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第2章基本的电气控制系统电气工程图及绘制2.1电动机直接起动控制线路2.3电动机降压起动控制线路2.4电气控制线路的分析方法2.2异步电动机的制动控制线路2.5异步电动机的调速控制线路2.6直流电动机的控制线路2.7典型机械控制线路2.82.1电气工程图及绘制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。2.1.1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。2．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。2.1.2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。2.1.3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。2.1.4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。2.2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。2.2.1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2.2.2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。2.3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。2.3.1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2.3.2正反转控制其控制线路及电路分析参见实训4。2.3.3顺序控制手动顺序控制线路如图2-5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先起动按下SB1KM1线圈得电KM1主触头闭合电动机M1起动并连续运转KM1常开触头闭合自锁（3）电动机M2后起动在M1运转状态下，按下SB2KM2线圈得电KM2主触头闭合电动机M2起动并连续运转KM2常开触头闭合自锁图2-5手动顺序控制线路图（4）电动机逆序停转在M1、M2同时运转状态下，按SB2KM2线圈失电KM2主触头断开电动机M2停转再按SBKM1线圈失电KM1主触头断开电动机M1停转（5）电动机M1、M2同时停转在M1、M2同时运转状态下，按SBKM1线圈失电KM1主触头断开电动机M1停转KM2线圈失电KM2主触头断开电动机M2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。2.3.4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）工作台右移按下SB1KM1线圈得电KM1主触头闭合电动机M正转，工作台右移KM1自锁常开触头闭合自锁KM1联锁常闭触头断开（3）工作台停止右移（左移开始）当工作台右移至限定位置时，KM1自锁触头断开挡块撞动SQ2SQ2常闭触头断开KM1线圈失电KM1主触头断开电动机M停止正转，工作台停止右移KM1联锁触头闭合KM2联锁触头断开SQ2常开触头闭合KM2线圈得电KM2主触头闭合电动机M反转，工作台左移KM2自锁触头闭合自锁（4）工作台停止左移（右移开始）当工作台左移至限定位置时，挡块撞动SQ1SQ1常闭触头断开KM2线圈失电电动机M停止反转，工作台停止左移SQ1常开触头闭合KM1线圈得电KM1主触头闭合电动机M又正转，工作台右移KM1自锁触头闭合自锁KM1联锁常闭触头断开（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。2.4电动机降压起动控制线路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。2.4.1Y/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。2.4.2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QF按下SB2KM1线圈得电KM1主触头闭合电动机定子串电阻起动KM1辅助常开触头闭合自锁KT线圈得电KT常开触头延时闭合KM2线圈得电KM2主触头闭合电阻被短接，切除定子所串电阻全压运行按下SB1KM1线圈失电KM1主触头打开电动机断电停机KM1常开触头断开复原2.4.3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，给电路送电按下SB2KM1线圈得电KM1主触头闭合电动机定子串自耦变压器降压起动KM1辅助常开触头闭合自锁KT线圈得电KT常开触头延时闭合KA线圈得电KA常开触头闭合KA常闭触头打开KM1线圈失电KM1常闭触头闭合KM2线圈得电KM2主触头闭合电机全压运转2.4.4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，给电路送电按下SB2KM4线圈得电KM4主触头闭合电动机转子串全部电阻起动KM4常开辅助触头闭合KT1线圈得电KT1常开触头延时闭合KM1线圈得电KM1常开主触头闭合平衡切除R1KM1常开辅助触头闭合KT2线圈得电KT2常开触头延时闭合KM2线圈得电KM2常开主触头闭合平衡切除R2KM2常开辅助触头闭合KT3线圈得电KT3常开触头延时闭合KM3线圈得电KM3常开主触头闭合平衡切除R3KM3常开辅助触头闭合自锁按下SB2KM4线圈得电KM4主触头闭合电动机转子串全部电阻起动KM4常开辅助触头闭合KT1线圈得电KT1常开触头延时闭合KM1线圈得电KM1常开主触头闭合平衡切除R1KM1常开辅助触头闭合KT2线圈得电KT2常开触头延时闭合KM2线圈得电KM2常开主触头闭合平衡切除R2KM2常开辅助触头闭合KT3线圈得电KT3常开触头延时闭合KM3线圈得电KM3常开主触头闭合平衡切除R3KM3常开辅助触头闭合自锁2.4.5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：合上电源开关QF按下SB2KT线圈得电KT常开触头闭合KM1线圈得电KM1主触头闭合电机带频敏变阻器起动KM1常开辅助触头闭合自锁KT常开触头延时闭合KM2线圈得电KM2主触头闭合切除频敏变阻器全压运行KM2常开辅助触头闭合自锁该电路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。2.5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。2.5.1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。按SB2KM1线圈得电KM1主触头闭合电动机M转动KS常开触头闭合KM1常开辅助触头闭合自锁（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。按SB1KM1线圈失电KM1主触头打开电动机脱离电源KM1常闭触头闭合KM2线圈得电KM2主触头闭合反接制动KM2常开辅助触触头闭合自锁2.5.2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。2.6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。2.6.1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2-13（b）所示的连接方式转换成如图2-13（c）所示的连接方式；另一种是从三角形改成双星形，如图2-13（a）所示的连接方式转换成如图2-13（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2-13双速电动机的定子绕组的接线图如图2-14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2-14双速电动机的控制原理图双速电动机控