电气控制技术.

电气控制技术

第一章　低压电器元件基础知识　　所谓低压电器，按照我国国家标准规定，低压电器通常是指交流1200V以下、直流1500V以下电路中起通断、控制、保护和调节作用的电气设备。以及利用来控制、保护和调节非电过程和非电装置的用电设备。

　　一、教学目的　　元件是路的基础，讲授电器元件是为培养学生设计、安装、调试电气控制电路的能力奠定基础。　　二、基本要求　　1、熟悉各类电器元件的基本结构、工作原理、图形符号、文字符号；　　2、掌握各种电器元件在电气控制电路中的作用。　　三、重点与难点　　重点：　　1、重点讲授按钮、组合开关、万能转换开关、接触器、行程开关、空气阻尼式时间继电器、速度继电器、液压电磁阀、中间继电器等常用电器元件；　

　　 2、重点讲授各类电器元件中常闭触点、常开触点、特别是时间继电器中瞬时触点、延时触点、速度继电器中两个方向的常开触点、常闭触点的概念及其在电路中的应用。
　　难点：　　1、常闭触点、常开触点的概念及其应用；　　2、时间继电器中瞬时触点、延时触点的概念、图形符号及其应用。　　　　四、教学方法　　1、采用电子教案和多媒体，以有利于形象的讲解各电器元件的基本结构和动作原理；　　2、本课程既要讲授继电器-接触器系统，又要讲授可编程控制器系统，因此按分类讲授电器元件时，要注意该类元件在可编程控制器系统中是连接在可编程控制器的输入端还是输出端，为后面可编程控制器输入、输出连接的讲授留下伏笔；

§1-1 低压电器元件；的分类　　在电气控制电路中使用的低压电器元件种类繁多、品种各异，按照电器元件在电气控制电路中的作用，通常可将电器元件分成主令元件检测元件中间记忆元件执行元件

　　一、主令元件　　主要是指手动按钮、转换开关、主令控制器、凸轮控制器等。　　作用是的需要实现开机、关机、调试、选择控制线路工作状态等控制。如图１－１所示控制线路中的启动按钮SB等。　　主令元件所发出的控制信号称之为主令信号。

中间记忆元件主令元件检测元件检测元件执行元件

　　二、检测元件　　主要是指行程开关、速度继电器、过扭矩继电器、压力继电器、过电流继电器、时间继电器、热继电器等。　　作用是检测自动机械在工作过程中物理量的变化，以作为控制线路的程序转换主令信号。　　这种控制信号是由检测元件在工作现场直接由现场检测而发出的，故称之为检测信号。如图１－１所示控制线路中行程开关ST1、ST2、ST3、ST4、ST5等。

　　需要指出的是：　　１、一般时间继电器具有瞬时和延时动作两种触点。延时触点动作所发出的信号，作为定时切换程序的检测信号；瞬时触点具有记忆功能。所以，往往借助时间继电器作为中间记忆元件。　　２、作为检测元件的速度继电器，一般有正反两对常开、常闭触点，可以检测电动机正、反转速度，在本课程中，使用时作为两个元件来处理。　　３、熔断器、热继电器、过电流继电器、过电压继电器等检测元件，它们多用于保护电器元件并避免故障扩大的电器，故也称为保护电器。在本课程中，设计电气控制电路时，一般作为保护电器元件最后添加。　　主令信号和检测信号一起作为电气控制线路程序切换主令信号，程序切换主令信号是程序切换的必要条件。因为它反映了前一程序已经完成的信息。

　　三、中间记忆元件　　在电气控制电路中，程序转换主令信号往往是瞬时动作的信号，当某一瞬时动作的转换主令信号发出，则电气控制电路中某些执行元件将发生工作状态的转换，若这些执行元件是无记忆功能的，就需要依靠中间记忆元件来记忆这一瞬时动作的程序转换主令信号，以保证这些执行元件工作状态的可靠转换，满足程序转换的要求。　　中间记忆元件主要是指中间继电器。它的作用是记忆程序切换主令信号。如图１－１所示控制线路中的中间继电器K1、K2、K3等。

执行元件的主要作用是直接控制自动生产机械运动部件进行工作（如移动、转动、升降、发光、发声等），以满足工步的要求，完成工作任务。
　　四、执行元件　　执行元件的主要作用是直接控制自动生产机械运动部件进行工作（如移动、转动、升降、发光、发声等），以满足工步的要求，完成工作任务。　　执行元件主要是指接触器、继电器、电磁阀、电磁铁、微电机、音响负载、灯光负载等。显然，它可分成有记忆功能和无记忆功能的两种。如图１－１所示控制线路中的接触器KM1、KM2等，就是有记忆功能的执行元件；而图１—１中的电磁阀YA1、YA2、YA3等，就是无记忆功能的执行元件。

§１—２　主令元件　　在电气控制电路中常用的主令电器元件有控制按钮、凸轮控制器、转换开关等，下面分别予以介绍。　　　一、控制按钮　　控制按钮是电气控制电路中必须使用的一种手动主令电器。由它实现开机、停机、调试等。图1—2（a）是它的结构示意图，图1—2（b）是它在电气控制电路原理图中的图形符号。

4 SB 结构符号名称常闭按钮 (停止按钮) 常开按钮 (起动按钮) 复合按钮 1 2 3

　　由图1—2（b）可见，按钮放松时，由于弹簧的作用，使静触点1—2通过动触桥5闭合，静触点3—4分断；而按下按钮时，弹簧被压缩，与主轴固定连接的动触桥向下运动，导致静触点1—2分断，静触点3—4通过动触桥闭合。由于静触点1—2是在按钮按下（动态）时转换为分断状态的，故将这对触点称为动断触点。又因为这对触点在按钮放松（即常态）时是闭合的，故也常称之为常闭触点；由于触点3—4是在按钮按下（动态）时转换为闭合的，故将这对触点称为动合触点。又因为这对触点在按钮放松（即常态）时断开的，故也常称之为常开触点。

　　为了满足控制上的需要，在一只按钮内可能设置有数对常开和常闭触点。还可以由两只或三只按钮组合安装在一个盒子内，构成所谓双联按钮和三联按钮，实现对电动机的启动、停止和正反转控制。两只和三只按钮采用不同的颜色表示。　　控制按钮在结构上可做成多种型式，如紧急式——安装有突出的蘑菇形钮帽，以便紧急操作；旋钮式——按下后，可用手钮的旋转操作使按钮不再弹起；指示灯式——在透明的彩色按钮内可装入信号灯，以作信号显示之用等。

　　二、组合开关　　组合开关是一种结构紧凑的手动主令电器。在工厂电气设备中，这类主令电器主要作为电源的引入开关使用，有时也用来直接启动那些不需经常起停的小型电动机，如小型砂轮机、冷却液电泵及小型通风机等。图１—３是它的结构原理示意图，转动手柄时，每一动触片即插入相应的静触片中，使电路接通。为了使开关在切断电流时能迅速熄灭所产生的电弧，在开关转轴上装有快速动作的操作机构。

静触点动触点旋转

静触点顺时针或反时针旋转９００动触点三个位置顺时针旋转９００电动机正转逆时针旋转９００电动机反转

　　图１—４（a）是一种三极两位转换型组合开关的结构示意图。它有三个操作位置，在图示位置，开关的接线端A、B、C和与另一组接线端D1、D2、D3均处于分断状态。当开关顺时针旋转900 时，则接线端A、B、C经直角形的动触片分别与D1、D2、D3接通；当开关逆时针旋转900 时，则接线端A，、B，、C，经直角形动触片分别与D1、D2、D3接通。转轴的继续转位（即超过900）将受到限位机构的限制。这种组合开关的电路结构如图1—4（b）所示。图1—4（c）是这种组合开关应用于电动机正-反转的电路。　　应用组合开关控制鼠笼电动机的起停时，每小时的接通次数不宜超过20次，开关的额定电流也应选得大些，一般可取电动机额定电流的1.5～2.5倍。应用于电动机的正-反转控制时，应当在电动机完全停止以后，再反向启动。

　　三、万能转换开关　　万能转换开关是一种具有更多操作位置，能够换接更多电路的主令电器。可用于控制电路中进行电路换接，如电路工作状态选择。在操作不十分频繁的情况下，也可以用于小容量电动机的启动、换速或改变转向。

Ⅰ位电动机接成三角形低速运行 0位电动机停止 Ⅱ位电动机接成双星形高速运行

　　图１—５（a）是LW6系列万能转换开关结构原理示意图，它可有2～12个操作位置，由1～10层触点底座叠装而成。其中每层底座可装三对触点，并由底座中间的凸轮进行控制。由于每层凸轮可做成不同的形状，所以在开关转动到不同位置时，通过凸轮的作用，就可以使各对触点按所需要的规律接通或分断。

　　图1-5（b）是采用LW6-3/B097型万能转换开关对小型双速鼠笼式异步电动机进行换速控制的原理图。
　　此时，开关有三个操作位置：0位、Ⅰ位（左旋300）、Ⅱ位（右旋300）。图中虚线表示转换开关所在的操作位置，每一操作位置上处于闭合的触点，一般在其右侧与虚线相交的位置上用圆黑点标注。　　图1-5（b）所示电路中，当开关处于0位时，则电动机处于断电状态；当开关处于Ⅰ位时，则将电动机绕组联接成三角形低速运行；而当开关处于Ⅱ位时，则将电动机绕组联接成双星形高速运行，达到变换电动机的转速。

§１-３　检测元件　　检测元件是电气控制电路中使用较多的一种电器，常用的有行程开关、时间继电器、速度继电器、电流继电器、压力继电器等，它们多数安装在自动机械工作的现场，以检测各种物理量的变化。下面予以分别介绍。

　　一、行程开关　　行程开关是一种用来检测生产机械运动部件的位置或位置变化的检测元件。为了说明它的应用原理，暂时把它看成一个带突出端钮的控制按钮，如图１—６所示。图中，将行程开关ST1、ST2固定安装在机床床身的的侧面，工作台的侧面则安装有机械撞块。工作台的传动电动机M由启动按钮按下启动后，带动工作台向左进给，完成预定的行程后，即压下行程开关ST2使其动作，发出“反转”退回的主令信号，使电动机反转退回，退回到原位，即压下行程开关ST1，发出“停止”主令信号，使电动机停止。至此，工作台自动地完成了一次工作循环。

　　可见，行程开关的作用与按钮类似，动作时碰撞行程开关的顶杆。按其结构可分为微动式、直动式和滚轮式三种。
　　直动式的缺点是触点分合速度取决于挡块移动速度，当挡块速度低于0.4米/分，触点切断太慢而易受电弧烧蚀。　　这时应采用有盘形弹簧机构的滚轮式行程开关，　　或具有弯形片状弹簧的更为灵敏、轻巧的微动开关。　　图1—7是这三种结构的行程开关的原理示意图。

　　１、微动开关　　如图1—7（a）所示。它由密封在塑料外罩内的静触点、动触片以及瞬时动作机构组成。当开关的推杆1被向下压动到一定距离时，由于弯形片状弹簧2的作用，动触片瞬时动作，使动断触点分断，而动合触点闭合。当外力去除后推杆在恢复弹簧5的作用下迅速复位，动断和动合触点也立即恢复常态。采用瞬动机构，可以使开关触点的换接速度不受推杆被压向下运动速度的影响，减轻了电弧对触点的烧蚀。　　微动开关的特点是：体积小、动作灵敏，适合应用于小型机构中。但由于推杆所允许的极限行程很小，开关的结构强度不高，因此使用时必须对推杆的最大行程在机构上加以限制，以免开关被损坏。

　　２、直动式行程开关　　如图１—７（b）所示。这类开关是在微动开关的基础上加装传动推杆机构而成。加装推杆后，开关所允许的动作行程加大，对撞块的尺寸和安装位置的要求就可以降低，不会因撞块的过度压缩而导致开关损坏。　　它的动作原理是：当撞块压下顶杆1，带动上动触片向下运动而是动断触点断开，由于触点弹簧4的作用而使下动触片略略延迟向下运动使动合触点闭合。由于下动触片与顶杆是活动连接，是依靠触点弹簧使下动触片向下运动的，所以顶杆若再被压下一点，也不会导致开关损坏，加大动作行程。当外力去除，在恢复弹簧2的作用下，使顶杆复位，进而使动合、动断触点复位。

　　３、滚轮式行程开关　　如图1—7（c）所示是一种单滚轮摆杆压动自动复位式行程开关。当撞块撞击滚轮1，致使上转臂2向左摆动，而下转臂向右摆动，推动触点推杆顺时针旋转，致使动断触点断开，动合触点闭合。外力去除，在各复位弹簧的作用下，自动复位。由于滚轮的作用使撞击得到缓冲，并减小了磨损。　　滚轮式行程开关还有单滚轮传动杆自动复位式和双滚轮非自动复位式结构。单滚轮传动杆压动自动复位式行程开关实际是在直动式行程开关顶杆的上端加装一个滚轮，以减少磨损。而双滚轮非自动复位式行程开关是将传动摆杆做成U形，当撞块撞击时，通过其中一个滚轮，使摆杆转过一定角度，开关动作，但撞块离开滚轮后，摆杆并不自动复位。直到撞块在返回行程中再撞击另一滚轮时，摆杆才回到原始位置，使开关复位。这就是说，这种开关有“记忆”作用，可使某些情况下简化控制电路。　　另外，还有各种电子式行程开关——接近开关，这里就不多述。

　　二、时间继电器　　时间继电器有空气阻尼式（亦称气囊式）时间继电器、电动机式时间继电器和半导体时间继电器。　　１、空气阻尼式时间继电器　　空气阻尼式时间继电器有通电延时和断电延时两种。图１—８是通电延时型空气阻尼式时间继电器的结构示意图。当线圈1得电，则吸下衔铁2和支撑杆10，胶木块9在弹簧力作用下开始下降，活塞7将由胶木块9带动一起下降，但空气室中的空气受进气孔处调节螺钉的阻碍，使活塞下降过程因空气室中的稀薄空气而下降缓慢，在通电后需要经过一定的时间，胶木块9才能到达最终位置压合微动开关，触点闭合发出时间到的信号。这个一定时间就是延迟时间。显然延迟时间的大小可由调节螺钉来调节，即调节进气孔气隙的大小来实现。当线圈失电，活塞在恢复弹簧的作用下迅速复位，这时空气室内的空气由出气孔排出。

活塞弹簧活塞杆衔铁及线圈调节螺钉微动开关空气阻尼式时间继电器的结构及图形符号

　　电动式时间继电器是当同步电动机和电磁离合器接通电源，同步电动机的恒速旋转运动通过降速机构传递给凸轮盘，使凸轮盘以一定的低速缓慢旋转，转过一定角度后，凸轮盘上的可调凸轮块便使相应的触点动作，从而获得一定的延时时间。优点是延时时间长，可调范围宽（几秒至数十分钟或数小时），且可装入几组不同延时的触点。缺点是体积大，结构复杂。

　　电子式时间继电器是利用电容器充放电的时间特性或脉冲计数的原理，通过晶体管开关电路的作用而使继电器产生延时动作的。它的优点是体积小，耗电少，延时范围较宽（0.1秒至15分钟）。还可做成脉动型的——即继电器通电后，触点可按一定的间歇规律反复地进行闭合和分断。

　　三、速度继电器　　速度继电器多用于电动机反接制动和低速脉动控制电路中。图１—９是速度继电器结构原理示意图。速度继电器的轴与电动机的轴相连接，永久磁铁的转子固定在轴上，安装有鼠笼形绕组的定子与轴同心，能独自偏摆与永久磁铁之间有一气隙。类似异步电动机原理，当电动机转动时，永久磁铁跟随一起转动，鼠笼绕组切割磁通产生感应电势和电流，此电流与永久磁铁磁场作用产生转矩，使定子跟着轴的转动方向偏摆，通过定子柄拨动触点，使继电器触点接通或断开。当轴的转速下降到接近零速时（约100转/分），定子柄在动触点弹簧力的作用下恢复到原来位置。图中下面两组触点是作正-反转检测之用。　　若将图中下面两组触点用两个微动开关代替，则构成另外一种常用的速度继电器，其触点动作速度不受定子柄偏摆的影响。其额定工作转速有300～1000转/分与1000～3000转/分两种。速度继电器主要根据所控制的电动机进行选择。

反时针旋转碰撞顺时针旋转碰撞

　　四、热继电器　　热继电器是一种能反映发热状况的继电器，它主要用来保护电动机或其他负载免于过载，还用来作为三相电动机的断相保护。也就是说，热继电器是利用电流的热效应来检测负载是否过载，所以它既是一种保护电器，也可以说是一种检测电器元件。　　图１—10是热继电器的结构原理示意图。图中热元件是由两种膨胀系数不同的金属片压轧而成。上层又称主动层，采用膨胀系数高的铜（或铜镍合金，或铁镍铬合金）制成，下层又称被动层，采用膨胀系数低的铁镍合金制成。使用时将双金属片串联在电路中，当电流超过整定值时，双金属片将被加热而超过一定温度，于是双金属片将向下弯曲而压下压动螺丝7，进而使扣板6左端向下运动而脱扣，导致扣钩8在弹簧的作用下逆时针旋转，动触点2与静触点3断开而切断控制电路使主电路停止工作。热继电器动作后，一般不能自动复位，需要等到双金属片冷却后，按下复位按钮1才能复位。调节压动螺丝7，可以调节动作电流。

常闭触头双金属片杠杆发热元件

§１—４　执行元件　　执行元件主要是接触器和液压电磁阀。因为接触器带有辅助触点，因而它是一种具有记忆功能的执行元件。而液压电磁阀不带有辅助触点，因而它是一种无记忆功能的执行元件。因为液压电磁阀已经在液压与气压传动课程中讲述，这里仅介绍接触器。接触器分　　　　　直流接触器　　　　　交流接触器

　　一、接触器的工作原理　　接触器有两种工作状态：　　　释放状态　　　动作状态　　接触器适合应用于集中控制和远距离操作，所以接触器在工业生产中是一种常用自动电器。交流接触器常用于远距离接通和分断电压至1140V、电流至630A的交流电路，以及频繁启动和控制交流电动机。　　主要由电磁机构、触头系统、灭弧装置等部分组成。　　图1—11（a）是国产CJo-20型交流接触器的结构原理示意图，图1—11（b）是交流接触器的图形符号。

辅助常开触点绝缘支架弹簧吸引线圈衔铁铁芯主触点
常闭触点衔铁辅助常闭触点铁芯辅助常开触点主触点

　　由图1—11（a）可见，　　吸引线圈6-7（也称励磁线圈）断电，接触器处于释放状态。。这时，在复位弹簧的作用下，衔铁9通过绝缘支架10将所有动触桥1—5推向最左端。因此静触点11—12、13—14、15—16、19—20、23—24都是分断的，只有静触点17—18、21—22通过相应的动触桥接通而闭合。　　吸引线圈6—7接通电源。这样，线圈电流将产生磁场，使固定铁芯8与衔铁9之间产生足够的吸力以克服弹簧的反力，将衔铁9向右吸合，与之固定连接的绝缘支架10也将带动所有动触桥1—5推向最右端。因此，原来闭合的静触点17—18、21—22就被分断，而原来处于分断的静触点11—12、13—14、15—16、19—20、23—24就被动触桥接通而闭合。可见，控制吸引线圈的通电与断电，就可以使接触器的触点由分断转为闭合，或由闭合转为分断。　　与按钮的触点名称类似，接触器在动作时转为闭合的触点，称为常开触点（或称动合触点），如图中的11—12、13—14、15—16、19—20、23—24；而在动作时转为分断的触点，称为常闭触点（或称动断触点），如图中的17—18、21—22。

　　二、接触器的结构　　按照功能分，接触器在结构上有触点系统、灭弧装置、电磁系统和支架底座等四大部分。　　1、触点系统　　接触器的触点分为主触点和辅助触点。前者体积大，适于接通和分断电流较大的负载电路，即主电路；后者体积小，只适于接通或分断电流较小的电路，即控制电路。　　接触器的主触点一般都是常开触点。而辅助触点一般既有常开触点，也有常闭触点。触点是接触器的执行部分，因此必须工作可靠，接触良好。故一般都用银或银合金制造。

3~ 衔铁弹簧常开主触点辅助触点常闭电机～ M 3～线圈铁心

　　2、灭弧装置　　接触器的触点在接通、特别是分断具有较大感性负载的电路时，在动触桥与静触点之间会产生很强的电弧。为了减轻电弧对触点的烧蚀作用，一般采取以下灭弧措施。　　（1）电动力灭弧：图1—12（a）所示是一种双断口触点系统，所谓双断口就是在一个回路中有两个产生和断开电弧的间隙。当触点断开电路时，在断口处产生电弧。静触点1和动触点2在弧区内将产生如图中“×”所示方向的磁场，根据左手定则，电弧将受到向上的电磁力F的作用，致使电弧向上移动，这一方面使电弧被拉长，另一方面使电弧温度降低，有利于电弧的熄灭。　　这种灭弧方法简单，无需专门的灭弧装置。一般应用于交流电器，当交流电流过零时，触点间隙的介质强度迅速恢复，将电弧熄灭。

陶瓷或水泥、石棉金属栅片左手定则确定受力方向磁吹线圈铁片右手定则确定磁场方向铁心右手定则确定的磁场方向

　　（2）纵缝灭弧：图1—12（b）是一种纵缝灭弧装置原理结构示意图，电弧在电动力的作用下，被引导到由陶土或石棉、水泥或耐弧塑料制成的窄缝灭弧室中，电弧与室壁接触，使其迅速冷却，增强去游离作用，从而电弧熄灭。　

这种串联磁吹灭弧方式，由于磁吹线圈与主电路串联，所以作用于电弧的磁场力大小随电流大小改变。但磁吹力方向与电流方向无关。
　　（3）磁吹灭弧：图1—12（c）是磁吹灭弧原理结构示意图。磁吹线圈1由几匝大截面的导线或铜条绕成，并与触点串联。通过静触点3和动触点4的电流在磁吹线圈铁心2中产生磁场，此磁场经导磁夹板进入电弧空间，其方向如图中“+”所示。于是，电弧在磁场力作用下在灭弧罩内迅速向上运动。在电弧运动过程中，一方面被拉长，另一方面被冷却，进而使电弧迅速熄灭。　　这种串联磁吹灭弧方式，由于磁吹线圈与主电路串联，所以作用于电弧的磁场力大小随电流大小改变。但磁吹力方向与电流方向无关。

　　（4）金属栅片灭弧：图1—12（d）是金属栅片灭弧原理结构示意图。灭弧室内安装有许多厚度为2～3mm钢板冲成的金属栅片3，栅片外表面镀铜以增大传热能力和防止生锈。当静触点1与动触点分断并产生电弧时，电弧被栅片分割成许多段短的电弧，每个栅片间的电弧电压将不足以达到燃弧电压，热量也传递给栅片，故此就迅速被熄灭。　　实践中，为了加强灭弧效果，往往同时采取几种灭弧措施。

　　3、电磁系统　　接触器的电磁系统一般都采用电磁铁的形式，按照结构型式通常有以下三种：　　A、衔铁绕铁心或铁的棱角转动的拍合式电磁系统，如图1—13（a）所示。　　B、衔铁绕转轴转动的拍合式电磁系统，如图1—13（b）所示。　　C、衔铁在线圈内部作直线运动的螺管式电磁系统，如图1—13（c）所示。　　图1—13（a）所示的电磁系统的铁心适合于用整体圆钢制作，故多应用直流接触器中。在交流接触器中，为了减少涡流的影响，铁心和衔铁应采用成型的硅钢片叠装而成，故多采用后两种形式。另外，为了防止衔铁在吸合时产生噪声和振动，在铁心的端部都安装一个短路环（或称分磁环）。

安装有短路环（称分磁环），以减少噪声与振动安装有短路环（称分磁环），以减少噪声与振动
矽钢片叠装制作以减少涡流矽钢片叠装制作以减少涡流安装有短路环（称分磁环），以减少噪声与振动安装有短路环（称分磁环），以减少噪声与振动整体圆钢制作多用于直流

§１—5　中间记忆元件　　生产机械运动部件在一个工作循环中通常都需要多个工步来完成，一般每个特定工步都对应着一组电器元件特定工作状态组合。也就是说，在生产机械运动部件的一个工作循环中，电气控制电路就需要经过多次程序切换，而程序切换的主令信号又往往是瞬时的，如按下控制按钮发出的主令信号和一般短撞块压下行程开关发出的主令信号等都是瞬时动作信号。为了实现程序的可靠切换，就需要记忆这些瞬时的程序切换主令信号。若携带的是有记忆功能的执行元件，则一般可由有记忆功能的执行元件来记忆；若所携带的是无记忆功能的执行元件，则需要设置中间记忆元件——中间继电器来记忆。另外，为了扩充某一电器元件的触点，也得设置中间记忆元件——中间继电器来实现。还有当所设计的电气控制电路存在触点竞争时，也需要设置中间继电器来解决。这就是说，在有触点电气控制电路中，中间继电器有以上三个作用。

　　一、结构原理　　中间继电器与接触器之间并无本质上的差别，只是主要的用途不同。接触器主要是用来接通或分断大功率的负载电路，即主电路。而中间继电器主要用于切换小功率的负载电路，即控制电路。为此，中间继电器的电磁系统和触点系统在结构上都比较小巧，触点的种类和数量也较多。图1—14（a）是中间继电器的电磁系统。图1—14（b）是中间继电器吸引线圈和触点在电路原理图中图形符号。

常开触点常开触点常开触点常开触点常闭触点常闭触点常闭触点常闭触点铁心衔铁吸引线圈推杆弹簧弹簧

　　由图1—14（a）可见，吸引线圈18-19（也称励磁线圈）在断电的情况下，中间继电器处于释放状态。这时，在复位弹簧的作用下，衔铁21通过绝缘支架17将所有动触桥22—25推向最左端。因此静触点3—4、7—8、11—12、15—16都是分断的，只有静触点1—2、5—6、9—10、13—14通过相应的动触桥接通而闭合。为了使接触器由释放状态转换为动作状态，应将吸引线圈18—19接通电源。这样，线圈电流将产生磁场，使固定铁芯20与衔铁21之间产生足够的吸力以克服弹簧的反力，将衔铁21向右吸合，与之固定连接的绝缘支架17也将带动所有动触桥22—55推向最右端。因此，原来闭合的静触点1—2、5—6、9—10、13—14就被分断，而原来处于分断的静触点3—4、7—8、11—12、15—16就被动触桥接通而闭合。可见，控制吸引线圈的通电与断电，就可以使中间继电器的触点由分断转为闭合，或由闭合转为分断。

　　与接触器的触点名称类似，中间继电器在动作时转为闭合的触点，称为常开触点（或称动合触点），如图中的3—4、7—8、11—12、15—16；而在动作时转为分断的触点，称为常闭触点（或称动断触点），如图中的1—2、5—6、9—10、13—14。　　根据所适应电源的种类，中间继电器可分交流和直流两种。交流中间继电器在外形上与小型交流接触器极为相似。事实上，中间继电器有时也可充当小型接触器使用。

　　二、主要技术参数　　由于中间继电器与接触器在原理上并无根本的差别，故它的主要技术参数也与接触器类似。但是，因它主要应用控制电路的换接，为此它的动作性能就显得十分重要，对某些动作比较灵敏、快速或可靠性要求较高的中间继电器，在手册中还注明以下几个参数：　　1、继电器的动作值　　这是指继电器动作的电量或其他物理量的数值。如一个中间继电器，当线圈所加的电压增加到某一数值U1时即转入动作，那麽这一电压值U1就是它的动作值。　　2、继电器的返回值　　它是指使继电器返回到动作前状态的电量或其他物理量之值。如一个已经动作的中间继电器，当所加线圈电压下降到某一数值U2时即返回到释放状态。这一电压值U2就是它的返回值，也称之为释放值。　　继电器的动作值和返回值，反映了继电器的灵敏度。

　　3、继电器的返回系数　　继电器的返回值与动作值的比值，称为继电器的返回系数。中间继电器的返回（释放）值U2小于动作值U1，故它的返回系数小于1。　　4、继电器的动作时间与释放时间　　继电器从线圈通电开始，到动合触点闭合所需要的时间，称之为继电器的动作时间。继电器从线圈断电开始，到动合触点转为分断所需要的时间，称之为继电器的释放时间。　　中间继电器的动作时间和释放时间约在几十毫秒左右。

第二章电气控制电路基本环节　　在国民经济的各领域，如工业、农业、交通运输等，均需要采用各种各样的生产机械，这些生产机械一般都采用电动机拖动——电力拖动，而电动机的工作是通过各种控制方式来控制的，最常见的是继电器—接触器控制，现今又发展到利用可编程控制器控制。　　无论是继电器－接触器控制，还是可编程控制器控制，都需要采用前一章所讨论的主令电器元件、检测电器元件、执行电器元件等。以实现对电力拖动系统的起动、制动、反向与调速的控制。进而实现电力拖动系统及其生产加工的自动化。由于各种生产机械的工艺过程不同，因而其控制电路也就不同。但电气控制电路不论是简单，还是复杂，但都是由一些比较简单的基本控制环节所组成。

　　一、教学目的　　1、培养学生应用国家标准绘制、分析电气控制电路原理图、系统图、位置图和安装接线图的能力；　　2、通过电气控制电路基本环节的讲授，培养学生分析电气控制电路的能力。　　二、基本要求　　1、掌握电气原理图、电气位置图、电气接线图、电气系统图等电气图的基本知识及其绘制方法；　　2、掌握鼠笼式异步电动机启动控制电路；　　3、掌握鼠笼式异步电动机制动控制电路；　　4、掌握液压系统电气控制电路；　　5、熟悉短路保护、欠压保护、失压保护、过载保护等保护环节。

　　三、重点与难点　　重点：　　1、电气原理图；　　2、鼠笼式异步电动机启动控制电路；　　3、鼠笼式异步电动机制动控制电路；　　4、液压系统控制电路；　　5、各种保护环节的应用。　　难点：　　1、电气原理图的展开形式；　　　　2、时间继电器的应用　　通电延时继电器与断电延时继电器的差别；　　瞬时触点与延时触点的差别；　　3、速度继电器的应用（双向旋转时，两个方向触点的应用区别）；　　4、触点竞争问题；　　5、节能方面的问题。　　

　　四、教学方法　　1、采用电子教案和多媒体，以引导学生阅读电路原理图，进而提高学生的学习兴趣和理解；　　2、讲授电气原理图时，要清楚的说明，同一个元件的各个部件一般都不画在一起，依靠文字符号来识别，这是为了使图面清晰所采用的一种方法；　　3、讲授电路基本环节需要采用循序渐进的方法，由简到繁的讲解，有利于学生接受；

§2—1　电气图　　电气控制电路是由许多电气元件按照一定的要求连接而成。为了描述电气控制电路的组成及工作原理，以便于安装、调试和维修，就需要将这种电气元件的连接用一定的图表示出来。在图上采用不同的图形符号和文字符号表示各电气元件。　　一、图形符号和文字符号　　1、图形符号　　目前，我国已有一整套图形符号国家标准GB －13《电气图用图形符号》。在绘制电气图时必须遵循。在该标准中，除分专业规定了各类图形符号外，还规定了符号要素、限定符号和常用的其它符号。有些符号规定了几种形式，有的符号分优选形和其它形，在绘图时可根据需要选用。对符号大小、取向、引出线位置等可按照使用规则作某些变化，以达到图面清晰、减少图线交叉或突出某个电路的目的。对标准中没有规定的符号，可选取GB4728中给定的符号要素、限定符号和一般符号，按其中规定的原则进行组合。

　　2、文字符号　　文字符号是用于电气技术领域中技术文件的编制，也可表示在电气设备装置和元器件上或近旁，以标明电气设备、装置和元器件的名称、功能、状态和特征。它分基本文字符号和辅助文字符号。　　（1）、基本文字符号　　基本文字符号包括单字母符号和双字母符号：　　单字母符号是按拉丁字母将各种电气设备、装置和元器件划分为23大类，每一大类用一个专用单字母符号表示。　　双字母符号是由一个表示种类的单字母符号与另一个字母组成，其组合形式应以单字母符号在前，另一字母在后的次序排列。这只有当单字母符号不能满足要求，需要将大类进一步划分时，才采用双字母符号，以便较详细和更具体地表述电气设备、装置和元器件。如变压器用单字母“T”表示，但变压器中有电流互感器、控制电路电源变压器、电力变压器、磁稳压器与电压互感器等，于是就得分别用双字母“TA”、“TC”、“TM”、“TS”、“TV”来表示。　　

　　（2）、辅助文字符号　　辅助文字符号是用于表示电气设备、装置和元器件以及电路的功能、状态和特征。如“SYN”表示同步；“L”表示限制；“RD”表示红色等。辅助文字符号也可安排在单字母后组成双字母符号，但为了简化，允许只采用第一位字母组合，如“MS”表示同步电动机。辅助字母还可单独使用，如“ON”表示接通；“M”表示中间线；“PE”表示保护接地等。　

　　（3）、补充文字符号的原则　　当按国家标准规定的基本文字符号和辅助文字符号还不够表述时，可参照GB7159—87《电气技术中的文字符号制订通则》中规定的文字符号组成和补充文字符号的原则进行。这些原则是：　　A、在不违背国家标准文字符号的编制原则下，可采用国际标准中规定的电气技术文字符号。　　B、在优先采用标准中规定的单字母符号、双字母符号和辅助文字符号的前提下，可补充国家标准中未列出的双字母符号和辅助文字符号。　　C、文字符号应按有关电气名词术语国家标准或专业标准中规定的英文术语缩写而成。　　D、基本文字符号不得超过两位字母，辅助文字符号一般不能超过三位字母。文字符号的字母采用拉丁字母大写正体字。且拉丁字母中的“I”、“O”不允许单独作为文字符号使用。

　　3、接线接线端子标记　　电气图中各电器接线端子用字母数字符号标记。按国家标准GB4026—83《电器接线端子的标识和用字母数字符号标志接线端子的通则》规定：　　三相交流电源引入线用L1、L2、L3、N、PE标记。直流系统的电源正、负、中间线分别用L+ 、L -与M标记。三相动力电器引出线分别按U、V、W顺序标记。　　三相感应电动机的绕组首端分别用U1、V1、W1标记，绕组尾端分别用U2、V2、W2标记，电动机绕组中间抽头分别用U3、V3、W3标记。　　对于数台电动机，在字母前冠以数字来区别。如对M1电动机其三相绕组接线端标以1U、1V、1W，对M2电动机其三相绕组接线端则标以2U、2V、2W来区别。两三相供电系统的导线与三相负荷之间有中间单元时，其相互连接线用字母U、V、W后面加数字来表示，且从上至下由小至大的数字表示。　　辅助电路各线号采用数字标记，其顺序一般从左至右、从上至下，凡是被线圈、触点、电阻、电容等元件所间隔的接线端点，都应标以不同的线号。

　　二、电气图　　电气图一般有四类，即系统图（或称框图）、电气原理图、电气安装位置图、电气接线图。　　1、系统图（或框图）　　所谓系统图（或框图），是用符号或带注释的框概略地表示电气控制系统或分系统的基本组成、相互关系及其主要特征的一种电气图。国家标准GB 《电气制图——系统图和框图》具体规定其绘制方法，并概述了其用途: 　　（1）系统图或框图是从总体上描述系统或分系统，它是依据系统或分系统按功能依次分解的层次绘制的，故有了系统图或框图就为绘制详细的电气原理图提供了方便。　　（2）通过阅读系统图或框图，对这个系统或分系统的总体情况就有了初步了解，有利于正确的进行操作和维修。如，维修人员借助于阅读系统图或框图，就可以确定故障的大体位置，进一步阅读该部位的电气原理图，就确定了故障的具体位置所在，加快维修的速度，减轻了劳动强度。

　　2、电气原理图　　电气原理图是一种表示电气控制电路的工作原理、各电器元件的作用及相互关系，而不考虑各电器元件的实际安装位置和实际连线情况的图形。为简单清晰起见，电气原理图多采用电气元件展开图的形式。也就是说，它是在系统图或框图的基础上，采用图形符号和文字符号并按功能布局,按国家标准GB6988.4—86《电气制图电路图》规定的电路图绘制规则而绘制的图形。由于电路图结构简单、层次分明，故适应于研究和分析电路工作原理。绘制电气原理图一般应遵循的原则是：

　　（1）电路图在布局上采用功能布局法。即将电路划分为若干功能组，按照因果关系从左至右、从上至下布置，并尽可能按工作顺序排列。由于采用展开图的形式，所以同一电器元件的各部件，如触点和线圈往往不绘制在一起，但用同一文字符号标明。如图2—1中，接触器KM的吸引线圈、主触点、辅助触点就没有绘制在一起，但都用文字符号“KM”标记，表示它们属于同一电器元件。

　　（2）电路图中的各电器元件，一律采用国家标准规定的图形符号绘出，并用国家标准规定的文字符号加以标记。对于各电器元件均是处于“平常”状态绘制。所谓“平常”状态，对于继电器、接触器等，是指吸引线圈未通电时的触点状态；对按钮、行程开关等，是指没有受到外力时的触点状态；对组合开关、万能转换开关、主令控制器等，是指手柄置于“零位”时的触点状态。如图2—1所示。

　　（3）电路图应按主电路、控制电路、照明电路及显示电路分开绘制。主电路一般绘制在图纸的左侧，它的三相电路导线按相序从上至下或从左至右排列，中性线排在相线的下方或右方，并用L1、L2、L3及N标记，如图2—1所示。电路可采用垂直布置或水平布置。当水平布置时，相似元件宜纵向对齐；当垂直布置时，相似元件宜横向对齐。

电源引入开关熔断器接触器吸引线圈接触器主触点热继电器触点接触器辅助触点热继电器热元件

　　3、电气安装位置图　　电气安装位置图是表示成套装置、设备或装置中各个项目所处位置的一种图。如电气安装位置图就应详细绘出电气设备中各电器元件的相对位置，图中各电器元件的文字符号应与其它电气图中电器元件的文字符号一致。图２—２就是CW6132车床电气安装位置图。由图可见，熔断器FU1、FU2、FU3、FU4，交流接触器KM，控制变压器TC，热继电器KR安放在控制柜内。而电动机M1、M2则与被拖动的机械部件安放在一起。电源引入开关QS和冷却泵电动机的起停开关安放在便于操作的地方。

接线端子排 5个穿线孔

　　4、电气接线图　　为了进行装置、设备或成套装置的布线或布缆，就必须提供其中各个项目（包括元件、器件、组件以及设备等）之间电气连接的详细信息，包括连接关系、线缆种类和敷设路线等。用以表达这些信息的电气图就称为电气接线图。它是检修和维护的必不可少的技术文件。　　电气接线图又分为单元接线图、互联接线图和端子接线图等。它们都依据电气原理图绘制的，但它们必须按项目的实际位置来绘制。国家标准GB6988.5—86《电气制图接线图和接线表》详细规定了接线图的编制规则。主要内容有：

　　（1）在接线图中，一般都应标出：项目的相对位置，项目代号；端子间的电连接关系，端子号、导线号；导线类型、截面积等。
　　（2）同一控制盘上的电器元件可直接连接，而盘内元器件与外部元器件连接时必须经接线端子板进行。　　（3）接线图中各电器元件图形符号和文字符号必须以电气原理图为准，并保持一致。　　（4）互联接线图中的互联关系可用连续线、中断线或线束表示，连接导线应注明导线根数、导线截面积等。一般不表示导线实际走线途径，施工时由操作者根据实际情况选择最佳走线方式。图２—３就是CW6132车床电气互联接线图。

照明灯照明灯开关接线端子排电源指示灯按钮盒电源引入开关冷却电机开关冷却泵电机主电机

§2－2 三相鼠笼异步电动机起动控制电路　　由于三相鼠笼异步电动机具有结构简单、价格便宜、坚固耐用、维修方便等优点，故在工矿企业中获得广泛应用，据不完全统计，在电力拖动设备总台数中三相鼠笼式异步电动机占85%左右。鼠笼式异步电动机的起动方法通常分为两种，即直接起动和降压起动。　　直接起动是一种简单、经济的起动方法，但起动时的起动电流一般为额定电流的4～7倍，过大的起动电流将导致电网电压明显下降，以致影响在同一电网上工作的其它负载正常工作，所以直接起动电动机时，电动机的容量必须予以限制。根据国家规定，对于频繁起动的电动机，允许直接起动的电动机，其容量不得大于变压器容量的20%；对于不频繁起动的电动机，其容量不得大于30%。一般，11KW以下的三相鼠笼异步电动机可采用直接起动。否则，需要采用降压起动。

　　一、直接起动控制电路　　１、单向旋转控制电路　　三相鼠笼异步电动机单向旋转通常有开关控制和接触器控制，图2—4就是相应的控制电路。　　（1）手动开关控制电路　　图2—4（a）是异步电动机单向旋转刀开关控制电路，其中Q即为刀开关。图2—4（b）是异步电动机单向旋转断路器控制电路，其中QF即为断路器。它们适应于不频繁起动的小容量电动机，显然不能实现远距离控制和自动控制。　　（2）接触器控制电路　　图2—4（c）是异步电动机单向旋转接触器控制电路。图中，Q为电源引入开关，FU1为用于主电路短路保护的熔断器，FU2为用于控制电路短路保护的熔断器，KM为接触器，KR为用于过载保护的热继电器，SB1、SB2分别为停止按钮和起动按钮，M为异步电动机。

熔断器接触器吸引线圈刀开关热继电器触点接触器辅助触点接触器主触点空气断路器热继电器热元件

　　电动机起动控制：合上电源引入开关Q，按下起动按钮SB2，其常闭触点闭合，接触器KM线圈通电动作。这一方面其主触点闭合，使电动机接通三相电源起动；另一方面与起动按钮SB2常开触点并联的辅助触点闭合，使接触器KM线圈经其自身辅助触点可以保持继续通电，不致因松开起动按钮SB2而导致接触器线圈断电。这种依靠接触器自身辅助触点保持线圈继续通电的电路，称之为自锁电路（或称自保电路。而这对辅助常开触点，称之为自锁触点（或称自保触点）。　　当需要电动机停转时，可按下停止按钮SB1，接触器KM断电释放，其常开主触点与辅助触点都断开，切断主电路电动机的电源，从而电动机停转。

　　依靠熔断器FU1、FU2分别实现了主电路和控制电路的短路保护。
　　当电动机出现一定时间的过载时，热继电器KR的双金属片受热弯曲，使串联在控制电路中的常闭触点断开，切断接触器KM的线圈电路，导致接触器的断电释放，其主触点切断电动机电源，电动机停转，因而实现了电动机的过载保护。　　当电源电压严重下降或电压消失，接触器电磁吸力也将严重下降，导致衔铁释放，接触器各触点复位，断开电动机电源，电动机停转。即使过后电源电压恢复，电动机也不会自行起动，避免了事故的发生。所以接触器本身具有欠压和失压保护。

　　（3）点动控制电路　　所谓点动就是点点动动（指机械运动部件），不点不动。在生产实际中需要试验机床各运动部件的动作情况，以及进行工件和刀具之间的调整都需要点动控制。　　图2—5（a）是最基本的“点动”控制电路。按下按钮SB1，接触器KM通电动作，主触点闭合，电动机旋转。松开按钮SB1，接触器断电释放，主触点断开，电动机停转。　　图2—5（b）是带手动开关的点动控制电路。当手动开关合上，则利用按钮SB2就可实现长动；当手动开关断开，切断自锁电路，则利用按钮SB2就可实现点动。

按钮配合钮子开关实现运行与点动的切换依靠按钮点动运行按钮配合中间继电器实现长期运行运行按钮点动按钮点动按钮

　　图２—５（c）是由按钮实现长动和点动的控制电路。按钮SB2实现长动，按钮SB3实现点动，因SB3是一种复合按钮，它的常闭触点断开自锁电路。
　　图2—5（d）是利用中间继电器K实现长动和点动的控制电路。按下按钮SB2，中间继电器K通电动作并自锁，中间继电器K的另一对常开触点闭合而接通接触器KM，实现电动机的长动控制。按下按钮SB3，因不能使中间继电器通电动作，故实现了点动控制。

（4）多台电动机的集中起停与单独起停控制电路
　　（4）多台电动机的集中起停　　　　与单独起停控制电路　　图2—6是多台电动机的集中起停与单独起停控制电路。图中2SB1、1SB1；2SB2、1SB2；…、…；2SBn、1SBn分别为电动机M1、M2、…、Mn的单独起停控制电路（主电路未画出）。SB2、SB1是所有电动机集中起停的起停按钮。SB2与中间继电器K构成点动控制电路，中间继电器K的常开触点分别与起动按钮2SB1、2SB2、…、2SBn的常开触点并联，按下SB2，使中间继电器K通电动作，其所有常开触点闭合，致使所有电动机的控制接触器KM1、KM2、…、KMn通电动作并自锁，进而所有电动机同时起动。按下按钮SB1，将使所有电器元件断电释放，实现了集中起停的控制要求。　　此处中间继电器K实质上是用于扩充按钮SB2触点数目的作用。

集中停止按钮集中启动按钮分别启动按钮分别启动按钮分别停止按钮分别停止按钮

　　２、可逆旋转控制电路　　实际生产中，常常要求电动机能够可逆旋转。由电机学原理可知，只要将电动机定子三相绕组任意两相调换一下连接到电源上，就可使电动机定子电源的相序改变，进而就可改变电动机的旋转方向。　　图２—６是按钮操作控制的电动机正－反转控制电路。其中图（a）实际上是由两组单向旋转控制电路并联组合构成。不过为了防止正-反转起动按钮SB2、SB3同时按下，导致两相电源短路所造成的误操作，故将KM1、KM2正-反转接触器的常闭触点串接在对方线圈电路中，形成相互制约的控制关系，如图2—6（a）所示。这种相互制约关系称为互锁控制。由于这种互锁是由接触器的常闭触点构成的，所以称为电气互锁。

正反转接触器的常闭触点构成电气互锁按下时，常闭断开，常开闭合，具有了机械互锁；且实现了直接反向启动

　　图（a）所示可逆旋转控制电路虽然能实现正-反转控制，但进行电动机由正转转变为反转，或由反转转变为正转的操作时，首先必须按下停止按钮SB1，然后再按下反转按钮SB3，或按下正转按钮SB2。也就是说，构成正-停-反，或反-停-正的一种操作顺序。为了提高劳动生产率，缩短辅助时间，应尽量减少辅助动作，故采用复合式控制按钮的可逆旋转控制，如图2—6（b）所示。在这个电路中，增设了起动按钮的常闭触点作互锁，构成具有电气互锁、机械互锁的控制电路。这样既实现了由正转直接反转，或由反转直接正转的要求，由保证了电路工作可靠。也就是说，构成正-反-停，或反-正-停的操作顺序。　　实际生产中，一般将两只交流接触器、一只热继电器安装在一个铁盒中，构成所谓可逆磁力起动器，与一只三联按钮配合，就可连接成具有电气、机械互锁的可逆旋转控制电路。

　　二、降压起动控制电路　　1、鼠笼式异步电动机自耦变压器降压起动控制电路　　图2—8是利用通电延时继电器进行时间原则的鼠笼式异步电动机自耦变压器降压起动的控制电路。电路的工作原理如下：

按下SB2， KM1、KM2通电动作电动机降压启动 KT开始计时 KT 瞬时触点闭合计时时间到延时常开触点闭合 KM0通电动作电动机转入正常运转计时时间到延时常闭触点闭合 KM1、KM2断电释放启动结束

　　由电路分析可见，假定时间继电器KT的释放时间为tKT ，接触器KM0的触点换接时间为△tKM ，为了保证电路由起动可靠转入正常运转，就必须满足下式：
对空气阻尼式时间继电器和交流接触器一般都能满足此式。

　　2、异步电动机星——三角起动控制电路　　鼠笼式异步电动机星——三角起动就是电动机起动时，其定子绕组连接成星形起动，起动完毕，再将定子绕组换接为三角形连接转入正常运转。可见，它也可看作一种降压起动。图2—9就是这种起动方式的控制电路。

断电延时时间继电器吸引线圈 KT通电立即闭合断电延时断开 KM0 动作 KM0、KM2动作电动机接成三角形启动通电延时时间继电器吸引线圈 KM0、KM1动作电动机接成星形启动 KT通电延时断开

（a）断电延时时间继电器

（b）通电延时时间继电器

　　此控制电路的优点是：　　（1）起动完毕，由接触器KM2的常闭触点断开时间继电器KT的电路，避免了时间继电器的长期通电，节约了能源。　　（2）交流接触器KM0只有在交流接触器KM1通电动作后，才有可能通电动作。而交流接触器KM1又只有在交流接触器KM2没有动作的情况下，才有可能通电动作。若交流接触器KM2的主触点发生熔焊，则其辅助常闭触点将断开，就不可能接通时间继电器KT和交流接触器KM1，这就保证了只有电动机绕组连接成星形才能起动。　　（3）当时间继电器KT因某种原因拒绝工作时，其瞬时动作触点就不可能闭合，这样就避免了电动机长期连接成星形运转。

　　３、电动机定子串电阻降压起动控制电路　　图2—10是电动机定子串电阻降压起动控制电路。电动机起动时在三相定子电路中串接电阻，使电动机定子绕组电压降低，进行降压起动。起动完毕，再将电阻短接，电动机作正常运转。这种起动方式由于不受电动机绕组接线形式的限制，设备简单，所以在中小型机床中时有应用。而且在机床中也常常用这种串接电阻的方法来限制点动调整时的起动电流。电路的工作原理如下：

KM1动作并自锁电动机串电阻启动按下启动按钮 KT通电开始计时 KM1动作电动机启动 KM2动作电动机运行计时时间到闭合 KM2通电动作自锁、切断KT和KM1 短接电阻R 电动机运行

§2—3　鼠笼式异步电动机制动控制电路　　很多机床，如万能铣床、卧式镗床、组合机床等，都要求能迅速停车和准确定位。这就要求对电动机进行制动，强迫其立即停车。制动停车一般分为两大类，即机械制动和电气制动。机械制动采用机械抱闸或液压装置来制动，本书不多作介绍；电气制动实质上是使电动机产生一个与原来转子旋转方向相反的制动转矩。生产实际中，多采用能耗制动和反接制动。

　　一、能耗制动控制电路　　所谓能耗制动，就是停车时，在切除异步电动机的三相电源同时，将电动机定子绕组接通直流电源，建立恒定磁场，转子依惯性旋转，产生感应电流，进而产生制动电磁转矩。电动机转速为零时切除直流电源。这种制动方法，实际上是将原来贮存在转子中的机械能转换为电能消耗掉，故因此而得名。

　　1、无变压器单管能耗制动控制电路　　图2—11是采用通电延时时间继电器作时间原则控制的单管能耗制动控制电路。制动时将电动机U、V两相绕组由接触器KM2主触点短接，再经接触器KM2主触点连接到三相电源的W相，而电动机绕组的W端字连接到整流二极管，再连接到电源中线，为此形成单管整流电路。电路工作原理如下：

W相电流经电动机U、V绕组并联和W 绕组、二极管V整流为直流
KM1通电动作并自锁电动机启动运行按下SB2 KM1动作电动机启动并运行计时时间到，切断KM2，停车 KM2通电动作接通单管能耗制动 KM2动作 W相电流经电动机U、V绕组并联和W 绕组、二极管V整流为直流电动机被制动按下SB1 断开KM1 接通KM2、KT KT通电开始计时

　　2、电动机可逆运行能耗制动控制电路　　图2—12是电动机可逆运行时间原则控制的能耗制动控制电路。图中KM1、KM2为正、反转接触器，KM3为制动接触器，KT为对制动计时的时间继电器。电路工作原理如下：

通电动作并自锁电动机正转按下 KM1控制正转按下停车制动通电动作并自锁电动机开始制动通电计时、自锁 KM2控制反转 KM3 控制能耗制动计时时间到断开制动结束

　　前面分析两种能耗制动都是采用时间原则控制的直流制动，一般适用于负载转矩和负载转速较为稳定的电动机，有利于时间继电器的整定。显然，也可以采用速度原则控制来实现能耗制动，对于能够通过传动系统来实现负载速度变换的生产机械可能更为合适。

　　二、反接制动控制电路　　反接制动一般有两种情况：一种是在负载转矩作用下使正转接线的电动机出现倒拉反接制动，这通常在起重机下降重物的场合出现，它已在《电力电子技术》课程的有源逆变内容中予以介绍，本书不再讲述。另一种是电源反接制动，也就是改变电动机的电源相序，使电动机定子绕组产生的旋转磁场与转子旋转方向相反，因而产生制动，使电动机转速迅速下降。当转速下降到接近零时，迅速切断电动机电源，以免出现电动机反向起动。为避免出现反向起动，反接制动通常采用速度原则控制。由于反接制动时，转子相对于旋转磁场的转速接近２倍同步转速，因此起始制动电流将达到全压起动电流的２倍。这一方面将导致电动机绕组过热，甚至可能烧坏电动机绕组；另一方面将造成极大的制动冲击。为此，反接制动时应在电动机定子电路中串入限流电阻。

　　1、电动机单向旋转反接制动控制电路　　图2—13是电动机单向旋转反接制动控制电路。主电路中，接触器KM1通电动作，将使电动机单向正常运转；接触器KM2通电动作，将改变电动机接入电源的相序，也就是串入电阻反接制动。速度继电器KS与电动机主轴同轴连接，用来检测电动机单向运转时的转速是否为零。因此，电动机正常运行时，速度继电器是动作的，其常开触点将闭合，而常闭触点将断开。图2—13所示电路的工作原理如下：

KM1通电动作并自锁主触点闭合，电动机正常启动运转按下SB2 KM2通电动作电动机串电阻反接制动正常启动运转后闭合制动到转速为0 断开需要停车按下SB1、SB3：断开KM1 接通KM2 KM2通电动作主触点闭合电动机串电阻制动 KM1通电动作电动机正常运转

　　2、电动机双向反接制动控制电路　　图2—14是电动机双向起动反接制动控制电路。主电路中的电阻R既作起动电阻用，也作反接制动电阻用。就是说，它既能限制起动电流，又能限制反接制动电流。电路的工作原理如下：

KM1、KM3 通电动作电动机运转 KM1单独通电正常启动、反转运转制动 KM2与KM1同按下 K1通电动作并自锁接通KM1 电动机串电阻启动按下停车停车接通反转为切除电阻作准备转速到闭合通电动作并自锁；为反接制动作准备启动毕 KM3动作切除电阻运转

其主触点控制电动机反复接通电源启动与断电停车
　　三、低速脉动控制电路　　生产实际中，有时需要对电动机实现低速脉动控制。如某些机床主轴变速时，为了使变速齿轮顺利啮合，需要主轴电动机低速脉动旋转。图2—15就是电动机低速脉动控制电路，其工作原理如下：利用速度继电器常闭触点受速度上升、下降控制其断开、闭合进而控制 KM反复通电与断电其主触点控制电动机反复接通电源启动与断电停车实现脉冲按动脉冲按钮

→下降到速度继电器复位转速时，其动断触点闭合如此周而复始，电动机就在低速下脉动旋转。
→电动机再次接通电源起动如此周而复始，电动机就在低速下脉动旋转。

§2—4 双速电动机变速控制电路　　双速电动机在车床、铣床、镗床等机床中都应用，因为它与机械变速结合可以简化机床的结构。它是利用改变电动机定子绕组磁极对数来改变转速的。如图2—16主电路（a）（b）所示，当电动机定子绕组端子D1、D2、D3连接电源，而D4、D5、D6悬空，即电动机连接成三角形为4极，则电动机工作在低速；当电动机定子绕组端子D1、D2、D3短接，D4、D5、D6连接电源，则电动机连接成双星形为2极，电动机工作高速。

电机低速启动，并计时，时间到断开KML，接通KMH、KM高速运行
通电动作绕组连接成双星形高速运转按下低速按下高速打到2位电机低速启动，并计时，时间到断开KML，接通KMH、KM高速运行 KML 通电动作，绕组连接成三角形低速运转 KMH、KM 通电动作，绕组连接成双星形，高速运转

　　图2—16（c）（d）是主电路图2—16（a）的两种控制电路。图（c）采用开关S实现高、低速控制，当开关拨在“1”位，按下起动按钮SB2，则接触器KML通电动作并自锁，电动机连接成三角形低速运行；当开关S拨在“2”位，按下起动按钮SB2，则接触器KMH通电动作并自锁，电动机连接成双星形高速运行。图（d）采用复合按钮连锁，实现高、低速直接切换。当按下起动按钮SB2，其常闭触点切断接触器KMH电路；而其常开触点将使接触器KML通电动作并自锁，电动机连接成三角形低速运行；当按下起动按钮SB3，其常闭触点切断接触器KML电路，而其常开触点将使接触器KMH通电动作并自锁，电动机连接成双星形高速运行。

　　图2—16（e）是主电路图2—16（b）的控制电路。它采用开关S实现高、低速的控制，还采用通电延时时间继电器作为需要高速运行时，低速起动计时。当开关S拨在“1”位，则接触器KML通电动作，电动机连接成三角形低速运行；当开关S拨在“2”位，则一方面接通时间继电器KT，对起动开始计时，另一方面经时间继电器KT的常闭触点使接触器KML通电动作，将电动机连接成三角形低速起动，当计时时间到，时间继电器KT的延时常闭触点断开，切断接触器KML电路，随即时间继电器KT的延时常开触点闭合，使接触器KM通电动作，一方面短接电动机定子绕组端子D1、D2、D3，另一方面接触器KM的常开触点闭合，使接触器KMH通电动作，将电动机定子绕组端子D4、D5、D6连接到电源，于是电动机连接成双星形高速运行。　　通常，图2—16（c）、（d）应用于小容量电动机。而图2—16（e）应用于较大容量电动机。

§2—5 电液控制　　液压传动系统和电气控制电路相结合的电液控制系统在组合机床、自动机床、生产自动线以及数控机床等获得广泛应用。这是因为液压传动系统易于获得很大的力矩，运动传递平稳、均匀、准确可靠，控制方便，易实现自动化。

　　一、电磁换向阀　　液压传动系统通常由四部分组成：　　1）动力装置（液压泵）。　　2）执行机构（液压缸或液压马达）。　　3）控制调节装置（溢流阀、节流阀、换向阀等）。　　4）辅助装置（油箱、油管、滤油器、压力计等）。　　换向阀在机床液压系统中用以改变液流方向，实现运动换向，接通或关断油路。在电液控制中，常用电磁铁推动换向阀来改变液流方向，电磁换向阀就是利用电磁铁推动滑阀移动来控制液流流动方向的。换向阀的种类很多，图2—16是常用的几种换向阀的图形符号。电磁换向阀型号的意义是：以23D—10B为例，型号中23表示二位三通；D表示直流电源；10表示流量为10L/min；B表示板式连接。　　图2—16中的方格表示滑阀的位，箭头方向表示阀内液流方向，“⊥”表示阀内通道堵塞。图（a）是二位二通阀；图（b）是二位三通阀；图（c）是二位四通阀；图（d）是三位四通阀；图（e）是三位五通阀。二位阀、三位阀的电磁铁断电后，依靠弹簧自动复位。　　电磁阀有交流电磁阀和直流电磁阀两种。以电磁铁所采用电源而定。

二位二通阀二位四通阀二位三通阀三位四通阀三位五通阀

　　二、液压动力头控制电路　　动力头是一种既能完成进给运动，同时又能完成刀具切削运动的动力部件。液压动力头的自动工作循环由电气控制电路控制液压系统来实现的。图2—17是某一动力头的液压传动系统及其电气控制电路。图（a）是液压系统图；图（b）是动力头的工作循环图，它描述了动力头的工作进程及各程序的转换主令信号；图（c）是一次工作循环的电气控制电路；附表是作为执行元件的电磁阀动作节拍表。

启动按钮原位行程开关原位压下通电动作并自锁工进到位压下断开 K1 YA1 快进到位压下 K2通电动作并自锁 YA1、YA3动作快进 YA3断开工进退回原位压下使K2断开接通YA2 快退

　　该动力头的工作过程是：　　1、动力头快进——在液压泵电机已经起动，液压系统中的油压已达到要求时。处于原始位置（压下行程开关ST0）的动力头，当电磁铁YA1、YA3得电，电磁阀YV1、YV2右移，则一方面系统中的压力油经电磁阀YV1进入油缸YG的左腔，另一方面油缸YG右腔中的油也经电磁阀YV2进入油缸的左腔。因此，在油缸中的活塞推动下，动力头快速向前。　　2、动力头工进——快速前进到压下行程开关ST1，表示动力头前进到位，应使电磁阀YV2的电磁铁YA3断电而复位。因而，油缸右腔中的油将不再经电磁阀YV2进入油缸的左腔，而是经节流阀L流回油箱，动力头转入工作进给。　　3、动力头快退——工作进给到压下行程开关ST2，将使电磁铁YA1断电，而电磁铁YA2通电，电磁阀YV1左移。这样，系统中的压力油经电磁阀YV1流入油缸YG的右腔，而油缸YG左腔中的油经电磁阀YV1、节流阀L流回油箱，于是动力头快速退回。当退回到压下原位行程开关ST0，则使电磁铁YA2断电，电磁阀YV1复位。　　至此完成了动力头的一次工作进给。

§2—6 电动机的保护　　前面已经讨论了电动机的基本控制环节，任何复杂的电气控制系统都是由一些基本的控制环节所组成。作为控制生产机械的电气控制系统一方面要求能满足生产机械的加工工艺要求，另一方面要求能准确、可靠的运行。这就要求对电气控制系统设置各种保护措施，以保护电动机、电网、电气设备和人身等的安全。通常，电气控制系统中设置有短路保护、过载保护、零电压保护、欠电压保护以及弱磁保护等

　　一、短路保护　　电动机的绕组绝缘、连接导线的绝缘损坏或电气元件发生故障等，都可能造成短路现象，所产生的短路电流将导致整个电气设备的损坏。为此，必须采取措施，使在发生短路现象的瞬间迅速将电源切断，这就称为短路保护。常用的短路保护元件有熔断器和自动开关。　　1、熔断器保护　　熔断器的熔体是用一种低熔点材料制成，它串联在需要保护的电路中，当电路发生短路或严重过载时，熔体自动熔断，进而切断电路的电源，达到保护的目的。　　2、自动开关保护　　自动开关又称空气断路器，它既短路保护功能，又有过载和欠压保护功能。这种开关能在电路发生短路、过载或欠电压现象时，迅速地自动切断电源。一般用来作为电气设备的电源引入开关。　　熔断器价格便宜，一般应用于对准确度和自动化程度比较差的系统中，如小容量鼠笼式异步电动机、普通的交流电路等。应注意的是：当一相的熔断器熔断时，可能造成电动机的单相运行。自动开关则不会出现这个问题。因为发生短路现象时，它将自动调闸，切断三相电源。但自动断路器结构复杂，操作频率低，一般应用于要求较高的场合。

　　二、过载保护　　电动机长期过载运行，其绕组温升将超过允许值，导致绝缘材料老化变脆，寿命缩短，严重的导致电动机损坏。为此，必须对过载情况予以保护。目前，广泛采用热继电器进行过载保护，热继电器的动作时间随过载电流而变，就是说，过载电流较小时，热继电器需要较长时间才动作。当电动机的工作环境温度和热继电器的工作环境温度不同时，热继电器保护的可靠性就会受到影响。所以，有时采用热敏电阻作为检测元件热继电器，但它是将热敏元件嵌入在电动机的绕组内，这虽然能更为准确的测量电动机绕组的温度，但需要电动机制造商协助，故一般应用于大型电动机。　　热继电器不能作为短路保护的元件，因为短时的过载冲击或短路电流都不可能瞬时动作。达不到保护目的。

　　三、过电流保护　　过电流保护一般应用于直流电动机和绕线式异步电动机。因为过电流往往是由于不正确的起动或过大的负载转矩引起的，通常比短路电流小。鼠笼式异步电动机过载能力强，在运行中产生过电流的几率也多，如频繁的正反转起制动时，电流就比较大，若采用过电流继电器进行保护，电动机将无法工作。直流电动机和绕线式异步电动机电路中若采用过电流继电器作过载保护时，它同时也就起着短路保护的作用，一般过电流继电器的电流整定值约为起动电流的1.2倍。

　　四、零电压与欠电压保护　　为了防止电源电压因某种原因消失后，电源电压再次恢复时电动机自行起动而设置的一种保护，称为零电压保护。　　电源电压过分降低，将导致电气控制电路的工作不正常和设备的损坏,甚至可能产生设备和人身事故。为此，需要在电源电压下降到某一允许值时，电气控制系统能自动切断电源，这就是欠压保护。为了实现欠压保护，通常采用电压继电器作为检测元件。　　对于采用手动电器操作的，如万能转换开关、主令控制器等元件的电气控制电路，很多情况下，都需要考虑设置零电压和欠电压保护。因为，当电源电压消失或电源电压严重下降时，虽然某些电磁电器元件能断电释放，但这些手动电器在断电后若不在“零位”，则电源电压恢复时，将可能导致某些电器元件的自动通电动作而造成事故。　　对于采用按钮操作的，多数情况下，不需要另外设置零电压和欠电压保护。因为，利用按钮的自动恢复功能和接触器的自锁作用，就具有了这两种保护。

　　五、弱磁保护　　直流电动机只有在磁场有一定的强度下才能起动，如果太弱，则起动电流就会很大。正在运行的直流电动机，如果磁场突然减弱或消失，就会导致电动机的转速升高，甚至飞车。所以对直流电动机需要设置弱磁保护。弱磁保护是在励磁回路中接入电流继电器来实现。当出现励磁电流消失或下降到某一值时，电流继电器将断电释放，其触点切断接触器线圈电路使接触器断电释放，接触器主触点断开使电动机停车。

第三章典型机床控制电路　　电气控制系统是机床的重要组成部分。作为电气控制系统的设计人员，必须了解机床的结构、传动方式等有关问题，才能与机械设计人员共同提出最佳的控制方案。这就要求设计前，对国内外同类产品的电气控制系统进行分析和比较。

　　一、教学目的　　1、通过典型机床电气控制电路的分析，培养学生阅读电气原理图的能力；　　2、因为任何复杂的电气控制电路都是由简单的基本控制环节所构成，故讲授本章是为了培养掌握基本控制环节，以进一步掌握分析复杂电气控制电路的能力。　　二、基本要求　　1、了解卧式车床运动对电气控制的基本要求及电气控制电路的基本环节；　　2、了解铣床运动对电气控制的基本要求及电气控制电路的基本环节。

　　三、重点与难点　　1、车床的运动及其控制；　　2、铣床的运动及其控制；　　四、教学方法　　1、采用电子教案及多媒体教学；　　2、首先讲解车床的运动及其传动特点，然后讲解对电气控制的要求，最后分析对应的控制电路原理；　　3、首先分析铣床的运动及其传动特点，然后讲解对电气控制的要求，最后分析对应的控制电路原理。

　　分析机床电气控制系统时应注意的问题是：　　1、要了解机床的主要技术性能，以及机械传动、液压和气动的工作原理。　　2、弄清楚各电动机的安装部位、作用、规格和型号。　　3、初步掌握各种电器的安装部位、作用，以及各操作手柄、开关、控制按钮的功能和操纵方法。　　4、了解与机床的机械、液压、气动发生直接联系的各种电器（如：行程开关、撞块、压力继电器、电磁离合器、电磁铁等）的安装部位及作用。　　5、分析电气控制系统时，要结合说明书及有关技术资料，将整个电气控制电路划分为若干部分逐一进行分析。如：各电动机的起动、停止、变速、制动、保护以及相互之间的联锁等。

§3—1 车床电气控制电路

　　卧式车床是机床中应用最为广泛的一种，其外形如图3—1所示。它用来加工各种工件的外圆、内孔、端面以及螺纹。一般车床加工工件时，根据工件材料或材质的不同，应选择合适的主轴转速和进给速度。但目前中小型车床多采用不变速的异步电动机拖动，变速是依靠齿轮箱的有级调速来实现的。主轴的旋转运动一般要求有正反转，通常是通过改变主轴电机的转向或离合器实现。进给运动一般是将主轴运动的一部分动力通过挂轮箱传递给进给箱实现的。有些车床具有刀具的快速进给，它一般有单独的电动机拖动。多数车床都有冷却泵电动机，以便加工时对工件进行冷却。有的车床还设置独立的润滑泵电动机，以对整个运动部件进行润滑。　　主轴电动机通常有两种起动方式，即直接起动和降压起动。一般，对于经常起动的电动机，其容量在电网容量的20％以下时，可采用直接起动。对于不经常起动的电动机，其容量在电网容量的30%以下时，可采用直接起动。　　主轴电动机其制动也有两种方式：即电气方法的能耗制动和反接制动，以及机械方法的摩擦离合器制动。

　　一、CW6163B万能卧式车床电气控制电路　　CW6163B万能卧式车床床身最大工件的回转半径为630mm，工件的最大长度根据床身长度分为1500mm和3000mm两种。图3—1是CW6163B卧式车床的电气控制原理图。　　1、主电路　　该机床的电气控制系统设置有3台电动机，M1为主运动和进给运动电动机；M2为冷却泵电动机；M3为刀架快速移动电动机，均为直接起动。主轴的制动采用液压制动器。　　三相电源通过自动开关Q引入。交流接触器KM1控制主电动机M1的起动运转。热继电器KR1用作主电动机的过载保护。自动开关Q中的电磁脱扣器作为整个电路的短路保护。电流表A用于监视主电动机的电流。机床工作时，可调整切削用量，使电流表的值等于主电动机的额定电流，以提高工作效率和功率因素。　　熔断器FU1作为冷却泵电动机和快速移动电动机的短路保护。接触器KM2控制冷却泵电动机M2，热继电器KR2用于该电动机的过载保护。接触器KM3控制快速移动电动机M3，因它是短时工作，所以不设过载保护。

如此联接，保证了只有主轴启动，才可以启动冷却泵
机床工作指示灯电源指示灯照明灯两地控制两地控制如此联接，保证了只有主轴启动，才可以启动冷却泵快移点动

　　2、控制、照明及显示电路　　控制变压器T付边之110V电压作为控制电路的电源。为方便操作和事故状态下紧急停车，主电动机M1采用两地控制方案。即停止按钮SB1和起动按钮SB3安装在床身操纵板上，而停止按钮SB2和起动按钮SB4则安装在刀架拖板上，这样两地都可控制主电动机的停车与起动。当主电动机过载时，热继电器的常闭触点切断接触器KM1的线圈电路，致使接触器KM1断电释放，其主触点断开主电动机电源，实现了过载保护。　　冷却泵电动机的起动按钮SB6和停止按钮SB5安装在床身操纵板上，它们通过接触器KM2控制冷却泵电动机M2的起动与停车。当冷却泵电动机因故过载时，热继电器KR2的常闭触点切断接触器KM2的线圈电路，使接触器KM2断电释放，其主触点断开冷却泵电动机M2的电源，实现了过载保护。　　快速移动电动机由安装在进给操纵手柄顶端的点动按钮SB7控制，它与接触器KM3组成点动控制电路。　　信号灯HL1为机床工作指示灯；信号灯HL2为电源指示灯；EL为机床照明灯，SA为照明灯开关。

　　二、C650卧式车床控制电路　　C650卧式车床属于中型车床，床身最大工件回转半径为1020mm，最大工件长度为3000mm。图3—2是它的电气控制原理电路。

监视电动机绕组的电流，启动完毕，时间继电器延时常闭触点断开
主电动机主电路电源引入熔断器作短路保护正反转接触器控制可逆旋转热继电器作过载保护接触器作短接电阻用监视电动机绕组的电流，启动完毕，时间继电器延时常闭触点断开限制点动时连续的启动电流速度继电器实现速度原则控制

熔断器作两台电动机和控制变压器的短路保护冷却泵电动机主电路单向旋转控制热继电器作过载保护冷却泵电机冷却工件

快速移动电动机主电路接触器控制溜板箱快速移动电机的单向旋转溜板箱快速移动电机短时工作，不设置过载保护

　　1、主电路　　图中，电源由组合开关将三相电源引入。主电动机M1功率为30KW，可逆运动由接触器KM3、KM4控制。为提高工作效率，采用了双向反接制动速度原则控制，且为限制反接制动电流，电动机定子绕组回路中串入电阻R，正常工作时，由接触器KM将其短接。采用熔断器FU1作短路保护。采用热继电器KR1作过载保护。电阻R还用于限制点动控制时连续的起动电流，以免连续的起动电流造成过载而热继电器误动作。设置电流互感器TA，以接入电流表A，是为了监视主电动机绕组的电流。　　图中，为减轻劳动强度和节省辅助工作时间，设置拖动溜板箱快速移动的电动机M3，其功率为2.2KW，由接触器KM2作单向旋转控制。因为是短时工作，故不设置过载保护。　　图中，为冷却工件，设置了冷却泵电动机M2，由接触器KM1控制其单向旋转。由热继电器KR2作过载保护。　　电动机M2、M3由熔断器FU2作短路保护。

控制电路：1，点动控制为调整与装卸工件；只需单向旋转正转接触器，串电阻低速运转点动按钮

　　2、控制电路　　（1）主电动机的点动控制　　为了调整和装卸工件，需要对主电动机作点动控制。显然，点动只需单向旋转，为此需要接触器KM3通电动作。控制按钮SB6即为点动按钮，按下SB6，则接触器KM3经常闭触点KM4通电动作，其主触点闭合，电动机定子绕组串电阻R接通电源，电动机在较低转速下起动。松开按钮SB6，接触器KM3断电释放，电动机停转。

正转接触器线圈正转控制按钮反转接触器线圈反转控制按钮

　　（2）主电动机的正反转控制电路　　图3—2中，接触器KM3控制主电动机的正转，接触器KM4控制主电动机的反转。主电动机的正向起动由控制按钮SB1控制；主电动机的反向起动由控制按钮SB2控制。

通电动作并自锁主触点闭合电机接通正转辅助触点闭合，自锁 KM 通电动作主触点短接R 辅助触点闭合按下SB1 K 通电动作自锁

　　按下SB1，其常开触点（5—13）闭合，使接触器KM通电动作。其主触点闭合将电阻R短接；其辅助常开触点（5—23）闭合，使中间继电器K通电动作。中间继电器的常开触点（5—13）闭合，将按钮SB1的常开触点（5—13）短接，保证在松开按钮SB1后，接触器KM继续通电；而中间继电器常开触点（11—7）闭合，使接触器KM3通电动作，其主触点闭合将电动机接通正相序作正转运行；其辅助常开触点（11—13）闭合与中间继电器K已闭合的常开触点（5—13）一起使接触器KM3自锁。　　类似分析反转控制。

双向反接制动之正向运转反接制动按下停止按钮 KM3、KM、K断电释放 KM释放主触点复位串电阻限制制动电流 K 复位闭合正转时已动作闭合制动到零，复位切断KM4，制动毕 KM4 通电动作电机反转制动

　　（3）主电动机的双向反接制动控制电路　　当正在正转运行的主电动机需要停车时，按下停止按钮SB4，将使接触器KM断电释放，其主触点复位，使限流电阻R接入；其辅助常开触点（5—23）复位，使中间继电器K断电释放。这一方面中间继电器K的常开触点（5—13）、（11—7）复位，切断接触器KM3电路，接触器KM3断电释放，其主触点复位，使电动机从正相序电源脱开；另一方面中间继电器K的常闭触点（5—15）复位，经速度继电器BV的动合触点（BV1）和接触器KM3的常闭触点（17—21）使接触器KM4通电动作，其主触点闭合将电动机接入反相序，即反接制动。当转速下降到接近零，速度继电器BV复位，其动合触点BV1（15—17）断开，切断接触器KM4电路，使接触器KM4断电释放，制动完毕。

冷却泵电机、快素移动电机控制冷却泵电机启动按钮冷却泵电机停止按钮转动刀架手柄压下通电动作，主触点将M3接到电源

　　（4）刀架的快速移动和冷却泵控制　　刀架的快速移动是由转动刀架手柄压动行程开关ST来实现的。当手柄压下行程开关ST后，接触器KM2通电动作，其主触点闭合，将电动机接M3到三相电源，进而拖动刀架快速移动。　　冷却泵电动机是由起动按钮SB3和停止按钮SB5控制。当按下起动按钮SB3，接触器KM1通电动作并自锁。其主触点闭合，将电动机M2接到三相电源，进而拖动冷却泵工作，以喷出冷却液冷却工件。

主电动机负载电流监控通电延时时间继电器避免启动电流冲击

　　（5）为监视主电动机负载，通过电流互感器TA接入电流表。为避免起动电流对电流表造成冲击，电路中设置了一个时间继电器KT，对起动予以计时。起动开始时，由于时间继电器KT的延时动断触点尚未动作，故它将电流表短路。起动完毕，时间继电器KT的延时动断触点断开，接入电流表，对主电动机负载进行监视。

　　3、照明电路　　EL为机床照明灯，由开关SA控制。熔断器FU3作照明电路的短路保护。

§3—3 铣床电气控制电路　　铣床可用来加工平面、斜面、沟槽，装上分度头可以铣切直齿齿轮和螺旋面，装上圆工作台，还可以铣切凸轮和弧形槽，所以铣床在机械行业的机床设备中占有相当大的比重。铣床根据结构型式和加工性能的不同，可分为卧式铣床、立式铣床、龙门铣床、仿形铣床和各种专用铣床。　　铣床所用的切削刀具为各种形式的铣刀。铣削加工一般有顺铣和逆铣两种形式，分别使用刃口方向不同的的顺铣刀和逆铣刀。铣床的运动形式有主运动、进给运动以及辅助运动。铣刀的旋转运动为主运动；工件在垂直铣刀轴线方向的直线运动为进给运动；而工件与铣刀相对位置的调整运动和工作台的回转运动均为辅助运动。

　　主运动由一台主电动机拖动，为适应顺铣和逆铣的需要，要求主运动有正、反转。由于铣刀一旦选定之后，主运动的铣削方向就也确定，所以在加工过程中不需要改变主运动的方向，故铣床中的主运动往往采用换相开关来预选方向。又由于铣削加工通常是多刀多刃连续切削，负载波动，故采用飞轮来减轻负载的波动影响。但飞轮的加入，增加了主运动停车时的机械惯性，为此，铣床的主运动多采用制动停车。　　铣削的进给运动是直线运动，通常是工作台的垂直、横向和纵向三个方向的移动，为保证安全，加工时，只允许一种运动，为此，三个运动应设置互锁。工作台的移动通常采用1台电动机拖动，并由运动方向选择手柄来选择运动方向，而由电动机的正、反转实现上或下、左或右、前或后的运动。某些铣床为扩大加工能力而增加圆工作台，在使用圆工作台时，原工作台的上下、左右、前后运动都不允许进行。

为适应各种铣削的不同要求，铣床的主轴运动和进给运动都应有一定的调速范围。且考虑到变速时有利于变速齿轮的啮合，通常采用低速脉动旋转。
　　铣床的主运动和进给运动没有比例协调的要求，为此从机械结构合理的角度考虑，采用两台电动机分别拖动，且进给运动一定要在主轴旋转（即铣刀旋转）之后才允许进行，而主轴旋转（即铣刀旋转）停止之前，进给运动应先停止。以保证工作安全。这就要求在电气控制电路中应予以严格的互锁。　　为适应各种铣削的不同要求，铣床的主轴运动和进给运动都应有一定的调速范围。且考虑到变速时有利于变速齿轮的啮合，通常采用低速脉动旋转。

下面以XA6132型万能铣床为例，分析中小型铣床的电气控制。
下图是该铣床的外形示意图。

　　XA6132型万能铣床主要由床身、底座、悬梁、刀杆支架、升降台、溜板、工作台等部分组成。箱形的床身固定在底座上，在床身内部安装有主轴的传动机构和主轴变速操纵机构。在床身的顶部有水平导轨，其上安装有悬梁，悬梁上安装铣刀心轴。在床身的前方有垂直导轨，升降台可沿导轨上下移动，在升降台上有水平导轨，其上安装有可前后移动的溜板，溜板上设置有可转动部分，工作台在溜板上部可转动部分的导轨上可作左右移动。工作台上有燕尾槽以固定工件。这样安装在工作台上的工件就可以实现上下、前后、左右六个方向的进给或移动。　　机床的主轴由一台7.5KW法兰盘式电动机拖动。它一是采用机械调速，调速范围D=50；二是采用电磁离合器作制动器，以实现主轴的迅速平稳的制动；三是采用转换开关改变三相电源相序来实现主轴旋转方向的改变，以适应顺铣与逆铣的加工要求。　　机床的进给运动由一台1.5KW的法兰盘式电动机拖动，工作台的快速移动是通过快速电磁离合器将传动链的速比接成最小来实现的。　　主轴及进给的变速采用变速盘选择，在操作手柄时，瞬时压合变速冲动行程开关，使电动机作低速脉动，以利齿轮的啮合。

　　一、主运动及其控制　　1、主电动机的起动控制　　主电动机M1由接触器KM1控制直接起动，至于M1的正反转则由转换开关SA3来选择。停止按钮SB1、SB2和起动按钮SB3、SB4对接触器KM1构成两地控制的起停控制电路，以实现主电动机的单向旋转。两处操作，一处设在升降台上，另一处设在床身上。　　应注意到，在此电路中，串有热继电器KR1、KR3的辅助常闭触点，可见只要有一个热继电器动作，都将导致接触器KM1的断电释放，进而实现了对主电动机的保护。　　2、主电动机的制动控制　　由停止按钮SB1或SB2的常开触点、接触器KM1的常闭触点对主轴制动离合器YA1进行控制，即构成主轴停车制动控制环节。制动电磁离合器YA1安装在主轴传动链中与主电动机相联的第一根传动轴上。当主电动机M1起动旋转时，因接触器KM1通电动作并自锁，其辅助触点KM1（）断开，故电磁离合器YA1处于断电状态。即不起作用。

　　3、主轴上刀换刀时的制动　　在主轴上刀换刀时，若主轴发生意外转动，可能造成严重的人身安全事故。为此，在主轴上刀换刀时，必须使主轴处于制动状态。在电气控制电路中设置有一个转换开关SA2，在主轴上刀换刀前，将此开关扳到“接通”位置→其触点SA2（）闭合→电磁离合器YA1通电→对主轴产生制动作用。 →其触点SA2（2-3）断开→主轴转动控制电路断电，主轴电动机不能通电旋转。　　主轴上刀换刀结束后，将转换开关仍扳回“断开”位置→其触点SA2（）断开，解除制动。 →其触点SA2（2-3）闭合，为主轴电动机起动作准备。　　4、主轴变速冲动控制　　主轴变速时，首先将变速手柄拉出，然后转动蘑菇形变速盘，选好合适的主轴转速，再将变速手柄推回。在将变速手柄推回复位的过程中→压动主轴变速行程开关ST5→ →其触点ST5（3-7）闭合→接触器KM1通电动作→其主触点闭合→主轴电动机M1起动。 →其触点ST5（3-4）断开→切断按钮控制回路。由于推回变速手柄的过程中只是瞬间压动行程开关ST5，所以构成瞬时点动控制电路。为了避免主轴转速上升得太高，执行推回变速手柄操作时，变速手柄应迅速、连续推回复位。否则将可能导致发生碰齿而打坏齿轮。若一次瞬时点动不能将齿轮顺利啮合，可以执行多次操作。

　　二、进给运动及其控制　　铣削加工时，需要根据加工工艺要求选择不同的进给量，为此需要进给拖动系统有足够宽的调速范围。对于进给系统，其负载主要为工作台移动时的摩擦转矩，属于恒转矩负载。而进给系统由笼形异步电动机拖动，经进给变速箱获得18种进给速度，这种调速方法属于恒功率调速性质。因此，按高速来选择电动机，在低速时，电动机容量没有得到充分利用。不过，进给系统负载转矩小，即使按高速来选择电动机容量，其值也不大。如本例XA6132型铣床的进给电动机，其功率仅1.5KW。　　为减少按钮的数量，避免误操作，对进给系统的控制通常采用与电气开关、机械挂档相互联锁的手柄操作。工作台的进给运动有左右的纵向运动、前后的横向运动、上下的垂直运动。这六个方向的进给运动都是依靠进给电动机M2的正反转来实现的。为此，设置了两个机械操作手柄，一个是纵向操作手柄，另一个是垂直与上下操作手柄。这样，在操作两个机械操作手柄时，就同时完成了机械挂档和压合相应行程开关的动作，进而接通相应的正转或反转接触器，起动进给电动机，按预定的方向拖动工作台作进给运动。这样的操作手柄设置了两套，一套安装在铣床工作台的正面，另一套安装在铣床工作台的侧面，以实现工作台进给运动的两地操作。　　在图3—7中，ST1、ST2是与纵向机械操作手柄联系的行程开关；ST3、ST4是与垂直和横向机械操作手柄联系的行程开关。当两个操作手柄处于中间位置时，这四个行程开关均处于未被压下的原始状态。当将其中一个操作手柄扳到某一进给位置，则将压下相应的行程开关。SA1是圆工作台选择控制开关，它有三对触点，两个工作位置，其触点在某一工作位置的闭合情况如图3—7所示。

此时接触器KM4断电释放，其触点KM4（104-107）闭合→慢速进给电磁离合器YA2通电动作
　　1、工作台纵向进给运动控制　　在主电动机M1起动运转之后，接触器KM1的触点（6-12）闭合，为工作台的进给作好了准备。此时将纵向操作手柄扳到右侧，在机械上通过联动机构接通纵向进给离合器；在电气上压下行程开关ST1→其触点ST1（18-15）闭合　　　　　　　　　　　　　　　　　→其触点ST1（21-17）断开→与此同时，圆工作台选择控制开关处于未选用位置，其触点SA1（13-20闭合、SA1（20-15）断开、SA1（17-18）闭合→正转接触器KM2通电动作经 →其主触点闭合，进给电动机M3正转运行此时接触器KM4断电释放，其触点KM4（）闭合→慢速进给电磁离合器YA2通电动作　　进给电动机与工作台之间的齿轮传动机构接通，进给电动机拖动工作台向右作进给运动。　　将纵向进给操作手柄扳到中间零位→行程开关ST1不再受压→其触点ST1（18-15）断开→接触器KM2断电释放，进给电动机停转，工作台向右进给停止。　　由图3—7可见，若主电动机或冷却泵电动机发生长期过载，热继电器KR1或KR2动作，其触点（7-8）或（8-9）断开，切断继电器KM1线圈电路，致使其因断电而释放，于是主触点断开，导致主电动机和冷却泵电动机均断电而停转，进而主轴运动和进给运动立即停止。　　工作台向左进给的控制与向右进给控制类似，只是需将纵向进给操作手柄扳到“左侧”，压下的是行程开关ST2，而接通的是接触器KM3。　　由以上分析可见，纵向进给操作手柄有3个位置，任意时刻只能扳到一个位置，这从机械上保证了任意时刻只能作一个方向的进给运动。

　　２、工作台垂直和横向进给运动控制　　在主电动机起动之后，将垂直与横向进给操作手柄扳到“向前”位置，在机械上接通了横向进给离合器，在电气上压下行程开关ST3→其触点ST3（18-15）闭合，ST3（16-17）断开→接触器KM2通电动作→其主触点闭合→进给电动机M3正向起动运转因此时接触器KM4仍断电释放→其辅助触点KM4（）闭合→慢进给电磁离合器YA2通电动作　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　将垂直与横向进给操作手柄扳到“中间”位置，工作台向前进给运动停止。　　工作台的向下进给运动的控制与向前进给运动的控制基本相同，只是将垂直与横向进给操作手柄扳到“向下”位置。　　工作台的向后与向上进给运动控制，其情况与向前、向下进给运动类似，只是需要将垂直与横向进给操作手柄扳到“向后”或“向上”位置，在电气上压下行程开关是ST4，接通进给电动机反向接触器KM3，电动机反向旋转。在机械上接通垂直与横向进给离合器，进而拖动工作台作相应的进给运动。　　由以上分析可见，垂直与横向进给操作手柄有5个位置，任意时刻只能扳到一个位置，这从机械上保证了任意时刻只能作一个方向的进给运动。由于在电气上安排ST1与ST2串联、ST3与ST4串联，再并联的电路结构，所以当两个操作手柄都扳到接通位置时，两并联支路都断开，以致不能控制进给电动机的接触器通电动作，也就不能任何方向的进给运动。也就是说，在电气上保证了两个操作手柄只能有一个扳到进给位置。即任意时刻只能作一个方向的进给运动。

　　3、进给变速时的瞬时点动控制　　主电动机起动后，将纵向进给操作手柄和垂直与横向进给操作手柄均扳到“中间”位置，方可进行进给变速。　　进给变速时，将蘑菇形手柄拉出，选择好合适的进给速度，然后将该手柄继续拉出到极限位置。在拉出的过程中，通过变速孔盘推动进给变速行程开关ST6，瞬时将其压下→其触点（13-14）断开—　经13—20—21—17—16—14—15—19 →其触点（14-15）闭合　　　　　　　　　　　　接触器KM2瞬时通电吸合→进给电动机瞬时正转，以利于变速齿轮的啮合。当变速手柄迅速推回原位时，行程开关ST6不再受压，进给电动机停转。若一次操作未能使变速齿轮啮合，可进行多次操作，直到齿轮进入啮合状态为止。

　　4、工作台快速移动控制　　在机械加工中，为了节省辅助时间，往往需要工作台快速移动以接近铣削刀具。为此，需要在电气控制电路中设置工作台在进给方向快速移动的控制环节。由图3—7控制电路可见，无论主电动机起动与否，均可实现工作台的快速移动控制。需要快速移动时，首先将进给手柄扳到所需的进给运动方向，然后按下快速移动按钮SB5或SB6 　　　　　→接触器KM2或KM3通电动作→进给电动机M3起动运转—— →接触器KM4通电动作———→快速移动离合器YA3得电—　　　方向快速移动。下面以工作台向右快速移动为例进一步说明。　　若主电动机尚未起动，将纵向进给操作手柄扳到右侧，则在机械上接通了纵向进给离合器；在电气上压下行程开关ST1。按下快速移动按钮SB5或SB6→快速接触器KM4通电动作松开快速移动按钮SB5或SB6，工作台快速移动停止。　　当工作台正作工作进给运动，而又需工作台在原运动方向作快速移动时，只需按下快速移动按钮SB5或SB6即可。因为，此时进给接触器KM2或KM3已经通电动作，按下快速移动按钮SB5或SB6，则使快速移动接触器KM4通电动作，它一方面切断慢进给电磁离合器YA2，而另一方面接通快速移动离合器YA3，致使工作台立即转换为快速移动。工作台按预定 →触点KM4（）断开→慢进给电磁离合器YA2断电经 →触点KM4（12-6）闭合———————→接触器KM2通电动作→ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　进给电动机M3正向旋转 →其辅助触点KM2（）闭合 →触点KM4（）闭合——————————————————————　　接通离合器YA3 工作台向右快速移动

按下主电动机起动按钮SB3或SB4→接触器KM1通电动作并自锁→主电动机M1起动运转
　　三、圆工作台的控制　　为加工螺旋槽、弧形槽等，本机床还附设有圆工作台及其传动机构，需要时，将其安装在工作台和纵向进给传动机构上。所以圆工作台的回转运动是由进给电动机经传动机构来拖动的。当需圆工作台工作时，将圆工作台选择转换开关SA1扳到“接通”位置，其触点SA1（17-18）断开；SA1（20-15）闭合；SA1（13-20）断开。　　按下主电动机起动按钮SB3或SB4→接触器KM1通电动作并自锁→主电动机M1起动运转经　其触点KM1（12-6）闭合————————→接触器KM2通电动作 →进给电动机M3正向旋转 →经机械传动机构拖动圆工作台单向旋转。　　四、冷却泵和机床照明的控制　　冷却泵电动机M2通常在铣削加工时由手动组合开关SCB操作控制，并由热继电器KR3作长期过载保护。　　机床的局部照明由照明变压器TL输出安全电压，经手动开关SA4控制照明灯HL。

　　五、控制电路的联锁与保护　　通常，万能铣床的运动较多，电气控制电路也较为复杂，为保证安全可靠的工作，应设置比较完善的联锁与保护。　　1、主运动与进给运动的顺序联锁　　由图３—７可见，进给控制电路是接在主电动机接触器KM1的辅助触点KM1（12-6）之后，这就保证了只有主电动机M1起动之后，才有可能起动进给电动机M3；而当主电动机停止时，进给电动机也立即停止。进而避免了在主电动机M1没有起动的情况下，起动进给电动机M3，拖动工作台作进给运动，导致刀具被打坏。　　但电路也考虑到：若不需主电动机旋转，又需起动进给电动机M3，可将转换开关SA3扳到“中间位置”，即“零位”。　　2、工作台六个方向运动的联锁　　铣床的工作台虽然有六个方向的进给运动，但任意时刻只允许一个方向的运动出现。为此，一方面在机械上设置两个操作手柄控制六个方向的运动。这样，两个操作手柄最多也只能扳到两个运动方向；另一方面在电气控制电路上，采用ST2（20-21）与ST1（21-17）串联构成接通进给电动机接触器KM2或KM3的一条支路；ST4（14-16）与ST3（16-17）串联构成接通进给电动机接触器KM2或KM3的另一条支路。当两个操作手柄同时扳到进给运动方向的位置，则将切断这两条支路，进而使接触器KM2或KM3不能接通。这就保证了两个操作手柄只能将一个扳到进给位置。也就是说，从机械与电气两方面联锁来保证任意时刻只能作一个方向的进给运动。

　　3、长工作台与圆工作台的联锁　　需要圆工作台工作时，长工作台六个方向的进给运转就不能出现，否则，将造成刀具和机床的损坏。为此，两种工作台必须加以联锁控制。由图３—７电路图可见，这种联锁是依靠电气联锁来实现的。当需要圆工作台工作时，只有纵向进给操作手柄和垂直与横向进给操作手柄都扳到“零位”，使行程开关ST1、ST2、ST3、ST4都处于释放状态，才能形成接通接触器KM2的电路，接触器KM2才能通电动作，进给电动机M3才能起动运转，拖动圆工作台旋转工作。　　4、工作台进给运动与快速移动的互锁　　工作台的进给运动由电磁离合器YA2传动，而工作台的快速移动由电磁离合器YA3传动。可见，只要在电气控制上保证两个电磁离合器不能同时接通就实现了互锁。如图3—7所示本机床的电气控制电路中，设置一个快速移动接触器KM4，当KM4通电动作时（即快速移动时），其常开触点KM4（）闭合，接通电磁离合器YA3，致使进给电动机拖动工作台作快速移动；其常闭触点KM4（）断开，切断电磁离合器YA2电路，以致不可能出现由电磁离合器YA2传动的慢进给运动。实现了互锁。　　5、具有较完善的保护　　本机床控制电路设置熔断器作短路保护；设置热继电器作长期过载保护；并设置了工作台六个进给运动方向的极限位置保护等。　　本机床的极限位置保护采用机械与电气相配合的方法。由挡块确定各进给方向的极限位置，当工作台运动到极限位置时，挡块将相应的进给操作手柄撞回到中间零位，使对应的进给行程开关复位，切断进给电动机的控制电路，进而进给运动停止。这样保证了工作台在规定的范围内运动，避免了人身与机械安全事故发生。

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