电气工程基础第六章.docx
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电气工程基础第六章
第六章电器控制线路
电器控制是指用按钮、继电器、接触器等电器来对电气设备进行的控制。
通常，电气控制又称为继电接触器控制，属于开关量控制。
它具有线路简单、易于掌握、维修方便等优点。
它应用较早，在各种生产机械的电气控制系统和自行火箭炮电传动系统中得到广泛的应用。
电气控制线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某种要求的电器线路。
由于电气设备的功能、运行方式等千差万别，所以要求控制线路也是千变万化的。
但是，各种各样的控制电路都遵循着一定的原则和规律。
本章着重分析典型线路的基本环节，阐明组成这些线路的基本规律，在此基础上介绍电器控制线路的设计方法，结合实际，藉以
应用。
$６.１电器控制线路的绘制
为了阐述电器控制线路的电的工作原理，描述其构成和功能，提供装配、使用它的工具和手段，需要将线路图绘制出来。
通常，它有两种图示方法：
一种是接线图，一种是电路图。
接线
图是按照电器实际位置和实际连接线路，用规定的图形符号画出来的，以便于安装、调试和检修。
电路图是用规定的图形符号并按工作顺序排列，详细表示电路、设备或成套装置的全部基
本组成和连接关系，而不考虑其实际位置的一种简图。
电器控制线路根据通过电流的大小可分为主电路和控制电路。
电动机、发电机及其相连的元器件组成的通过大电流的电路称为主电路。
接触器、继电器线圈及联锁电路、保护电路、信号电路等通过较小电流的电路称为控制电路。
在电路图中，为了区分立电路与控制电路，二者的布局有所不同。
一、图形符号和文字符号
图形符号是用来表示一个设备或概念的图形、标记或字符。
例如，符号┻表示接地。
文字等号是用来表明电器设备、装置和元器件的名称、功能、状态或特征的。
例如字母Ｍ表示电机。
国家标准局参照国际电工技术委员会（ＩＥＣ）规定的标准于１９８５年１１月颁布了ＧＢ４７２８《电气图用图形符号》，１９８７年１月又颁布了ＧＢ７１５９《电器技术中文字符号制订通则》，这就是我们绘制电器控制线路图的依据，须按其规定作图。
本书中摘录了其中一部分，见表６—１、表６～２、表６－３和表６～４。
详细请查新编《电工手册》。
ｌ·图形符号
在绘制电器控制电路图时，其图形符号应符合ＩＥＣ标准的规定，如表６—１所示。
２·文字符号
根据ＩＥＣ标准的规定，文字符号分为基本文字符号（单字母或双字母）、辅助文字符号和
附加文字符号。
单字母符号接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字母符号表示，如“Ｋ”表示继电器、接触器，“Ｓ”表示控制电路的开关器件。
双字母符号由一个表示种类的单字母符号与另一个字母组成，该字母应按有关电器名词术语国家标准或专业标准中规定的英文术缩写而成，以单字母在前，另一字母在后，如“ＫＴ”表示时间继电器，其中Ｋ表示继电器，Ｔ表示时间。
辅助文字符号是用以表示电器设备装置和元器件及线路的功能状态和特征的。
二.项目代号及其应用
在图上通常用一个图形符号表示的基本件，部件，组件，功能单元，设备，系统等，称为项目。
用以识别图，表图，表格中和设备上的项目种类，并提供项目的层次关系，实际位置等信息的一种特定代码，成为项目代号。
一个完整的项目代号含有4个代号段。
分别是：
高层代号段，其前缀符号为“=”；种类代号段，其前缀符号位“－”；位置代号段，其前缀符号位“＋”；端子代号段，其前缀符号位“：
”。
用以识别项目种类的代号称为种类代号，它是项目代号的核心部分它有三种表达方式。
第种用字母代码和数字表示？
其中字母代码为规定的文字符号。
例如，－K1表示某系统中的第一个继电器。
第二种是用顺序数字（1、2、3…）表示图中的各个项目，同时将这些顺序数字和它代表的项目排列于图中或另外的说明中。
例如一1、－2、－3…。
第三种是对不同种类的项目采用不同组别的数字编号。
例如，对继电器编号为11、12、13…，对同一图中的接触器编号为21、22、23．．．，予以区分。
继电器或接触器的触点分开表示，则可在其数字后面加“．”，再用数字来区分。
系统或设备中任何较高层次（对给予代号的项目而言）项目的代号，称为高层代号。
例如，=A1－K1表示A1装置中的继电器K1，其中“=A1”为高层代号。
项目在组件、设备、系统或建筑物中的实际位置的代号通常只与种类代号组合即可。
其代号可采用数字或大写字母表示。
例如，－S2：
6表示控制，称为位置代号。
位置代号通常由自行规南亚的拉丁字母或数字组成。
在使用位置代号时，应给出表示该项目位置的示意图。
例如，=A1－K1＋C2S3M4表示A1装置中的继电器K1，位置在C2区间S3列控制柜M4柜中用来同外电路进行电器连接的导电件的代号称为端子代号。
为简便起见，端子代号开关S2的6号端子。
前缀符号用以区分各个代号段。
由上可知，完整的项目代号，不仅提供了项目之间的功能隶属关系，而且提供了项目的实际安装位置，它在图中书写格式为：
=高层代号段一种类代号段（空格）十位置代号段。
在电器图上，受画面限制，代置代号段可以书写在前两段的上方或下方，不过均应水平书写。
三、电路图的绘制规则和方法
一、图上位置的表示方法在绘制电路图时？
需要确内五元器件、连接线的图形符号在图上的位置，对此有如下规定：
当继电器、接触器项目采用分开表示法（线圈和触点分开）绘制时，需要采用插图或表格表明各部分在图上的位置；
较长的连接线采用中断画法或者连接线的另一端需要画到另一张图上时，除了要在中断处标注中断标记外，还需标注另一端在图上的位置；
在供使用维修的技术文件中，有时需要对某些元件、器件作注释、说明时，也应注明图形符号在图形上的位置；修改电路时，应标明被修改的内容在图上的位置。
图上位置的表示方法通常有三种：
1．图幅分区法为了确向正图上项目和连接线的位置，往往需要将图幅分区。
分区的方法是：
在图的边框处，竖边方向用大写拉丁字母，横边方向用阿拉伯数字分别编号，编号的顺序从标题栏相对的左上角开始：
分区的个数应是偶数。
例如图6－1。
这样，相当于在图上建立了一个坐标，各个项目和连接线的位置则由此“坐标”唯一确定下来了，其标记方法如下：
（1）对水平布置的电路，一般只需标明行的代号（拉丁字母）；
（2）对垂直布置的电路，一般只需标明列的代号（阿拉伯数字）；
图？
（3）对复杂的电路，才需标明区的代号（字母和数字的组合，左边字母，右边数字）。
图上的位置标记可用来表示：
①导线去向。
如图6－2所示的三根火线LI、LZ、L3应该接至系统F的12号图纸的C行。
②符号在图上的位置。
如图6－3所示的触点1－2的驱动线圈在第2张图纸的第6例，触点15—16的驱动线圈在第4张图纸的第2例。
（3）注释的对象在图上的位置。
例如，图中有注释：
“转速整定电阻R5（B3）的阻值调试后应
予锁定”，说明电阻R5在图上B3区。
2．电路编号法
在支路较多的电路中，对每个支路按一定的顺序（自左至有或自上至下）用阿拉伯数字编号，从而确定各支路项目的位置。
例如，图6－4有4个支路，顺序编为1～4号。
图的下方表格是用来表示各继电器触点的位置的，表格中上部第一栏用图形符号表示触点，表格中“一”表示触点未使用，数字表示该触点的位置在该数字编号的支路。
3．表格法
对于项目种类较少而同类项目较多的电路图，可在图的边缘部分绘制一个以项目代号分类的表格。
表格中的项目代号和图中相应的图形符号垂直或水平方向对齐。
图形符号旁应标注项目代号。
例如图6－5。
二、元件、器件和设备及其工作状态的表示方法
元件、器件和设备应采用GB4728《电气图用图形符号》规定的各类符号来表示，并可根据该标准提供的规则组合成新的符号来表示，必要时可采用简化外形表示，还可以加上适当的注释，同时要绘出所有的连接。
另外，在符号旁边应标注项目代号，需要时还可标注主要参数或将参数列表示出。
此时，表格通常列出项目代号、名称、型号、规格、数量以及对特殊要求的注释等内容。
元件、器件和设备的可动部分通常表示在非激励或不工作的状态或位置。
例如，图6－4中的继电器、接触器符号表示在所有绕组和驱动线圈上都没有电流通过的状态。
三、符号的布置
对于在驱动部分和被驱动部分之间采用机械连接的元件、器件和设备，例如继电器、接触器以及具有同一操作源的组合器件，如组合开关、三联可变电容器等，可根据电路的繁简程度分别采用如下的表示方法：
（1）集中表示法
将一个项目的图形符号的组成部分在图上集中画在一起。
机械连接符号为直线或折线，并以虚线表示。
这种表示方法只适用于简单的电路图，其中继电器类元件和触点较少。
（2）半集中表示法
将一个项目中某些部分的图形符号分开画在图上，并用机械连接符号连接各部分，连接线允许分支、折弯、交叉。
这种表示方法用于较复杂的电路图。
（3）分开表示法将一个项目中的某些部分的图形符号分开画在图上，仅用项目代号表而不用连接线，这种方法用于复杂的电路图，平时比较多见。
它可以与半集中表示法结合使用。
注意，一个项目不同表示法的图绘出的信息应等量，见图6－6。
在使用分开表示法时，为了看清元器件和设备的各个组成部分，能够很快找到它们在图上的位置，经常采用插图或表格来说明。
插图就是把分散在图中不同位置的同一项目的不同部分的图形符号集中绘在一起，并详细表示各组成部分在图上的位置。
图6—7是插图的使用方法示例。
这是一个由三相交流接触器和热继电器控制的异步电动机的电路图。
图样编号为“7”，接触器KM的驱动线圈A1—A2、主触点1—2、3－4、5—6，辅助触点13－14、23－24、33——34、43——44，热继电器FR的热元件EH和触点81——82、91——92，均采用分开表示法绘制在本张图样（7号）的主电路和控制电路中，有的触点还绘制在另外的图上。
为了说明各部分在图上的位置，图中使用了插图，将一KM和一FR单独绘制在图的左侧。
在插图上应详细表示各组成部分在图上的位置，以便于使用者查找。
例如：
在热继电器FR的插图上，热元件EH旁标注“7／5”，表示热元件EH在第7张图（即本图）的第5列；在触点81一82旁标注“7／3”表示该触点在本图第3列上。
插图上的标注符号与图上的标注符号是不同的，如81－82触点在图上标注“7／5”，表示该触点的驱动热元件在本图第5列。
在触点91－92旁标注“E／B4”，表示该触点在图E的B4区。
在接触器一KM的插图上也是按上述方法标注的，其中的末用触点空缺。
如图6－7也可以列成表格说明之，见下表6－5。
表6－5项目在图上的位置明细表
序号
名称
代号
元件名称
代号
位置
备注
1
接触器
-KM
驱动线圈
触点
A1-A2
1.3.5-2.4.6
13-14
23-24
33-34
43-44
7/3
7/5
7/4
-
19/D
-
外接
2
热继电器
-FR
热元件触点
EH
81-82
91-92
7/5
7/3
E/B4
外接
3
4
5
6
熔断器
开关
开关
电动机
-FU
-S1
-S2
-M
7/B5
7/C3
7/B3
7/D5
按区表示
四、项目代号的标注和项目目录的编制
电路图中项目代号的标注方法根据电路的用途和繁简程度，可以采用以下标注方法：
（1）标注种类代号段
对于比较简单的电路图，如产品说明书和学术论文中的电路图，其项目代号主要用于识别元件的种类及其特征。
因此，可只标注种类代号段。
在不至于引起混淆的情况下，前缀符号可一省略。
（2）标注高层和种类代号段
在比较复杂的电路中，当需要表示项目之间的隶属关系时，则可标注高层和种类代号段。
（3）标注位置和种类代号段
在某些电路中，当需要提供项目的安装位置时，则可标注位置和种类代号段。
例如，图中继电器K1在C2S3M4单元，则标注为+C2S3M4-K1。
（4）标注高层、种类和位置代号段
在电路图中，既要表明该项目的从属关系，又要提供实际信息，则应标注高层、种类和位置代号段。
在电路图中，若干个不同种类的项目同属某一系统，安装在同一单元中，为避免重复标注高层位置代号段，可将高层代号标注在标题栏里，或将高层、位置代号标注在围框外。
在绘制电路图同时，一般还应编制图中全部元器件的目录表。
目录表应按电器设备常用基
本文字符号的顺序（A、B、C…）逐项填写，内容如下。
位号：
填写各项目的项目代号；
代号：
填写项目的标准号或技术条件号；
名称和型号：
填写各项目的名称、型号及某些参数。
项目代号的顺序号连续的型号、参数完全相同的项目可写在一行内；
数量：
填写同种型号、规格的件数。
备注：
填写需要补充说明的内容。
五、电路的表示方法
1．电源的表示方法
可用线条表示；可用符号（如十、一、L、N等）表示；也可用线条与符号一起表示。
所有的电源线可集中绘制在电路的一侧、上部或下部；三相源应按LI、LZ、L3、N顺序
排列。
连接到方框符号的电源线一般应与信号流向成直角绘制。
公用的供电线可用电源的电压值表示。
电源的几种表示方法如图6－8所示。
其中：
图a为线条表示；
图b为线条和符号表示，且映示出了相序与中性线的排列方式；
图C中电源线连接到θ／U转换器的方框符号，与信号流相垂直；图d
用电压值表示电源
2电路的布局
电路的布局应遵循以下的原则：
（1）电路垂直布置时，类似项目宜横向对齐；水平布置时，类似项目宜纵向对齐。
（2）功能上相关项目应靠近绘制，以使关系表达清晰。
例如，电容器与其放电电阻应靠近画。
（3）同等重要的并联通路应根据主电路作对称布置。
例如，LC并联电路，相对于外接线，L与C对称。
（4）在某些情况下，为了把相应元件连接成对称的布局，也可用斜的交叉线。
3．连接线
电路图中电气连接线一般为水平布置或垂直布置；必要时可将主电路、主信号
等连线加粗；连接线的交叉、折弯一般应成直角，且应路径最短。
电路中过长的连接线可采用中断线表示法。
当连接线过多时，可用数字或字母标记区分它们，必要时还可用颜色标记。
成组的外接线可采用表格的形式，表明外接线的端子代号、电路特性及去向。
6．2组成电器控制线路的基本规律
组成电器控制线路的基本规律主要有按联锁关系进行控制的规律和按控制过程中变化参
数进行控制的规律。
下面分别叙述。
一、按联锁关系进行控制的规律
凡是生产线路上的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，称为联锁控制。
我们通过以下例子来探讨其规律。
1．正、反转接触器间的联锁控制
以交流异步电动机为例，在实际应用中不仅要求能正转，而且要求能反转。
我们采用两个分别控制正、反转的接触器使电动机定子绕组的电源相序发生改变就可以实现其正、反转，如图6－9表示。
图中KMI、KMZ分别为正、反向接触器，SBZ、SB3分别为正、反向启动按钮。
SBI为停止按钮。
图6－9工作过程如下：
正转控制：
合上刀开关QK一按动SBZ～KMI通电～KMI主触点和自锁触点闭合一电动机M正转。
这里交流接触器通过自己的动合触点时使按钮松开之后本身继续保持通电动作的状态，
称为自锁。
该触点称为自锁触点。
反转控制：
合上刀开关QK一按动SB3—KMZ通电一KMZ主触点和自锁触点闭合一电动
机M反转。
停机：
按动SBI——KMI（或KMZ）断电一M停转。
该控制线路中，KMI与KM2不能同时通电，否则会引起主电路电源短路，为此，线路须增加联锁环节，如图6—9（b）所示。
将其中一个接触器的常闭触点率入另一个接触器线圈电路中，则任一个接触器通电后，即使按下相反方向的起动按钮，另一个接触器也无法通电。
这种利用两个接触器的辅助触点互相控制的方式叫电气互锁。
起互锁作用的常闭触点叫互锁触点。
另外，该线路实现控制电机正转与反转之间的切换必须通过停止按钮，为省去按停止按钮的中间步骤，将SBZ、SB3改为复合按钮，各自的常闭触点宰人对方常开触点所在支路，形成机械互锁，如图6一9（）所示。
该线路具有双重互锁，既操作方便，又安全可靠。
2．实现顺序工作的联锁控制
以机床中的两部电动机为例，一部是油泵电机MI，一部是主轴电机MZ。
要求油泵电机先
起动，主轴电机后起动。
此控制线路图如图6－10所示，接触器KMI、按钮SBZ控制电机MI
的起动，接触器KMZ、按钮SB3控制电机MZ的起动，SBI为停止按钮。
其工作过程如下：
合上刀开关QK～按动SBZ～KMI通电～电动机MI起动～KMI辅助常开触点闭合～
按下～SB3～KMZ通电十电动机MZ起动。
按动停止按钮SBI，两台电动机同时停止。
由此线路可知，要求一接触器动作后另一接触器方能动作，只需将前者的常开触点率在后者的线圈电路中即可。
3．正常工作与点动的联锁控制
以机床为例，在正常加工时需要连续运转，谓之长动；但在试车调整及快速移动时，需要点动。
长动可用自锁电路实现，取消自锁触点或使其不起作用就是点动。
此线路如图6－11。
（a）所示。
该电路是用一个扭子控制开关与自锁触点相串联来实现的。
点动控制时，先把SA打开即
无法自锁一按动SBZ—KM线圈通电～电动机M点动；长动控制时，把SA合上～按动SBZ一
KM线圈通电，自锁触点起作用一电动机M连续运转。
图6－11（b）的线路采用复合按钮SB3实现控制。
点动控制时，按动SB3，断开自锁电路一KM线圈通电一电动机M点动；长动控制时，按动SBZ—KM线圈通电，自锁触点起作用一电动机M正常运行。
图6——11（。
）的线路采用中间继电器KA实现控制。
点动控制时，按动点动按钮SB3—KM线圈通电～电动机M点动；长动控制时，按动起动按钮SBZ—KA线圈通电一KM线圈通电并自锁一电动机M长动。
此线路虽然多了一个中间继电器，但可靠性得到提高。
二、按控制过程的变化参量进行控制的规律
随着科学技术的快速发展，实现工业生产工艺流程的自动化、火炮射击全自动越来越迫
切。
为就需要根据生产过程或火炮射击中一些物理量，如行程、时间、速度、角度、机械力等的变化，包括与动力设备运行状态相关的电流、电压的变化来实现自动控制，这就是所谓按控制过程的变化参量进行控制。
下面我们以钻削加工过程自动化为例来说明这一点。
图6－12所示为钻削加工时刀架的自动单循环过程，其工艺要求是：
1．自动单循环
刀架在位置1起动后能自动地由位置1开始移动到位置2进行钻削加工，刀架到达位置
2后自动退回到位置1停车。
从刀架能够前进、停止、向前、向后，可见电动机应满足起动、停止和正反转的要求。
当刀架由位置1运动到位置2时方向由向前改为向后，当退到位置1时停车，由此可知位置是控制过程中的变化参量。
因此，采用直接测量位置信号的元件——行程开关，使刀架运动到位置2或1时自动发出控制信号来进行控制。
如图6一13所示。
图中KM1是正向接触器，KM2是反向接触器，SB1是正向启动按钮，SB2是反向起动按
钮。
SQ1是位置1上的行程开关，它的任务是使电动机在刀架反向运动到位置1时自动停机，因此将它的常闭触点率联于反向接触器KMZ线圈电路中；SQ2是位置2上的行程开关，它的常闭触点相应地该串联于正向接触器KM1线圈电路中，SQ2的常开触点与KMZ自锁触点并联，相当于反向启动按钮的作用。
2．无进给切削
为了提高加工精度，当刀架移动到位置2时，要求在无进给情况下继续切削短暂时间后刀架才开始退回。
这里无进给切削过程可间接用时间参量来表征，因此采用时间继电器来控制无进给切削的过程。
采用时间继电器对无进给切削过程进行控制的电路是在图6——13的基础上增加了时间继电器KT，如图6—14所示（控制部分）。
当刀架运动到位置2时撞击行程开关SQ2，其常闭触点切断正向接触器KMI电路，使电机停止正转，刀架不再进给，但钻头继续旋转（钻头旋转由另一个电机带动所，图6－13、图6－14均未画出）进行无进给切削。
同时，SQ2的常开触点接通时间继电器KT的线圈，开始计算无进给切削的时间。
到达预定无进给切削时间后，时间继电器动作，其触点接通反向接触器KM2线圈电路，
电机反转，刀架开始返回。
时间继电器的延时长短可根据无进给切削所需要的时间进行调整。
3·快速停车
为缩短辅助工时，要求刀架退到位置
快停车。
对于异步电动机来讲，最简便的方法是采用反接制动来实现这一
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