第一部分 电气控制

项目一 电动机正反转控制

一、项目导入

工农业生产中，生产机械的运动部件往往要求能实现正反两个方向运动，这就要求拖动电动机能正反向旋转。例如，铣床加工工作台的左右、前后和上下运动，起重机的上升与下降运动等，可以采用机械控制、电气控制或机械电气混合控制的方法来实现。当采用电气控制的方法实现时，电动机能实现正反转控制。从电动机的原理可知，改变电动机三相电源的相序即可改变电动机的旋转方向，而改变三相电源的相序只需任意调换电源的两根进线即可，如图 1-1所示。

合上开关QS，按下起动按钮SB2，电动机正转；按下停止按钮SB1，电动机停止；按下反转起动按钮SB3，电动机反转。

本项目涉及低压电器（包括刀开关、熔断器、按钮开关、交流接触器、热继电器等），电气识图及绘图标准，电动机的点动、连续控制及正反转控制电路等内容。

低压电器种类有很多，分类方法也有很多。按操作方式可分为手动操作方式和自动切换电器方式。手动操作方式主要是用手直接操作来进行切换；自动切换电器方式是依靠本身参数的变化或外来信号的作用来自动完成接通或分断等动作。按用途可分为低压配电电器和低压控制电器两大类。低压配电电器是指正常或事故状态下接通和断开用电设备和供电电网所用的电器；低压控制电器是指电动机完成生产机械要求的起动、调速、反转和停止所用的电器。

二、相关知识

（一）按钮、刀开关

1.按钮

按钮开关（简称按钮）是一种用人力（一般为手指或手掌）操作，并具有储能（弹簧）复位功能的控制开关。按钮的触点允许通过的电流较小，一般不超过 5 A，因此一般情况下不直接控制主电路，而是在控制电路中发出指令或信号去控制接触器、继电器等电器，再由它们去控制主电路的通断、功能转换或电气联锁等。

（1）结构。按钮开关一般由按钮帽、复位弹簧、桥式常闭触点、常开触点、支柱连杆及外壳等部分组成。按钮的外形、结构与符号如图1-2所示，其中按钮是一个复合按钮，工作时常开和常闭触点是联动的，当按钮被按下时，常闭触点先动作，常开触点随后动作；而松开按钮时，常开触点先动作，常闭触点再动作。也就是说，两种触点在改变工作状态时，先后有个时间差，尽管这个时间差很短，但在分析线路控制过程时应特别注意。

（2）型号。按钮型号说明如下。

其中，结构形式代号的含义是：K——开启式，适用于嵌装在操作面板上；H——保护式，带保护外壳，可防止内部零件受机械损伤或人偶然触及带电部分；S——防水式，具有密封外壳，可防止雨水侵入；F——防腐式，能防止腐蚀性气体进入；J——紧急式，作紧急切断电源用；X——旋钮式，用旋钮旋转进行操作，有通和断两个位置；Y——钥匙操作式，用钥匙插入进行操作，可防止误操作或供专人操作；D——光标按钮，按钮内装有信号灯，兼作信号指示。

按钮开关的结构形式有多种，适合于许多场合。为了便于操作人员识别，避免发生误操作，生产中用不同的颜色和符号标志来区分按钮的功能及作用。紧急式——装有红色突出在外的蘑菇形钮帽，以便紧急操作；旋钮式——用手旋转进行操作；指示灯式——在透明的按钮内装入信号灯，以作信号指示；钥匙式——为使用安全起见，须用钥匙插入才能旋转操作。按钮的颜色有红、绿、黑、黄、白、蓝等，供不同场合选用。一般以红色表示停止按钮，绿色表示起动按钮。常见按钮外形如图1-3所示。

（3）按钮的选用。按钮选择的基本原则如下。

① 根据使用场合和具体用途选择按钮的种类，如嵌装在操作面板上的按钮可选用开启式。

② 根据工作状态指示和工作情况要求选择按钮或指示灯的颜色，如起动按钮可选用绿色、白色或黑色。

③ 根据控制回路的需要选择按钮的数量，如单联钮、双联钮和三联钮等。

2.刀开关

刀开关又称闸刀开关，是一种结构最简单、应用最广泛的手动电器。在低压电路中，作为不频繁接通和分断电路用，或用来将电路与电源隔离。

图1-4所示为刀开关的典型结构。刀开关由操作手柄、触刀、静插座和绝缘底板组成。推动手柄可以实现触刀插入插座与脱离插座的控制，以达到接通电路和分断电路的要求。

刀开关的种类很多，按刀的极数可分为单极、双极和三极，其图形符号如图1-5所示；按刀的转换方向可分为单掷和双掷；按灭弧情况可分为带灭弧罩和不带灭弧罩；按接线方式可分为板前接线式和板后接线式。下面只介绍由刀开关和熔断器组合而成的负荷开关。负荷开关分为开启式负荷开关和封闭式负荷开关两种。

（1）开启式负荷开关。开启式负荷开关又称为瓷底胶盖刀开关，简称闸刀开关。生产中常用的是HK系列开启式负荷开关，适用于照明和小容量电动机控制线路中，供手动不频繁地接通和分断电路，并起短路保护作用。

开启式负荷开关的结构及在电路图中的图形符号如图1-6所示。

其型号含义说明如下。

（2）封闭式负荷开关。封闭式负荷开关是在开启式负荷开关的基础上改进设计的一种开关，可用于手动不频繁的接通和断开带负载的电路，以及作为线路末端的短路保护，也可用于控制15kW以下的交流电动机不频繁的直接起动和停止。

常用的封闭式负荷开关有 HH3、HH4 系列，其中，HH4系列为全国统一设计产品，结构如图1-7所示。它主要由触及灭弧系统、熔断器及操作机构3部分组成。动触刀固定在一根绝缘方轴上，由手柄完成分、合闸的操作。在操作机构中，手柄转轴与底座之间装有速动弹簧，使刀开关的接通与断开速度与手柄操作速度无关。封闭式负荷开关的操作机构有两个特点：一是采用储能合闸方式，利用一根弹簧使开关的分合速度与手柄操作速度无关，既改善开关的灭弧性能，又能防止触点停滞在中间位置，从而提高开关的通断能力，延长其使用寿命；二是操作机构上装有机械联锁，可以保证开关合闸时不能打开防护铁盖，而当打开防护铁盖时，不能将开关合闸。

封闭式负荷开关在电路图中的符号与开启式负荷开关相同。

其型号含义说明如下。

（3）刀开关的选用及安装注意事项。

① 选用刀开关时，首先根据刀开关的用途和安装位置选择合适的型号和操作方式，然后根据控制对象的类型和大小，计算出相应负载电流大小，选择相应额定电流的刀开关。

用于控制照明电路时，可选用额定电压为220 V 或 250 V，额定电流等于或大于电路最大工作电流的双极开关；用于控制电动机时，可选用额定电压为380 V 或 500 V，额定电流等于或大于电动机额定电流3倍的三极刀开关。

② 刀开关在安装时必须垂直安装，使闭合操作时的手柄操作方向应从下向上合，不允许平装或倒装，以防误合闸；电源进线应接在静触点一边的进线座上，负载接在动触点一边的出线座上；在分闸和合闸操作时，应动作迅速，使电弧尽快熄灭。

（二）接触器

接触器是一种能频繁地接通和断开远距离用电设备主回路及其他大容量用电回路的自动控制装置，分为交流和直流两类，控制对象主要是电动机、电热设备、电焊机及电容器组等。

1.交流接触器的结构、原理

交流接触器主要由电磁系统、触点系统、灭弧装置及辅助部件等组成。CJ10-20 型交流接触器的结构和工作原理如图1-8所示。

（1）电磁系统。交流接触器的电磁系统主要由线圈、铁芯（静铁芯）和衔铁（动铁芯）3 部分组成。其作用是利用电磁线圈的通电或断电，使衔铁和静铁芯吸合或释放，从而带动动触点与静触点闭合或分断，实现接通或断开电路的目的。

交流接触器在运行过程中，线圈中通入的交流电在铁芯中产生交变的磁通，因此铁芯与衔铁间的吸力也是变化的，这会使衔铁产生震动并发出噪声。为消除这一现象，在交流接触器铁芯和衔铁的两个不同端部各开一个槽，槽内嵌装一个用铜、康铜或镍铬合金材料制成的短路环，又称减震环或分磁环，如图1-9（a）所示。铁芯装短路环后，当线圈通以交流电时，线圈电流产生磁通Φ1。Φ1一部分穿过短路环，在环中产生感生电流，进而会产生一个磁通Φ2。由电磁感应定律可知，Φ1和Φ2的相位不同，即Φ1和Φ2不同时为零，则由Φ1和Φ2产生的电磁吸力F1和F2不同时为零，如图1-9（b）所示。这就保证了铁芯与衔铁在任何时刻都有吸力，衔铁将始终被吸住，震动和噪声会显著减小。

（2）触点系统。触点系统包括主触点和辅助触点，主触点用以控制电流较大的主电路，一般由 3对接触面较大的常开触点组成。辅助触点用于控制电流较小的控制电路，一般由两对常开和两对常闭触点组成。触点的常开和常闭是指电磁系统没有通电动作时触点的状态。因此常闭触点和常开触点有时又分别被称为动断触点和动合触点。工作时常开和常闭触点是联动的。当线圈通电时，常闭触点先断开，常开触点随后闭合；而线圈断电时，常开触点先恢复断开，随后常闭触点恢复闭合。也就是说，两种触点在改变工作状态时，先后有个时间差。尽管这个时间差很短，但在分析线路控制过程时应特别注意。

触点按接触情况可分为点接触式、线接触式和面接触式3种，如图1-10所示。按触点的结构形式划分，有桥式触点和指形触点两种，如图1-11所示。

CJ10系列交流接触器的触点一般采用双断点桥式触点。

（3）灭弧装置。交流接触器在断开大电流或高电压电路时，在动、静触点之间会产生很强的电弧。电弧的产生，一方面会灼伤触点，减少触点的使用寿命；另一方面会使电路切断时间延长，甚至造成弧光短路或引起火灾事故。容量在10 A以上的接触器中都装有灭弧装置。在交流接触器中常用的灭弧方法有双断口电动力灭弧、纵缝灭弧、栅片灭弧等。直流接触器因直流电弧不存在自然过零点熄灭特性，因此只能靠拉长电弧和冷却电弧来灭弧，一般采取磁吹式灭弧装置来灭弧。

（4）辅助部件。交流接触器的辅助部件有反作用弹簧、缓冲弹簧、触点压力弹簧、传动机构及底座、接线柱等。反作用弹簧的作用是：线圈断电后，推动衔铁释放，使各触点恢复原状态。缓冲弹簧的作用是：缓冲衔铁在吸合时对静铁芯和外壳的冲击力。触点压力弹簧的作用是：增加动、静触点间的压力，从而增大接触面积，以减小接触电阻。传动机构的作用是：在衔铁或反作用弹簧的作用下，带动动触点实现与静触点的接通或分断。

2.接触器的主要技术参数

（1）额定电压。接触器铭牌额定电压是指主触点上的额定电压。通常用的电压等级如下。

直流接触器：110 V、220 V、440 V、660 V等。

交流接触器：127 V、220 V、380 V、500 V等。

如果某负载是380 V的三相感应电动机，则应选380 V的交流接触器。

（2）额定电流。接触器铭牌额定电流是指主触点的额定电流。通常用的电流等级如下。

直流接触器：25 A、40 A、60 A、100 A、250 A、400 A、600 A。

交流接触器：5 A、10 A、20 A、40 A、60 A、100 A、150 A、250 A、400 A、600 A。

（3）线圈的额定电压。通常用的电压等级如下。

直流线圈：24 V、48 V、220 V、440 V。

交流线圈：36 V、127 V、220 V、380 V。

（4）动作值。动作值是指接触器的吸合电压与释放电压。原部颁标准规定接触器在额定电压85%以上时，应可靠吸合，释放电压不高于额定电压的70%。

（5）接通与分断能力。接触与分析能力是指接触器的主触点在规定的条件下能可靠地接通和分断的电流值，而不应该发生熔焊、飞弧和过分磨损等现象。

（6）额定操作频率。额定操作频率是指每小时接通次数。交流接触器最高为600 次/h；直流接触器可高达1 200次/h。

3.接触器的型号及电路图中的符号

（1）接触器的型号。接触器的型号说明如下。

例如，CJ12T-250的意义为CJ12T系列接触器，额定电流为250 A，主触点为三级；CZ0-100/20表示CZ0系列直流接触器，额定电流为100 A，双极常开主触点。

（2）交流接触器在电路图中的符号。交流接触器在电路图中的图形符号如图1-12所示。

4.接触器的选用

（1）根据控制对象所用电源类型选择接触器类型，一般交流负载用交流接触器，直流负载用直流接触器，当直流负载容量较小时，也可选用交流接触器，但交流接触器的额定电流应适当选大一些。

（2）所选接触器主触点的额定电压应大于或等于控制线路的额定电压。

（3）应根据控制对象类型和使用场合，合理选择接触器主触点的额定电流。控制电阻性负载时，主触点的额定电流应等于负载的额定电流。控制电动机时，主触点的额定电流应大于或稍大于电动机的额定电流。当接触器使用在频繁起动、制动及正反转的场合时，应将主触点的额定电流降低一个等级使用。

（4）选择接触器线圈的电压。当控制线路简单并且使用电器较少时，应根据电源等级选用380 V或220 V的电压。当线路复杂时，从人身和设备安全角度考虑，可以选择36 V或110 V电压的线圈，增加相应变压器设备。

（5）根据控制线路的要求，合理选择接触器的触点数量及类型。

（三）中间继电器

中间继电器实质上是一个电压线圈继电器，是用来增加控制电路中的信号数量或将信号放大的继电器。其输入信号是线圈的通电和断电，输出信号是触点的动作。它具有触点多，触点容量大，动作灵敏等特点。由于触点的数量较多，因此用来控制多个元件或回路。

1.工作原理及选择

中间继电器的结构及工作原理与接触器基本相同，但中间继电器的触点对数多，且没有主辅之分，各对触点允许通过的电流大小相同，多数为5 A。因此，对于工作电流小于 5 A 的电气控制线路，可用中间继电器代替接触器实施控制。JZ7系列为交流中间继电器，其结构如图1-13（a）所示。

JZ7 系列中间继电器采用立体布置，由动铁芯、静铁芯、短路环、线圈、触点系统、反作用弹簧、复位弹簧和缓冲弹簧等组成。触点采用双断点桥式结构，上下两层各有4对触点，下层触点只能是动合触点，故触点系统可按8动合触点、6动合触点、2动断触点及4动合触点、4动断触点组合。继电器线圈额定电压有12 V、36 V、110 V、220 V、380 V等。

JZ14系列中间继电器有交流操作和直流操作两种，该系列继电器带有透明外罩，可防止尘埃进入内部而影响工作的可靠性。

中间继电器的选用主要依据被控制电路的电压等级、所需触点的数量、种类和容量等要求来进行。

2.型号

中间继电器的型号如下。

中间继电器在电路图中的符号如图1-13（b）所示。

（四）热继电器

热继电器是利用流过继电器的电流所产生的热效应而反时限动作的继电器。反时限动作是指热继电器动作时间随电流的增大而减小的性能。热继电器主要用于电动机的过载、断相、三相电流不平衡运行的保护及其他电气设备发热状态的控制。

1.热继电器的分类和型号

热继电器的形式有多种，其中双金属片式热继电器应用最多。按极数划分，热继电器可分为单极、两极和三极3种，其中三极的又包括带断相保护装置的和不带断相保护装置的；按复位方式划分，有自动复位式（触点动作后能自动返回原来位置）和手动复位式。目前常用的有国产的JR16、JR20等系列，以及国外的T系列和3UA等系列产品。

常用的JRS1系列和JR20系列热继电器的型号及含义说明如下。

2.工作原理

热继电器的结构主要由加热元件、动作机构和复位机构3部分组成。动作系统常设有温度补偿装置，保证在一定的温度范围内，热继电器的动作特性基本不变。典型的热继电器结构及图形符号如图1-14所示。

在图1-14中，主双金属片2与加热元件3串接在接触器负载（电动机电源端）的主回路中，当电动机过载时，主双金属片受热弯曲推动导板4，并通过补偿双金属片5与推杆将触点9和6（即串接在接触器线圈回路的热继电器常闭触点）分开，以切断电路保护电动机。调节旋钮11是一个偏心轮。改变它的半径即可改变补偿双金属片5与导板4的接触距离，因而达到调节整定动作电流值的目的。此外，靠调节复位螺钉8来改变常开静触点7的位置，使热继电器能动作在自动复位或手动复位两种状态。调成手动复位时，在排除故障后要按下手动复位按钮10才能使动触点9恢复与常闭静触点6相接触的位置。

热继电器的常闭触点常接入控制回路，常开触点可接入信号回路或PLC控制时的输入接口电路。

三相异步电动机的电源或绕组断相是导致电动机过热烧毁的主要原因之一，尤其是定子绕组采用△接法的电动机必须采用三相结构带断相保护装置的热继电器实行断相保护。

3.热继电器的选用

选择热继电器主要根据所保护电动机的额定电流来确定热继电器的规格和热元件的电流等级。

根据电动机的额定电流选择热继电器的规格，一般情况下，应使热继电器的额定电流稍大于电动机的额定电流。

根据需要的整定电流值选择热元件的编号和电流等级。一般情况下，热继电器的整定值为电动机额定电流值的0.95～1.05倍。但是，如果电动机拖动的负载用在冲击性负载或起动时间较长及拖动的设备不允许停电的场合，热继电器的整定值可取电动机额定电流的1.1～1.5倍。如果电动机的过载能力较差，热继电器的整定值可取电动机额定电流值的0.6～0.8倍。同时，整定电流应留有一定的上下限调整范围。

根据电动机定子绕组的连接方式选择热继电器的结构形式，即Y形连接的电动机选用普通三相结构的热继电器，△形接法的电动机应选用三相带断相保护装置的热继电器。

对于频繁正反转和频繁起制动工作的电动机不宜采用热继电器来保护。

（五）熔断器

熔断器是在控制系统中主要用作短路保护的电器，使用时串联在被保护的电路中，当电路发生短路故障，通过熔断器的电流达到或超过某一规定值时，以其自身产生的热量使熔体熔断，从而自动分断电路，起到保护作用。

1.熔断器的结构

熔断器主要由熔体（俗称熔丝）和安装熔体的熔管（或熔座）两部分组成。熔体由铅、锡、锌、银、铜及其合金制成，常做成丝状、片状或栅状。熔管是装熔体的外壳，由陶瓷、绝缘钢纸制成，在熔体熔断时兼有灭弧作用。熔断器的外形以及图形符号、文字符号如图1-15所示。

2.熔断器的分类和型号

熔断器按结构形式分为半封闭插入式、无填料封闭管式、有填料封闭管式、螺旋自复式等。其中，有填料封闭管式熔断器又分为刀形触点熔断器、螺栓连接熔断器和圆筒形帽熔断器。

熔断器型号说明如下。

常用熔断器型号有RC1A、RL1、RT0、RT15、RT16（NT）、RT18等，在选用时可根据使用场合酌情选择。常用熔断器外形如图1-16所示。

3.熔断器的主要技术参数

（1）额定电压。额定电压能保证熔断器长期正常工作的电压。若熔断器的实际工作电压大于其额定电压，熔体熔断时可能发生电弧不能熄灭的危险。

（2）额定电流。额定电流保证熔断器在长期工作制下，各部件温升不超过极限允许温升所能承载的电流值。它与熔体的额定电流是两个不同的概念。熔体的额定电流：在规定工作条件下，长时间通过熔体而熔体不熔断的最大电流值。通常一个额定电流等级的熔断器可以配用若干个额定电流等级的熔体，但熔体的额定电流不能大于熔断器的额定电流值。

（3）分断能力。熔断器在规定的使用条件下，能可靠分断的最大短路电流值。通常用极限分断电流值来表示。

（4）时间—电流特性。时间—电流特性又称保护特性，表示熔断器的熔断时间与流过熔体电流的关系。一般熔断器的时间—电流特性如图1-17所示，熔断器的熔断时间随着电流的增大而减少，即反时限保护特性。

4.熔断器的选用

熔断器和熔体只有经过正确的选择，才能起到应有的保护作用。选择熔断器的基本原则如下。

（1）根据使用场合确定熔断器的类型。例如，对于容量较小的照明线路或电动机的保护，宜采用RC1A系列插入式熔断器或RM10系列无填料密闭管式熔断器；对于短路电流较大的电路或有易燃气体的场合，宜采用具有高分断能力RL系列螺旋式熔断器或RT（包括NT）系列有填料封闭管式熔断器；对于保护硅整流器件及晶闸管的场合，应采用快速熔断器（RLS或RS系列）。

（2）熔断器的额定电压必须等于或高于线路的额定电压。额定电流必须等于或大于所装熔体的额定电流。

（3）熔体额定电流的选择应根据实际使用情况按以下原则进行计算。

① 对于照明、电热等电流较平稳、无冲击电流的负载短路保护，熔体的额定电流应等于或稍大于负载的额定电流。

② 对于一台不经常起动且起动时间不长的电动机的短路保护，熔体的额定电流IRN应大于或等于1.5～2.5倍电动机额定电流IN，即IRN≥（1.5～2.5）IN。

③ 对于频繁起动或起动时间较长的电动机，其系数应增加到3～3.5。

④ 对多台电动机的短路保护，熔体的额定电流应等于或大于其中最大容量电动机的额定电流INmax的1.5～2.5倍，再加上其余电动机额定电流的总和∑IN，即IRN≥INmax（1.5～2.5）IN+∑IN。

（4）熔断器的分断能力应大于电路中可能出现的最大短路电流。

5.熔断器的安装与使用

（1）安装熔断器除保证足够的电气距离外，还应保证足够的间距，以保证拆卸、更换熔体方便。

（2）安装前应检查熔断器的型号、额定电压、额定电流和额定分断能力等参数是否符合规定要求。

（3）安装熔体必须保证接触良好，不能有机械损伤。

（4）安装引线要有足够的截面积，而且必须拧紧接线螺钉，避免接触不良。

（5）插入式熔断器应垂直安装，螺旋式熔断器的电源线应接在瓷底座的下接线座上，负载线接在螺纹壳的上接线座上，这样在更换熔管时，旋出螺母后螺纹壳上不带电，保证操作者的安全。

（6）更换熔体或熔管时，必须切断电源，尤其不允许带负荷操作，以免发生电弧灼伤。

（六）电气图识图及绘图标准

1.电工图的种类

电工图的种类有许多，如电气原理图、安装接线图、端子排图和展开图等。其中，电气原理图和安装接线图是最常见的两种形式。

（1）电气原理图。电气原理图简称电原理图，用来说明电气系统的组成和连接的方式，以及表明它们的工作原理和相互之间的作用，不涉及电气设备和电气元件的结构或安装情况。

（2）安装接线图。安装接线图或称安装图，是电气安装施工的主要图纸，是根据电气设备或元件的实际结构和安装要求绘制的图纸。在绘图时，只考虑元件的安装配线而不必表示该元件的动作原理。

2.识图的基本方法

（1）结合电工基础知识识图。在实际生产的各个领域中，所有电路（如输变配电、电力拖动和照明等）都是建立在电工基础理论之上的。因此，要想准确、迅速地看懂电气图，必须具备一定的电工基础知识。例如，三相笼型异步电动机的正转和反转控制，就是利用三相笼型异步电动机的旋转方向是由电动机三相电源的相序来决定的原理，用倒顺开关或两个接触器进行切换，改变输入电动机的电源相序，以改变电动机的旋转方向。

（2）结合电气元件的结构和工作原理识图。电路中有各种电气元件，如配电电路中的负荷开关、自动空气开关、熔断器、互感器、仪表等；电力拖动电路中常用的各种继电器、接触器和各种控制开关等；电子电路中常用的各种二极管、三极管、晶闸管、电容器、电感器以及各种集成电路等。因此，在识读电气图时，首先应了解这些元器件的性能、结构、工作原理、相互控制关系以及在整个电路中的地位和作用。

（3）结合典型电路识图。典型电路就是常见的基本电路，如电动机的起动、制动、正反转控制、过载保护电路，时间控制、顺序控制、行程控制电路等。不管多么复杂的电路，几乎都是由若干基本电路所组成的。因此，熟悉各种典型电路，在识图时就能迅速地分清主次环节，抓住主要矛盾，从而看懂较复杂的电路图。

（4）结合有关图纸说明识图。凭借所学知识阅读图纸说明，有助于了解电路的大体情况，便于抓住看图的重点，达到顺利识图的目的。

（5）结合电气图的制图要求识图。电气图的绘制有一些基本规则和要求，这些规则和要求是为了加强图纸的规范性、通用性和示意性而提出的，可以利用这些制图的知识准确识图。

3.识图要点和步骤

（1）看图纸说明。图纸说明包括图纸目录、技术说明、元器件明细表和施工说明等。识图时，首先要看图纸说明。搞清设计的内容和施工要求，这样就能了解图纸的大体情况，抓住识图的重点。

（2）看主标题栏。在看图纸说明的基础上，接着看主标题栏，了解电气图的名称及标题栏中的有关内容。凭借有关的电路基础知识，对该电气图的类型、性质、作用等有明确的认识，同时大致了解电气图的内容。

（3）看电路图。看电路图时，先要分清主电路和控制电路、交流电路和直流电路；其次按照先看主电路，再看控制电路的顺序读图。看主电路时，通常从下往上看，即从用电设备开始，经控制元件，顺次往电源看。看控制电路时，应自上而下，从左向右看，即先看电源，再顺次看各条回路，分析各回路元器件的工作情况及其对主电路的控制。

通过看主电路，要搞清用电设备是怎样从电源取电的，电源经过哪些元件到达负载等。通过看控制电路，要清楚回路构成、各元件间的联系（如顺序、互锁等）、控制关系和在什么条件下回路构成通路或断路，以理解工作情况等。

（4）看接线图。接线图是以电路图为依据绘制的，因此要对照电路图来看接线图。看的时候，也要先看主电路，再看控制电路。看主电路时，从电源输入端开始，顺次经控制元件和线路到用电设备，与看电路图有所不同。看控制电路时，要从电源的一端到电源的另一端，按元件的顺序对每个回路进行分析。

接线图中的线号是电器元件间导线连接的标记，线号相同的导线原则上都可以接在一起。因为接线图多采用单线表示，所以对导线的走向应加以辨别，还要明确端子板内外电路的连接。

4.常见元件图形符号、文字符号

常见元件图形符号和文字符号如表1-1所示。

5.电气原理图举例

电气原理图举例如图1-18所示。

（七）三相异步电动机单相起停控制

1.电动机点动控制

点动控制是指按下按钮，电动机就得电运转；松开按钮，电动机就失电停转。电气设备工作时常常需要进行点动调整，如车刀与工件位置的调整，因此需要用点动控制电路来完成。点动正转控制线路是由按钮、接触器来控制电动机运转的最简单的正转控制线路，电气控制原理图如图1-19所示。

在图1-19所示的点动控制线路中，闸刀开关QS作电源隔离开关；熔断器FU1、FU2分别作主电路、控制电路的短路保护。由于电动机只有点动控制，运行时间较短，主电路不需要接热继电器，起动按钮SB控制接触器KM的线圈得电、失电，用接触器KM的主触点控制电动机M的起动与停止。

电路工作原理：先合上电源开关QS，再按下面的提示完成。

起动：按下起动按钮SB→接触器KM线圈得电→KM主触点闭合→电动机M起动运行。

停止：松开按钮SB→接触器KM线圈失电→KM主触点断开→电动机M失电停转。

值得注意的是，停止使用后，应断开电源开关QS。

2.电动机单向连续控制电路

在要求电动机起动后能连续运转时，采用点动正转控制线路显然是不行的。为实现连续运转，可采用如图1-20所示的接触器自锁控制线路。它与点动控制线路相比较，主电路由于电机连续运行，因此要添加热继电器进行过载保护，而在控制电路中又多串连了一个停止按钮SB1，并在起动按钮SB2的两端并连了接触器KM的一对常开辅助触点。

电路工作原理：先合上电源开关QS，再按下面的提示完成。

当松开按钮SB2时，由于KM的常开辅助触点闭合，控制电路仍然保持接通，所以KM线圈继续得电，电动机 M 实现连续运转。这种利用接触器 KM 本身常开辅助触点而使线圈保持得电的控制方式叫作自锁。与起动按钮SB2并联起自锁作用的常开辅助触点称为自锁触点。

当松开SB1时，其常闭触点恢复闭合，因接触器KM的自锁触点在切断控制电路时已断开，解除了自锁，SB2也是断开的，所以接触器KM不能得电，电动机M也不会工作。

电路所具有的保护环节如下。

① 短路保护。主电路和控制电路分别由熔断器FU1和FU2实现短路保护。当控制回路和主回路出现短路故障时，能迅速有效地断开电源，实现对电器和电动机的保护。

② 过载保护。由热继电器FR实现对电动机的过载保护。当电动机出现过载且超过规定时间时，热继电器双金属片过热变形，推动导板，经过传动机构，使动断辅助触点断开，从而使接触器线圈失电，电机停转，实现过载保护。

③ 欠压保护。当电源电压由于某种原因而下降时，电动机的转矩将显著下降，使电动机无法正常运转，甚至引起电动机堵转而烧毁。采用具有自锁的控制线路可避免出现这种事故。因为当电源电压低于接触器线圈额定电压的75%左右时，接触器就会释放，自锁触点断开，同时动合主触点也断开，使电动机断电，起到保护作用。

④ 失压保护。电动机正常运转时，电源可能停电，当恢复供电时，如果电动机自行起动，很容易造成设备和人身事故。采用带自锁的控制线路后，断电时由于自锁触点已经打开，因此恢复供电时电动机不能自行起动，从而避免了事故的发生。

欠压和失压保护作用是按钮、接触器控制连续运行的控制线路的一个重要特点。

3.三相异步电动机点动、连续控制线路

要求电动机既能连续运转又能点动控制时，需要两个控制按钮，如图1-21所示。当连续运转时，要采用接触器自锁控制线路；实现点动控制时，又需要把自锁电路解除，要采用复合按钮，它工作时常开和常闭触点是联动的，当按钮被按下时，常闭触点先动作，常开触点随后动作；而松开按钮时，常开触点先动作，常闭触点再动作。

电路工作原理：先合上电源开关 QS，再按下面的提示完成。

（八）三相异步电动机正反转控制线路

1.不带联锁的三相异步电动机的正反转

三相异步电动机的正反转运行需要通过改变通入电动机定子绕组的三相电源相序，即把三相电源中的任意两相对调接线时，电动机就可以反转，如图1-22所示。

在图1-22中，KM1为正转接触器，KM2为反转接触器，它们分别由SB2和SB3控制。从主电路中可以看出，这两个接触器的主触点所接通电源的相序不同，KM1按U—V—W相序接线，KM2则按W—V—U相序接线。相应的控制线路有两条，分别控制两个接触器的线圈。

电路工作过程：先合上电源开关QS，再按下面的提示完成。

（1）正转控制。

（2）反转控制。

接触器控制正反转电路操作不便，必须保证在切换电动机运行方向之前先按下停止按钮，然后按下相应的起动按钮，否则将会发生主电源侧电源短路的故障，为克服这一不足，提高电路的安全性，需采用联锁控制。

2.具有联锁控制的电动机正反转电路

联锁控制就是在同一时间里两个接触器只允许一个工作的控制方式，也称为互锁控制。实现联锁控制的常用方法有接触器联锁、按钮联锁和复合联锁控制等。图1-23所示为具有正反联锁控制的电动机正反转控制电路原理图，主电路同图1-22。可见联锁控制的特点是将本身控制支路元件的常闭触点串联到对方控制电路的支路中。

电路的工作原理：首先合上开关QS，再按下面的提示完成。

（1）正转控制。

（2）反转控制。

由此可见，通过SB1、SB2控制KM1、KM2动作，改变接入电动机的交流电的三相顺序，就改变了电动机的旋转方向。

三、应用举例

（一）三相异步电动机带按钮互锁的正反转控制的安装调试试车

1.工作任务

① 能分析交流电动机联锁控制原理。

② 能正确识读电路图、装配图。

③ 会按照工艺要求正确安装交流电动机联锁控制电路。

④ 能根据故障现象检修交流电动机联锁控制电路。

2.工作图

原理图如图1-24所示。

3.工作准备

（1）工具、仪表及器材。

① 工具：测电笔、螺钉旋具、尖嘴钳、斜口钳、剥线钳、电工刀、校验灯等。

② 仪表：5050型兆欧表、T301-A型钳形电流表、MF47型万用表。

③ 器材：接触器联锁正反转控制线路板一块。导线规格：动力电路采用 BV 1.5 mm2和 BVR 1.5 mm2（黑色）塑铜线；控制电路采用BVR 1mm2塑铜线（红色），接地线采用BVR（黄绿双色）塑铜线（截面至少1.5 mm2）。紧固体及编码套管等，其数量按需要而定。

（2）元器件明细表（见表1-2）。

（3）场地要求。电工实训室，电工工作台。

4.读图

（1）本任务涉及的低压电器及其作用。本任务涉及的低压电器有组合开关、熔断器、按钮开关、交流接触器、热继电器、三相异步电动机。

各低压电器作用如下。

① 组合开关QS作电源隔离开关。

② 熔断器FU1、FU2分别作主电路、控制电路的短路保护。

③ 停止按钮SB1控制接触器KM1、KM2的线圈失电。

④ 复合按钮SB2控制接触器KM1线圈得电，同时对接触器KM2线圈联锁。

⑤ 复合按钮SB3控制接触器KM2线圈得电，同时对接触器KM1线圈联锁。

⑥ 接触器KM1、KM2的主触点：控制电动机M正反向的起动与停止。

⑦ 接触器KM1、KM2的常开辅助触点自锁；接触器KM1、KM2的常闭辅助触点联锁。

⑧ 热继电器FR对电动机进行过载保护。

（2）对照工作原理图、电气元件布置图、接线图识别相对应的电气元件。

（3）控制线路工作过程中合上电源开关QS，再按下面的提示完成。

① 正转控制。

② 自正转直接到反转控制。

5.工作步骤

（1）根据电路图画出接线图。

（2）按表配齐所用电气元件，并进行质量检验。电气元件应完好无损，各项技术指标符合规定要求，否则应予以更换。

（3）在控制板上按图1-25所示的布置图安装所有的电气元件，并贴上醒目的文字符号。安装时，组合开关、熔断器的受电端子应安装在控制板的外侧；元件排列要整齐、匀称、间距合理，并且便于元件的更换；紧固电气元件时用力要均匀，紧固程度适当，做到既要使元件安装牢固，又不使其损坏。

（4）按图1-26所示的接线图进行板前明线布线和套编码套管。做到布线横平竖直、整齐、分布均匀、紧贴安装面、走线合理；套编码套管要正确；严禁损伤线芯和导线绝缘层；接点牢靠，不得松动，不得压绝缘层，不反圈及不露铜过长等。

（5）根据图1-24所示的电路图检查控制板布线的正确性。

（6）安装电动机。做到安装牢固平稳，以防止在换向时产生滚动而引起事故。

（7）可靠连接电动机和按钮金属外壳的保护接地线。

（8）连接电源、电动机等控制板外部的导线。导线要敷设在导线通道内，或采用绝缘良好的橡皮线进行通电校验。

（9）自检。安装完毕的控制线路板必须按要求进行认真检查，确保无误后才允许通电试车。

① 主电路接线检查：按电路图或接线图从电源端开始，逐段核对接线有无漏接、错接之处，检查导线接点是否符合要求，压接是否牢固，以免带负载运行时产生闪弧现象。

② 控制电路接线检查：用万用表电阻挡检查控制电路接线情况。

（10）检验合格后，通电试车。通电时，必须经指导教师同意后再接通电源，并在现场进行监护。出现故障后，学生应独立进行检修。若需带电检查时，必须有教师在现场监护。

接通三相电源L1、L2、L3，合上电源开关QS，用电笔检查熔断器出线端，氖管亮说明电源接通。分别按下SB1、SB2和SB3按钮，观察是否符合线路功能要求，观察电气元件动作是否灵活，有无卡阻及噪声过大现象，观察电动机运行是否正常。若有异常，立即停车检查。

（11）通电试车完毕，停转、切断电源。先拆除三相电源线，再拆除电动机负载线。

（二）CA6140型普通车床电气控制

CA6140 型车床是普通车床的一种，加工范围较广，但自动化程度低，适于小批量生产及修配车间使用。

1.主要结构及运动特点

普通车床主要由床身、主轴变速箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、丝杠和光杠等部件组成。CA6140型普通车床外观结构如图1-27所示。

主轴变速箱的功能是：支撑主轴和传动其旋转，包含主轴及其轴承、传动机构、起停及换向装置、制动装置、操纵机构及滑润装置。CA6140型普通车床的主传动可使主轴获得24级正转转速（10～1400 r/min）和12级反转转速（14～1580 r/min）。

进给箱的作用是：变换被加工螺纹的种类和导程，以及获得所需的各种进给量。它通常由变换螺纹导程和进给量的变速机构、变换螺纹种类的移换机构、丝杠和光杠转换机构以及操纵机构等组成。

溜板箱的作用是：将丝杠或光杠传来的旋转运动转变为直线运动并带动刀架进给，控制刀架运动的接通、断开和换向等。刀架则用来安装车刀并带动其作纵向、横向和斜向进给运动。

车床有两个主要运动：一个是卡盘或顶尖带动工件的旋转运动；另一个是溜板带动刀架的直线移动。前者称为主运动，后者称为进给运动。中、小型普通车床的主运动和进给运动一般是采用一台异步电动机驱动的。此外，车床还有辅助运动，如溜板和刀架的快速移动、尾架的移动以及工件的夹紧与放松等。

2.电气控制要求

根据车床的运动情况和工艺要求，车床对电气控制提出如下要求。

（1）主拖动电动机一般选用三相笼式异步电动机，并采用机械变速。

（2）为车削螺纹，主轴要求正、反转，小型车床由电动机正、反转来实现，CA6140 型车床则靠摩擦离合器来实现，电动机只作单向旋转。

（3）一般中、小型车床的主轴电动机均采用直接起动。停车时为实现快速停车，一般采用机械制动或电气制动。

（4）车削加工时，需用切削液对刀具和工件进行冷却。为此，设有一台冷却泵电动机，拖动冷却泵输出冷却液。

（5）冷却泵电动机与主轴电动机具有联锁关系，即冷却泵电动机应在主轴电动机起动后才可选择起动与否，而当主轴电动机停止时，冷却泵电动机立即停止。

（6）为实现溜板箱的快速移动，由单独的快速移动电动机拖动，且采用点动控制。

（7）电路应有必要的保护环节、安全可靠的照明电路和信号电路。

3.CA6140型车床的控制线路

CA6140型车床的电气原理图如图1-28所示，M1为主轴及进给电动机，拖动主轴和工件旋转，并通过进给机构实现车床的进给运动；M2为冷却泵电动机，拖动冷却泵输出冷却液；M3为快速移动电动机，拖动溜板实现快速移动。

（1）主轴及进给电动机M1的控制。由起动按钮SB1、停止按钮SB2和接触器KM1构成电动机单向连续运转起动—停止电路。

按下SB1按钮→线圈通电并自锁→M1单向全压起动，通过摩擦离合器及传动机构拖动主轴正转或反转，以及刀架的直线进给。

停止时，按下SB2按钮→KM1断电→M1自动停车。

（2）冷却泵电动机M2的控制。M2的控制由KM2电路实现。

主轴电动机起动之后，KM1辅助触点（9-11）闭合，此时合上开关SA1，KM2线圈通电，M2全压起动。停止时，断开SA1或使主轴电动机M1停止，则KM2断电，使M2自由停车。

（3）快速移动电动机M3的控制。由按钮SB3来控制接触器KM3，进而实现M3的点动。操作时，先将快、慢速进给手柄扳到所需移动方向，即可接通相关的传动机构，再按下SB3按钮，即可实现该方向的快速移动。

（4）保护环节。

① 电路电源开关是带有开关锁SA2的断路器QS。机床接通电源时需用钥匙开关操作，再合上QS，增加了安全性。当需合上电源时，先用开关钥匙插入SA2开关锁中并右旋，使QS线圈断电，再扳动断路器QS将其合上，机床电源接通。若将开关锁SA2左旋，则触点SA2（03—13）闭合，QS线圈通电，断路器跳开，机床断电。

② 打开机床控制配电盘壁龛门，自动切除机床电源的保护。在配电盘壁龛门上装有安全行程开关 SQ，当打开配电盘壁龛门时，安全开关的触点 SQ2（03—13）闭合，使断路器线圈通电而自动跳闸，断开电源，确保人身安全。

③ 机床床头皮带罩处设有安全开关SQ1，当打开皮带罩时，安全开关触点SQ1（03—1）断开，将接触器KM1、KM2、KM3线圈电路切断，电动机将全部停止旋转，确保人身安全。

④ 为满足打开机床控制配电盘壁龛门进行带电检修的需要，可将 SQ2 安全开关传动杆拉出，使触点（03—13）断开，此时QS线圈断电，QS开关仍可合上。带电检修完毕，关上壁龛门后，将SQ2开关传动杆复位，SQ2保护作用照常起作用。

⑤ 电动机M1、M2由热继电器FR1、FR2实现电动机长期过载保护；断路器QS实现电路的过流、欠压保护；熔断器FU、FU1～FU6实现各部分电路的短路保护。此外，还设有EL机床照明灯和HL信号灯进行刻度照明。

项目小结

本项目通过电动机正反转控制线路引出常用电气控制器件，讲述了项目中用到的按钮、开关、接触器、中间继电器和熔断器，介绍了这些低压电器的结构、动作原理、常用型号、符号及选择方法。接着讲述了电气识图基本知识、电动机单相起动和正反转控制线路，讲述了三相异步电动机的点动、长车及正反转等基本控制环节。这些是在实际当中经过验证的电路。熟练掌握这些电路是阅读、分析、设计较复杂生产机械控制线路的基础。同时，在绘制电路图时，必须严格按照国家标准规定使用各种符号、单位、名词术语和绘制原则。

电气控制系统图主要有电气原理图、电器布置图和电气安装接线图。重点应掌握电气原理图的规定画法及国家标准。

生产机械要正常、安全、可靠地工作，必须有必要的保护环节。控制线路的常用保护有短路保护、过载保护、失压保护、欠压保护，分别用不同的电器来实现。

本项目中，还通过应用举例学习了三相异步电动机互锁控制的正反转控制的安装调试试车，CA6140 型普通车床的电气控制，讲述了线路的组成、工作原理、安装调试和常见故障排除。

习题及思考

1.电路中FU、KM、KA、FR和SB分别是什么电气元件的文字符号？

2.笼型异步电动机是如何改变旋转方向的？

3.什么是互锁（联锁）？什么是自锁？试举例说明各自的作用。

4.低压电器的电磁机构由哪几部分组成?

5.熔断器有哪几种类型？试写出各种熔断器的型号。熔断器在电路中的作用是什么？

6.熔断器有哪些主要参数？熔断器的额定电流与熔体的额定电流是不是一样？

7.熔断器与热继电器用于保护交流三相异步电动机时能不能互相取代？为什么？

8.交流接触器主要由哪几部分组成？简述其工作原理。

9.试说明热继电器的工作原理和优缺点。

10.图1-29所示是两种实现电动机顺序控制的电路（主电路略），试分析说明各电路有什么特点，能满足什么控制要求。

11.试设计一个控制一台电动机的电路，要求：（1）可正、反转；（2）正、反向点动；（3）具有短路和过载保护。