第一部分 電氣控制

項目一 電動機正反轉控制

一、項目導入

工農業生產中，生產機械的運動部件往往要求能實現正反兩個方向運動，這就要求拖動電動機能正反向旋轉。例如，銑床加工工作臺的左右、前后和上下運動，起重機的上升與下降運動等，可以采用機械控制、電氣控制或機械電氣混合控制的方法來實現。當采用電氣控制的方法實現時，電動機能實現正反轉控制。從電動機的原理可知，改變電動機三相電源的相序即可改變電動機的旋轉方向，而改變三相電源的相序只需任意調換電源的兩根進線即可，如圖 1-1所示。

合上開關QS，按下起動按鈕SB2，電動機正轉；按下停止按鈕SB1，電動機停止；按下反轉起動按鈕SB3，電動機反轉。

本項目涉及低壓電器（包括刀開關、熔斷器、按鈕開關、交流接觸器、熱繼電器等），電氣識圖及繪圖標準，電動機的點動、連續控制及正反轉控制電路等內容。

低壓電器種類有很多，分類方法也有很多。按操作方式可分為手動操作方式和自動切換電器方式。手動操作方式主要是用手直接操作來進行切換；自動切換電器方式是依靠本身參數的變化或外來信號的作用來自動完成接通或分斷等動作。按用途可分為低壓配電電器和低壓控制電器兩大類。低壓配電電器是指正常或事故狀態下接通和斷開用電設備和供電電網所用的電器；低壓控制電器是指電動機完成生產機械要求的起動、調速、反轉和停止所用的電器。

二、相關知識

（一）按鈕、刀開關

1.按鈕

按鈕開關（簡稱按鈕）是一種用人力（一般為手指或手掌）操作，并具有儲能（彈簧）復位功能的控制開關。按鈕的觸點允許通過的電流較小，一般不超過 5 A，因此一般情況下不直接控制主電路，而是在控制電路中發出指令或信號去控制接觸器、繼電器等電器，再由它們去控制主電路的通斷、功能轉換或電氣聯鎖等。

（1）結構。按鈕開關一般由按鈕帽、復位彈簧、橋式常閉觸點、常開觸點、支柱連桿及外殼等部分組成。按鈕的外形、結構與符號如圖1-2所示，其中按鈕是一個復合按鈕，工作時常開和常閉觸點是聯動的，當按鈕被按下時，常閉觸點先動作，常開觸點隨后動作；而松開按鈕時，常開觸點先動作，常閉觸點再動作。也就是說，兩種觸點在改變工作狀態時，先后有個時間差，盡管這個時間差很短，但在分析線路控制過程時應特別注意。

（2）型號。按鈕型號說明如下。

其中，結構形式代號的含義是：K——開啟式，適用于嵌裝在操作面板上；H——保護式，帶保護外殼，可防止內部零件受機械損傷或人偶然觸及帶電部分；S——防水式，具有密封外殼，可防止雨水侵入；F——防腐式，能防止腐蝕性氣體進入；J——緊急式，作緊急切斷電源用；X——旋鈕式，用旋鈕旋轉進行操作，有通和斷兩個位置；Y——鑰匙操作式，用鑰匙插入進行操作，可防止誤操作或供專人操作；D——光標按鈕，按鈕內裝有信號燈，兼作信號指示。

按鈕開關的結構形式有多種，適合于許多場合。為了便于操作人員識別，避免發生誤操作，生產中用不同的顏色和符號標志來區分按鈕的功能及作用。緊急式——裝有紅色突出在外的蘑菇形鈕帽，以便緊急操作；旋鈕式——用手旋轉進行操作；指示燈式——在透明的按鈕內裝入信號燈，以作信號指示；鑰匙式——為使用安全起見，須用鑰匙插入才能旋轉操作。按鈕的顏色有紅、綠、黑、黃、白、藍等，供不同場合選用。一般以紅色表示停止按鈕，綠色表示起動按鈕。常見按鈕外形如圖1-3所示。

（3）按鈕的選用。按鈕選擇的基本原則如下。

① 根據使用場合和具體用途選擇按鈕的種類，如嵌裝在操作面板上的按鈕可選用開啟式。

② 根據工作狀態指示和工作情況要求選擇按鈕或指示燈的顏色，如起動按鈕可選用綠色、白色或黑色。

③ 根據控制回路的需要選擇按鈕的數量，如單聯鈕、雙聯鈕和三聯鈕等。

2.刀開關

刀開關又稱閘刀開關，是一種結構最簡單、應用最廣泛的手動電器。在低壓電路中，作為不頻繁接通和分斷電路用，或用來將電路與電源隔離。

圖1-4所示為刀開關的典型結構。刀開關由操作手柄、觸刀、靜插座和絕緣底板組成。推動手柄可以實現觸刀插入插座與脫離插座的控制，以達到接通電路和分斷電路的要求。

刀開關的種類很多，按刀的極數可分為單極、雙極和三極，其圖形符號如圖1-5所示；按刀的轉換方向可分為單擲和雙擲；按滅弧情況可分為帶滅弧罩和不帶滅弧罩；按接線方式可分為板前接線式和板后接線式。下面只介紹由刀開關和熔斷器組合而成的負荷開關。負荷開關分為開啟式負荷開關和封閉式負荷開關兩種。

（1）開啟式負荷開關。開啟式負荷開關又稱為瓷底膠蓋刀開關，簡稱閘刀開關。生產中常用的是HK系列開啟式負荷開關，適用于照明和小容量電動機控制線路中，供手動不頻繁地接通和分斷電路，并起短路保護作用。

開啟式負荷開關的結構及在電路圖中的圖形符號如圖1-6所示。

其型號含義說明如下。

（2）封閉式負荷開關。封閉式負荷開關是在開啟式負荷開關的基礎上改進設計的一種開關，可用于手動不頻繁的接通和斷開帶負載的電路，以及作為線路末端的短路保護，也可用于控制15kW以下的交流電動機不頻繁的直接起動和停止。

常用的封閉式負荷開關有 HH3、HH4 系列，其中，HH4系列為全國統一設計產品，結構如圖1-7所示。它主要由觸及滅弧系統、熔斷器及操作機構3部分組成。動觸刀固定在一根絕緣方軸上，由手柄完成分、合閘的操作。在操作機構中，手柄轉軸與底座之間裝有速動彈簧，使刀開關的接通與斷開速度與手柄操作速度無關。封閉式負荷開關的操作機構有兩個特點：一是采用儲能合閘方式，利用一根彈簧使開關的分合速度與手柄操作速度無關，既改善開關的滅弧性能，又能防止觸點停滯在中間位置，從而提高開關的通斷能力，延長其使用壽命；二是操作機構上裝有機械聯鎖，可以保證開關合閘時不能打開防護鐵蓋，而當打開防護鐵蓋時，不能將開關合閘。

封閉式負荷開關在電路圖中的符號與開啟式負荷開關相同。

其型號含義說明如下。

（3）刀開關的選用及安裝注意事項。

① 選用刀開關時，首先根據刀開關的用途和安裝位置選擇合適的型號和操作方式，然后根據控制對象的類型和大小，計算出相應負載電流大小，選擇相應額定電流的刀開關。

用于控制照明電路時，可選用額定電壓為220 V 或 250 V，額定電流等于或大于電路最大工作電流的雙極開關；用于控制電動機時，可選用額定電壓為380 V 或 500 V，額定電流等于或大于電動機額定電流3倍的三極刀開關。

② 刀開關在安裝時必須垂直安裝，使閉合操作時的手柄操作方向應從下向上合，不允許平裝或倒裝，以防誤合閘；電源進線應接在靜觸點一邊的進線座上，負載接在動觸點一邊的出線座上；在分閘和合閘操作時，應動作迅速，使電弧盡快熄滅。

（二）接觸器

接觸器是一種能頻繁地接通和斷開遠距離用電設備主回路及其他大容量用電回路的自動控制裝置，分為交流和直流兩類，控制對象主要是電動機、電熱設備、電焊機及電容器組等。

1.交流接觸器的結構、原理

交流接觸器主要由電磁系統、觸點系統、滅弧裝置及輔助部件等組成。CJ10-20 型交流接觸器的結構和工作原理如圖1-8所示。

（1）電磁系統。交流接觸器的電磁系統主要由線圈、鐵芯（靜鐵芯）和銜鐵（動鐵芯）3 部分組成。其作用是利用電磁線圈的通電或斷電，使銜鐵和靜鐵芯吸合或釋放，從而帶動動觸點與靜觸點閉合或分斷，實現接通或斷開電路的目的。

交流接觸器在運行過程中，線圈中通入的交流電在鐵芯中產生交變的磁通，因此鐵芯與銜鐵間的吸力也是變化的，這會使銜鐵產生震動并發出噪聲。為消除這一現象，在交流接觸器鐵芯和銜鐵的兩個不同端部各開一個槽，槽內嵌裝一個用銅、康銅或鎳鉻合金材料制成的短路環，又稱減震環或分磁環，如圖1-9（a）所示。鐵芯裝短路環后，當線圈通以交流電時，線圈電流產生磁通Φ1。Φ1一部分穿過短路環，在環中產生感生電流，進而會產生一個磁通Φ2。由電磁感應定律可知，Φ1和Φ2的相位不同，即Φ1和Φ2不同時為零，則由Φ1和Φ2產生的電磁吸力F1和F2不同時為零，如圖1-9（b）所示。這就保證了鐵芯與銜鐵在任何時刻都有吸力，銜鐵將始終被吸住，震動和噪聲會顯著減小。

（2）觸點系統。觸點系統包括主觸點和輔助觸點，主觸點用以控制電流較大的主電路，一般由 3對接觸面較大的常開觸點組成。輔助觸點用于控制電流較小的控制電路，一般由兩對常開和兩對常閉觸點組成。觸點的常開和常閉是指電磁系統沒有通電動作時觸點的狀態。因此常閉觸點和常開觸點有時又分別被稱為動斷觸點和動合觸點。工作時常開和常閉觸點是聯動的。當線圈通電時，常閉觸點先斷開，常開觸點隨后閉合；而線圈斷電時，常開觸點先恢復斷開，隨后常閉觸點恢復閉合。也就是說，兩種觸點在改變工作狀態時，先后有個時間差。盡管這個時間差很短，但在分析線路控制過程時應特別注意。

觸點按接觸情況可分為點接觸式、線接觸式和面接觸式3種，如圖1-10所示。按觸點的結構形式劃分，有橋式觸點和指形觸點兩種，如圖1-11所示。

CJ10系列交流接觸器的觸點一般采用雙斷點橋式觸點。

（3）滅弧裝置。交流接觸器在斷開大電流或高電壓電路時，在動、靜觸點之間會產生很強的電弧。電弧的產生，一方面會灼傷觸點，減少觸點的使用壽命；另一方面會使電路切斷時間延長，甚至造成弧光短路或引起火災事故。容量在10 A以上的接觸器中都裝有滅弧裝置。在交流接觸器中常用的滅弧方法有雙斷口電動力滅弧、縱縫滅弧、柵片滅弧等。直流接觸器因直流電弧不存在自然過零點熄滅特性，因此只能靠拉長電弧和冷卻電弧來滅弧，一般采取磁吹式滅弧裝置來滅弧。

（4）輔助部件。交流接觸器的輔助部件有反作用彈簧、緩沖彈簧、觸點壓力彈簧、傳動機構及底座、接線柱等。反作用彈簧的作用是：線圈斷電后，推動銜鐵釋放，使各觸點恢復原狀態。緩沖彈簧的作用是：緩沖銜鐵在吸合時對靜鐵芯和外殼的沖擊力。觸點壓力彈簧的作用是：增加動、靜觸點間的壓力，從而增大接觸面積，以減小接觸電阻。傳動機構的作用是：在銜鐵或反作用彈簧的作用下，帶動動觸點實現與靜觸點的接通或分斷。

2.接觸器的主要技術參數

（1）額定電壓。接觸器銘牌額定電壓是指主觸點上的額定電壓。通常用的電壓等級如下。

直流接觸器：110 V、220 V、440 V、660 V等。

交流接觸器：127 V、220 V、380 V、500 V等。

如果某負載是380 V的三相感應電動機，則應選380 V的交流接觸器。

（2）額定電流。接觸器銘牌額定電流是指主觸點的額定電流。通常用的電流等級如下。

直流接觸器：25 A、40 A、60 A、100 A、250 A、400 A、600 A。

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

（3）線圈的額定電壓。通常用的電壓等級如下。

直流線圈：24 V、48 V、220 V、440 V。

交流線圈：36 V、127 V、220 V、380 V。

（4）動作值。動作值是指接觸器的吸合電壓與釋放電壓。原部頒標準規定接觸器在額定電壓85%以上時，應可靠吸合，釋放電壓不高于額定電壓的70%。

（5）接通與分斷能力。接觸與分析能力是指接觸器的主觸點在規定的條件下能可靠地接通和分斷的電流值，而不應該發生熔焊、飛弧和過分磨損等現象。

（6）額定操作頻率。額定操作頻率是指每小時接通次數。交流接觸器最高為600 次/h；直流接觸器可高達1 200次/h。

3.接觸器的型號及電路圖中的符號

（1）接觸器的型號。接觸器的型號說明如下。

例如，CJ12T-250的意義為CJ12T系列接觸器，額定電流為250 A，主觸點為三級；CZ0-100/20表示CZ0系列直流接觸器，額定電流為100 A，雙極常開主觸點。

（2）交流接觸器在電路圖中的符號。交流接觸器在電路圖中的圖形符號如圖1-12所示。

4.接觸器的選用

（1）根據控制對象所用電源類型選擇接觸器類型，一般交流負載用交流接觸器，直流負載用直流接觸器，當直流負載容量較小時，也可選用交流接觸器，但交流接觸器的額定電流應適當選大一些。

（2）所選接觸器主觸點的額定電壓應大于或等于控制線路的額定電壓。

（3）應根據控制對象類型和使用場合，合理選擇接觸器主觸點的額定電流。控制電阻性負載時，主觸點的額定電流應等于負載的額定電流。控制電動機時，主觸點的額定電流應大于或稍大于電動機的額定電流。當接觸器使用在頻繁起動、制動及正反轉的場合時，應將主觸點的額定電流降低一個等級使用。

（4）選擇接觸器線圈的電壓。當控制線路簡單并且使用電器較少時，應根據電源等級選用380 V或220 V的電壓。當線路復雜時，從人身和設備安全角度考慮，可以選擇36 V或110 V電壓的線圈，增加相應變壓器設備。

（5）根據控制線路的要求，合理選擇接觸器的觸點數量及類型。

（三）中間繼電器

中間繼電器實質上是一個電壓線圈繼電器，是用來增加控制電路中的信號數量或將信號放大的繼電器。其輸入信號是線圈的通電和斷電，輸出信號是觸點的動作。它具有觸點多，觸點容量大，動作靈敏等特點。由于觸點的數量較多，因此用來控制多個元件或回路。

1.工作原理及選擇

中間繼電器的結構及工作原理與接觸器基本相同，但中間繼電器的觸點對數多，且沒有主輔之分，各對觸點允許通過的電流大小相同，多數為5 A。因此，對于工作電流小于 5 A 的電氣控制線路，可用中間繼電器代替接觸器實施控制。JZ7系列為交流中間繼電器，其結構如圖1-13（a）所示。

JZ7 系列中間繼電器采用立體布置，由動鐵芯、靜鐵芯、短路環、線圈、觸點系統、反作用彈簧、復位彈簧和緩沖彈簧等組成。觸點采用雙斷點橋式結構，上下兩層各有4對觸點，下層觸點只能是動合觸點，故觸點系統可按8動合觸點、6動合觸點、2動斷觸點及4動合觸點、4動斷觸點組合。繼電器線圈額定電壓有12 V、36 V、110 V、220 V、380 V等。

JZ14系列中間繼電器有交流操作和直流操作兩種，該系列繼電器帶有透明外罩，可防止塵埃進入內部而影響工作的可靠性。

中間繼電器的選用主要依據被控制電路的電壓等級、所需觸點的數量、種類和容量等要求來進行。

2.型號

中間繼電器的型號如下。

中間繼電器在電路圖中的符號如圖1-13（b）所示。

（四）熱繼電器

熱繼電器是利用流過繼電器的電流所產生的熱效應而反時限動作的繼電器。反時限動作是指熱繼電器動作時間隨電流的增大而減小的性能。熱繼電器主要用于電動機的過載、斷相、三相電流不平衡運行的保護及其他電氣設備發熱狀態的控制。

1.熱繼電器的分類和型號

熱繼電器的形式有多種，其中雙金屬片式熱繼電器應用最多。按極數劃分，熱繼電器可分為單極、兩極和三極3種，其中三極的又包括帶斷相保護裝置的和不帶斷相保護裝置的；按復位方式劃分，有自動復位式（觸點動作后能自動返回原來位置）和手動復位式。目前常用的有國產的JR16、JR20等系列，以及國外的T系列和3UA等系列產品。

常用的JRS1系列和JR20系列熱繼電器的型號及含義說明如下。

2.工作原理

熱繼電器的結構主要由加熱元件、動作機構和復位機構3部分組成。動作系統常設有溫度補償裝置，保證在一定的溫度范圍內，熱繼電器的動作特性基本不變。典型的熱繼電器結構及圖形符號如圖1-14所示。

在圖1-14中，主雙金屬片2與加熱元件3串接在接觸器負載（電動機電源端）的主回路中，當電動機過載時，主雙金屬片受熱彎曲推動導板4，并通過補償雙金屬片5與推桿將觸點9和6（即串接在接觸器線圈回路的熱繼電器常閉觸點）分開，以切斷電路保護電動機。調節旋鈕11是一個偏心輪。改變它的半徑即可改變補償雙金屬片5與導板4的接觸距離，因而達到調節整定動作電流值的目的。此外，靠調節復位螺釘8來改變常開靜觸點7的位置，使熱繼電器能動作在自動復位或手動復位兩種狀態。調成手動復位時，在排除故障后要按下手動復位按鈕10才能使動觸點9恢復與常閉靜觸點6相接觸的位置。

熱繼電器的常閉觸點常接入控制回路，常開觸點可接入信號回路或PLC控制時的輸入接口電路。

三相異步電動機的電源或繞組斷相是導致電動機過熱燒毀的主要原因之一，尤其是定子繞組采用△接法的電動機必須采用三相結構帶斷相保護裝置的熱繼電器實行斷相保護。

3.熱繼電器的選用

選擇熱繼電器主要根據所保護電動機的額定電流來確定熱繼電器的規格和熱元件的電流等級。

根據電動機的額定電流選擇熱繼電器的規格，一般情況下，應使熱繼電器的額定電流稍大于電動機的額定電流。

根據需要的整定電流值選擇熱元件的編號和電流等級。一般情況下，熱繼電器的整定值為電動機額定電流值的0.95～1.05倍。但是，如果電動機拖動的負載用在沖擊性負載或起動時間較長及拖動的設備不允許停電的場合，熱繼電器的整定值可取電動機額定電流的1.1～1.5倍。如果電動機的過載能力較差，熱繼電器的整定值可取電動機額定電流值的0.6～0.8倍。同時，整定電流應留有一定的上下限調整范圍。

根據電動機定子繞組的連接方式選擇熱繼電器的結構形式，即Y形連接的電動機選用普通三相結構的熱繼電器，△形接法的電動機應選用三相帶斷相保護裝置的熱繼電器。

對于頻繁正反轉和頻繁起制動工作的電動機不宜采用熱繼電器來保護。

（五）熔斷器

熔斷器是在控制系統中主要用作短路保護的電器，使用時串聯在被保護的電路中，當電路發生短路故障，通過熔斷器的電流達到或超過某一規定值時，以其自身產生的熱量使熔體熔斷，從而自動分斷電路，起到保護作用。

1.熔斷器的結構

熔斷器主要由熔體（俗稱熔絲）和安裝熔體的熔管（或熔座）兩部分組成。熔體由鉛、錫、鋅、銀、銅及其合金制成，常做成絲狀、片狀或柵狀。熔管是裝熔體的外殼，由陶瓷、絕緣鋼紙制成，在熔體熔斷時兼有滅弧作用。熔斷器的外形以及圖形符號、文字符號如圖1-15所示。

2.熔斷器的分類和型號

熔斷器按結構形式分為半封閉插入式、無填料封閉管式、有填料封閉管式、螺旋自復式等。其中，有填料封閉管式熔斷器又分為刀形觸點熔斷器、螺栓連接熔斷器和圓筒形帽熔斷器。

熔斷器型號說明如下。

常用熔斷器型號有RC1A、RL1、RT0、RT15、RT16（NT）、RT18等，在選用時可根據使用場合酌情選擇。常用熔斷器外形如圖1-16所示。

3.熔斷器的主要技術參數

（1）額定電壓。額定電壓能保證熔斷器長期正常工作的電壓。若熔斷器的實際工作電壓大于其額定電壓，熔體熔斷時可能發生電弧不能熄滅的危險。

（2）額定電流。額定電流保證熔斷器在長期工作制下，各部件溫升不超過極限允許溫升所能承載的電流值。它與熔體的額定電流是兩個不同的概念。熔體的額定電流：在規定工作條件下，長時間通過熔體而熔體不熔斷的最大電流值。通常一個額定電流等級的熔斷器可以配用若干個額定電流等級的熔體，但熔體的額定電流不能大于熔斷器的額定電流值。

（3）分斷能力。熔斷器在規定的使用條件下，能可靠分斷的最大短路電流值。通常用極限分斷電流值來表示。

（4）時間—電流特性。時間—電流特性又稱保護特性，表示熔斷器的熔斷時間與流過熔體電流的關系。一般熔斷器的時間—電流特性如圖1-17所示，熔斷器的熔斷時間隨著電流的增大而減少，即反時限保護特性。

4.熔斷器的選用

熔斷器和熔體只有經過正確的選擇，才能起到應有的保護作用。選擇熔斷器的基本原則如下。

（1）根據使用場合確定熔斷器的類型。例如，對于容量較小的照明線路或電動機的保護，宜采用RC1A系列插入式熔斷器或RM10系列無填料密閉管式熔斷器；對于短路電流較大的電路或有易燃氣體的場合，宜采用具有高分斷能力RL系列螺旋式熔斷器或RT（包括NT）系列有填料封閉管式熔斷器；對于保護硅整流器件及晶閘管的場合，應采用快速熔斷器（RLS或RS系列）。

（2）熔斷器的額定電壓必須等于或高于線路的額定電壓。額定電流必須等于或大于所裝熔體的額定電流。

（3）熔體額定電流的選擇應根據實際使用情況按以下原則進行計算。

① 對于照明、電熱等電流較平穩、無沖擊電流的負載短路保護，熔體的額定電流應等于或稍大于負載的額定電流。

② 對于一臺不經常起動且起動時間不長的電動機的短路保護，熔體的額定電流IRN應大于或等于1.5～2.5倍電動機額定電流IN，即IRN≥（1.5～2.5）IN。

③ 對于頻繁起動或起動時間較長的電動機，其系數應增加到3～3.5。

④ 對多臺電動機的短路保護，熔體的額定電流應等于或大于其中最大容量電動機的額定電流INmax的1.5～2.5倍，再加上其余電動機額定電流的總和∑IN，即IRN≥INmax（1.5～2.5）IN+∑IN。

（4）熔斷器的分斷能力應大于電路中可能出現的最大短路電流。

5.熔斷器的安裝與使用

（1）安裝熔斷器除保證足夠的電氣距離外，還應保證足夠的間距，以保證拆卸、更換熔體方便。

（2）安裝前應檢查熔斷器的型號、額定電壓、額定電流和額定分斷能力等參數是否符合規定要求。

（3）安裝熔體必須保證接觸良好，不能有機械損傷。

（4）安裝引線要有足夠的截面積，而且必須擰緊接線螺釘，避免接觸不良。

（5）插入式熔斷器應垂直安裝，螺旋式熔斷器的電源線應接在瓷底座的下接線座上，負載線接在螺紋殼的上接線座上，這樣在更換熔管時，旋出螺母后螺紋殼上不帶電，保證操作者的安全。

（6）更換熔體或熔管時，必須切斷電源，尤其不允許帶負荷操作，以免發生電弧灼傷。

（六）電氣圖識圖及繪圖標準

1.電工圖的種類

電工圖的種類有許多，如電氣原理圖、安裝接線圖、端子排圖和展開圖等。其中，電氣原理圖和安裝接線圖是最常見的兩種形式。

（1）電氣原理圖。電氣原理圖簡稱電原理圖，用來說明電氣系統的組成和連接的方式，以及表明它們的工作原理和相互之間的作用，不涉及電氣設備和電氣元件的結構或安裝情況。

（2）安裝接線圖。安裝接線圖或稱安裝圖，是電氣安裝施工的主要圖紙，是根據電氣設備或元件的實際結構和安裝要求繪制的圖紙。在繪圖時，只考慮元件的安裝配線而不必表示該元件的動作原理。

2.識圖的基本方法

（1）結合電工基礎知識識圖。在實際生產的各個領域中，所有電路（如輸變配電、電力拖動和照明等）都是建立在電工基礎理論之上的。因此，要想準確、迅速地看懂電氣圖，必須具備一定的電工基礎知識。例如，三相籠型異步電動機的正轉和反轉控制，就是利用三相籠型異步電動機的旋轉方向是由電動機三相電源的相序來決定的原理，用倒順開關或兩個接觸器進行切換，改變輸入電動機的電源相序，以改變電動機的旋轉方向。

（2）結合電氣元件的結構和工作原理識圖。電路中有各種電氣元件，如配電電路中的負荷開關、自動空氣開關、熔斷器、互感器、儀表等；電力拖動電路中常用的各種繼電器、接觸器和各種控制開關等；電子電路中常用的各種二極管、三極管、晶閘管、電容器、電感器以及各種集成電路等。因此，在識讀電氣圖時，首先應了解這些元器件的性能、結構、工作原理、相互控制關系以及在整個電路中的地位和作用。

（3）結合典型電路識圖。典型電路就是常見的基本電路，如電動機的起動、制動、正反轉控制、過載保護電路，時間控制、順序控制、行程控制電路等。不管多么復雜的電路，幾乎都是由若干基本電路所組成的。因此，熟悉各種典型電路，在識圖時就能迅速地分清主次環節，抓住主要矛盾，從而看懂較復雜的電路圖。

（4）結合有關圖紙說明識圖。憑借所學知識閱讀圖紙說明，有助于了解電路的大體情況，便于抓住看圖的重點，達到順利識圖的目的。

（5）結合電氣圖的制圖要求識圖。電氣圖的繪制有一些基本規則和要求，這些規則和要求是為了加強圖紙的規范性、通用性和示意性而提出的，可以利用這些制圖的知識準確識圖。

3.識圖要點和步驟

（1）看圖紙說明。圖紙說明包括圖紙目錄、技術說明、元器件明細表和施工說明等。識圖時，首先要看圖紙說明。搞清設計的內容和施工要求，這樣就能了解圖紙的大體情況，抓住識圖的重點。

（2）看主標題欄。在看圖紙說明的基礎上，接著看主標題欄，了解電氣圖的名稱及標題欄中的有關內容。憑借有關的電路基礎知識，對該電氣圖的類型、性質、作用等有明確的認識，同時大致了解電氣圖的內容。

（3）看電路圖。看電路圖時，先要分清主電路和控制電路、交流電路和直流電路；其次按照先看主電路，再看控制電路的順序讀圖。看主電路時，通常從下往上看，即從用電設備開始，經控制元件，順次往電源看。看控制電路時，應自上而下，從左向右看，即先看電源，再順次看各條回路，分析各回路元器件的工作情況及其對主電路的控制。

通過看主電路，要搞清用電設備是怎樣從電源取電的，電源經過哪些元件到達負載等。通過看控制電路，要清楚回路構成、各元件間的聯系（如順序、互鎖等）、控制關系和在什么條件下回路構成通路或斷路，以理解工作情況等。

（4）看接線圖。接線圖是以電路圖為依據繪制的，因此要對照電路圖來看接線圖。看的時候，也要先看主電路，再看控制電路。看主電路時，從電源輸入端開始，順次經控制元件和線路到用電設備，與看電路圖有所不同。看控制電路時，要從電源的一端到電源的另一端，按元件的順序對每個回路進行分析。

接線圖中的線號是電器元件間導線連接的標記，線號相同的導線原則上都可以接在一起。因為接線圖多采用單線表示，所以對導線的走向應加以辨別，還要明確端子板內外電路的連接。

4.常見元件圖形符號、文字符號

常見元件圖形符號和文字符號如表1-1所示。

5.電氣原理圖舉例

電氣原理圖舉例如圖1-18所示。

（七）三相異步電動機單相起停控制

1.電動機點動控制

點動控制是指按下按鈕，電動機就得電運轉；松開按鈕，電動機就失電停轉。電氣設備工作時常常需要進行點動調整，如車刀與工件位置的調整，因此需要用點動控制電路來完成。點動正轉控制線路是由按鈕、接觸器來控制電動機運轉的最簡單的正轉控制線路，電氣控制原理圖如圖1-19所示。

在圖1-19所示的點動控制線路中，閘刀開關QS作電源隔離開關；熔斷器FU1、FU2分別作主電路、控制電路的短路保護。由于電動機只有點動控制，運行時間較短，主電路不需要接熱繼電器，起動按鈕SB控制接觸器KM的線圈得電、失電，用接觸器KM的主觸點控制電動機M的起動與停止。

電路工作原理：先合上電源開關QS，再按下面的提示完成。

起動：按下起動按鈕SB→接觸器KM線圈得電→KM主觸點閉合→電動機M起動運行。

停止：松開按鈕SB→接觸器KM線圈失電→KM主觸點斷開→電動機M失電停轉。

值得注意的是，停止使用后，應斷開電源開關QS。

2.電動機單向連續控制電路

在要求電動機起動后能連續運轉時，采用點動正轉控制線路顯然是不行的。為實現連續運轉，可采用如圖1-20所示的接觸器自鎖控制線路。它與點動控制線路相比較，主電路由于電機連續運行，因此要添加熱繼電器進行過載保護，而在控制電路中又多串連了一個停止按鈕SB1，并在起動按鈕SB2的兩端并連了接觸器KM的一對常開輔助觸點。

電路工作原理：先合上電源開關QS，再按下面的提示完成。

當松開按鈕SB2時，由于KM的常開輔助觸點閉合，控制電路仍然保持接通，所以KM線圈繼續得電，電動機 M 實現連續運轉。這種利用接觸器 KM 本身常開輔助觸點而使線圈保持得電的控制方式叫作自鎖。與起動按鈕SB2并聯起自鎖作用的常開輔助觸點稱為自鎖觸點。

當松開SB1時，其常閉觸點恢復閉合，因接觸器KM的自鎖觸點在切斷控制電路時已斷開，解除了自鎖，SB2也是斷開的，所以接觸器KM不能得電，電動機M也不會工作。

電路所具有的保護環節如下。

① 短路保護。主電路和控制電路分別由熔斷器FU1和FU2實現短路保護。當控制回路和主回路出現短路故障時，能迅速有效地斷開電源，實現對電器和電動機的保護。

② 過載保護。由熱繼電器FR實現對電動機的過載保護。當電動機出現過載且超過規定時間時，熱繼電器雙金屬片過熱變形，推動導板，經過傳動機構，使動斷輔助觸點斷開，從而使接觸器線圈失電，電機停轉，實現過載保護。

③ 欠壓保護。當電源電壓由于某種原因而下降時，電動機的轉矩將顯著下降，使電動機無法正常運轉，甚至引起電動機堵轉而燒毀。采用具有自鎖的控制線路可避免出現這種事故。因為當電源電壓低于接觸器線圈額定電壓的75%左右時，接觸器就會釋放，自鎖觸點斷開，同時動合主觸點也斷開，使電動機斷電，起到保護作用。

④ 失壓保護。電動機正常運轉時，電源可能停電，當恢復供電時，如果電動機自行起動，很容易造成設備和人身事故。采用帶自鎖的控制線路后，斷電時由于自鎖觸點已經打開，因此恢復供電時電動機不能自行起動，從而避免了事故的發生。

欠壓和失壓保護作用是按鈕、接觸器控制連續運行的控制線路的一個重要特點。

3.三相異步電動機點動、連續控制線路

要求電動機既能連續運轉又能點動控制時，需要兩個控制按鈕，如圖1-21所示。當連續運轉時，要采用接觸器自鎖控制線路；實現點動控制時，又需要把自鎖電路解除，要采用復合按鈕，它工作時常開和常閉觸點是聯動的，當按鈕被按下時，常閉觸點先動作，常開觸點隨后動作；而松開按鈕時，常開觸點先動作，常閉觸點再動作。

電路工作原理：先合上電源開關 QS，再按下面的提示完成。

（八）三相異步電動機正反轉控制線路

1.不帶聯鎖的三相異步電動機的正反轉

三相異步電動機的正反轉運行需要通過改變通入電動機定子繞組的三相電源相序，即把三相電源中的任意兩相對調接線時，電動機就可以反轉，如圖1-22所示。

在圖1-22中，KM1為正轉接觸器，KM2為反轉接觸器，它們分別由SB2和SB3控制。從主電路中可以看出，這兩個接觸器的主觸點所接通電源的相序不同，KM1按U—V—W相序接線，KM2則按W—V—U相序接線。相應的控制線路有兩條，分別控制兩個接觸器的線圈。

電路工作過程：先合上電源開關QS，再按下面的提示完成。

（1）正轉控制。

（2）反轉控制。

接觸器控制正反轉電路操作不便，必須保證在切換電動機運行方向之前先按下停止按鈕，然后按下相應的起動按鈕，否則將會發生主電源側電源短路的故障，為克服這一不足，提高電路的安全性，需采用聯鎖控制。

2.具有聯鎖控制的電動機正反轉電路

聯鎖控制就是在同一時間里兩個接觸器只允許一個工作的控制方式，也稱為互鎖控制。實現聯鎖控制的常用方法有接觸器聯鎖、按鈕聯鎖和復合聯鎖控制等。圖1-23所示為具有正反聯鎖控制的電動機正反轉控制電路原理圖，主電路同圖1-22。可見聯鎖控制的特點是將本身控制支路元件的常閉觸點串聯到對方控制電路的支路中。

電路的工作原理：首先合上開關QS，再按下面的提示完成。

（1）正轉控制。

（2）反轉控制。

由此可見，通過SB1、SB2控制KM1、KM2動作，改變接入電動機的交流電的三相順序，就改變了電動機的旋轉方向。

三、應用舉例

（一）三相異步電動機帶按鈕互鎖的正反轉控制的安裝調試試車

1.工作任務

① 能分析交流電動機聯鎖控制原理。

② 能正確識讀電路圖、裝配圖。

③ 會按照工藝要求正確安裝交流電動機聯鎖控制電路。

④ 能根據故障現象檢修交流電動機聯鎖控制電路。

2.工作圖

原理圖如圖1-24所示。

3.工作準備

（1）工具、儀表及器材。

① 工具：測電筆、螺釘旋具、尖嘴鉗、斜口鉗、剝線鉗、電工刀、校驗燈等。

② 儀表：5050型兆歐表、T301-A型鉗形電流表、MF47型萬用表。

③ 器材：接觸器聯鎖正反轉控制線路板一塊。導線規格：動力電路采用 BV 1.5 mm2和 BVR 1.5 mm2（黑色）塑銅線；控制電路采用BVR 1mm2塑銅線（紅色），接地線采用BVR（黃綠雙色）塑銅線（截面至少1.5 mm2）。緊固體及編碼套管等，其數量按需要而定。

（2）元器件明細表（見表1-2）。

（3）場地要求。電工實訓室，電工工作臺。

4.讀圖

（1）本任務涉及的低壓電器及其作用。本任務涉及的低壓電器有組合開關、熔斷器、按鈕開關、交流接觸器、熱繼電器、三相異步電動機。

各低壓電器作用如下。

① 組合開關QS作電源隔離開關。

② 熔斷器FU1、FU2分別作主電路、控制電路的短路保護。

③ 停止按鈕SB1控制接觸器KM1、KM2的線圈失電。

④ 復合按鈕SB2控制接觸器KM1線圈得電，同時對接觸器KM2線圈聯鎖。

⑤ 復合按鈕SB3控制接觸器KM2線圈得電，同時對接觸器KM1線圈聯鎖。

⑥ 接觸器KM1、KM2的主觸點：控制電動機M正反向的起動與停止。

⑦ 接觸器KM1、KM2的常開輔助觸點自鎖；接觸器KM1、KM2的常閉輔助觸點聯鎖。

⑧ 熱繼電器FR對電動機進行過載保護。

（2）對照工作原理圖、電氣元件布置圖、接線圖識別相對應的電氣元件。

（3）控制線路工作過程中合上電源開關QS，再按下面的提示完成。

① 正轉控制。

② 自正轉直接到反轉控制。

5.工作步驟

（1）根據電路圖畫出接線圖。

（2）按表配齊所用電氣元件，并進行質量檢驗。電氣元件應完好無損，各項技術指標符合規定要求，否則應予以更換。

（3）在控制板上按圖1-25所示的布置圖安裝所有的電氣元件，并貼上醒目的文字符號。安裝時，組合開關、熔斷器的受電端子應安裝在控制板的外側；元件排列要整齊、勻稱、間距合理，并且便于元件的更換；緊固電氣元件時用力要均勻，緊固程度適當，做到既要使元件安裝牢固，又不使其損壞。

（4）按圖1-26所示的接線圖進行板前明線布線和套編碼套管。做到布線橫平豎直、整齊、分布均勻、緊貼安裝面、走線合理；套編碼套管要正確；嚴禁損傷線芯和導線絕緣層；接點牢靠，不得松動，不得壓絕緣層，不反圈及不露銅過長等。

（5）根據圖1-24所示的電路圖檢查控制板布線的正確性。

（6）安裝電動機。做到安裝牢固平穩，以防止在換向時產生滾動而引起事故。

（7）可靠連接電動機和按鈕金屬外殼的保護接地線。

（8）連接電源、電動機等控制板外部的導線。導線要敷設在導線通道內，或采用絕緣良好的橡皮線進行通電校驗。

（9）自檢。安裝完畢的控制線路板必須按要求進行認真檢查，確保無誤后才允許通電試車。

① 主電路接線檢查：按電路圖或接線圖從電源端開始，逐段核對接線有無漏接、錯接之處，檢查導線接點是否符合要求，壓接是否牢固，以免帶負載運行時產生閃弧現象。

② 控制電路接線檢查：用萬用表電阻擋檢查控制電路接線情況。

（10）檢驗合格后，通電試車。通電時，必須經指導教師同意后再接通電源，并在現場進行監護。出現故障后，學生應獨立進行檢修。若需帶電檢查時，必須有教師在現場監護。

接通三相電源L1、L2、L3，合上電源開關QS，用電筆檢查熔斷器出線端，氖管亮說明電源接通。分別按下SB1、SB2和SB3按鈕，觀察是否符合線路功能要求，觀察電氣元件動作是否靈活，有無卡阻及噪聲過大現象，觀察電動機運行是否正常。若有異常，立即停車檢查。

（11）通電試車完畢，停轉、切斷電源。先拆除三相電源線，再拆除電動機負載線。

（二）CA6140型普通車床電氣控制

CA6140 型車床是普通車床的一種，加工范圍較廣，但自動化程度低，適于小批量生產及修配車間使用。

1.主要結構及運動特點

普通車床主要由床身、主軸變速箱、進給箱、溜板箱、刀架、尾架、絲杠和光杠等部件組成。CA6140型普通車床外觀結構如圖1-27所示。

主軸變速箱的功能是：支撐主軸和傳動其旋轉，包含主軸及其軸承、傳動機構、起停及換向裝置、制動裝置、操縱機構及滑潤裝置。CA6140型普通車床的主傳動可使主軸獲得24級正轉轉速（10～1400 r/min）和12級反轉轉速（14～1580 r/min）。

進給箱的作用是：變換被加工螺紋的種類和導程，以及獲得所需的各種進給量。它通常由變換螺紋導程和進給量的變速機構、變換螺紋種類的移換機構、絲杠和光杠轉換機構以及操縱機構等組成。

溜板箱的作用是：將絲杠或光杠傳來的旋轉運動轉變為直線運動并帶動刀架進給，控制刀架運動的接通、斷開和換向等。刀架則用來安裝車刀并帶動其作縱向、橫向和斜向進給運動。

車床有兩個主要運動：一個是卡盤或頂尖帶動工件的旋轉運動；另一個是溜板帶動刀架的直線移動。前者稱為主運動，后者稱為進給運動。中、小型普通車床的主運動和進給運動一般是采用一臺異步電動機驅動的。此外，車床還有輔助運動，如溜板和刀架的快速移動、尾架的移動以及工件的夾緊與放松等。

2.電氣控制要求

根據車床的運動情況和工藝要求，車床對電氣控制提出如下要求。

（1）主拖動電動機一般選用三相籠式異步電動機，并采用機械變速。

（2）為車削螺紋，主軸要求正、反轉，小型車床由電動機正、反轉來實現，CA6140 型車床則靠摩擦離合器來實現，電動機只作單向旋轉。

（3）一般中、小型車床的主軸電動機均采用直接起動。停車時為實現快速停車，一般采用機械制動或電氣制動。

（4）車削加工時，需用切削液對刀具和工件進行冷卻。為此，設有一臺冷卻泵電動機，拖動冷卻泵輸出冷卻液。

（5）冷卻泵電動機與主軸電動機具有聯鎖關系，即冷卻泵電動機應在主軸電動機起動后才可選擇起動與否，而當主軸電動機停止時，冷卻泵電動機立即停止。

（6）為實現溜板箱的快速移動，由單獨的快速移動電動機拖動，且采用點動控制。

（7）電路應有必要的保護環節、安全可靠的照明電路和信號電路。

3.CA6140型車床的控制線路

CA6140型車床的電氣原理圖如圖1-28所示，M1為主軸及進給電動機，拖動主軸和工件旋轉，并通過進給機構實現車床的進給運動；M2為冷卻泵電動機，拖動冷卻泵輸出冷卻液；M3為快速移動電動機，拖動溜板實現快速移動。

（1）主軸及進給電動機M1的控制。由起動按鈕SB1、停止按鈕SB2和接觸器KM1構成電動機單向連續運轉起動—停止電路。

按下SB1按鈕→線圈通電并自鎖→M1單向全壓起動，通過摩擦離合器及傳動機構拖動主軸正轉或反轉，以及刀架的直線進給。

停止時，按下SB2按鈕→KM1斷電→M1自動停車。

（2）冷卻泵電動機M2的控制。M2的控制由KM2電路實現。

主軸電動機起動之后，KM1輔助觸點（9-11）閉合，此時合上開關SA1，KM2線圈通電，M2全壓起動。停止時，斷開SA1或使主軸電動機M1停止，則KM2斷電，使M2自由停車。

（3）快速移動電動機M3的控制。由按鈕SB3來控制接觸器KM3，進而實現M3的點動。操作時，先將快、慢速進給手柄扳到所需移動方向，即可接通相關的傳動機構，再按下SB3按鈕，即可實現該方向的快速移動。

（4）保護環節。

① 電路電源開關是帶有開關鎖SA2的斷路器QS。機床接通電源時需用鑰匙開關操作，再合上QS，增加了安全性。當需合上電源時，先用開關鑰匙插入SA2開關鎖中并右旋，使QS線圈斷電，再扳動斷路器QS將其合上，機床電源接通。若將開關鎖SA2左旋，則觸點SA2（03—13）閉合，QS線圈通電，斷路器跳開，機床斷電。

② 打開機床控制配電盤壁龕門，自動切除機床電源的保護。在配電盤壁龕門上裝有安全行程開關 SQ，當打開配電盤壁龕門時，安全開關的觸點 SQ2（03—13）閉合，使斷路器線圈通電而自動跳閘，斷開電源，確保人身安全。

③ 機床床頭皮帶罩處設有安全開關SQ1，當打開皮帶罩時，安全開關觸點SQ1（03—1）斷開，將接觸器KM1、KM2、KM3線圈電路切斷，電動機將全部停止旋轉，確保人身安全。

④ 為滿足打開機床控制配電盤壁龕門進行帶電檢修的需要，可將 SQ2 安全開關傳動桿拉出，使觸點（03—13）斷開，此時QS線圈斷電，QS開關仍可合上。帶電檢修完畢，關上壁龕門后，將SQ2開關傳動桿復位，SQ2保護作用照常起作用。

⑤ 電動機M1、M2由熱繼電器FR1、FR2實現電動機長期過載保護；斷路器QS實現電路的過流、欠壓保護；熔斷器FU、FU1～FU6實現各部分電路的短路保護。此外，還設有EL機床照明燈和HL信號燈進行刻度照明。

項目小結

本項目通過電動機正反轉控制線路引出常用電氣控制器件，講述了項目中用到的按鈕、開關、接觸器、中間繼電器和熔斷器，介紹了這些低壓電器的結構、動作原理、常用型號、符號及選擇方法。接著講述了電氣識圖基本知識、電動機單相起動和正反轉控制線路，講述了三相異步電動機的點動、長車及正反轉等基本控制環節。這些是在實際當中經過驗證的電路。熟練掌握這些電路是閱讀、分析、設計較復雜生產機械控制線路的基礎。同時，在繪制電路圖時，必須嚴格按照國家標準規定使用各種符號、單位、名詞術語和繪制原則。

電氣控制系統圖主要有電氣原理圖、電器布置圖和電氣安裝接線圖。重點應掌握電氣原理圖的規定畫法及國家標準。

生產機械要正常、安全、可靠地工作，必須有必要的保護環節。控制線路的常用保護有短路保護、過載保護、失壓保護、欠壓保護，分別用不同的電器來實現。

本項目中，還通過應用舉例學習了三相異步電動機互鎖控制的正反轉控制的安裝調試試車，CA6140 型普通車床的電氣控制，講述了線路的組成、工作原理、安裝調試和常見故障排除。

習題及思考

1.電路中FU、KM、KA、FR和SB分別是什么電氣元件的文字符號？

2.籠型異步電動機是如何改變旋轉方向的？

3.什么是互鎖（聯鎖）？什么是自鎖？試舉例說明各自的作用。

4.低壓電器的電磁機構由哪幾部分組成?

5.熔斷器有哪幾種類型？試寫出各種熔斷器的型號。熔斷器在電路中的作用是什么？

6.熔斷器有哪些主要參數？熔斷器的額定電流與熔體的額定電流是不是一樣？

7.熔斷器與熱繼電器用于保護交流三相異步電動機時能不能互相取代？為什么？

8.交流接觸器主要由哪幾部分組成？簡述其工作原理。

9.試說明熱繼電器的工作原理和優缺點。

10.圖1-29所示是兩種實現電動機順序控制的電路（主電路略），試分析說明各電路有什么特點，能滿足什么控制要求。

11.試設計一個控制一臺電動機的電路，要求：（1）可正、反轉；（2）正、反向點動；（3）具有短路和過載保護。