模块二控制电路基本环节.doc

模块二 控制电路基本环节 知识目标：熟悉电气原理图画法规则和读图法；熟练掌握机床控制电路的基本环节 能力目标：能正确绘制和阅读电气控制系统图；具有不太复杂的电气控制线路分析和安 装接线能力 第一部分 理论基础 一、电气控制系统图的基本知识 电气控制系统是由许多电气元件按一定要求连接而成的为了便于电气控制系统的设计、 分析、安装、使用和维修，需要将电气控制系统中各电气元件及其连接，用一定的图形表达 出来，这种图形就是电气控制系统图 电气控制系统图有三类：电气原理图、电器元件布置图和电气安装接线图 1．图形、文字符号 电气控制系统图中，电气元件必须使用国家统一规定的图形符号和文字符号国家规定 从1990年1月1日起，今后电气系统图中的图形符号和文字符号必须符合最新的国家标准 目前推行的最新标准是国家标准局颁布GB4728-84《电气图用图形符号》 、GB6988-87《电气 制图》和GB7159-87 《电气技术中的文字符号制订通则》 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 三相交流电源引入线采用 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 2.电气原理图的画法规则 电气原理图是为了便于阅读和分析控制线路，根据简单清晰的原则，采用电气元件展开 的形式绘制成的表示电气控制线路工作原理图的图形在电气原理图中只包括所有电气元件的导电部件和接线端点之间的相互关系，但并不按照各电气元件的实际布置位置和实际接线 情况来绘制，也不反映电气元件的大小下面结合图2-1所示某机床的电气原理图说明绘制 电气原理图的基本规则和应注意的事项 绘制电气原理图的基本规则： 1）原理图一般分主电路和辅助电路两部分画出：主电路就是从电源到电动机绕组的大 电流通过的路径辅助电路包括控制回路、信号电路及保护电路等，由继电器的线圈和触点、 接触器的线圈和辅助触点、按钮、照明灯、控制变压器等电器元件组成。

一般主电路用粗实 线表示，画在左边（或上部） ；辅助电路用细实线表示，画在右边（或下部） 2）原理图中，各电器元件不画实际的外形图，而采用国家规定的统一标准来画，文字 符号也要符合国家标准属于同一电器的线圈和触点，都要用同一文字符号表示当使用相 同类型电器时，可在文字符号后面加注阿拉伯数字序号来区分 3）原理图中，各电器元件的导电部件如线圈和触点的位置，应根据便于阅读和发现的 原则来安排，绘在它们完成作用的地方同电器元件的各个部件可以不画在一起 4）原理图中所有电器的触点，都按没有通电或没有外力作用时的开闭状态画出如： 继电器、接触器的触点，按线圈未通电时的状态画；按钮、行程开关的触点按不受外力作用 时的状态画出；控制器按手柄处于零位时的状态画等 5）原理图中，无论是主电路还是辅助电路，各电气元件一般应按动作顺序从上到下， 从左到右依次排列，可水平布置或垂直布置 3.电气元件布置图 电气元件布置图主要用来表示各种电气设备在机械设备上和电气控制柜中的实际安装位 置，为机械电气控制设备的制造、安装、维修提供必要的资料各电气元件的安装位置是由 机床的结构和工作要求来决定的，如电动机要和被拖动的机械部件在一起，行程开关应放在 要取得信号的地方，操作元件要放在操作台及悬挂操纵箱等操作方便的地方，一般电气元件 应放在控制柜内。

机床电气元件布置图主要由机床电气设备布置图、控制柜及控制板电气设备布置图、操 纵台及悬挂操纵箱电气设备布置图等组成在绘制电气设备布置图时，所有能见到的以及需 表示清楚的电气设备均用粗实线绘制出简单的外形轮廓，其它设备（如机床）的轮廓用双点 划线表示 图2-2 电气元件布置图 图2-3 电气安装接线图 4.电气安装接线图 电气安装接线图是为了安装电气设备和电气元件时进行配线或检查维修电气控制线路故 障服务的在图中要表示各电气设备之间的实际接线情况，并标注出外部接线所需的数据 在接线图中各电气元件的文字符号、元件连接顺序、线路号码编制都必须与电气原理图一致 图2-3是根据图2-1电气原理图绘制的接线图图中表明了该电气设备中电源进线、按 钮板、照明灯、电动机与电气安装板接线端之间的关系，也标注了所采用的包塑金属软管的 直径和长度以及理解导线的根数、截面积 二、三相异步电动机全压起动 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 1.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 2-4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 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2-5所示的接触器自锁正转控制线路图2-4 点动正转控制电路 图2-5 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 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。

电路的保护环节：短路保护;过载保护;失压和欠压保护 3）连续与点动混合控制的正转控制电路 机床设备在正常运行时，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 的正转控制线路如图2-6所示 图2-6 连续与点动混合控制 2.可逆旋转控制电路 各种生产机械常常要求具有上、下、左、右、前、后等相反方向的运动，这就要求电动 机能够实现可逆运行三相交流电动机可借助正、反向接触器改变定子绕组相序来实现为 避免正、反向接触器同时通电造成电源相间短路故障，正反向接触器之间需要有一种制约关 系互锁，保证它们不能同时工作图 2-7 给出了两种可逆控制线路 图 2-7（a）是电动机“正—停—反”可逆控制线路，利用两个接触器的常闭触头 KM1 和 KM2 相互制约，即当一个接触器通电时，利用其串联在对方接触器的线圈电路中的常闭触头 的断开来锁住对方线圈电路这种利用两个接触器的常闭辅助触头互相控制的方法称为“互锁” ，起互锁作用的两对触头称为互锁触头这种只有接触器互锁的可逆控制线路在正转运行时， 要想反转必先停车，否则不能反转，因此叫做“正—停—反”控制线路。

图 2-7 可逆旋转控制电路 图 2-7(b)是电动机“正—反—停”控制线路，采用两只复合按钮实现在这个线路中，正 转起动按钮 SB2 的常开触点用来使正转接触器 KM1 的线圈瞬时通电，其常闭触头则串联在 反转接触器 KM2 线圈的电路中，用来锁住 KM2反转起动按钮 SB3 也按 SB2 的道理同样安 排，当按下 SB2 或 SB3 时，首先是常闭触头断开，然后才是常开触头闭合这样在需要改变 电动机运动方向时，就不必按 SB1 停止按钮了，可直接操作正反转按钮即能实现电动机可逆 运转这个线路既有接触器互锁，又有按钮互锁，叫做具有双重互锁的可逆控制线路，为机 床电气控制系统所常用 三、异步电动机降压起动控制 1.定子绕组串电阻（电抗）起动控制线路 １）手动切除电阻控制电路 图2-8 手动切除电阻控制电路电路的工作原理为：合上电源开关QS，按下起动按钮SB2，KM1得电并自锁，电动机定 子绕组串入电阻R降压起动，达到一定速度时，按下切换按钮SB3，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 该 电路从起动到全压运行都是由操作人员掌握，很不方便。

且若由于某种原因导致KM2不 能动作时，电阻不能被短接，电动机将长期在低电压下运行，严重时将烧毁电动机因此， 应对此电路进行改进，如加互锁或信号电路 ２）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SB2，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 图2-9 自动起动控制线路 2.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△形接法的电动机图2-10 Y—△降压起动控制线路 １）按钮、接触器控制Y—△降压起动控制线路 图2-10（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SB2，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 SB3，KM2断电、KM3得电并自锁，电动机转换成三角形全压运行 ２）时间继电器控制 Y —△降压起动控制线路 图2-10（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 SB2，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K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、三相异步电动机的制动控制线路 1.耗制动控制线路 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 在制动过程中，电流、转速和时间三个参量都在变化，原则上可以任取其中一个参量作 为控制信号取时间作为变化参量，其控制线路简单、成本较低，故实际应用较多 图 2-11 是时间原则控制的单向能耗制动控制线路设电动机已经正常运行，运行时线圈 得电要想停车制动，需按停止按钮制动过程如下：设电机正在正向运转，需要停车制动 时，按下停止按钮 SB1，KM1 断电，KM2 和 KT 线圈通电并自锁，KM2 的主触头闭合，将 直流电源接入电动机定子绕组，进行能耗制动经过一段时间，KT 的延时断开的常闭触头 断开，接触器 KM2 断电，切断通往电动机的直流电源，时间继电器 KT 也随之断电，电动机 能耗制动结束图2-11 时间原则控制的单向能耗制动控制线路 图中自锁回路中的瞬时常开触头的作用是为了考虑时间继电器KT线圈断线或机械卡住 故障时，断开接触器KM2的线圈通路，使电动机定子绕组不致长期接入直流电源 2.反接制动控制线路 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 生制动转矩的制动方法。

反接制动常采用转速为变化参量进行控制由于反接制动时，转子 与。