浅谈电气控制线路的基本控制规律

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【摘 要】电气控制线路是把各种有触点的接触器、继电器以及按钮、行程开关等电气元件，用导线按一定的控制方式连接起来组成的控制线路，因此电气控制通常称为继电接触器控制。电气控制线路能够实现对电动机或其他执行电器的启停、正反转、凋速和制动等运行方式的控制，从而实现生产过程自动化，满足生产工艺的要求。本文就电气控制线路的基本控制规律进行叙述。

【关键词】电气；控制线路；控制规律

一、电气控制线路图的绘制原则

电气控制线路是由按钮、开关、接触器、继电器等低压控制电器所组成的，能实现某种控制功能的控制线路。为了表达生产机械电气控制系统的结构、原理等设计意图，便于电气系统的安装、调试、使用和维护，将电气控制系统中各电器元件及其连接线路用一定的图形表达出来，这就是电气控制线路图。电气控制线路的表示方法有电气原理图、安装接线图和电气布置图三种。电气控制线路图是工程技术的通用语言，它将各电气元件的连接用图形来表达，各种电气元件用不同的图形符号表示，并用不同的文字符号来说明其所代表电气元件的名称、用途、主要特征及编号等。

1．电气控制线路常用的图形、文字符号

在电气控制线路中，各种电器元件的图形、文字符号必须符合国家的标准。国家标准局参照国际电工委员会(1EC)颁布的有关文件，制定了我国电气设备有关国家标准，采用新的图形和文字符号及回路标号。

2．电气控制线路的绘制原则

电气原理图是根据工作原理而绘制的，具有结构简单、层次分明、便于研究和分析电路的工作原理等优点。在各种生产机械的电气控制中，无论在设计部门，还是生产现场，都得到广泛的应用。

二、电气控制的基本线路

异步电动机启动、停止、保护电气控制线路是最基本的控制线路，它以三相交流异步电动机和由其拖动的机械运动系统为控制对象，通过由接触器、熔断器、热继电器和按钮等所组成的控制装置对控制对象进行控制。

1．互锁控制和顺序控制

互锁控制是生产机械或自动生产线不同的运动部件之间互相联系又互相制约，又称联锁控制。互锁可以起到顺序控制的作用，称为顺序联锁控制。例如，磨床上要求先启动油泵，然后才能启动主轴电动机；龙门刨床在工作台移动前，导轨油泵要先启动；铣床的主轴旋转后，工作台方可移动等都是按顺序联锁控制。

顺序联锁控制的原则如下：

（1）要求甲接触器动作后乙接触器方能工作时，则需将甲接触器的常开触点串联在乙接触器的线圈电路中。

（2）要求甲接触器动作后乙接触器不能工作时，则需将甲接触器的常闭触点串联在乙接触器的线圈电路中。

2．多地点控制

有些电气设备，如大型机床、起重运输机等，为了操作方便，常要求能在多个地点对同一台电动机实现控制，这种控制方法叫做多地点控制。三地点控制线路即由一个启动按钮和一个停止按钮组成一组，把三组启动、停止按钮分别放置三地，即能实现三地点控制。多地点控制的接线原则是：启动按钮应并联连接，停止按钮应串联连接。

3．自动循环控制

在机床电气设备中，有些是通过工作台自动往复循环工作的，如龙门刨床的工作台前进、后退。电动机的正、反转是实现工作台自动往复循环的基本环节，要实现自动往复循环，通常采用限位开关(或行程开关)，主要包括机械式限位开关、光电式限位开关。自动循环控制线路按照行程控制原则，利用生产机械运动的行程位置实现控制。一般的电气控制线路有的比较简单，有的相当复杂。但是，任何复杂的控制线路都是由一些比较简单的基本环节按照需要组合而成的。只有通过基本环节、典型控制线路，由浅人深、由易到难地认识它，才能打下阅读电气控制线路的良好基础，掌握好电气控制线路的设计技能。

三、异步电动机的启动和正反转控制

启动不同型号、功率和负载的电动机，往往有不同的启动方法，因而控制线路也不同。异步电动机一般有直接启动和减压启动两种方法。

1．异步电动机的全压启动控制

在供电变压器容量足够大时，小容量异步电动机可直接启动。直接启动的优点是电气设备少，线路简单；缺点是启动电流大，引起供电系统电压波动，干扰其他用电设备的正常工作。

2．异步电动机的降压启动控制

异步电动机直接启动控制线路简单、经济、操作方便。但对于容量较大的电动机来说，由于启动功率大，会引起较大的电网压降，所以必须采用减压启动的方法，以限制启动电流。减压启动虽然可以减小启动电流，但也降低了启动转矩。因此，仅适用于空载或轻载启动。

异步电动机的减压启动方法有自耦变压器减压启动、星—三角形减压启动等。

（1）星—三角形减压启动控制

星—三角形减压启动控制线路也是按时间原则实现控制。启动时将电动机定子绕组连接成星形，加在电动机每相绕组上的电压为额定电压的1／，从而减小了启动电流。待启动后按预先整定的时间把电动机换成三角形连接，使电动机在额定电压下运行。该线路结构简单，缺点是启动转矩也相应下降为三角形连接的l／3，转矩特性差。因而本线路适用于电网电压380V、额定电压660／380V、星—三角形连接的电动机轻载启动的场合。

（2）自耦变压器减压启动控制

自耦变压器减压启动控制线路。启动时，电动机定子串人自耦变压器，定子绕组得到的电压为自耦变压器的二次电压；启动完毕，自耦变压器被切除，额定电压加于定子绕组，电动机以全电压投入运行。控制线路该控制线路对电网的电流冲击小，损耗功率也小，但是自耦变压器价格较高，主要用于启动较大容量的电动机。以上介绍的几种启动控制线路，均按时间原则采用时间继电器来实现减压启动，这种控制方式线路工作可靠，受外界因素(如负载、飞轮惯量以及电网波动)的影响较小，结构比较简单，因而被广泛采用。

四、异步电动机的制动控制

三相异步电动机从切断电源到完全停止旋转，由于惯性的作用，总要经过一段时间，这往往不能适应某些生产机械工艺的要求。无论是从提高生产效率，还是从安全及工艺要求等方面考虑，都要求能对电动机进行制动控制，使电机迅速停机、定位。

异步电动机的制动方法可分为2类：机械制动和电气制动。机械制动是利用机械装置来强迫电机迅速停车，常用的机械装置是电磁抱闸，由制动电磁铁和闸瓦制动器组成。机械制动可分为断电制动和通电制动。制动时，将制动电磁铁的线圈切断或接通电源，通过机械抱闸制动电动机。

电气制动实质上是在电动机接到停止命令时，同时产生一个与原来旋转方向相反的制动转矩，迫使电动机转速迅速下降。电气制动方法有反接制动、能耗制动、发电制动和电容制动等。

1．异步电动机的反接制动控制

反接制动是利用改变电动机的电源相序，使定子绕组产生相反方向的旋转磁场，因而产生制动转矩的一种制动方法。由于反接制动时，转子与旋转磁场的相对速度接近于2倍的同步转速，所以定子绕组中流过的反接制动电流相当于全电压直接启动时电流的2倍。因此反接制动的特点之一是制动迅速、效果好，但冲击效应较大。为了减小冲击电流，通常要求在电动机主电路中串接一定的电阻以限制反接制动电流，反接制动电阻有2种接线方法：对称和不对称。

2．异步电动机的能耗制动控制

异步电动机能耗制动时，切断定子绕组的交流电源后，在定子绕组任意两相通人直流电流，形成固定磁场，与旋转的转子中的感应电流相互作用产生制动力矩。制动结束必须及时切除直流电源。该控制线路制动效果好，但对于较大功率的电动机还要采用三相整流电路，故所需设备多、投资成本高。

五、结语

生产工艺和生产过程不同，对生产机械或电气设备的自动控制线路的要求也不同。但是，无论是简单的，还是复杂的电气控制线路，都是按一定的控制原则和逻辑规律，由基本的控制环节组合成的。因此，只要掌握各种基本控制环节以及一些典型线路的工作原理、分析方法和设计方法，就很容易掌握复杂电气控制线路的分析和设计方法。结合具体的生产工艺要求，通过各种基本环节的组合，就可设计出复杂的电气控制线路。