常用电气控制电路

1.控制柜内电路的一般排列和标注规律

为便于检查三相动力线布置的对错，三相电源L₁、L₂、L₃在柜内按上中下、左中右或后中前的规律布置。L₁、L₂、L₃三相对应的色标分别为黄、绿、红，在制作电气控制柜时要尽量按规范布线。

二次控制电路的线号，一般的标注规律是：用电装置（如交流接触器）的右端接双数排序，左端按单数排序。二次控制电路的线号编排如图1所示。

动力线与弱点信号线要尽量远离，如传感器、PLC、DCS集散控制系统、PID控制器等信号线，如果不能做到远离，要尽量垂直交叉。弱电线缆最好单独放入一个金属桥架内，所有弱电信号的接地端都在同一点接地，且与强电的接地分离。

图1  二次控制电路的线号编排

2.电动机起停控制电路

该电路可以实现对电动机的起停控制，并对电动机的过载和短路故障进行保护，电动机起停控制电路如图2所示。

图2  电动机起停控制电路

在图2中，L₁、L₂、L₃是三相电源，信号灯HL₁用于指示L₂和L₃两相电源的有无，电压表V指示L₁和L₃相之间的线电压，熔断器FU₁用于保护控制电路（二次电路）避免电路短路时发生火灾或损失扩大。合上断路器QF₁，二次电路得电，按下起动按钮（绿色）SB₂，交流接触器KM₁的线圈通电，交流接触器的主触点KM₁的辅助触头KM_1-1闭合，电动机M₁通电运转。由于KM_1-1触头已闭合，即使起动按钮SB₂抬起，KM₁的线圈也将一直有电。KM_1-1的作用是自锁功能，即使SB₂抬起也不会导致电动机的停止，电动机起动运行。按下停止按钮SB₁，KM₁的线圈断电，KM_1-1和KM₁触头放开，电动机停止，由于KM_1-1已经断开，即使停止按钮SB₁抬起，KM₁的线圈也仍将处于断电状态，电动机M₁正常停止。当电动机内部或主电路发生短路故障时，由于出现瞬间几倍于额定电流的大电流而使断路器QF₁迅速跳闸，使电动机主电路和二次电路断电，电动机保护停止。当电动机发生过载时，电动机电流超出正常额定电流一定的百分比，热继电器FR₁发热，一定时间后，FR₁的常闭触头FR_1-1断开，KM₁线圈断电，KM_1-1和KM₁主触头断开，电动机保护停止。KM₁线圈得电时，HL₂指示灯亮说明电动机正在运行，KM₁的线圈断电后HL₂灯灭，说明电动机停止运行。当FR₁发生过载动作，常开触头FR_1-2闭合，HL₃灯亮说明电动机发生了过载故障。假设上述的三相交流电动机M₁的功率3.7kW，额定电流为7.9A，工作电压为AC380V，则3.7kW电动机起停控制电路元件清单见表1。

表1  3.7kW电动机起停控制电路元件清单

3.电动机正、反转控制电路

该电路能实现对电动机的正、反转控制，并有短路和过载保护措施。电动机正、反转控制电路如图3所示。

图3  电动机正、反转控制电路

在图3中，接触器KM₂线圈吸合后，因为将L₁和L₃两相电源线进行了对调，实现了电动机的反转运行。信号灯HL₁指示电源线L₃和零线N之间的相电压。按下正转起动按钮SB₂，交流接触器KM₁线圈得电吸合，主触头KM₁和常开辅助触头KM_1-1闭合，电动机M₁正向运转。KM₁的常闭辅助触头KM_1-2断开，此时即使按下反转起动按钮SB₃，由于KM_1-2的隔离作用，交流接触器KM₂的线圈也不会吸合，KM_1-2起安全互锁作用。电动机正向起动后，反向控制交流接触器KM₂触头不会吸合，避免了由于KM₁和KM₂的触头同时吸合而出现电源线L₁和L₃直接短路的现象。按下停止按钮SB₁，交流接触器KM₁断电，主触头KM₁和辅助触头KM_1-1断开，KM_1-2闭合，电动机M₁停止运行。按下反向起动按钮SB₃，交流接触器KM₂的触头吸合，主触头KM₂和辅助触头KM_2-1闭合，由于KM₂将电源线L₁和L₃进行了对调，电动机M₁反向运转，KM₂的常闭辅助触头KM_2-2断开，KM₁的线圈电路断开，此时即使正向起动按钮SB₂按下，KM₁也不会吸合，KM_2-2起安全互锁作用。当电动机或主电路发生短路故障时，几倍于电动机额定电流的瞬间大电流使断路器QF₁立即跳闸断电。当电动机发生过载故障时，热继电器FR₁的常闭触头断开，使KM₁或KM₂断电，从而使电动机停止。图3中1、2、3、4、5、7、9、11、13为电路连接标记，称为线号，同一线号的电线连接在一起。线号的一般标注规律是：用电装置（如交流接触器线圈）的右端按双数排序，左端按单数排序。假设上述的电动机功率为15kW，则15kW电动机正、反转控制电路元件清单见表2。

表2  15kW电动机正、反转控制电路元件清单

4.电动机自耦减压起动控制电路

在有些场合，如果供电系统中的电力变压器容量裕度不大，或是要起动的电动机的功率在该电源系统中所占比重较大，一般要求电动机的起动要有减压起动措施，避免因电动机直接起动时电流太大造成电网跳闸，减压起动的目的就是为了减少电动机的起动电流。一般在电动机设备独立供电或用电设备较少的情况下，18kW以上的三相交流电动机就需要减压起动；如果大量电气设备工作在同一电网中时，280kW的三相交流电动机可能不需要减压起动。

常见的75kW以下三相交流电动机的自耦减压起动控制电路如图4所示。

 图4  常见的75kW以下三相交流电动机的自耦减压起动控制电路

在图4中，SA₁为电源控制开关，按下起动按钮SB₂，KM₂、KM_2-1、KM₃触头吸合，接触器KM₂触头吸合给自耦减压变压器通电，随后接触器KM₃触头吸合，自耦减压变压器65%（或85%）的电压输出端接到电动机M₁上，电动机在低电压下开始起动运行，KM_3-1触头吸合后延时继电器KT₁开始计时，延时一定时间后，KT_1-1触头吸合，中间继电器KA₁的线圈得电，KA_1-2触头闭合，KA₁自保持，KA_1-1断开，KM₂和KM₃线圈断电断开，KM_3-1断开，KT₁断电断开，KA_1-3触头闭合，KM_3-2闭合，KM₁吸合，交流电动机M₁全压运行，至此电动机进入正常运行状态。在图4中，交流表A通过电流互感器TA₁随时检测电动机上L₃相的交流值，在减压起动过程中，如果发现起动电流已接近额定电流时，也可由人工按下全压切换按钮SB₃，提前是把电动机切换到全压运行。延时继电器KT₁和KT₂的时间设定，以电动机从起动开始到起动电流接近额定电动机的时间为基础，一般不会超过30s。KT₂的作用是在KT₁出现故障时仍能断开KM₂和KM₃线圈，切换到KM₁运行，一般情况下，KT₂可以不要。HL₁为电源指示，HL₂为减压起动指示，HL₃为正常运行指示。以45kW三相交流电动机为例，45kW电动机自耦减压起动控制电路元件清单见表3。

表3  45kW电动机自耦减压起动控制电路元件清单

 图5  电动机自耦减压起动电路

图5的原理与图4差不多，需要提醒的是当电动机电流大于160A时已经没有这么大的热继电器，这时要利用电流互感器TA1、TA2和0~5A小功率的热继电器FR1组成电动机过载保护电路。电动机M1的三相电流IU、IV、IW相量之和为零，即IA+IB+IC=0，得IB=-（IA+IC），所以图5中两个电流互感器的电流之和等于中间相的电流。让该电流三次流过热继电器FR1的主端子，产生与三相电流全接入时同样的发热效果，减压起动时KM1-1不吸合，热继电器内不通过起动电流，正常运行后触头KM1-1吸合，热继电器投入运行，电流表A指示中间相的电流值。注意电流互感器要和电流表配对使用，如电流互感器为100/5的，那么电流表就应该选择5/100的，使电流表直接显示电动机的实际电流值。以132kW电动机为例，132kW电动机自耦减压起动控制电路元件清单见表4

表4  132kW电动机自耦减压起动控制电路元件清单

5.电动机星—三角形减压起动电路

三相交流电动机有星形联结和三角形联结两种接法，如图6所示。一般小功率的电动机为星形联结，大功率的电动机为三角形联结。对于需要减压起动的大功率电动机，把三角形联结改为星形联结时，由于绕组上的电压由原来的AC380V降低为AC220V，所以起动电流将有较大的降低，三相交流电动机星—三角形减压起动电路如图7所示

图6  三相交流电动机的星形和三角形联结

 图7  三相交流电动机星—三角形减压起动电路

在图7中，SA1为电源控制开关，按下起动按钮SB2，KM3、KM3-1触头吸合，KM1吸合并自保持，延时继电器KT1延时开始，电动机为星形联结通电，绕组上的电压为AC220V，电动机开始起动运行，电动机绕组的线电压为AC220V，绕组工作在低电压下，延时继电器KT1延时一定时间后，KT1-1触头断开，KM3断电，KM3-2闭合，继电器KM2线圈通电，交流电动机变为三角形联结，绕组电压工作在AC380V，KM2自保持，KM2-1断开，KM2-2断开，KT1断电断开，至此电动机进入正常运行状态，在图7中，过载时FR1断开，KM1和KM2断电，电动机断电。电流表A通过电流互感器TA1检测电动机L3相的电流，HL1为电源指示，HL2为减压起动指示，HL3为正常运行指示。以电动机功率等于75kW为例，75kW电动机星—三角形减压起动电路元件清单见表5。

表5  75kW电动机星—三角形减压起动电路元件清单

6.水箱和压力容器自动上水电路

水箱水位低于某一位置时，水泵电动机起动向水箱送水；水箱水位高于某一水位时，电动机停机。水箱自动上水电路如图8所示。

图8  水箱自动上水电路

在图8中，三相电源用L₁、L₂、L₃来表示，Y_A是高液位传感器（例如UQK型）的常闭触头，Y_B是低液位传感器的常闭触头。当水箱液位低于最低液位时，Y_A和Y_B都闭合，KM₁吸合，电动机起动，水泵向水箱送水，KM_1-1吸合；当水箱液位高于最低液位时，Y_B触头断开，由于KM_1-1的自保持作用，KM₁依然吸合，电动机继续运转；当液位高于最高液位时，Y_A触头断开，KM₁断电断开，Y_B和KM_1-1都断开。随着水箱向外供水，液位下降，当低于最低水位时，又重复上述过程。

上述电路稍加变动即可用于储气压力容器的压力控制，例如要求压力容器的压力低于某一压力值B时，电动机带动气压机运转给压力容器充气，压力容器压力高于某一压力值A时，电动机停止。压力容器自动上水电路如图9所示。

图9  压力容器自动上水电路

在图9中，L₁、L₂、L₃代表三相电源，Y_A和Y_B是电接点压力表（例如YX-150型）的触头。Y_B是低压触头，压力低于低压设定值时，触点吸合；高于低压设定值时，触点断开。Y_A是高压触头，压力高于高压设定值时，触头吸合；低于高压设定值时，触头断开。低压动作值和高压动作值在电接点压力表上设定。合上断路器QF₁，如果压力容器内的压力低于最低压力值，常闭触头Y_B闭合，交流接触器KM₁线圈通电，空压机的电动机M₁运行，KM_1-1、KM_1-2触头吸合；当压力高于低压设定值时，Y_B触头打开，由于KM_1-1的自保作用，KM₁继续吸合；当压力高于高压设定值时，Y_A触头吸合，KA₁继电器线圈通电，KA_1-1断开，继电器KM₁线圈通电，电动机M₁停止运行，KM_1-1和KM_1-2断开，继电器KA₁线圈通电。

7.污水自动排放电路

污水液位高于某一液位时，排污泵电动机自动运行；污水液位低于某一液位时，排污泵电动机自动停止运行。污水自动排放电路如图10所示。

图10  污水自动排放电路

在图10中，Y_A是低于液位传感器的常开触头，液位低于最低液位时Y_A打开，液位高于最低液位时Y_A闭合。Y_B是高液位传感器的常开触头，当液位高于最高液位时，Y_B闭合，KM₁吸合，电动机M₁运行，排污泵将污水抽出，由于KM_1-1闭合，即使污水液位低于最高液位Y_B断开，KM₁依然吸合，排污泵继续运行；当液位低于最低液位时，Y_A触头断开，KM₁断电，排污泵电动机M₁停止运行。

8.电动机自动往复运行电路

在机床控制中，经常会要求电动机能带动工件，做往复运动，当工件到达一个方向的极限位置时，要求电动机反向运行，工件到另一个方向的极限位置时，要求电动机再做正向运动，以此往复不停运动，直到工件加工完毕。如用电气电路实现，电动机自动往复运行电路如图11所示。

图11  电动机自动往复运行电路

在图11中，YA_1-1和YA_1-2是一端的限位开关（例如YBLX-19）YA的常闭触头和常开触头，YB_1-1和YB_1-2是另一端限位开关YB的常闭触头和常开触头，延时继电器KT₁设定为5s。合上断路器QF₁，合上电源开关SA₁，转换开关SA₂（例如LW6）转到-45°，选择优先向左运动，假设工件开始处于中间某一位置，由于YA_1-2和YB_1-2常开触头处于断开状态，KM₁和KM₂不吸合，电动机不动作，KM_1-2和KM_2-2闭合，延时继电器KT₁通电，5s时间后KT_1-1闭合，KM₁吸合，电动机先向左运行，KM_1-1闭合，KM₁自保持，KM_1-2断开，KT₁断电，KT_1-1断开。当电动机到达限位开关YA时，YA_1-1断开，KM₁断电，电动机停止，YA_1-2闭合，KM₂吸合，电动机向右运动；当工件到达限位开关YB时，YB_1-1断开，KM₂断电，电动机停止运动；YB_1-2闭合，KM_2-3闭合，KM₁吸合，电动机向左运动，以此往复运动。开关SA₁断开，电动机彻底停止运动，当SA₂旋转+45°，选择优先向右运动，过程基本相同。

9.电动阀门控制电路

在液体与气体输送场合，有时需要用电动阀对流体的流动进行控制，按下打开阀门按钮，阀门电动机朝打开方向运动，阀门全开后，电动机自动断电；按下关闭阀门按钮，阀门电动机朝阀门关闭方向运动，阀门全关后，电动机自动断电。任何时间只要按下停止按钮，电动机马上停止。电动阀门控制电路如图12所示。

图12  电动阀门控制电路

在图12中，①、②、③和④为转换开关SA₂的端子，将SA₂转到“手动”位置时，①和②接通。按下阀门打开按钮SB₂，KM₁吸合，电动机M₁带动涡轮蜗杆运行，凸轮1顺时针运动，当凸轮1运动到“开”位置时，阀门全开，按下限位开关XW₁，XW_1-1断开，电动机自动停止；按下阀门关阀按钮SB₃时，KM₂吸合，L₁和L₃对调，电动机M₁反向运行，凸轮1逆时针运动，当凸轮1运动到“关”位置时，阀门全关，按下限位开关XW₂，XW_2-1断开，同时电动机停止运行。任何位置只要按下停止按钮SB₁，无论KM₁还是KM₂都将断电，电动机M₁停止运行。将功能切换开关SA₂转到“自动”位置时，①和②断开，③和④接通，上述的手动按钮SB₁、SB₂和SB₃不再起作用。PLC的KA₁和KA₂触头控制阀门的开、关和停。KA₁闭合，阀门打开；KA₂闭合，阀门关闭；KA₁和KA₂均断开，阀门停止运动。

10.定时自动往返喷淋车电控电路

在农业领域，也有很多需要实现自动化的地方，如每隔几个小时给胚芽均匀喷淋一次，如果采用人工操作，劳动强度虽然不大，但是由于人体生物钟的作用，在凌晨以后的几次浇水，往往不能很好地完成，一是喷淋的均匀程度，二是准时性都不好保证。采用自动控制的方法，就十分简单。为了降低成本，我们可以选用一些家用电器上的常用的控制元件，控制电路如图13所示。

图13  控制电路

图13中，利用洗衣机进水电磁阀DCF控制进水，利用洗衣机电动机M正反线圈交替通电实现小车左右行走喷淋。图13中，YA₁和YA₂是限位开关YA的常闭触头和常开触头，YB₁和YB₂是限位开关YB的常闭触头和常开触头。工作过程：合上电源SA，定时器KT通电，用按键设定每天的开关机时间，4h给控制电路通电一次，每次开机的时间为30min，KT通电后，电源指示灯HL亮，假设工件开始处于中间某一位置，由于YA₂和YB₂常开触头处于断开状态，KM、KM₁和KM₂不吸合，KM的常闭触点导通，小车电动机M向右动作；当小车到达右边限位开关YB时，YB₂闭合，YB₁断开，KM和KM₁吸合，KM的常开触点导通，小车电动机向左运动；当电动机到达左边限位开关YA时，YA₁断开，KM和KM₁断电，KM的常闭触点导通，小车电动机M向右动作，YA₂闭合，KM₂吸合；当小车到达右边限位开关YB时，YB₂闭合，YB₁断开，KM和KM₁吸合，KM的常开触点导通，小车电动机向左运动；重复以上动作。控制电路元件清单见表6。

表6  控制电路元件清单

11.机柜照明

有一些电控柜要求在门打开时（或是夜间）能提供照明，如果采用荧光灯照明，日光灯照明电路如图14所示。

图14  荧光灯照明电路

在图14中，照明电路由荧光灯管、辉光启动器、镇流器和开关组成。当我们需要从两个地方都能进行开关照明灯时，其电路如图15所示。

图15  两个地方都能开关照明灯的电路

在图15中，S₁和S₂分别是安装在两处的两个开关。当S₂在①位置上时，在S₁位置的人通过把S₁开关扳到不同的位置就可以随意开关照明灯HL。S₁扳到①位置上时，等HL亮，S₁在②位置上时，HL灯灭，S₁位置的人可以正常开关灯。如果S₂在②位置上，则S₁位置的人把S₁扳到②位置上时照明灯HL亮，S₁扳到①位置时HL灯灭。

在S₂位置的人控制电灯的原理同S₁位置的原理一样。

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