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KM1-1闭合，电动机M1通电运转。由于KM1-1触头已闭合，即使起动按钮SB2抬起，KM1的线圈也将一直有电。KM1-1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，KM1-1和KM1触头放开，电动机停止，由于KM1-1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FR1-1断开，KM1线圈断电，KM1-1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FR1-2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KM1-1闭合，电动机M1正向运转。KM1的常闭辅助触头KM1-2断开，此时即使按下反转起动按钮SB3，由于KM1-2的隔离作用，交流接触器KM2的线圈也不会吸合，KM1-2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KM1-1断开，KM1-2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KM2-1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KM2-2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，KM2-2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、KM2-1、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，KM3-1触头吸合后延时继电器KT1开始计时，延时一定时间后，KT1-1触头吸合，中间继电器KA1的线圈得电，KA1-2触头闭合，KA1自保持，KA1-1断开，KM2和KM3线圈断电断开，KM3-1断开，KT1断电断开，KA1-3触头闭合，KM3-2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，YA是高液位传感器（例如UQK型）的常闭触头，YB是低液位传感器的常闭触头。当水箱液位低于最低液位时，YA和YB都闭合，KM1吸合，电动机起动，水泵向水箱送水，KM1-1吸合；当水箱液位高于最低液位时，YB触头断开，由于KM1-1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，YA触头断开，KM1断电断开，YB和KM1-1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，YA和YB是电接点压力表（例如YX-150型）的触头。YB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。YA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YB闭合，交流接触器KM1线圈通电，空压机的电动机M1运行，KM1-1、KM1-2触头吸合；当压力高于低压设定值时，YB触头打开，由于KM1-1的自保作用，KM1继续吸合；当压力高于高压设定值时，YA触头吸合，KA1继电器线圈通电，KA1-1断开，继电器KM1线圈通电，电动机M1停止运行，KM1-1和KM1-2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，YA是低于液位传感器的常开触头，液位低于最低液位时YA打开，液位高于最低液位时YA闭合。YB是高液位传感器的常开触头，当液位高于最高液位时，YB闭合，KM1吸合，电动机M1运行，排污泵将污水抽出，由于KM1-1闭合，即使污水液位低于最高液位YB断开，KM1依然吸合，排污泵继续运行；当液位低于最低液位时，YA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，YA1-1和YA1-2是一端的限位开关（例如YBLX-19）YA的常闭触头和常开触头，YB1-1和YB1-2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YA1-2和YB1-2常开触头处于断开状态，KM1和KM2不吸合，电动机不动作，KM1-2和KM2-2闭合，延时继电器KT1通电，5s时间后KT1-1闭合，KM1吸合，电动机先向左运行，KM1-1闭合，KM1自保持，KM1-2断开，KT1断电，KT1-1断开。当电动机到达限位开关YA时，YA1-1断开，KM1断电，电动机停止，YA1-2闭合，KM2吸合，电动机向右运动；当工件到达限位开关YB时，YB1-1断开，KM2断电，电动机停止运动；YB1-2闭合，KM2-3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，XW1-1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，XW2-1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。