第 1章 工厂电气控制初步
? 1.1 工厂常用电器
? 1.2 基本控制电路
? 1.3 控制系统实例
本章主要内容：
? l核心是掌握继电器, 接触器, 按钮
开关等常规控制电器的动作执行特点,
由此对一般继电接触控制电路进行熟
练分析和设计 。
l 工厂常用电器
l 基本控制电路
l 控制系统实例
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1.1 工厂常用电器
? 1.1.1 工厂电器基本知识
? 1.1.2 工厂常用电器
? 1.1.3 电气图形
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1.1.1 工厂电器基本知识
? 1,分类
? （ 1） 按适用的电压范围分类
? 分为低压电器和高压电器。
? （ 2） 低压电器按所控制的对象分类
? 根据其控制的对象分为低压配电电器和低压控制
电器。
? （ 3） 按所起作用分类
? 依据电器所起的作用可分为控制电器和保护电器。
? （ 4） 按动作性质分类
? 依据电器的动作性质可分为自动控制电器和非自
动控制电器。
2,结构及工作原理
? 下面分别以控制按钮和接触器为例介绍手动电
器和自动电器的结构和工作原理 。
? （ 1） 按钮
? 按钮是手动控制电器的一种, 用来发出信号和
接通或断开控制电路 。 图 1.1是按钮的结构示
意图和图文符号, 图 （ a） 中 1,2是动断 （ 常
闭 ） 触点, 3,4是动合 （ 常开 ） 触点, 5是复
位弹簧, 6是按钮帽 。 图 （ b） 为图文符号 。
SB
SB
3 4
1 2
2
43
1
5
6
（ a） 结构示意 （ b） 图文符号
图 1.1 按钮
（ 2）接触器
? l 结构及工作原理
? 接触器是利用电磁吸力的原理工作的, 主要由
电磁机构和触头系统组成 。 电磁机构通常包括
吸引线圈, 铁心和衔铁三部分 。 图 1.2为接触
器的结构示意图与图文符号, （ a） 图中, 1、
2,3,4是静触点, 5,6是动触点, 7,8是吸
引线圈, 9,10分别是动, 静铁心, 11是弹簧 。
（ b） 图中, 1,2之间是常闭触点, 3,4之间
是常开触点, 7,8之间是线圈 。
1 2
3 4
5 6
7
8
9
10
11
KM
KM
KM
3 4
1 2
7 8
（ a） 结构示意 （ b）图文符号
图 1.2 接触器
电磁铁特点
? 根据吸引线圈通电电流的性质分类，电磁铁分
为直流电磁铁和交流电磁铁。通常采用短路环
来解决交流电磁铁的振动问题。短路环的示意
图如图 1.3所示，其中 1为短路环,2为铁心。
短路环起到磁通分相的作用，把极面上的交变
磁通分成两个交变磁通，并且使这两个磁通之
间产生相位差，那么它们所产生的吸力间也有
一个相位差，这样，两部分吸力就不会同时达
到零值，当然合成后的吸力就不会有零值的时
刻，如果使合成后的吸力在任一时刻都大于弹
簧拉力，就消除了振动。
1
2
图 1.3 短路环
灭弧
? 常用的灭弧方法有：拉长电弧, 冷却电弧和将
电弧分段 。
? 对于电弧较弱的接触器, 只采用灭弧罩即可 。
电弧较强的接触器, 常采用灭弧栅熄弧 。 图
1.4是灭弧栅的机构图 。 图中 1是灭弧室, 2和 5
分别为动, 静触点, 3 为金属栅片, 4为电弧 。
灭弧栅是数片钢片制成的栅状装置, 当触点断
开发生电弧时, 电弧进入栅片内, 被分割为数
段, 迅速熄灭 。
1
5
4
3
2
图 1.4 灭弧栅
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1.1.2 工厂常用电器
1,手动控制电器
2,任何设备都需要操纵者给予一定的指令, 才能
完成规定的控制 。 手动控制电器是自动控制设
备中不可缺少的器件, 常用的有刀开关, 按钮,
转换开关, 行程开关等 。
3,图 1.5是 LW6型万能转换开关的图形符号和触点
合断表 。 图形符号中有 6 个回路, 3个挡位连
线下有黑点, ·”的, 表示这条电路是接通的 。
在触点合断表中用, ×,表示被接通的电路,
空格表示转换开关在该位置时此路是断开的 。
图 1.5 万能转换开关
1
2
3
4
5
6
触点号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
1 × × ×
2 × ×
3 × ×
4 × ×
5 × ×
6 × ×
2,自动控制电器
?（ 1） 接触器
?（ 2）中间继电器
?（ 3）时间继电器
?（ 4）热继电器
?（ 5）速度继电器
? 图 1.6为空气阻尼式通电延时型时间继电器的
结构示意图和图文符号 。 它是利用空气阻尼的
原理来获得延时的 。 主要由电磁系统, 气室及
触点系统组成 。
? 工作原理：在图 1.6（ a）中当线圈 11通电时，
电磁力克服弹簧 14的反作用拉力而迅速将衔铁
向上吸合，衔铁 13带动杠杆 15立即使 1,2常闭
触点分断,3,4常开触点闭合。
1 2
3 4
5 6
7 8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
KT
KT
KT
5 6
7 8
9 10
（ a） 结构示意 （ b） 图文符号
图 1.6 空气阻尼通电延时型时间继电器
? 热继电器的测量元件通常采用双金属片, 由两
种具有不同线膨胀系数的金属碾压而成 。 主动
层采用膨胀系数较高的铁镍铬合金, 被动层采
用膨胀系数很小的铁镍合金 。 当双金属片受热
后将向被动层方向弯曲, 当弯曲到一定程度时,
通过动作机构使触点动作 。 如图 1.7所示, （ a）
图是热继电器的结构中感受部分的示意图,
（ b） 图为图文符号 。
? 在图 1-7（ a）中发热元件 2通电发热后，主双
金属片 1受热向左弯曲，推动导板 3向左推动执
行机构发生一定的运动。电流越大，执行机构
的运动幅度也越大。当电流大到一定程度时，
执行机构发生跃变，即触点发生动作从而切断
主电路。
3
2
1
KR
KR
KR
（ a） 感受部分结构示意 （ b） 图文符号
图 1.7 热继电器
? 速度继电器用来感受转速 。 它的感受部分主要
包括转子和定子两大部分, 执行机构是触头系
统 。 当被控电机转动时, 带动继电器转子以同
样速度旋转而产生电磁转矩, 使定子克服外界
反作用力转动一定角度, 转速越高角度越大 。
当转速高于设定值时, 速度继电器的触点发生
动作, 当速度小于这一设定值时, 触点又复原 。
速度继电器常用于电机的降压起动和反接制动,
其图文符号如图 1.8所示 。
n>
KV
n>
KVKV
图 1.8 速度继电器图文符号
3,保护电器
? 保护电器包括热继电器, 熔断器, 电磁
脱扣器等 。
? 热继电器是利用电流的热效应来切断电
路的保护电器, 它在控制电路中, 用作
电动机的过载保护, 既能保证电动机不
超过容许的过载, 有可以最大限度地保
证电动机的过载能力 。 当然, 首先要保
证电动机的正常起动 。
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1.1.3 电气图形
1,文字符号
2,2,端子标记
3,3,电气图形
1,文字符号
表
1.
1
字
母
符
号
含
义
2,端子标记
? 电气图中各电器的接线端子用规定的字
母数字符号标记 。 按国家标准 GB4026—
83,电器接线端子的识别和用字母数字
符号标志接线端子的通则, 规定：
? 三相交流电源的引入线用 L1,L2,L3,N、
PE标记。直流系统电源正、负极、中间
线分别用 L+,L－ 与 M标记。三相动力电
器的引出线分别按 U,V,W顺序标记。
3,电气图形
? 常用的电气图有系统图, 框图, 电路图,
位置图和接线图等 。
? 通常, 系统图用于描述系统或成套装置,
如图 1.9所示 。 框图用于描述分系统或设
备 。 国家标准 GB6988.3— 86,电气制图
系统图和框图, 中, 具体规定了绘制系
统图和框图的方法, 并阐述了它的用途 。
总
控
制
系
统
液压动
力系统
钢板存储
冷却水供应
系统
压缩空
气系统
轧钢机
配电系统
电源进线
材料进入
图 1.9 系统图
? 位置图用来表示
成套装置, 设备
中各个项目位置
的一种图 。 例如,
图 1.10为某工厂
电器位置图, 图
中详细地绘制出
了电气设备中每
个电器元件的相
对位置, 图中各
电器元件的文字
代号必须与相关
电路图中电器元
件的代号相同 。
F U 1 F U 2
KM
FR
TC
F
U
3
F
U
4
线槽
50 50 50 50
3 2 0
3
6
0
图 1.10 位置图
? 接线图是电气装备进行施工配线, 敷线和校线
工作时所应依据的图样之一 。 它必须符合电器
装备的电路图的要求, 并清晰地表示出各个电
器元件和装备的相对安装与敷设位置, 以及它
们之间的电连接关系 。 它是检修和查找故障时
所需的技术文件, 如图 1.11所示 。 在国家标准
GB6988.5— 86,电气制图 接线图和接线表,
中详细规定了编制接线图的规则 。
Q
S
M M
80
7 8
EL
S B3
05
1
2
1
U 1 2
S B2
S B1
HL
PE
XT
3× 0,75 m m
2
5 × 0, 7 5 m m
2
3× 1m m
2
Q
1
3 × 2,5 m m
2
3× 2,5m m
2
图 1.11 接线图
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1.2 基本控制电路
? 1.2.1 直接起动控制电
路
? 1.2.2 降压起动
? 1.2.3 数学辅助分析法
? 1.2.4 电机的制动
? 1.2.5 电机的调速
? 1.2.6 顺序控制
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1.2.1 直接起动控制电路
1,单向旋转
2,2,可逆转动
3,3,点动控制
4,4,自动往返运动
1,单向旋转
? 三相笼型电动机单向旋转可
用开关或接触器控制, 图
1.12为接触器控制电路 。
? 接触器控制电路图中, Q为
开关, FU1,FU2为主电路
与控制电路的熔断器, KM
为接触器, KR为热继电器,
SB1,SB2分别为起动按钮
与停止按钮, M为笼型感应
电动机 。
L 1 L 2 L 3
Q
M
F U 1
KM
KR
PE
F U 2
S B 1
KM
S B 2
KM
KR
F U 2
U V W
图 1.12 单向旋转
? 其中的保护环节为：
? 1）短路保护。
? 2）过载保护。
? 3）欠压保护。
2,可逆转动
? 在实际生产中常需要运动部件实现正反两个方向的运
动, 这就要求拖动电动机能做正反两方向的运转 。 从
电机原理可知, 改变电动机三相电源相序即可改变电
动机旋转方向 。 电动机的常用可逆旋转控制电路如图
1.13所示 。
L 1 L 2 L 3
Q
M
F U1
K M 1
PE
K M 2
F U 2
S B 1
K M 1
S B 2 K M 2
S B 1
K M 1
S B 2
K M 2
S B 3
KRF U 2
K M 1
K M 2
图 1.13 可逆旋转
3,点动控制
? 生产过程中，不仅要求生产机械运动部件连续
运动，还需要点动控制。图 1.14为电动机点动
控制电路。图中的控制电路既可实现点动控制，
又可实现连续运转。 SB3为连续运转的停止按
钮,SB1为连续运转起动按钮,SB2为点动起
动按钮。
L 1 L 2 L 3
Q
M
F U 1
KM
PE
U V W
KR
F U 2 S B 1
KM
S B 3 KM F U 2
S B 2
S B 2
KR
图 1.14 点动控制电路
4,自动往返运动
? 在实际生产中，常常要求生产机械的运动部件
能实现自动往返。因为有行程限制，所以常用
行程开关做控制元件来控制电动机的正反转。
图 1.15为电动机往返运行的可逆旋转控制电路。
图中 KM1,KM2分别为电动机正、反转接触器，
SQ1为反向转正向行程开关,SQ2为正向转反
向行程开关,SQ3,SQ4分别为正向、反向极
限保护用限位开关。
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L 1 L 2 L 3
Q
M
F U 1
KM
1
PE
K M2
KR
F U 2
S B 1
S B 2
K M1
K M1
F U 2
K M1
S Q 1
S B 2
S B 1
K M2
K M2
K M2
S Q 2
KR
S B 3
S Q 2 S Q 3
S Q 1 S Q 4
图 1.15 往返运行
1.2.2 降压起动
? 1,自耦变压器起动法
? 图 1.16是采用自动控制自耦变压器降压
起动的控制电路。是由交流接触器、热
继电器、时间继电器、按钮和自耦变压
器等元件组成。图中 KM1为正常运转接
触器,KM2为降压起动接触器,KA为起
动中间继电器,KT为降压起动时间继电
器。
图 1.16 自耦变压器降压起动
L 1 L 2 L 3
Q
M
F U 1
K M1
PE
K M2
KR
F U 2 S B 1
KR
T
K M1
K M2
F U 2
K M2
KA
K M2 S B 2
KT
KT
KA
KA
KA K M1
1 2 3 4 5 6
7
8
9
? 2,Y-D起动法
? 凡是正常运行时三相定子绕组接成三角形运转
的三相笼型感应电动机, 都可采用 Y-D降压起
动 。 起动时, 定子绕组先接成 Y联结, 接入三
相交流电源, 起动电流下降到全压起动时的
1/3,对于 Y系列电动机直接起动时起动电流为
额定电流 IN的 5.5～ 7倍 。 当转速接近额定转速
时, 将电动机定子绕组改成 D联结, 电动机进
入正常运行 。 这种方法简便, 经济, 可用在操
作较频繁的场合, 但其起动转矩只有全压起动
时的 1/3,Y系列电动机起动转矩为额定转矩的
1.4～ 2.2倍 。 图 1.17为用于 13kW以上电动机的
起动电路, 由三个接触器和一个时间继电器构
成 。
图 1.17 Y-D起动
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L 1 L 2 L 3
Q
M
F U 1
K M1
PE
U 1 V 1 W 1
K M2
KR
K M1
F U 2
S B 1
K M1
W2 U2 V2
K M3
K M3
K M2
KT
KR
K M2
K M3
K M1
KT
KT
S B 2
1 2
3
45
6 7
8 9
F U 2
.
1.2.3 数学辅助分析法
1,用继电接触控制线路表示逻辑代数
的基本运算
2,逻辑函数与继电接触控制线路图
1,用继电接触控制线路表示逻辑
代数的基本运算
? （ 1）, 与, 运算 （ 逻辑乘 ）
? 逻辑代数中运算符号, ×,或, ·”读作, 与, 。
,与, 运算的真值表如表 1.2所示。
表 1.2 与运算
? 实现逻辑乘的器件叫做, 与, 门, 它的
逻辑符号如图 1.18（ a） 所示, 图 1.18
（ b） 显示出了继电控制线路中, 与, 运
算的实例, 它表示触点的串联 。 若规定
触点接通为, 1”,断开为, 0”,线圈通
电为, 1”,断电为, 0”,则可以写出 KM
＝ KA1× KA2,只有触点 KA1,KA2均接
通, 接触器线圈 KM能通电 。
A
B
J
KA 1 KA 2 KM
（ a）逻辑符号 （ b）控制线路实例
图 1.18 逻辑“与”
? （ 2）, 或, 运算 （ 逻辑加 ）
? 逻辑代数中运算符号, +”读作, 或, 。
,或, 运算的真值表如表 1.3所示。
表 1.3 或运算
? 实现逻辑乘的器件叫做, 或, 门, 它的逻辑符号如图
1.19（ a） 所示, 图 1.19（ b） 显示出了继电控制线路
中, 或, 运算的实例, 它表示触点的并联, 可写成 KM
＝ KA1× KA2,当触点 KA1或 KA2接通, 或者 KA1和 KA2
多接通时, 接触器线圈都可通电 。
图 1.19 逻辑“或”
+
A
B
J
KA 1
KA 1
KM
（ a）逻辑符号 （ b）控制线路实例
? （ 3）, 非, 运算 （ 逻辑非 ）
? 逻辑代数中, 非, 运算的符号用变量上面的短
横线表示, 读作, 非, 。, 非, 运算的真值表
如表 1.4所示 。 它表示了事物相互矛盾的两个
对立面之间的关系 。 这种规律的因果规律称为
,非, 逻辑关系 。
表 1.4 非运算
? 实现逻辑, 非, 的器件叫做, 非, 门, 它
的逻辑符号如图 1.20（ a） 所示, 图 1.20
（ b） 示出了继电控制线路中, 非, 运算
的实例, 通常称 KA为原变量, 为反变量,
它们是一个变量的两种形式, 如同一个继
电器的一对常开, 常闭触点, 在向各自相
补的状态切换时同步动作 。 图 （ b） 中,
触点 KA的取值与线圈 KM的取值相同, 而
KM1与继电器的常闭触点的取值相同, 所
以, 故实现了非运算 。
A J
KA 1 KM
KM F
KM 1
（ a）逻辑符号 （ b）控制线路实例
图 1.20 逻辑“非”
2,逻辑函数与继电接触控制线
路图
? （ 1）逻辑函数
? （ 2）逻辑图和继电接触控制线路图
? 由继电接触控制线路图写出逻辑函数
? 由逻辑函数画出继电接触控制线路
? 图 1.21（ a） 为一个最简单的起 -保 -停线路, 接
触器线圈是串接在由触点构成的网络上, 然后
与电源相接, 是一个串联电路 。 它的逻辑函数
是：
? 图 1.21（ b）为图（ a）的反演电路，实现的逻
辑功能完全相同，接触器线圈与触点网络并联，
所以图（ b）是并联电路。图中所接的电阻 R是
限流电阻，防止电源短路。原理是通过开关网
络使线圈的两端短接（线圈不通电）或不予短
接（线圈通电），来控制线圈。所以串联电路
是直接控制原理，并联电路是旁路控制原理。
图 1.21 串联和并联继电接触控制线路
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S B 1
S B 2 KM
KM
R
KMS B 2
S B 1
KM
（ a） （ b）
1.2.4 电机的制动
? 图 1.22为电动机单向旋转电机反接制动控制电
路。当电动机转速接近零时应迅速切断三相电
源，否则电动机将反向起动。为此采用速度继
电器来检测电动机的转速变化，并将速度继电
器调整在 n>130r/min时触点动作，而当
n<100r/min时，触点复原。图 1.22中,KM1为
反接制动接触器,KM2为电动机单向旋转接触
器,KV为速度继电器,R为反接制动电阻。
图 1.22 反接制动
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L 1 L 2 L 3
Q
M
F U 1
K M1
PE
U V W
K M2
KR
F U 2
K M2
n> K M1
S B 1
K M2
KV
K M1
S B 2
K M1
S B 2
K M2
KRF U 2
KV
1.2.5 电机的调速
? 图 1.23是 D-YY反转向方案变极调速电动机接线
方法及控制电路。它是通过改变定子绕组的半
相绕组电流方向来实现变极的。将三相绕组的
首尾端依次相接，构成一个封闭三角形，从首
端引出线接电源，中间抽头悬空着，构成 D联
结。若将三个首尾端相接构成一个中性点 N，
而将各绕组中间抽头接电源，构成 YY联结。使
每相的两个半相绕组并联，从而使其中一个半
相绕组电流方向反了，于是电动机极对数减小
一半，即 pD=2pYY。
图 1.23 电机变极调速 (a)
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L 1 L 2 L 3
U 1 V 1 W 1
U 3 V 3 W 3
U 2 V 2 W 3
L 1 L 2 L 3
U 3 V 3 W 3
U 1 U 2
V 1 V 2
W 1 W 2
（ a）电机接线方法
L 1 L 2 L 3
Q
M
F U 1
K M 1
PE
K M 2 K M 3
U1 V1 W1 U3 V3 W3
F U 2
S B 1
KT K M 2
K M 1 K M 1
KT
KT
K M 3
K M 1
KT
S B 2
K
M3
K
M
2
K M 1
K M 3 K M 2
F U 2
（ b）控制电路
图 1.23 电机变极调速 (b)
1.2.6 顺序控制
? 顺序控制是指以预先规定好的时间或条
件为依据, 按预先规定好的动作次序,
对控制过程各阶段顺序地进行自动控制 。
图 1.24是顺序控制原理图, 其中 G1～ G4
分别表示第一至第四程序的执行电路,
可根据每一程序的具体要求设计, K1～
K4分别表示 G1～ G4程序执行完成时发出
的控制信号, SB5,SB6分别为起动和停
止按钮 。
图 1.24 顺序控制原理图
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S B 5
S B 6
K M5
K M1
K M2
G1
K M1
K1
K M1 K M2
K M3
G2
K M2
K2
K M2 K M3
K M4
G3
K M3
K3
K M3 K M4
K M5
G4
K M4
K4
K M4 K M5
K M5
1.3 控制系统实例
? 1.3.1 主轴和进给电动机的控制
? 1.3.2 快速移动
? 1.3.3 工作台或主轴箱与主轴机动进
给联锁
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下面以镗
床为例，
分析其控
制线路的
应用和控
制系统的
组成。图
1.25为镗
床电气控
制原理图。
图
1.
25
T
68
镗
床
控
制
原
理
图
L 1 L 2 L 3
F U 1
M
KS
M
n>
n>
Q
K M1 K M2
F U 2
K M3
RR
K M3
KR
K M4
K M5K M5
K M6
K M7
T
EL
F U 4
Q1
XS XP
HL
S Q 5
S Q 6
SB
S B 1
F U 3
FR
KA1
KA1
KA2
S B 2 KA1
KA2
KA2
S Q 3 S Q 1 K M3
KA1
KA2
KT
SQ
KV
S B 3
K M2
K M1
KV
S Q 4
S Q 2
K M3
S B 4
K M1
K M2
KV
K M1
K M2
K T 1
KM
5
K M4
KM
4
K M5
K M6
K M7
K M7
K M6
K T 1
S Q 7
S Q 8
S Q 9
S Q 1 0
S Q 9
S Q 1 0
1 2
n>
.
.
.
.
.
1.3.1 主轴和进给电动机的控
制
1,M1电动机的正反转控制
2,高速与低速的转换
3,3,M1电动机的停车制动
4,4．点动控制
5,5．主轴及进给变速控制
6,（ 1）停车变速
7,（ 2）运行中变速
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1.3.2 快速移动
? 主轴, 工作台和主轴箱的快速移动, 由
快速手柄并联动行程开关 SQ9,SQ10，
控制接触器 KM6,KM7,从而控制 M2 快
速移动电动机来实现的 。 快速手柄扳到
中间位置, SQ9,SQ10不被压下, M2 电
动机停止转动；扳到正向位置, SQ10接
通, SQ9断开, KM6通电, M2电动机正
转；扳到反向位置, SQ9接通, SQ10断
开, KM7通电, M2 电动机反转 。
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1.3.3 工作台或主轴箱与主轴机
动进给联锁
? 为防止主轴箱或工作台机动进给时出现将花盘
刀架或主轴扳到机动进给的误操作, 一般都安
装一个行程开关 SQ5以便与主轴箱和工作台操
纵手柄有机械联动, 另外在主轴箱上再设置一
个行程开关 SQ6以便与主轴进给手柄和花盘刀
架进给手柄有机械联动 。 如果主轴箱或工作台
的操纵手柄在机动进给时, SQ5断开, 此时若
将花盘刀架或主轴进给手柄也扳到机动进给位
置, SQ6也断开, 这样切断了控制电路的来源,
所以 M1电动机停转, 同时, M2电动机也无法
开动, 从而起到联锁保护的作用 。
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?谢谢您的光临！
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? 1.1 工厂常用电器
? 1.2 基本控制电路
? 1.3 控制系统实例
本章主要内容：
? l核心是掌握继电器, 接触器, 按钮
开关等常规控制电器的动作执行特点,
由此对一般继电接触控制电路进行熟
练分析和设计 。
l 工厂常用电器
l 基本控制电路
l 控制系统实例
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1.1 工厂常用电器
? 1.1.1 工厂电器基本知识
? 1.1.2 工厂常用电器
? 1.1.3 电气图形
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1.1.1 工厂电器基本知识
? 1,分类
? （ 1） 按适用的电压范围分类
? 分为低压电器和高压电器。
? （ 2） 低压电器按所控制的对象分类
? 根据其控制的对象分为低压配电电器和低压控制
电器。
? （ 3） 按所起作用分类
? 依据电器所起的作用可分为控制电器和保护电器。
? （ 4） 按动作性质分类
? 依据电器的动作性质可分为自动控制电器和非自
动控制电器。
2,结构及工作原理
? 下面分别以控制按钮和接触器为例介绍手动电
器和自动电器的结构和工作原理 。
? （ 1） 按钮
? 按钮是手动控制电器的一种, 用来发出信号和
接通或断开控制电路 。 图 1.1是按钮的结构示
意图和图文符号, 图 （ a） 中 1,2是动断 （ 常
闭 ） 触点, 3,4是动合 （ 常开 ） 触点, 5是复
位弹簧, 6是按钮帽 。 图 （ b） 为图文符号 。
SB
SB
3 4
1 2
2
43
1
5
6
（ a） 结构示意 （ b） 图文符号
图 1.1 按钮
（ 2）接触器
? l 结构及工作原理
? 接触器是利用电磁吸力的原理工作的, 主要由
电磁机构和触头系统组成 。 电磁机构通常包括
吸引线圈, 铁心和衔铁三部分 。 图 1.2为接触
器的结构示意图与图文符号, （ a） 图中, 1、
2,3,4是静触点, 5,6是动触点, 7,8是吸
引线圈, 9,10分别是动, 静铁心, 11是弹簧 。
（ b） 图中, 1,2之间是常闭触点, 3,4之间
是常开触点, 7,8之间是线圈 。
1 2
3 4
5 6
7
8
9
10
11
KM
KM
KM
3 4
1 2
7 8
（ a） 结构示意 （ b）图文符号
图 1.2 接触器
电磁铁特点
? 根据吸引线圈通电电流的性质分类，电磁铁分
为直流电磁铁和交流电磁铁。通常采用短路环
来解决交流电磁铁的振动问题。短路环的示意
图如图 1.3所示，其中 1为短路环,2为铁心。
短路环起到磁通分相的作用，把极面上的交变
磁通分成两个交变磁通，并且使这两个磁通之
间产生相位差，那么它们所产生的吸力间也有
一个相位差，这样，两部分吸力就不会同时达
到零值，当然合成后的吸力就不会有零值的时
刻，如果使合成后的吸力在任一时刻都大于弹
簧拉力，就消除了振动。
1
2
图 1.3 短路环
灭弧
? 常用的灭弧方法有：拉长电弧, 冷却电弧和将
电弧分段 。
? 对于电弧较弱的接触器, 只采用灭弧罩即可 。
电弧较强的接触器, 常采用灭弧栅熄弧 。 图
1.4是灭弧栅的机构图 。 图中 1是灭弧室, 2和 5
分别为动, 静触点, 3 为金属栅片, 4为电弧 。
灭弧栅是数片钢片制成的栅状装置, 当触点断
开发生电弧时, 电弧进入栅片内, 被分割为数
段, 迅速熄灭 。
1
5
4
3
2
图 1.4 灭弧栅
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1.1.2 工厂常用电器
1,手动控制电器
2,任何设备都需要操纵者给予一定的指令, 才能
完成规定的控制 。 手动控制电器是自动控制设
备中不可缺少的器件, 常用的有刀开关, 按钮,
转换开关, 行程开关等 。
3,图 1.5是 LW6型万能转换开关的图形符号和触点
合断表 。 图形符号中有 6 个回路, 3个挡位连
线下有黑点, ·”的, 表示这条电路是接通的 。
在触点合断表中用, ×,表示被接通的电路,
空格表示转换开关在该位置时此路是断开的 。
图 1.5 万能转换开关
1
2
3
4
5
6
触点号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
1 × × ×
2 × ×
3 × ×
4 × ×
5 × ×
6 × ×
2,自动控制电器
?（ 1） 接触器
?（ 2）中间继电器
?（ 3）时间继电器
?（ 4）热继电器
?（ 5）速度继电器
? 图 1.6为空气阻尼式通电延时型时间继电器的
结构示意图和图文符号 。 它是利用空气阻尼的
原理来获得延时的 。 主要由电磁系统, 气室及
触点系统组成 。
? 工作原理：在图 1.6（ a）中当线圈 11通电时，
电磁力克服弹簧 14的反作用拉力而迅速将衔铁
向上吸合，衔铁 13带动杠杆 15立即使 1,2常闭
触点分断,3,4常开触点闭合。
1 2
3 4
5 6
7 8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
KT
KT
KT
5 6
7 8
9 10
（ a） 结构示意 （ b） 图文符号
图 1.6 空气阻尼通电延时型时间继电器
? 热继电器的测量元件通常采用双金属片, 由两
种具有不同线膨胀系数的金属碾压而成 。 主动
层采用膨胀系数较高的铁镍铬合金, 被动层采
用膨胀系数很小的铁镍合金 。 当双金属片受热
后将向被动层方向弯曲, 当弯曲到一定程度时,
通过动作机构使触点动作 。 如图 1.7所示, （ a）
图是热继电器的结构中感受部分的示意图,
（ b） 图为图文符号 。
? 在图 1-7（ a）中发热元件 2通电发热后，主双
金属片 1受热向左弯曲，推动导板 3向左推动执
行机构发生一定的运动。电流越大，执行机构
的运动幅度也越大。当电流大到一定程度时，
执行机构发生跃变，即触点发生动作从而切断
主电路。
3
2
1
KR
KR
KR
（ a） 感受部分结构示意 （ b） 图文符号
图 1.7 热继电器
? 速度继电器用来感受转速 。 它的感受部分主要
包括转子和定子两大部分, 执行机构是触头系
统 。 当被控电机转动时, 带动继电器转子以同
样速度旋转而产生电磁转矩, 使定子克服外界
反作用力转动一定角度, 转速越高角度越大 。
当转速高于设定值时, 速度继电器的触点发生
动作, 当速度小于这一设定值时, 触点又复原 。
速度继电器常用于电机的降压起动和反接制动,
其图文符号如图 1.8所示 。
n>
KV
n>
KVKV
图 1.8 速度继电器图文符号
3,保护电器
? 保护电器包括热继电器, 熔断器, 电磁
脱扣器等 。
? 热继电器是利用电流的热效应来切断电
路的保护电器, 它在控制电路中, 用作
电动机的过载保护, 既能保证电动机不
超过容许的过载, 有可以最大限度地保
证电动机的过载能力 。 当然, 首先要保
证电动机的正常起动 。
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1.1.3 电气图形
1,文字符号
2,2,端子标记
3,3,电气图形
1,文字符号
表
1.
1
字
母
符
号
含
义
2,端子标记
? 电气图中各电器的接线端子用规定的字
母数字符号标记 。 按国家标准 GB4026—
83,电器接线端子的识别和用字母数字
符号标志接线端子的通则, 规定：
? 三相交流电源的引入线用 L1,L2,L3,N、
PE标记。直流系统电源正、负极、中间
线分别用 L+,L－ 与 M标记。三相动力电
器的引出线分别按 U,V,W顺序标记。
3,电气图形
? 常用的电气图有系统图, 框图, 电路图,
位置图和接线图等 。
? 通常, 系统图用于描述系统或成套装置,
如图 1.9所示 。 框图用于描述分系统或设
备 。 国家标准 GB6988.3— 86,电气制图
系统图和框图, 中, 具体规定了绘制系
统图和框图的方法, 并阐述了它的用途 。
总
控
制
系
统
液压动
力系统
钢板存储
冷却水供应
系统
压缩空
气系统
轧钢机
配电系统
电源进线
材料进入
图 1.9 系统图
? 位置图用来表示
成套装置, 设备
中各个项目位置
的一种图 。 例如,
图 1.10为某工厂
电器位置图, 图
中详细地绘制出
了电气设备中每
个电器元件的相
对位置, 图中各
电器元件的文字
代号必须与相关
电路图中电器元
件的代号相同 。
F U 1 F U 2
KM
FR
TC
F
U
3
F
U
4
线槽
50 50 50 50
3 2 0
3
6
0
图 1.10 位置图
? 接线图是电气装备进行施工配线, 敷线和校线
工作时所应依据的图样之一 。 它必须符合电器
装备的电路图的要求, 并清晰地表示出各个电
器元件和装备的相对安装与敷设位置, 以及它
们之间的电连接关系 。 它是检修和查找故障时
所需的技术文件, 如图 1.11所示 。 在国家标准
GB6988.5— 86,电气制图 接线图和接线表,
中详细规定了编制接线图的规则 。
Q
S
M M
80
7 8
EL
S B3
05
1
2
1
U 1 2
S B2
S B1
HL
PE
XT
3× 0,75 m m
2
5 × 0, 7 5 m m
2
3× 1m m
2
Q
1
3 × 2,5 m m
2
3× 2,5m m
2
图 1.11 接线图
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1.2 基本控制电路
? 1.2.1 直接起动控制电
路
? 1.2.2 降压起动
? 1.2.3 数学辅助分析法
? 1.2.4 电机的制动
? 1.2.5 电机的调速
? 1.2.6 顺序控制
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1.2.1 直接起动控制电路
1,单向旋转
2,2,可逆转动
3,3,点动控制
4,4,自动往返运动
1,单向旋转
? 三相笼型电动机单向旋转可
用开关或接触器控制, 图
1.12为接触器控制电路 。
? 接触器控制电路图中, Q为
开关, FU1,FU2为主电路
与控制电路的熔断器, KM
为接触器, KR为热继电器,
SB1,SB2分别为起动按钮
与停止按钮, M为笼型感应
电动机 。
L 1 L 2 L 3
Q
M
F U 1
KM
KR
PE
F U 2
S B 1
KM
S B 2
KM
KR
F U 2
U V W
图 1.12 单向旋转
? 其中的保护环节为：
? 1）短路保护。
? 2）过载保护。
? 3）欠压保护。
2,可逆转动
? 在实际生产中常需要运动部件实现正反两个方向的运
动, 这就要求拖动电动机能做正反两方向的运转 。 从
电机原理可知, 改变电动机三相电源相序即可改变电
动机旋转方向 。 电动机的常用可逆旋转控制电路如图
1.13所示 。
L 1 L 2 L 3
Q
M
F U1
K M 1
PE
K M 2
F U 2
S B 1
K M 1
S B 2 K M 2
S B 1
K M 1
S B 2
K M 2
S B 3
KRF U 2
K M 1
K M 2
图 1.13 可逆旋转
3,点动控制
? 生产过程中，不仅要求生产机械运动部件连续
运动，还需要点动控制。图 1.14为电动机点动
控制电路。图中的控制电路既可实现点动控制，
又可实现连续运转。 SB3为连续运转的停止按
钮,SB1为连续运转起动按钮,SB2为点动起
动按钮。
L 1 L 2 L 3
Q
M
F U 1
KM
PE
U V W
KR
F U 2 S B 1
KM
S B 3 KM F U 2
S B 2
S B 2
KR
图 1.14 点动控制电路
4,自动往返运动
? 在实际生产中，常常要求生产机械的运动部件
能实现自动往返。因为有行程限制，所以常用
行程开关做控制元件来控制电动机的正反转。
图 1.15为电动机往返运行的可逆旋转控制电路。
图中 KM1,KM2分别为电动机正、反转接触器，
SQ1为反向转正向行程开关,SQ2为正向转反
向行程开关,SQ3,SQ4分别为正向、反向极
限保护用限位开关。
返回本节
L 1 L 2 L 3
Q
M
F U 1
KM
1
PE
K M2
KR
F U 2
S B 1
S B 2
K M1
K M1
F U 2
K M1
S Q 1
S B 2
S B 1
K M2
K M2
K M2
S Q 2
KR
S B 3
S Q 2 S Q 3
S Q 1 S Q 4
图 1.15 往返运行
1.2.2 降压起动
? 1,自耦变压器起动法
? 图 1.16是采用自动控制自耦变压器降压
起动的控制电路。是由交流接触器、热
继电器、时间继电器、按钮和自耦变压
器等元件组成。图中 KM1为正常运转接
触器,KM2为降压起动接触器,KA为起
动中间继电器,KT为降压起动时间继电
器。
图 1.16 自耦变压器降压起动
L 1 L 2 L 3
Q
M
F U 1
K M1
PE
K M2
KR
F U 2 S B 1
KR
T
K M1
K M2
F U 2
K M2
KA
K M2 S B 2
KT
KT
KA
KA
KA K M1
1 2 3 4 5 6
7
8
9
? 2,Y-D起动法
? 凡是正常运行时三相定子绕组接成三角形运转
的三相笼型感应电动机, 都可采用 Y-D降压起
动 。 起动时, 定子绕组先接成 Y联结, 接入三
相交流电源, 起动电流下降到全压起动时的
1/3,对于 Y系列电动机直接起动时起动电流为
额定电流 IN的 5.5～ 7倍 。 当转速接近额定转速
时, 将电动机定子绕组改成 D联结, 电动机进
入正常运行 。 这种方法简便, 经济, 可用在操
作较频繁的场合, 但其起动转矩只有全压起动
时的 1/3,Y系列电动机起动转矩为额定转矩的
1.4～ 2.2倍 。 图 1.17为用于 13kW以上电动机的
起动电路, 由三个接触器和一个时间继电器构
成 。
图 1.17 Y-D起动
返回本节
L 1 L 2 L 3
Q
M
F U 1
K M1
PE
U 1 V 1 W 1
K M2
KR
K M1
F U 2
S B 1
K M1
W2 U2 V2
K M3
K M3
K M2
KT
KR
K M2
K M3
K M1
KT
KT
S B 2
1 2
3
45
6 7
8 9
F U 2
.
1.2.3 数学辅助分析法
1,用继电接触控制线路表示逻辑代数
的基本运算
2,逻辑函数与继电接触控制线路图
1,用继电接触控制线路表示逻辑
代数的基本运算
? （ 1）, 与, 运算 （ 逻辑乘 ）
? 逻辑代数中运算符号, ×,或, ·”读作, 与, 。
,与, 运算的真值表如表 1.2所示。
表 1.2 与运算
? 实现逻辑乘的器件叫做, 与, 门, 它的
逻辑符号如图 1.18（ a） 所示, 图 1.18
（ b） 显示出了继电控制线路中, 与, 运
算的实例, 它表示触点的串联 。 若规定
触点接通为, 1”,断开为, 0”,线圈通
电为, 1”,断电为, 0”,则可以写出 KM
＝ KA1× KA2,只有触点 KA1,KA2均接
通, 接触器线圈 KM能通电 。
A
B
J
KA 1 KA 2 KM
（ a）逻辑符号 （ b）控制线路实例
图 1.18 逻辑“与”
? （ 2）, 或, 运算 （ 逻辑加 ）
? 逻辑代数中运算符号, +”读作, 或, 。
,或, 运算的真值表如表 1.3所示。
表 1.3 或运算
? 实现逻辑乘的器件叫做, 或, 门, 它的逻辑符号如图
1.19（ a） 所示, 图 1.19（ b） 显示出了继电控制线路
中, 或, 运算的实例, 它表示触点的并联, 可写成 KM
＝ KA1× KA2,当触点 KA1或 KA2接通, 或者 KA1和 KA2
多接通时, 接触器线圈都可通电 。
图 1.19 逻辑“或”
+
A
B
J
KA 1
KA 1
KM
（ a）逻辑符号 （ b）控制线路实例
? （ 3）, 非, 运算 （ 逻辑非 ）
? 逻辑代数中, 非, 运算的符号用变量上面的短
横线表示, 读作, 非, 。, 非, 运算的真值表
如表 1.4所示 。 它表示了事物相互矛盾的两个
对立面之间的关系 。 这种规律的因果规律称为
,非, 逻辑关系 。
表 1.4 非运算
? 实现逻辑, 非, 的器件叫做, 非, 门, 它
的逻辑符号如图 1.20（ a） 所示, 图 1.20
（ b） 示出了继电控制线路中, 非, 运算
的实例, 通常称 KA为原变量, 为反变量,
它们是一个变量的两种形式, 如同一个继
电器的一对常开, 常闭触点, 在向各自相
补的状态切换时同步动作 。 图 （ b） 中,
触点 KA的取值与线圈 KM的取值相同, 而
KM1与继电器的常闭触点的取值相同, 所
以, 故实现了非运算 。
A J
KA 1 KM
KM F
KM 1
（ a）逻辑符号 （ b）控制线路实例
图 1.20 逻辑“非”
2,逻辑函数与继电接触控制线
路图
? （ 1）逻辑函数
? （ 2）逻辑图和继电接触控制线路图
? 由继电接触控制线路图写出逻辑函数
? 由逻辑函数画出继电接触控制线路
? 图 1.21（ a） 为一个最简单的起 -保 -停线路, 接
触器线圈是串接在由触点构成的网络上, 然后
与电源相接, 是一个串联电路 。 它的逻辑函数
是：
? 图 1.21（ b）为图（ a）的反演电路，实现的逻
辑功能完全相同，接触器线圈与触点网络并联，
所以图（ b）是并联电路。图中所接的电阻 R是
限流电阻，防止电源短路。原理是通过开关网
络使线圈的两端短接（线圈不通电）或不予短
接（线圈通电），来控制线圈。所以串联电路
是直接控制原理，并联电路是旁路控制原理。
图 1.21 串联和并联继电接触控制线路
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S B 1
S B 2 KM
KM
R
KMS B 2
S B 1
KM
（ a） （ b）
1.2.4 电机的制动
? 图 1.22为电动机单向旋转电机反接制动控制电
路。当电动机转速接近零时应迅速切断三相电
源，否则电动机将反向起动。为此采用速度继
电器来检测电动机的转速变化，并将速度继电
器调整在 n>130r/min时触点动作，而当
n<100r/min时，触点复原。图 1.22中,KM1为
反接制动接触器,KM2为电动机单向旋转接触
器,KV为速度继电器,R为反接制动电阻。
图 1.22 反接制动
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L 1 L 2 L 3
Q
M
F U 1
K M1
PE
U V W
K M2
KR
F U 2
K M2
n> K M1
S B 1
K M2
KV
K M1
S B 2
K M1
S B 2
K M2
KRF U 2
KV
1.2.5 电机的调速
? 图 1.23是 D-YY反转向方案变极调速电动机接线
方法及控制电路。它是通过改变定子绕组的半
相绕组电流方向来实现变极的。将三相绕组的
首尾端依次相接，构成一个封闭三角形，从首
端引出线接电源，中间抽头悬空着，构成 D联
结。若将三个首尾端相接构成一个中性点 N，
而将各绕组中间抽头接电源，构成 YY联结。使
每相的两个半相绕组并联，从而使其中一个半
相绕组电流方向反了，于是电动机极对数减小
一半，即 pD=2pYY。
图 1.23 电机变极调速 (a)
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L 1 L 2 L 3
U 1 V 1 W 1
U 3 V 3 W 3
U 2 V 2 W 3
L 1 L 2 L 3
U 3 V 3 W 3
U 1 U 2
V 1 V 2
W 1 W 2
（ a）电机接线方法
L 1 L 2 L 3
Q
M
F U 1
K M 1
PE
K M 2 K M 3
U1 V1 W1 U3 V3 W3
F U 2
S B 1
KT K M 2
K M 1 K M 1
KT
KT
K M 3
K M 1
KT
S B 2
K
M3
K
M
2
K M 1
K M 3 K M 2
F U 2
（ b）控制电路
图 1.23 电机变极调速 (b)
1.2.6 顺序控制
? 顺序控制是指以预先规定好的时间或条
件为依据, 按预先规定好的动作次序,
对控制过程各阶段顺序地进行自动控制 。
图 1.24是顺序控制原理图, 其中 G1～ G4
分别表示第一至第四程序的执行电路,
可根据每一程序的具体要求设计, K1～
K4分别表示 G1～ G4程序执行完成时发出
的控制信号, SB5,SB6分别为起动和停
止按钮 。
图 1.24 顺序控制原理图
返回本节
S B 5
S B 6
K M5
K M1
K M2
G1
K M1
K1
K M1 K M2
K M3
G2
K M2
K2
K M2 K M3
K M4
G3
K M3
K3
K M3 K M4
K M5
G4
K M4
K4
K M4 K M5
K M5
1.3 控制系统实例
? 1.3.1 主轴和进给电动机的控制
? 1.3.2 快速移动
? 1.3.3 工作台或主轴箱与主轴机动进
给联锁
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下面以镗
床为例，
分析其控
制线路的
应用和控
制系统的
组成。图
1.25为镗
床电气控
制原理图。
图
1.
25
T
68
镗
床
控
制
原
理
图
L 1 L 2 L 3
F U 1
M
KS
M
n>
n>
Q
K M1 K M2
F U 2
K M3
RR
K M3
KR
K M4
K M5K M5
K M6
K M7
T
EL
F U 4
Q1
XS XP
HL
S Q 5
S Q 6
SB
S B 1
F U 3
FR
KA1
KA1
KA2
S B 2 KA1
KA2
KA2
S Q 3 S Q 1 K M3
KA1
KA2
KT
SQ
KV
S B 3
K M2
K M1
KV
S Q 4
S Q 2
K M3
S B 4
K M1
K M2
KV
K M1
K M2
K T 1
KM
5
K M4
KM
4
K M5
K M6
K M7
K M7
K M6
K T 1
S Q 7
S Q 8
S Q 9
S Q 1 0
S Q 9
S Q 1 0
1 2
n>
.
.
.
.
.
1.3.1 主轴和进给电动机的控
制
1,M1电动机的正反转控制
2,高速与低速的转换
3,3,M1电动机的停车制动
4,4．点动控制
5,5．主轴及进给变速控制
6,（ 1）停车变速
7,（ 2）运行中变速
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1.3.2 快速移动
? 主轴, 工作台和主轴箱的快速移动, 由
快速手柄并联动行程开关 SQ9,SQ10，
控制接触器 KM6,KM7,从而控制 M2 快
速移动电动机来实现的 。 快速手柄扳到
中间位置, SQ9,SQ10不被压下, M2 电
动机停止转动；扳到正向位置, SQ10接
通, SQ9断开, KM6通电, M2电动机正
转；扳到反向位置, SQ9接通, SQ10断
开, KM7通电, M2 电动机反转 。
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1.3.3 工作台或主轴箱与主轴机
动进给联锁
? 为防止主轴箱或工作台机动进给时出现将花盘
刀架或主轴扳到机动进给的误操作, 一般都安
装一个行程开关 SQ5以便与主轴箱和工作台操
纵手柄有机械联动, 另外在主轴箱上再设置一
个行程开关 SQ6以便与主轴进给手柄和花盘刀
架进给手柄有机械联动 。 如果主轴箱或工作台
的操纵手柄在机动进给时, SQ5断开, 此时若
将花盘刀架或主轴进给手柄也扳到机动进给位
置, SQ6也断开, 这样切断了控制电路的来源,
所以 M1电动机停转, 同时, M2电动机也无法
开动, 从而起到联锁保护的作用 。
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