1、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
2、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 。）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，）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。）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
3、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
4、：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
5、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
6、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
7、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
8、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
9、，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
10、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
11、，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 S
12、B3 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）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
13、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）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
14、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）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。）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，KM
15、1、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
16、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
17、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，转子与旋转磁场的相对速度接近于两倍的同步转速，所以定子绕组中流过的反接制动电流相当于全电压直接起动时电流的两倍，因此反接制动特点之一是制动迅速，效果好，冲击大，通常仅适于 10kW 以下的小容量电动机。为了减小冲击电流，通常要求在电动机主电路中串接限流电阻。图 2-12 为电动机单向反接制动控制线路。电动机正常运行时，KM1 通电，速度继电器常开触头 KS 已闭合（为制动做准备） 。停转制动过程如下：当按下停止按钮 SB1 时，KM1 断电，电动机定子绕组脱离三相
18、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。图 2-12 单向反接制动控制线路 图 2-13 两地控制线路五、其他典型控制环节 1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。在大型生产设备上，为使操作人员在不同方位均能进行起停操作，常常要求组成多地控制线路。图 2-13 为两地控制的控制线路。其中
19、SB3、SB1 为安装在甲地的起动按钮和停止按钮，SB4、SB2 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。2.连锁控制连锁控制的应用是很广泛的。电动机控制的基本环节中已介绍了自锁控制、互锁控制、正常工作与点动的连锁控制。凡是生产线上某些环节或一台设备的某些部件之间具有互相制约或互相配合的控制，均称为连锁控制。下面再介绍实现按顺序工作时的连锁控制。在机床的控制线路中，常常要求电动机的起停有一定的顺序。例如磨床要
20、求先起动润滑油泵，然后再起动主轴电机；龙门刨床在工作台移动前，导轨润滑油泵要先起动；铣床的主轴旋转后，工作台方可移动等；顺序工作控制线路有顺序起动、同时停止控制线路，有顺序起动、顺序停止控制线路，还有顺序起动、逆序停止控制线路。图 2-14 为两台电动机的连锁控制线路。 图 2-14（a）是顺序起动、同时停止或单独停止 M2 控制线路。在这个控制线路中，只有 KM1 线圈通电后，其串入 KM2 线圈电路中的常开触头 KM1 闭合，才使 KM2 线圈有通电的可能。图 2-14（b）是顺序起动、逆序停止控制线路。停车时，必须按 SB3 按钮，断开 KM2 线圈电路，使并联在按钮 SB1 下的常开触头 KM2 断开后，再按 SB1 才能使 KM1线圈断电。（a） （b）图 2-14 两台电动机的连锁控制线路思考：怎样通过主电路实现顺序控制？自动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
