电气控制线路图基础及实用控制线路图分析.docx

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电气控制线路图基础及实用控制线路图分析

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电气控制线路图基础及实用控制线路图分析

Y-△降压启动线路图

第一部分:

电气控制图基础

1、按钮：

2、行程开关：

3、接触器：

4、继电器：

5、热继电器：

6、

7、

8、

9、

9、

10、

11、

12、

13、

14、

第二部分:

基本控制线路图分析

一节控制系统图的基本知识

　　一、图形、文字符号

　　１．图形符号

　　图形符号通常用于图样或其它文件，用以表示一个设备或概念的图形、标记或字符。

电气控制系统图中的图形符号必须按国家标准绘制，

　　２．文字符号

　　文字符号分为基本文字符号和辅助文字符号。

文字符号适用于电气技术领域中技术文件的编制，也可表示在电气设备、装置和元件上或其近旁以标明它们的名称、功能、状态和特征。

　　３．主电路各接点标记

　三相交流引入线采用L1、L2、L3标记。

　电源开关之后的三相交流电源主电路分别按U、V、W顺序标记。

　分级三相交流电源主电路采用三相文字代号U、V、W的前边加上阿拉伯数字1、2、3等来标记，如1U、1V、1W；2U、2V、2W等。

二、绘图原则

　电气控制系统图包括电气原理图、电气安装图（电器安装图、互连图）和框图等。

各种图的图纸尺寸一般选用297×210、297×420、297×630、297×840（mm）四种幅面，特殊需要可按GB126—74《制图》国家标准选用其他尺寸。

第二节三相异步电动机全压起动控制线路

　三相异步电动机全压起动就是：

起动时加在电动机定子绕组上的电压为额定电压，也称直接起动。

一、单向旋转控制电路

　1、点动正转控制线路

　点动正转控制线路是用按钮、接触器来控制电动机运转的最简单的正转控制线路。

如图所示。

　起动：

按下起动按钮SB→接触器KM线圈得电→KM主触头闭合→电动机M起动运行。

　停止：

松开按钮SB→接触器KM线圈失电→KM主触头断开→电动机M失电停转。

　停止使用时：

断开电源开关QS。

图点动正转控制

2、接触器自锁正转控制线路

　在要求电动机起动后能连续运行时，采用上述点动控制线路就不行了。

因为要使电动机M连续运行，起动按钮SB就不能断开，这是不符合生产实际要求的。

为实现电动机的连续运行，可采用图所示的接触器自锁正转控制线路。

线路的工作原理如下：

先合上电源开关Q。

起动：

按下起动按钮SB1→

　　当松开SB1常开触头恢复分断后，因为接触器KM的常开辅助触头闭合时已将SB1短接，控制电路仍保持接通，所以接触器KM继续得电，电动机M实现连续运转。

像这种当松开起动按钮SB1后，接触器KM通过自身常开触头而使线圈保持得电的作用叫做自锁（或自保）。

与起动按钮SB1并联起自锁作用的常开触头叫自锁触头（也称自保触头）。

停止：

按下停止按钮SB2

　　当松开SB2其常闭触头恢复闭合后，因接触器KM的自锁触头在切断控制电路时已分断，解除了自锁，SB1也是分断的，所以接触器KM不能得电，电动机M也不会转动。

图接触器自锁正转控制线路

电路的保护环节：

　（１）短路保护

　（２）过载保护

　（３）失压和欠压保护

　　3、连续与点动混合控制的正转控制电路

　　设备在正常运行时，一般电动机都处于连续运行状态。

但在试车或调整刀具与工件的相对位置时，又需要电动机能点动控制，实现这种控制要求的线路是连续与点动混合控制的正转控制线路。

　（１）连续控制：

　（２）点动控制

二、可逆旋转控制电路

　　１．倒顺开关控制的正反转控制电路

　　２．按钮控制的正反转控制电路

（1）正转控制

（2）反转控制

　（3）停止

　　３．往复控制电路

　　有些生产机械，如万能铣床，要求工作台在一定距离内能自动往返，而自动往返通常是利用行程开关控制电动机的正反转来实现工作台的自动往返运动。

　　图（b）为工作台自动往返行程控制线路，工作过程如下：

按下起动按钮SB1，KM1得电并自锁，电动机正转工作台向左移动，当到达左移预定位置后，挡铁1压下SQ1，SQ1常闭触头打开使KM1断电，SQ1常开触头闭合使KM2得电，电动机由正转变为反转，工作台向右移动。

当到达右移预定位置后，挡铁2压下SQ2，使KM2断电，KM1得电，电动机由反转变为正转，工作台向左移动。

如此周而复始地自动往返工作。

当按下停止按钮SB3时，电动机停转，工作台停止移动。

若因行程开关SQ1、SQ2失灵，则由极限保护行程开关SQ3、SQ4实现保护，避免运动部件因超出极限位置而发生事故。

三、顺序控制与多地控制线路

　　１．顺序控制线路

　（１）主电路实现顺序控制

图为主电路实现电动机顺序控制的线路，其特点是，M2的主　　电路接在KM1主触头的下面。

电动机M1和M2分别通过接触器KM1和KM2来控制，KM2的主触头接在KM1主触头的下面，这就保证了当KM1主触头闭合，M1起动后，M2才能起动。

线路的工作原理为：

按下SB1，KM1线圈得电吸合并自锁，M1起动，此后，按下SB2，KM2才能吸合并自锁，M2起动。

停止时，按下SB3，KM1、KM2断电，M1、M2同时停转。

（2）控制电路实现顺序控制

图为几种在控制电路实现电动机顺序控制的电路。

图（a）所示控制线路的特点是：

KM2的线圈接在KM1　　自锁触头后面，这就保证了M1起动后，M2才能起动的顺序控制要求。

图（b）所示控制电路的特点是：

在KM2的线圈回路中串接了KM1的常开触头。

显然，KM1不吸合，即使按下SB2，KM2也不能吸合，这就保证了只有M1电机起动后，M2电机才能起动。

停止按钮SB3控制两台电动机同时停止，停止按钮SB4控制M2电动机的单独停止。

图（c）所示控制电路的特点是：

在图（b）中的SB3按钮两端并联了KM2的常开触头，从而实现了M1起动后，M2才能起动，而M2停止后，M1才能停止的控制要求，即M1、M2是顺序起动，逆序停止。

　　２．多地控制线路

　　能在两地或多地控制同一台电动机的控制方式叫电动机的多地控制。

图2-13为两地控制的控制线路。

其中SB1、SB3为安装在甲地的起动按钮和停止按钮，SB2、SB4为安装在乙地的起动按钮和停止按钮。

线路的特点是：

起动按钮应并联接在一起，停止按钮应串联接在一起。

这样就可以分别在甲、乙两地控制同一台电动机，达到操作方便的目的。

对于三地或多地控制，只要将各地的起动按钮并联、停止按钮串联即可实现。

第三节三相异步电动机降压起动控制

　　判断一台电动机能否直接起动，可用下面经验公式来确定：

（2-1）

式中IST——电动机全压起动电流，单位为A；

IN——电动机额定电流，单位为A；

S——电源容量，单位为kVA；

P——电动机容量，单位为kW。

通常规定：

电源容量在180kVA以上，电动机容量在7kW以下的三相异步电动机可采用直接起动。

　　三相笼型异步电动机降压起动的方法有：

定子绕组串电阻（电抗）起动；-Y—△降压起动；延边三角形降压起动；自耦变压器降压起动。

降压起动的实质是，起动时减小加在电动机定子绕组上的电压，以减小起动电流；而起动后再将电压恢复到额定值，电动机进入正常工作状态。

一、定子绕组串电阻（电抗）降压起动控制线路

　　１．定子串电阻降压自动起动控制线路

　（a）为电动机定子绕组串电阻降压自动起动控制线路。

　　电路的工作原理为：

合上电源开关QS，按下起动按钮SB1，KM1得电并自锁，电动机定子绕组串入电阻R降压起动，同时KT得电，经延时后KT常开触头闭合，KM2得电主触头将起动电阻R短接，电动机进入全压正常运行。

　　２．手动自动混合控制线路

二、自耦变压器降压起动控制线路

　　自耦变压器降压起动是指电动机起动时利用自耦变压器来降低加在电动机定子绕组上的起动电压。

待电动机起动后，再将自耦变压器脱离，使电动机在全压下正常运行。

　　１．按钮、接触器控制自耦变压器降压起动控制线路

三、星形—三角形降压起动控制线路

　　星形—三角形（Y—△）降压起动是指电动机起动时，把定子绕组接成星形，以降低起动电压，减小起动电流；待电动机起动后，再把定子绕组改接成三角形，使电动机全压运行。

Y—△起动只能用于正常运行时为△形接法的电动机。

　　１．按钮、接触器

控制Y—△降压起动控制线路

图（a）为按钮、接触器控制Y—△降压起动控制线路。

线路的工作原理为：

按下起动按钮SB1，KM1、KM2得电吸合，KM1自锁，电动机星形起动，待电动机转速接近额定转速时，按下SB2，KM2断电、KM3得电并自锁，电动机转换成三角形全压运行。

　　２．时间控制Y—△降压起动控制线路

图（b）为时间继电器自动控制Y—△降压起动控制线路，电路的工作原理为：

按下起动按钮SB1，KM1、KM2得电吸合，电动机星形起动，同时KT也得电，经延时后时间继电器KT常闭触头打开，使得KM2断电，常开触头闭合，使得KM3得电闭合并自锁，电动机由星形切换成三角形正常运行。

四、延边三角形降压起动控制线路

　　延边三角形降压起动是指电动机起动时，把电动机定子绕组的一部分接“△”形，而另一部分接成“Y”形，使整个定子绕组接成延边三角形，待电动机起后，再把定子绕组切换成“△”形全压运行。

第四节三相绕线式异步电动机起动控制

一、转子绕组串电阻起动控制线路

　　１．按钮操作控制线路

图为转子绕组串电阻起动由按钮操作的控制线路。

图按钮操作绕线式电动机串电阻起动控制线路

　　工作原理为：

合上电源开关QS，按下SB1，KM得电吸合并自锁，电动机串全部电阻起动，经一定时间后，按下SB2，KM1得电吸合并自锁，KM1主触头闭合切除第一级电阻R1，电动机转速继续升高，经一定时间后，按下SB3，KM2得电吸合并自锁，KM2主触头闭合切除第二级电阻R2，电动机转速继续升高，当电动机转速接近额定转速时，按下SB4，KM3得电吸合并自锁，KM3主触头闭合切除全部电阻，起动结束电动机在额定转速下正常运行。

　　２．时间原则控制绕线式电动机串电阻起动控制线路

图为时间继电器控制绕线式电动机串电阻起动控制线路，又称为时间原则控制，，其中三个时间继电器KT1、KT2、KT3分别控制三个接触器KM1、KM2、KM3按顺序依次吸合，自动切除转子绕组中的三级电阻，与起动按钮SB1串接的KM1、KM2、KM3三个常闭触头的作用是保证电动机在转子绕组中接入全部起动电阻的条件下才能起动。

若其中任何一个接触器的主触头因熔焊或机械故障而没有释放时，电动机就不能起动。

　　３．电流原则控制绕线式电动机串电阻起动控制线路

二、转子绕组串频敏变阻器起动控制线路

　　１．电动机单向旋转转子串频敏变阻器起动控制电路

　　２．电动机转子串频敏变阻器正反转起动控制线路

第五节感应式双速异步电动机变速控制电路

　　由电动机的原理可知，感应式异步电动机的转速表达式为：

（2-4）

　　由此可知电动机的转速与电源频率f、转差率s及定子绕组的磁极对数p有关，改变异步电动机的转速可通过三种方法来实现：

一是改变电源频率f；二是改变转差率s；三是改变磁极对数p。

本节主要介绍通过改变磁极对数p的方法来实现电动机变极调速的基本控制线路。

　　１．变极式电动机的接线方式

变极式电动机是通过改变半相绕组的电流方向来改变极数，图2-27为常用两种接线图，即△-YY和Y-YY。

（1）△-YY连接

如图（a）所示，连接成△形时，将U1、V1、W1端接电源，U2、V2、W2端悬空。

连接成YY形时，将U1、V1、W1端接成Y点，将U2、V2、W2端接电源。

（2）Y-YY连接

如图（b）所示，连接成Y形时，将U1、V1、W1端接电源，U2、V2、W2端悬空。

连接成YY形时，将U1、V1、W1端和中性点O连接在一起，将U2、V2、W2端接电源。

　　２．感应式双速异步电动机按钮控制的调速电路

　　３．时间继电器控制双速电动机控制线路

第六节三相异步电动机电气制动控制

一、反接制动控制

　　反接制动是利用改变电动机电源的相序，使定子绕组产生相反方向的旋转磁场，因而产生制动转矩的一种制动方法。

单向反接制动的控制线路

图为单向反接制动控制线路，电动机正常运转时，KM1通电吸合，KS的一对常开触点闭合，为反接制动作准备。

图电动机单向反接制动的控制线路

　　当按下停止按钮SB1时，KM1断电，电动机定子绕组脱离三相电源，但电动机因惯性仍以很高速度旋转，KS原闭合的常开触点仍保持闭合，当将SB1按到底，使SB1常开触点闭合，KM2通电并自锁，电动机定子串接电阻接上反序电源，电动机进入反接制动状态。

电动机转速迅速下降，当电动机转速接近100r/min时，KS常开触点复位，KM2断电，电动机断电，反接制动结束。

　　电动机可逆运行的反接制动控制线路

如图所示，。

当按下停止按钮SB1时，KM1线圈断电，KM2线圈随之通电，定子绕组得到反序的电源，电动机进入正向反接制动状态。

由于KS1常闭触头已打开，所以此时KM2自锁触头无法锁住电源。

当电动机转子惯性速度接近于零时，KS1的正转常闭触头和常开触头复位，KM2断电，正向反接制动结束。

该线路的缺点是主电路没有限流电阻，冲击电流大。

图为具有反接制动电阻的正反向反接制动控制线路，图中电阻R是反接制动电阻，同时也具有限制起动电流的作用，该线路工作原理如下：

合上电源开关QS，按下正转起动按钮SB2，KA3通电并自锁，其常闭触头断开，互锁KA4线圈电路，KA3常开触头闭合，使KM1线圈通电，KM1的主触头闭合，电动机串入电阻接入正序电源开始降压起动，当电动机转速上升到一定值时，KS的正转常开触头KS-1闭合，KA1通电并自锁，接触器KM3线圈通电，于是电阻R被短接，电动机在全压下进入正常运行。

需停车时，按下停止按钮SB1，则KA3、KM1、KM3三只线圈相继断电。

由于此时电动机转子的惯性转速仍然很高，KS-1仍闭合，KA1仍通电，KM1常闭触头复位后，KM2线圈随之通电，其常开主触头闭合，电动机串接电阻接上反序电源进行反接制动。

转子速度迅速下降，当其转速小于100r/min时，KS-1复位，KA1线圈断电，接触器KM2释放，反接制动结束。

二、能耗制动控制

　　能耗制动是电动机脱离三相交流电源后，结定子绕组加一直流电源，以产生静止磁场，起阻止旋转的作用，达到制动的目的。

　　1．单向能耗制动控制

　⑴按时间原则控制的单向运行能耗制动控制线路

　　图为按时间原则进行能耗制动的控制线路。

KM1通电并自锁电动机已单向正常运行后，若要停机。

按下停止按钮SB1，KM1断电，电动机定子脱离三相交流电源；同时KM2通电并自锁，将二相定子接入直流电源进行能耗制动，在KM2通电同时KT也通电。

电动机在能耗制动作用下转速迅速下降，当接近零时，KT延时时间到，其延时触点动作，使KM2、KT相继断电，制动结束。

　　⑵按速度原则控制的单向运行能耗制动控制线路

　　2．电动机可逆运行能耗制动控制

图为电动机按时间原则控制可逆运行的能耗制动控制线路。

在其正常的正向运转过程中，需要停止时，可按下停止按钮，KM1断电，KM3和KT线圈通电并自

锁，KM3常闭触头断开起着锁住电动机起动电路的作用；KM3常开主触头闭合，电动机定子接入直流电源进行能耗制动，转速迅速下降，当其接近零时，时间继电器延时断开的常闭触头KT断开，KM3线圈断电，KM3常开辅助触头复位，时间继电器KT线圈也随之失电，电动机正向能耗制动结束，电动机自然停车。

第七节直流电动机控制

一、直流电动机起动控制

　　1．单向运转起动控制线路

　　图为电枢串二级电阻、按时间原则起动控制电路。

图中KA1为过电流继电器，KM1为起动接触器，KM2、KM3为短接起动电阻接触器，KT1、KT2为时间继电器，KA2为欠电流继电器，R3为放电电阻。

电路工作原理为：

合上电源开关Q1和控制开关Q2，KT1通电，其常闭触点断开，切断KM2、KM3电路。

保证起动时串入电阻R1、R2。

按下起动按钮SB2，KM1通电并自锁，主触点闭合，接通电动机电枢电路，电枢串入二级电阻起动，同时KT1断电，为KM2、KM3通电短接电枢回路电阻作准备。

在电动机起动时同时，并接在R1电阻两端的KT2通电，其常闭触点打开，使KM3不能通电，确保R2串入电枢。

　　经一段时间延时后，KT1延时闭合触点闭合，KM2通电，短接电阻R1，随着电动机转速升高，电枢电流减小，为保持一定的加速转矩，起动过程中将串接电阻逐级切除，就在R1被短接的同时，KT2线圈断电，经一定延时，KT2常闭触点闭合，KM3通电，短接R2，电动机在全压下运转，起动过程结束。

二、直流电动机正反转控制

三、直流电动机调速控制直流电动机转速调节主要有以下四种方法：

改变电枢回路电阻值调速、改变励磁电流调速、改变电枢电压调速、混合调速。

四、直流电动机制动控制

　　与交流电动机类似，直流电动机的电气制动方法有能耗制动、反接制动和再生发电制动等几种方式。

为了获得准确、迅速停车，一般只采用能耗制动和反接制动。