第2章电气控制线路的基本原则和基本环节

第2章电气控制线路的基本原则和基本环节.txt人生在世 ，难敌宿命，沉沦其中。我不爱风尘，似被前缘误！！我只为我最爱的人流泪“我会学着放弃你，是因为我太爱你”赢了你,我可以放弃整个世界 本文由科男衰无敌贡献
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第2章 继电接触器与电动机的电气控制 章
学习目标： 学习目标： 掌握阅读电气原理图的方 法 ， 培养读图能力并通过读图 分析各种典型控制环节的工作 原理， 为电气控制线路的设计、 原理 ， 为电气控制线路的设计 、 安装、 调试、 安装 、 调试 、 维护打下良好基 础 。
第2章 章
电器控制线路的基本原则 和基本环节
教学内容： 教学内容：
? ? ? ? 2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则 自学 电气控制系统的电路图及绘制原则(自学 自学) 2.2 电气控制的基本环节及规律 2.3 三相异步电动机的启动控制 2.4 三相异步电动机的制动控制 思考题与习题
2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则
定义－由按钮、开关、接触器、继电器等有触头 定义－由按钮、开关、接触器、
的低压控制电器所组成的控制线路， 的低压控制电器所组成的控制线路，叫做电气控 制线路。 制线路。 ? 电器控制通常又称为继电 接触器控制，其优 电器控制通常又称为继电—接触器控制 接触器控制， 点是电路图较直观形象 装置结构简单， 电路图较直观形象， 点是电路图较直观形象，装置结构简单，价格便 抗干扰能力强， 宜，抗干扰能力强，它可以很方便地实现简单和 复杂的、集中和远距离生产过程的自动控制。 复杂的、集中和远距离生产过程的自动控制。 ? 电气控制线路的表示方法有：电气原理图、电 电气控制线路的表示方法有：电气原理图、 三种。 器元件布置图和电气安装接线图三种 器元件布置图和电气安装接线图三种。
2.1.1 电器控制线路常用的图形、 电器控制线路常用的图形、 文字符号
电气控制线路图是工程技术的通用语言， 电气控制线路图是工程技术的通用语言，为了便于交流 与沟通，在电器控制线路中，各种电器元件的图形、 与沟通，在电器控制线路中，各种电器元件的图形、文字 符号必须符合国家的标准。 符号必须符合国家的标准。 ? 国家标准局参照国际电工委员会（ 国家标准局参照国际电工委员会（IEC）颁布的有关文件， ）颁布的有关文件， 制定了我国电气设备有关国家标准， 制定了我国电气设备有关国家标准，采用新的图形和文字 符号及回路标号。 符号及回路标号。 GB4728—1984《电气图

用图形符号》 《电气图用图形符号》 GB6988—1987《电气制图》 《电气制图》 GB7159—1987《电气技术中的文字符号制订通则》 《电气技术中的文字符号制订通则》 ? 规定从1990 1990年 规定从1990年1月1日起，电器控制线路中的图形和文字 符号必须符合最新的国家标准。 符号必须符合最新的国家标准。
2.1.1 电器控制线路常用的图形、 电器控制线路常用的图形、 文字符号
国家标准GB7159 1987 国家标准GB7159—1987《电气技术中的文字符号制订通 GB7159 1987《 则》规定了电气工程图中的文字符号，它分为基本文字符 规定了电气工程图中的文字符号， 号和辅助文字符号。 号和辅助文字符号。 基本文字符号有单字母符号和双字母符号 有单字母符号和双字母符号。 基本文字符号 有单字母符号和双字母符号 。 单字母符号 表示电气设备 装置和元件的大类 例如K 电气设备、 大类， 表示电气设备、装置和元件的大类，例如K为继电器类元件 一个表示大类的单字母与 这一大类；双字母符号由一个表示大类的单字母与另一个 这一大类 ； 双字母符号由 一个表示大类 的单字母与 另一个 表示器件某些特性的字母组成 例如KT 某些特性的字母组成， KT即表示继电器类器 表示器件 某些特性的字母组成 ， 例如 KT 即表示继电器类器 件中的时间继电器，KM表示继电器类器件中的接触器 表示继电器类器件中的接触器。 件中的时间继电器，KM表示继电器类器件中的接触器。 辅助文字符号用来进一步表示电气设备 、 辅助文字符号 用来进一步表示电气设备、 装置和元件的 用来进一步表示电气设备 功能、状态和特征。 功能、状态和特征。
2.1.2 电气原理图
电气原理图是根据工作原理而绘制的。其特点是简单、 电气原理图是根据工作原理而绘制的。其特点是简单、清 晰、元件展开绘制，便于阅读和分析。 元件展开绘制，便于阅读和分析。 1. 电路绘制 ? 电气控制线路图中的支路、接点，一般都加上标号。 电气控制线路图中的支路、接点，一般都加上标号。 ? 主电路标号由文字符号和数字组成。 主电路标号由文字符号和数字组成。文字符号用以标明主 电路中的元件或线路的主要特征； 电路中的元件或线路的主要特征；数字标号用以区别电路不 同线段。三相交流电源引入线采用L 标号， 同线段。三相交流电源引入线采用L1、L2、L3标号，电源开关 之后的三相交流电源主电路分别标U 之后的三相交流电源主电路分别标U、V、W。如U11表示电动 机的第一相的第一个接点代号， 机的第一相的第一个接点代号，U21为第一相的第二个接点代 依此类推。 号，依此类推。 ?

控制电路由三位或三位以下的数字组成， 控制电路由三位或三位以下的数字组成，交流控制电路的 标号一般以主要压降元件（如电器元件线圈）为分界， 标号一般以主要压降元件（如电器元件线圈）为分界，左侧 用奇数标号，右侧用偶数标号。直流控制电路中正极按奇数 用奇数标号，右侧用偶数标号。 标号，负极按偶数标号。 标号，负极按偶数标号。
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2.1.2 电气原理图
主电路
控制电路
图2.1 笼型电动机连续运转控制线路的电气原理图
2.1.2 电气原理图 ?
绘制电气原理图应遵循以下原则： 绘制电气原理图应遵循以下原则：
包括控制电路、信号电路、保护电路等， 包括控制电路、信号电路、保护电路等，用细线条画
在原理图的右边。 在原理图的右边。 简单系统可画在一起） 1、主、辅电路分开画出（简单系统可画在一起）
从电源至电动机或其它电负载的大电流通过的电路， 从电源至电动机或其它电负载的大电流通过的电路，用粗线
条画在原理图的左边。 条画在原理图的左边。
2、采用电器元件展开图的画法。同一电器元件的各部件可以不画在一 、采用电器元件展开图的画法。同一电器元件的各部件可以不画在一
起，但需用同一文字符号标出。若有多个同一种类的电器元件，可在文字符号 但需用同一文字符号标出。若有多个同一种类的电器元件， 后加上数字序号， 后加上数字序号，如KM1、KM2等。 、 等
3、采用新标符号遵循以下原则： 、采用新标符号遵循以下原则：
⑴ 采用优选形式 ⑵采用最简单的形式 ⑶ 同一图号中使用同一形式 4、⑴ 所有按钮、触头均按没有外力作用和没有通电时的原始状态画出。 所有按钮、触头均按没有外力作用和没有通电时的原始状态画出。 、 控制电路的分支线路，原则上按照动作先后顺序排列， ⑵ 控制电路的分支线路，原则上按照动作先后顺序排列，两线交叉 连接时的电气连接点须用黑点标出。 黑点标出 连接时的电气连接点须用黑点标出。
2.1.2 电气原理图
2. 图上元器件位置表示法
在绘制和阅读、使用电路时，往往需要确定元器件、连线等的图 在绘制和阅读、使用电路时，往往需要确定元器件、 形符号在图上的位置。例如： 形符号在图上的位置。例如： 当继电器、接触器在图上采用分开表示法（线圈与触头分开） 当继电器、接触器在图上采用分开表示法（线圈与触头分开）绘 制时，需要采用图或表格表明各部分在图上的位置； 制时，需要采用图或表格表明各部分在图上的位置； 较长的连接线采用中断画法，或者连

接线的另一端需要画到另一 较长的连接线采用中断画法， 张图上去时，除了要在中断处标记中断标记外， 张图上去时，除了要在中断处标记中断标记外，还需标注另一端在 图上的位置； 图上的位置； 在供使用、维修的技术文件（如说明书） 在供使用、维修的技术文件（如说明书）中，有时需要对某一元 件或器件作注释和说明，为了找到图中相应的元器件的图形符号， 件或器件作注释和说明，为了找到图中相应的元器件的图形符号， 也需要注明这些符号在图上的位置； 也需要注明这些符号在图上的位置； 在更改电路设计时，也需要表明被更改部分在图上的位置。 在更改电路设计时，也需要表明被更改部分在图上的位置。
2.1.2 电气原理图
⑴电路编号法： 电路编号法：
每一编号代表一个支路。 每一编号代表一个支路。编制方法是对每个电路或分支电路按照一 定顺序（自左至右或自上至下）用阿拉伯数字编号， 定顺序（自左至右或自上至下）用阿拉伯数字编号，从而确定各支路 项目的位置。例如， 个支路， 项目的位置。例如，图2-2（a）有8个支路，在各支路的下方顺序标 有电路编号1 图上方与电路编号对应的方框内的“电源开关” 有电路编号1～8。图上方与电路编号对应的方框内的“电源开关”等 字样表明其下方元、器件或线路功能。 字样表明其下方元、器件或线路功能。 继电器和接触器的触头位置采用附加图表的方式表示，图表格式 继电器和接触器的触头位置采用附加图表的方式表示， 如图2 所示。此图表可以画在电路图中相应线圈的下方，此时， 如图2-2（b）所示。此图表可以画在电路图中相应线圈的下方，此时， 可只标出触头的位置（电路编号）索引， 可只标出触头的位置（电路编号）索引，也可以画在电路图上的其他 地方。以图中线圈KM 下方的图表为例， 地方。以图中线圈KM1下方的图表为例，第一行用图形符号表示主辅 触头种类，表格中的数字表示此类触头所在的支路的编号。例如第2 触头种类，表格中的数字表示此类触头所在的支路的编号。例如第2 列中的数字“ 表示 的一个常开触头在第6支路内，表中的“ 表示KM 列中的数字“6”表示KM1的一个常开触头在第6支路内，表中的“×” 表示未使用的触头。 表示未使用的触头。
电路功能说明
2.1.2 电气原理图
连接导线标注
控制电路图
电路编号
触头位置表示
某机床电气原理图 （a）控制电路图 ） （b）触头位置表示
2.1.2 电气原理图
横坐标标注法： ⑵ 横坐标标注法： ? 采用横坐标标注法，线路各电器元件均按横向画

法排列 ； 采用横坐标标注法， ? 各支路序号由上到下标注在电器元件线圈的右侧，如1， 各支路序号由上到下标注在电器元件线圈的右侧 由上到下标注在电器元件线圈的右侧， ， 2，…。并在该电器元件线圈旁标明其常开触头（标在横线 常开触头（ ， 。并在该电器元件线圈旁标明其常开触头 上方）、常闭触头（标在横线下方） ）、常闭触头 上方）、常闭触头（标在横线下方）在电路中所在支路的 标号。 标号。
2.1.2 电气原理图
各 支 路 序 号
2.1.3 电气元件布置图
作用－电气元件布置图主要是用来表明电气设备上所 作用－
有电机、电器的实际位置，是机械电气控制设备制造、 有电机、电器的实际位置，是机械电气控制设备制造、 安装和维修必不可缺少的技术文件。 安装和维修必不可缺少的技术文件。 ? 绘制原则： 绘制原则： 布置图根据设备的复杂程度或集中绘制 或集中绘制在一张图 1、布置图根据设备的复杂程度或集中绘制在一张图 将控制柜与操作台的电器元件布置图分别绘制 分别绘制。 上，或将控制柜与操作台的电器元件布置图分别绘制。 绘制布置图时机械设备轮廓用双点划线画出 机械设备轮廓用双点划线画出， 2、绘制布置图时机械设备轮廓用双点划线画出，所 可见的和需要表达清楚的电器元件及设备 电器元件及设备， 有可见的和需要表达清楚的电器元件及设备，用粗实 线绘制出其简单的外形轮廓。 线绘制出其简单的外形轮廓。 3、电器元件及设备代号必须与有关电路图和清单上 代号一致。 的代号一致。
2.1.4 电气安装接线图
绘制原则 1、按电器元件的实际位置和实
际接线绘制 2、根据电器元件布置最合理、连 接导线最经济等原则来安排。
2.1.4 电气安装接线图
绘制安装接线图应遵循以下原则： 绘制安装接线图应遵循以下原则：
1、 各电器元件按规定的图形、文字符号绘制，同一电 、 各电器元件按规定的图形、文字符号绘制， 按规定的图形 器元件各部件必须画在一起。各电器元件的位置， 器元件各部件必须画在一起。各电器元件的位置，应与 实际安装位置一致。 实际安装位置一致。 2、不在同一控制柜或配电屏上的电器元件的电气连接 、 必须通过端子板进行。 通过端子板进行 必须通过端子板进行。各电器元件的文字符号及端子板 编号应与原理图一致，并按原理图的接线进行连接。 与原理图一致 的编号应与原理图一致，并按原理图的接线进行连接。 3、走向相同的多根导线可用单线表示。 、走向相同的多根导线可用单线表示。 可用单线表示 4、 画连接线时，

应标明导线的规格、型号、根数和穿 、 画连接线时，应标明导线的规格 型号、 导线的规格、 线管的尺寸。 线管的尺寸。
2.2
电气控制的基本环节及规律
任何简单或复杂的电气控制回路均由一系列 基本环节所组成 包括点动控制、连动控制 所组成， 点动控制 控制、 基本环节所组成，包括点动控制、连动控制、 点动+连动控制、自锁控制 互锁控制 连动控制 控制、 控制、 点动 连动控制、自锁控制、互锁控制、多地 连动控制 顺序控制和自动循环控制等诸多环 控制、 连动控制、顺序控制和自动循环控制等诸多环 节，下面就上述环节的结构及规律作详细介绍 。
补充：刀开关控制电动机启 停 补充：刀开关控制电动机启/停
? ? ? 在供电变压器容量足够大时: 在供电变压器容量足够大时: 小容量笼型电动机可直接起动 电气设备少， 优点是电气设备少 优点是电气设备少，线路简单 缺点是起动电流大 起动电流大， 缺点是起动电流大，引起供电 系统电压波动， 系统电压波动，干扰其它用电 设备 1. 采用刀开关直接起动控制 ? 工作过程如下：合上 ， 工作过程如下：合上QS， M起动，断开 ，M停转 起动， 起动 断开QS， 停转 思考：电路保护环节？ 思考：电路保护环节？
QS
刀开关直接起动控制线路
2.2.1 点动控制环节 启动：先合上空气开关QF→按下启动按钮 按下启动按钮SB→接触器 接触器KM线圈 启动：先合上空气开关 按下启动按钮 接触器 线圈 通电→KM主触头闭合 电动机 通电直接启动。 主触头闭合→电动机 通电直接启动。 通电 主触头闭合 电动机M通电直接启动 停机：松开SB→KM线圈断电 线圈断电→KM主触头断开 主触头断开→M断电停转。 断电停转。 停机：松开 线圈断电 主触头断开 断电停转
图2.5 电动机点动 控制线路图
2.2.1 三相笼型电动机直接起动控制
（2）连续控制（连动）: 连续控制（连动） 如图2 所示。 如图2-7所示。线路的工 作过程如下： 作过程如下：
启动：合上空气开关 启动：合上空气开关QF→ 按下启动按钮SB2→接触器 按下启动按钮 接触器 KM线圈通电 线圈通电→KM主触头 线圈通电 主触头 闭合(KM常开辅助触头闭合 常开辅助触头闭合) 闭合 常开辅助触头闭合 →电动机 接通电源运转 松 电动机M接通电源运转 电动机 接通电源运转(松 开SB2)。 。 停机：按下停止按钮SB1→ 停机：按下停止按钮 KM线圈断电 线圈断电→KM主触头和 线圈断电 主触头和 辅助常开触头断开→电动机 辅助常开触头断开 电动机 M断电停转。 断电停转。 断电停转 保护环节： 、短路、失压、 保护环节：FR、短路、失压

、 欠压
图2-7 连动控制线路
QS QS QS
点动控制线路 刀关直接 起动控制线路
连续运行控制线路
刀开d
三相异步电动机的正、 三相异步电动机的正、反转控制
⑴ 问题提出：
在实际应用中，往往要求生产机械改变运动方向， 在实际应用中，往往要求生产机械改变运动方向，这就要求电动 机能实现正、反转。 机能实现正、反转。
工作原理： ⑵ 工作原理：
改变电机旋转磁场的方向，即可改变电机转子的旋转方向。 改变电机旋转磁场的方向，即可改变电机转子的旋转方向。
实现方法： ⑶ 实现方法：
若要改变电机的旋转方向， 若要改变电机的旋转方向，只需将接于电动机定子的三相电源线 中的任意两相对调一下即可。 中的任意两相对调一下即可。可通过两个接触器来改变电动机定子 绕组的电源相序来实现。 绕组的电源相序来实现。
起动过程： ⑷ 起动过程：
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三相异步电动机的正、 三相异步电动机的正、反转控制
点动运行的另一典型电路一般为控制电动机正、反转的电路， 点动运行的另一典型电路一般为控制电动机正、反转的电路，如图 2.6所示。以张紧类机构为例，其工作过程一般为：若毛布较松弛，希 所示。 所示 以张紧类机构为例，其工作过程一般为：若毛布较松弛， 望张紧时按下SB1，电动机正转进行张紧，根据张紧程度，适时松开按 望张紧时按下 ，电动机正转进行张紧，根据张紧程度， 钮停止张紧；若希望停机检修或更换毛布时，需要松弛毛布，按下SB2 钮停止张紧；若希望停机检修或更换毛布时，需要松弛毛布，按下 电动机反转，毛布松弛。此类电路应用灵活， ，电动机反转，毛布松弛。此类电路应用灵活，可根据实际需要随时调 整装置状态。 整装置状态。
电动机点动 点动正 图2.6 电动机点动正、反转控制线路图
2.3 三相异步电动机的正反转控制
连动正、反转 连动正、 只能实现“ 只能实现“正→停→ 反”或者“反→停→ 或者“ 控制， 正”控制，且无互锁 保护。 保护。SB2和SB3不能同 时闭合， 时闭合，否则将发生 短路。 短路。
图 电动机正、反转 控制线路 a)
非实用控 制电路
三相异步电动机的正、 三相异步电动机的正、反转控制
含电气互锁， 含电气互锁， 但仍不能直接换向 增加机械互锁， 增加机械互锁， 且可直接换向
图 电动机正、反转控制线路 b）、c）
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2.2 电气控制的基本环节及规律
(a) (b) (c) (a) 图为典型具有自锁功能的控制线路，当按钮 图为典型具有自锁功能的控制线路，当按钮SB1按下后

，接触器 按下后， 按下后 接触器KM线 线 圈得电，同时其常开辅助触点吸合，当按钮被松开后仍能保持接触器KM线圈 圈得电，同时其常开辅助触点吸合，当按钮被松开后仍能保持接触器 线圈 得电，自锁功能得以实现。 得电，自锁功能得以实现。 (b) 图为两路自锁电路，SB2起停止作用，按下 图为两路自锁电路 两路自锁电路， 起停止作用， 起停止作用 按下SB1，KM1线圈自锁运行 ， 线圈自锁运行 按下SB3，KM2自锁运行。 自锁运行。 ，按下 ， 自锁运行 (c) 图为点动与连动同时实现的控制电路，图中用复合按钮实现点动控制 图为点动与连动同时实现的控制电路， 按下时， 松开后， ，当SB3按下时，实现电动机点动运行，SB3松开后，电动机停转；SB1实现 按下时 实现电动机点动运行， 松开后 电动机停转； 实现 自锁连续运行。 自锁连续运行。 图2.12 自锁控制线路图
既能点动又能连动控制： ⑶ 既能点动又能连动控制：
SB2为长动，SB3点动 QS
SA闭合为长动，SA 断开为点动
SB2为长动，SB3点动
长动与点动控制
2.2 电气控制的基本环节及规律
图2.8 短路保护
图2.9 欠压、过流保护 欠压、
2.2 电气控制的基本环节及规律
2.2.6 多地联锁控制 有些电气设备，如大型机床、起重运输机等， 有些电气设备，如大型机床、起重运输机等，为了操作 方便，常要求能在多个地点对同一台电动机实现控制 多个地点对同一台电动机实现控制(如要求 方便，常要求能在多个地点对同一台电动机实现控制 如要求 即可在现场控制运转状态，又可在控制室或其他远程场合 现场控制运转状态 控制室或其他远程场合控 即可在现场控制运转状态，又可在控制室或其他远程场合控 制运转状态)。这种控制方法叫做多地控制。 制运转状态 。这种控制方法叫做多地控制。 所示为3地联锁控制线路 图2.14所示为 地联锁控制线路。把一个启动按钮和一个 所示为 地联锁控制线路。 停止按钮组成一组，并把3组启动 停止按钮分别放置3地 组启动、 停止按钮组成一组，并把 组启动、停止按钮分别放置 地， 即能实现3地点控制 地点控制。 即能实现 地点控制。图2.14中SB11、SB12，SB21、SB22 中 、 ， 、 构成3组 分别放在控制室，操作间及现场。 ，SB31、SB32构成 组，分别放在控制室，操作间及现场。 、 构成 (a)图实现 地点动控制，(b)图实现 地连续运转控制。 图实现3地点动控制 图实现3地连续运转控制 图实现 地点动控制， 图实现 地连续运转控制。
2.2 电气控制的基本环节及规律
图2.14 多地联锁控制线路图 多地联锁控制的接线原则是启动按钮应并联连接，

停止按钮应串联连接。 多地联锁控制的接线原则是启动按钮应并联连接，停止按钮应串联连接。
2.2.7 多台电动机先后顺序工作的控制
在生产实践中，有时要求一个拖动系统中多台电 在生产实践中，有时要求一个拖动系统中多台电 动机实现先后顺序工作， 动机实现先后顺序工作，例如机床中要求润滑电动机 启动后，主轴电动机才能启动。 启动后，主轴电动机才能启动。图2.15为两台电动机 为两台电动机 顺序启动控制线路图。 顺序启动控制线路图。 在图2.15中，接触器 控制电动机M1的启动 在图 中 接触器KM1控制电动机 的启动，接 控制电动机 的启动， 触器KM2控制电动机 的启动停止。现要求电启机 控制电动机M2的启动停止 触器 控制电动机 的启动停止。 M2启动后，电动机 才能启动。工作过程如下：合 启动后， 才能启动。 启动后 电动机M1才能启动 工作过程如下： 上空气开关QF→按下启动按钮 按下启动按钮SB2→接触器 接触器KM2通 上空气开关 按下启动按钮 接触器 通 电动机M2启动 常开辅助触头闭合→按下启动 电→电动机 启动 常开辅助触头闭合 按下启动 电动机 启动→常开辅助触头闭合 按钮SB1→接触器 接触器KM1通电 电动机 启动。 通电→电动机 启动。 按钮 接触器 通电 电动机M1启动
图2.15 多台电动机先后顺序工作的控制 按下停止按钮SB，两台电动机同时停止。 按下停止按钮 ，两台电动机同时停止。 电动机顺序控制的接线规律如下。 电动机顺序控制的接线规律如下。 (1) 要求接触器 要求接触器KM2动作后接触器 动作后接触器KM1才能动作，故将接触器 才能动作， 动作后接触器 才能动作 故将接触器KM2的常开 的常开 触头串接于接触器KM1的线路中。 的线路中。 触头串接于接触器 的线路中 (2) 要求电机 及M2中有任何故障发生，控制回路均不能动作。 要求电机M1及 中有任何故障发生 控制回路均不能动作。 中有任何故障发生，
2.2.8 自动循环控制 在某些电气设备中，有些是通过设备自动往复循环工作的， 在某些电气设备中，有些是通过设备自动往复循环工作的，例如 造纸自动喷水管左右摆动喷水就是通过电动机的正、反转实现自动往 造纸自动喷水管左右摆动喷水就是通过电动机的正、 复循环的。自动循环控制线路如图2.16所示。 所示。 复循环的。自动循环控制线路如图 所示
图2.16 自动循环控制线路
2.3 三相异步电动机的启动控制
不同型号、不同功率和不同负载的电动机， 不同型号、不同功率和不同负载的电动机， 往往有不同的启动方法，因而控制线路也不同。 往往有不同的启动方法，因而控制线路也不

同。 三相异步电动机一般有直接启动或减压启动 直接启动或减压启动两种 三相异步电动机一般有直接启动或减压启动两种 方法。 方法。
2.3.1 三相笼型电动机直接启动控制
在供电变压器容量足够大时，小容量笼型电动机可直接启动。 在供电变压器容量足够大时，小容量笼型电动机可直接启动。直 接启动的优点是电气设备少，线路简单。 接启动的优点是电气设备少，线路简单。实际的直接启动电路一般采 用空气开关直接启动控制，如图2.17所示。对于容量大的电动机来说 所示。 用空气开关直接启动控制，如图 所示 由于启动电流大，会引起较大的电网压降， ，由于启动电流大，会引起较大的电网压降，所以必须采用减压启动 的方法，以限制启动电流。 的方法，以限制启动电流。
图2.17 采用空气开关 直接启动控制线路
2.3.2 三相笼型电动机减压起动控制
1、直接起动存在的问题： 直接起动存在的问题：
起动电流可达额定电流的4～ 倍 ? 起动电流可达额定电流的 ～7倍 ? 过大的起动电流会减低电动机的寿命 ? 引起电源电压波动 对于容量较大的电动机来说必须采用减压起动的方法， 对于容量较大的电动机来说必须采用减压起动的方法，以 限制起动电流。 限制起动电流。 减压起动的条件： 2、减压起动的条件： 由于起动电流减小引起起动转矩降低，因此仅适用于空载 由于起动电流减小引起起动转矩降低，因此仅适用于空载 起动转矩降低 或轻载起动的场合。 或轻载起动的场合。 3、减压起动方法 、 定子绕组串电阻（或电抗器） ?定子绕组串电阻（或电抗器）起动 ?自耦变压器减压起动 延边三角形起动等。 ?星-三角形减压起动 ?延边三角形起动等。
2.3.4 定子绕组串电阻减压起动控制
控制原则： 控制原则： 控制原则 按时间原则实现， 按时间原则实现，依靠 时间继电器 KT 延时动 作来控制各电器元件的 先后顺序动作。 先后顺序动作。 ?起动过程（按图说明） 起动过程（ 起动过程 按图说明） 起动时，KM1得电 得电在三 起动时，KM1得电在三 相定子绕组中串入电阻， 相定子绕组中串入电阻， 从而减低了定子绕组上 的电压，待起动后， 的电压，待起动后， KM2得电再将电阻R切除， 得电再将电阻 KM2得电再将电阻R切除， 使电动机在额定电压下 投入正常运行。 投入正常运行。 图2.20 定子绕组串电阻起动控制线路
2.3.2 星-三角形减压起动控制 三角形减压起动控制
⑴ 先决条件－电动机正常运行是绕组接成三角形，起动时电机处于空 先决条件－电动机正常运行是绕组接成三角形，起动时电机处于空 正常运

行是绕组接成三角形 载或轻载,有6个出线头 载或轻载, 星形－三角形起动电压、电流和转矩的关系： ⑵星形－三角形起动电压、电流和转矩的关系： 电压关系： ?电压关系： 三角形起动－每相绕组上的电压是线电压（ 三角形起动－每相绕组上的电压是线电压（UN =380V） ） U 星形起动－每相绕组上的电压是相电压（ 3 星形起动－每相绕组上的电压是相电压（ N = 220V ） ?电流关系（相电流与相电压成正比）： 电流关系（相电流与相电压成正比）： 1 星形起动线电流IY /三角形起动线电流I q ＝ 3 转矩关系： ?转矩关系： 1 UN 2 星形起动转矩/三角形起动转矩＝ 星形起动转矩/三角形起动转矩＝ =3 UN 3 控制原则： ⑶ 控制原则： 按时间原则实现 起动过程： ⑷ 起动过程： 按图2 18说明 按图2-18说明
( )
A B
C
Y Z X
图2-18 星-三角形减压起动控制线路 三角形减压起动控制线路
2.3.3 延边三角形减压启动控制 自学) 延边三角形减压启动控制(自学 自学
上面介绍的星-三角形启动控制有很多优点 上面介绍的星 三角形启动控制有很多优点 但不足之处是启动转矩太小， ，但不足之处是启动转矩太小， 如要求兼取星形联结启动电流小 兼取星形联结启动电流小， 如要求兼取星形联结启动电流小，三角形联 结启动转矩大的优点，则可采用延边三角形减压 结启动转矩大的优点，则可采用延边三角形减压 启动控制方式 控制方式。 启动控制方式。延边三角形减压启动控制线路如 所示。 图2.19所示。此种启动方式适用于定子绕组特别 所示 设计的电动机，这种电动机共有9个出线头。 设计的电动机，这种电动机共有 个出线头。
延边三角形减压起动仅适用定子绕组特别设计的电 动机，应用较少， 动机，应用较少，学生自学
图2.19 延边三角形减压启动控制线路
2.3.5自耦变压器减压起动的控制
起动时电动机 定子串入自耦 变压器， 变压器，定子 绕组电压为自 耦变压器的二 次电压， 次电压，起动 完毕， 完毕，自耦变 压器被切除， 压器被切除， 电动机以全电 压投入运行。 压投入运行。 ? 起动过程： 按图说明
KT长期通 长期通 电影响其寿 命，请在不 增加元件的 条件下进行 改进设计
2.3.6 三相绕线转子电动机的起动控制
1、问题提出： 问题提出：
在大、中容量电动机的重载起动时， 在大、中容量电动机的重载起动时，增大起动转矩和限 重载起动时 制起动电流两者之间的矛盾十分突出。 制起动电流两者之间的矛盾十分突出。
2、解决的措施： 解决的措施：
在绕线式异步电动机转子绕组中串接电阻或频敏变

阻器 进行起动
3、优点： 优点：
起动电流小。 ⑴ 起动电流小。 ⑵ 转子电路的功率品质因数高和起动转矩大 4、 应用场合 在要求起动转矩较高、起动电流小的场合。 在要求起动转矩较高、起动电流小的场合。如桥式起 重机吊钩电动机、卷扬机等。 重机吊钩电动机、卷扬机等。
2.3.6 三相绕线转子电动机的起动控制 1. 转子绕组串接起动电阻起动控制
⑴ 起动电阻联结形式： 起动电阻联结形式： 串接于三相转子电路中的起动电阻， 串接于三相转子电路中的起动电阻，一 般都联结成星 起动电阻切除的控制原则： ⑵ 起动电阻切除的控制原则： ?时间控制原则 ?电流控制原 。 则 起动过程中按上述原则， 起动过程中按上述原则，起动电阻被逐 级地短接。 级地短接。
1) 按时间原则控制 图2.22中采用时间继电器控制绕线转子异步电动机的启 中采用时间继电器控制绕线转子异步电动机的启 这个控制电路使用3个时间继电器依次将转子电路中的 动。这个控制电路使用 个时间继电器依次将转子电路中的 三级电阻自动排除。 三级电阻自动排除。
图2.22 采用时间继电器控制绕线转子异步电动机的启动电路
2.3.6 三相绕线转子电动机的起动控制
2) 按电流原则控制 控制过程中选择电流作为变化参量进行控制的方式称为 电流原则。 电流原则。图2.23中采用电流继电器控制绕线转子异步电 中采用电流继电器控制绕线转子异步电 动机的启动。这个控制电流是根据电动机转子电流的变化， 动机的启动。这个控制电流是根据电动机转子电流的变化， 利用电流继电器来自动切除转子绕组中串入的外加电阻。 利用电流继电器来自动切除转子绕组中串入的外加电阻。
电流控制原则平衡端接法 电流控制原则平衡端接法 该线路按照电流原则实现控制， 该线路按照电流原则实现控制，利用电流继电器根据电动机转子电 流大小的变化来控制电阻的分组切除。KI1、KI2为欠电流继电器，其 流大小的变化来控制电阻的分组切除。 、 为欠电流继电器， 为欠电流继电器 线圈串接于转子电路中， 首先释放， 次之， 线圈串接于转子电路中 ， KI1、KI2首先释放， KI2次之， 刚起动时起 、 首先释放 次之 动电流较大， 同时吸合动作， 动电流较大， KI1、KI2同时吸合动作，使全部电阻接入。随着电动机 、 同时吸合动作 使全部电阻接入。 转速升高电流减小， 依次释放， 、 依次释放 分别短接电阻， 。 转速升高电流减小， KI1、KI2依次释放，分别短接电阻，直到将转子 串接的电阻全部短接。 串接的电阻全部短接。
图2.23 采用电流继电器控制绕线转

子异步电动机的启动电路
2.2.3 三相绕线转子电动机的起动控制
转子绕组串接频敏变阻器 起动控制
⑴频敏变阻器的结构： 频敏变阻器的结构： 铁芯由数片E ? 铁芯由数片E形钢片叠成 线圈采用Y ? 线圈采用Y形联结 频敏变阻器工作原理： ⑵ 频敏变阻器工作原理： 频敏变阻器实质上是一个 特殊的三相电抗器。 特殊的三相电抗器。将其串 接于电动机转子电路中， 接于电动机转子电路中，相 当于接入一个铁损较大的三 相电抗器， 相电抗器，频敏变阻器等效 电路如图2 15所示 所示。 电路如图2-15所示。 联结形式： ⑶ 联结形式： 串接于三相转子电路中， 串接于三相转子电路中，联 结成星形 频敏变阻器切除控制原则 切除控制原则： ⑷ 频敏变阻器切除控制原则： 在偶然起动的长期工作制 时间控制原则用一接 中，按时间控制原则用一接 触器将其切除。 触器将其切除。 绕组直流电阻
R为铁损等效电阻 R=f1( f 2) L为等效电感 L=f2( f 2 ) 转差频率
图2-15 频敏变阻器等效电路
2.2.3 三相绕线转子电动机的起动控制
按图2-16说明 说明） 在起动过程中， ⑸ 起动过程（按图 说明）： 在起动过程中，转子电流
频率是变化的。刚起动时，转速等于0 频率是变化的。刚起动时，转速等于0，转子电流频率等 于电源频率，此时频敏变阻器的电阻和感抗均为最大， 于电源频率，此时频敏变阻器的电阻和感抗均为最大，转 子电流受到抑制，由于集附效应， 子电流受到抑制，由于集附效应，转子电流大部分流过电 功率因素高，起动转矩大。 阻，功率因素高，起动转矩大。随着电动机转速的升高而 转子电流频率减小，频敏变阻器的电阻和感抗也随之减小， 转子电流频率减小，频敏变阻器的电阻和感抗也随之减小， 其阻抗也自动逐渐减小，实现了平滑的无级起动。 其阻抗也自动逐渐减小，实现了平滑的无级起动。此种起 动方式在桥式起重机和空气压缩机等电气设备中获得广泛 应用。 应用。
2.2.3 三相绕线转子电动机的起动控制
1、起动过程： 按图说明
TA为电流互感器， TA为电流互感器，作 为电流互感器 用是将主电路中的大 电流变换成小电流进 行测量。 图2-16-1 转子绕组串接频 敏变阻器的起动控制线路
2.4 三相异步电动机的制动控制
问题提出： 在实际生产中，为了实现快速、准确停车， ⑴ 问题提出： 在实际生产中，为了实现快速、准确停车， 缩短时间，提高生产率，对要求停转的电动机强迫其迅速 缩短时间，提高生产率， 停车，必须采取制动措施。 停车，必须采取制动措施。 制动方法： ⑵ 制动方法：

a 机械制动
机械制动是利用机械装置使电动机迅速停转。 机械制动是利用机械装置使电动机迅速停转。可分为 断电制动和通电制动。制动时， 断电制动和通电制动。制动时，将制动电磁铁的线圈切断 或接通电源，通过机械抱闸制动电动机。 或接通电源，通过机械抱闸制动电动机。 b 电气制动 电气制动方法有反接制动、能耗制动、发电制动和电 电气制动方法有反接制动、能耗制动、 有反接制动 容制动等 容制动等。
1) 断电电磁抱闸制动 是断电电磁抱闸制动的控制线路原理图。 图2.24是断电电磁抱闸制动的控制线路原理图。图中 是电 是断电电磁抱闸制动的控制线路原理图 图中1是电 磁铁， 是制动闸 是制动闸， 是制动轮 是制动轮， 是弹簧 是弹簧。 磁铁，2是制动闸，3是制动轮，4是弹簧。制动轮通过联轴器 直接或间接与电动机主轴相连，电动机转动时， 直接或间接与电动机主轴相连，电动机转动时，制动轮也跟着 同轴转动。 同轴转动。
图2.24 断电制动电路图
由于在电路设计时是使 接触器KM1和KM2顺序 接触器 和 顺序 得电， 得电，使得电磁铁绕组 先通电， 先通电，待制动闸松开 电动机才接通电源。 后，电动机才接通电源。 这就避免了电动机在启 动前瞬时出现的“ 动前瞬时出现的“电动 机定子绕组通电而转 子被掣住不转的短路 运行状态” 运行状态”。
2) 通电电磁抱闸制动 是通电电磁抱闸制动控制线路。 图2.25是通电电磁抱闸制动控制线路。制动闸平 是通电电磁抱闸制动控制线路 时总是处于松开状态。其工作原理如下。 时总是处于松开状态。其工作原理如下。
图2.25 通电电磁抱闸制动控制线路电路图
2.4.2 三相异步电动机反接制动控制
1、制动原理： 制动原理： 反接制动是利用改变电动机电源相序 利用改变电动机电源相序， 反接制动是利用改变电动机电源相序，使定子绕组产 生的旋转磁场与转子旋转方向相反， 生的旋转磁场与转子旋转方向相反，因而产生制动力矩的 一种制动方法。 一种制动方法。 注意事项： 2、注意事项： 当电动机转速接近零时，必须立即断开电源， a、 当电动机转速接近零时，必须立即断开电源，否则 电动机会反向旋转。 电动机会反向旋转。 由于反接制动电流较大， b、由于反接制动电流较大，制动时需在定子回路中串入 电阻以限制制动电流。 电阻以限制制动电流。
2.4.2 三相异步电动机反接制动控制
3、反接制 、
动电阻接法： 动电阻接法：
a）对称电
阻接法
b）不对称 电阻接法
图
三相异步电动机反接制动电阻接法
2.4.2 三相

异步电动机反接制动控制
4、控制线路： 、 控制线路按速度 控制线路按速度 原则实现。 原则实现。采用 速度继电器。速 速度继电器。 度继电器与电动 机同轴相连。 机同轴相连。在
120~3000r/min
范围内速度继电 器触头动作， 器触头动作，当 转速低于 100r/min时，其 触头复位。 触头复位。 5、反接制动过程 a、单向运行 、 按图2-24说明 按图 说明
图2.26 单向运行的三相异步电动机 反接制动控制线路
2.4.3 三相异步电动机能耗制动控制
1、制动原理： 制动原理：
定子绕组的交流电源切断后， 定子绕组的交流电源切断后，在其任 意两相通入直流电流，形成一固定磁场， 意两相通入直流电流，形成一固定磁场，与旋转着的转子 中的感应电流相互作用产生制动力矩。 中的感应电流相互作用产生制动力矩。
直流产生静止磁场 N （制动力）F (左手定则)
旋转方向
n
S
转子制 动电流
2.5.2 三相异步电动机能耗制动控制
2、能量转换 关系 转子机械 转子机械 能 转子 电能 以 发热的形 式消耗在 转子电路 中。 3、注意事项： 、注意事项： 制动结束 必须及时 切除直流 电源。 电源。 4、制动过 、 程（按图 说明） 说明）
图2.27 三相异步电动机能耗制动控制 对于10KW以下的电动机，在制动要求不高的场合，可采用无变压器单相波 以下的电动机， 对于 以下的电动机 在制动要求不高的场合， 整流控制线路。 整流控制线路。
习题课： 习题课：
多台电动机先后顺序工作的控制 1、控制原则：按时间原则顺序起动各台电动机 、控制原则： 控制要求：三台电动机顺序启动，顺序停车。 2、控制要求：三台电动机顺序启动，顺序停车。 先启动的后停车，后启动的先停车。 先启动的后停车，后启动的先停车。
第3章 章
电气控制系统设计
人们希望在掌握了电器控制的基本原则和基本
控制环节后， 控制环节后，不仅能分析生产机械的电气控制线 路的工作原理，而且还能根据生产工艺的要求， 路的工作原理，而且还能根据生产工艺的要求， 设计电气控制线路。 设计电气控制线路。
电气控制线路的设计方法： 电气控制线路的设计方法： 1、经验设计法 (重点 重点) 、 重点 2、逻辑设计法（学生自学） 、逻辑设计法（学生自学）
3.1 经验设计法
1、设计依据： 设计依据： 生产机械的工艺过程和加工技术要求 设计手段： 2、设计手段： 各种典型的基本控制环节 设计过程： 3、设计过程： 通常是先采用一些典型的基本环节， 通常是先采用一些典型的基本环节，实现工艺基本要

然后加以修补、逐步完善其功能， 求，然后加以修补、逐步完善其功能，并加上适当的联锁 与保护环节，最后得出最佳方案。 与保护环节，最后得出最佳方案。若没有典型的控制环节 可采用，则按照生产机械的工艺要求逐步进行设计。 可采用，则按照生产机械的工艺要求逐步进行设计。 对设计人员的要求： 4、对设计人员的要求： 必须熟悉大量的控制线路， 必须熟悉大量的控制线路，掌握多种典型线路的设计 资料，同时具有丰富的实践经验。 资料，同时具有丰富的实践经验。
3.1 经验设计法
5、采用经验设计法，应注意以下几个问题： 采用经验设计法， ⑴ 保护控制线路工作的安全和可靠性
1）线圈的连接 ） 在交流控制线路中，不能串联接入两个电器线圈，如图2-33所示。 在交流控制线路中，不能串联接入两个电器线圈，如图 所示。 所示 即使外加电压是两个线圈额定电压之和，也是不允许的。 即使外加电压是两个线圈额定电压之和，
图 不能串联接入两个电器线圈
3.2 经验设计法
2）电器触头的连接 同一个电器的常开触头和常闭触头位置靠得很近， 同一个电器的常开触头和常闭触头位置靠得很近，不能 分别接在电源的不同相上。 分别接在电源的不同相上。
不合理
合理
图3.8 电器触头的连接
3.3 经验设计法
3）线路中应尽量减少多个电器元件依次动作后才能接通另一个电器 元件 在图3.9a中 线圈K 的接通要经过K 三对常开触头。 在图3.9a中，线圈K4的接通要经过K1、K2 、K3 、三对常开触头。若 3.9a 改为图b 则每一线圈的通电只需经过一对常开触头，工作较可靠。 改为图b，则每一线圈的通电只需经过一对常开触头，工作较可靠。
不合理
合理
图3.9 触头的连接
3.4 经验设计法
4）应考虑电器触头的接通和分断能力 若容量不够，可在线路中增加中间继电器， 若容量不够，可在线路中增加中间继电器，或增加线路中 触头数目。增加接通能力用多触头并联连接； 触头数目。增加接通能力用多触头并联连接；增加分断能力 用多触头串联连接。 用多触头串联连接。 5）应考虑电器元件触头“竞争”问题 应考虑电器元件触头“竞争” 同一继电器的常开触头和常闭触头有“先断后合”型和 同一继电器的常开触头和常闭触头有“先断后合” 先合后断” “先合后断”型。 常用的是“先断后合” 常用的是“先断后合”型。 先断后合” 通电时常闭触头先断开，常开触头后闭合； “先断后合”型：通电时常闭触头先断开，常开触头后闭合； 断电时常开触头先断开，常闭触头后闭合。 断电时

常开触头先断开，常闭触头后闭合。 先合后断” 通电时常开触头先闭合，常闭触头后断开； “先合后断”型：通电时常开触头先闭合，常闭触头后断开； 断电时常闭触头先闭合，常开触头后断开。 断电时常闭触头先闭合，常开触头后断开。 如果触头动作先后发生“竞争”的话，电路工作则不可靠。 如果触头动作先后发生“竞争”的话，电路工作则不可靠。
3.5 经验设计法
控制线路力求简单、 ⑵ 控制线路力求简单、经济
1）尽量减少触头的数目。尽量减少电器元件和触头的数目， ）尽量减少触头的数目。尽量减少电器元件和触头的数目， 所用的电器、触头越少，则越经济，出故障的机会也越少， 所用的电器、触头越少，则越经济，出故障的机会也越少， 如图3.2所示 所示。 如图 所示。
图3.2 同类触头的合并
3.6 经验设计法
2）尽量减少连接导线。 尽量减少连接导线。
将电器元件的位置合理安排， 将电器元件的位置合理安排，可减少安装导线根数和缩短导 线的长度，以简化接线，如图2 38中 线的长度，以简化接线，如图2-38中，起动按钮和停止按钮同放 置在操作台上，而接触器放置在电气柜内。 置在操作台上，而接触器放置在电气柜内。从按钮到接触器要经 过较远的距离，所以必须把起动按钮和停止按钮直接连接 必须把起动按钮和停止按钮直接连接， 过较远的距离，所以必须把起动按钮和停止按钮直接连接，这样 可减少连接线。 可减少连接线。
不合理 图3.1
合理 减少连接导线
3.6 经验设计法
3）控制线路在工作时，除必要的电器元件必须长期通 控制线路在工作时， 电外，其余电器应尽量不长期通电，以延长电器元件 电外，其余电器应尽量不长期通电， 的使用寿命和节约电能。 的使用寿命和节约电能。 ⑶、防止寄生电路
控制线路在工作 中出现意外接通的 电路叫寄生电路。 电路叫寄生电路。 如图3.11 3.11， 如图3.11，电动机 正转时过载， 正转时过载，则热 继电器动作时会出 现寄生电路， 现寄生电路，图中 虚线所示， 虚线所示，使接触 不能断电， 器KM1不能断电， 起不了保护作用。 起不了保护作用。
图3.11 寄生电路
2.7.1 经验设计法
⑷ 应具有必要的保护环节
1）短路保护
在电气控制线路中， 在电气控制线路中，通常采用熔断器或断路器作短路保护
2）过流保护
过电流一般比短路电流要小。采用过电流继电器和接触器配合使用 过电流一般比短路电流要小。
3）过载保护
通常采用热继电器作笼型电动机的长期过载保护
4）零电压保护

零电压保护通常采用并联在起动按钮两端的接触器的自锁触头来实现
3.3 逻辑设计法（学生自学） 逻辑设计法（学生自学）
逻辑设计法是利用逻辑代数这一数学工具来设 计电器控制线路，同时也可以用于线路的简化。 计电器控制线路，同时也可以用于线路的简化。 ? 把电器控制线路中的接触器、继电器等电器元 把电器控制线路中的接触器、 件线圈的通电和断电、 件线圈的通电和断电、触头的闭合和断开看成是 逻辑变量，通过简单的“逻辑与” 逻辑或” 逻辑变量，通过简单的“逻辑与”、“逻辑或”、 逻辑非”等基本运算，得出其运算结果， “逻辑非”等基本运算，得出其运算结果，此结 果即表明电器控制线路的结果。 果即表明电器控制线路的结果。 ? 对逻辑函数式进行化简，然后由简化的逻辑函 对逻辑函数式进行化简， 数式画出相应的电气原理图，最后再进一步检查、 数式画出相应的电气原理图，最后再进一步检查、 完善，以期得到既满足工艺要求，又经济合理、 完善，以期得到既满足工艺要求，又经济合理、 安全可靠的最佳设计线路。 安全可靠的最佳设计线路。
3.3 逻辑设计法
1. 逻辑与
KM =KA 1 ? KA 2
图3.12 逻辑与电路 表1 逻辑与的真值表
KA1
KA2 KM=KA1 ? KA2
0 1 0 0
0 0 1 1
0 0 0 1
3.3 逻辑设计法
2. 逻辑或
KM=KA1 +KA 2
图3.13 逻辑或电路 表2 逻辑或的真值表
KA1
KA2
KM=KA1 +KA 2
0 1 0 0
0 0 1 1
0 1 1 1
3.3 逻辑设计法
3. 逻辑非
KM=KA
图2-48表示与继电器常开触头 KA 相对应的常闭触 48表示与继电器常开触头 与接触器线圈串联的逻辑非电路。 头 KA与接触器线圈串联的逻辑非电路。 表3 逻辑非的真值表
KA
KM=KA
1 0
0 1
图3.14 逻辑非电路
习题课： 习题课：
1. 试设计电器控制线路，要求：第一台电动机起动10s后， 试设计电器控制线路，要求：第一台电动机起动 后 第二台电动机自动起动，运行5s后 第一台电动机停止， 第二台电动机自动起动，运行 后，第一台电动机停止， 同时第三台电动机自动起动，运行15s后，全部电动机停 同时第三台电动机自动起动，运行 后 止。 2.设计一工作台自动循环控制线路，工作台在原位( 2.设计一工作台自动循环控制线路，工作台在原位(位置 设计一工作台自动循环控制线路 1)启动 运行到位置2后立即返回，循环往复， 启动， 1)启动，运行到位置2后立即返回，循环往复，直至按下 停止按钮。 停止按钮。

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