第二章电气控制线路基本环节

第二章电气控制线路的基本环节在工农业、交通运输业等部门中，广泛使用着各种各样的生产机械，它们大都以电动机为动力进行拖动。

电动机是通过某种控制方式进行控制的，最常见的是继电接触器控制方式，又称电气控制。

将各种有触点的按钮、继电器、接触器等低压控制电器，用导线按一定的要求和方法连接起来，并能实现某种功能的线路称为电气控制线路。

它的作用是：实现对电力拖动系统的启动、调速、反转和制动等运行性能的控制；实现对拖动系统的保护；满足生产工艺的要求；实现生产过程自动化。

优点是电路图较直观形象，装置结构简单，价格便宜，抗干扰能力强，运行可靠，可以方便地实现简单和复杂、集中和远距离生产过程的自动控制。

缺点是采用固定接线形式，通用性和灵活性较差；采用有触点的开关电器，触点易发生故障。

尽管如此，目前电气控制仍然是各类机械设备最基本的控制形式之一。

第一节电气控制线路的绘制为了表达生产机械电气控制线路的结构、原理等设计意图，同时也便于进行电器元件的安装、调整、使用和维修，需要将电气控制线路中各种电器元件及其联接用规定的图形表达出来，这种图就是电气控制线路图。

电气控制线路图有三种：电气原理图、电气元件布置图、电气安装接线图。

各种图纸有其不同的用途和规定的画法，下面分别介绍。

一、电气控制线路常用的图形符号和文字符号电气控制线路图是工程技术的通用语言，为了便于交流与沟通，在绘制电气线路图时，电器元件的图形、文字符号必须符合国家标准。

近年来，随着我国经济改革开放，相应地引进了许多国外先进设备。

为了便于掌握引进的先进技术和先进设备，便于国际交流和满足国际市场的需要，国家标准局参照国际电工委员会（IEC）颁布的有关文件，制定了我国电气设备有关国家标准，颁布了GB4728-1984《电气图用图形符号》、GB6988-1987《电气制图》和GB7159-1987《电气技术中的文字符号制定通则》。

规定从1990年1月1日起，电气控制线路中的图形符号、文字符号必须符合最新的国家标准。

表2-1至表2-3列出了三部分常用的电气图形符号和基本文字符号，实际使用时如需要更详细的资料，可查阅有关国家标准。

表2-1常用电气图形符号和基本文字表2-2电气技术中常用基本文字符号表2-3电气技术中常用辅助文字符号在GB7159-1987《电气技术中的文字符号制订通则》中，规定了电气工程图中的文字符号，分为基本文字符号和辅助文字符号。

基本文字符号有单字母和双字母符号。

单字母符号表示电气设备、装置和元件的大类，如K为继电器类元件这一大类；双字母符号表示由一个大类的单字母符号与另一个表示元器件某些特性的字母组成，如KT为继电器类元件中的时间继电器，KM为继电器类元件中的接触器。

辅助文字符号用来进一步表示电气元器件的功能、状态和特性。

二、电气原理图为了便于阅读与分析控制线路，根据简单清晰易懂的原则，采用电器元件展开的形式绘制而成。

图中包括所有电器元件的导电部件和接线端点，并不按照电气元件的实际位置来绘制。

也不反映电气元件的形状和大小。

由于电气原理图结构简单，层次分明，便于研究和分析线路的工作原理等优点，所以无论在设计部门或生产现场都得到了广泛的应用。

现以图2-1所示的某机床电气原理图为例来说明电气原理图的规定画法和应注意的事项。

图2-1某机床电气原理图1.电气原理图的绘制原则：（1）电气原理图分主电路和辅助电路两个部分。

主电路就是从电源到电动机，强电流通过的电路。

辅助电路包括控制回路、信号电路、保护电路和照明电路。

辅助电路中通过的电流较小，主要由继电器和接触器的线圈、继电器的触头、接触器的辅助触头、按钮、照明灯、信号灯及控制变压器等电器元件组成。

（2）电气原理图中，各电器元件不绘实际的外形图，而采用国家统一规定的图形符号和文字符号来表示。

（3）在电气原理图中，同一电器的不同部分（如线圈、触点）分散在图中，为了表示同一电器，要在电器的不同部分使用同一文字符号来标明。

对于几个同类电器，在表示名称的文字符号后用下标加上一个数字符号，以示区别。

（4）所有电器的可动部分均以自然状态绘出。

所谓自然状态是指各种电器在没有通电和没有外力作用时的初始开闭状态。

对于继电器、接触器的触点，按吸引线圈不通电时的状态绘出，控制器的手柄按处于零位时的状态绘出，按钮，位置开关触点按尚未被压合的状态绘出。

（5）在电气原理图中，无论是主电路还是辅助电路，各电气元件一般按动作顺序从上而下，从左到右依次排列，可水平布置或垂直布置。

（6）电气原理图上应尽可能减少线条和避免线条交叉。

有直接电联系的交叉导线连接点，要用黑色圆点表示。

2图面区域的划分在图2-1中，图纸上方的数字编号1、2、3……是区域编号，它是为了便于检索电气线路，方便读图分析避免遗漏而设置的。

图区编号也可以设置在图的下方。

3.符号位置的索引符号位置的索引用图号、页号和图区号的组号索引法，索引代号的组成如下：当某一元件相关的各符号元素出现在不同图号的图纸上，同时每个图号仅有一张图纸时，索引代号中的页号可省去；当某一元件相关的各符号元素出现在同一图号的图纸上，而该图号有几张图纸时，可省去图号；当某一元件相关的各符号元素出现在同一张图纸上的不同图区时，可省略图号和页号。

电气原理图中，接触器和继电器线圈与触点的从属关系由下面附图表示。

即在原理图中相应线圈的下方，给出触点的文字符号，并在其下面注明相应触点的索引代号，对未使用的触点用“х”表示，有时也可采用上述省去触点的表示方法。

在图2-1中，KM线圈及K线圈下方的是接触器KM和继电器K相应触点的索引，其各栏的含义见下表2-4。

表2-4 接触器和继电器相应触点的索引器件左栏中栏右栏接触器KM 主触点在图区号辅助常开触点所在图区号辅助常闭触点所在图区号继电器K 常开触点所在图区号常闭触点所在图区号三、电器元件布置图电器元件布置图主要是用来表明电气设备上所有电器元件的实际位置，为生产机械电气控制设备的制造、安装、维修提供必要的资料。

以机床的电器元件布置图为例，它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。

电器元件布置图可按电气控制系统的复杂程度集中绘制或单独绘制。

但在绘制这类图形时，机床轮廓线用细实线或点划线表示，所有可见到的及需要表示清楚的电气设备，均用粗实线绘制出简单的外形轮廓。

四、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设计的。

它为安装电气设备、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2-2是根据图2-1电气原理图绘制的接线图。

它表示机床电气设备各个单元之间的接线关系，并标注出外部接线所需要的数据。

根据机床设备的接线图就可以进行机床电气设备的总装接线。

图2-2的虚线方框中部件的接线可根据电气原理图进行。

对于某些较为复杂的电器设备，电器安装板上元件较多时，还可绘出安装板的接线图。

对于简单设备，仅绘出接线图就可以了。

实际工作中，接线图常与电气原理图结合起来使用。

图2-2 某机床电气接线图图2-2表明了电气设备中电源进线、按钮板、照明灯、位置开关、电动机与机床安装板接线端之间的连接关系，也标注了所使用的包塑金属软管的直径和长度，连接导线的根数、截面积及颜色。

如按钮板与电器安装板的连接，按钮板上有SB1、SB2、HL1及HL2四个元件，根据图2-1电气原理图，SB1和SB2有一端相连为“3”，HL1与HL2有一端相连为“地”。

其余的2、3、4、6、7、15、16通过7×1mm2的红色线接到安装板上相应的接线端，与安装板上的元件相连。

黄绿双色线是接到接地铜排上。

所使用的包塑金属软管的直径为Φ15mm长度为1m。

第二节三相笼型异步电动机启动控制线路三相笼型异步电动机有全压启动和降压启动两种方式，本节先介绍全压启动的控制线路。

一、三相笼型异步电动机全压启动的控制线路在变压器容量允许的情况下，笼型异步电动机应尽可能采用全压启动控制，全压启动的优点是电气设备少，线路简单，这样可提高控制线路的可靠性和减少电器的维修量。

缺点是启动电流大，引起供电系统电压波动，可能干扰其他用电设备的正常工作。

（一）刀开关全压启动控制刀开关全压启动控制线路如图2-3所示。

图2-3刀开关控制线路图2-4点动控制线路工作过程如下：合上刀开关QK，电动机M接通电源全压启动运行，打开刀开关QK，电动机M断电停止运行。

这种控制线路适用于小容量，启动不频繁的笼型电动机，如小型台钻、冷却泵、砂轮机等。

熔断器在线路中起短路保护作用。

（二）接触器全压启动控制（1）点动控制点动控制线路如图2-4所示。

主电路由刀开关QK、熔断器FU、交流接触器KM的主触点和电动机M组成；控制电路由启动按钮SB 和交流接触器KM的线圈组成。

工作过程如下：启动：先合上刀开关QK，按下启动按钮SB，接触器KM线圈通电，KM主触点闭合，电动机M通电全压启动运行。

停机：松开启动按钮SB，KM线圈断电，KM主触点断开，电动机M停转。

由以上分析可知，按下启动按钮，电动机启动运行，松开启动按钮，电动机停转，这种控制就称为点动控制。

常用于机床的对刀调整和电动葫芦等。

（2）连续控制图2-5是一个常用的最简单、最基本的电动机连续运行控制线路，亦称长动控制线路。

主电路由刀开关QK、熔断器FU、接触器KM的主触点、热继电器FR的发热元件和电动机M组成。

控制电路由停止按钮SB1、启动按钮S B2、接触器KM的常开辅助触点和线圈、热继电器FR的常闭触点组成。

图2-5连续运行控制线路工作过程如下：启动：合QK，按SB2，KM线圈通电，KM主触点闭合电动机接通电源启动运行，同时KM辅助触点闭合，松开SB2，自锁或自保。

在连续控制中，当松开SB2后，KM的辅助常开触点闭合仍继续保持通电，从而保证电动机的连续运行，这种依靠接触器自身辅助常开触点而使线圈保持通电的控制方式，称为自锁或自保。

起自锁或自保的触点称为自锁或自保触点。

停机：按下SB1，KM线圈断电，主触点及辅助常开触点断开，电动机M断电停转。

线路的保护环节短路保护：短路时熔断器FU的熔体熔断切断电路起短路保护。

过载保护：采用热继电器FR。

由于热继电器的热惯性比较大，即使发热元件流过几倍于额定值的电流，热继电器也不会立即动作。

因为在电动机启动时间不会太长的情况下，热继电器是经得起电动机启动电流冲击而不动作的。

只有在电动机长期过载时，热继电器才会动作，用它的常闭触点使控制电路断开。

欠电压与失电压保护：依靠接触器KM的自锁环节来实现的。

当电源电压低到一定程度或失电压时，接触器KM释放，电动机停止转动。

当电源电压恢复正常时，接触器线圈也不会自行通电，只有在操作人员重新按下启动按钮后，电动机才能启动，这又称零电压保护。