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XiamenUniversity电气控制实践训练MOOC课程团队4.2电气控制电路的分析2017.3厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队电气控制电路分析基础在现代生产机械设备中，电气控制系统是重要的组成部分，电气控制电路的分析是一项重要的技能。分析电气控制电路是通过对各种技术资料的分析，来掌握电气控制电路的工作原理、技术指标、使用方法、维护要求等。分析电气控制电路的具体内容和要求主要包括设备说明书、电气控制原理图、电器元件布置图和电气安装接线图等几个方面。厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队其中电气控制原理图是控制电路分析的中心内容。在分析电气原理图时，必须与阅读其它技术资料结合起来。例如，各种电动机及执行电器的控制方式、位置及作用，各种与机械设备有关的位置开关、主令电器的状态等。电气控制原理图一般由主电路、控制电路、辅助电路、保护以及联锁环节、特殊控制电路等部分组成。厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队电气原理图阅读分析的方法和步骤（1）分析主电路分析和设计电气控制电路都要从主电路入手，主电路的作用是保证整机拖动要求的实现。从主电路的构成可分析出电动机或执行器的类型、工作方式及基本控制电路。根据每台电动机和电磁阀等执行电器的控制要求去分析控制内容，要求明确对执行电器有哪些动作，比如起动、制动、换向及调速等。厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队（2）分析控制电路主电路的控制要求是由控制电路来实现的。分析控制电路通常采用查线读图法，其基本依据是电流的流动途径，即先找到一个电路入口，通常是一个按钮或者是开关，按下按钮或者是开关后，沿着通电导线寻找哪些电器得电并引起其它电器及机械设备发生动作的次序，通过对电器动作的全面了解推断整个控制系统的功能。厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队（3）分析辅助电路辅助电路包含执行元件的工作状态显示、电源显示、参数测定、照明和故障报警等部分。辅助电路中很多部分是由控制电路中的元件控制的，在分析辅助电路时，还要对照控制电路进行分析。（4）分析联锁和保护环节为了提高生产机械的可靠性和安全性，除了合理地选择拖动控制方案以外，在控制电路中还应该设置电气保护装置和电气联锁。在电气控制电路的分析过程中，电气联锁和电气保护环节的分析是很重要的一部分内容。厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队（5）分析特殊控制环节在某些控制电路中，还设置了一些与主电路、控制电路关系不密切且相对独立的某些特殊环节。如产品技术装置、自动检测系统等。这些部分往往自成一个小系统，其读图和分析法可参照上述分析过程，灵活运用所学过的电子技术、变流技术、自控系统、检测与转换等知识逐一分析。（6）总体检查逐步分析了每一局部电路的工作原理以及各部分之间的控制关系之后，还要用“集零为整”的方法了解整个线路，查看是否有遗漏。特别要从整体角度去进一步检查和理解各控制环节之间的联系，以达到清楚地了解原理图中每一个电器元件的作用、工作过程以及主要参数。厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队C650卧式车床的主要结构和运动形式本节通过分析典型生产机械C650车床的电气控制电路，进一步阐述电气控制系统的分析方法与分析步骤。C650卧式车床是机床中应用最广泛的一种，属于中型车床。机床的结构形式如图所示。该车床有两种主要运动：一种是安装在床身主轴箱中的主轴转动，称为主运动；另一种是溜板箱中的溜板带动刀架的直线运动，称为进给运动。厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队C650卧式车床结构简图1-床身；2-主轴；3-刀架；4-溜板箱；5-尾架厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队刀具安装在刀架上，与滑板一起随溜板箱沿主轴轴线方向实现进给移动，主轴的转动和溜板箱的移动均由主电动机驱动。由于加工的工件比较大，加工时其转动惯量也较大，需停车时不容易立即停止转动，因此必须有停车制动的功能，较好的停车制动是采用电气的制动方法。为了加工螺纹等工件，主轴需要正、反转，主轴的转速应随工件的材料、尺寸、工艺要求及道具的种类不同而变化，所以要求在相当宽的范围内可进行速度调节，这个由机械传动实现。此外，为减轻工人的劳动强度和节省辅助工作时间，还要求带动刀架移动的溜板能够快速移动。厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队电力拖动特点及控制要求从以上车床的加工工艺出发，对拖动控制有以下要求：（1）主电动机M1完成主轴主运动和溜板箱进给运动的驱动，主电动机采用全压直接起动方式。电动机可正、反两个方向旋转，并可进行正、反两个旋转方向的电气停车制动。另外，为加工调整方便，还应该具有点动控制功能。（2）为了防止刀具和工件温度过高，延长刀具寿命，电动机M2拖动冷却泵，在加工时提供切削液，采用直接起动及停止方式，并且为连续工作方式。（3）主电动机和冷却泵电动机应该具有必要的短路和过载保护。厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队（4）为了提高生产效率、减轻工人劳动强度，拖板的快速移动由电动机M3单独拖动，还可根据需要随时进行手动控制起停。（5）应具有必要的联锁控制、安全的局部照明装置。C650卧式车床电气原理图如图所示，使用的电器元件符号与功能说明见表。厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队电气控制电路分析厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队C650车床电气元件符号及功能说明表符号名称及用途符号名称及用途M1主电动机SB1总停按钮M2冷却泵电动机SB2主电动机正向点动按钮M3快速移动电动机SB3主电动机正向启动按钮KM1主电动机正转接触器SB4主电动机反向启动按钮KM2主电动机反转接触器SB5冷却泵电动机停止按钮KM3短接限流电阻接触器SB6冷却泵电动机启动按钮KM4冷却泵电动机接触器TC控制变压器KM5快移电动机接触器FU1~FU3熔断器KA中间继电器FR1主电动机过载保护热继电器KF通电延时时间继电器FR2冷却泵电动机保护热继电器SQ快移电动机点动手柄开关R限流电阻SA照明灯开关EL照明灯KS速度继电器TA电流互感器PA电流表QS隔离开关厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队主电路分析主电路中有三台电动机，隔离开关QS将380V的三相电源引入。电动机M1的电路接线分为三部分。第一部分由正转控制交流接触器KM1和反转控制交流接触器KM2的两组主触点构成电动机的正、反转接线；第二部分为电流表PA经电流互感器TA接在主电动机M1的主回路上，以监视电动机绕组工作时的电流变化。第三部分为串联电阻控制部分，R为限流电阻，在主轴点动控制时，为防止连续的起动电流造成电动机过载；在停车反接制动时，又起到限制过大的反接制动电流的作用。厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队速度继电器KS的速度检测部分与电动机的主轴同轴相连，在停车制动过程中，当主电动机转速低于KS的动作值时，其常开触点可将控制电路中的反接制动的相应电路切断，完成制动停车。FR1是主电动机过载保护用的热继电器。冷却泵电动机M2由交流接触器KM4控制其主电路的接通和断开，FR2为M2过载保护用热继电器；快速移动电动机M3由交流接触器KM5控制，由于M3电动机短时运转，所以不需要设置热继电器。厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队控制电路分析①主电动机正、反转起动与点动当正转起动按钮SB3按下时，其两常开触点同时闭合，常开触点的闭合使得交流接触器KM3的线圈和时间继电器KT的线圈得电，经延时断开后，电流表接入电路正常工作；KM3的主触点将主电路中的限流电阻短接，其辅助动合触点同时将中间继电器KA的线圈电路接通，KA的常闭触点断开将停车制动的基本电路切除，其动合触点与SB3的动合触点均在闭合状态，控制主电动机的交流接触器KM1的线圈得电并自锁，其主触点闭合，电动机正向直接起动。KM1的自锁回路由它的常开辅助触点和KA的常开触点组成，来维持KM1的通电状态。反向直接控制过程与其相同，只是起动按钮为SB4。厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队SB2为主电动机点动按钮。按下SB2点动按钮，直接接通KM1的线圈电路，电动机M1正向直接起动，注意这时KM3线圈并没有接通，因此其主触点不闭合，限流电阻接入主电路限流，防止连续的起动电流造成电动机过载，保证电路设备正常工作；其辅助动合触点不闭合，KA线圈不能得电，从而使KM1线圈电路不能形成自锁，松开按钮SB2，M1停转，实现了主电动机串联电阻限流的点动控制。厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队②主电动机反接制动控制电路C650卧式车床采用反接制动进行停车制动。停车按钮按下后开始制动过程。当电动机转速接近零时，速度继电器的触点打开，结束制动。主电动机是双向可逆运行，下面以电动机正转时进行停车制动的过程为例，说明制动的工作原理。厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队KS1和KS2分别为速度继电器KS的正转和反转常开触点。当电动机正常正向运转时，速度继电器KS的动合触点KS1闭合，制动电路处于准备状态，按下停车按钮SB1，切断控制电源，KM1、KM3、KA线圈均失电，此时KA动断触点恢复原状闭合，与KS1触点共同将反转交流接触器KM2的线圈电路接通，电动机M1接入反相序电流，反向起动转矩将平衡正向惯性转动转矩，强迫电动机迅速停车。当电动机速度降低到速度继电器的动作值时，速度继电器触点KS1复位打开，切断KM2的线圈电路，完成反接制动。进行反接制动。厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队③刀架的快速移动和冷却泵电动机的控制刀架快速移动是由转动刀架手柄压动位置开关SQ，使电动机M3的接触器KM5的线圈得电，KM5的主触点闭合，M3电动机起动运行，经传动系统驱动溜板带动刀架快速移动。起动按钮SB6和停止按钮SB5控制接触器KM4线圈的通断，来完成对冷却泵电动机M2的控制。厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队④电流表PA保护电路虽然电流表PA接在电流互感器TA回路里，但主电动机M1起动时对它的冲击仍然很大。为此，在线路中设置了时间继电器KT进行保护。当主电动机正向或反向起动后，KT通电，PA就被KT延时常闭触点短路，延时时间到后，才有电流指示。⑤辅助电路（即照明电路和控制电源）控制变压器TC二次侧输出36V和110V电压，分别作为车床低压照明和控制电路电源。EL为车床的低压照明灯，由开关SA控制。厦门大学物理与机电工程学院电气控制实践训练MOOC课程团队C650卧式车床电气控制电路的特点：（1）主轴与进给电动机M1主电路具有正、反转控制和点动控制的功能，并设有监控电动机绕组工作电流变化的电流表和电流互感器。（2）主电动机的制动采用电气反接制动，利用速度继电器按速度原则进行电动机正、反转的反接制动。（3）控制电路中由于电器元件很多，通过控制变压器TC将电器元件与三相电网进行隔离，提高了操作和维护的安全性。（4）中间继电器KA起着扩展接触器KM3触点的作用。在电气线路设计时要考虑电器元件的触点数量。XiamenUniversity电气控制实践训练MOOC课程团队