1、第3章 基本控制电路,继电器接触器控制电路由继电器、接触器、按钮、行程开关、保护元件等器件，用导线按一定的次序和组合方式连接组成，可实现对电动机的启动、调速、反转和制动等运转性能的控制及对电力拖动系统的保护，实现生产加工自动化。各种生产机械的加工对象和工艺过程要求不同，控制电路就不同。但无论是简单的还是复杂的控制电路，都由一些基本控制电路按照需要组合而成，熟悉这些基本控制电路是分析和设计电气控制系统的基础。因此，掌握这些基本控制电路的控制原理及其特点，具有重要的实际意义和应用价值。本章讨论电气控制系统中常见的基本控制电路。,3.1概 述,电气控制电路可按不同方法进行分类。按控制功能分为主电路和
2、辅助电路；按控制规律分为连锁控制电路和变化参量控制电路等。,3.1.1 按控制功能分类,电气控制电路是用导线将电动机、电器、仪表等电气元件连接起来，并实现电动机的某种控制要求的电气系统。不同的生产机械，对电动机的启动、正反转、制动、保护、自锁及互锁等方面有不同要求。为了实现这些要求，用各种电器组成的电气控制系统各个部分的功能就不同，为了方便地分析电气控制系统的组成特点和工作原理，一般可按控制功能将其分为主电路和辅助电路两个部分。,1、主电路,主电路是从电源向用电设备供电的路径，一般由组合开关、主熔断器、接触器的主触点、热继电器的热元件以及电动机等组成，结构比较简单，电气元件数量较少。但主电路通
3、过的电流较大。,2、辅助电路,辅助电路一般包括控制电路、信号电路、照明电路及保护电路等。辅助电路由继电器和接触器的线圈、继电器的触点、接触器的辅助触点、主令电器的触点、信号灯和照明灯等电器元件组成。控制电路比主电路要复杂些，电气元件较多，常由多个基本控制电路组成。控制电路通过的电流都较小，一般不超过5A。,3.1.2按控制规律分类,按连锁控制的规律和按控制过程中变化参量进行控制的规律是组成电器控制电路的基本规律。据此电气控制电路也可按控制规律分为连锁控制电路和变化参量控制电路。,1、连锁控制电路,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。实现连锁
4、控制的基本方法是采用反映某一运动的连锁触点控制另一运动的相应电气元件，从而达到连锁工作的要求。,连锁控制的关键是正确选择连锁触点。一般而言，选择连锁触点遵循的原则为：(1)要求甲接触器动作时，乙接触器不能动作，则需将甲接触器的常闭辅助触点串在乙接触器的线圈电路中；(2)要求甲接触器动作后乙接触器方能动作，则需将甲接触器的常开辅助触头串在乙接触器的线圈电路中；(3)要求乙接触器线圈先断电释放后方能使甲接触器线圈断电释放，则须将乙接触器常开辅助触点并联在甲接触器的线圈电路中的停止按钮上。常见的连锁控制电路有启动停止控制（自锁）电路、正反转控制电路、顺序控制电路等。,2、变化参量控制电路,任何一个生
5、产过程的进行，总伴随着一系列的参数变化，如机械位移、温度、流量、压力、转矩等。原则上说，只要能检测出这些物理量，便可用它来对生产过程进行自动控制。对电气控制来说，只要选定某些能反映生产过程中的参数变化的电气元件，例如各种继电器和行程开关等，由它们来控制接触器或其他执行元件，实现电路的转换或机械动作，对生产过程进行控制，此即按控制过程中变化参量进行控制。常见的有按时间变化、转速变化、位置变化参量进行控制的电路，分别称为时间、速度和行程原则的自动控制。这些控制电路一般要使用具有相应功能的电气元件才能实现，如按时间变化进行控制一般要使用时间继电器，按电流变化进行控制要使用电流继电器等。,3. 2 三
6、相笼型异步电动机的启动控制电路,笼型异步电动机有两种启动方式，即直接启动(或全压启动)和降压启动。直接启动是一种简单、可靠、经济的启动方法，在小型(容量一般在10kW以下)电动机中广泛使用。电动机是否能直接起动，通常要根据启动次数、电动机容量、起动电流、变压器容量以及生产设备的机械特性等因素来确定，也可用下面试验公式确定:,(3.2.1),式中：IQ为电动机启动电流，A；IN为电动机额定电流，A；PH为电源变压器容量，kV A；PN为电动机容量，kW。,3.2.1正转控制电路,1、笼型异步电动机直接启动控制,（1）采用刀开关直接启动控制。图3.2.1所示为控制电路原理图。,图3.2.1 刀开关
7、直接启动控制电路,（2）采用接触器直接启动控制。图3.2.2所示为接触器控制电动机单向旋转的电路。,图3.2.2 接触器直接启动控制电路,合上电源开关QS，按下启动按钮SB2，接触器KM线圈通电吸合，主触点闭合，电动机M得电启动；同时接触器动合辅助触点闭合，使KM线圈绕过SB2触点经KM自身助动合辅助触点通电，当松开SB2时，KM线圈仍通过自身动合辅助触点继续保持通电，从而使电动机连续运转。,接触器直接启动控制电路的工作原理,按下停止按钮SB1接触器KM线圈断电释放KM动合主触点及动合辅助触点均断开电动机M失电停转。当松开SB1时，由于KM自锁触点已断开，故接触器线圈不可能通电，电动机继续断电
8、停机。,启动控制：,停止控制：,热继电器BTE实现。在电动机启动时间不太长的情况下，热继电器是经得起电动机启动电流冲击而不动作的。只有在电动机长时间过载情况下，串联在主电路中的热继电器BTE的三相热元件使双金属片受热产生变形，进而使串联在控制电路中的热继电器BTE的动断触点断开，控制电路失电断开，接触器KM线圈失电，其主触点释放，切断主电路，使电动机断电停转，实现对电动机的过载保护。,熔断器FU实现主电路、控制电路的短路保护。短路时，FU的熔体熔断，切断电路。熔断器可作为电路的短路保护，但达不到过载保护的目的。,短路保护：,过载保护：,电动机正常运行时，当电源电压下降，电动机的电流就会上升，电
9、压下降越严重，电流上升得就越高，这样就会烧坏电动机。在具有自锁功能的控制线路中，当电动机运转时，若电源电压降低(一般在工作电压的85% 以下)时，接触器的磁通则变得很弱，电磁吸力不足，衔铁在复位弹簧的作用下释放，自锁触点断开，失去自锁，同时主触点也断开，电动机断电并得到保护。,欠压保护：,电动机运行时，遇到电源临时停电，在恢复供电时，如果未加防范措施，电动机就会自行启动，很容易造成设备及人身事故。采用了自锁控制电路后，由于自锁触点和主触点在停电时已一起断开，这样控制电路和主电路都不会自行接通。在恢复供电时，如果没有按下起动按钮SB2，电动机就不会自行启动。这种在突然断电时能自动切断电动机电源的
10、保护为失压（或零压）保护。可避免多台电动机同时启动造成电网电压的严重下降。,此种电路不仅能实现电动机频繁启动控制，而且可实现远距离的自动控制，故是最常用的简单控制电路。,失压保护：,3.2.2 降压启动控制电路,降压启动是指在电源电压不变的情况下，启动电动机时通过某种方法(改变连接方式或增加启动设备) ，降低加在电动机定子绕组上的电压，待电动机转速接近额定转速后，再将电压恢复到额定值。常用的降压启动方式有定子电路串电阻(或电抗)降压启动、星形-三角形（Y-）降压启动、自耦变压器降压启动和延边三角形降压启动等。,1、定子串电阻(或电抗)降压启动控制电路,电动机启动时在定子绕组中串接电阻，使定子绕
11、组电压降低，从而限制了启动电流。待电动机转速接近额定转速时，再将串接电阻短接，电动机即可在额定电压下运行。,图3.2.3 定子绕组串接电阻降压启动控制电路,2、星三角（Y）降压启动控制电路,笼型异步电动机采用Y降压启动时，启动电流为三角形接法的1/3，启动转矩也只有三角形接法的1/3。与其它降压启动方法相比，Y降压启动投资少，电路简单，凡是正常运行时定子绕组接成三角形的鼠笼式异步电动机，均可采用这种降压启动方法。但因启动转矩特性较差，只适用于轻载或空载启动的场合。,图3.2.4 电动机定子绕组Y形和形接线电路,Y降压启动电路中应用最广的是使用接触器、时间继电器自动控制电路，其控制系统原理如图所
12、示。,图3.2.5 Y 降压启动控制电路,3、自耦补偿降压启动控制电路,自耦补偿降压启动是利用自耦变压器TM来进行降压的。在自耦变压器降压启动控制电路中，电动机启动电流的限制是依靠自耦变压器的降压作用来实现的。自耦变压器按星形接线，电动机启动时，将电源电压加到自耦变压器一次侧，电动机定子绕组接到自耦变压器二次侧，构成降压启动电路。启动一定时间，当电动机转速升高到预定值后，将自耦变压器切除，电源电压通过接触器直接加于定子绕组，电动机进入全压运行。,图3.2.6 自耦补偿降压启动控制电路,图3.2.6所示为使用XJ01系列自耦补偿启动器的控制电路，自耦补偿降压启动电路由主电路、控制电路和指示电路所
13、组成。主电路由转换开关QS、熔断器FU1、接触器KM1和KM2主触点、自耦变压器TM、热继电器BTE、电动机M组成；控制电路由熔断器FU2、热继电器BTE常闭触点、停车按钮SB1常闭触点、启动按钮SB2常开触点、时间继电器KT线圈及延时闭合常开触点、中间继电器KA线圈及常开和常闭触点、接触器KM1和KM2线圈及辅助常开和常闭触点组成。,4、延边三角形降压启动控制电路,延边三角形降压启动的方法是在每相定子绕组中引出一个抽头，电动机启动时将一部分定子绕组接成形，另一部分接成Y形，使整个绕组接成延边三角形，其绕组连接如图所示。,图3.2.7 延边电动机定子绕组示意图,主电路中接触器KM1和KM3主触
14、点闭合，电动机作延边三角形连接启动；接触器KM1和KM2主触点闭合时，电动机作三角形接法全压运行。,图3.2.8 延边三角形降压启动控制电路,3.3 三相笼型异步电动机正反转控制线路,电动机正反转控制电路是电动机中常见的基本控制电路，是利用电动机电源的换相原理来实现电动机正反转控制的。常见的电动机正反转控制电路有转换开关正反转控制电路、接触器互锁正反转控制电路、按钮互锁正反转控制电路以及接触器按钮双重互锁正反转控制电路等。,3.3.1 正反转控制线路,1、接触器互锁正反转控制电路,图3.3.1 接触器互锁正反转控制电路,2、按钮互锁正反转控制电路,图3.3.2 按钮互锁正反转控制电路,3、接触
15、器按钮双重互锁正反转控制电路,接触器按钮双重互锁正反转控制电路具有接触器互锁和按钮互锁两种正反转控制电路的优点，操作方便，工作安全可靠。,图3.3.3 接触器按钮双重互锁正反转控制电路,3.3.2 行程控制电路,图3.3.4 自动往返控制电路,3.4 三相笼型异步电动机制动控制电路,电源切断后，三相异步电动机因惯性会经过一段时间才能安全停转，这将影响劳动生产率。为了实现快速、准确、安全停车，就必须采取制动措施。常用的制动方法有机械制动和电气制动。机械制动有电磁抱闸制动、电磁离合器制动等；电气制动有反接制动、能耗制动、发电回馈制动等。,3.4.1机械制动控制电路,1、电磁抱闸制动,电磁抱闸制动是
16、靠闸瓦抱紧与电动机同轴的制动轮来实现的。电磁抱闸制动方式的制动力矩大，制动迅速，停车准确，缺点是制动越快冲击振动越大。电磁抱闸制动有断电电磁抱闸制动和通电电磁抱闸制动。（1）断电电磁抱闸制动控制电路。断电电磁抱闸制动在电磁铁线圈一旦断电或未通电时电动机都处于抱闸制动状态，例如电梯，吊车、卷扬机等设备。图3.4.1为断电电磁抱闸制动控制电路。,图3.4.1 断电电磁抱闸制动电路,图3.4.2 通电电磁抱闸制动电路,（2）通电电磁抱闸制动控制电路。通电电磁抱闸制动则是在平时制动闸总是在松开的状态，通电后才能抱闸。例如机床等需要经常调整加工件位置的设备往往采用这种方法。图3.4.2为通电电磁抱闸制动
17、控制电路。,3.4.2 电气制动控制电路,1、反接制动控制电路工作原理,（1）单向运行反接制动控制电路,图3.4.4 单向启动反接制动控制电路,图3.4.4为单向运行反接制动控制电路，在电动机M启动后，其转速上升到120rmin时，速度继电器BS的常开触点闭合，为接触器KM2线圈电源的接通做准备。按下停车按钮SB1，其常闭触点首先断开，切断接触器KM1线圈的电源，接触器KM1失电释放，电动机M断电。同时接触器KM1的常闭触点复位闭合，但因惯性作用，电动机M不能立即停止。然后按钮SB1的常开触点闭合，接通接触器KM2线圈回路的电源，KM2通电吸合并自锁，其主触点闭合接通电动机M的反转电源，使电动
18、机M产生一个反向旋转力矩。这个反向旋转力矩与电动机惯性转动的方向相反，故使电动机M的转速迅速下降。当电动机M转速下降为100rmin时，速度继电器BS的常开触点复位断开，切断接触器KM2线圈的电源，KM2失电释放，完成单向反接制动控制过程。,（2）双向运行反接制动控制电路,图3.4.5 双向启动反接制动控制电路,2、能耗制动控制电路,能耗制动是一种应用广泛的电气制动方法。当电动机脱离三相交流电源以后，立即将直流电源接入定子的两相绕组，使绕组中流过直流电流，产生了一个恒定的静止直流磁场。而此时电动机的转子切割直流磁场，在转子绕组中产生感应电流。在静止磁场和感应电流相互作用下，产生一个阻碍转子转动
19、的制动力矩，因此电动机转速迅速下降，从而达到制动的目的。当电动机转速降至零时，转子导体与磁场之间无相对运动，感应电流消失，电动机停转，再将直流电源切除，制动结束。,图3.4.6为按时间原则控制的单向能耗制动控制电路。,图3.4.6 能耗制动控制电路,电动机可逆运行的能耗制动控制线路,3.5 双速异步电机高低速控制电路,多速电动机是采用改变电动机定子绕组极数的方法来改变电动机的同步转速的，这种调速方法称为变极调速，一般只适用于鼠笼式异步电动机。鼠笼式异步电动机常用的变极调速方法有两种：一是改变定子绕组的接线，即改变定子绕组每相的电流方向；一是在定子绕组上设置具有不同极对数的两套互相独立的绕组，又
20、使每套绕组具有改变电流方向的能力。变极调速是有级调速，速度变换是阶跃式的。用变极调速方式构成的多速电动机一般有双速、三速、四速之分。,三相异步电动机转速公式为：n=60f/p*(1-s)由上述公式表明，改变电动机的转速有三种方法：改变转差率、电源频率及磁极对数。,图3.5.1 /YY双速电动机定子绕组接线图,3.5.1 YY双速异步电动机定子绕组的联接,双速异步电动机绕组有六个接线端，分别为U1、V1、W1，U2、V2、W2。图3.5.1为双速异步电动机定子绕组的/YY接线图。图（a）为形接法，用于低速运行；图（b）为YY形接法，用于高速运行。 当需要电动机低速运行时，三相电源从接线端U1、V
21、1、W1进入双速电动机绕组中，另外三个接线端U2、V2、W2空着不接， 双速电动机绕组按三角形接法为低速运行。当需要电动机高速运行时，三相电源从接线端U2、V2、W2进入双速电动机绕组中，而U1、V1、W1三个接线端短接在一起，此时电动机绕组接成YY形接法，双速电动机高速运行。,3.5.2双速异步电动机手动变速控制电路,图3.5.2 按钮接触器控制双速电动机电路,图3.5.2为按钮接触器控制双速电动机电路原理图。主电路中，当接触器KM1吸合，KM2、KM3断开时，三相电源从接线端U1、V1、W1进入双速电动机M绕组中，双速电动机M绕组按三角形接法，实现低速运行。而当接触器KM1断开，KM2、K
22、M3吸合时，三相电源从接线端U2、V2、W2进入双速电动机M绕组中，双速电动机M绕组接成YY形接法高速运行。即SB2、KM1控制双速电动机M低速运行；SB3、KM2、KM3控制双速电动机M高速运行。,图3.5.3 时间继电器接触器控制双速电动机电路,3.5.3 双速异步电动机自动变速控制电路,3.6 机床液压系统的电气控制电路,电液组合控制是通过电气控制电路控制液压传动系统，再由液压传动系统驱动运动部件完成规定动作。 液压传动是靠密封容器内的液体压力能来进行能量转换、传递与控制的一种传动方式。它具有输出力（或力矩）大，运动传递平稳、均匀，调整控制方便等优点。特别是当液压传动系统与电气控制系统组
23、合构成电液组合控制系统时，能很方便地实现多种复杂的自动工作循环，广泛应用于组合机床、自动化设备及自动化生产线。,1液压传动系统图液压传动系统主要由四个部分组成： （1）动力装置（液压泵及驱动电动机）电动机输出的机械能通过液压泵转换为液压能，为液压系统提供压力油。（2）执行机构（液压缸或液压马达）把液体的压力能转换为机械能输出，以驱动工作部件运动。（3）控制调节元件（压力阀、流量阀和换向阀等）用以控制液压系统中液体的压力、流量和流动方向，保证执行元件完成预期的运动。（4）辅助元件（油箱、油管、滤油器、压力表等）设置必要的条件以保证液压系统正常地工作。,3.6.1电液组合控制电路图电液组合控制电路
24、图主要由液压传动系统图与电气控制电路图组成。,要使液压执行元件按液压传动系统图完成所需的工作循环，就必须满足各个工步中电磁阀的动作顺序，这就得由电气控制电路图来完成。在电液组合控制电路图中，电气控制电路图常由按钮、行程开关、时间继电器、压力继电器等组成，按工作循环要求控制电磁铁的得电、失电情况。根据电磁铁电源种类不同，控制电路有直流控制及交流控制两种。,2电气控制电路图,电液组合控制电路的分析步骤：第一步，根据液压设备的工作循环图，对照电磁铁动作顺序表阅读液压系统图；第二步，分析电气控制电路图如何在控制条件下完成电磁铁的动作顺序；第三步，机、电、液有机结合起来分析机械设备是如何由电气控制液压系
25、统，再由液压系统驱动机械运动部件按给定的工作运动要求自动循环工作的。,3、 机床中常用的液压元件,（1）液压泵和液压马达,（2）液压阀,（3）压力继电器,压力继电器以液压系统的压力变化作为输入信号使继电器动作。压力继电器一般用在液压、气压和水压系统中的保护。主要由微动开关、调节螺母、压缩弹簧、顶杆、橡皮薄膜和缓冲器等组成，压力继电器的文字符号为BPS。,压力继电器装在油路(水路或气路)的分支路中，当压力超过整定值时，通过缓冲器、橡皮薄膜抬起顶杆，使微动开关动作；若管路中压力等于或低于整定值，顶杆脱离微动开关使触点复位。压力继电器调节方便，只需放松或拧紧调整螺母即可改变控制压力。,1调节螺母，2
26、压缩弹簧，3顶杆，4橡皮薄膜，5缓冲器，6电线 图3.6.9 压力继电器,3.6.2 液压动力部件控制电路,1、动力滑台的液压系统与工作循环,图3.6.10是具有一次工作进给的液压动力滑台的液压系统原理图和电气控制原理图。动力滑台的常见工作循环如下: （1）一次工作进给。 （2）二次工作进给。 （3）跳跃进给。 （4）双向工作进给。 （5）分级进给。,1油箱，2变量液压泵，3、4、9单向阀，5电液动换向阀， 6节流调速阀，7压力继电器，8行程阀，10溢流阀，YG油缸 图3.6.10 具有一次工作进给的液压动力滑台液压系统和电气控制原理图,2、液压动力滑台控制电路,具有一次工作进给的液压动力滑台
27、，根据液压系统原理图，液压与电气控制的工作过程如下：（1）滑台原位停止。因滑台由油缸YG驱动，当电磁铁YA1、YA2均为断电状态时，油缸内压力油不流动，滑台原位停止，并压下行程开关SQ1，使其常开触点闭合，常闭触点断开。（2）滑台快进。按下按钮SB1，继电器KA1通电并自锁，电磁铁YA1通电，使电液动换向阀(三位五通)处于左位，压力油使液动换向阀也处于左位，压力油经电液换向阀5及行程阀8流入滑台油缸左腔，使缸体左移，油缸右腔排出的油经电液换向阀5及单向阀4也进入油缸左腔，使滑台实现快进。此时，SQ1复位，其常开触点断开，常闭触点闭合。,（3）滑台工进。当挡铁压下行程阀8时，压力油经调速阀6进入
28、液压缸左腔，此时流入油缸左腔的油液较少，滑台由快进转为工进，多余的压力油经背压阀10流回油箱。通过调节调速阀6的流量可调节滑台的工进速度。 （4）死挡铁停留。当液压滑台工进到被死挡铁挡住的位置时，液压缸左腔油压开始升高。油压升高到压力继电器BPS的动作值时，所经过的时间就是滑台的延时停留时间。,（5）滑台快退。当压力继电器BPS动作时，BPS的常开触点闭合，电磁铁YA2和继电器KA2线圈通电，电磁铁YA1和继电器KA1断电，并由KA2触点实现自锁，使电液换向阀处于右位，油缸右腔进油，滑台快速向后退回。退回原位后压下SQ1，其常闭触点断开，YA2断电。电液换向阀5回到中间位置，液压滑台原位停止。
29、当滑台不在原位时(即SQ1常开触点断开)，若需要快退，可按下按钮SB2，此时KA2和YA2通电，滑台快退。退至原位时，压下SQ1，YA2断电，滑台停在原位。,在上述电路中，如果要求停留的时间可调，则用行程开关和时间继电器取代压力继电器BPS即可。若滑台工进到终点后，不需要延时停留，即工作循环改为快进工进快退，在死挡铁处加装行程开关，去掉BPS即可。,3.7 其他基本控制线路,3.7.1 点动控制,点动控制和连续控制的区别是控制电路能否自锁。,图3.7.1 点动控制电路,3.7.2 连锁与互锁,1、连锁（联锁）,图3.7.2 两台电动机Ml和M2的连锁控制电路,2、互锁,互锁实际上是一种连锁关系
30、，之所以这样称谓，是为了强调触点之间的互锁作用。例如，常常有这种要求，两台电动机M1和M2只能有一台工作，不允许同时工作。KM1和KM2的两对动断触点，常称作“互锁”触点。,图3.7.3 两台电动机互锁控制电路,图3.7.4 X62W铣床进给运动控制电路,3.7.3多点控制,在大型机床设备中，为了操作方便，常要求能在多个地方进行控制。如图3.7.5 (a)所示把启动按钮并联连接，停止按钮串联连接，分别安置在三个地方， 就可三地操作。在大型机床上，为了保证操作安全，要求几个操作者都发出主令信号(按启动按钮) ，设备才能工作，常采用图3.7.5 (b)所示按钮串联的控制电路。,图3.7.5 多点控制电路,
