机械设备电气控制
主讲, 张兴国
南通工学院机械工程系
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。
?继电接触器控制部分（ 1~3章）
?交、直流调速系统（ 4~5章）
交、直流调速的基本原理、调速的方法
与实现手段、特性分析。
?可编程序控制器（ 6章）
动作要求
速度要求
控制技术发展
PLC的工作原理,PLC编程（语言转换
及动作过程分析）,PLC控制系统设计。
机械设备电气控制
绪论
南通工学院机械工程系
绪 论
一、机床电气控制技术的发展概况
?电力拖动系统的发展
? 成组拖动 → 单电机拖动 → 多电机拖动
? 交、直流拖动系统
?电气控制系统的发展
手动控制 → 继电接触器控制 — → 顺序控制器 → 可编程控制器
数字控制 → 微机控制
数字控制,NC→CNC （ 或 MNC） →AC→DNC
CIMS是机械加工自动化的最高形式
二、机床电力拖动自动控制的基本概念
?机床电力拖动系统,以电动机为动力源的机床拖动
系统。
?电力拖动部分,电动机及与其关联的传动机构部分。
?电气控制部分,满足加工工艺要求，使电动机起动、
制动、反向、调速等电气控制和电气操纵部分。
控制装置 电动机 传动机构 工作机构
电气自动
控制部分 电力拖动部分
三、本课程的内容及要求
?内容：
? 继电接触器控制
? PLC控制
? 交、直流调速
?要求：
? 具备对机械设备电气控制的综合分析与设计能力。
机械设备电气控制
1
南通工学院机械工程系
1 继电接触器控制线路的基本环节
?继电接触器控制线路 组成：
? 接触器、继电器、按钮、行程开关等（有触点）
触点：闭合（吸合）、断开（释放）
线圈：得电（通电）、失电（断电）
?继电接触器控制线路 作用：
? 运行控制
? 系统保护
? 加工自动化
1,分类
（ 1） 按适用的电压范围分类
可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
可分为低压配电电器和低压控制电器。
（ 3） 按所起作用分类
可分为控制电器和保护电器。
（ 4） 按动作性质分类
可分为自动控制电器和非自动控制电器。
?机床常用电器元件（ 作用、选用、符号 ）
2,常用电器元件
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
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
（ 3）常用电器元件
?行程开关,ST
?按钮,SB
?刀开关,Q
?熔断器,FU
?热继电器,KR
?接触器,KM
?中间继电器,K
?时间继电器,KT
?变压器,TC,TD,TR
?速度继电器,KV
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
空气阻尼通电延时型时间继电器
3
2
1
KR
KR
KR
（ a） 感受部分结构示意 （ b） 图文符号
热继电器
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。
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
号如图所示 。
n>
KV
n>
KVKV
速度继电器图文符号
?电气控制线路图 分类：
? 电气原理图
? 电气设备安装图
? 电气设备接线图
?有关国家 标准：
? GB4728-84,85,电气图用图形符号》
? GB7159-87,电气技术中的文字符号制定通
则》
1.1 电气原理图的画法及阅读方法
一、电气原理图
?定义,电气原理图是用图形符号和文字符号
等绘制出来的、表示各个电器元件的作用和
连接关系的线路图，用来描述全部或部分电
气设备的工作原理。
?原则,电气原理图依据简单、清晰的原则，
采用电气元件展开的形式绘制。
?规则：
1) 主电路用粗线画在左侧，辅助电路用细线
画在右侧；
2) 同一电器各部件常常不画在一起，但须用
同一文字符号标明；
3) 所有电器均为平常状态；
4) 主电路的电源电路水平绘制；
5) 辅助电路（控制电路、保护电路、信号电
路）一般竖直绘制；
6) 标注有关数据及说明；
7) 分成若干图区，下方为图区号，上方为用
途栏。
二、电气设备安装图
? 表示电气控制系统中各电器元件在机械设备
及电气控制柜中的实际安装位置。
三、电气设备接线图
? 用来表明电气设备之间的实际接线情况。
? 应参照电气原理图，与其保持一致。
1.2 电动机起动控制线路
?起动方式：直接起动、降压起动
一、直接起动控制线路
? 开关直接起动控制
?仅有主电路而无控制电路，无
法实现自动控制和远程控制
?接触器直接起动控制
?自锁：凡是接触器或
继电器利用其自身的
辅助触点来保持其线
圈吸合的环节。
二、降压起动控制线路
? 星 — 三角形（ Y-△） 降压起动
?注意,KM2,KM3不能同时
闭合，否则主电路三相电源发
生短路。
? 定子绕组串电阻（电抗）起动
二、降压起动控制线路
? 星 — 三角形（ Y-△） 降压起动
? 定子绕组串电阻（电抗）起动
? 延边三角形降压起动
? 自耦变压器降压起动
主讲, 张兴国
南通工学院机械工程系
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。
?继电接触器控制部分（ 1~3章）
?交、直流调速系统（ 4~5章）
交、直流调速的基本原理、调速的方法
与实现手段、特性分析。
?可编程序控制器（ 6章）
动作要求
速度要求
控制技术发展
PLC的工作原理,PLC编程（语言转换
及动作过程分析）,PLC控制系统设计。
机械设备电气控制
绪论
南通工学院机械工程系
绪 论
一、机床电气控制技术的发展概况
?电力拖动系统的发展
? 成组拖动 → 单电机拖动 → 多电机拖动
? 交、直流拖动系统
?电气控制系统的发展
手动控制 → 继电接触器控制 — → 顺序控制器 → 可编程控制器
数字控制 → 微机控制
数字控制,NC→CNC （ 或 MNC） →AC→DNC
CIMS是机械加工自动化的最高形式
二、机床电力拖动自动控制的基本概念
?机床电力拖动系统,以电动机为动力源的机床拖动
系统。
?电力拖动部分,电动机及与其关联的传动机构部分。
?电气控制部分,满足加工工艺要求，使电动机起动、
制动、反向、调速等电气控制和电气操纵部分。
控制装置 电动机 传动机构 工作机构
电气自动
控制部分 电力拖动部分
三、本课程的内容及要求
?内容：
? 继电接触器控制
? PLC控制
? 交、直流调速
?要求：
? 具备对机械设备电气控制的综合分析与设计能力。
机械设备电气控制
1
南通工学院机械工程系
1 继电接触器控制线路的基本环节
?继电接触器控制线路 组成：
? 接触器、继电器、按钮、行程开关等（有触点）
触点：闭合（吸合）、断开（释放）
线圈：得电（通电）、失电（断电）
?继电接触器控制线路 作用：
? 运行控制
? 系统保护
? 加工自动化
1,分类
（ 1） 按适用的电压范围分类
可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
可分为低压配电电器和低压控制电器。
（ 3） 按所起作用分类
可分为控制电器和保护电器。
（ 4） 按动作性质分类
可分为自动控制电器和非自动控制电器。
?机床常用电器元件（ 作用、选用、符号 ）
2,常用电器元件
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
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
（ 3）常用电器元件
?行程开关,ST
?按钮,SB
?刀开关,Q
?熔断器,FU
?热继电器,KR
?接触器,KM
?中间继电器,K
?时间继电器,KT
?变压器,TC,TD,TR
?速度继电器,KV
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
空气阻尼通电延时型时间继电器
3
2
1
KR
KR
KR
（ a） 感受部分结构示意 （ b） 图文符号
热继电器
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。
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
号如图所示 。
n>
KV
n>
KVKV
速度继电器图文符号
?电气控制线路图 分类：
? 电气原理图
? 电气设备安装图
? 电气设备接线图
?有关国家 标准：
? GB4728-84,85,电气图用图形符号》
? GB7159-87,电气技术中的文字符号制定通
则》
1.1 电气原理图的画法及阅读方法
一、电气原理图
?定义,电气原理图是用图形符号和文字符号
等绘制出来的、表示各个电器元件的作用和
连接关系的线路图，用来描述全部或部分电
气设备的工作原理。
?原则,电气原理图依据简单、清晰的原则，
采用电气元件展开的形式绘制。
?规则：
1) 主电路用粗线画在左侧，辅助电路用细线
画在右侧；
2) 同一电器各部件常常不画在一起，但须用
同一文字符号标明；
3) 所有电器均为平常状态；
4) 主电路的电源电路水平绘制；
5) 辅助电路（控制电路、保护电路、信号电
路）一般竖直绘制；
6) 标注有关数据及说明；
7) 分成若干图区，下方为图区号，上方为用
途栏。
二、电气设备安装图
? 表示电气控制系统中各电器元件在机械设备
及电气控制柜中的实际安装位置。
三、电气设备接线图
? 用来表明电气设备之间的实际接线情况。
? 应参照电气原理图，与其保持一致。
1.2 电动机起动控制线路
?起动方式：直接起动、降压起动
一、直接起动控制线路
? 开关直接起动控制
?仅有主电路而无控制电路，无
法实现自动控制和远程控制
?接触器直接起动控制
?自锁：凡是接触器或
继电器利用其自身的
辅助触点来保持其线
圈吸合的环节。
二、降压起动控制线路
? 星 — 三角形（ Y-△） 降压起动
?注意,KM2,KM3不能同时
闭合，否则主电路三相电源发
生短路。
? 定子绕组串电阻（电抗）起动
二、降压起动控制线路
? 星 — 三角形（ Y-△） 降压起动
? 定子绕组串电阻（电抗）起动
? 延边三角形降压起动
? 自耦变压器降压起动
