2第二章 基本控制电路

电气控制与 PLC 浙江丽水职业技术学院 赵 洪 第 2章 基本控制电路 目的 ： 学习由电器元件组成的鼠笼式三相交流异步电动机起、停，正反转，多地，多条件控制电路的基本原理；降压起动控制电路；制动控制电路；变极调速。绕线式异步电动机的控制电路；电液控制技术；直流电动机基本控制电路。 要求 ： 领会常用控制电路的设计思想，学会分析基础电路的工作原理，熟记起停、正反转、两地控制等电路的电路结构及特点，并要求能够熟练画出这些电路。 第 2章 基本控制电路 2.1 电气控制线路图的绘制及分析 2.2 全压起动及其主要控制环节 2.3 三相交流异步机降压起动控制电路 2.4 三相交流异步机制动控制电路 2.5 变极调速控制线路 2.6 绕线式异步电动机的控制电路 2.7 电液控制技术 2.8 直流电动机基本控制电路 2.1 电气控制线路图的绘制及分析 用以描述电气控制设备电气原理及安装、调试用的工艺性图纸，主要包括电气原理图、电气安装位置图、电气安装接线图和电气安装互连图等。 2.1.1 电气线路图 2.1.2 电气原理的读图方法 2.1.1 电气线路图 电气线路图： 电气线路图是指描述控制线路接线关系和原理的图纸，分为电气原理图和电气安装接线图。 电气原理图的分类： 主：强电流通过部分 辅：控制、照明、指示 电气原理图的绘制规则： 主：粗实线 辅：细实线 电气符号画法： 一般垂直放置，也可以逆时针转动 90水平放置。 图中电器元件的状态为常态（未压动、未通电 ） 2.1.2 电气原理的读图方法 1、查线读图法（常用方法）： 按照由主到辅，由上到下，由左到右的原则分析电气原理图。较复杂图形，通常可以化整为零，将控制电路化成几个独立环节的细节分析，然后，再串为一个整体分析。 2、逻辑代数法 用逻辑代数描述控制电路的工作关系。 2.2 全压起动及其主要控制环节 本节主要描述小型电动机的全压起动及其主要控制环节，（电动机的启动方法和原理已由电机课程进行过理论研究）有起停控制、正反转控制电路、其它环节等。 2.2.1 起停控制 2.2.2 正反转控制电路 2.2.3 其它环节 2.2.1 起停控制 手动控制操作方法： 手动合上 QS，电动机 M工作；手动切断 QS，电动机 M停止工作。 电路保护措施： FU 短路保护 电路优点：控制方法简单、经济、实用。 电路缺点：保护不完善，操作不方便 、自动起停控制 主电路 ： 三相电源经 QS、 FU1、 KM的主触点， FR的热元件到电动机三相定子绕组。 控制电路 ： 用两个控制按钮，控制接触器 KM线图的通、断电，从而控制电动机（ M）启动和停止。 起动过程分析 ： 合上 QS，按动起动按钮 SB1 KM线圈通电并自锁 M通电工作。 KM自锁触点，是指与 SB1并联的常开辅助触点，其作用是当按钮 SB1闭合后又断开， KM的通电状态保持不变，称为通电状态的自我锁定。 停止按钮 SB2，用于切断 KM线圈电流并打开自锁电路，使主回路的电动机 M定子绕组断电停止工作。 起停控制电路的保护分析 过载保护 ： 热继电器 FR用于电动机过载时，其在控制电路的常闭触点打开，接触器 KM线圈断电，使电动机 M停止工作。排除过载故障后，手动使其复位，控制电路可以重新工作。 短路保护 ： 熔断器组 FU1用于主电路的短路保护， FU2用于控制电路的短路保护。 零压保护 ： 电路失电复上电，不操作起动按钮， KM线圈不会再次自行通电，电动机不会自行起动。 KM线圈通电的逻辑表达式： 2.2.2 正反转控制电路 正反转实现的方法 ：改变电源相序（两根火线对调）。 1、正反转基本控制电路： 主电路 ： KM1主触点接通正相序电源 M正转。 KM2主触点接通反相序电源 M反转。 控制电路 ： SB1控制正转， SB2控制反转， SB3用于停止控制。 KM的常闭触点用于互锁控制，即使在接触器故障情况下，也可以保证不发生主电路短路现象。 2、按钮联锁功能 图 2.2.3的电气操作只能按正、停、反或反、停、正的方式进行操作。电路不能正反、反正操作控制，给设备的操作带来诸多不便。 图 2.2.4使用按钮连锁，首先使用和常开触点联动的常闭触点的断开对方支路线圈电流，再利用常开触点的闭合接通通电线圈电流。可以很方便地使电动机由正转进入反转，或由反转进入正转。 3、工作台自动循环控制 工作台 移动机构示意 在工作台的移动机构和固定部件上分别装置的行程开关和档铁（压动行程开关用），当移行机构运动到某一固定位置时，压动行程开关，取代人手接动按钮的功能，实现自动循环控制。 右图 SQ1用于正转控制， SQ2用于反转控制， SQ3、 SQ4的常闭触点用于极限位置的保护。 综合 电气原理图中电器元件各部分符号与实际位置无关，可根据原理，将电气符号画在任何需要的电路位置。 2.2.3 其它环节 1、点动 （在长动基础上的点动） 用途：适用于电动机短时间调整的操作。 按钮操作： SB3常闭触点用来切段自锁电路实现点动。 转换开关控制： SA合上，有自锁电路， SB2为长动操作按钮； SA断开，无自锁电路， SB2为点动操作按钮。 中间继电器 KA控制：按动 SB2、 KA通电自锁， KM线圈通电，此状态为长动；按动 SB3、 KM线圈通电，但无自锁电路，为点动操作。 2、多地控制 定义： 多地控制电路设置多套起、停按钮，分别安装在设备的多个操作位置，故称多地控制。 特点： 起动按钮的常开触点并联，停止按钮的常闭触点串联。 操作： 无论操作哪个启动按钮都可以实现电动机的起动；操作任意一个停止按钮都可以打断自锁电路，使电动机停止运行。 3、多条件控制 电路用途 ： 多条件启动控制和多条件停止控制电路，适用于电路的多条件保护。 电路特点 ： 按钮或开关的常开触点串联，常闭触点并联。多个条件都满足（动作）后，才可以起动或停止。 4、顺序控制 用途： 用于实现机械设备依次动作的控制要求。 主电路顺序控制： KM2串在 KM1触点下，故只有 M1工作后 M2才有可能工作。 4、顺序控制 控制电路的顺序控制： a） KM1的辅助常开触点起自锁和顺控的双重作用。 b）单独用一个 KM1的辅助常开触点作顺序控制触点。 c） M1 M2的顺序起动、 M2 M1的顺序停止控制。 顺序停止控制分析： KM2线圈断电， SB1常闭点并联的 KM2辅助常开触点断开后， SB1才能起停止控制作用，所以，停止顺序为 M2 M1。 综合 基本电路的结构特点： 1.自锁 接触器常开触点与按钮常开触点相并联。 2.互锁 两个接触器的常闭触点串联在对方线圈的电路中。 3.点动 无自锁环节。 4.多地 按钮的常开触点并联、常闭触点串联。 5.多条件 按钮的常开触点串联、常闭触点并联。 2.3 三相交流异步电动机降压起动控制电路 用途 ： 三相交流异步电动机的降压起动，用于大容量三相交流异步电动机空载和轻载起动时减小起动电流。 降压启动控制电路 ： Y- 起动、自耦补偿起动、延边三角形起动控制电路。 要求 ： 熟记 Y- 起动控制电路结构和工作原理，掌握自耦补偿起动和延边三角形降压起动电路工作原理的分析方法 2.3.1 Y- 降压起动 降压原理： 起动时，电动机定子绕组 Y连接，运行时连接。 Y- 降压起动控制电路 主电路分析： KM1、 KM3 Y起动， KM1、 KM2 运行。 讨论： KM1、 KM2、 KM3容量关系。 Y- 降压起动过程分析： 按下起动按钮 SB2 KM1线圈通电自锁 KM3线圈通电 -M作 Y接起动； KT线圈通电延时 KM3线圈断电 KM2线圈通电自锁 -M作接行。 KT线圈断电复位。 2.3.2、自耦补偿起动 降压原理 ：起动时电动机定子绕组接自耦变压器的次级，运行时电动机定子绕组接三相交流电源，并将自耦变压器从电网切除。 主电路 ：起动时， KM1主触点闭合，自耦变压器投入起动；运行时， KM2主触点闭合，电动机接三相交流电源， KM1主触点断开，自耦变压器被切除。 讨论： KM2与 KM1的控制要求； KM1主触点的容量。 控制电路： 起动过程分析 按动 SB2 KM1线圈通电自锁 电动机 M自耦补偿起动； KT线圈通电延时 -KA线圈通电自锁 KM1、 KT线圈断电 -KM2线圈通电 电动机 M全压运行。 2.3.3、延边三角形降压起动 原理 ：绕组连接 67、 48、 59构成延边三角形接法，绕组连接 16、 24、 35为接法。 延边三角形降压起动控制电路 主电路分析 KM1、 KM3使接点 1、 2、 3接三相电源， 67 、 48、 5 9对应端接在一起构成延边三角形接法，用于降压起动。 KM1、 KM2使接点 16、 24、 35接在一起，构成连接，用于全压运行。 控制电路与 Y- 起动控制电路相同，不再分析。 2.4 三相交流异步机制动控制电路 主要内容 ： 机械抱闸制动，能耗制动，反接制动。 要求 ： 了解各种制动方法的实现电路，以及能耗制动限流电阻的计算原则，掌握能耗和反接制动电路的原理分析。 2.4.1 机械制动 1、常用方法： 电动抱闸制动 、电磁离合器制动 （多用于断电制动）。 2.4.1 机械制动 2、 制动原理： 断电电磁抱闸制动方式： 电磁抱闸的电磁线圈通电时，电磁力克服弹簧的作用，闸瓦松开，电动机可以运转。 电磁离合器制动方式 （结构） 电磁离合器的电磁线圈通电，动、静摩擦片分离，无制动作用，电磁线圈断电，在弹簧力的作用下动、静摩擦片间产生足够大的摩擦力而制动。 3、 控制电路分析 启动时，接触器 KM线圈通电时，其主触点接通电动机定子绕组三相电源的同时，电磁线圈 YB通电，抱闸（动摩擦片）松开，电动机转动。 停止时，接触器 KM线圈断电 电动机M断电 电磁铁线圈 YB失电 实现抱闸或电磁制动。 2.4.2 电气制动 用途： 电气制动多用于电动机的快速停车。常用方法有能耗制动和反接制动。 1、 能耗制动 制动原理 制动时，在切除交流电源的同时，给三相定子绕组通入直流电流。 限流电阻的计算： 电路设计时，根据 IZ=（ 1.5 4） IN的原则，选取直流电流电压等级，以及限流电阻的功率和阻值。 主电路 直流电源的获取方法，交流电源（降压）经整流（半波、全波、桥式）。 图 2.4.3主电路中接触器 KM1的主触点闭合时，电动机 M作电动工作。 接触器 KM2主触点用于能耗制动时为定子绕组通入直流电流。 控制电路（按时间原则控制） 起动 ： 按动起动按钮 SB2KM1线圈通电自锁，电动机 M作电动运行。 制动 ： 按动停车按钮 SB1KM1线圈断电复位 KM2线圈通电自锁 电动机 M定子绕组切除交流电源，通入直流电源能耗制动。 SB1KT 线圈通电延时 KM2线圈断电复位 KT线圈断电复位。 2、反接制动 工作原理： 反相序电源制动，转速接近零时，切除反相序电源。 主电路： KM1电动运行； KM2通入反相序电源，反接制动。 限制反接制动电流。 控制电路 （速度控制原则） 起动 ：接动启动按钮 SB2KM1通电自锁 电动机 M通入正相序电源转动。 停止 ：按动停车按钮 SB1KM1线圈断电复位 KM2线圈通电自锁，实现反接制动，转速 n接近零时，速度继电器 KS常开触点打开 KM2线圈断电，反接制动结束。 习题 2-17 按速度控制原则设计低压直流供电的能耗制动控制电路。 2.5 变极调速控制线路 2.5.1 双速电机（鼠笼式三相交流异步电动机） 、 双速电机的变极方法 U1V1W1端接电源， U2V2W2开路，电动机为接法（低速） U1V1W1端短接， U2V2W2端接电源为 YY接法（高速） 注意 ，变极时，调换相序，以保证变极调速以后，电动机转动方向不变。 2.5.1 双速电机 2、主电路 ： KM1主触点构成接的低速接法。 KM2、 KM3用于将 U1V1W1端短接，并在 U V W端通入三相交流电源，构成 YY接的高速接法。 3、控制电路 图 a电路中，按钮 SB1实现低速起动和运行。按钮 SB2使 KM2、 KM3线圈通电自锁，用于实现 YY变速起动和运行。 图 b 电路在高速运行时，先低速起动，后高速（ YY）运行，以减少启动电流。 4、双速电机控制电路图 B分析 选择开关 SA合向高速 时间继电器 KT线圈通电延时 KM1线圈通电，电动机 M作低速启动。 KT延时时间到 KM1线圈断电复位 KM2、 KM3线圈通电 电动机 M作 YY接法高速运行。 选择开关 SA合向低速 KM1线圈通电，电动机 M作低速转动。 选择开关 SA合向 0位时，电动机停止运行。 2.5.2 三速电机控制 1、变极原理 三速电机定子有 2套绕组， 1套可作为接法和 YY接法的双速绕组，另 1套为 Y型接法的中速绕组。 2、主电路 KM1主触点（ 4个）构成低速连接，其中 W1U3接到 W1点。 KM2主触点构成中速 Y连接，此时 U3W1断开以避免交流。 KM3、 KM4主触点构成高建双星形连接（ KM3构成 Y点） 3、控制电路 SB1用于 KM1的起停控制， SB2用于 KM2的起停控制，SB3用于 KM3和 KM4的起停控制。 2.6绕线式异步电动机控制电路 电路类型 ：起动（调速）和制动控制电路。 电路特点 ：绕线电机过流能力弱，故需要设置过流保护装置，实现过流、过载、短路保护功能。 2.6.1 起动控制 绕线式异步机常用的起动控制有转子串电阻分级起动和转子串频频变阻器起动。 、电流原则控制转子串电阻分级起动 控制原则：电流控制型 、电流原则控制转子串电阻分级起动 主电路： R1 R3转子外串电阻； KA1 KA3转子电流检测用电流继电器（欠流复位型）； KM1 KM3转子电阻的旁路接触器。 控制电路分析 按动起动按钮 SB2KM4线圈通电自锁 中间继电器 KA4线圈通电、转子串全电阻起动。 转速 n，电流 I过流继电器 KA1复位 KM1线圈通电 切除转子电阻 R1、I； 随着转速 n，电流 I过流继电器KA2复位 KM2线圈通电 切除转子电阻 R2、 I； 转速 n，电流 I过流继电器 K 3复位 KM3线圈通电 切除 R3，转速n上升直到电动机起动过程结束。 2、时间原则控制转子串电阻分级起动 起动条件 ： KM1、 KM2、 KM3均为原态时，方可起动。 起动过程 ： 按动 SB2KM4 线圈自锁 电动机 M串全电阻起动，同时 KT1线圈通电延时 KM1线圈通电 切除 R1，同时 KT 线圈通电延时 KM 线圈通电 切除 R ，同时KT3线圈通电延时 KM3线圈通电自锁 切除 R3， KT1， KM1， KT2， KM2，KT3等线圈依次断电复位，启动过程结束。 3、转子串频敏变阻器起动控制电路 频敏变阻器的工作原理： 随 nf2，转子等效铁耗电阻自动减小，从而达到无级自动切除的目的。 主电路： KM1引入电源。转子 RF为频敏变阻器等效电阻， KM2用于起动结束后切除频敏变阻器 RF。 绕线式异步电动机通常采用过流继电器进行保护，本图采用热继电器做过载保护。 电动机功率及电流很大，热继电器可经电流互感器接入。为提高保护精度，起动时将热元件 FR短接，运行时投入。 控制电路起动过程分析： 按动 SB2KM1线圈通电自锁 M串RF起动。同时， KT通电延时 时间到，KA线圈通电自锁 KM2线圈通电 KT线圈断电复位，转子切除 RF， M进入运行状态。 2.6.2 绕线机的能耗制动 1、二级起动过程分析： SA合向位置 3KM线圈通电 M串全电阻起动，同时， KT线圈通电，为制动作准备； KT1线圈通电延时 KM1线圈通电 切除 R1，同时， KT2线圈断电延时 KM2线圈通电，电动机转子切除 R2，进入运行状态。 2、能耗制动过程分析 能耗过程： 停车制动时，将 SA扳回 0位， KM， KM1， KM2线圈均断电，切除电动机交流供电电源； KM线圈断电 KM3线圈通电 KM2线圈通电短接转子电阻， 电动机 M定子绕组通入直流电流，进行能耗制动； KT线圈断电延时时间到 KM3线圈断电 KM2线圈断电，能耗制动过程结束。 3、能耗制动电路保护措施 过流继电器 KA1 3用于过流时切除交流电源； KA4用于直流能耗制动过流时切除直流制动电源；过电压继电器 KV用于过压时切除控制电路和电动机 M的供电电源。 2.7电液控制技术 重点 ：液压系统的基础，电液控制的方法 难点 ：液压部件的认识 要求 ：了解液压系统的控制方法及电磁铁的驱动要求，会简单设计液压控制电路。 1、液压系统基础 控制部件： 电磁阀（ YV）：二位二通液压电磁换向阀；三位五通电磁换向阀； YA：电磁线圈（直流） 溢流阀（压力阀）；调速阀（节流阀）；单向阀 动力部件：液压泵及电动机 执行部件：液压缸（活塞），液压马达 辅助装置：油箱，油管，过滤器 2、液压动力滑台 液压系统工作原理： 滑台进给工步图 快进： YA1， YA3通电 工进： YA1通电 停止： YA1维通，溢流阀工作 快退： YA2通电 控制电路分析 选择开关 SA合向自动工作位置的自动循环过程： 按动 SB1KA1 线圈通电自锁 YA1、 YA3线圈通电，滑台快进；至压下 SQ2KA2 线圈通电自锁 YA3线圈断电，滑台工进；压下 SQ3 滑台逗留； KT线圈通电延时 KA3线圈通电自锁 YA1，KA2线圈断电 YA2