《电气控制技术》PPT课件.ppt

课题四 电气控制技术,一、常用低压电器 低压电器是指工作在交流电压小于1200V、直流电压小于1500V的电路中起通断、控制、调节及保护作用的电器。 一般按用途可分为： （1）低压控制电器 包括接触器、继电器、主令电器和电磁离合器等，主要用于电气控制系统中，实现发布指令、控制系统状态及执行动作等作用。 （2）低压配电电器 包括刀开关、转换开关、熔断器和自动开关等，主要用于低压配电系统中，实现电能的输送、分配和保护电路及用电设备的作用。,按低压电器的动作方式不同可分为： （1）手动电器 指依靠人工直接操作完成动作切换的电器，如按钮、刀开关等。 （2）自动电器 指依靠电器本身参数变化或外来信号的作用而自动完成动作切换或状态变化的电器，如接触器、继电器等。,（一）接触器 1、交流接触器,交流接触器主要由以下四部分组成： （1）电磁系统 电磁系统由线圈、动铁心（衔铁）、静铁心和复位弹簧组成。 （2）触点系统 触点是电器的执行元件，起接通和断开电路的作用。 （3）灭弧装置 容量在10A以上的接触器都有灭弧装置。 （4）其他部分 包括反作用弹簧、缓冲弹簧、触点压力弹簧、传动机构、接线柱和外壳等。,2、直流接触器 直流接触器的结构和工作原理与交流接触器相类似，主要由直流电磁机构、触点系统和灭弧装置等组成。常用的型号有CZ0和CZ18等系列，用于直流电的电气控制系统电路中。 3、接触器的选用 接触器的选用主要考虑如下因素： （1）根据负载性质确定接触器的类型，即直流负载选用直流接触器，交流负载选用交流接触器。 （2）接触器的额定电压与额定电流应大于或等于所控制负载的额定电压与额定电流。 （3）线圈额定电压应与所控制电路的电压相一致。 （4）接触器的触点种类和触点数量应满足主电路和控制电路的控制要求。,（二）继电器 1、电压、电流继电器,根据输入线圈中电压（电流）大小而决定执行机构是否动作的继电器称为电压（电流）继电器。,2、中间继电器,中间继电器是用来转换控制信号的中间环节，以增加控制信号的触点数量或提高控制信号的功率。,3、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，常用于电动机的过载保护。,4、时间继电器,时间继电器是一种接收信号（线圈通电或断电）后，经过一定的延时才能输出信号（触点的闭合或断开）的控制电器。按其动作原理与构造不同，可分为电磁式、空气阻尼式、电动式和晶体管式等；按其延时方式可分为通电延时型和断电延时型两种。,5、速度继电器,速度继电器是当转速达到规定值时触点动作的继电器。,（三）熔断器,熔断器在低压电路中主要用于短路和严重过载时的保护。 熔断器主要由熔体和安装熔体的绝缘管或绝缘底座两部 分组成。常用的熔断器有： （1）瓷插式熔断器 它具有结构简单、价格低廉、使用方便等特点，多用于照明和控制系统中。常用的产品有RC1A系列。 （2）螺旋式熔断器 它是一种有填料的封闭管式熔断器，具有体积小、更换熔丝安全方便，有熔体熔断的指示标记等特点，多用在配电电路中作短路保护。,（四）主令电器 1、按钮 按钮是一种手动且能自动复位的主令电器。 按钮一般由按钮帽、复位弹簧、桥式动触点、静触点和外壳等组成。,2、行程开关 行程开关又称限位开关，是用来检测运动部件位移，并转换成电信号，控制机械运动的主令电器。,3、接近开关 接近开关是无触点开关，用于机械设备时，它能象行程开关一样起限制行程的作用。按工作原理分，有高频振荡型、电容型、感应电桥型、霍尔效应型及永久磁铁型等多种，其中以高频振荡型最为常用。,（五）低压隔离器,1、刀开关 刀开关主要由操作手柄、刀片、触点座和底板等组成。 刀开关在安装时应注意： （1）闸刀在合闸状态时，手柄应朝上，不准倒装或平装，以防造成安全事故。 （2）电源进线应接在刀开关的上 端，负载接在下端，这样拉闸后 刀片与电源隔离，可防止意外事 故发生。,2、转换开关 转换开关又称组合 开关，有单极、双极和 多极之分，常用作电源 的引入开关，也可用作 直接控制小容量异步电 动机非频繁启动和停止 的控制开关，以及控制 电路的转换开关等。,（六）低压断路器,低压断路器又称自动开关，是一种既有手动开关作用又能进行短路、过载和欠压失压保护的电器。,二、 电气控制基本环节 （一）国家电气制图标准简介,为了便于对电气控制系统进行设计、分析、安装、调试和检修，必须采用国家标准规定的统一的图形符号和文字符号表示电气控制系统中各电器元件及其连接关系，这种图就是电气控制系统图，它主要有三种形式：电气原理图、电气安装图和电气接线图。,1、电气原理图,（1）原理图一般分为主电路、控制电路、照明电路、信号电路等。 （2）为阅图方便，各电器元件一般应按动作顺序从上到下、从左到右依次排列。 （3）各电器元件和部件在原理图中的位置应根据便于阅读的原则安排，同一电器元件的各个部件（如线圈和触点）可以不画在一起，但必须用同一文字符号标注。 （4）图中所有电器触点都按“常态”绘制。 （5）为便于检索电气控制电路和阅图，将图面划分为若干区域。 （6）由于接触器、继电器的线圈和触点在电气原理图中不是画在一起的，为便于阅读，在接触器、继电器线圈的下方画出其触点的索引表。,2、电气安装图,电气安装图是用来表示电气控制系统中各电器元件在机械设备和电气控制柜的实际安装位置。各电器元件的安装位置是由机械设备的结构和工作要求所决定的，如电动机要与被拖动的机械部件连在一起；行程开关应放在能取得信号的位置；操作元件应放在操作方便的地方；一般电器元件应放在电气控制柜内。,3、电气接线图,电气接线图用来表示电气设备之间实际接线情况。绘制电气接先图时应把各电气元件的各个部分（如触点与线圈）画在一起；文字符号、元件连接关系、电路号码编制都必须与电气原理图一致。,（二） 电气控制电路的逻辑代数分析方法,1、逻辑代数 （1）“与”运算 “与”运算又称为逻辑“乘”，其逻辑函数式为： F=A B C “与”运算的运算法则是： 00= 0 01= 0 10= 0 11= 1,（2）“或”运算 “或”运算又称为逻辑“加”，其逻辑函数式为： F=A + B + C “或”运算的运算法则是： 0 + 0= 0 0 + 1= 1 1 + 0= 1 1 + 1= 1 （3）“非”运算 “非”运算又称为逻辑“非”，其逻辑函数式为： F=A,2、电器元件的逻辑表示,所谓电器元件的逻辑表示就是用逻辑代数中的“1”和“0”来表示电气控制电路中的线圈的“得电”与“失电”、触点的“闭合”与“断开”两种状态。为统一起见，规定用等分别表示接触器、继电器、按钮等电器的动合触点；用、等分别表示接触器、继电器、按钮等电器的动断触点；用“1”表示线圈得电、“0”表示线圈断电；用“1”表示触点的闭合、“0”表示触点的断开。,3、电路状态的逻辑表示,电路的连接千变万化，但都是由基本的串联与并联连接两种方式构成的。因此，我们可用逻辑“与”表示串联连接，用逻辑“或”表示并联连接。 4、电路的化简 用逻辑代数表示电路，最实用的结果就是可利用逻辑代数的运算法则和基本定律对电路进行化简。,（三）三相异步电动机的启动控制电路,1、直接启动控制电路,按下启动按钮SB2，接触器线圈KM得电，其主触点闭合，并且其辅助动合触点闭合，保持KM线圈一直处于通电状态，使电动机直接启动。此控制电路称为自锁电路。起自锁作用的触点称为自锁触点。 按下停止按钮SB1时，接触器线圈KM断电，电动机停止。,2、减压启动控制电路 （1）定子串电阻减压启动控制电路,（2）星三角形（Y）减压启动控制电路 电动机启动时， 其定子绕组接成星形， 每相绕组所承受的电 压为电源的相电压 （220V），启动完毕 后自动换接成三角形， 此时每相绕组所承受 的电压为电源的线电 压（380V）。,（四）三相异步电动机的制动控制电路,1、反接制动控制电路 反接制动是利 用改变电动机定子 绕组上三相电源的 相序，使定子产生 反向旋转磁场作用 于转子上而产生的 强力制动。,2、能耗制动控制电路 能耗制动是指在 电动机刚切除三相电 源之际，立即在定子 绕组中接入直流电源。 由于转子切割固定磁 场产生制动力矩，使 电动机的动能转变为 电能并消耗在转子的 制动上，故称能耗制 动。当转子转速为零 时，再切除直流电源。,（五）三相异步电动机的正反转控制电路,1、按钮控制的电动机正反转控制电路 在主电路 中，两个接触 器、触点接法 不同，故可改 变电动机电源 的相序，从而 改变电动机的 转向。,2、行程开关控制的电动机正反转控制电路,（六） 三相异步电动机的调速控制电路,电源频率固定后，电动机的转速与它的磁极对数P成反比。若能改变定子绕组的磁极对数，就可以改变电动机的转速。在多速电动机中，就是通过改变绕组的连接方法来改变磁极对数的。 1、 /YY接法,2、Y/YY接法,（七）电液控制,液压传动系统结构简单，可输出很大的推力和转矩，传递运动平稳、反应快、冲击小，控制方便，易于实现自动化。因此电气控制电路与液压传动系统相结合的电液控制在数控机床、组合机床等设备及自动化生产线中的应用越来越广泛。,1、滑台原位停止 当电磁铁YA1、YA2、YA3都断电时，电磁换向阀3处于中位，滑台停止不动。滑台在原位停止时行程开关ST1被挡铁压下，其动合触点闭合，动断触点断开。 2、滑台快进 把转换开关SC扳到位置1，按下按钮SB1，继电器KA1得电并自锁，其动合触点闭合，使电磁铁YA1、YA3得电，电磁换向阀2和3均处于左位，于是变量泵1输出的压力油经电磁换向阀3流入液压缸左腔，缸右腔的回油经换向阀3和2也进入缸的左腔，形成差动快速回路使滑台快速向前运动，此时ST1复位。,3、滑台工进 当滑台快速进给到挡铁压下行程开关ST2时，ST2的动合触点闭合，使KA2线圈得电并自锁，使电磁铁YA3断电，液压缸右腔的回油只能经调速阀4流回油箱，使滑台自动转换为工作进给。 4、滑台快退 当滑台进给到终点时，挡铁压下行程开关ST3，其动合触点闭合，使KA3线圈得电并自锁，YA1、YA3断电，滑台停止工进；YA2得电，电磁换向阀3处于右位，变量泵输出的压力油经换向阀3进入液压缸右腔，缸左腔的回油经换向阀3直接流入油箱，滑台快退。当滑台退回原位时，ST1被压下，其动断触点断开，使KA3断电，因此YA2也断电，换向阀3复位，滑台停止。,5、滑台的点动控制 将转换开关扳到位置2时，按下按钮SB1，KA1得电，使YA1、YA3也得电，滑台可向前快进。但由于KA1电路不能自锁，因此松开SB1后，滑台立即停止运动，即实现滑台点动向前调整。,（八）其他基本控制电路,1、长动与点动控制,2、多点控制 在大型设备中， 为了操作方便，常要 求能在多个地点进行 控制。将启动按钮并 联连接，停止按钮串 联连接，分别装在两 个地方，就可实现两 地控制，图中，SB1为 急停按钮，用于紧急 情况下的停车操作。,3、顺序启动控制 在装有多台电动机 的设备上，有时要求电 动机按一定的顺序启动， 才能保证操作过程的合 理和工作的安全可靠。 这些顺序关系反映在控 制电路上，称为顺序启 动控制。,4、电动机的保护 （1）短路保护 常用的短路保护元件有熔断器和断路器。 熔断器串联在被保护的电路中，当电路发生短路或严重过载时，熔断器的熔体自动熔断，从而切断电路，达到保护的目的。通常熔断器比较适用于动作准确度和自动化程度要求较低的系统中，如小容量的笼型异步电动机、一般的普通交流电源等。 断路器具有短路、过载和欠压失压保护功能，在电路发生上述故障时，能快速自动切断电源。断路器结构复杂、操作频率低，一般用于要求较高的场合，如低压配电盘的总电源开关及电动机变压器的合闸开关。,（2）过载保护 电动机在运行过程中，如果由于过载或其他原因使电流超过额定值时，将引起电动机过热。如果温度超过允许温升，就会使绝缘材料变脆，寿命减少，严重时使电动机损坏，因此，必须对电动机进行过载保护。常用的过载保护元件是热继电器。当电动机在额定电流下工作时，电动机为额定温升，热继电器不动作；在过载电流较小时，热继电器要经过较长时间才动作；过载电流较大时，热继电器则经过较短时间就会动作。,（3）欠压和失压（零压）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，造成控制电路工作不正常，可能产生事故；电源电压下降严重也会引起电动机转速下降甚至停转。因此需要在电源电压降低到一定允许值以下时将电源切断，这就是欠压保护。 当电动机运行时，遇到电源临时停电，在恢复供电时，如果未加防范措施而让电动机自行启动，很容易造成设备或人身事故。为了防止电源恢复时电动机自行启动的保护叫失压（零压）保护。,（4）过电流保护 过电流往往是由于不正确的启动和过大的负载转矩引起的，一般比短路电流要小，电动机在频繁进行正、反转和启、制动工作时，都容易产生过电流。一般用过电流继电器实现过电流保护，应将其串联在电动机主电路中。,三、 典型电气控制电路分析,1、分析主电路 明确主电路中电动机和电磁阀等执行电器的控制要求和内容。 2、分析控制电路 根据主电路的控制要求，找出各个控制环节，分析其控制原理。 3、分析辅助电路 结合控制电路，分析电源指示电路、照明电路、故障报警电路等辅助电路。 4、分析联锁与保护环节 机械设备有安全性和可靠性的要求，因此，控制电路中设置了电气联锁与电气保护。 5、总体检查 先分析局部电路的工作原理及控制关系，再理解各控制环节的联系，从而了解整个电气控制系统的原理。,（一） CJK6132数控车床电气控制,1、机床结构 CJK6132数控车床使用C6132普通车床的床身作为机床本体，配置数控系统。它主要由主轴箱、刀架、尾座、床身和控制面板等组成。X轴和Z轴使用步进电动机和滚珠丝杠驱动，主轴使用交流变频电动机驱动，在主轴箱上设置的低速大扭矩变速手柄，可以满足特殊工序的需要。在主轴末端安装主轴脉冲编码器，以进行螺纹切削。机床的刀架使用四方电动刀架，可以安装四把加工刀具