电气控制系统简介

一、电气控制系统的要求

电气控制系统一般称为电气设备二次控制回路，不同的设备有不同的控制回路，而且高压电气设备与低压电气设备的控制方式也不相同。

为了保证一次设备运行的可靠与安全，需要有许多辅助电气设备为之服务，能够实现某项控制功能的若干个电器组件的组合，称为控制回路或二次回路。这些设备要有以下功能：

（1）自动控制功能。高压和大电流开关设备的体积是很大的，一般都采用操作系统来控制分、合闸，特别是当设备出了故障时，需要开关自动切断电路，要有一套自动控制的电气操作设备，对供电设备进行自动控制。

（2）保护功能。电气设备与线路在运行过程中会发生故障，电流（或电压）会超过设备与线路允许工作的范围与限度，这就需要一套检测这些故障信号并对设备和线路进行自动调整（断开、切换等）的保护设备。

（3）监视功能。电是眼睛看不见的，一台设备是否带电或断电，从外表看无法分辨，这就需要设置各种视听信号，如灯光和音响等，对一次设备进行电气监视。

（4）测量功能。灯光和音响信号只能定性地表明设备的工作状态（有电或断电），如果想定量地知道电气设备的工作情况，还需要有各种仪表测量设备，测量线路的各种参数，如电压、电流、频率和功率的大小等。

在设备操作与监视当中，传统的操作组件、控制电器、仪表和信号等设备大多可被电脑控制系统及电子组件所取代，但在小型设备和就地局部控制的电路中仍有一定的应用范围。这也都是电路实现微机自动化控制的基础。

二、常用控制线路的基本回路组成

（1）电源供电回路。供电回路的供电电源有AC 380 V和220 V等多种。

（2）保护回路。保护（辅助）回路的工作电源有单相220 V、36 V或直流220 V、24 V等多种，对电气设备和线路进行短路、过载和失压等各种保护，由熔断器、热继电器、失压线圈、整流组件和稳压组件等保护组件组成。

（3）信号回路。能及时反映或显示设备和线路正常与非正常工作状态信息的回路，如不同颜色的信号灯，不同声响的音响设备等。

（4）自动与手动回路。电气设备为了提高工作效率，一般都设有自动环节，但在安装、调试及紧急事故的处理中，控制线路中还需要设置手动环节，通过组合开关或转换开关等实现自动与手动方式的转换。

（5）制动停车回路。切断电路的供电电源，并采取某些制动措施，使电动机迅速停车的控制环节，如能耗制动、电源反接制动、倒拉反接制动和再生发电制动等。

（6）自锁及闭锁回路。启动按钮松开后，线路保持通电，电气设备能继续工作的电气环节叫自锁环节，如接触器的动合触点串联在线圈电路中。两台或两台以上的电气装置和组件，为了保证设备运行的安全与可靠，只能一台通电启动，另一台不能通电启动的保护环节，叫闭锁环节，如两个接触器的动断触点分别串联在对方线圈电路中。

三、电气控制系统的主要组成部分

1.电动机

通常将电动机按使用电源分为三大类：交流电动机（异步电动机、同步电动机），直流电动机和交、直两用电动机。据统计，目前国内90%左右的电力拖动机械采用交流电动机，在电网总负荷中，交流电动机中的异步电动机用电量占60%以上。为适应被拖动机械的不同要求，提高对环境的保护能力或为适应某些机械配套的特殊要求，电动机又有许多派生和专用系列。

交流异步电动机又有单相、三相之分。单相异步电动机一般为1 kW以下的小功率电动机，主要包括电阻分相式、电容分相式、电容运转式、电容起动运转式和罩极式；三相异步电动机按转子形式分为笼形转子和绕线转子两大类，笼形转子结构简单，应用最广泛。

电动机铭牌是使用和维修电动机的基本依据。异步电动机铭牌项目有型号、额定功率、额定电压、额定电流、额定频率、额定转速、接法、绝缘等级、定额和标准编号等。直流电动机除无额定频率和接法不同外与异步电动机相同。另外，直流电动机铭牌上还有励磁方式、励磁电压、励磁电流等项。

2.传感器

传感器是把被测的物理量按一定的规律转换为相应的容易检测、传输及处理的信息的装置。传感器通常是将被测物理量转换成电量输出。传感器是一种获得信息的手段，主要用于检测和控制领域。人们常把计算机比作人的大脑，把传感器比作人的感官，但在许多方面，传感器的性能远胜过人的感官。传感器技术领域是当今科学技术发展的前沿领域之一。

传感器通常由敏感元件、转换器件和其他辅助器件等组成。其中敏感元件是传感器中直接感受被测物理量，并输出与被测量成确定关系的其他量的部分；转换器件是将敏感元件的输出量转换为适宜于传输和测量的（电）信号的部分。实际的传感器有的很简单，只有敏感元件，如电阻应变片、热电偶等；有的则很复杂，如智能传感器等。

传感器的分类方法很多，主要分类方法及类型参见表1-2-3-1，在测试领域常按测量对象或按工作原理分类。

表1-2-3-1 传感器的分类

传感器工作于测控系统的最前沿，它获得信息的正确与否直接关系到整个测控系统的工作性能，所以对其工作性能有较高要求。主要要求有：灵敏度高，线性度好；抗干扰能力强，输出信号信噪比高；特性的复现性好，具有互换性；滞后和漂移小，稳定性好；对被测对象的影响小，即负载效应小。这些要求通过传感器的特性包括静态特性和动态特性来评价。衡量传感器静态特性的重要指标是线性度、准确度、灵敏度和重复性；衡量传感器动态特性的主要指标有时域性能指标和频域性能指标。

3.常用控制电器

用来对电能的产生、输送、分配与应用，起开关、控制、保护与调节作用的电工设备称为电器。低压电器通常是指工作在交、直流电压1 200 V及以下电路内的电器设备。生产机械中所用的控制电器多属于低压电器。

常用的控制电器类型繁多，大体上可分为手动电器和自动电器两大类，具体参见表1-2-3-2。

表1-2-3-2 常用控制电器

续表

4.电气原理图绘制的原则与要求

图1-2-3-1为C6140型车床的电气原理，由主电路、控制电路、辅助电路（保护、显示和报警电路）等组成。

图1-2-3-1 C6140型车床的电气原理

绘制原理图的原则与要求有：

（1）在原理图中，电源电路绘成水平线，主电路即受电的动力装置（如电动机）及保护电器应垂直电源电路。

（2）控制电路垂直在两条水平电源线之间；耗能元件（线圈、电磁铁、信号灯等）直接连接在接地的水平电源线上，如图中的HL、EL；控制触点连接在上方水平电源线与耗能元件之间。

（3）控制线路中的电器元件，属于同一电器的各个部件（如接触器的线圈和触头）都用同一文字符号表示；如有几个种类相同的电器，在代号后加数字以示区别，如图中的FU1、FU2、FU3、FU4。

（4）各种电器都绘制成未通电时的状态，机械开关应是循环开始前的状态（如接触器和电磁式继电器为电磁铁未吸上时的位置，行程开关、按钮为未压合的位置）。

（5）在原理图中导线的连接处用“实心圆”表示；线路交叉点，需要测试和拆、接外部引出线的端子用“空心圆”表示。

（6）为了区分元件和便于分析控制电路，电器元件可采用数字编号来表示其位置。数字编号应按自上而下或自左至右的顺序排列。

（7）为了便于检索电气线路，方便阅读原理图，将图面分成若干个区域（以下简称图区）。图区编号一般写在图的下部。图中接触器、继电器的线圈及触头的具体标志为：

①在每个接触器线圈的文字符号KM下面画两条垂直线，分成左、中、右三栏。左栏表示主触头所处图区号；中栏表示辅助动合（常开）触点所处图区号；右栏表示辅助动断（常闭）触点所处图区号。如图1-2-3-1中KM下的数字“2”“8”“10”。

②在每个继电器线圈文字符号KA下面画一条垂直线，分成左、右两栏。左栏表示动合（常开）触点所处图区号；右栏表示动断（常闭）触点所处图区号。如图1-2-3-1中KA1、KA2下的数字“4”“3”。

③对备而未用的触头，在相应的栏中用记号“×”示出。如图1-2-3-1中KM下右栏的“×”表示未用的触头。

（8）电路图上每个电路或器件在机械设备工作程序中的用途，必须用文字标明在用途栏内。用途栏一般以方框形式放置在图面的上部。

（9）电路图上应标明：各个电源电路的电压值、极性、频率及相数；某些元器件的特性（如电阻、电容的数值等）；不常用的电器（如位置传感器、手动触头、电磁阀或气动阀、定时器等）的操作方式和功能。