3.5 读识机床基本电气控制电路图举例

用选定的导线将电气设备或装置中的所有元件或部件相互连接成电流回路，即可构成一个电气控制电路图。

3.5.1 实际电气控制电路图的基本组成

图3-9所示为最基本的电气控制电路原理方框图，各种不同的机床电气控制电路图都是以此为基础扩展而成的。例如，有的将液压系统过压力和欠压力保护电路与图3-9所示电路组合在一起，就构成了具有液压系统过压力和欠压力自动控制电路；有的将电动机缺相保护电路与图3-9所示电路组合在一起，就构成了具有缺相保护功能的电气控制电路；有的工厂将电热蒸馏水断水控制电路与图3-9所示电路进行组合，负载不是用电动机，而是改为电热元件，正、反转控制仅使用正转或反转控制电路来控制电热元件的供电，这样就组成了具有电热蒸馏水断水保护的电气控制电路。

由此可见，图3-9所示电路方框图是读识和检修电气控制电路故障的基础，只要搞清了该电路图的工作原理及电压去向，则读懂其他电路图也就不难了。

3.5.2 实际电气控制电路基本组成

由上述分析可以看出，各种电气控制电路图主要由主电路、控制电路及照明灯和指示灯电路三部分为主构成，均可以用图3-9所示的方框图来表示。

3.5.3 实际电气控制系统主电路的读识

用于控制三相电动机的基本主电路如上述的图3-7所示，主要由QS电源开关、FU1～FU5五只熔断器、KM1-1～KM1-3三组常开主触点、KM2-1～KM2-3三组常开主触点、FR热保护继电器、M三相电动机及相关连接线共同组成。

1.QS开关

电源开关QS一般为刀开关，用于控制整个控制电路的三相供电电源。刀开关的好坏可用万用表测量判断。当合上时，刀开关的输入端与输出端应导通。

2.FU1～FU3熔断器

熔断器是整个控制系统的保险装置。当电路中流过超过规定的过大电流时，熔断器的熔丝自身因发热而熔断，切断电路，从而可防止烧坏电路的连接导线和用电设备，并把故障限制在最小范围内。因此，当熔断器的熔丝熔断之后，必须查明原因，排除故障后才能换上新熔丝。

熔断器熔丝熔断后，一般用观察法就可发现。对于较隐蔽的故障，需要进行详细检查。其具体方法是用万用表R×1电阻挡测量熔断器是否熔断。检查熔断器时应注意以下几点。

（1）熔断器熔丝熔断应找到故障原因

熔断器熔丝熔断后，必须真正找到故障原因，彻底排除故障隐患以后，再更换新的熔断器。

（2）更换熔断器要注意其容量

更换熔断器时，一定要用与原规定相同的熔断器来更换，不要随意使用比原规定容量大的熔断器。在控制电路上增加电气设备时不要随意改用容量大的熔断器，对于这种情况，最好另外再安装熔断器。

（3）注意检查熔断器支架

熔断器支架与熔断器接触不良会产生电压降和发热现象。因此，要特别注意检查熔断器支架有无氧化现象和脏污。有脏污和氧化物时，必须用细砂纸或金相砂纸打磨光，使其接触良好。

3.FU4与FU5熔断器

FU4与FU5两只熔断器用于保护控制电路。这两只熔断器输出的电压是提供给电气控制电路的。

4.热继电器FR

热继电器是由双金属片和围绕在双金属片外面的电热丝（热元件）和触头三部分组成的。

（1）热元件连接方式

热元件直接串接或间接串接在电动机定子绕组中，反映了电动机定子绕组电流的大小。

（2）双金属片的组成特点

双金属片是由两种热膨胀系数不同的金属片（如铁镍铬合金和铁镍合金等）碾接在一起制成的。双金属片是感温元件，当电动机在额定负载或以下运行时，由热元件给予的热量不足以使金属片产生断开控制电路的形变。在电动机发生过载时，定子电路电流增大，热元件产生的热量大得足以使双金属片弯曲位移，其端部的动触头离开静触头，而此时触头在控制电路中是与交流接触器串联的，动、静触头分离后，交流接触器线圈断电释放，断开了电动机供电的电路，从而达到了过载保护的目的。

（3）双金属片工作原理

双金属片是将等长的具有不同线膨胀系数的两种金属以机械方式碾压后形成一体制成的。受热时，线膨胀系数大的一面——主动层产生较大的延伸，线膨胀系数小的一面——从动层延伸量较小，这样导致它们由平直状态变为弯曲状态，主动层向从动层方向发生弯曲，这就是双金属片受热时弯曲形变的工作原理。

（4）双金属片线膨胀系数

热继电器双金属片主动层多采用铁镍合金、高锰合金等材料，线膨胀系数为：

a1=（13～20）×10-6（1/℃）

从动层采用铁镍类合金（殷钢），线膨胀系数为：

a2=（1～2）×10-6（1/℃）

（5）定期检查双金属片

使用中，应定期去除尘埃和污垢。若双金属片中出现锈斑，则可用棉花蘸上汽油轻轻擦拭，切忌用砂纸打磨。

（6）每年通电检验一次

使用中要每年通电检验一次。另外，当主电路发生短路故障后，应检查发热元件和双金属片是否已发生永久性变形。若发生变形或无法做出判断时，则应进行通电试验。在调整时，绝不允许弯折双金属片。

热继电器保护特性的具体动作情况见表3-1所示。

表3-1 热继电器保护特性的具体动作情况

热继电器的整定电流是指感温元件长期工作所允许通过的最大电流值，超过此值后，热继电器便动作。整定电流的大小可通过热继电器上的整定电流装置调节，通常整定值为被保护设备的额定电流值。

3.5.4 实际电气控制系统控制电路的读识

用于控制三相电动机正、反转的基本控制电路如上述的图3-8（a）所示，主要由SB1（停机按钮开关）、SB2（电动机正转启动按钮开关）、SB3（电动机反转启动按钮开关）、KM1（电动机正转控制交流接触器）、KM2（电动机反转控制交流接触器）、FR（热保护继电器的闭合触点）及相关连接线共同组成。

1.按钮开关

SB1～SB3均为按钮开关，在低压控制电路中它不直接控制主电路，而是被用来接通和分断控制电路，用于手动发出控制信号，操纵交流接触器、继电器或电气连锁电路，以实现对生产机械各种运动的远距离控制。

（1）控制按钮的组成

控制按钮由按钮帽（操作头）、复位弹簧、桥式触头和外壳等组成，如图3-10所示。按钮的触头允许通过的电流很小，一般不超过5A。

（2）按钮开关的类型

根据按钮开关的作用和触点配置情况，可分为以下几种类型。

·常开按钮：又称为启动按钮，如图3-11（a）所示。当未按下按钮时，触点是断开的；当按下按钮时，常开触点闭合；当松开按钮后，按钮自动复位，触点断开。

·常闭按钮：又称为停止按钮，如图3-11（b）所示。当未按下按钮时，触点是闭合的；当按下按钮时，常开触点断开；当松开按钮后，按钮自动复位，触点闭合。

·复合按钮：又称为常闭、常开组合按钮，如图3-11（c）所示，该按钮设置了两组触点。当未按下按钮时，其一组触点是断开的，另一组触点是闭合的；当按下按钮时，常闭触点先断开、常开触点后闭合；松开后，按钮自动复位，已闭合的常开触点先断开，已断开的常闭触点后闭合。其触点动作规律是：先断后合。

（3）按钮开关的颜色

控制按钮的色标颜色代表着按钮的功能，标在绘有图形符号的按钮上，能使操作者直观地了解机器操作和机器的功能，并起到美化机器的作用。

·停止按钮：通常采用红色。

·急停按钮：通常采用红色蘑菇头式。

·启动按钮：通常采用绿色或黑色。

上述按钮开关具有防护挡圈，防护挡圈高于按钮头，用于防止意外触动使机器误动作。

（4）按钮开关的检查

按钮开关接触应良好，可用万用表电阻挡测量开关两端在按下按钮时，是否接通（指常开触点）或是否断开（指常闭触点）。由于按钮开关触点间的距离较小，如有油污等容易发生短路故障，因此应保持触点的清洁。

在如图3-8所示的电路中，SB1是一种常闭触点，SB2和SB3均为具有常开、常闭触点的组合按钮。

2.交流接触器

（1）作用

交流接触器是用来接通或断开带负载的交流主电路或大容量控制电路的自动化切换电气，主要控制对象是各种电动机，但也可用来控制其他电力负载，如电热器、照明、电焊机及电容器组等。

交流接触器不仅可以切换和接通电路，而且还具有欠电压和失电压释放保护功能。由于其控制容量大，故适用于频繁操作和远距离控制，在电气自动控制电路中应用相当广泛。

（2）类型

交流接触器根据分类方式的不同可分为以下各种类型。

·按主触头控制电流分类：可分为直流接触器和交流接触器两种。其中，交流接触器又可按电源频率再分为工频（50Hz或60Hz）和中频（如400Hz两种）。

·按动磁电流分类：可分为直流励磁方式和交流励磁方式两类。

·按主触头极数分类：可分为单极、二极、三极、四极和五极。

·直流接触器通常为单极和二极的；交流接触器大多是三极的，双回路控制时要用四极的；多速电动机控制或者自动式自耦减压启动器中大多采用五极的。

·按触头驱动方式分类：可分为电磁接触器、气动接触器和液压接触器。电磁接触器应用最广。

另外，还有一种交流真空接触器，这种接触器采用了新型真空技术，触头间隙真空电弧不会外喷，介质恢复速度快、体积小、维修方便，适用于防燥、防腐、分断电容负载及电压在1000V以上的场合使用。

（3）组成

图3-12所示是一种较典型的交流接触器结构示意图，主要由以下几个部分构成。

·电磁系统：电磁系统包括电磁线圈、“山”字形铁芯和衔铁（静铁芯、动铁芯）等。线圈通电或断电时产生吸力或释放，使动铁芯做相应的动作，控制触头的开、闭，以接通或切断主电路和控制电路。

·触点系统：交流接触器的触点系统根据不同的用途，可分为主触点和辅助触点。主触点起控制主电路的作用，允许通过较大的工作电流；辅助触点只是在控制电路中起一定的控制作用，如自锁、互锁等，允许通过的电流较小。另外，按初始工作状态的不同，接触器的触点又可分为动合触点和动断触点。动合触点是指在线圈断电时处于分断状态，线圈通电衔铁吸合时处于闭合状态的触点。动断触点与动合触点正好相反，衔铁释放时触点闭合，衔铁吸合时触点断开。

·灭弧罩：在额定电流超过20A以上的接触器中，通常都设置了灭弧罩。其作用是迅速切断触点分断时产生的电弧，以防止烧损触点。

·接触器的其他部分包括释放弹簧、触点压力弹簧、短路环等。

释放弹簧的作用是当线圈断电时使衔铁和触点复位。

触点压力弹簧的作用是增大触点闭合时的压力，增大触点的接触面积，减小接触电阻值。

短路环的作用是交变电流过零时维持动、静铁芯之间吸力，消除动、静铁芯之间的振动，从而防止触头的跳动，减小噪声。

接触器的工作原理示意图如图3-13所示。当按下按钮SA1时，线圈通电产生磁吸力将衔铁吸合，带动触点闭合，主触点的闭合使被控电动机通电工作；而辅助触点的闭合则实现了控制电路的自锁。

当按下按钮SA2时，线圈断电，电磁吸力消失，在释放弹簧的作用下衔铁和触点复位，自动切断了电动机的工作电源，使其断电停止工作。

（4）图3-8所示中交流接触器的功能

在该图中，KM1交流接触器和KM2交流接触器均有五组触点，四组常开触点，一组常闭触点。其中：

·KM1-5用于正转自锁，即当KM1线圈在SB2按钮被按下通电后，该组触点闭合，使SB2松开后，KM1线圈仍有电源供电。

·KM1-4用于正转互锁，即当KM1线圈得电吸合后，该常闭触点断开，以防止在电动机正转状态时，按下反转启动按钮SB3后引起电路短路。由于该触点断开，故在电动机正转状态时，即使按下SB3，KM2线圈也不能得电工作，从而引起了互锁作用。

·KM1-1～KM1-3用于控制电动机正转的供电，也就是图3-8（b）所示中的KM1-1～KM1-3三组常开触点。

·KM2-5用于反转自锁，即当KM2线圈在SB3按钮被按下通电后，该组触点闭合，使SB3松开后，KM2线圈仍有电源供电。

·KM2-4用于反转互锁，其作用同KM1-4。

·KM2-1～KM2-3用于控制电动机反转的供电，也就是图3-8（b）所示中的KM1-1～KM1-3三组常开触点，它是通过变换了加到电动机上的L1与L3电源相位后使电动机进行反转的。

3.控制电路的工作过程

如果将图3-8（a）所示控制电路中的1、2点与如图3-7所示中相对应的数字连接以后，就构成了一种具有正、反转控制的电气控制电路，该电路的工作过程如下。

（1）正转控制

当按下SB2以后，其常闭触点SB2-2断开，常开触点SB2-1闭合，由此就形成了以下电流通路。

L2线电压→QS电源开关闭合的触点→FU2熔断器→FU5熔断器→2点→SB1停止按钮常闭触点→SB2-1常开已闭合的触点→SB3-1常闭触点→KM1交流接触器线圈→热保护继电器闭合的触点FR-1→1点→FU4熔断器→FU1熔断器→QS闭合的开关→L1线电压。

上述电流通路使交流接触器KM1线圈得电吸合，其常开触点KM1-5闭合后自锁，KM1-4常闭触点断开后互锁，KM1-1～KM1-3三组常开触点闭合后，使电动机M得电工作，进入正转运转状态。

（2）反转控制

当按下SB3以后，其常闭触点SB3-1断开，从而切断了KM1线圈的供电，使其断电释放，使电动机M断电。

SB3的常开触点SB3-2闭合以后，就形成了以下的电流通路。

L2→QS→FU2→FU5→2点→SB1→SB2-2常闭触点→SB3-2常开已闭合的触点→KM1-4常闭触点→KM2交流接触器线圈→FR-1→1点→FU4→FU1→QS→L1。

上述电流通路使KM2交流接触器线圈得电吸合，其常开触点KM2-5闭合后自锁，KM2-4常闭触点断开后互锁，KM2-1～KM2-3三组常开触点闭合后，使L1与L3线电压互换位置后加到电动机的定子绕组上，使电动机得电进入反向运转状态。

FR-1是热保护继电器的常闭触点（双金属片闭合的触点），当电动机M的温升超过热保护继电器允许（设定）的保护温度时，该常闭触点就会断开，从而切断了控制电路的供电，使电动机断电停止工作，从而实现了热保护的目的。

3.5.5 实际电气控制系统照明灯和指示灯电路的读识

照明灯和指示灯较常见的电路如图3-14所示，主要由电源变压器T、指示灯HL、照明灯EL和照明灯开关SA及相关连接线等共同组成。

1.电源变压器T

电源变压器T是一种电力降压变压器，用于将电压降压后供照明灯和指示灯等使用。电源变压器较常见的绕组形式如图3-14所示，其中：

（1）照明灯和指示灯供电

图3-14（a）所示中的电源变压器T供照明灯和指示灯使用，有两种类型：一种是其初级与交流220V配套使用（即其一端接L1～L3相中的任一个相电压，另一端接零线N）；另一种是其初级与交流380V配套使用（即其两端接L1～L3相中任两个相电压）。但不管采用什么样的初级电压，其次级都有36V与6.3V交流低压输出。前者供照明灯使用，后者供电源指示灯使用。SA是控制照明灯的开关，当其合上后，照明灯EL就将被点亮发光。

（2）控制电路的供电

图3-14（b）所示中的电源变压器T不仅可供照明灯和指示灯使用，它还有一组127V的交流电压输出端，该电压大多作为控制电路的供电。这种变压器在机床设备上应用较多。图3-14（b）所示中变压器的初级有一个220V抽头，故可适应220V和380V两种电源。但应注意，其次级电压与初级输入电压之间的对应关系，绝不能将380V交流电压连接到220V AC引线端子上，否则会使电源变压器因严重发热而烧坏。

正常的电源变压器，其初级绕组由于所绕的漆包线较多、线径较细、故都有一定的电阻值存在。若用万用表测量其电阻值为∞，则说明其已开路；若测得的电阻值很小或为0Ω，则说明其局部绕组已出现短路或已烧坏。次级绕组由于用线较粗，故其电阻值一般都较小，若用万用表测得其电阻值为∞，则说明其已开路。

电源变压器T的初、次级之间应有一定的绝缘电阻值，用万用表R×10k挡测量的电阻值应为∞。若有电阻值存在，则说明所测的电源变压器初、次级之间的绝缘已被破坏，这样的变压器不能继续使用，应及时更换。

2.照明灯和指示灯

照明灯泡和指示灯泡均属低压灯泡，前者为36V，后者为6.3V。判断灯泡是否损坏，可检查其灯丝是否熔断。