電氣控制系統(tǒng)的基本電路

1、 第2章電氣控制系統(tǒng)的基本控制電路 電氣控制系統(tǒng)是由電氣設備及電氣元件按照一定的控制要求連接而成。電氣控制系統(tǒng)中的基本電路包括電機（電動機和發(fā)電機）的啟動、調速和制動等控制電路。 電氣控制系統(tǒng)基礎知識2.1電動機直接啟動控制電路2.2電動機的制動控制電路2.3電動機降壓啟動控制電路2.4 電動機的調速控制電路2.5電動機的其他基本控制電路2.6直流電動機的控制電路2.72.1 電氣控制系統(tǒng)基礎知識常用的電氣控制系統(tǒng)圖有3種：電路圖（電氣系統(tǒng)圖、原理圖、線路圖）、接線圖和元件布置圖。 電氣工程圖是根據(jù)國家電氣制圖標準，用規(guī)定的圖形符號、文字符號以及規(guī)定的畫法繪制的。 2.1.1圖形符號和文字符號

2、1圖形符號圖形符號由符號要素、限定符號、一般符號以及常用的非電操作控制的動作符號（如機械控制符號等）根據(jù)不同的具體器件情況組合構成，如表2-1所示。 2文字符號電氣工程圖中的文字符號分為基本文字符號和輔助文字符號。 基本文字符號有單字母符號和雙字母符號，單字母符號表示電氣設備、裝置和元器件的大類，如K為繼電器類元件；雙字母符號由一個表示大類的單字母與另一個表示器件某些特性的字母組成。 輔助文字符號用來進一步表示電氣設備、裝置和元器件功能、狀態(tài)和特征。 2.1.2電路圖電路圖用于表達電路、設備、電氣控制系統(tǒng)的組成部分和連接關系。 1概述電路圖一般包括主電路和控制電路。主電路是用電設備的驅動電路，

3、在控制電路的控制下，根據(jù)控制要求由電源向用電設備供電。 控制電路由接觸器和繼電器線圈，各種電器的動合、動斷觸點組合構成控制邏輯，實現(xiàn)所需要的控制功能。 主電路、控制電路和其他的輔助電路、保護電路一起構成電氣控制系統(tǒng)。 2元器件電路圖中的所有電器元件一般不是實際的外形圖，而采用國家標準規(guī)定的圖形符號和文字符號表示，同一電器的各個部件可根據(jù)需要出現(xiàn)在不同的地方，但必須用相同的文字符號標注。常見的器件狀態(tài)有如下幾種。 （1）繼電器和接觸器的線圈處在非激勵狀態(tài)。（2）斷路器和隔離開關在斷開位置。 （3）零位操作的手動控制開關在零位狀態(tài)，不帶零位的手動控制開關在圖中規(guī)定位置。 （4）機械操作開關和按鈕開

4、關在非工作狀態(tài)或不受力狀態(tài)。（5）保護類元器件處在設備正常工作狀態(tài)，特別情況在圖上說明。 3圖區(qū)和觸點位置索引工程圖樣通常采用分區(qū)的方式建立坐標，以便于閱讀查找。電路圖常采用在圖的下方沿橫坐標方向劃分成若干圖區(qū)，并用數(shù)字標明圖區(qū)，同時在圖的上方沿橫坐標方向劃區(qū)，分別標明該區(qū)電路的功能。 圖2-1所示為電動機正反轉的電氣原理圖。 圖2-1 電動機正反轉的電氣原理圖 圖中接觸器線圈下方的觸頭表是用來說明線圈和觸頭的從屬關系的，其含義如下： 對未使用的觸頭用“”表示。 4電路圖中技術數(shù)據(jù)的標注電路圖中元器件的數(shù)據(jù)和型號（如熱繼電器動作電流和整定值的標注、導線截面積等）可用小號字體標注在電器文字符號的

5、下面。 2.1.3 元件布置圖電器元件布置圖主要是表明機械設備上所有電氣設備和電器元件的實際位置，是電氣控制設備制造、安裝和維修必不可少的技術文件。圖2-2所示為電動機正反轉的元件布置圖。 圖2-2 電動機正反轉的元件布置圖 2.1.4 接線圖接線圖主要用于安裝接線、線路檢查、線路維修和故障處理。圖2-3所示為電動機正反轉的接線圖。 圖2-3 電動機正反轉的接線圖 2.2 電動機直接啟動控制電路電動機通電后由靜止狀態(tài)逐漸加速到穩(wěn)定運行狀態(tài)的過程稱為電動機的啟動，三相籠型異步電動機的啟動有降壓和全壓啟動兩種方式。 若將額定電壓全部加到電動機定子繞組上使電動機啟動，稱為全壓啟動或直接啟動。 2.2

6、.1 電動機的點動控制電動機的點動控制電路是用按鈕開關、接觸器來控制電動機運轉的，是最簡單的控制電路，其控制電路如圖2-4所示。 圖2-4 電動機點動控制電路 1主電路元器件2控制回路元器件3工作原理 2.2.2 電動機的單向連續(xù)運行控制在點動控制的基礎上增加停止按鈕和交流接觸器的輔助常開觸頭后，即為單向連續(xù)運行（又稱啟保停）控制，其電路圖及工作原理參見實訓1。 2.2.3 電動機單向點動與連續(xù)運行控制單向點動與連續(xù)運行控制是在點動控制與單向連續(xù)運行控制的基礎上增加一個復合按鈕，即為單向點動與連續(xù)運行控制電路，其電路圖如圖2-5所示。 圖2-5 單向點動與連續(xù)運行控制電路 1主電路元器件2控制

7、回路元器件3工作原理 實訓1 電動機的啟保停控制1實訓目的2實訓器材（本章實訓器材類似，下略）3實訓電路電動機啟保?？刂频碾娐啡鐖D2-6所示。 圖2-6 電動機的啟保停電路 4電路工作原理5元件選擇和檢查6電路裝接 遵循“先主后控，先串后并；從上到下，從左到右；上進下出，左進右出?！钡脑瓌t進行接線。 裝接電路的工藝要求：“橫平豎直，彎成直角；少用導線少交叉，多線并攏一起走。” 圖2-7 接線圖 7電路檢查（1）主電路的檢查（2）控制電路的檢查 8通電試車9實訓思考 總結實訓過程中應注意的安全事項。 若SB1和SB2都接成常閉（或常開）按鈕，會有什么現(xiàn)象？ 若將控制回路的380V電源誤接成220

8、V，會有什么現(xiàn)象？ KM的自鎖觸頭不接，會有什么后果？ 2.3 電動機的制動控制電路制動可分為機械制動和電氣制動：機械制動一般為電磁鐵操縱抱閘制動；電氣制動是電動機產生一個和轉子轉動方向相反的電磁轉矩，使電動機的轉速迅速下降。 三相交流異步電動機常用的制動方法有能耗制動、反接制動和發(fā)電反饋制動。 2.3.1反接制動異步電動機反接制動是改變三相異步電動機定子繞組中三相電源的相序，實現(xiàn)反接制動。圖2-8所示為相序互換的反接制動控制電路。反接制動控制電路的工作過程如下。 圖2-8 相序互換的反接制動控制電路 2.3.2能耗制動對于10kW以下小容量電動機，且對制動要求不高的場合，常采用半波整流能耗制

9、動，其電路圖及電路分析參見實訓2。對于10kW以上容量較大的電動機，多采用有變壓器全波整流能耗制動的控制電路。 實訓2 電動機的能耗制動控制1實訓目的2實訓電路電動機能耗制動的控制電路如圖2-9所示。 圖2-9 電動機能耗制動的控制電路 3電路工作原理其定子繞組的連接如圖2-10所示。能耗制動控制電路的工作過程如下。 圖2-10 制動時電動機定子繞組的連接圖 4元件選擇和檢查5電路裝接由圖2-10可知，其主電路的接線可以按圖2-11所示。其他線路及控制回路則按電路圖接線。 圖2-11 半波整流能耗制動主電路實物接線圖 6電路檢查（1）主回路的檢查（2）控制回路的檢查 7通電試車8實訓思考 用數(shù)

10、字萬用表檢查二極管與用指針式萬用表檢查二極管有何區(qū)別？ 若去掉圖2-9中KM2的常閉觸頭，則電路有什么缺陷？并說出其在電路中的作用？ 二極管開路或短路時，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？ 輕按SB時，電動機能制動嗎？ 2.4 電動機降壓啟動控制電路降壓啟動的方法有定子繞組串電阻（或電抗）、星形-三角形（Y/）、自耦變壓器和使用軟啟動器等。常用的方法是Y/降壓啟動和使用軟啟動器。 2.4.1 Y/降壓啟動Y/降壓啟動是籠型三相異步電動機降壓啟動方法之一。 Y/降壓啟動控制是指電動機啟動時，使定子繞組接成Y，以降低啟動電壓，限制啟動電流；電動機啟動后，當轉速上升到接近額定值時，再把定子繞組改接為，使電動機在額定電

11、壓下運行。 Y/啟動控制分為手動和自動兩種，手動Y/啟動控制電路圖如圖2-12所示。其工作過程如下。 圖2-12 手動Y/啟動控制電路圖 （1）控制電路通電（2）電動機Y接法降壓啟動（3）電動機接法全壓運行（4）電動機停轉（5）控制電路斷電 若想實現(xiàn)自動Y/啟動控制，可在控制回路加時間繼電器，啟動時電動機繞組Y連接，啟動完成后，由時間繼電器實現(xiàn)電動機繞組由Y連接自動轉換成連接，其電路圖及電路分析參見實訓3。 2.4.2定子串接電阻降壓啟動圖2-13所示為定子串接電阻降壓啟動控制電路，其工作過程如下。 圖2-13 定子串接電阻降壓啟動控制電路 2.4.3定子串接自耦變壓器降壓啟動在自耦變壓器降壓

12、啟動的控制電路中，電動機啟動電流的限制是靠自耦變壓器的降壓作用來實現(xiàn)的。 圖2-14所示為定子串接自耦變壓器降壓啟動的控制電路，其電路的工作過程如下。 圖2-14 定子串接自耦變壓器降壓啟動控制電路 2.4.4轉子繞組串接電阻啟動轉子回路串接啟動電阻，一般接成Y且分成若干段，啟動時電阻全部接入，啟動過程中逐段切除啟動電阻。 切除電阻的方法有三相平衡切除法及三相不平衡切除法。三相平衡切除法，即每次每相切除的啟動電阻相同，圖2-15所示為繞線式電動機轉子串接電阻啟動的控制電路，其工作過程如下。 圖2-15 繞線式電動機轉子串接電阻啟動的控制電路 2.4.5轉子繞組串接頻敏變阻器啟動繞線轉子異步電動

13、機除轉子串接電阻啟動的控制方式外，還可轉子串接頻敏變阻器啟動。 圖2-16所示為繞線式電動機轉子串接頻敏變阻器的控制電路，其電路的工作過程如下。 圖2-16 繞線式電動機轉子串接頻敏變阻器的控制電路 實訓3 電動機的Y/降壓啟動控制1實訓目的2實訓電路電動機Y/降壓啟動的控制電路如圖2-17所示。 圖2-17 電動機Y/降壓啟動的控制電路 3電路工作原理（1）電動機Y降壓啟動（2）電動機全壓運行（3）電動機停止運行 4元件選擇和檢查5電路裝接主回路的接線比較復雜，可按圖2-18所示進行接線 圖2-18 電動機Y/降壓啟動主電路的接線圖 6電路檢查（1）主電路的檢查（2）控制回路的檢查 7通電試

14、車8實訓思考 Y/啟動適合什么樣的電動機？并分析電動機繞組在啟動過程中的連接方式。 電源缺相時，為什么Y啟動時電動機不動，到了連接時，電動機卻能轉動（只是聲音較大）？ Y/啟動時的啟動電流為直接啟動時的多少倍？若是重載啟動，則啟動時間一般為多少？ 當按下SB1后，若電動機能Y啟動，而一松開SB1，電動機即停轉，則故障可能出在哪些地方？ 若按下SB1后，電動機能Y啟動，但不能運轉，則故障可能出在哪些地方？2.5 電動機的調速控制電路由電動機原理可知，改變極對數(shù)可改變電動機的轉速n =(1s) 60f/p，多速電動機就是通過改變電動機定子繞組的接線方式而得到不同的極對數(shù)，從而達到不同速度的目的。雙

15、速、三速電動機是變極調速中最常用的兩種形式。 2.5.1雙速電動機的控制雙速電動機定子繞組的連接方式常用的有兩種：一種是繞組從單Y改成雙Y，即將圖2-19（b）所示的連接方式轉換成如圖2-19（c）所示的連接方式。 圖2-19 雙速電動機的定子繞組的接線圖 另一種是繞組從改成雙Y，即將圖2-19（a）所示的連接方式轉換成如圖2-19（c）所示的連接方式。 這兩種接法都能使電動機產生的磁極對數(shù)減少一半，即使電機的轉速提高一倍。 圖2-20 雙速電動機的控制電路 2.5.2 三速電動機的控制圖2-21所示為三速電動機的控制電路，其工作過程如下。 圖2-21 三速電動機的控制電路 （1）低速運行（2

16、）中、高速運行（3）停止運行2.6 電動機的其他基本控制電路電氣控制系統(tǒng)除了上述基本電路外，常用的還有電動機的多地控制、正反轉控制、行程控制、順序控制等。 2.6.1電動機的多地控制電動機的多地控制是指在多個地方對電動機進行啟動和停止的控制，其中兩地控制和三地控制是應用最多的控制方式。圖2-22所示為兩地控制的控制電路，其工作過程如下。 圖2-22 電動機的兩地控制電路 （1）控制電路通電（2）啟動過程（3）停止過程（4）控制電路斷電 2.6.2電動機的正反轉控制在生產和生活中，許多設備需要兩個相反的運行方向，如電梯的上升和下降，機床工作臺的前進和后退，其本質就是電動機的正反轉。 要實現(xiàn)電動機

17、的正反轉，只要將接至電動機三相電源進線中的任意兩相對調接線，即可達到反轉的目的。其控制電路及電路分析參見實訓4。 2.6.3 電動機的行程控制有些生產機械，如萬能銑床，要求工作臺在一定范圍內能自動往返運動，以便實現(xiàn)對工件的連續(xù)加工，提高生產效率。由行程開關控制的工作臺自動往返控制電路稱為正反轉行程控制，其電路圖如圖2-23所示。 圖2-23 正反轉行程控制電路圖 其電路的工作過程如下。（1）控制電路通電（2）工作臺右移（3）工作臺停止右移（左移開始） （4）工作臺停止左移（右移開始）（5）工作臺重復工作過程（6）工作臺停止運動（7）控制電路斷電 2.6.4 電動機的順序控制控制電動機順序動作的

18、控制方式叫順序控制，順序控制可分為手動順序控制和自動順序控制。下面介紹如何實現(xiàn)手動順序控制，手動順序控制電路如圖2-24所示。其工作過程如下。 圖2-24 手動順序控制電路圖 （1）控制電路通電（2）電動機M1先啟動（3）電動機M2后啟動（4）電動機逆序停轉（5）電動機M1、M2同時停轉（6）控制電路斷電 手動順序控制電路具有如下特點。 電動機M2的控制電路與KM1常開觸頭串聯(lián)，這樣就保證了M1啟動后，M2才能啟動的順序控制要求。 停止按鈕SB2只控制電動機M2停轉，而總停止按鈕SB可控制電動機M1、M2同時停轉。 若想實現(xiàn)自動順序控制，則可通過時間繼電器來實現(xiàn)，其控制電路及電路分析參見實訓5。 實訓4 電動機的正反轉控制1實訓目的2實訓電路電動機正反轉控制的電路如圖2-25所示。 圖2-25 電動機正反轉控制電路原理圖 3電路工作原理（1）電動機正轉（2）電動機停止正轉（3）電動機反轉（4）電動機