1、 电气控制线路能实现对电动机的电气控制线路能实现对电动机的启动、停止、启动、停止、点动、正反转、制动等运行方式的控制，以及必点动、正反转、制动等运行方式的控制，以及必要的保护，要的保护，满足生产工艺要求，实现生产过程自满足生产工艺要求，实现生产过程自动化。动化。在现代化的控制中采用了许多新的控制装置在现代化的控制中采用了许多新的控制装置和电器元件，如和电器元件，如MP、MC、PC、晶闸管等用以实、晶闸管等用以实现复杂的生产过程的自动控制。但目前在我国，现复杂的生产过程的自动控制。但目前在我国，电器控制仍是应用最基本、最广泛电器控制仍是应用最基本、最广泛的。的。本章着重阐明组成电器控制线路的本章
2、着重阐明组成电器控制线路的基本原则基本原则和基本环节以及三相异步电机的启、制动电气控和基本环节以及三相异步电机的启、制动电气控制线路的设计方法。制线路的设计方法。本章内容本章内容 2.1 电气控制系统的电路图及绘制电气控制系统的电路图及绘制 原则原则 2.2 电气控制的基本环节及规律电气控制的基本环节及规律 2.3 三相异步电动机的启动控制三相异步电动机的启动控制 2.4 三相异步电动机的制动控制三相异步电动机的制动控制 思考题与习题思考题与习题2.1 2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则电气控制系统的电路图及绘制原则 由按钮、开关、接触器、继电器由按钮、开关、接触器、继电器等有触点的低压控
3、制电器所组成的控等有触点的低压控制电器所组成的控制线路叫做制线路叫做电气控制线路电气控制线路。电器控制线路的表示方法电器控制线路的表示方法:电气电气原理图原理图、安装接线图安装接线图和和电器布电器布置图置图3种。种。2.1.1 国家标准局参照国际电工委员会国家标准局参照国际电工委员会(IEC)公布的有关文件，制定了我国电气设备有关国家公布的有关文件，制定了我国电气设备有关国家标准，采用新的图形和文字符号及回路标号，颁标准，采用新的图形和文字符号及回路标号，颁布了布了GB/T4728-2000电气简图用图形符号；电气简图用图形符号；GB6988-87电气制图；电气制图；GB7159-87电气技术
4、中的文字符号制定通则。电气技术中的文字符号制定通则。2.1 2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则电气控制系统的电路图及绘制原则n主电路标号由主电路标号由文字符号文字符号和和数字数字组成组成。n文字符号文字符号用以标明主电路的元件或线路的主要特用以标明主电路的元件或线路的主要特征；征；n数字标号数字标号用以区别电路不同线段。用以区别电路不同线段。n三相交流电源引入线采用三相交流电源引入线采用L1、L2、L3标号；标号；n电源开关之后的三相交流电源主电路分别标电源开关之后的三相交流电源主电路分别标U、V、W。n 控制电路控制电路由由3位以上的数字组成，交流控制电位以上的数字组成，交流控制电路的标
5、号一般以主要压降元件路的标号一般以主要压降元件(如电器元件线圈如电器元件线圈)为分界，左侧用奇数标号，右侧是偶数标号。直为分界，左侧用奇数标号，右侧是偶数标号。直流控制电路中正极按奇数标号，负极按偶数标号。流控制电路中正极按奇数标号，负极按偶数标号。表表2-1 常用电气图形、文字符号表常用电气图形、文字符号表2.1 2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则电气控制系统的电路图及绘制原则名名 称称图形符号图形符号文字符号文字符号名名 称称图形符号图形符号三极电源三极电源开关开关QK速度继速度继电器电器常开触头常开触头低压断路低压断路器器QF常闭触头常闭触头2.1 2.1 电气控制系统的电路图及绘制
6、原则电气控制系统的电路图及绘制原则KT 2.1 2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则电气控制系统的电路图及绘制原则熔断器熔断器FU常开延常开延时打开时打开触头触头转换开关转换开关SA常闭延常闭延时闭合时闭合触头触头2.1 2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则电气控制系统的电路图及绘制原则名名 称称图形符号图形符号文字符文字符号号名名 称称图形符号图形符号文字符号文字符号按按钮钮启启动动SB制动电磁铁制动电磁铁YB停停止止继电继电器器中间继电中间继电器线圈器线圈KA复复合合过流继电过流继电器线圈器线圈2.1 2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则电气控制系统的电路图及绘制原则接接触触器器线圈
7、线圈KM欠压欠压继电器线继电器线圈圈主触主触头头常开触头常开触头常开常开辅助辅助触头触头常闭触头常闭触头继电器继电器 KU 相应线相应线圈圈符号符号 2.1 2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则电气控制系统的电路图及绘制原则常常闭闭辅辅助助触触头头欠电流继欠电流继电器线圈电器线圈KI2.1 2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则电气控制系统的电路图及绘制原则名名 称称图形符号图形符号文字符号文字符号名名 称称图形符号图形符号热热继继电电器器热元热元件件FR串励直流电机串励直流电机常闭常闭触头触头并励直流电机并励直流电机电磁离合电磁离合器器YC他励直流电机他励直流电机文字符号文字符号ZD2.1
8、 2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则电气控制系统的电路图及绘制原则电位电位器器RP复励直流电复励直流电机机整流整流桥桥VC直流发电机直流发电机ZF照明照明灯灯EL三相鼠笼异三相鼠笼异步电机步电机D2.1 2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则电气控制系统的电路图及绘制原则信号信号灯灯HL三相绕线三相绕线异步电机异步电机D电阻电阻R单项变压单项变压器器T插座插座X三相自耦三相自耦变压器变压器T电磁电磁铁铁YA二极管二极管V2.1 2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则电气控制系统的电路图及绘制原则2.1.2 电气原理图电气原理图 电气原理图是根据工作原理而绘制的，电气原理图是根据工作原理而绘
9、制的，具有结构简单、层次分明、便于研究和分析具有结构简单、层次分明、便于研究和分析电路的工作原理等优点。电路的工作原理等优点。n绘制电气原理图应遵循以下原则。绘制电气原理图应遵循以下原则。n (1)电器控制线路根据电路通过的电流大小可电器控制线路根据电路通过的电流大小可分为主电路和控制电路分为主电路和控制电路。n主电路主电路包括包括从电源到电动机从电源到电动机的电路，是的电路，是强电流强电流通通过的部分，一般画在原理图的过的部分，一般画在原理图的左边左边。n控制电路控制电路是通过是通过弱电流弱电流的电路，一般由按钮、电的电路，一般由按钮、电器元件的线圈、接触器的辅助触头、继电器的触器元件的线圈
10、、接触器的辅助触头、继电器的触点等组成，一般画在原理图的点等组成，一般画在原理图的右边右边。n n(2)表示导线、信号通路、连接线等的图线表示导线、信号通路、连接线等的图线都应是不交叉或折弯最少的直线。都应是不交叉或折弯最少的直线。n可以水平布置，也可以垂直布置。可以水平布置，也可以垂直布置。n(3)电气原理图中，所有电器元件的图形、电气原理图中，所有电器元件的图形、文字符号必须采用国家统一标准。文字符号必须采用国家统一标准。n n(4)为了突出和区分某些电路，导线和连接为了突出和区分某些电路，导线和连接线等可采用粗细不同的连接线来表示。线等可采用粗细不同的连接线来表示。n(5)采用电器元件展
11、开图的画法。同一电器采用电器元件展开图的画法。同一电器元件的各部可以不画在一起，但需用同一元件的各部可以不画在一起，但需用同一文字符号标出。若有多个同一种类的电器文字符号标出。若有多个同一种类的电器元件。可在文字符号后加上数字序号的下元件。可在文字符号后加上数字序号的下标，如标，如SB1、SB2、KA1、KA2等。等。n(6)所有按钮、触头均所有按钮、触头均按没有外力作用和没按没有外力作用和没有通电时有通电时的原始状态画出。的原始状态画出。(7)控制电路的分支线路原则上按照控制电路的分支线路原则上按照动作先后动作先后顺序排列顺序排列，两线交叉连接时的，两线交叉连接时的电气连接点电气连接点须用黑
12、点标出。须用黑点标出。2.1 2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则电气控制系统的电路图及绘制原则图图2.1 笼型电动机连续运转控制线路的电气原理图笼型电动机连续运转控制线路的电气原理图2.1 2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则电气控制系统的电路图及绘制原则 电气原理图坐标图示法分为电气原理图坐标图示法分为轴坐标标注轴坐标标注和和横坐标标注横坐标标注两种方法。两种方法。1)轴坐标标注法轴坐标标注法 首先根据线路的繁简程度以及线路中各首先根据线路的繁简程度以及线路中各部分线路的性质、作用和特点，将线路分为部分线路的性质、作用和特点，将线路分为交、直流主电路，交、直流控制电路及辅助交、直流主电
13、路，交、直流控制电路及辅助电路等。电路等。图图2.2 造纸机辅助传动两个张紧器轴坐标图示法电气原理图造纸机辅助传动两个张紧器轴坐标图示法电气原理图 图图2.2为造纸机辅助传动两个张紧器轴坐标图为造纸机辅助传动两个张紧器轴坐标图示法电气原理图，图中根据线路性质、作用和特示法电气原理图，图中根据线路性质、作用和特点分为点分为交流主电路、交流控制电路、交流辅助电交流主电路、交流控制电路、交流辅助电路和直流控制电路四部分。路和直流控制电路四部分。为便于标注坐标，将线路各电器元件均为便于标注坐标，将线路各电器元件均按纵按纵向画法向画法排列排列。每一条纵向线路为一每一条纵向线路为一线路单元线路单元，而每一
14、个线而每一个线路单元给定一个路单元给定一个轴坐标轴坐标，并用数字表示。这样并用数字表示。这样每每一线路单元中的各电器元件具有同一轴坐标。一线路单元中的各电器元件具有同一轴坐标。2.1 2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则电气控制系统的电路图及绘制原则 在对线路单元进行坐标标号时，为标明各线在对线路单元进行坐标标号时，为标明各线路性质、作用和特点，往往对同一系统的线路单路性质、作用和特点，往往对同一系统的线路单元元用一定的数字来标注轴坐标用一定的数字来标注轴坐标。在图在图2.2中，中，交流主电路轴坐标标号为交流主电路轴坐标标号为100108;交流控制电路轴坐标为交流控制电路轴坐标为200211
15、;直流控制电路轴坐标标号为直流控制电路轴坐标标号为300309;直流辅助电路轴坐标标号为直流辅助电路轴坐标标号为400406;在轴坐标在轴坐标202标号的线路单元中有标号的线路单元中有SB1，KM1电器元件。在选定坐标系统与给定坐电器元件。在选定坐标系统与给定坐标后，下一步就是标注图示坐标。为了阅标后，下一步就是标注图示坐标。为了阅读，查找方便，可在线路图下方标注读，查找方便，可在线路图下方标注“正正序图示坐标序图示坐标”和和“逆序图示坐标逆序图示坐标”。正序图示坐标一般标注在含有接触器或正序图示坐标一般标注在含有接触器或继电器线圈的线路单元的下方。继电器线圈的线路单元的下方。在图在图2.2中
16、中标注了标注了KM1-KM4的正序图示坐标，的正序图示坐标，在该线在该线路单元的下方标注该继电器或接触器各触头路单元的下方标注该继电器或接触器各触头分布位置。分布位置。如接触器如接触器KM1在线路中用了在线路中用了4对常开触对常开触头、头、1对常闭触头，它们分别位于对常闭触头，它们分别位于102、102、102、402、204号线路单元中。这样，各号线路单元中。这样，各对触头的位置和作用就一目了然了。对触头的位置和作用就一目了然了。n 逆序图示坐标逆序图示坐标一般标在各线路单元的一般标在各线路单元的下方，下方，用来标注该线路单元中的触头和受用来标注该线路单元中的触头和受控制线圈所在的轴坐标号。
17、控制线圈所在的轴坐标号。n 如在图如在图2.2中的中的202线路单元中含有按钮线路单元中含有按钮SB1、KM1的三对主触头，其中元件的三对主触头，其中元件KM1线线圈在圈在202线路单元线路单元,常闭辅助触点在常闭辅助触点在204线路线路单元中，单元中，(对于按钮对于按钮SB1、SB2因不受其他单因不受其他单元元件的控制，故无需标注元元件的控制，故无需标注)。n n 由上可知，正序图示坐标是以由上可知，正序图示坐标是以线圈为线圈为据找触头，而逆序图示坐标则是以触头为据找触头，而逆序图示坐标则是以触头为据找线圈。据找线圈。图示坐标的标注采用与否，可图示坐标的标注采用与否，可根据线路图的繁简程度决
18、定。线路简单、根据线路图的繁简程度决定。线路简单、一目了然的，正、逆图示坐标均可不标注；一目了然的，正、逆图示坐标均可不标注；线路不算很复杂的，一般只标注正序图示线路不算很复杂的，一般只标注正序图示坐标即可；比较复杂的线路，可根据需要坐标即可；比较复杂的线路，可根据需要标注正、逆序图示坐标。线路越复杂，越标注正、逆序图示坐标。线路越复杂，越能体现标注坐标的优越性。能体现标注坐标的优越性。2.1 2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则电气控制系统的电路图及绘制原则 2)横坐标标注法横坐标标注法 采用横坐标标注法，线路上的各电器元件均采用横坐标标注法，线路上的各电器元件均按横向画法排列按横向画法排
19、列。各电器元件线圈的右侧，由上到下标明各支各电器元件线圈的右侧，由上到下标明各支路的序号路的序号1，2，并在该电器元件线圈旁标明，并在该电器元件线圈旁标明其常开触头其常开触头(标在横线上方标在横线上方)、常闭触头、常闭触头(标在横线标在横线下方下方)在电路中所在支路的标号，以便阅读和分在电路中所在支路的标号，以便阅读和分析电路时查找。析电路时查找。例如接触器例如接触器KM1常开触头在主电路有常开触头在主电路有3对，控制回路对，控制回路2支路中有一对；而支路中有一对；而KM2、KM3所实现的是点动控制功能。常开触头所实现的是点动控制功能。常开触头在主电路各有在主电路各有3对，常闭触头对，常闭触头
20、KM2在控制电在控制电路路4支路中有支路中有1对，常闭触头对，常闭触头KM3在控制电在控制电路路3支路中有支路中有1对。对。图图2.3 多电机状态控制横坐标图法电气原理图多电机状态控制横坐标图法电气原理图2.1 2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则电气控制系统的电路图及绘制原则(b)图图2.3(续续)2.1.3 电气安装接线图电气安装接线图 电气安装接线图是按照电器元件的实际位电气安装接线图是按照电器元件的实际位置和实际接线绘制的，根据电器元件布置最合置和实际接线绘制的，根据电器元件布置最合理、连接导线最经济等原则来安排。它为安装理、连接导线最经济等原则来安排。它为安装电气设备、电器元件之间
21、进行配线及检修电气电气设备、电器元件之间进行配线及检修电气故障等提供了必要的依据。图故障等提供了必要的依据。图2.4为图为图2.3(a)中中笼型电动机正反转控制的安装接线图。笼型电动机正反转控制的安装接线图。2.1 2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则电气控制系统的电路图及绘制原则图图2.4 笼型电动机正反转控制的安装接线图笼型电动机正反转控制的安装接线图 在绘制安装接线图时一般应遵循以下原则。在绘制安装接线图时一般应遵循以下原则。(1)各电器元件用规定的图形、文字符号绘制，各电器元件用规定的图形、文字符号绘制，同一电器元件各部件必须画在一起同一电器元件各部件必须画在一起。各电器元件的各电器
22、元件的位置应与实际安装位置一致。位置应与实际安装位置一致。(2)不在同一控制柜或操作台上的电器元件的电不在同一控制柜或操作台上的电器元件的电气连接必须通过端子排进行。气连接必须通过端子排进行。各电器元件的文字符各电器元件的文字符号及端子编号应与原理图一致，并按原理图的接线号及端子编号应与原理图一致，并按原理图的接线进行连接。进行连接。n (3)走向相同的多根导线可用单线表示，走向相同的多根导线可用单线表示，但线径不同的导线例外。但线径不同的导线例外。n (4)画连接导线时，应标明导线的规格、画连接导线时，应标明导线的规格、型号、根数等规格要求，以便施工人员顺型号、根数等规格要求，以便施工人员顺
23、利施工。利施工。2.2 2.2 电气控制的基本环节及规律电气控制的基本环节及规律 任何简单或复杂的电气控制回路均由任何简单或复杂的电气控制回路均由一系列基本环节所组成，包括点动控制一系列基本环节所组成，包括点动控制、连续控制、自锁控制、互锁控制、多、连续控制、自锁控制、互锁控制、多地点控制、顺序控制和自动循环控制等地点控制、顺序控制和自动循环控制等诸多环节，下面就上述环节的结构及规诸多环节，下面就上述环节的结构及规律作详细介绍。律作详细介绍。1)(2202STSTNIIIRSTRIP231-电动机定子绕组切断三相电源后，迅速在定子电动机定子绕组切断三相电源后，迅速在定子两相绕组间接通直流电源。
24、感应电流与直流电产生两相绕组间接通直流电源。感应电流与直流电产生的固定磁场相互作用，产生的的固定磁场相互作用，产生的电磁转矩方向与电动电磁转矩方向与电动机转子转动方向相反，起到制动作用。机转子转动方向相反，起到制动作用。：是制动准确、平稳，但需要额外的直流电源：是制动准确、平稳，但需要额外的直流电源。+M3Fnn0=0 电动机停车时将三相电源中的电动机停车时将三相电源中的任意两相对任意两相对调调，使电动机产生的，使电动机产生的旋转磁场改变方向旋转磁场改变方向，电磁，电磁转矩方向也随之改变，成为制动转矩。转矩方向也随之改变，成为制动转矩。：当电动机转速接近为零时，要及时自动：当电动机转速接近为零
25、时，要及时自动断开电动机电源，防止电动机反转。断开电动机电源，防止电动机反转。：简单，制动效果好，但由于反接时旋转：简单，制动效果好，但由于反接时旋转磁场与转子间的相对运动加快，因而电流较大磁场与转子间的相对运动加快，因而电流较大。对于功率较大的电动机制动时必须在定子电。对于功率较大的电动机制动时必须在定子电路（鼠笼式）或转子电路（绕线式）中接入电路（鼠笼式）或转子电路（绕线式）中接入电阻，用以限制电流。阻，用以限制电流。M3Fnn0 电动机在正常运转时，其转速电动机在正常运转时，其转速n总是稍总是稍低于同步转速低于同步转速no，因而称为，因而称为。又因为产生电磁转矩的电流是电磁感应所又因为产
26、生电磁转矩的电流是电磁感应所产生的，所以也称为产生的，所以也称为。异步电动机同步转速和转子转速的差值与同异步电动机同步转速和转子转速的差值与同步转速之比称为步转速之比称为，用，用s表示，即：表示，即：%100oonnns转差率转差率是异步电动机的一个重要参数。是异步电动机的一个重要参数。异步电动机在额定负载下运行时的转异步电动机在额定负载下运行时的转差率约为差率约为1%6%。磁场转速磁场转速(同步转速同步转速n0)与电流频率有关，改与电流频率有关，改变电流频率可以改变磁场转速。对两极变电流频率可以改变磁场转速。对两极(一对磁极一对磁极)磁场，电流变化一周，则磁场旋转一周。同步转磁场，电流变化一
27、周，则磁场旋转一周。同步转速速no与磁场磁极对数与磁场磁极对数p的关系为：的关系为：r/min 601opfnn n 需要说明的是需要说明的是，因磁极对数只能是按，因磁极对数只能是按1、2、3、的规律变化，所以用这种方法调速，、的规律变化，所以用这种方法调速，电动机的电动机的转速不能连续、平滑地进行调节转速不能连续、平滑地进行调节。并且，变极调速的电机，其速度改变的比并且，变极调速的电机，其速度改变的比值为值为2：1。n 需要注意的是，需要注意的是，在变级调速的同时必须在变级调速的同时必须要改变电源的相序，以保持高速和低速时要改变电源的相序，以保持高速和低速时的转向相同，否则电动机就会反转。的转向相同，否则电动机就会反转。tiiAiBiCO1 2 0 2 4 0 3 6 0(a)t=0 (b)t=120 (c)t=240AAAXXXBBBYYYCCCZZZ
