第2章　电气控制的基本电路

电气控制系统是由电气设备及电气元件按照一定的控制要求连接而成。各类电气控制设备有着各种各样的控制电路，这些控制电路不管是简单还是复杂，一般来说都是由基本控制电路组成，在分析控制电路原理和判断故障时，一般都是从这些基本控制电路着手。因此，掌握电气控制系统的基本控制电路，对整个电气控制系统工作原理分析及维修会有很大的帮助。

电气控制系统中的基本电路包括电机（电动机和发电机）的启动、调速和制动等控制电路。本章主要介绍这些基本控制电路的组成、工作原理、作用以及必要的保护措施。

2.1　电气图

为了清晰地表达生产机械电气控制系统的工作原理，便于系统的安装、调试、使用和维修，将电气控制系统中的各电气元器件用一定的图形符号和文字符号来表示，再将其连接情况用一定的图形表达出来，这种图形就是电气图。

电气图是根据国家电气制图标准，用规定的图形符号、文字符号以及规定的画法绘制的。常用的电气图有3种：电路图（原理图、线路图）、接线图和元件布置图。

2.1.1　图形符号和文字符号

1．图形符号

图形符号由符号要素、限定符号、一般符号以及常用的非电操作控制的动作符号（如机械控制符号等）根据不同的具体器件情况组合构成，如表2-1所示。

表2-1　基本图形符号

限定符号及操作方法符号		组合符号举例
图形符号	说明	图形符号	说明
	接触器功能		接触器主触点
	限位开关、位置开关功能		位置开关触点
	紧急开关（蘑菇头按钮）		急停开关
	旋转按钮		旋转开关
	热执行操作		热继电器触点
	接近效应操作		接近开关
	延时动作		时间继电器触点

2．文字符号

电气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符号和双字母符号，单字母符号表示电气设备、装置和元器件的大类，如K为继电器类元件；双字母符号由一个表示大类的单字母与另一个表示器件某些特性的字母组成，例如，KA表示继电器类元件中的中间继电器（或电流继电器），KM表示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设备、装置和元器件功能、状态和特征。

本书附录A列出了电气图中部分常用图形符号和文字符号，实际使用时需要更多更详细的资料，请查阅国家有关标准。

2.1.2　电路图

电路图用于表达电路、设备、电气控制系统的组成部分和连接关系。电路图习惯上也称为电气原理图。通过电路图，可详细地了解电路、设备、电气控制系统的组成及工作原理，并可在安装、测试和故障查找时提供足够的信息；同时电路图也是编制接线图的重要依据。

1．概述

电路图一般包括主电路和控制电路。主电路是用电设备的驱动电路，在控制电路的控制下，根据控制要求由电源向用电设备供电。控制电路由接触器和继电器线圈以及各种电器的动合、动断触点组合构成控制逻辑，实现所需要的控制功能。主电路、控制电路和其他的辅助电路、保护电路一起构成电气控制系统。

电路图中的电路有水平布置，也有垂直布置。水平布置时，电源线垂直画，其他电路水平画，控制电路中的耗能元件安排在电路的最右端；垂直布置时，电源线水平画，其他电路垂直画，控制电路中的耗能元件安排在电路的最下端。

2．元器件

电路图中的所有电器元件一般不是实际的外形图，而采用国家标准规定的图形符号和文字符号表示，同一电器的各个部件可根据需要出现在不同的地方，但必须用相同的文字符号标注。电路图中所有电器元件的可动部分通常表示电器非激励或不工作的状态和位置，常见的器件状态有如下几种。

① 继电器和接触器的线圈处在非激励状态。

② 断路器和隔离开关在断开位置。

③ 零位操作的手动控制开关在零位状态，不带零位的手动控制开关在图中规定位置。

④ 机械操作开关和按钮开关在非工作状态或不受力状态。

⑤ 保护类元器件处在设备正常工作状态，特别情况在图上说明。

3．图区和触点位置索引

工程图样通常采用分区的方式建立坐标，以便于阅读查找。电路图常采用在图的下方沿横坐标方向划分成若干图区，并用数字标明图区，同时在图的上方沿横坐标方向划区，分别标明该区电路的功能。图2-1所示为电动机正反转的电气原理图，图中接触器线圈下方的触点表示用来说明线圈和触点的从属关系的，其含义如下：

对未使用的触点用“×”表示。

4．电路图中技术数据的标注

电路图中元器件的数据和型号（如热继电器动作电流和整定值的标注、导线截面积等）可用小号字体标注在电器文字符号的下面。

图2-1　电动机正反转的电气原理图

2.1.3　元件布置图

电器元件布置图主要是表明机械设备上所有电气设备和电器元件的实际位置，是电气控制设备制造、安装和维修必不可少的技术文件。图2-2所示为电动机正反转的元件布置图。

图2-2　电动机正反转的元件布置图

2.1.4　接线图

接线图主要用于安装接线、线路检查、线路维修和故障处理。它表示了设备电控系统各单元和各元器件间的接线关系，并标注出所需数据，如接线端子号、连接导线参数等，实际应用中通常与电路图、位置图一起使用。图2-3所示为电动机正反转的接线图。

图2-3　电动机正反转的接线图

2.2　电动机直接启动控制电路

三相笼型异步电动机由于具有结构简单、价格便宜、坚固耐用等优点而获得广泛的应用。在生产实际中，它的应用占到了全部使用电动机的80%以上。三相笼型异步电动机的控制电路大都由继电器、接触器、按钮开关等有触点的电器组成，本节介绍其直接启动的控制电路。

电动机通电后由静止状态逐渐加速到稳定运行状态的过程称为电动机的启动，三相笼型异步电动机的启动有降压和全压启动两种方式。若将额定电压全部加到电动机定子绕组上使电动机启动，称为全压启动或直接启动。全压启动所用的电气设备少，电路简单，但启动电流大，同时会造成电网电压降低而影响同一电网下其他用电设备的稳定运行。因此，容量小的电动机才允许采取直接启动。

2.2.1　电动机的点动控制

电动机的点动控制电路是用按钮开关、接触器来控制电动机运行的，是最简单的控制电路，其控制电路如图2-4所示。

所谓点动控制是指按下启动按钮时，电动机就得电运行；松开启动按钮时，电动机就失电停止运行。这种控制方法常用于电动葫芦的升降控制和机床的手动调校控制。

图2-4　电动机点动控制电路

1．主电路元器件

在图2-4中，主电路由三相空气开关QF、交流接触器主触点KM、热继电器的热元件FR以及三相电动机M组成。

2．控制回路元器件

在图2-4中，控制回路由熔断器FU1、FU2、按钮SB、电源指示灯EL、交流接触器线圈KM及热继电器的辅助常闭触点FR组成。

3．工作原理

当电动机M需要点动运行时，先合上空气开关QF，再按下启动按钮SB，此时接触器KM的线圈得电，接触器KM的三对常开主触点闭合，电动机M便得电启动运行；当电动机M需要停止运行时，只要松开启动按钮SB，此时接触器KM的线圈失电，接触器KM的3对常开主触点恢复断开，电动机M便失电而停止运行。

2.2.2　电动机的单向连续运行控制

在点动控制的基础上增加停止按钮和交流接触器的辅助常开触点后，即为单向连续运行（又称启保停）控制，其电路图及工作原理参见实训1。

2.2.3　电动机单向点动与连续运行控制

单向点动与连续运行控制是在点动控制与单向连续运行控制的基础上增加一个复合按钮，即为单向点动与连续运行控制电路，其电路图如图2-5所示。

图2-5　单向点动与连续运行控制电路

1．主电路元器件

在图2-5中，主电路由三相空气开关QF、交流接触器主触点KM、热继电器的热元件FR以及三相电动机M组成，与图2-4所示的主电路完全一致。

2．控制回路元器件

在图2-5中，控制回路由熔断器FU1、FU2、电源指示灯EL、常闭按钮SB1、复合按钮SB2、常开按钮SB3、热继电器的常闭触点FR、交流接触器线圈KM及其辅助常开触点组成。

3．工作原理

（1）控制电路通电。

（2）点动运行。

（3）连续运行。

（4）停止运行。

（5）控制电路断电。

根据上述工作原理，该电路适用于需要点动调校与连续运行的场所（如机床、吊车等），是一种很实用的控制电路。

实训1　电动机的启保停控制

1．实训目的

① 熟悉交流接触器、热继电器、按钮等电气元件的图形符号和文字符号。

② 熟练掌握用万用表检查交流接触器、热继电器、按钮等电气元件的好坏。

③ 能识读简单电气控制电路图，并能分析其动作原理。

④ 掌握按电气控制电路图连接电路的方法及技巧。

2．实训器材（本章实训器材类似，下略）

① 电气控制柜1个（包括交流接触器、热继电器、按钮、行程开关等电器元件）。

② 电工常用工具1套（包括万用表1个、剥线钳1把、斜口钳1把、尖嘴钳1把、螺丝刀2支）。

③ 导线若干。

3．实训电路

电动机启保停控制的电路如图2-6所示。

图2-6　电动机启保停控制电路

4．电路工作原理

（1）启动过程。

当松开SB2时，虽然它恢复到断开位置，但由于有KM的辅助动合触点（已经闭合了）与之并联，因此KM线圈仍保持通电。这种利用接触器本身的动合触点使接触器线圈保持通电的作法称为自锁或自保，该动合触点就叫自锁（或自保）触点。正是由于自锁触点的作用，所以在松开SB2时，电动机仍能继续运行，而不是点动运行。

（2）停止过程。

当松开SB1时，其常闭触点虽恢复为闭合状态，但因接触器KM的自锁触点在其线圈失电的瞬间已断开解除了自锁（SB2的常开触点也已断开），所以接触器KM的线圈不能得电，KM的主触点断开，电动机M就停止运行。

5．元件选择和检查

从电气控制柜中选出图2-6中所需的电气元件，并分别检查其好坏。元件清单如下：三相空气开关（1个）、交流接触器（1个）、热继电器（1个）、熔断器（2个）、停止按钮（1个）、启动按钮（1个）、电动机（1台）。

6．电路装接

装接电路应遵循“先主后控，先串后并；从上到下，从左到右；上进下出，左进右出”的原则进行接线。其意思是接线时应先接主电路，后接控制电路，先接串联电路，后接并联电路；并且按照从上到下，从左到右的顺序逐根连接；对于电气元件的进出线，则必须按照上面为进线，下面为出线，左边为进线，右边为出线的原则接线，以免造成元件被短接或接错。

装接电路的工艺要求：“横平竖直，弯成直角；少用导线少交叉，多线并拢一起走。”其意思是横线要水平，竖线要垂直，转弯要是直角，不能有斜线；接线时，尽量用最少的导线，并避免导线交叉，如果一个方向有多条导线，要并在一起，以免接成“蜘蛛网”。

在遵循上述原则的基础上，可按照图2-7所示接线图逐根地进行接线。

图2-7　接线图

7．电路检查

（1）主电路的检查（断开熔断器FU1，并将万用表打到R×1挡或数字表的200Ω挡，若无说明，则主电路检查时均置于该位置）

① 将表笔放在1、2处，人为使KM吸合（有的只需按KM），此时万用表的读数应为电动机两绕组的串联电阻值（设电动机为Y接法）；

② 将表笔放在1、3处，按KM，万用表的读数应同上；

③ 将表笔放在2、3处，按KM，万用表的读数应同上。

（2）控制电路的检查（将万用表打到R×10或R×100挡或数字万用表的2k挡，若无说明，则控制电路检查时，万用表挡位均置于该位置。表笔放在3、17处，若无说明，则控制电路检查时，万用表表笔均置于该位置）

① 此时万用表的读数应为无穷大，按SB2，读数应为KM线圈的电阻值；

② 按KM，万用表读数应为KM线圈的电阻值，若再同时按SB1，则读数应变为无穷大。

8．通电试车

通过上述检查正确后，可在教师的监护下通电试车。

① 合上QF，即接通电路电源。

② 按一下启动按钮SB2，接触器KM得电吸合，电动机连续运行。

③ 按一下停止按钮SB1，接触器KM失电断开，电动机停止运行。

④ 断开QF，即断开电路电源。

9．实训思考

① 总结实训过程中应注意的安全事项。

② 若SB1和SB2都接成常闭（或常开）按钮，会有什么现象？

③ 若将控制回路的380 V电源误接成220 V，会有什么现象？

④ KM的自锁触点不接，会有什么后果？

⑤ 请设计一个电动机启保停的控制电路，要求电动机运行时绿灯亮，电动机停止时红灯亮。

2.3　电动机制动控制电路

以电动机为原动机的机械设备，当须迅速停车或准确定位时，则需对电动机进行制动，使其转速迅速下降。制动可分为机械制动和电气制动：机械制动一般为电磁铁操纵抱闸制动；电气制动是电动机产生一个和转子运行方向相反的电磁转矩，使电动机的转速迅速下降。三相交流异步电动机常用的电气制动方法有能耗制动、反接制动和发电反馈制动。

2.3.1　反接制动

异步电动机反接制动是改变三相异步电动机定子绕组中三相电源的相序，实现反接制动。　 图2-8所示为相序互换的反接制动控制电路，当电动机正常运行需制动时，将三相电源相序切换，然后在电动机转速接近零时将电源及时切掉。控制电路是采用速度继电器来判断电动机的零速点并及时切断三相电源的。速度继电器KS的转子与电动机的轴相连，当电动机正常运行时，速度继电器的动合触点闭合；当电动机停车，转速接近零时，动合触点打开，切断接触器KM2的线圈电路。

图2-8　反接制动控制电路

反接制动控制电路的工作过程如下。

（1）启动。

合上空气开关QF，给电路送电。

（2）制动。

当电动机的转速接近零时，KS的动合触点断开→KM2线圈失电→制动结束。

2.3.2　能耗制动

能耗制动是在定子绕组断开三相交流电源的同时，在三相绕组中通入直流电，产生制动转矩。对于10 kW以下小容量电动机，且对制动要求不高的场合，常采用半波整流能耗制动，其电路图及电路分析参见实训2。对于10 kW以上容量较大的电动机，多采用有变压器全波整流能耗制动的控制电路。

实训2　电动机的能耗制动控制

1．实训目的

① 掌握时间继电器的各种图形符号及其区别。

② 熟悉二极管的作用。

③ 熟练分析电动机能耗制动控制电路的动作原理。

④ 熟练掌握用万用表检查主电路、控制电路及根据检查结果判断故障位置。

2．实训电路

电动机能耗制动的控制电路如图2-9所示。

图2-9　能耗制动控制电路

3．电路工作原理

图2-9中的主电路有两个交流接触器，其中，KM1用来控制电动机的启动和停止，而KM2则用来接通直流电使电动机制动。能耗制动的原理如下：当按下启动按钮SB1时，KM1线圈得电，交流接触器KM1主触点闭合，电动机定子绕组接通三相交流电，电动机开始运行；在电动机运行过程中，当按下制动按钮SB时，KM1线圈失电，交流接触器KM1主触点断开，切断三相交流电源，与此同时，交流接触器KM2主触点闭合，将经过二极管VD整流后的直流电通入定子绕组，使电动机制动。此时电动机绕组V1V2和绕组W1W2并联后与绕组U1U2串联，其定子绕组的连接如图2-10所示。能耗制动控制电路的工作过程如下。

图2-10　制动时电动机定子绕组的连接图

（1）电动机M运行过程。

（2）电动机M制动过程。

根据上述动作原理，该电路适用于10 kW以下小容量异步电动机的制动，且对制动要求不高的场所。对于10 kW以上容量较大的异步电动机的制动，多采用带变压器的全波整流能耗制动。

4．元件选择和检查

从电气控制柜中选出如图2-9所示的电气元件，并对电气元件进行检查，元件清单如下：低压断路器（1个）、交流接触器（2个）、热继电器（1个）、二极管（1个）、熔断器（2个）、启动按钮（1个）、停止（复合）按钮（1个）、晶体管时间继电器（1个）、电动机（1台）。

5．电路装接

由图2-10可知，其主电路的接线可以这样进行：从KM1的3个主触点的3条进线中任取一条接到KM2主触点的两条进线处，第3条进线接二极管的一端（不分阴、阳极），KM2主触点的3条出线可不分相序地分别接到KM1的3条出线处或FR的3条进线处，如图2-11所示。其他线路及控制回路则按电路图接线。

图2-11　半波整流能耗制动主电路接线图

6．电路检查

（1）主回路的检查。

① KM1的检查与实训1相似。

② KM2的检查，将表笔放在图2-9的3和4处，按KM2，则读数应为电动机2个绕组并联后再与另一绕组串联的电阻值（可用图2-10来分析）。

（2）控制回路的检查。

① 未按任何按钮时，读数应为无穷大。

② 分别按SB1和KM1，读数应为KM1线圈的电阻值。

③ 分别按SB和KM2，读数应为KM2和KT线圈的并联电阻值。

④ 同时按SB1（或KM1）和KM2（或SB），读数应为KM2和KT线圈并联的电阻值。

7．通电试车

经过上述检查正确后，可在老师监护下通电试车。

① 合上QF，即接通电路电源。

② 按启动按钮SB1，则电动机运行。

③ 按停止按钮SB，则电动机立即停止，同时KM2吸合，延时时间到KM2断电释放。

④ 断开QF，即断开电路电源。

8．实训思考

① 用数字万用表检查二极管与用指针式万用表检查二极管有何区别？

② 若去掉图2-9中KM2的常闭触点，则电路有什么缺陷？并说出其在电路中的作用？

③ 二极管开路或短路时，会出现什么现象？

④ 轻按SB时，电动机能制动吗？

⑤ 请设计一个电动机电磁抱闸通电制动控制电路。

2.4　电动机降压启动控制电路

容量小的电动机才允许直接启动，那么容量较大的电动机采取什么样的启动方式呢？容量较大的笼型异步电动机（一般大于4 kW）因启动电流较大，直接启动时启动电流为其额定电流的4～8倍。所以一般都采用降压启动方式，即启动时降低加在电动机定子绕组上的电压，启动后再恢复到额定电压下运行。由于电枢电流和电压成正比，所以降低电压可以减小启动电流，不至于在启动瞬间由于启动电流大而产生过大的电压降，从而造成对电网电压的影响。

笼型异步电动机常用的降压启动方法有定子绕组串电阻（或电抗）、星形—三角形（/△）、自耦变压器和使用软启动器等。绕线型异步电动机常用的降压启动方法有转子绕组串电阻和转子绕组串频敏变阻器。

2.4.1　/△降压启动

/△降压启动是笼型三相异步电动机常用的降压启动方法。/△降压启动是指电动机启动时，使定子绕组接成，以降低启动电压，限制启动电流；电动机启动后，当转速上升到接近额定值时，再把定子绕组改接为△，使电动机在额定电压下运行。/△启动只适用于正常运行时为△连接的笼型电动机，而且只适用于轻载启动，如碎石机等。/△启动控制分为手动和自动两种，手动/△启动控制电路如图2-12所示。

图2-12　手动/△启动控制电路图

在图2-12所示的手动/△启动控制电路中，主电路有3个交流接触器KM、KM和　 KM△。当接触器KM和KM主触点闭合时，电动机M的3个定子绕组末端W2、U2、V2接在一起，即接法；当接触器KM和KM△主触点闭合时，U1与W2相连，V1与U2相连，W1与V2相连，三相绕组首尾相接，即△接法。热继电器FR对电动机实现过载保护，其工作过程如下。

（1）控制电路通电

（2）电动机接法降压启动

（3）电动机△接法全压运行

（4）电动机停止运行

（5）控制电路断电

若想实现自动/△启动控制，可在控制回路加时间继电器，启动时电动机绕组连接，启动完成后，由时间继电器实现电动机绕组由连接自动转换成△连接，其电路图及电路分析参见实训3。

2.4.2　定子绕组串电阻降压启动

电动机启动时在三相定子绕组中串接电阻，使定子绕组上电压降低，启动结束后再将电阻短接，使电动机在额定电压下运行，这种启动方式不受电动机接线方式的限制，设备简单，因此在中小型生产机械中应用广泛。但由于需要启动电阻，使控制柜的体积增大，电能损耗增大。对于大容量的电动机往往采用串接电抗器实现降压启动。图2-13所示为定子串接电阻降压启动控制电路，其工作过程如下。

图2-13　定子绕组串电阻降压启动控制电路

合上电源开关QF。

2.4.3　定子绕组串自耦变压器降压启动

在自耦变压器降压启动的控制电路中，电动机启动电流的限制是靠自耦变压器的降压作用来实现的。启动时，电动机的定子绕组接在自耦变压器的低压侧，启动完毕后，将自耦变压器切除，电动机的定子绕组直接接在电源上，全压运行。图2-14所示为定子绕组串自耦变压器降压启动的控制电路，其电路的工作过程如下。

合上QF，给电路送电。

图2-14　定子串接自耦变压器降压启动控制电路

2.4.4　转子绕组串电阻启动

绕线型异步电动机的转子回路可经过滑环外接电阻，不仅可减小启动电流，同时可加大启动转矩，在启动要求较高的场合应用非常广泛。

转子回路串接启动电阻，一般接成，且分成若干段，启动时电阻全部接入，启动过程中逐段切除启动电阻。切除电阻的方法有三相平衡切除法及三相不平衡切除法。三相平衡切除法，即每次每相切除的启动电阻相同。图2-15所示为绕线式电动机转子绕组串电阻启动的控制电路，其工作过程如下。

图2-15　绕线式电动机转子绕组串电阻启动的控制电路

合上开关QF，给电路送电。

2.4.5　转子绕组串频敏变阻器启动

绕线型异步电动机除转子绕组串电阻启动的控制方式外，还有转子绕组串频敏变阻器启动。频敏变阻器实质上是一个铁芯损耗很大的三相电抗器，将其串接在转子电路中，它的等效阻抗与转子的电流频率有关。启动瞬间，转子的电流频率最大，频敏变阻器的等效阻抗最大，转子电流受到抑制，定子电流也不致很大；随着转速的上升，转子的频率逐渐减小，其等效阻抗也逐渐减小；当电动机达到正常转速时，转子的频率很小，其等效阻抗也变得很小。因此，绕线式异步电动机转子绕组串频敏变阻器启动时，随着启动过程中转子电流频率的降低，其阻抗自动减小，从而实现了平滑的无级启动。图2-16所示为绕线式电动机转子绕组串频敏变阻器启动的控制电路，其电路的工作过程如下。

图2-16　绕线式电动机转子绕组串频敏变阻器启动的控制电路

在图2-16中，若KT延时闭合触点或KM2常开触点粘连，则KM2线圈在电动机启动时就得电吸合，从而造成电动机直接启动；若KT延时闭合触点不能闭合，则KM2线圈不能得电吸合，从而造成转子长期串接频敏变阻器运行。因此，该电路只有在KM2、KT触点工作正常时才允许KM1线圈得电吸合。

实训3　电动机的/△降压启动控制

1．实训目的

① 学会分析电动机/△降压启动控制电路的动作原理。

② 熟练掌握电动机/△降压启动的接线。

③ 能够识读较复杂的控制电路。

2．实训电路

电动机/△降压启动的控制电路如图2-17所示。

图2-17　电动机/△降压启动的控制电路

3．电路工作原理

图2-17中的主电路由KM、KM、KM△3个交流接触器和FR组成，当接触器KM和KM主触点闭合时，电动机M的3个定子绕组末端U2、V2、W2接在一起，即启动，以降低启动电压限制启动电流。电动机启动后，当转速上升到接近额定值时，接触器KM断开，KM△主触点闭合，此时U1与W2相连，V1与U2相连，W1与V2相连，即把定子绕组改接为△，电动机在全电压下运行。热继电器FR对电动机实现过载保护，其控制过程如下。

（1）电动机降压启动

（2）电动机△全压运行

（3）电动机停止运行

根据上述动作原理，该电路适用于正常运行时为△连接且轻载启动的笼型电动机，如碎石机等。

4．元件选择和检查

从电气控制柜中选出如图2-17所示的电气元件，并对电气元件进行检查，元件清单如下：低压断路器（1个）、交流接触器（3个）、热继电器（1个）、熔断器（2个）、启动按钮（1个）、停止按钮（1个）、电动机（1台）。

5．电路装接

主回路的接线比较复杂，可按图2-18所示进行接线，其接线步骤如下。

① 用万用表判别出电动机每个绕组的2个端子，可设为：U1、U2，V1、V2和W1、W2。

② 按图2-18所示将电动机的6条引线分别接到KM△的主触点上。

③ 从W1、V1、U1分别引出一条线，再将这3条线不分相序地接到KM主触点的3条进线处，KM主触点的3条出线短接在一起。

④ 从V2、U2、W2分别引出一条线，再将这3条线不分相序地接到FR的3条出线处，再将主电路的其他线按图2-18所示进行连接。

图2-18　电动机/△降压启动主电路的接线图

⑤ 主电路接好后，可用万用表的R×100挡分别测KM△的3个主触点对应的进出线处的电阻。若电阻为无穷大，则正确；若其电阻不为无穷大（而为电动机绕组的电阻值），则△的接线有错误。

⑥ 按图2-17所示将控制电路接好。

6．电路检查

（1）主电路的检查

① 表笔放在1，2处，同时按KM和KM，读数应为电动机两绕组的串联电阻值。

② 表笔放在1，2处，同时按KM和KM△，读数应小于电动机一个绕组的电阻值。

③ 表笔放在1，3处或2，3处，分别用上述方法检查。

（2）控制回路的检查

① 未按任何按钮时，读数应为无穷大。

② 按SB1，读数应为KT线圈与KM线圈的并联电阻值；再同时按下SB，则读数应变为无穷大。

③ 按KM，读数应为KM线圈和KM△线圈的并联电阻值；再同时轻按KM，则读数应为KM线圈的电阻值；再用力按KM，则读数应为KM、KT、KM线圈的并联电阻值（当轻按KM时，KM的辅助动断点能断开，而KM的辅助动合点不能闭合；重按时，则KM的动合点就闭合了）。

7．通电试车

经上述检查正确后，可在老师的监护下通电试车。

① 合上QF，即接通电路电源。

② 按SB1，则KM和KM吸合，电动机星形启动，并且KT线圈得电开始延时。

③ 延时到时，KM断电释放，KT线圈失电，KM△吸合，电动机三角形运行。

④ 按SB，KM和KM△断电释放，电动机停止。

⑤ 断开QF，即断开电路电源。

8．实训思考

① /△启动适合什么样的电动机？并分析电动机绕组在启动过程中的连接方式。

② 电源缺相时，为什么启动时电动机不运行，到了△连接时，电动机却能运行（只是声音较大）？

③/△启动时的启动电流为直接启动时的多少倍？若是重载启动，则启动时间一般为多少？

④ 当按下SB1后，若电动机能启动，而一松开SB1，电动机即停止运行，则故障可能出在哪些地方？

⑤ 若按下SB1后，电动机能启动，但不能△运行，则故障可能出在哪些地方？

2.5　电动机调速控制电路

多速电动机能代替笨重的齿轮变速箱，满足特定的转速需要，且由于其成本低，控制简单，在实际应用中较为普遍。由电动机原理可知，改变极对数可改变电动机的转速n=(1−s) 60f/p，多速电动机就是通过改变电动机定子绕组的接线方式而得到不同的极对数，从而达到不同速度的目的。双速、三速电动机是变极调速中最常用的两种形式。

2.5.1　双速电动机的控制

双速电动机定子绕组的连接方式常用的有两种：一种是绕组从单改成双，即将图2-19（b）所示的连接方式转换成如图2-19（c）所示的连接方式；另一种是绕组从△改成双，即将图2-19（a）所示的连接方式转换成如图2-19（c）所示的连接方式。这两种接法都能使电动机产生的磁极对数减少一半，即使电机的转速提高一倍。

图2-19　双速电动机的定子绕组的接线图

图2-20所示为双速电动机的控制电路，当按下启动按钮，主电路接触器KM1的主触点闭合，电动机△连接，电动机以低速运行；同时，KA的常开触点闭合使时间继电器线圈通电，经过一段时间（时间继电器的整定时间），KM1的主触点释放，KM2、KM3的主触点闭合，电动机的定子绕组由△变双，电动机以高速运行。双速电动机控制的工作过程如下。

图2-20　双速电动机的控制电路

合上电源开关QF，给电路送电。

2.5.2　三速电动机的控制

在结构上，三速电动机的内部一般装设两套独立的定子绕组，工作时，通过改变绕组的组合方式而得到不同的磁极对数，从而得到不同的电动机转速以达到调速的目的。图2-21所示为三速电动机的控制电路，其工作过程如下。

图2-21　三速电动机的控制电路

合上电源开关QF，给电路送电。

（1）低速运行。

（2）中、高速运行。

（3）停止运行。

2.6　其他基本控制电路

电气控制系统除了上述基本电路外，常用的还有电动机的多地控制、正反转控制、行程控制、顺序控制等。

2.6.1　电动机的多地控制

电动机的多地控制是指在多个地方对电动机进行启动和停止的控制，其中两地控制和三地控制是应用最多的控制方式。图2-22所示为两地控制的控制电路，其工作过程如下。

图2-22　电动机的两地控制电路

（1）控制电路通电

（2）启动过程

（3）停止过程

（4）控制电路断电

根据上述动作原理，该电路适应于需要在两个地方控制同一台电动机（即在两个地方对同一台电动机进行启动和停止）的场所。

2.6.2　电动机的正反转控制

在生产和生活中，许多设备需要两个相反的运行方向，如电梯的上升和下降，机床工作台的前进和后退，其本质就是电动机的正反转。要实现电动机的正反转，只要将接至电动机三相电源进线中的任意两相对调接线，即可达到反转的目的。其控制电路及电路分析参见实训4。

2.6.3　电动机的行程控制

在生产过程中，常遇到一些生产机械运动部件的行程或位置要受到限制，如在摇臂钻床、万能铣床、桥式起重机及各种自动或半自动控制机床设备中就经常要使用行程控制。行程控制，就是当运动部件到达一定位置时，通过行程开关的动作来对运动部件的运动进行控制，又称位置控制。行程开关是由装在运动部件上的挡块来撞动的，并使其触点动作来接通或断开电路。行程控制可分为手动行程控制和自动行程控制。

有些生产机械，如万能铣床，要求工作台在一定范围内能自动往返运动，以便实现对工件的连续加工，提高生产效率。由行程开关控制的工作台自动往返控制电路称为正反转行程控制，其电路图如图2-23所示。在图2-23中，主电路由两个交流接触器KM1和KM2控制同一台电动机。当KM1主触点闭合时，电动机正转，通过机械传动机构使工作台右移，而当KM2主触点闭合时，电动机反转，工作台左移。

在图2-23中的控制电路中设置了SQ1、SQ2、SQ3和SQ4四个行程开关，并把它们安装在工作台需限位的地方。其中，SQ1、SQ2被用来实现电动机的正反转控制，实现工作台的自动往返行程控制；SQ3、SQ4被用来作终端保护，以防止SQ1、SQ2失灵，工作台越过限定位置而造成事故。控制电路中SB1、SB2分别作为电动机正、反转启动按钮，当工作台在左端时，按下SB1，电动机正转，工作台右移；当工作台在右端时，则按下SB2，电动机反转，工作台左移。其电路的工作过程如下。

图2-23　正反转行程控制电路图

（1）控制电路通电

（2）工作台右移

（3）工作台停止右移（左移开始）

（4）工作台停止左移（右移开始）

（5）工作台重复工作过程

工作台重复工作过程（3）和（4）的动作，在限定行程内自动往返运动。

（6）工作台停止运动

（7）控制电路断电

2.6.4　电动机的顺序控制

在装有多台电动机的生产机械上，各电动机所起的作用是不相同的，有时需要顺序启动，才能保证操作过程的合理性和工作的安全可靠性。控制电动机顺序动作的控制方式叫顺序控制，顺序控制可分为手动顺序控制和自动顺序控制。下面介绍如何实现手动顺序控制，手动顺序控制电路如图2-24所示。

图2-24　手动顺序控制电路图

在手动顺序控制电路的主电路中，自动空气开关QF用于接通和分断三相交流电源，两个交流接触器KM1和KM2分别控制两台电动机M1和M2，热继电器FR1和FR2对电动机实现过载保护。在手动顺序控制电路中，熔断器FU1和FU2起短路保护的作用，常开按钮SB1和SB3用于控制电动机的启动，常闭按钮SB和SB2用于控制电动机的停止运行。其工作过程如下。

（1）控制电路通电。

（2）电动机M1先启动。

（3）电动机M2后启动。在M1运行状态下，

（4）电动机逆序停止。

（5）电动机M1、M2同时停止运行。

（6）控制电路断电。

手动顺序控制电路具有如下特点。

① 电动机M2的控制电路与KM1常开触点串联，这样就保证了M1启动后，M2才能启动的顺序控制要求。

② 停止按钮SB2只控制电动机M2停止运行，而总停止按钮SB可控制电动机M1、M2同时停止运行。

若想实现自动顺序控制，则可通过时间继电器来实现，其控制电路及电路分析参见实训5。

实训4　电动机的正反转控制

1．实训目的

① 进一步熟悉电气元件的图形符号和文字符号及其好坏判别。

② 识读简单电气控制电路图，并能分析其动作原理。

③ 掌握电气控制电路图的装接及检查。

2．实训电路

电动机正反转控制的电路如图2-25所示。

图2-25　电动机正反转控制电路原理图

3．电路工作原理

（1）电动机正转。

（2）电动机停止正转。

（3）电动机反转。

（4）电动机停止反转。

4．元件选择和检查

从电气控制柜中选出如图2-25所示的电气元件，并对电气元件进行检查，元件清单如下：低压断路器（1个）、交流接触器（2个）、热继电器（1个）、熔断器（2个）、启动按钮（2个）、停止按钮（1个）、电动机（1台）。

5．电路装接

在按图2-25装接电路时，要注意主电路中KM1和KM2的相序，即KM1和KM2进线的相序要相反，而出线的相序则完全相同。另外还要注意KM1和KM2的辅助常开和辅助常闭触点的连接。

6．电路检查

（1）主电路的检查。检查方法与实训1相似。

（2）控制电路的检查。未按任何按钮时读数应为无穷大；分别按下SB1、SB2、KM1、KM2时，读数均应为KM1或KM2线圈的电阻值；再同时按下SB，此时读数应为无穷大。

7．通电试车

经过上述检查正确后，可在老师监护下通电试车。

① 合上QF，即接通电路电源。

② 按启动按钮SB1，则电动机正转。

③ 按停止按钮SB，则电动机正转停止。

④ 按启动按钮SB2，则电动机反转。

⑤ 按停止按钮SB，则电动机反转停止。

⑥ 断开QF，即断开电路电源。

8．实训思考

① 电动机正转启动后，按SB2能实现反转吗？

② 若去掉图2-25中KM1和KM2的辅助常闭触点，则对电路有何影响？

③ 若电源缺一相，则电动机能运行吗？

④ 若电动机能正转运行，但是没有反转，请分析是什么原因？

⑤ 请设计一个带按钮和接触器双重互锁的电动机正反转控制电路。

⑥ 请设计一个带点动功能的电动机正反转控制电路。

实训5　电动机的自动顺序控制

1．实训目的

① 掌握自动顺序控制的工作原理。

② 掌握自动顺序控制电路的装接。

③ 掌握自动顺序控制电路的检查和通电运行。

2．实训电路

自动顺序控制电路图如图2-26所示。其中，主电路由两个交流接触器KM1和KM2分别控制两台电动机M1和M2，热继电器FR1和FR2对电动机实现过载保护。

图2-26　自动顺序控制电路图

3．电路工作原理

（1）电动机M1启动延时后M2自动启动。

（2）电动机M1、M2同时停止运行。

4．元件选择和检查

从电气控制柜中选出如图2-26所示的电气元件，并对电气元件进行检查，元件清单如下：低压断路器（1个）、交流接触器（2个）、热继电器（2个）、熔断器（2个）、启动按钮（1个）、停止按钮（1个）、电动机（2台）。

5．电路装接

在按图2-26所示装接电路时，注意主电路要接两台电动机，如果条件有限，则第2台电动机可以不接，即只需要接到FR2为止。另外，控制电路要注意KT的引脚分配。

6．电路检查

（1）主电路检查。检查方法与实训1相似。

（2）控制电路检查。

① 未按任何按钮时，万用表指针应指到无穷大。

② 按下按钮SB1时，万用表应指示KM1、KT线圈电阻的并联值；同时按下SB1和SB，指针应指向无穷大。

③ 按下接触器KM1时，万用表应指示的电阻值与上述值相同。

④ 同时按下接触器KM1、KM2时，万用表应指示KM1、KM2线圈电阻的并联值。

7．通电试车

经过上述检查正确后，可在老师监护下通电试车。

① 闭合开关QF，即接通电路电源。

② 按下启动按钮SB1，电动机M1运行；经过延时后，电动机M2自行启动并连续运行。

③ 按下停止按钮SB使电动机M1、M2同时停止运行。

④ 断开开关QF，即断开电路电源。

8．实训思考

① 在图2-26中，若按下SB1后，电动机M1、M2同时启动，则有可能是哪些地方接错了？

② 在图2-26中，若合上空气开关QF后，电动机M2就开始运行，而按下SB1后，电动机M1开始运行，过一会，电动机M2又停止运行，则有可能是哪些地方接错了？

③ 请设计一个3台电动机顺序启动的控制电路。

思考题

1．叙述电动机点动控制、单向运行控制和正反转控制电路的工作原理。

2．叙述电气控制电路的装接原则和接线工艺要求。

3．请设计一个能在3个地方用按钮启动和停止电动机的控制电路。

4．图2-13所示的定子绕组串电阻降压启动控制电路中，该电路正常工作时KM1、KM2、KT均工作，若要减小控制回路的电能损耗，启动后只需KM2工作，KM1、KT只在启动时短时工作，请设计此电路。

5．图2-24所示的手动顺序控制电路中，合上空气开关后，直接按下SB3，电动机M2能否启动？

6．什么是自锁？什么是互锁？

7．图2-23中，若SQ1失灵，会出现什么现象？

8．在图2-12所示电路中，若按下SB1后电动机启动，但是按下SB2后电动机不能△运行，则有可能是哪里接错了线？

9．能耗制动控制的原理是什么？

10．设计一个控制电路，要求第1台电动机启动5s后第2台自行启动，第2台运行5s后第1台停止，同时第3台启动运行，第3台运行5s后电动机全部停止。