第1章 典型控制电路
项目1 初识低压电气图
项目目标
1.了解普通车床的电路图结构和元素。
2.认识常用低压电器种类和符号。
项目描述
车床是一种应用极为广泛的金属切削机床，能够车削外圆、内圆、端面、螺纹、切断或割槽等，并可以装上钻头或铰刀进行钻孔或铰孔。在机床电路认识中，CA6140车床的电路图具有重要的代表作用。所以我们从分析CA6140的电路图出发，认识图上的元器件，从而认识常用低压电器的种类和符号。
项目分析
1.CA6140工作特点与控制需求
图1-1所示是CA6140型卧式车床的外形及结构。CA6140型卧式车床主要由床身、主轴变速箱、进给箱、溜板箱、刀架、卡盘、尾座、丝杠和光杠等部件组成。
图1-1 CA6140型卧式车床的外形及结构
（1）CA6140型卧式车床的工作特点
①主运动 主运动是指工件的旋转运动，由主轴通过卡盘或顶尖带动工件进行旋转运动，主轴的旋转由主轴电动机经传动机构带动。车削加工时，根据工件材料、刀具材料及几何形式、工件直径、加工方式及冷却条件的不同，要求主轴在一定的范围内变速。另外为了加工螺纹等工件，还要求主轴能够正、反转。
②进给运动 进给运动是指刀架带动刀具的横向或纵向直线运动。刀架的进给运动也是由主轴电动机带动的，其运动方式分为手动和自动两种。在进行螺纹加工时，工件的旋转速度与刀架的进给速度之间应有严格的比例关系，因此，车床刀架的横向或纵向的进给运动是由主轴箱输出轴经齿轮箱、进给箱、光杠传入溜板箱而获得的。
③辅助运动 辅助运动是指车床上除切削运动以外的其他一切必需的运动，如刀架的快速移动、尾座的纵向移动、工件的夹紧与放松等。
（2）CA6140型卧式车床的控制要求
①主轴旋转要能调速。主轴电动机一般选用三相笼形异步电动机，为满足调速要求，采用机械变速。
②为了车削螺纹，主轴要求正、反转。CA6140型车床主轴的正反转靠摩擦离合器来实现，主轴电动机单向旋转。
③CA6140型车床主轴电动机采用直接启动，停车时为自由停车。
④车削加工时，刀具与工件温度较高，需进行冷却。为此，设有一台冷却泵电机用来输出冷却液，冷却泵与主轴电机有顺序运行关系，即冷却泵电机应在主轴电机启动后才能启动，在主轴电机停止后才能停止。
⑤刀架快移电机拖动刀架溜板箱快速移动，采用点动控制。
⑥控制电路应具有安全可靠的保护环节和必要的照明及信号指示。
2.CA6140的电路图结构和元素
（1）CA6140的电路图结构
CA6140型卧式车床电路如图1-2所示。车床电路中所包含的电气元件和电气设备较多，相应的电气符号也较多，要正确识读电气控制线路，除掌握识读电气控制线路的一般原则外，还应注意以下几点。
图1-2 CA6140型卧式车床电路图
①电气控制线路的功能单元划分 按各部分电路的功能不同，将电气控制线路分为若干个单元，并用文字将其功能标注在单元区栏内。图1-2所示电气控制线路按功能分为电源保护、电源开关、主轴电动机、短路保护、冷却泵电动机、刀架快速移动电动机、控制电源变压器及保护、主轴电机控制、刀架快速移动、冷却泵控制、信号灯、照明灯12个单元。
②电气控制线路图面区域的划分 在电气控制线路的上部或下部划分若干个图区，一般是一条线路或一条支路为一个图区，并从左到右用阿拉伯数字编号标注在图区栏中。图1-2所示电气控制线路横边从左到右，用数字顺序排列1、2、3、4……共划分为11个图区。图1-2左右比较复杂，上下比较简单。当两者都比较复杂时，竖边从上到下，用拉丁字母A、B、C、D……来区分，复杂程度用字母还不够用时，还可以在字母下再加数字来区分，如A1、A2……
③触点位置的索引 在较复杂的电器原理图中，接触器、继电器等线圈的文字下方要标注其触点位置的索引。
符号位置的索引使用图号、页次和图区编号的组合索引法。索引图的组成如图1-3所示。
图1-3 索引代号的组成
当某一元件相关每个图号仅有一页图样时，索引各符号出现在不同图号的图样上，而代号可以省去页次。当与某一元件相关的各符号出现在同一图号的图样上，而该图号有多张图样时索引代号可省去图号。当与某一元件相关的各符号出现在只有一张图样的不同图区时，索引代号只用图区号表示。图1-2所示就是这种情况。
在每个接触器线圈的下方画出两条直线，分成左、中、右3栏，左、中、右栏分别为主触点、常开辅助触点、常闭辅助触点所在图区号，×表示未使用。图1-2所示图区6中KM1线圈下方触点位置的索引表示三对主触点在图区2，两对常开辅助触点分别在图区7和8中，两对常闭辅助触点未使用。
有两类触点的电器（如中间继电器），每个继电器线圈的下方画出一条竖直线，分成左、右两栏，左、右栏分别表示常开触点、常闭触点所在图区号。
在接触器、继电器触点文字符号的下方用数字标出该电器线圈所在的图区号。图1-2所示图区2中KM1主触点下方6，即为最简单的索引代号，它表示接触器KM1线圈在图区6中。
（2）CA6140的电气控制线路图的元素
在CA6140的电气控制线路图中L1、L2、L3表示三相电源进线，一般水平或竖直画出，与右边的电路图相互垂直。QS表示刀开关；FU表示熔断器，起短路保护的作用；KM表示接触器；FR表示热继电器；SB表示按钮；SA表示转换开关。
知识储备
1.电气控制线路
电气控制线路是由许多电气元件按一定的要求连接而成的。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、使用和维修，将电气控制系统中电气元件及其连接线路用一定的图形表达出来，这就是电气控制系统图。电气控制系统图一般有三种，电气原理图、电器布置图和电气安装接线图。
（1）电气原理图
电气原理图是用图形和文字符号，表示电路中各个电气元件的连接关系和电气工作原理，它并不反映电气元件的实际大小和安装位置。
①电气原理图一般分为主电路、控制电路和辅助电路。主电路包括从电源到电机的电路，是大电流通过的部分，画在图的左边，如图1-4所示。控制电路和辅助电路通过的电流相对较小，控制电路一般为继电器、接触器的线圈电路。如图1-5所示，包括各种主令电器、继电器、接触器的触点；辅助电路一般指照明、信号指示、检测等电路。各电路尽可能按动作顺序由上而下、由左而右画出。
图1-4 CA6140电气系统主电路图
图1-5 CA6140电气系统控制电路图
②电气原理图中所有电气元件的图形和文字符号必须采用国家规定的统一标准。在图中，电气元件采用分离画法，即同一电器的各个部件可以不画在一起，但必须用同一文字符号标注。对于同类电器，应在文字符号后加数字序号以示区别。如图1-5中的SB1、SB2、SB3。
③在电气原理图中，所有电器的可动部分均按原始状态画出，即继电器、接触器的触点应按其线圈不通电的状态画出；控制器应按其手柄处于零位时的状态画出；按钮、行程开关等主令电器应按其未受外力作用时的状态画出。
④动力电路的电源线应水平画出；主电路应垂直于电源线；控制电路和辅助电路应垂直于水平电源线；耗能元件（如线圈、电磁阀、指示灯等）应接在下面一条电源线一侧，而各种控制触点应接在另一条电源线上。
⑤应尽量减少线条数量和避免线条交叉。各导线间有电联系时，应在导线交叉处画实心圆点。根据布置需要，可将图形符号旋转绘制，一般按逆时针方向旋转90°，但文字符号不可倒置。
⑥为方便阅读，在电气原理图中可以将图分成若干个图区，并标明各图区电路的作用。如前面图1-2所示。
（2）电器布置图
电器布置图按其外形形状画出。在图中往往留有10％以上的备用面积及导线管（槽）的位置，以供走线和改进设计时用。在图中还需要标出必要的尺寸。通常将电器布置图和电气安装接线图组合在一起，既能起到电气安装接线图的作用，又能清晰地表示出电器的布置情况。如图1-6所示。
图1-6 CA6140电器布置图
（3）电气安装接线图
电气安装接线图反映电气设备各控制单元内部元件之间的接线关系。绘制电气安装接线图应遵循以下原则。
①各电气元件必须用规定的图形和文字符号绘制。同一电器的各部分必须画在一起，其图形、文字符号和端子板的编号必须与原理图一致。各元件的位置必须与电器布置图相对应。
②不在同一控制柜、控制屏等控制单元内的电气元件之间必须通过端子板进行连接。
③电气安装接线图中走线方向相同的导线用线束表示，连接导线应注明导线的规格（数量、截面积等）；若采用线管走线时，须留有一定数量的备用导线，还应注明线管尺寸和材料。
2.低压电器
低压电器是一种能根据外界的信号和要求，手动或自动地接通或断开电路，以实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节的元件或设备。低压电器的种类繁多，分类方法有很多种。
（1）按动作方式分
按动作方式可分为手动电器和自动电器。手动电器是指依靠外力直接操作来进行切换的电器，如刀开关、按钮开关等；自动电器是指依靠指令或物理量变化而自动动作的电器，如接触器、继电器、电磁阀等。
（2）按用途分
按用途可分为控制电器、配电电器、主令电器、保护电器、执行电器等。控制电器是指用于各种控制电路和控制系统的电器，如接触器、继电器、电磁阀等；配电电器是指用于低压配电系统中，如刀开关、转换开关、熔断器和自动开关等；主令电器是指用于自动控制系统中发送动作指令的电器，如按钮、转换开关等；保护电器是指用于保护电路及用电设备的电器，如熔断器、热继电器等；执行电器是指用于完成某种动作或传送功能的电器，如电磁铁、电磁离合器等。
（3）按种类分
按种类可分为刀开关、刀形转换开关、熔断器、低压断路器、接触器、继电器、主令电器和自动开关等。
（4）常用电器符号
常用电器的符号包括文字符号和图形符号。
电器的文字符号目前执行国家标准GB 5094《工业系统、装置与设备以及工业产品结构原则与参照代号》和GB 20939—2007《技术产品及技术产品文件结构原则 字母代码 按项目用途和任务划分的主类和子类》。这两个标准都是根据IEC国际标准而制定的。在GB 20939—2007中将所有的电气设备、装置和元件分成23个大类，每个大类用一个大写字母表示。文字符号分为基本文字符号和辅助文字符号。基本文字符号分为单字母符号和双字母符号两种。单字母符号应优先采用，每个单字母符号表示一个电器大类。如K表示继电器类。
双字母符号由一个表示种类的单字母符号和另一个字母组成，第一个字母表示电器的大类，第二个字母表示对某电器大类的进一步划分。例如K表示继电器大类，KT表示时间继电器、KS表示速度继电器，S表示控制电路开关，SB表示按钮，SA表示转换开关。
文字符号用于标明电器的名称、功能、状态和特征。同一电器如果功能不同，其文字符号也不同，例如照明灯的文字符号为EL，信号灯的文字符号为HL。
辅助文字符号表示电气设备、装置和元件的功能、状态和特征，由1～3位英文名称缩写的大写字母表示，例如辅助文字符号T（time的缩写）表示时间，S（speed的缩写）表示压力速度。辅助文字符号可以和单字母符号组合成双字母符号，例如单字母符号K（表示继电器接触器大类）和辅助文字符号AC（交流）组合成双字母符号KA，表示交流继电器；单字母符号M（表示电动机大类）和辅助文字符号SYN（同步）组合成双字母符号MS，表示同步电动机。
电器的图形符号目前执行国家标准GB4728—2008《电气简图用图形符号》，也是根据IEC国际标准制定的，该标准给出了大量的常用电器图形符号，表示产品特征。
总结归纳
通过对CA6140车床电路图的分析，了解电气控制系统图的组成，认识常用低压电气元件的种类及其符号。