《控制电路基本环节》PPT课件.ppt

知识目标：熟悉电气原理图画法规则和读图法；熟练掌握机床控制电路的基本环节 能力目标：能正确绘制和阅读电气控制系统图；具有不太复杂的电气控制线路分析和安装接线能力,模块二 控制电路基本环节,电气控制系统图的基本知识,三相异步电动机全压起动,三相笼型异步电动机降压起动控制电路,三相异步电动机的制动控制线路,其他典型控制环节,电动机控制的保护环节,电气控制系统图:,电气原理图,电器布置图,电气接线图,将电气控制系统中各种电气元件及其连接用一定图形表示出来,一、电气控制系统图的基本知识,1. 图形、文字符号,）图形符号 图形符号通常用于图样或其它文件，用以表示一个设备或概念的图形、标记或字符 ）文字符号 文字符号分为基本文字符号和辅助文字符号。 ）主电路各接点标记 三相交流电源引入线采用 L1 、 L2 、 L3 标记。 电源开关之后的三相交流电源主电路分别按 U 、 V 、 W 顺序标记。 分级三相交流电源主电路采用三相文字代号 U 、 V 、 W 的前边加上阿拉伯数字 1 、 2 、 3 等来标记，如 1U 、 1V 、 1W ； 2U 、 2V 、 2W 等。,2. 电气原理图,用国家标准规定的图形符号和文字符号代表各种元件，依据控制要求和各电器的动作原理，用线条代表导线连接起来。它包括所有电气元件的导电部件和接线端子，但不按电气元件的实际位置来画，也不反映电气元件的尺寸及安装方式,绘制电气原理图必须遵循的国家标准,GB4026:1992电器设备接线端子和特定导线线 端的识别及应用字母数字系统的通则。,GB/T4728:19962000电气简图用图形符号,GB/T6988:19932000电气技术用文件的编制,GB7159:1987电气技术中的文字符号制订通则,组成电气控制线路的基本电路,一个完整的控制电路包括了电源电路、主电路、控制电路和辅助电路四部分。辅助电路又可分为信号电路、照明电路和保护电路等。,1）电源电路：按规定绘成水平线与电源保护和电源开关组成。,2）主电路：该电路的通电状态决定了电机的状态。,3）控制回路：该电路的通电状态决定了线圈的状态。,4）辅助电路：起照明、信号显示、报警等作用。,控制过程,绘制电气原理图应遵循以下原则,主电路是指从电源到电动机的大电流通过的电路，其中电源电路用水平线绘制，受电动力设备及其保护电器支路应垂直于电源电路画出。 控制电路、照明电路、信号电路及保护电路等应垂直地绘于两条水平电源线之间。耗能元件的一端应直接连接在电位低的一端，控制触点连接在上方水平线和耗能元件之间。 不论主电路还是辅助电路，各元件一般应按动作顺序从上到下，从左到右依次排列，电路可以水平布置也可以垂直布置。,在电气原理图中，所有电器元件的图形、文字符号、接线端子标记必须采用国家规定的统一标准。,采用电器元件展开图的画法。同一电器元件的各部分可以不画在一起，但需用同一文字符号标出。若有多个同一种类的电器元件，可在文字符号后加上数字序号，例如KM1、KM2。,在原理图中，有直接电联系的交叉导线连接点，要用黑圆点表示。无直接联系的交叉导线连接点不画黑圆点。,绘制电气原理图应遵循以下原则,在原理图中，所有电器按自然状态画出。所有按钮、触点均按电器没有通电或没有外力操作、触点没有动作的原始状态画出。,在原理图上将图分成若干个图区，并标明该区电路的用途和作用。在继电器、接触器线圈下方列出触点表，说明线圈和触点的从属关系。,某车床的电气原理,电路图常采用在图的下方沿横坐标方向划分的方式，并用数字标明图区。同时在图的上方沿横坐标方向划区，分别标明该区电路的功能。 电路图中技术数据的标注 电路图中元器件的数据和型号（如热继电器动作电流和整定值的标注、导线截面积等）可用小号字体标注在电器代号的下面。,图区和触点位置索引,3 . 电器布置图,电器布置图是表示电气设备上所有电器 元件的实际位置，为电气控制设备的安 装、维修提供必要的技术资料。电气元 件均用粗实线绘制出简单的外形轮廓， 机床的轮廓线用细实线或点划线,某车床的电器布置图,4. 电气接线图,某车床的电气接线图,案例1：在工厂、生活中有很多功率较小的异步电动机，如：小型台钻、冷却泵、手电钻等的电动机，由于它们功率较小、拖动的负载较小，一般允许直接起动。对于有些电动机直接起动为方便采用开关手动控制，而某些如机床上的电动机一般由控制电路实现起动。,二、三相异步电动机全压起动,1. 手动控制的三相异步电动机直接起动,这种起动 电路只有 主起动电 路，没有 控制电路 ，所以无 法实现自 动控制,刀开关控制电动机起停电路。若为胶盖闸刀开关，由于其断流能力低，所控制的电动机功率不能超过5.5kW。若采用铁壳开关控制，由于其灭弧能力较强、动作迅速，因此可用于控制28kW以下的电动机的直接起动,刀开关控制电动机的起动时，不能用热继电器对电动机实现过载保护，只能采用熔断器实现短路保护，且电路无失压与欠压保护，对电动机的保护性能较差。同时，由于直接对主电路进行操作，安全性能也较差，操作频率低，只适合电动机容量较小、起动、换向不频繁的场合,断路器控制电动机起停电路。断路器除具有手动操作功能外，在电路出现故障时还能通过脱扣器实现自动保护功能。可通过合理选用带脱扣器的断路器以实现对电动机的各种保护,组合开关控制电动机正反转电路。组合开关由于无灭弧机构，因此，电动机的功率也不能超过5.5kW。且正反向转换时速度不能太快，以免引起过大的反接制动电流，影响电器的使用寿命,2. 接触器控制的直接起动控制电路,1）电动机单向连续运行直接起动控制电路,主电路,控制 电路,起动 按钮,停止 按钮,自锁触点,通过自身动合辅助触点保证线圈继续通电的电路称为自锁电路，起自锁作用的动合辅助触点称为自锁触点,电路具有的保护环节,短路保护。主电路和控制电路分别由熔断器 FU1和FU2实现短路保护。,过载保护。由热继电器FR实现对电动机的过载保护。,失压保护 电动机正常运转时，电源可能停电，当恢复供电时，如果电动机自行起动，很容易造成设备和人身事故。采用带自锁的控制线路后，断电时由于自锁触点已经打开，当恢复供电时，电动机不能自行起动，从而避免了事故的发生。 欠压和失压保护作用是按钮、接触器控制连续运行的控制线路的一个重要特点,欠压保护 当电源电压由于某种原因而下降时，电动机的转矩将显著下降，将使电动机无法正常运转，甚至引起电动机堵转而烧毁。采用具有自锁的控制线路可避免出现这种事故。因为当电源电压低于接触器线圈额定电压的75%左右时，接触器就会释放，自锁触点断开，同时动合主触点也断开使电动机断电，起到保护作用,2）电动机点动与连续运行控制电路,电气设备工作时常常需要进行点动调整， 如车刀与工件位置的调整，因此需要用 点动控制电路来完成。点动控制是指按 下按钮时，电动机通电起动、运行，松 开按钮电动机断电、停止 。,只有点动控制，运行时间较短，主电路不需要 接热继电器,既有点动控制又有连续控制,3. 电动机正反向连续运行直接起动控制电路,接触器控制的电动机可逆运行控制电路,当正反向起动按钮同时按下时，接触器KM1、 KM2将同时得电，造成主回路相间短路。因此，该电路由于可靠性很差，实际中一般不采用,将KM1、KM2正反转接触器的动断辅助触点互相串联接在对方线圈电路中，形成相互制约的关系，使KM1、KM2的线圈不能同时得电。这种相互制约的关系称为互锁控制.这种由接触器（或继电器）动断辅助触点构成的互锁称为电气互锁。,此电路必须先按下停止按钮SB1， 然后才能进行反向的操作。因此，此电路只能构成正-停-反的操作顺序,互锁触点,将正转起动按钮和反转起动按钮的动断辅助触点串联在对方电路中，构成相互制约的关系。这种方式称为机械互锁,可实现正-停-反的控制，也可实现正-反-停的控制。但是这种直接正反转控制电路仅适用于小容量电动机且正反向转换不频繁、拖动的机械装置惯量较小的场合,案例2：某企业风机系统的鼓风机功率为50 kW，且该企业鼓风机较多，为限制电流，所有鼓风机都采用Y-降压起动。由于电流较大，不适合采用手动开关进行Y- 转换，而采用接触器、继电器等按时间原则进行的自动起动控制。控制M7475B型磨床的主电动机功率为25kW，由于砂轮一般是空载起动，所以也采用由控制电路实现的Y- 降压起动控制。,三、异步电动机降压起动控制,三相鼠笼型异步电动机的降压起动方法：,定子回路串电阻或电抗器,星三角降压起动,1）手动切除电阻控制电路,1. 定子绕组串电阻降压起动控制电路,起动电阻,切换按钮,起动按钮,该电路从起动到全 压运行都是由操作 人员掌握，很不方 便。且若由于某种 原因导致KM2不能 动作时，电阻不能 被短接，电动机将 长期在低电压下运 行，严重时将烧毁 电动机。因此，应 对此电路进行改进 ，如加互锁或信号 电路,2）自动切除电阻的控制电路,控制过程:,电动机运行时，接触器KM1、KM2和时间继电器KT线圈都通电，消耗功率,时间继电器的延时时间根据电动机起动时间的长短进行调整。对负载经常变化的电动机，若对起动时间控制要求较高时，需要经常调整时间继电器的整定值，不方便,2. 星形三角形降压起动控制电路,凡是正常运行时定子绕组接成三角形接法的三相笼型感应电动机，都可采用星形三角形降压起动。 起动效果：起动电流和起动转矩只有全压起动时的1/3。,1）手动控制电路,常用有QX1、QX2两个系列。手动星三角起动器不带任何保护，要与其他保护电器配合使用,按钮控制的手动星形三角形起动电路,此电路采用按钮 手动控制星形 三角形的切换， 同样存在操作不 方便，切换时间 不易掌握的缺点 可采用时间继电 器控制的自动 “Y-D”降压起动 控制,2）自动星三角降压起动控制电路,电路 控制 过程,说明,星三角降压起动的电路简单、成本低。 起动时起动电流降低为直接起动电流动三分之一，起动转矩也降为直接起动转矩的三分之一，这种方法仅仅适合于电动机轻载或空载起动的场合,案例3：电动机自由停车的时间较长，随惯性大小而不同，而某些生产机械要求迅速、准 确地停车，如镗床、车床的主电动机需快速 停车；起重机为使重物停位准确及现场安全 要求，也必须采用快速、可靠的制动方式,制动：,机械制动和电气制动,电气制动：,在电动机转子上加一个与转向相反 的制动电磁转矩，使电动机转速迅 速下降，或稳定在另一转速,常用,四、三相异步电动机的制动 控制线路,1. 三相异步电动机能耗制动控制电路,能耗制动是指电动机脱离交流电源后，立即在定子绕组的任意两相中加入一直流电源，在电动机转子上产生一制动转矩，使电动机快速停下来 。,能耗制动采用直流电源，故也称为直流制动。 按控制方式有时间原则与速度原则。,1） 按速度原则控制的电动机单向运行能耗制动控制电路,假设速度继电器的动作值调整为120r/min，释放值为100 r/min。合上开关QS，按下起动按钮SB2,SB1动合触点后闭合，使KM2线圈通电自锁。KM2主触点闭合，交流电源经整流后经限流电阻向电动机提供直流电源，在电动机转子上产生一制动转矩，使电动机转速迅速下降,KM1通电自锁，电动机起动,当转速上升至120 r/min，KV动合触点闭合，为KM2通电作准备。电动机正常运行时，KV动合触点一直保持闭合状态,停车时，按下停车按钮SB1SB1动断触点首先断开，使KM1断电接触自锁，主回路中，电动机脱离三相交流电源,当转速下降至100 r/min，KV动合触点断开，KM2断电释放，切断直流电源，制动结束,2） 按时间原则进行控制的电动机可逆运行能耗制动控制电路,2. 三相异步电动机反接制动控制电路,反接制动是利用改变电动机电源的相序， 使定子绕组产生相反方向的旋转磁场， 因而产生制动转矩的一种制动方法,电路控制过程,五、其他典型控制环节,案例4：下图是一台X53K立式铣床，它是一种常用的加工设备，由底座、床身、悬梁、工作台、升降台等组成，其电源开关安装在图中所示床身A处，按钮分别位于床身和工作台前的A、B两处。当需要进行铣削加工时，必须先在A处合上总电源，而起动和停止可在A、B任意一处进行，即可在A处起动，A或B处停止，也可在B处起动，A或B处停止。是一种典型的两地控制方式。,1. 多地控制电路,位置A装有起动 按钮SB2、停止 按钮SB1，在B 位置装有启动 按钮SB4、停 止按钮SB3， 则在A、B两位 置都能实现对 电动机的起停 控制,控制原则：起动按钮并联，停止按钮串联,2. 顺序起停控制电路,正序起动，同时停止或单独停止M2,正序起动逆序停止,3. 间歇运行控制,如用KM主触点控制 电动机，则此电路可 实现电动机间歇运行 控制,4. 自动往返控制环节,运动部件自动往返示意图,当部件运动到使其上的撞块B压下行程开关SQ2时，SQ2动断触点断开，KM1失电释放，SQ2动合触点闭合，使KM2得电自锁，电动机正转变为反转，拖动运动部件朝右运动,当撞块A压下行程开关SQ1时，电动机又由反转变正转。如此周而复始，运动部件即在受限制的行程范围内进行往返运动,KM1通电自锁， 电动机正转，拖 动运动部件向左 运动,合上开关QS，按下 起动按钮SB2,六、电动机控制的保护环节,1. 短路保护 电机、电器以及导线的绝缘损坏或线路发生故障时，都可能造成短路事故。短路电流可能使电器设备损坏，因此要求一旦发生短路故障时，控制线路能迅速切断电源。常用的短路保护元件有熔断器和自动开关。 由于熔断器价格便宜，断弧能力强，所以一般电路几乎无例外地用它作短路保护。但是熔体的品质、老化及环境温度等因素对其动作值影响很大。用其保护电动机时，可能只有一相熔体烧断而造成电动机单相运行，用自动开关作短路保护则能克服这些缺陷。当出现短路时，其电流线圈动作，将整个开关跳开，三相电源同时被切断。自动开关还兼有过载保护和欠压保护，不过其结构复杂，价格贵，不宜频繁操作，一般用在要求高的场合。,2.过电流保护 电动机不正确地起动或负载转矩剧烈增加会引起电动机过电流运行。一般情况下这种过电流比短路电流小，但比电动机额定电流却大得多。在电动机运行过程中产生过电流比发生短路的可能性更大，尤其是在频繁正反转起动的重复短时工作制的电动机中更是如此。过电流的危害虽没有短路那么严重，但同样会造成电动机的损坏。 原则上，短路保护所用元件可以用作过电流保护，不过断弧能力可以要求低些，完全可以利用控制电动机的接触器来断开过电流，因此常用瞬时动作的过电流继电器与接触器配合起来作过电流保护，过电流继电器作为测量元件，接触器作为执行元件断开电路。,3.过载保护 电动机长期超载运行，绕组温升将超过其允许值，造成绝缘材料变脆，寿命减少，严重时会使电机损坏。过载电流越大，达到允许温升的时间就越短。常用的过载保护元件是热继电器。 由于热惯性的原因，热继电器不会受电动机短时过载冲击电流或短路电流的影响而瞬时动作，所以在使用热继电器作过载保护的同时，还必须设有短路保护，选作短路保护的熔断器熔体的额定电流不应超过4倍热继电器发热元件的额定电流。,4.零电压和欠电压保护 在电动机运行中，如果电源电压因某种原因消失，那么在电源电压恢复时，如果电动机自行起动，将可能使生产设备损坏，也可能造成人身事故。对供电系统的电网来说，同时有许多电动机及其它用电设备自行起动也会引起不允许的过电流及瞬间网络电压下降。为了防止电网失电后恢复供电时电动机自行起动的保护叫做零电压保护。 当电动机运行时，电源电压过分地降低将引起一些电器释放，造成控制线路工作不正常，甚至产生事故。因此，在电源电压降到允许值以下时，需要采用保护措施，及时切断电源，这就是欠电压保护。 。,5.弱磁保护 直流电动机在磁场有一定强度情况下才能起动，如果磁场太弱，电动机的起动电流就会很大；直流电动机正在运行时磁场突然减弱或消失，电动机转速就会迅速升高，甚至发生“飞车”，因此需要采取弱磁保护。弱磁保护是通过在电动机励磁回路串入欠电流继电器来实现的。在电动机运行中，如果励磁电流消失或降低太多，欠电流继电器就会释放，其触头切断主回路接触器线圈电路，使电动机断电停车。,图2-17 电动机常用保护线路,单元自测判断题,1.全压启动的优点是电气设备少、线路简单、电流小。 2.电气安装图包括电器安装图和互连图两部分。 3、电动机星形降压启动瞬间，电流和启动转矩均为三角形启动时的1/3。 4、绕线式异步电动机启动时可在转子电路中串电阻，达到减小启动电流、增大启动转矩的目的。 5、电葫芦控制和车床拖板箱快速移动的电机控制通常采用带自锁的控制。,6、电动机的正反转控制电路中，连锁控制可有可无。 7、鼠笼式异步电动机的调速方法有变极调速、变频调速和变转差率调速。 8、常用的电气制动有能耗制动和再生发电制动。 9、多地控制同一台电动机时，启动控制按钮相串联，停止按钮相并联。 10、直流电动机一般只采用能耗制动和反接制动。,对：2. 3. 4. 7. 10.,单元自测选择题,1、自锁环节应将接触器的常开触点与（ ）按钮相并联。 常开; 常闭; 任意 2、电动机正、反转控制电路中，应将正转接触器的（ ）触点串联于反转接触器的控制电路中。 常开; 常闭; 任意 3、三相异步电动机的能耗制动控制电路必须有（ ）控制功能。 位置; 时间; 调速 4、异步电动机反接制动时，采用对称式电阻接法，在限制制动转矩的同时也限制了（ ）。 制动电流; 启动电流; 制动电压 5、绕线式异步电动机通常采用（ ）方法启动。 转子绕组串电阻; 变频; 变极 6、