目前在大中型厂矿企业中，变压器功率已足够大。因此绝大多数中、小型笼式异步电动机都采用直接启动。由于笼式异步电动机的全压启动电流很大，空载启动时的启动电流为额定电流的4～8倍，带载启动时的电流会更大。特别是大型电动机，若采用全压启动时，会引起电网电压的降低，使电动机的转矩降低，甚至启动困难，而且还会影响其他电网中设备的正常工作，所以大型笼式异步电动机不允许采用全压启动。一般而言，电动机启动时，供电母线上的电压降落不得超过10%～15%，电动机的最大功率不得超过变压器的20%～30%。3.3.2串电阻或电抗减压启动1．串电阻或电抗减压启动的原理异步电动机采用定子电阻或电抗的减压启动原理，如图3-9所示。图3-9定子串电阻或电抗的减压启动线路图定子串电阻或电抗的减压启动方法有如下缺点。①定子串电阻或电抗势必减小定子绕组的电压，由于启动转矩与定子绕组的电压的平方成正比，定子串电阻或电抗将在很大程度上减少启动转矩，故它只适用于空载或轻载启动的场合。②不经济，在启动过程中，电阻上消耗的能量大，不适用于经常启动的电动机，若采用电抗代替电阻，则所需设备费较高，且体积大。3.3.3星形-三角形减压启动所谓三角形连接（△）就是绕组首尾相连，如图3-10所示，当接触器KM2的主触头闭合和KM3的主触头断开时，电动机的三相绕组首尾相连组成三角形连接。3图3-10星形-三角形减压启动的线路图所谓星形连接（Y）就是绕组只有一个公共连接点，当KM3的主触头闭合和KM2的主触头断开时，三相绕组只有一个公共连接点，即KM3的主触头处。1．星形-三角形减压启动的原理星形连接用“Y”表示，三角形连接用“△”表示，星形-三角形连接用“Y-△”表示，同一台电动机以星形连接启动时，启动电压只有三角形连接的1/，启动电流只有三角形连接启动时电流的1/3，因此Y-△启动能有效地减少启动电流。2．星形-三角形减压启动的线路图图3-10所示是星形-三角形减压启动的线路图这种启动方法的优点是设备简单、经济，启动电流小；其缺点是启动转矩小，且启动电压不能按实际需要调节，故只适用于空载或轻载启动的场合，并且只适用于正常运行时定子绕组按三角形连接的异步电动机。3.3.4自耦变压器减压启动自耦变压器减压启动的原理如图3-11所示。图3-11自耦变压器减压启动线路图3.4三相异步电动机的调速控制三相异步电动机的调速公式为（3-1）060(1)(1)fnnssp其中，S为转差率，n0为理想转速，为转子电流频率，为极对数。通过以上公式就可以得出相应的如下3种调速方法。3.4.1改变转差率的调速改变转差率的调速方法又分为调压调速、串电阻调速、串极调速（不是串激电动机调速）和电磁离合器调速4种，下面仅介绍前两种调速方法。①调压调速方法能够实现无级调速，但当降低电压时，转矩也按电压的平方比例减小，所以调速范围不大。在定子电路中，串电阻（或电抗）和用晶闸管调压调速都是属于这种调速方法。②串电阻调速方法只适用于绕线式异步电动机，其启动电阻可兼做调速电阻用，不过此时要考虑稳定运行时的发热，应适当增大电阻的容量。转子电路中串电阻调速简单可靠，但它是有级调速，随着转速的降低，特性逐渐变软。转子电路电阻损耗与转差率成正比，低速时损耗大。所以，这种调速方法大多用在重复短期运转的生产机械中，如在起重运输设备中应用非常广泛。3.4.2改变极对数的调速三相异步电动机的转速为（3-2）060/nfp由上式可知，改变极对数即可改变电动机的转速。多速电动机启动时最好先接成低速，然后再换接为高速，这样可获得较大的启动转矩。多速电动机虽然体积稍大，价格稍高，只能有级调速。3.4.3变频调速异步电动机的转速正比于定子电源的频率，若连续地调节定子电源频率，即可实现连续地改变电动机的转速。1．变频器及其工作原理（1）交－直－交变频调速的原理下面以图3-12说明交－直－交变频调速的原理，交－直－交变频调速就是变频器先将工频交流电整流成直流电，逆变器在微控制器（如DSP）的控制下，将直流电逆变成不同频率的交流电。目前市面上的变频器多是这种原理工作的。图3-12变频器原理图【例3-1】如图3-13所示，若将输入端L1和L2的电源线对调，三相交流电动机M1的转向是否会改变？图3-13变频器控制电动机正/反转、调速和制动控制线路图【解】不会。因为将输入端L1和L2的电源线对调，虽然改变了输入端电源的相序，但是输出端电压的相序并没有改变，因为输入端不同相序的电源经过整流后都得到相同的直流电，不会影响输出端的相序，其原理图参考图3-12。2．变频器的控制（1）电动机的正/反转图3-13中电动机的正/反转的控制过程是：当合上按钮SB1时，接触器KM1带电自锁，为电动机M1的运行作准备。当按钮SB4合上时，KA1继电器带电自锁，电动机正转。当SB3按钮合上时，先使继电器KA1的线圈断电，接着KA2继电器带电自锁，电动机反转。一般电动机的启停不是通过通、断接触器KM1实现的。（2）调速通常变频器有多种调速方式，下面介绍其中的4种。①调节控制电压（电流