2.7 電氣控制電路的分析基礎

在現代生產機械設備中，電氣控制系統是重要的組成部分，本節將通過分析典型生產機械C616型車床的電氣控制線路，進一步介紹電氣控制電路的組成以及各種基本控制電路在具體系統中的應用。同時掌握分析電氣控制電路的方法，從中找出規律，逐步提高閱讀電氣控制線路圖的能力。

1.電氣控制電路分析的內容

電氣控制電路分析的內容有以下幾個方面：

（1）設備說明書

設備說明書由機械（包括液壓）與電氣兩部分組成。

1）設備的構造，主要技術指標，機械、液壓氣動部分的工作原理及主要性能指標、規格和運動要求等。

2）電氣傳動方式，電動機、執行電器等數目、規格型號、安裝位置、用途及控制要求。

3）設備的使用方法，各操作手柄、開關、旋鈕、指示裝置的布置以及在控制電路中的作用。

4）弄清楚與機械、液壓部分直接關聯的電器（行程開關、電磁閥、電磁離合器和傳感器等）的位置、工作狀態及與機械、液壓部分的關系，在控制中的作用等。

（2）電氣控制原理圖

這是電路分析的主要內容。電氣控制系統的原理圖有主電路、控制電路、指示照明電路、保護及聯鎖環節以及特殊控制電路等部分組成。

在分析具體電路圖時，必須與閱讀其他技術資料結合起來。例如，各種電動機及執行元件的控制方式、位置及作用，各種與機械有關的位置開關、主令電器的狀態等，只有通過閱讀說明書才能了解。

2.電路圖閱讀分析的方法與步驟

分析控制電路的最基本的方法是“查線讀圖”法。電氣原理圖的分析方法與步驟如下：

（1）分析主電路

無論線路設計還是線路分析都應從主電路入手，而主電路的作用是保證整機拖動要求的實現。從主電路的構成可分析出電動機或執行電路的類型、工作方式、起動、轉向、調速和制動等基本控制要求。

（2）分析控制電路

主電路的控制要求是由控制電路來實現的，運用“化整為零”、“順藤摸瓜”的原則，將控制電路按功能不同劃分成若干個局部控制電路，從電源和主令信號開始，經過邏輯判斷，寫出控制過程。如果控制電路較復雜，則可先排除照明、顯示等與控制關系不密切的電路，以便集中精力進行分析。

（3）分析輔助電路

輔助電路包括執行元件的工作狀態顯示、電源顯示、參數測定、照明和故障警報等部分。輔助電路中很多部分是由控制電路中的元件來控制的，所以，在分析輔助電路時，還要對照控制電路進行分析。

（4）分析聯鎖與保護環節

生產機械對安全性和可靠性有很高的要求。實現這些要求，除了合理地選擇拖動、控制方案以外，在控制電路中還應設置一系列電氣保護裝置和必要的電氣聯鎖，在電氣控制原理圖的分析過程中，電氣聯鎖與電氣保護環節是一個重要內容，不能遺漏。

（5）分析特殊控制環節

在某些控制電路中，還設置了一些與主電路、控制電路關系不密切，且相對獨立的某些特殊環節，如產品計數裝置、自動檢測系統、晶閘管觸發電路和自動調溫裝置等。這些部分往往自成一個小系統，其讀圖和分析方法可參照上述分析過程，靈活運用所學過的電子技術、變流技術、自控系統、檢測與轉換等知識逐一分析。

（6）總體檢查

經過“化整為零”，逐步分析了每一局部電路的工作原理以及各部分之間的控制關系之后，還必須用“集零為整”的方法，檢查整個控制電路，看是否有遺漏。特別要從整體角度去進一步檢查和理解各控制環節之間的聯系，以達到清楚地理解原理圖中每一個電氣元器件的作用、工作過程及主要參數。

3.臥式車床的電氣控制電路分析

車床是一種應用極為廣泛的金屬切削機床，主要用于車削外圓、內孔、端面、螺紋定型表面和回轉體的端面等，并可裝上鉆頭、絞刀等刀具進行孔的加工。根據其結構和用途不同車床分成臥式車床、立式車床、六角車床、仿形車床等。

（1）臥式車床的主要結構及運動形式

臥式車床的主要結構如圖2-30所示，為了加工各種旋轉表面，車床必須具有切削運動和輔助運動。切削運動包括主運動和進給運動，除此之外的所有運動均稱為輔助運動。主運動是主軸通過卡盤或頂尖帶動工件做旋轉運動，它消耗絕大部分能量。進給運動是溜板帶動刀架的縱向和橫向的直線運動，其運動方式有手動和自動兩種。輔助運動是指刀架的快速移動及工件的夾緊與放松。

圖2-30 臥式車床的主要結構

對臥式車床的主運動和進給運動可做如下總結：

1）主運動：工件的旋轉。

主軸電動機--→主軸箱--→三爪卡盤--→工件

2）進給運動：刀架的縱向與橫向直線運動。

主軸箱--→掛輪箱--→進給箱--→光杠/絲杠--→溜板箱--→刀具。

（2）電力拖動及控制要求（中、小型車床）

1）中、小型車床的電動機容量較小，在電網容量滿足要求的情況下，一般采用直接起動。

2）車削加工的調速范圍較大，故車床的主軸采用齒輪變速，主軸電動機無需變速控制。

3）車削螺紋時為避免亂扣現象要求主軸能反轉退刀，因此要求主軸電動機能實現正、反轉。

4）加工螺紋時，進給運動與主運動之間必須保持準確的比例關系，因此主運動和進給運動由同一臺電動機（主軸電動機）拖動。

5）加工過程中為防止刀具和工件的溫度過高，需要附有冷卻泵電動機。冷卻泵電動機只需單向旋轉，手動控制。

（3）C616型臥式車床的電氣控制電路分析

C616型臥式車床的電路如圖2-31所示。

1）主電路分析。該車床有三臺電動機，M1為主電動機，M2為潤滑泵電動機，M3為冷卻泵電動機。三相交流電源通過開關QS引入，FU1、FR1分別實現主電動機的短路保護和過載保護。KM1、KM2為主電動機M1的正轉和反轉接觸器。KM3為電動機M2的起動、停止接觸器。SA1為電動機M3的接通和斷開用組合開關，FR2、FR3進行電動機的過載保護。

圖2-31 臥式車床控制電路圖

2）控制、照明和顯示電路分析。合上開關QS后，三相交流電源被引入。當SA2的操縱手柄處在零位時，合上轉換開關SA3，則接觸器KM3通電吸合，潤滑泵電動機M2起動。KM3的輔助常開觸點閉合為主電動機M1起動做好準備，電動機M2與M1之間有順序起動聯鎖。操縱控制開關SA2，可以控制主電動機正/反轉。當開關SA2在零位時，SA20接通，SA21、SA22斷開，這時中間繼電器KA通電吸合并自鎖。當將操縱手柄扳到向下位置時，SA21接通，SA20、SA22斷開，正轉接觸器KM1通電吸合，主電動機M1正轉起動。若將操縱手柄扳到向上位置時，SA22接通，SA20、SA21斷開，反轉接觸器KM2通電，M1反轉起動。當手柄扳回零位時，SA21、SA22斷開，接觸器KM1或KM2線圈斷電，電動機M1自由停車。有經驗的操作工人在停車時，將手柄瞬時扳向相反轉向的位置，電動機M1進入反接制動狀態，待主軸接近停止時，將手柄迅速扳回零位，可以大大縮短停車時間。

中間繼電器KA起零電壓保護作用。在線路中，當電源電壓降低或消失時，中間繼電器KA釋放，KA的常開觸點斷開；接觸器KM3釋放，KM3的常開觸點斷開；KM1或KM2也斷電釋放。當電網電壓恢復后，因為這時SA2開關不在零位，KM3不會得電吸合，所以KM1或KM2也不會得電吸合。即使這時手柄在零位，由于SA21、SA22觸點斷開，KM1或KM2也不會得電造成自起動，這就是中間繼電器KA的零電壓保護作用。

照明電器的電源由照明變壓器TC二次側輸出36V電壓供電，SA4為照明燈接通或斷開的按鍵開關。