第2章-建筑电气控制技术电子课件.ppt

1、在工业、农业、交通、民用等领域中，广泛使用着各种生产机械和设备，它们大都以电动机作为动力来进行拖动。对电动机进行自动控制，最常见的是继电器接触器控制方式，又称电气控制。电气控制线路电气控制线路是由各种低压电器如按钮、行程开关、继电器、接触器等，按照一定方式用导线连接起来组成的具有某种控制功能的控制线路，它可以方便地实现对电力拖动系统的起动、停止、调速等运行状态的控制，具有线路简单、调试方便、价格低廉、便于掌握等优点，在目前许多工矿企业各种生产机械的控制中具有广泛的应用。本章内容：电气控制系统的基本环节电气控制系统的基本环节；电气控制线路设计的基本规律电气控制线路设计的基本规律；典型的控制线路环

2、节典型的控制线路环节；控制线路的分析方法和设计原则。控制线路的分析方法和设计原则。2.12.1 电气控制线路的绘制原则、图形及文字符号为便于对控制系统进行分析和设计，需要将组成电气控制系统的各种元器件、设备及连接方式用国家标准规定的文字、符号以图的形式表示出来。这种图称为电气控制线路图电气控制线路图，主要分为电气原理图电气原理图和电气安装图电气安装图两种形式。电气原理图电气原理图是根据电路的工作原理绘制的，其结构简单，便于电路的分析和设计；电气电气安装图安装图是按照各种电器的实际位置、大小进行实际接线的电路图，在实现电路控制原理的基础上还要考虑到设备的安装与维修。本书讲述的是电气原理图。2.1

3、.12.1.1 常用的电气图形符号和文字符号绘制电气控制线路图时，电气元件的图形符号和文字符号必须符合国家标准的规定，不能任意采用非标准符号。国家标准局参照国际电工委员会（IEC）相关文件，制定和颁布了我国的电气设备国家标准：GB4728-84GB4728-84电气图用图形符号、电气图用图形符号、GB6988-87GB6988-87电气制图电气制图和GB7159-87GB7159-87电气技术中的文字符电气技术中的文字符号制订通则号制订通则。表2-1列出了电气控制线路图设计中常用的图形符号和文字符号。2.1.22.1.2 电气控制原理图的绘制原则绘制电气原理图的目的是便于阅读和分析电路，因此线

4、路的设计应简明、清晰、易懂。绘制电气控制原理图应遵循以下原则：1所有的电器、元件都应按照国家标准统一规定的图形符号和文字符号来表示。所有的电器、元件都应按照国家标准统一规定的图形符号和文字符号来表示。如果标准中给出多种形式，图形符号的选择可采用以下原则：（1）应尽可能采用优选形式。（2）在满足控制要求的前提下，尽量采用最简形式。（3）在同一图号的电路图中相同的电器元件符号应采用同一种形式。2表示导线、信号通路、连接线等的图线应是交叉和折弯最少的直线。表示导线、信号通路、连接线等的图线应是交叉和折弯最少的直线。较为复杂的图形应尽可能减少线条数目，并尽量避免线条交叉。3电路或元件应按输入输出功能布

5、置，并尽可能按电路的工作顺序排列，对因果次序清楚的控电路或元件应按输入输出功能布置，并尽可能按电路的工作顺序排列，对因果次序清楚的控制电路其布局顺序应从左到右或从上到下。制电路其布局顺序应从左到右或从上到下。4为突出或区分某些电路及其功能，导线、电器符号或连接线可采用粗细不同的线来表示。为突出或区分某些电路及其功能，导线、电器符号或连接线可采用粗细不同的线来表示。5原理图中所描述的各类元器件、设备、触点均以自然状态画出。自然状态原理图中所描述的各类元器件、设备、触点均以自然状态画出。自然状态也称为非激励状态非激励状态，是指电器元件在没有通电或没有受外力作用时的状态。如对于电磁式继电器和接触器是

6、指其线圈没有通电吸合的状态，对于按钮是指其没有被压下的状态。6同一电器元件的不同部分，如接触器的线圈、主触点和辅助触点，均应采用同一文字符号表示。同一电器元件的不同部分，如接触器的线圈、主触点和辅助触点，均应采用同一文字符号表示。7如果电路中包含多个同一种类的电器，可在文字符号后加上数字序号以示区分如果电路中包含多个同一种类的电器，可在文字符号后加上数字序号以示区分，如KM1、KM2，SB1、SB2等。注意：注意：电气原理图中各电器、设备及其导电部件，以及接线端点，均不要求按照它们的实际位置来绘制，也无需反映电器元件的实际形状和大小。根据负载电流的大小可将电气控制原理图划分为主电路和控制电路。

7、主电路主电路是指流过较大电流的电路，用于控制电动机等负载，也称为负载主电路负载主电路；控制电路控制电路是指流过较小电流的电路，如由各种继电器组成的用于实现某种控制逻辑的电路、信号电路、照明电路、保护电路等。通常可将主电路绘制在图面的左侧或通常可将主电路绘制在图面的左侧或上方，控制电路绘制在图面的右侧或下方。上方，控制电路绘制在图面的右侧或下方。主电路和控制电路也可用不同粗细的线条分别绘制。图2-1 电气控制原理图举例2.1.32.1.3 电气原理图的组成图2-1 电气控制原理图举例电气原理图中的电路可以水平布置水平布置，也可垂直布置垂直布置。水平布置水平布置时，电源线垂直画，由各元件图形符号组

8、成的控制电路水平画，控制电路中的耗能元件（如线圈）画在电路的右端。垂直布置垂直布置时，电源线水平画，控制电路垂直画，控制电路中的耗能元件画在电路的下端。本书后续章节中均将控制电路以水平方向画出。2.1.42.1.4 电气原理图的阅读和分析在阅读和分析电气原理图之前，首先要了解被控对象对电力拖动系统的要求；了解被控对象有哪些运动部件以及这些部件是怎样动作的，各种运动或动作之间是否有相互的制约关系。还要熟悉电路图的制图规则及各电气元件的图形符号。电气原理图的阅读可从主电路入手，掌握其中各电器的动作特点和主电路的动作要求（主电路应具备的功能）后，再结合控制电路进行分析。主电路分析的一般步骤如下：（1

9、）弄清设备使用的电源。一般的设备多采用三相电源（380V、50Hz），也有采用直流电源的设备。（2）分析主电路电动机的数目，各自的用途和类别（鼠笼式异步电动机、绕线式异步电动机、直流电动机或是同步电动机）。（3）分清各电动机的动作要求，如起动、调速和制动方式，各电动机之间相互的制约关系等。（4）了解主电路中所用的控制电器及保护电器。前者是指除常规接触器之外的控制元件，如电源开关（转换开关及断路器）、万能转换开关。后者是指短路保护器件及过载保护器件，如熔断器、热继电器及过电流继电器等器件的用途及规格等。控制电路分析的一般步骤如下：（1）分析控制电路的电源电压分析控制电路的电源电压。一般的生产工艺

10、，如仅有一台或较少电动机的控制系统，选用的控制电器（如中间继电器、接触器、时间继电器）的类型比较单一，控制电路也比较简单。为了减少电源种类，控制电路的电压常采用交流380V，可直接由主电路引入。对于采用多台电动机且控制要求比较复杂的控制系统，选用的各控制电器类别可能不同，其控制电压的类型和等级也可能不同，如AC 110V、220V，DC 220V等，造成多种电压等级共存的情形（注意不同等级的（注意不同等级的交流电压应由隔离变压器供给交流电压应由隔离变压器供给）。所以在绘制控制电路时应根据控制电压的不同类型和等级分别绘制。本书后续章节给出的电气控制线路图中均将控制电路单独画出，并假设所有的控制电

11、器为同一电压等级，读者在实际的应用系统设计时要特别注意。（2）要充分了解控制电路中所采用的各种控制电器的用途要充分了解控制电路中所采用的各种控制电器的用途，如果采用了一些特殊结构的继电器，还应了解它们的动作原理，以便更好地理解它们在电路中所具有的功能。（3）按照从上向下、从左到右的顺序分析控制电路。按照从上向下、从左到右的顺序分析控制电路。对于较为复杂的控制电路，可按功能将其划分为若干个部分来分析。如起动部分、制动部分、主体循环部分等。对于控制电路的分析必须随时结合主电路的动作要求来进行；只有全面了解主电路对控制电路的要求，才能真正地掌握控制电路的工作原理。任何生产过程的控制原理都是由控制电路

12、实现的任何生产过程的控制原理都是由控制电路实现的。可以将控制电路简单地划分为输入电路输入电路、输出电路输出电路和保护电路保护电路（也可将保护电路并入输入电路），如图2-2所示。其中输入电路也称为检测电路，它由各控制电器和现场检测元件（如按钮、行程开关等）的触点（常开或常闭）组成，用以实现生产工艺所要求的控制逻辑；输出电路是指各控制电器的线圈部分；保护电路用以实现控制电路所具有的保护功能，如过载保护、过流保护等。2.1.52.1.5 电气控制电路的组成在控制电路中，由各触点组成的控制逻辑会影响各控制电器线圈的状态；线圈的通电与否又将引起相应触点状态的变化，使由触点组成的控制逻辑发生改变，从而又作

13、用于各控制电器的线圈状态。因此可以这样认为：电气控制线路的工作过程，实际上是控制电路中输入电路各元件（触点）状态和输出电路各元件（线圈）状态之间相互转换的过程。图图2-2 2-2 控制电路的划分控制电路的划分2.22.2 电机的基本起、停控制线路2.2.12.2.1 电机的点动控制工作过程保护功能：（1）短路保护短路保护：由熔断器FU实现（2）过载保护过载保护：由热继电器FR实现。图2-3 电动机点动控制线路2.2.2 2.2.2 电动机的电动机的连续运行控制连续运行控制点动控制线路虽然原理简单，但若需电机连续运行时，按钮SB必须一直按下，很不方便，所以常采用如图2-4所示的控制线路，也是电气

14、控制线路中对于电动机最基本的起动、停止控制电路。工作过程保护功能：（1）短路保护短路保护：由熔断器FU实现（2）过载保护过载保护：由热继电器FR实现。（3）零压保护零压保护/失压保护失压保护。由接触器KM的自锁触点实现。图2-4 电动机单向全压起、停控制线路该电路也称为电动机的起、保、停控制电路。2.32.3 电气控制线路的联锁控制规律本节将以基本的起、保、停电路为基础，讲述组成电气控制线路的基本控制规律联锁联锁控制控制。2.3.1 2.3.1 电动机的正反转控制电动机的正反转控制许多生产机械在工作过程中常要求具有上下、左右、前后、往返等相反方向的运动，这就要求能对电动机进行正反向控制。三相异

15、步电动机可通过改变定子绕组的相序来实现正反向工作。三相异步电动机可通过改变定子绕组的相序来实现正反向工作。图2-6 三相异步电动机正反转控制线路自锁、互锁自锁、互锁如果将KM1的辅助常闭触点串入接触器KM2的控制电路中，则当KM1吸合时即使按下SB2，KM2也不会吸合。同理，若将接触器KM2的辅助常闭触点串入接触器KM1的控制电路中，则当KM2吸合时，按下SB1，KM1也不会吸合。这种联锁方法称为互锁互锁，用以表示两者之间的制约关系，控制电路如图2-4（c）所示。通过互锁可以避免上述的相间短路现象。互锁可推广至多个接触器（或设备），如果要求多台设备在同一时间最多只允许一台设备运行时，可使用互锁

16、的方法。2.3.22.3.2 按顺序工作的联锁控制在实际生产过程中，常要求多个设备能够按照一定的顺序工作。此时需联锁控制。图2-7 两台电机的顺序起动控制线路1.1.两台电动机的顺序启动两台电动机的顺序启动顺序起动也可采用图2-8所示的控制电路，其中（b）图是对（a）图的简化，可省去一个KM1的常开触点。图2-8 可实现顺序起动的控制电路联锁规律：（1）如果要求接触器1动作时，接触器2不能动作，可将接触器1的常闭触点串接在接触器2的线圈电路中。（2）如果要求接触器1动作后接触器2才能动作，可将接触器1的常开触点串接在接触器2的线圈电路中。如果在实现顺序起动的前提下还要求电路能实现逆序停止，如要

17、求当主轴电机停止后润滑泵电机才能停止工作，则可采用如图2-9所示的控制电路。图2-9 两台电机的顺序起动和逆序停止2.2.两台电动机的顺序启动、逆序停止两台电动机的顺序启动、逆序停止对于多台电动机的“顺序起动、逆序停止”可遵循如下原则：起动时，将先于自己动作（得电）的接触器的常开触点与自身的起动按钮串接；将自身的常开触点与后于自己停止（断电）的接触器的停止按钮并接。有些生产过程要求按时间顺序工作。仍采用联锁控制思想，此时的联锁条件为时间信号有些生产过程要求按时间顺序工作。仍采用联锁控制思想，此时的联锁条件为时间信号。如有两台电机M1、M2，要求：M1起动5秒钟后M2才能起动；M2停止10秒钟后

18、M1才能停止。控制线路如图2-10所示。图图2-10 按时间顺序的联锁控制按时间顺序的联锁控制KT1是通电延时时间继电器，延时时间为5秒；KT2为断电延时时间继电器，延时时间为10秒。3.3.按时间原则的顺序启动、逆序停止按时间原则的顺序启动、逆序停止2.3.32.3.3 电动机点动与连续运行的联锁某些生产机械要求既能实现长时间的连续运行，又能实现调整时的点动控制，可采用如图2-9所示的控制电路。图2-9（a）:将点动控制电路与连续运行电路（基本起、保、停电路）并联起来。能实现电动与连能实现电动与连续运行吗？续运行吗？图2-9（b）：能实现点动控制电路与连续运行，但是存在隐患（但是存在隐患（触

19、点间的触点间的“竞争竞争”）图2-11 点动与连续运行的联锁解决竞争现象常用的方法是引入中间继电器解决竞争现象常用的方法是引入中间继电器，控制电路如图（a）所示。长期工作时中间继电器KA线圈得电并自锁，同时使接触器KM吸合；点动控制时按下SB3，由于KM无法自锁，所以电路可以可靠地实现点动控制。图（图（b b）所示的电路也能可靠地实现点动与连续运行。）所示的电路也能可靠地实现点动与连续运行。图 可实现点动与连续运行的控制电路2.3.4 多地控制图2-14 单台电机的三地控制 若要求在任一地点按下起动按钮电动机均能起动，应将所有的起动按钮（常开触点）并联起来（逻辑若要求在任一地点按下起动按钮电动

20、机均能起动，应将所有的起动按钮（常开触点）并联起来（逻辑“或或”）；）；若要求在任一地点按下停止按钮电动机均能停止，应将所有的停止按钮（常闭触点）串联起来（逻辑若要求在任一地点按下停止按钮电动机均能停止，应将所有的停止按钮（常闭触点）串联起来（逻辑“与与”）实现联锁控制的基本方法是：采用反映“某一动作”的联锁触点去控制“另一动作”的相应电器，从而达到联锁的工作要求。联锁控制的关键在于正确选择合适的联锁触点和联锁部位。实现联锁控制时可考虑遵循如下的基本步骤基本步骤：（1 1）确定联锁触点所属的电器。如果联锁的目的是用电器）确定联锁触点所属的电器。如果联锁的目的是用电器1 1去控制（或参与控制）电

21、器去控制（或参与控制）电器2 2，则应选择电器，则应选择电器1 1的合适触点的合适触点作为联锁触点。作为联锁触点。（2 2）明确联锁部位。要知道联锁控制是发生在电器）明确联锁部位。要知道联锁控制是发生在电器2 2的起动部分还是停止部分。的起动部分还是停止部分。（3 3）分清联锁触点的接入方式。要明确联锁触点应与联锁部位串联还是并联。）分清联锁触点的接入方式。要明确联锁触点应与联锁部位串联还是并联。（4 4）确定联锁触点的动作形式。要弄清并联或串联的联锁触点应是常开触点还是常闭触点。）确定联锁触点的动作形式。要弄清并联或串联的联锁触点应是常开触点还是常闭触点。2.4 2.4 三相异步电动机的降压

22、启动控制电路通常对中、小容量的异步电动机可采用直接起动方式直接起动方式（也称全压起动方式全压起动方式）。起动时将电动机的定起动时将电动机的定子绕组直接接在交流电源上，电机在额定电压下直接起动。子绕组直接接在交流电源上，电机在额定电压下直接起动。对于大容量的电动机，当电机容量超过其供电变压器允许的规定值时（变压器只供动力电使用时，取变压器容量的25；变压器同时供动力和照明时，取5），应采用降压起动方式降压起动方式，以防止过大的起动电流对电源电压的影响。2.4.1 2.4.1 定子串电阻（或电抗）定子串电阻（或电抗）减减压起动压起动电路的设计思想电路的设计思想：起动时，将电阻R串入三相定子电路，从

23、而降低了电动机绕组上的电压；然后按照时间原则短接（或切除）串入的电阻，使电动机在额定电压下正常工作。图图2-15 2-15 定子串电阻降压起动控制线路定子串电阻降压起动控制线路图图2-16 2-16 定子串电阻降压起动控制线路定子串电阻降压起动控制线路对于图2-16（a）所示的主电路，也可采用如图所示的控制电路，以节省使用的触点的个数。图2-14 定子串电阻降压起动控制电路图2-13a定子串电阻降压起动的优点，在于按照时间原则短接（或切除）电阻，动作可靠；降压起动可提高功率因数，有利于电网质量；电阻的价格低廉，结构简单。其缺点是电阻上损耗的功率较大。通常仅在中小容量电动机不经常起、停时采用这种

24、方式。2.4.2 2.4.2 串接自耦变压器的降压起动串接自耦变压器的降压起动串自耦变压器的设计思想与串电阻降压起动基本相同，也是采用时间继电器按照时间原则完成动作。不同之处在于起动时主电路串入自耦变压器T，起动结束后自动将其切除。图2-18 定子串自耦变压器降压起动控制线路在串自耦变压器降压启动中，自耦变压器的切除也可使用按钮来完成，如图2-19所示。图2-19 串自耦变压器降压启动的按钮控制电路(a)主电路 (b)控制电路串自耦变压器降压起动与串电阻起动相比，其优点是在同样的起动转矩下，对电网的电流冲击小，功率损耗小。缺点是自耦变压器相对电阻结构复杂，价格较高。这种线路主要用于起动较大容量

25、的电动机，以减小起动电流对电网的影响。1 1星形三角形星形三角形减减压起动压起动星形三角形起动的设计思想仍按照时间原则控制起动过程，所不同的是起动时将电动机定子绕组接成星形，起动后将定子绕组接成三角形，使电动机在额定电压下正常运行。图2-16 电动机绕组的星形三角形接法 采用星形连接时，加在电动机每相绕组上的电压为额定电压值的 ，其起动电流只有三角形接法的1/3，所以起动电流特性好，并且结构简单，价格便宜。星形三角形起动的缺点是转矩特性差，起动转矩仅为三角形接法的1/3。因此该该方法适用于电网电压为方法适用于电网电压为380V380V、接法的电动机，且轻载起动的场合。接法的电动机，且轻载起动的

26、场合。3/1/Y2.4.3 2.4.3 改变定子绕组联接的减压起动方式改变定子绕组联接的减压起动方式图图2-17 2-17 星形三角形降压起动控制线路星形三角形降压起动控制线路星型接法：星型接法：KM1KM1、KM2KM2接通接通三角形接法：三角形接法：KM1 KM1、KM3KM3接通接通2 2延边三角形三角型延边三角形三角型减减压起动压起动延边三角形是介于星形和三角形连接之间的一种定子绕组接法，如图。这种连接方法兼顾了星形接法起动电流小、三角形接法起动转矩大的优点，其起动电流和起动转矩均介于星形和三角形连接之间。延边三角形接法越趋近于星形接法时，其起动电流（转矩）越小，越趋近于三角形接法时，

27、其起动电流（转矩）越大。图2-22 电动机绕组的延边三角形三角形接法图2-23 延边三角形三角形降压起动控制线路延边三角形接法：延边三角形接法：KM1KM1、KM2KM2接通接通三角形接法：三角形接法：KM1 KM1、KM3KM3接通接通图2-20 星形（或延边三角形）三角形降压起动控制电路星形三角形降压起动主电路延边三角形三角形降压起动主电路 图2-23电路中当电动机正常工作时，时间继电器KT一直得电，如果希望KT在定子绕组换接为三角形接法后断电，可采用如图所示的控制电路，该电路同样适用于星形三角形降压起动。以上几种降压起动控制线路，通常采用的方法均是利用时间继电器，按照时间原则切换电压实现

28、降压起动。用这种方法设计的电路工作可靠，线路简单，受外界因素和电网电压变化时的影响较小，因此在电动机起动过程中经常采用。绕线式异步电动机也称为绕线转子感应式电动机，其特点之一是可以在转子绕组中串接电阻器，从而在电动机起动时达到减小启动电流、提高转子电路功率因数和启动转矩的目的。2.4.4 2.4.4 绕线式异步电动机转子串电阻启动方式绕线式异步电动机转子串电阻启动方式1 1绕线式电机转子串电阻启动的按钮控制绕线式电机转子串电阻启动的按钮控制这种方法设计思想简单，但不便于操作。这种方法设计思想简单，但不便于操作。2.按时间原则的绕线式电动机转子串电阻启动控制3.按电流原则的绕线式电动机转子串电阻

29、启动控制KA1为中间继电器，KA2、KA3和KA4为欠电流继电器。三个电流继电器的吸合值相同，但释放电流值不同，其中KA2的释放电流最大，KA3次之，KA4最小。在绕线式电动机转子串电阻启动方式，由于电阻器的逐级减小，会导致启动电流和转矩突然增加而产生一定的机械冲力。同时，串接电阻级数较多时启动电路较为复杂，工作可靠性降低，而且电阻本身较笨重，能耗大，安装柜体的体积也较大，所以对绕线式电动机可采用转子绕组串接频敏变阻器的启动方式。2.4.5 2.4.5 绕线式电动机转子串频敏变阻器启动方式绕线式电动机转子串频敏变阻器启动方式频敏变阻器在结构上是一个特殊的三相铁芯电抗器，它有一个三柱铁芯，由实心

30、铁板或钢板叠装而成，每个柱上装有一个绕组，三相绕组一般接成星形，并通过滑环和电刷与绕线式电动机三相转子绕组相接。图 频敏变阻器等效电路R2为电机转子绕组，Rm为等效电阻，Lm为等效电感在电动机启动过程中，转子电流的频率是随转速的变化而变化的。电动机转速n越高，转差率s越低，导致转子电流的频率下降，频敏变阻器的Rm和Lm值也将随转子电流频率的降低而减小。可见，电动机转子电流频率越高，Rm和Lm的值越大；电流频率越低，Rm和Lm的值也越低。因此，频敏变阻器正是利用电动机转子电流频率的平滑变化，来达到使转子回路的总电阻平稳减小的目的。按时间原则控制的绕线式电动机转子串频敏变阻器启动电路按时间原则控制

31、的绕线式电动机转子串频敏变阻器启动电路RF为频敏变阻器对于较大容量的绕线式电动机，可采用如下的控制电路。绕线式电动机转子串频敏变阻器自动和手动启动电路绕线式电动机转子串频敏变阻器自动和手动启动电路“A”档位：自动启动；“M”档位：手动启动；电动机启动结束后，热继电器FR才能起保护作用。2.4.6 2.4.6 异步电动机的软启动方式异步电动机的软启动方式（自学）（自学）软启动器（Soft Starter）是集电动机软启动、软停车、轻载节能、多重保护功能于一体的新型控制装置，它是控制理论、信息电子技术、电力电子技术和计算机技术相结合的产物，可以根据不同的应用情况设置初始转矩、启动时间、停机时间和各

32、种保护值等。在软启动器中，三相交流电源和电动机之间串有三相反并联的晶闸管，利用晶闸管的相位控制方法，改变晶闸管的触发角，使电动机的端电压在启动时从零开始逐渐增加，电动机转速逐渐上升，直至达到满足启动转矩的要求为止。启动过程结束后，软启动器由旁路接触器自动切除，电动机在额定电压下正常运转。软启动器同时还提供软停车功能，软停车与软启动过程相反，电动机端电压逐渐降低，转速逐渐下降到零，可避免自由停车引起的转矩冲击。软启动器实质上是个交流调压器，其输出是一个平稳的升压过程，且只改变电压，不改变频率。软启动器与传统的降压启动方式相比，具有无冲击电流、可平稳升压和降压、工作参数可调、负载适应性强等优点。1

33、低压软启动器主电路连接方式图2-30 低压软启动器主电路连接方式(a)三相全控星形连接 (b)三相全控三角形连接 (c)三相全控内三角形连接 (d)两相控制结构（1）三相全控星形（三相全控星形（Y Y）连接）连接：电动机绕组为星形连接方式，无中性线。这种电路结构电压、电流正负半波波形对称；负载中只有奇次谐波电流，无偶次谐波电流和直流分量；晶闸管可由宽脉冲或双窄脉冲触发；感性负载下触发角 的移相范围为0150。（2）三相全控三角形（）连接三相全控三角形（）连接：电动机绕组为三角形连接方式，无中性线。这种电路结构的特点与图2-30(a)所示电路基本相同，不同之处在于电动机绕组的接法不同。（3）三相

34、全控内三角形连接三相全控内三角形连接：电路拓扑结构在相同容量下，晶闸管承受的电流小、电压高，可降低软启动器成本；电流含有三次谐波；需引出6个接线端子。（4）两相控制结构两相控制结构：电路拓扑结构使用的元器件少、成本低，但是三相不对称，负载电流中存在奇次和偶次谐波，容易产生与基波相反的转矩，使电动机输出转矩减小，效率降低。三相全控星形（三相全控星形（Y Y）连接）连接和和三相全控三角形（）连接结构简单、对称性好，无三次谐波和偶次谐波，是普三相全控三角形（）连接结构简单、对称性好，无三次谐波和偶次谐波，是普遍采用的软启动器主电路拓扑结构。遍采用的软启动器主电路拓扑结构。2软启动器的系统组成图 软启

35、动器的系统组成3软启动器的基本应用电路常见的异步电动机的软启动主电路结构(a)最简形式(b)带旁路接触器形式(c)接触器熔断器形式(d)正反转控制2.52.5 三相异步电动机的制动控制线路电动机的制动方式可分为电气制动和机械制动。电气制动：反接制动、能耗制动；机械制动：电磁抱闸制动。2.5.12.5.1 反接制动控制线路1反接制动原理反接制动反接制动是指在电动机运行过程中改变定子绕组的相序改变定子绕组的相序，产生与原旋转方向相反的制动转矩，以迫使电动机迅速停转。设电动机正转时接触器KM1主触点闭合，定子内产生的旋转磁场（图中以N、S表示）以n1的速度作顺时针旋转，转子以n2 的速度转动。根据电

36、动机工作原理可知，n1与n2同方向。反接制动时，KM1主触点断开，KM2主触点闭合，由于定子绕组相序发生改变，产生的旋转磁场n1与n1反向，而此时转子仍以n2速度 顺时针转动。这样就相当于转子导体在以 n1+n2的速度反方向切割旋转磁场，并产生反作用力F，形成制动转矩，导致电机速度迅速下降。图图2-21 2-21 反接反接制动制动原理电路原理电路由于反接制动电流较大，当电机容量较大时应在定子回路中串入限流电阻（也称制动电阻制动电阻）以减小制动电流。电动机容量较小时为简化电路可不串入制动电阻，但应考虑选用较大的接触器以适应制动电流。需要注意的是，反接制动后电动机转速接近零时，应迅速切断电源，否则

37、电动机将反向起动反接制动后电动机转速接近零时，应迅速切断电源，否则电动机将反向起动。所以反接制动控制线路常采用速度继电器，按照转速原则进行制动控制。2 2 电动机单向运行时的反接制动电动机单向运行时的反接制动 KS为速度继电器速度继电器。当电动机转速高于一定数值时（常设定为100150 rmin），速度继电器KS动作，其串接于KM2控制电路中的常开触点闭合，为反接制动做准备。图图2-22 2-22 电动机单向运行反接制动控制线路电动机单向运行反接制动控制线路注意：在反接制动过程中停止按钮SB1必须一直按下！图2-22电路电动机在反接制动过程中停止按钮SB1必须一直按下，若要求按下停止按钮后能自

38、动完成反接制动过程，可采用如图2-23所示的控制电路。图图2-23 2-23 常用的电动机单向运行反接制动控制电路常用的电动机单向运行反接制动控制电路3 3 电动机电动机双向可逆双向可逆运行时的反接制动运行时的反接制动KSF为速度继电器的正转触点，KSR为速度继电器的反转触点，即电动机正转时，KSF动作，电动机反转时，KSR动作。图图2-24 2-24 电动机正反向运行反接制动控制线路电动机正反向运行反接制动控制线路需要注意的是需要注意的是，KM2线圈得电时，其自锁触点也闭合，为防止电动机转速下降至零后直接反向起动，电路中加入了KSF常闭触点以实现联锁。制动过程中，当转速较高时，虽然KM2自锁

39、触点闭合，但KSF常闭触点断开，使得KM2无法正常实现自锁。而当转速低于设定值时，KSF常开触点断开，KM2线圈断电，其自锁触点也断开，之后即使KSF常闭触点闭合，KM2也不能得电。上述控制过程与电动机点动和连续运行的联锁控制类似，但同样会出现触点竞争问题。所以为解决这个问题引入中间继电器，控制电路如图2-25所示。图图2-25 2-25 使用中间继电器的电动机正反向运行反接制动控制使用中间继电器的电动机正反向运行反接制动控制线路线路4 4 具有制动电阻的电动机具有制动电阻的电动机双向可逆双向可逆运行反接制动运行反接制动图2-26 具有制动电阻的电动机正反向反接制动控制线路2.5.2能耗制动控

40、制1.能耗制动原理能耗制动能耗制动是指制动时在电动机定子绕组中任意两相通入直流电流，形成固定磁场 ，它与旋转着的转子中的感应电流相互作用，产生制动力F并形成制动转矩。制动原理如图2-27所示。图图2-27 2-27 能耗制动原理能耗制动原理2 2 按时间原则控制的单向运行能耗制动线路按时间原则控制的单向运行能耗制动线路主电路中的直流电源通过桥式整流电路获得，制动时由接触器KM2接入电动机定子绕组。图图2-28 2-28 按时间原则的能耗制动控制线路按时间原则的能耗制动控制线路为节省元器件主电路也可采用半波整流方式，如图2-29所示，控制电路桥式整流相同。图图2-29 2-29 半波整流方式的能

41、耗制动主电路半波整流方式的能耗制动主电路3 3 按速度原则控制的正反向运行能耗制动线路按速度原则控制的正反向运行能耗制动线路当电动机处于正转（或反转）运行状态时，KM1（或KM2）线圈得电吸合，速度继电器正向常开触点KSF（或反向常开触点KSR）闭合，为能耗制动做准备。图图2-30 2-30 按速度原则控制的正反向运行能耗制动控制线路按速度原则控制的正反向运行能耗制动控制线路能耗制动与反接制动相比，由于制动是利用转子中的储能进行的，所以能量损耗小。同时能耗制动的制动电流小，制动准确，适用于要求平稳制动的场合。但主电路需要配置整流电源，其制动速度要比反接制动慢。电磁抱闸制动电磁抱闸制动制动时，制

42、动电磁铁线圈通电，通过机械抱闸装置使电机制动，如图2-31（c）所示。制动时需要一直按下停止按钮，KM1线圈断电，KM2线圈得电，电磁机构吸引杠杆右下端的衔铁向下运动，带动制动闸与电动机转轴接触，实现机械制动。图图 电磁抱闸制动原理及控制线路电磁抱闸制动原理及控制线路2.62.6 电动机的调速控制线路在电气控制线路中，对于鼠笼式交流电机来说，常采用改变极对数的方法实现调速；而对于绕线对于鼠笼式交流电机来说，常采用改变极对数的方法实现调速；而对于绕线式电机来说常采用转子串电阻的方式实现调速。式电机来说常采用转子串电阻的方式实现调速。三相异步电动机常用的调速方法有三种：变磁极对数调速、变转速差调速

43、变磁极对数调速、变转速差调速和变频调速变频调速。在电气控制线路中，鼠笼式异步电动机常采用改变磁极对数的方法实现调速，绕线式异步电动机常采用转子串电阻鼠笼式异步电动机常采用改变磁极对数的方法实现调速，绕线式异步电动机常采用转子串电阻的方式实现调速的方式实现调速，这两种方法均属于有级调速有级调速。变频调速是通过变频器改变电动机定子绕组的供电频率来达到调速目的，属于无级调速无级调速，是目前较为流行的调速方法。本节只介绍变磁极对数调速和转子串电阻调速。2.6.12.6.1变极数调速变极数调速YYYY调速调速变磁极对数是指改变定子绕组的空间磁极对数，常用的方法如下：（1）定子槽内只装有一套绕组，改变其接

44、线方式即可得到不同的磁极对数。（2）定子槽内装有两套磁极对数不相同的独立绕组。（3）定子槽内装有两套磁极对数不相同的独立绕组，且每套绕组自身还可以改变接线方式。改变极对数的方法是通过改变电动机定子绕组的接线方式来实现的。速度的调节，即为定子绕组接线方式的改变，可采用时间继电器按照时间原则来完成。变极数电动机一般有双速、三速、四速之分，图2-32为双速（YY调速方式）电动机定子绕组的连接图。图2-32 YY调速电动机三相绕组连接图图2-33 电动机YY接法绕组的空间布局及极对数分布 三角形接法时空间磁极对数p=2,双星形接法时p=1,由转速计算公式可知电动机绕组接成三角形时（）为低速，接成双星形

45、时（YY）为高速。图图2-34 2-34 电动机电动机YYYY调速控制线路调速控制线路0 0档：电源被引入下部的控制电路。档：电源被引入下部的控制电路。1 1档：档：KM3KM3接通，绕组为三角形接法。接通，绕组为三角形接法。2 2档：档：KM1KM1、KM2 KM2接通，绕组为接通，绕组为YYYY接法。接法。变极数调速的优点是原理简单，维修方便。缺点是有级调速且级数少、价格贵。采用变极数调速的电动机也称为多速机多速机，使用时常与机械变速配合使用，以扩大调速范围。2.6.2 2.6.2 绕线转子绕线转子异步电动机异步电动机串电阻的调速控制串电阻的调速控制绕线式电机可以在转子中串电阻起动，以减小

46、起动电流；也可在转子中串入不同阻值的电阻，使电动机工作在不同的特性曲线上，以获得不同的转速，从而实现调速的目的。图图2-35 2-35 绕线式电动机转子串电阻正反向调速控制线路绕线式电动机转子串电阻正反向调速控制线路低速：低速：KM3 KM4KM3 KM4均断开，串入均断开，串入R2R2；中速：；中速：KM3KM3合、合、KM4 KM4断，串入断，串入R1R1；高速：；高速：KM3 KM4KM3 KM4均接通，均接通，无电阻串入。无电阻串入。2.72.7 电气控制线路设计举例 2-1 2-1 自动循环控制自动循环控制在有些电气控制系统中，需要具备自动往复循环工作的功能，例如牛头刨动力头进行切削

47、加工时的自动往返运行，运料小车在生产线上的自动往返运动等。此类控制最好的方法是采用行程开关（或位置开关）按位置原则进行控制。图2-36 小车自动往返控制示意图要求要求:按下起动按钮后，小车在位置SQ1和SQ2之间作自动往返运动，直至按下停止按钮。按位置原则的自动循环控制线路如图2-37所示。图图2-37 2-37 自动循环控制线路自动循环控制线路行程开关行程开关SQ1SQ1、SQ2SQ2、SQ3SQ3、SQ4SQ4；SQ3SQ3和和SQ4SQ4称为左、右限位保护开关称为左、右限位保护开关2-2 2-2 钻削加工的刀架自动循环控制钻削加工的刀架自动循环控制在生产过程中，为提高劳动生产率、降低成本

48、、减轻工人的劳动负担，常要求生产工艺过程全盘自动化。例如，机床的自动进刀、自动退刀、工作台往复循环等加工过程。图2-38 钻孔加工过程自动化中刀架的自动循环过程1 1控制要求：控制要求：（1）自动循环自动循环。刀架能自动地由位置1移动到位置2进行钻削加工，并自动退回至位置1，然后停止。（2）无进给切削无进给切削。为提高工件的加工精度，刀具到达位置2时停止进给，但钻头继续旋转实现无进给切削。（3）快速停车快速停车。当刀架到达位置1或位置2时要求能快速停车以减少辅助工时。1 1）刀架的自动循环刀架的自动循环设位置1和位置2处的行程开关分别为SQ1和SQ2。图图2-39 2-39 钻削加工刀架的自动

49、循环控制线路钻削加工刀架的自动循环控制线路2.2.电气控制电路电气控制电路2 2）无进给切削无进给切削切削时间一般采用经验值，由时间继电器实现。图2-40 按时间原则进行无进给切削的控制电路 3 3）快速停车快速停车对于异步电动机而言，最简便、制动效果最好的方法是采用反接制动。电动机制动时改变电源的相序，当转速接近零速时将电源自动切除。图图2-41 2-41 刀架自动循环反接制动控制电路刀架自动循环反接制动控制电路注意：上述电路中KM2的自锁触点与KSF常闭触点之间、KM1的自锁触点与KSR常闭触点之间存在竞争现象，为此引入中间继电器图图2-42 2-42 引入中间继电器的刀架自动循环反接制动

50、控引入中间继电器的刀架自动循环反接制动控制电路制电路在实际的生产机械自动控制过程中，除上述控制参量外，还可根据许多其他变化的参量进行控制。例如，机床的进刀系统，当主轴负载过大时要求减小进刀量；机床的夹紧机构，当夹紧到一定程度时，要求给出控制信号使停止夹紧电机。此时负载与机械力的大小往往可以通过电负载与机械力的大小往往可以通过电流来间接反映，因此可采用电流继电器来实现。流来间接反映，因此可采用电流继电器来实现。控制系统接受来自人和现场的各种控制命令和检测信号（控制参量），以及组成控制系统的各控制电器的反馈信息，根据电路所具有的控制逻辑来驱动系统中的低压电器，从而控制主电路的通断，实现对电动机、生