识读机床电气原理图

学习目标

·掌握机床电气原理图的识读方法;

·掌握常见的典型基本回路;

·掌握常见电路的分析方法。

相关知识

一、电路图的识读方法

机床电气原理图是用来表明机床电气的工作原理及各电气元件的作用、相互之间关系的一种表示方式。掌握了阅读电气原理图的方法和技巧，对于分析电气线路，排除机床电路故障是十分有益的。机床线路电气原理图一般由主电路、控制电路、保护、配电电路等几部分组成。阅读方法如下:

(一) 主电路的阅读

阅读主电路时，应首先了解主电路中有哪些用电设备，各起什么作用，受哪些电器的控制，工作过程及工作特点是什么 (如电动机的启动、制动方式、调速方式等)。然后再根据生产工艺的要求了解各用电设备之间的联系。在充分了解主电路的控制要求及工作特点的基础上，再阅读控制电路图 (如各电动机启动、停止的顺序要求，联锁控制及动作顺序控制的要求等)。

(二) 控制电路的阅读

控制电路一般是由开关、按钮、接触器、继电器的线圈和各种辅助触点构成，无论简单还是复杂的控制电路，一般均是由各种典型电路 (如延时电路、联锁电路、顺序控制电路等) 组合而成，用以控制主电路中受控设备的“启动”“运行”“停止”，使主电路中的设备按设计工艺的要求正常工作。对于简单的控制电路，只要依据主电路要实现的功能，结合生产工艺要求及设备动作的先后顺序仔细读阅，依次分析，就可以理解控制电路的内容。对于复杂的控制电路，要按各部分所完成的功能，分割成若干个局部控制电路，然后与典型电路相对照，找出相同之处，本着先简后繁、先易后难的原则逐个理解每个局部环节。再找到各环节的相互关系，综合起来从整体上全面地分析，就可以将控制电路所表达的内容读懂。

(三) 保护、配电线路的阅读

保护电路图的构成与控制电路基本相同。主要是根据电气原理图要达到的工艺要求，为避免设备出现故障时可能造成的损伤事故所设的各种保护功能。阅读时在图纸上找到相应的保护措施及保护原理，然后找出与控制电路的联系加以理解。这样就能掌握电路的各种保护功能，最后再读阅配电电路的信号指示、工作照明、信号检测等方面的电路。

当然，对于某些机械、电气、液压配合较紧密的机床设备，只靠阅读电气原理图是不可能全部理解其控制过程的，还应充分了解有关机械传动、液压传动及各种操纵手柄的作用，才能了解全部的工作过程。此外，只有在阅读了一定量的机床线路图的基础上才能熟练、准确地分析电气原理图。

二、典型基本回路

(一) 点动与长动的控制

识读电路需要掌握最常用的线路接线方法，最常用的线路接线方法有自锁、互锁。

自锁——接触器常开触点与按钮常开触点相并联，保持线圈持续得电。

互锁——也叫联锁，指两个接触器的常闭触点串联在对方线圈的电路中，保证两个线圈不能同时得电，起到相互制约的作用。

1． 定义

点动: 按下启动按钮，电动机运转; 松开启动按钮，电动机停转。

长动: 按下启动按钮，电动机连续运转。

点动与长动的区别: 长动控制电路中控制电器得电后能自锁，点动控制电路中控制电器不能自锁。

2． 点动、长动都可以实现的电路分析

(1) 图2-30 (a) 按钮操作: SB3实现长动控制; SB2实现点动控制。SB2常闭触点用来切断自锁电路实现点动。

(2) 图2-30 (b) 转换开关控制: 用选择开关SA选择点动控制或者长动控制。SA合上，有自锁电路，SB2为长动操作按钮; SA断开，SB2为点动操作按钮。

(3) 图2-30 (c) 中间继电器KA控制: SB2按下，KA通电自锁，KM线圈通电，此状态为长动; SB3按下，KM线圈通电，但无自锁电路，为点动操作。

图2-30 点动、长动电路

(二) 顺序控制

实际生产中，有些设备常要求电动机按一定的顺序启动，如铣床工作台的进给电动机必须在主轴电动机已启动工作的条件下才能启动工作; 自动加工设备在前一工步已完成，具备转换控制条件时，可进入新的工步; 还有一些设备要求液压泵电动机首先启动正常供液后，其他动力部件的驱动电动机方可启动工作。控制设备完成这样顺序启动电动机的电路，称为顺序启动控制或称条件控制电路。

图2-31的三个图的分析过程如下:

图2-31 电动机顺序控制电路

(三) 正反转控制

1． 正—停—反控制 (图2-32)

操作时按下SB2，KM1线圈得电，并通过KM1常开辅助触点自锁，主电路中KM1主触点闭合、KM2主触点断开，电动机正转。

图2-32 正—停—反控制

反转操作时必须先按下SB1，使KM1线圈失电，然后才能按下SB3，使KM2线圈得电，并通过KM2常开辅助触点自锁，主电路中形成KM1主触点断开、KM2主触点闭合的状态，电动机反转。所以该控制线路称为正—停—反控制线路。

2． 正—反—停控制 (图2-33)

KM1线圈与KM2线圈所在支路中既有电气互锁，又有机械互锁，该控制线路称为电气-机械双重互锁线路。该线路比较安全可靠，是机电设备中最常用的电气控制环节。

图2-33 正—反—停控制

(四) 笼型异步电动机的启动控制

定义: 电动机的启动是指电动机的转子由静止状态变为正常运转状态的过程。

分类: 直接启动和降压启动。

降压启动的原因: 电动机启动时的启动电流很大，为额定值的4～7倍，一方面过大的启动电流会引起供电线路上很大的压降，影响线路上其他用电设备的正常运行; 另一方面电动机频繁启动会严重发热，加速线圈老化，缩短电动机的寿命。因而对容量较大的电动机，采用降压启动，以减小启动电流。

常用的降压启动方式有: 串电阻降压启动、自耦变压器降压启动和星形—三角形降压启动。

1． 定子串电阻降压启动控制线路

定子串电阻降压启动是电动机启动时在三相定子电路串接电阻，使得加在定子绕组上的电压降低，启动结束后再将电阻短接，电动机在额定电压下正常运行。这种启动方式由于不受电动机接线形式的限制，设备简单，因而在中小型生产机械中应用较广。

图2-34所示是定子串电阻降压启动控制线路。工作过程如下:

合上QS，按下SB2，KM1线圈得电，KM1辅助常开触点闭合自锁，KM1主触点闭合，电动机串电阻R起动。KT线圈得电延时，KT的延时闭合的常开触头闭合，KM2线圈得电， KM2常开触头闭合，短接电阻，电动机全电压运行。

在图2-34 (b) 所示线路中，电动机启动后，接触器KM1和时间继电器KT的线圈仍一直通电，需要改进。在图2-34 (c) 的线路中，接触器KM2得电后，用其常闭触头将KM1及KT的线圈电路断电，同时KM2自锁。这样，在电动机启动后，只有KM2得电使之正常运行。

图2-34 定子串电阻降压启动控制线路

2． 自耦变压器降压启动控制线路

补偿器降压启动是利用自耦变压器来降低启动电压，达到限制启动电流的目的，常用于大容量笼型异步电动机的启动。电动机启动的时候，定子绕组得到的电压是自耦变压器的副边电压，一旦启动完毕，切断自耦变压器电路，把额定电压直接加在电动机的定子绕组上，电动机进入全压正常运行。

图2-35所示的自耦变压器降压启动控制线路是根据启动过程中时间的变化，利用时间继电器来控制自耦变压器的切除。工作过程如下:

图2-35 自耦变压器降压启动控制线路

合上QS，按下SB2，KM1线圈得电，KM1主触点闭合，自耦变压器低压侧接入，KM1常开触头闭合，自耦变压器接星形，电动机降压启动。同时，KT线圈得电延时，延时时间到，KT瞬时常开触头闭合自锁，KT延时断开的常闭触点延时断开，KM1线圈失电切除自耦变压器T，KT延时闭合的常开触点延时闭合，KM2线圈得电，KM2主触头闭合，电动机进入全压正常运行。

3． 星形—三角形降压启动控制线路

正常运行时定子绕组接成三角形的笼型异步电动机可采用星形—三角形降压启动的方法达到限制启动电流的目的。

启动时，定子绕组首先接成星形，待转速上升到接近额定转速时，再将定子绕组的接线换接成三角形，电动机便进入全电压的正常运行状态。因功率在4k W以上的三相笼型异步电动机均为三角形接法，故都可采用星形—三角形启动方法。图2-36所示的是13k W以上的电动机用三个接触器换接的星形—三角形降压启动控制线路，它根据启动过程中时间的变化，利用时间继电器来控制星形—三角形的换接。

图2-36 星形—三角形降压启动控制线路

工作过程如下:

启动时，按下SB2，接触器KM1、KM3线圈得电，KM1、KM3的主触点使定子绕组接成星形，电动机减压启动。同时时间继电器KT线圈得电，经一段延时后电动机已达到额定转速，其延时断开常闭触点KT断开，使KM3失电，而延时闭合常开触点KT闭合，接触器KM2线圈得电，使电动机定子绕组由星形换接到三角形，实现全电压运行。

线路中KM2和KM3的常闭触头构成互锁，保证电动机绕组只能连接成一种形式，即星形或三角形，以防止同时连接成星形和三角形而造成电源短路。

(五) 三相异步电动机的制动控制线路

1． 能耗制动控制线路

电动机的电磁转矩与旋转方向相反的运行状态是电气制动状态。笼型异步电动机的制动常采用能耗制动，就是在电动机脱离三相交流电源之后，向定子绕组内通入直流电流，利用转子感应电流与静止磁场的作用产生制动的电磁转矩，达到制动的目的。在制动过程中，电流、转速和时间三个参量都在变化，原则上可以任取其中一个参量作为控制信号。取时间作为变化参量，其控制线路简单、成本较低，故实际应用较多。

图2-37所示是时间原则控制的单向能耗制动控制线路。设电动机已经正常运行，运行时线圈得电。要想停车制动，需按停止按钮。制动过程如下:

图2-37 时间原则控制的单向能耗制动控制线路

若电动机正在正向运转，需要停车制动时，按下停止按钮SB1，KM1断电，KM2和KT线圈通电并自锁，KM2的主触头闭合，将直流电源接入电动机定子绕组，进行能耗制动。经过一段时间，KT的延时断开的常闭触头断开，接触器KM2断电，切断通往电动机的直流电源，时间继电器KT也随之断电，电动机能耗制动结束。

图中自锁回路中的瞬时常开触头的作用是为了在时间继电器KT线圈断线或机械卡住故障时，断开接触器KM2的线圈通路，使电动机定子绕组不致长期接入直流电源。

2． 反接制动控制线路

反接制动是利用改变电动机电源的相序，使定子绕组产生相反方向的旋转磁场，因而产生制动转矩的制动方法。反接制动常采用转速为变化参量进行控制。由于反接制动时，转子与旋转磁场的相对速度接近于两倍的同步转速，因此定子绕组中流过的反接制动电流相当于全电压直接启动时电流的两倍，因此反接制动特点之一是制动迅速，效果好，冲击大，通常仅适于10k W以下的小容量电动机。为了减小冲击电流，通常要求在电动机主电路中串接限流电阻。

图2-38所示为电动机单向反接制动控制线路。电动机正常运行时，KM1通电，速度继电器常开触头KS已闭合 (为制动做准备)。停转制动过程如下:

图2-38 电动机单向反接制动控制线路

当正转接触器KM1闭合，电动机接正相序三相电源运转时，速度继电器KS常开触头闭合，为反接制动时接触器KM2线圈通电做好准备。停车时，按下停止按钮SB1，KM1线圈断电，电动机脱离三相电源做惯性转动。同时接触器KM2线圈通电吸合并自锁，使电动机定子绕组中三相电源的相序相反，电动机进入制动状态，转速迅速下降。当电动机转速降到接近零时，速度继电器KS常开触头复位，接触器KM2线圈通电，正向反接制动过程结束。

(六) 变磁极调速控制电路

按照三相异步电动机的工作原理，在电源频率恒定的前提下，异步电动机的同步转速与旋转磁场的磁极对数成反比，磁极对数增加一倍时，同步转速就下降一半，电动机转子的转速也近似下降一半。通过改变异步电动机旋转磁场磁极对数来改变其同步转速，即可以调节电动机的转速。

如图2-39所示为双速异步电动机的定子绕组接线方式。(a) 图中电动机定子绕组接成三角形联结，这时p=2，n=1500r/min，为低速运行; 而在 (b) 图中电动机定子绕组接成双星形 联结，这时p=1，n=3000r/min，为高速运行。

图2-40所示为变磁极调速控制电路，电路的工作原理如下:

图2-39 绕组的接线方式

(a) △接法; (b) 接法

图2-40 变磁极调速控制电路

(1) 先合上电源开关QS;

(2) 低速运转:

(3) 高速运转:

(4) 停止:

按下SB1，KM2、KM3失电释放，电动机M断电停止。

三、机床电路图的识读

(一) 电气控制线路分析基础

电气控制线路的相关文件是电气控制系统各种技术资料的核心。电气控制线路分析的具体内容和要求主要包括以下几个方面:

1． 设备说明书

设备说明书由机械 (包括液压部分) 与电气两部分组成。在分析时首先要阅读这两部分说明书，了解以下内容:

(1) 设备的构造，主要技术指标，机械、液压和气动部分的工作原理。

(2) 电气传动方式，电动机和执行电器的数目、型号规格、安装位置、用途及控制要求。

(3) 设备的使用方法，各操作手柄、开关、旋钮和指示装置的布置及作用。

(4) 与机械和液压部分直接关联的电器 (行程开关、电磁阀、电磁离合器和压力继电器等) 的位置、工作状态及其作用。

2． 电气控制原理图

这是控制线路分析的中心内容。原理图主要由主电路、控制电路和辅助电路等部分组成。

在分析电气原理图时，必须与阅读其他技术资料结合起来。例如，各种电动机和电磁阀等的控制方式、位置及作用，各种与机械有关的位置开关和主令电器的状态等，只有通过阅读说明书才能了解。

3． 电气设备总装接线图

阅读分析总装接线图，可以了解系统的组成及分布状况，各部分的连接方式，主要电气部件的布置和安装要求，导线和穿线管的型号规格。这是安装设备不可缺少的资料。

4． 电气元件布置图与接线图

电气元件布置图与接线图是制造、安装、调试和维护电气设备必须具备的技术资料。在调试和检修中可通过布置图和接线图方便地找到各种电气元件和测试点，进行必要的调试、检测和维修保养。

(二) 电气原理图阅读分析的方法与步骤

在仔细阅读了设备说明书，了解了电气控制系统的总体结构、电动机和电气元件的分布状况及控制要求等内容之后，便可以阅读分析电气原理图了。

1． 分析主电路

从主电路入手，根据每台电动机和电磁阀等执行电器的控制要求去分析它们的控制内容，控制内容包括启动、方向控制、调速和制动等。

2． 分析控制电路

根据主电路中各电动机和电磁阀等执行电器的控制要求，逐一找出控制电路中的控制环节，利用前面学过的基本环节的知识，按功能不同划分成若干个局部控制线路来进行分析。分析控制电路的最基本方法是查线读图法。

3． 分析辅助电路

辅助电路包括电源显示、工作状态显示、照明和故障报警等部分，它们大多是由控制电路中的元件来控制的，所以在分析时，还要回过头来对照控制电路进行分析。

4． 分析联锁与保护环节

机床对于安全性和可靠性有很高的要求，实现这些要求，除了合理地选择拖动和控制方案以外，在控制线路中还设置了一系列电气保护和必要的电气联锁。

5． 总体检查

经过“化整为零”，逐步分析了每一个局部电路的工作原理以及各部分之间的控制关系之后，还必须用“集零为整”的方法，检查整个控制线路，看是否有遗漏，特别要从整体角度去进一步检查和理解各控制环节之间的联系，理解电路中每个元件所起的作用。