1、,2.1 电气控制系统图及绘制原则,继电接触器的控制电路主要由各类电器元件（如接触器、继电器、按钮）和电气设备（如电动机）按一定的控制要求用导线连接而成。为了清晰地表达机械电气控制系统的基本组成、功能、工作原理等，便于系统安装、调试及维修，需要采用统一的工程语言即统一的图形符号和文字符号来表达，这种工程语言就是电气控制系统图。电气控制系统图必须使用规定统一的图形符号和文字符号，并且按国家规定的标准来绘制。常用的电气系统图包括3种：电气原理图、电器布置图和安装接线图。,2.1.1 电气控制系统图的图形符号、文字符号和接线端子标记,1. 图形符号,电气控制系统图中，图形符号一般用来表示设备、元件或
2、者连接线的图形、标记或字符等，必须采用国家统一标准绘制。国家标准GB/T4728.7-2000电气简图用图形符号规定了电气控制系统图中图形符号的标准绘制方法，该标准参照国际电工委员会IEC60617制定，于2000年1月正式执行。,构成电气系统图的图形符号有很多，主要是以简图形式表示电气系统各种元器件和电气设备的名称、功能、状态、特征、安装位置和相互连接关系等，不必按外形结构画出，一般只用一些简单符号来表示。如表2-1所示：,2文字符号,为了区分不同设备、元器件，区分同类设备或者元器件的不同功能，还需要在图形符号的旁边标注相应的文字符号。国家标准GB7159-1987电气技术中的文字符号制定通
3、则规定了电气控制系统图的文字符号，常用文字符号、辅助文字符号可查阅相关标准，如表2-1所示。,3. 接线端子标记,电气控制系统图中各电器元件的接线端子用字母数字符号标记。国家标准GB4026-1992电器设备接线端子和特定导线线端的识别及应用字母数字系统的通则规定了各种接线端子的标记方法。各控制电路线号均按标准采用数字编号，按顺序从左到右、从上到下进行标注。凡是被各种元器件（如线圈、触头、电阻、电容等）所隔离的接线端子，都应标以不同的线号。,2.1.2 电气原理图,电气原理图是用来表示电路中各元器件之间的导电关系和工作原理的图。电气原理图按照各元器件之间的导电部件的导电关系进行绘制，体现了电气
4、系统各部件在电路中的功能和工作原理。它是一种采用标准图形符号和文字符号，并按工作顺序详细表示电路、设备控制系统基本原理，而不考虑元件的实际位置的一种电路图。电气原理图为安装和维修提供技术数据，是编制电气安装接线图的重要依据。,1.电气原理图绘制的原则,电气原理图应按照国家标准GB/T6988-19932002电气制图的规定绘制。具体绘制时应注意遵循以下原则：,(1) 电气原理图中各电器元件的图形符号和文字符号必须按相应国家标准绘制和标注，同一功能的电气元件应画在一起，但同一电器的各部件不一定画在一起。各电器元件布局上按功能分开画出，如主电路、控制电路、照明电路、信号电路和保护电路等，按照“从左
5、到右、从上到下”的顺序布置，并且尽可能按动作顺序排列。,(2) 电气原理图中的电气元器件、电源线、触头等均按标准规定的图形符号统一绘制，并用国家标准规定的文字符号标注。三相交流电源集中水平画在图面上方，相序从上到下依次为L1、L2、L3，中性线（N）和保护接地线（PE）排在L的下方。各元件的触头状态均按电磁线圈未通电或没有外力作用时的状态画出。触头的图形符号垂直放置时，按“左开右闭”的原则绘制，即常开触头的方向向左、常闭触头的方向向右；水平放置时按“上闭下开”的原则绘制，即常开触头的方向向上，常闭触头的方向向下。,(3) 电路中，对于需要测试和能够拆接的连接点采用“空心圆”表示；有导电关系的导
6、线连接点，用“实心圆”表示；无导电关系的导线交叉点不画实心圆，电路绘制中应尽量避免线条交叉。(4) 电气原理图绘制要求层次分明，各电器元件及触头安排合理，既要保证用最少的元件、最少的导线、最少的触头，又要保证电路运行可靠，安装、维修和调试方便。,图2-1 某机床电气原理图,2电气原理图的绘制方法,为便于读者确定原理图的内容和各部分电路在图中的位置，方便检索电气线路，通常将电气原理图在图面上进行分区。每个分区内若为竖向布置则用大写的拉丁字母编号，横向布置则采用阿拉伯数字编号，图2-1为横向布置。编号的顺序按照从左到右（横向）或者从上到下（竖向）的顺序依次标注，分区的划分原则应按照电路或者元件的功
7、能来划分区域，并在原理图的上方标注该图区域的电路或元件的功能。,电气原理图中，若有继电器或接触器线圈，则应在图中线圈位置的下方标注该继电器或接触器的触头位置的图区号索引，索引中的阿拉伯数字表示该接触器或继电器的触头位置所在图区号。如果是接触器，则最左边一栏表示常开主触头位置，中间一栏表示常开主触头位置，右边一栏表示常闭触头位置,“X”表示未使用的触头；如果是继电器，则左栏表示常开触头位置，右栏表示常闭触头位置。,电气原理图中的各种电气元器件的相关数据和型号，应在图形符号附近采用辅助文字符号的方式标出，如图2-1中，电动机M1、M2功率及转速、热继电器的动作电流值6.811A及整定值8.4A、各
8、导线的粗细等等。,2.1.3 电器布置图,电器布置图是各个电器元器件在电气控制箱或者控制单元中实际安装的位置，是电气控制设备进行安装和维护的重要依据。电器布置图的绘制应注意以下几个方面： (1) 按电气原理图要求，应将动力、控制和信号电路分开布置，并各自安装在相应的位置，以便于操作、维护。(2) 电气控制柜中各元件之间、上下左右之间的连线应保持一定的间距，并且应考虑元器件的发热和散热因素，发热元件应安装在电器安装板的上方。,(3) 强电、弱电应分开，弱电应加以屏蔽，防止外界干扰。(4) 图中的文字符号应与电气原理图、电气互连图和电气设备清单等一致。绘制电器布置图时，应将各电器元件按照其外形尺寸
9、画出，并布置在电气控制柜中，标注出间距、尺寸。如图2-2所示，为某车床控制板及电气控制柜的电器布置图。,图2-2 某机床电器布置图,2.1.4 安装接线图,安装接线图是用来表明电气设备各部件之间的连接关系，表示了电气设备各元件的相对位置及其电气连接，是实际安装接线的依据。 接线图需要表示出各元件的相对位置、端子号、导线号、导线型号、导线截面、导线颜色等内容。接线图中各元件采用简化外形图表示，简化外形旁应标注文字符号，并与电气原理图保持一致。,根据电气原理图可绘制出该电路的安装接线图，安装接线图的绘制原则是：(1) 电器元件均按实际安装位置绘制，外形按实际尺寸以一定的比例画出。(2) 一个元器件
10、的所有带电部分均画在一起，并用点划线框起来。(3) 各元器件的图形符号和文字符号必须与电气原理图保持一致，并符合国家标准。(4) 具有相同走向的多条相邻线路可绘制成一股线。(5) 电器元件的各个端子号应与电气原理图中的导线编号相一致。,图2-3 某机床安装接线图,2.2 电气控制的基本环节及规律,本节以三相异步电动机为例，介绍由继电器、接触器所组成的电气控制基本环节及规律。包括自锁与互锁控制、点动与连续运转、多地联锁控制、顺序控制等。,2.2.1 自锁与互锁控制电路,如图2-4所示：,图2-4 三相异步电动机自锁控制电路,上述电路中，按下常闭按钮SB1，使接触器线圈失电，接触器辅助触头与主触头
11、同时断开，则主电路与控制电路也同时断开，电动机停转。电路中FU1、FU2两个熔断器起短路保护作用；热继电器FR其常闭触头置于控制电路中，实现电动机的长期过载保护。,实际生产中，很多生产机械常要求运动部件可以实现两个相反方向的运行。如机床主轴电机的正向和反向运动，工作台的前进和后退，电梯的上升和下降等，这些情况可以通过电动机正反转切换来实现的。对于三相异步电动机来说，只要改变其通电相序，将主电路中的三相电源线任意两相对调，就可实现两个方向的可逆运行。,如图2-5是两种利用按钮控制的正反转电路。,a)电气互锁控制正反转 b)双重互锁控制正反转 图2-5 三相异步电动机正反转控制电路,图2-5a是利
12、用两个接触器本身的常闭触头，分别串接在两个接触器的控制电路中，KM1常闭触头串接在KM2控制支路，KM2常闭触头串接在KM1控制支路，构成了一种相互制约的关系，这种关系称为互锁，由于是利用接触器本身的常闭触头，故称为电气互锁。图2-5a由于在正反转切换的时候必须先按停止按钮，否则无法从正转切换到反转或者反转切换到正转，因此这种电路称为“正停反”电路。,图2-5b在图2-5a的基础上进行了改进，增加了一对互锁，这对互锁是将正、反转的控制按钮SB2、SB3的常闭辅助触头分别串接在反转控制电路和正转控制电路中，从而实现对对方接触器的制约，这种互锁称为机械互锁或按钮互锁。可见，图2-5b是一种具有双重
13、互锁的电路，该电路可以实现不按停止按钮，而直接切换正转或反转。故称为“正反停”电路。,2.2.2 点动、连续运转控制电路,所谓点动控制，即按下按钮时电动机工作，松开按钮时电动机停止工作。点动控制多用于机床的刀架、横梁、立柱等的快速移动和机床对刀等场合。如图2-6所示,a)基本点动电路 b)开关选择运行状态电路 c)按钮选择运行状态电路图2-6 点动、连续运行控制电路,2.2.3 顺序控制与多点控制电路,1顺序控制电路,在实际生产中，某些设备往往需要多台电机按一定顺序起动或停止，这种控制方式称为电动机的顺序控制。 如图2-7所示：图中电动机M1、M2分别由接触器KM1、KM2控制，两者在主电路中
14、是并列关系，其顺序起动过程主要在控制电路完成。,图2-7 按顺序起动停止控制电路,图2-8所示电路是由时间继电器控制的按时间顺序起动电路。,图2-8 按时间顺序起动控制电路,2多点控制电路,许多大型机械为了方便操作，常常需要多点参与控制，实现多点控制的电路如图2-9所示，图中可分为多点分别控制和多点同时控制两种控制方式。如图2-9所示。,a)多点分别控制电路 b)多点同时控制电路 图2-9 多点控制电路,2.3 三相异步电动机的起动控制,三相异步电动机的控制主要包括起动控制、停止控制、正反转控制、制动控制等，其中起动控制包括全压直接起动和减压起动两种。通常，当电机容量在10KW以下，可以直接采
15、用开关起动，电机容量10KW以上，由于起动电流较大，则需要减压起动。若单向运行，则可以采用上述图2-4所示电路；若正反转可逆运行，则可以采用上述图2-5所示电路。,三相异步电动机采用全压直接起动时，虽然控制线路简单、维护方便，但起动电流较大，约为正常工作电流的47倍。因此，三相异步电动机当容量大于10KW时，必须采用减压起动方式起动。常见的减压起动电路有：星形三角形减压起动电路、定子串电阻减压起动电路、自耦变压器减压起动电路等。,2.3.1 星形三角形减压起动电路,三相异步电动机正常运行定子绕组按三角形连接时，可以采用星形三角形减压起动电路。起动时，电动机定子绕组可先接成星形，此时起动电压时三
16、角形直接起动电压的1/ ，起动电流为三角形直接起动电流的1/3。当电动机转速上升到一定数值后，再切换成三角形连接。图2-10为自动星形三角形起动电路。,图2-10 星形三角形减压起动控制电路,2.3.2 定子串电阻减压起动控制电路,定子串电阻减压起动控制电路是在电动机的起动过程中，利用串联电阻来减小定子绕组电压，从而达到限制起动电流的目的，当起动过程结束，电阻应立即被短接，电动机进入全压正常运行。图2-11是定子串电阻减压起动的控制电路。,图2-11 定子串电阻减压起动电路,2.3.3 自耦变压器减压起动控制电路,自耦变压器减压起动是利用自耦变压器来降低电动机起动时的电压，从而达到限制起动电流
17、的目的。电动机起动时，定子绕组接在自耦变压器的二次侧上，从而获得自耦变压器的二次侧电压。待起动完毕，电动机获得额定转速后，再将自耦变压器从电网中切除。这种减压起动适用于较大容量电动机的空载起动。图2-12为XJ01系列自耦变压器减压起动电路。,图2-12 自耦变压器减压起动电路,2.4 三相异步电动机的制动控制,三相异步电动机断电后，机械惯性使转子经一定时间才能够停转，这不利于频繁起停、频繁正反转或者有精确定位控制要求的场合，也影响生产效率，因此必须对电动机进行制动控制。制动控制分为机械制动和电气制动，机械制动是利用机械装置产生机械力来强迫电动机停下来；电气制动时利用电动机的电磁原理来制动力的
18、。 常用电气制动方法有反接制动、能耗制动、电容制动和直流制动等。,2.4.1 三相异步电动机的反接制动,所谓反接制动是利用改变电动机电源相序，使电动机定子绕组产生的旋转磁场方向与转子旋转方向相反，从而产生制动力，使电动机转速迅速下降。通常在控制电路中采用速度继电器来检测电动机转速并控制及时切除反接电源。图2-13为三相异步电动机单向反接制动电路。,图2-13 电动机单向反接制动,在图2-13的基础上，图2-14增加了接触器、中间继电器，通过电路的连接使其不但能够控制正向运行停止时的反接制动，还能够控制反向运行停止时的反接制动，因此是一种双向可逆的反接制动电路。图中KM1、KM2为电动机正、反转
19、接触器，KM3为短接制动电阻的接触器，KA1KA4为中间继电器，KS为速度继电器，KS-1为正转闭合触头，KS-2为反转闭合触头。电阻R在电路中具有两个作用，即起动时的定子串电阻减压起动和反接制动时的反接制动电阻。,图2-14 电动机双向反接制动,反接制动的优点是制动力矩大，制动迅速，缺点是制动精度较差，制动过程冲击大，容易损坏传动部件，能量消耗较大。因此反接制动适用于系统惯性较大，制动要求迅速，操作不频繁的场合。,2.4.2 三相异步电动机的能耗制动,所谓能耗制动是在三相异步电动机脱离三相交流电源后，在定子绕组中通入一个直流电源，建立恒定的静止磁场，惯性旋转的转子绕组切割定子恒定磁场，产生与
20、惯性运动方向相反的电磁转矩，从而达到制动的目的。当电动机转速降到零时，应及时切断直流电源，因此需要对于制动过程的参数加以控制，可任选电流、转速和时间一个参数作为控制信号。图2-15和2-16分别介绍了以时间和转速作为控制信号的两种能耗制动电路。,图2-15是一种以时间作为控制信号的单向运转能耗制动电路。,图2-15 以时间为控制参数的单向能耗制动电路,图2-16是一种以速度作为控制参数的双向可逆能耗制动电路。,图2-16 以速度为控制参数的双向能耗制动,本章小结,本章重点介绍了电气控制系统图的绘制、电气控制电路的基本环节和规律、三相异步电动机的起动控制和制动控制等内容。本章需要熟悉的内容为电气控制系统图的绘制，需要掌握的内容为电气控制电路的基本环节和规律、三相异步电动机的起动控制和制动控制等。,
