第2章 电气控制基本电路2.ppt

第2章 电气控制基本电路,2.1 三相异步电动机的典型控制,点动控制 连续控制 点动、连续控制 正、反转控制 自动往返控制 顺序控制 多地控制,2.1 三相异步电动机的典型控制,A,B,C,KM,FU,QS,B,C,KM,SB,一、点动控制,动作过程,控制电路,主电路,二、电动机连续运行,注意：接触器线圈电压380V时，采用此种接线方式。,单向直接起动控制电路,动画演示,KM,SB1,KM,SB2,FR,A,B,C,KM,FU,QS,FR,电流成回路， 只要接两相就可以了。,三、异步机的直接起动 + 过载保护,电动机的过载保护热继电器,QS,FR,方法一：用复合按钮。,四、点动+连续运行,主电路,控制电路,SB,KA,SB1,KA,SB2,FR,KM,KA,方法二：加中间继电器（KA）。,FR,动画演示,具有自锁接点的控制电路，称作连续动作控制，简称连动控制。 进行短时的操作调整控制，称为点动控制。,图2-10点动控制,接点竞争,在开关电路中，一个开关原变量由0变为1或由1变为0时，其反变量则由1变为0或由0变为1有一个过渡过程。过渡过程的快慢将对时序电路的影响称为接点竞争。,图2- 11按钮的动作过程对时序电路的影响,可以点动控制,不可以点动控制,动画演示,例如：甲、乙两地同时控制一台电机。,方法：两起动按钮并联；两停车按钮串联。,五、多地点控制,多地点起动停止控制,控制要求： 1. M1 起动后，M2才能起动 2. M2 可单独停,六、顺序控制,顺序控制电路（1）：两电机只保证起动的先后顺序， 没有延时要求。,控制电路,两台电动机顺序起动控制电路,动画演示,顺序控制电路(2)：M1起动后，M2延时起动。,实现M1起动后M2延时起动的顺序控制，用以下电路可不可以？,不可以！ 继电器、 接触器的线 圈有各自的 额定值， 线圈不能串 联。,方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。,电动机 正转,电动机 反转,三相异步电动机的正、反转,七、 电机的正反转控制,操作过程：,正转,电机的正反转控制 加互锁,互锁作用：正转时，SBR不起作用；反转 时，SBF不起作用。从而避免两触发器 同时工作造成主回路短路。,KMF,SB1,KMF,SBF,FR,KMR,KMR,M 3,A,B,C,KMF,FU,Q S,FR,KMF,SB1,KMF,SBF,FR,KMR,KMR,KMR,KMF,电机的正反转控制双重互锁,KMR,M 3,A,B,C,KMF,FU,QS,FR,正反转直接起动控制电路,动画演示,电机正反转 实物接线图,正反转直接起动控制电路,图2- 13正反转控制电路,互锁控制,常用的互锁有输入互锁和输出互锁。互锁主要用于控制电路中有二路或多路输出时保证只有其中一路输出。,图2-12 常用的互锁形式,互锁接点的另外两种作用,一是减少或消除主触点在正反转互换时产生的电弧对触点的损坏。 二是可以防止主触点因电弧而熔焊在一起时再反向起动时正反转主触点同时闭合而造成短路。,八、 行程控制,正程,逆程,B,A,行程控制电路（1）,正程,限位开关,SQA,SQB,逆程,（反向运行同样分析）,行程控制(2) -自动往复运动,正程,逆程,电 机,工作要求：1. 能正向运行也能反向运行 2. 到位后能自动返回,自动往复运动控制电路,工作台往复运动自动控制电路,动画演示,例一：运料小车的控制,设计一个运料小车控制电路，同时满足以下要求： 1. 小车启动后，前进到A地。然后做以下往复运动： 到A地后停2分钟等待装料，然后自动走向B。 到B地后停2分钟等待卸料，然后自动走向A。 2. 有过载和短路保护。 3. 小车可停在任意位置。,控制电路举例,运料小车控制电路,SQa 、SQb 为A、B 两端的限位开关,KTa 、KTb 为 两个时间继电器,该电路的问题：小车在两极端位置时，不 能停车。,动作过程,SBFKMF 小车正向运行 至A端撞STa KTa 延时2分钟 KMR 小车 反向运行至B端 撞STb KTb 延时2分钟 KMF 小车正 向运行如此往 反运行。,例二：工作台位置控制,起动后工作台控制要求：,工作台位置控制电路,A正转12,B反转34,A反转21,B正转43,工作台位置控制电路,该电路有何 问题？,电路的改进方法同前：,加中间继电器（KA）,2.2 控制电路的基本逻辑概念,电气控制电路根据逻辑关系可以分成三个组成部分： 输入元件 是控制电路的输入逻辑变量，用于对电路的控制，可分为主令元件和检测元件。 主令元件 是人向控制电路发布控制指令的元件、如按钮、开关等。 检测元件 是电路和电气控制设备本身向控制电路发布控制指令的元件，用于对电路和电气控制设备的某些物理量(如行程距离、温度、转速、压力、电流等)的检测。常用的检测元件有行程开关、接近开关、热继电器、电流继电器、速度继电器等。 中间逻辑元件 是控制电路的中间逻辑变量,用于对电路中变量的逻辑变换和记忆等作用，常用的中间逻辑元件有中间继电器、通用继电器、时间继电器及计数器等。 输出执行元件用于对电路控制结果的执行。是控制电路的输出逻辑变量。可分为有记忆功能和无记忆功能两种，有记忆功能的输出执行元件常用的有接触器、继电器等。无记忆功能的输出执行元件常用的有信号灯、报警器、电磁铁、电磁阀、电动机等。,2.2.1 控制电路的基本组成,2.2.2 控制电器的状态和值,对于输入元件，我们规定： 开关电器未受外力的原始状态为0状态， 开关电器受外力而动作的状态为1状态， 开关、接点在断开时的值为0，闭合时的值为1。 在未受外力的原始状态下处于断开状态时的开关(接点)，称为常开开关(接点)， 处于接通状态时的开关(接点)，称为常闭开关(接点)。 常开开关(接点)在原始状态下时的值为0。 常闭开关(接点)在原始状态下时的值为1。 对于中间逻辑元件和输出执行元件也有两种状态，一种是失电状态，一种是得电动作状态。我们规定： 元件在失电状态下的值为0，对于有记忆元件常开接点的值为0，常闭接点的值为1。 元件在得电状态下的值为1，对于有记忆元件常开接点的值为1，常闭接点的值为0。,元件的状态和值,常开开关、接点的值和元件本身的状态一致、称为原变量。 常闭开关、接点的值和元件本身的状态相反、称为反变量。,2.2.3 控制电路的逻辑表达式,逻辑控制电路的逻辑表达式： HL1SB1SB2, HL2SB3SB4, HL3(S1S2)S3。,图2- 1简单的逻辑控制电路,2.2.4 基本逻辑电路的类型,逻辑电路根据控制逻辑的特点可分为组合电路和时序电路。 1、组合电路 组合电路的控制结果只和输入变量的状态有关。 可以用布尔代数(也称开关代数或逻辑代数)通过计算而得出。 在组合电路中，也是由输入变量、中间逻辑变量和输出逻辑变量三者构成的，但不含有记忆元件。 中间逻辑变量也可以根椐逻辑关系将其消除。 C=AB H=CD H= ABD =(AB)D,图2- 2中间逻辑变量的消除,表2-2 串联电路真值表 表2-3并联电路真值表,逻辑与运算 00=0；01=0；10=0；11=1。 逻辑或运算 00=0；01=1；10=1；11=1。,例2-1,在楼梯走廊里，在楼上楼下各安装一个开关来控制一盏灯，试画出控制电路。,图2-3两个开关控制一盏灯电路,根据逻辑表达式画出控制电路,两个开关只有种状态，根据题意分析可知当只有其中一个开关动作时灯亮，两个开关都动作或都不动作时灯不亮，据此列出真值表。,例2-2,用两个开关控制一个七段数码管显示1、2、3、4，试画出控制电路。,表2-6 七段数码管显示真值表,3.根据逻辑表达式画出控制电路,图2- 4七段数码管控制电路,1.两个开关有种状态，每个状态显示一个数字，列出真值表如表2-6所示：,2.由真值表写出各笔画的逻辑表达式：,例-3,化简下面图2-5的电路,图2-5 例2-3电路,图2-6 例2-5的化简电路,根据化简逻辑表达式画出电路 如图2-6所示。,2、时序电路,时序电路也称记忆电路，记忆电路中包含有记忆元件，时序电路的控制结果不仅和输入变量的状态有关，也和记忆元件的状态有关。 时序电路的控制结果是和输入变量、中间逻辑变量和输出逻辑变量三者都有关系。 继电器、接触器是最基本的记忆元件，在电气控制电路中，绝大多数为记忆电路。 记忆电路主要用于对短时通断信号(如按钮、位置开关等)的记忆，常用于各种电动机的起动停止控制，习惯上叫自锁电路。,记忆电路有两种基本形式，一种叫起动优先电路，一种叫停止优先电路。,图2- 7基本记忆电路及时序图,2.3 三相交流异步电动机基本控制电路,2.3.1 鼠笼型电动机直接起动控制电路,三相鼠笼型异步电动机的起动有两种方式：直接起动(即全压起动)和降压起动。,单向直接起动控制电路,(1) 电路的控制原理,(2) 电路的保护环节, 短路保护：, 过载保护：, 失压与欠压保护,图2- 8 单向直接起动控制电路,2.3.2 鼠笼型电动机降压起动控制电路,星形三角形换接,自耦变压器,延边三角形起动,定子串电阻(或电抗),常用的降压起动控制电路,三相鼠笼型异步电动机能否直接起动主要 取决于电源变压器的容量和电动机的容量。,当鼠笼型电动机不满足直接起动条件时应采用降压起动控制。起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，以减小起动电流，减少对线路电压的影响，起动后再将电压恢复到额定电压。,1、 定子串电阻降压起动控制,1）控制要求：电动机M起动时定子线路串联电阻R，以实现降压起动，电动机起动后，恢复额定电压进入稳定正常运转。,2）实现方法： （1）接触器KM1闭合，电动机M定子线路串电阻降压起动。 （2）接触器KM2闭合，电动机正常运转。 （3）时间继电器KT通电开始计时，当达到时间继电器的整定值时，KM2闭合。 3）线路图 （1）主电路 （2）控制电路,定子串电阻降压起动控制线路,4）工作原理 5）电路改进 从前面分析可知，本线路在起动结束后，KM1、KT一直得电工作。为了减少能量损耗，延长接触器、继电器得使用寿命，要求M起动以后，KM1、KT断电。,1. 定子串电阻减压起动控制电路,图2- 15 定子串电阻减压起动控制电路,动画演示,1. 定子串电阻减压起动控制电路,控制电路之1,控制电路之2,动画演示,2、 定子线路串自耦变压器的降压起动控制 1）控制要求： 自耦变压器按星形接线，起动时将电动机定子绕组接到自耦变压器二次侧。电动机定子绕组得到的电压即为自耦变压器的二次电压。当起动完毕时，自耦变压器被切除，额定电压（即自耦变压器的一次电压）直接加到电动机定子绕组上，电动机进入全压正常运行。为满足不同负载要求，自耦变压器的二次绕组一般有三个抽头分别为电源电压的40%、60%、80%(55%、64%、73%)。 2）实现方法： （1） 接触器KM1控制电动机降压起动。接触器KM2控制电动机进入全电压正常运行。 （2）时间继电器KT通电开始计时，当达到时间继电器的整定值时，使KM1断电，KM2通电，使电动机进入全压正常运转。 3）线路图 （1）主电路 （2）控制电路 补偿电压启动器： 手动QJ3、QJ5 自动XJ01、CJZ,4）工作原理,XJ01型补偿器降压启动控制线路,1428KW电动机,2. 自耦变压器降压起动控制电路,图2-16 自耦变压器降压起动控制电路,图2-17 自耦变压器降压起动控制电路之二,3. 改接线降压起动控制电路,常见的改接线降压起动控制电路有 星形-三角形降压起动、 沿边三角形-三角形降压起动、 星形-沿边三角-三角形降压起动控制电路等。 改接线降压起动控制电路一般只能用于正常工作为三角形接线的电动机。一般功率在4千瓦以上的电动机均为三角形接线，由于这种降压起动方式只需改变电动机绕组的接线，无需专门的降压设备。,图2-18 电动机三相绕组接线形式,星形三角形降压起动控制 1）控制要求： 电动机M起动时为星形连接，以实现降压起动，电动机起动后改为三角形连接，以恢复额定电压进入稳定正常运转。,2）实现方法： （1）接触器KM1控制电机M通电 接触器KM2控制电机M三角形连接 接触器KM3控制电机M星形连接 （2）时间继电器KT通电开始计时，当达到时间继电器整定值时使KM3断电、KM2通电，电动机三角形连接正常运转。,电动机的Y-起动,采用星三角起动时，起动电流是按三角形接法直接起动时的1/3。,起动电流降低了，起动转矩也降为原来按三角形接法直接起动时的1/3。,KM,FU,QS,FR,A,x,B,y,C,z,主电路,电动机的Y-起动,3）线路图 （1）主电路 （2）控制电路,（3）工作原理,星形-三角形降压起动控制电路,动画演示,电机星-三角启动实物接线图,星形-三角形降压起动控制的主电路,图2-19 星形-三角形降压起动控制主电路,延边三角形降压起动控制电路1,起动时将1、2、3三个出线端接电源;4、5、6分别与8、9、7相连，就构成了延边三角形连接法。此时相电压有所降低，起动电流也随之下降，相电压是随着电动机绕组不同的抽头比例而变化的,延边三角形降压起动控制电路1, 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。,延边三角形降压起动2, 原理：绕组连接6-8、4-9、5-7构成延边三角形接法，绕组连接1-5、2-6、3-4为接法。,图2-20 延边三角形-三角形降压起动控制主电路,图2-21 星形-三角形降压起动和沿边三角形-三角形降压起动的几种控制电路,星形-沿边三角-三角形降压起动控制电路,图2- 22 星形-沿边三角-三角形降压起动控制电路,三相鼠笼式异步电动机降压起动方法的比较,三相绕线型异步电动机的转子回路可以通过滑环外串接可变电阻来减小起动电流，以达到提高转子电路功率因数和起动转矩的目的。在一般要求起动转矩较高的场合下 。 调节转子回路电阻的方法很多，有分段调节和连续调节两种。分段调节有时间原则调节，电流原则调节，速度原则调节以及综合原则调节等。连续调节有频敏变阻器、变阻器、水电阻器调节等多种方式。,2.3.3 绕线型异步电动机起动控制电路,1. 时间原则转子回路串接电阻起动控制电路,转子绕组串接三相起动电阻，一般接成星形。 在起动前，起动电阻全部接入电路，起动过程中电阻被逐段地短接。 短接的方式有三相电阻不平衡短接法和三相电阻平衡短接法两种。 不平衡短接是每相的起动电阻轮流被短接， 平衡短接是三相的起动电阻同时被短接。 串接在绕线转子异步电动机转子回路中的起动电阻，无论采用不平衡或平衡短接法，其作用基本相同。 对于凸轮控制器，各对触头闭合顺序一般按不平衡短接法设计，这样使得控制电路简单，采用不平衡短接法。 凡是起动电阻用接触器来短接时，全部采用平衡短接法。,时间原则转子回路串接电阻起动控制电路,图2- 23 时间原则转子回路串接电阻起动控制电路,2、电流原则转子回路串接电阻起动控制电路,图2- 24 电流原则转子回路串接电阻起动控制电路,3、转子回路串频敏变阻器起动控制电路,图2- 25 转子回路串频敏变阻器起动控制电路,2.3.4 异步电动机的制动控制电路,交流异步电动机的制动方法有机械制动和电气制动两种。 机械制动是利用机械装置使电动机迅速停转。常用的机械制动装置有电磁抱闸制动、电液闸制动、带式制动和盘式制动等。 电气制动是在电动机上产生一个与原转子转动方向相反的制动转距，迫使电动机迅速停转。电气制动方法有反接制动、能耗制动、阻容制动、发电制动等。 1、机械制动 机械制动的特点： 停车准确，不受中途断电或电气故障的影响而造成事故。机械制动的制动力矩在一定范围内可以克服任何外加力矩，例如当提升重物时，由于抱闸的作用力，可以使重物停留在需要的高度，这是电气制动所不能达到的。 但是制动时间越短，冲击振动越大。机械制动需要在电动机的轴伸端安装机械制动装置，这柯对某些空间位置比较紧凑的生产机械来说就有些困难的。机械制动一般应用在起重卷扬等设备上。,机械制动,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。,电磁抱闸制动控制电路,图2- 26 电磁抱闸制动控制电路,2、反接制动,反接制动是在电动机停止时向定子绕组中通入反向序的电压，给转子一个反向转矩，使电动机产生一个向反方向旋转的力，使电动机转速迅速下降到零，当转速下降至接近零时及时将电源切除，以防电动机反向起动。,（1）单向反接制动控制电路,图2- 27 单向反接制动控制电路,（1）单向反接制动控制电路,动画演示,（2） 可逆反接制动控制电路,图2- 28 电动机可逆反接制动控制电路,缺点 主电路没有限流电阻，反接制动电流大，一般用于小功率电动机的控制。,具有反接制动电阻的正反向反接制动控制电路,图2- 29 具有反接制动电阻的正反向反接制动控制电路,可逆运行反接制动控制(具有限流电阻),3、能耗制动控制电路,能耗制动 是在电动机脱离三相交流电源之后在定子绕组上加一个直流电压，即通入的直流电流在定子绕组中产生一个静止磁场，由于转子的惯性而旋转切割磁力线，利用转子感应电流与静止磁场的作用以达到制动的目的。 根据能耗制动时间控制原则，可用时间继电器进行控制，也可以根据能耗制动速度原则，用速度继电器进行控制。,(1)单向能耗制动控制电路,图2-30 单向能耗制动控制电路,图2-30 单向能耗制动控制电路,（2）可逆能耗制动控制电路,图2- 31 可逆能耗制动控制电路,可逆运行能耗制动控制线路,2.3.5 异步电动机的调速控制电路,对于异步电动机，根据转速公式为n60(1s)f1/p，可知调速的方法有： 改变转差率s串级调速； 改变电源频率f1变频调速； 改变极对数p变极调速。 1、改变极对数调速控制电路 改变极对数主要是通过改变电动机绕组的接线方式来实现的。接线方式的改变，可以用手动控制也可以采用时间继电器按照时间原则来控制的。 变极电动机一般有双速、三速和四速之分。 双速电动机定子可装一套绕组，也可装两套绕组。 三速和四速电动机定子一般装两套绕组。,三相定子绕组通入三 相交流电(星形联接),(1)旋转磁场的产生,i 0 首端流入，尾端流出。,i 0 尾端流入，首端流出。,()电流出,()电流入,三相电流合成磁 场 的分布情况,合成磁场方向向下,合成磁场旋转60,合成磁场旋转90,(2)旋转磁场的旋转方向,结论：任意调换两 根电源进线，则旋 转磁场反转。,任意调换两根电源进线 (如图),结论：三相电流产生的合成磁场是一个旋转的磁场。 即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360,(3)旋转磁场的极对数P,当三相定子绕组按图示排列时，产生一对磁极的旋转磁场，即：,若定子每相绕组由两个线圈串联 ，绕组的始端 之间互差60，将形成两对磁极的旋转磁场。,(3)旋转磁场的极对数P,极对数,旋转磁场的磁极对数 与三相绕组的排列有关,改变极对数 p 调速,有级调速,p = 2,p = 1,3.4 三相鼠笼电动机的变极调速控制,2）绕组改极后，其相序方向和原来相序相反。所以，在变极时，必须把电动机任意两个出线端对调，以保持高速和低速时的转向相同。,1改变极对数调速控制电路,(1)双速变极调速电动机控制电路,图2-32 (a)为星形(四极、低速)与双星形(二极、高速)联结法，它属于恒转矩调速； 图2-32 (b)为三角形(四极、低速)与双星形(二极、高速)联结法，它属于恒功率调速。 每相绕组分两组，当改接线后使其中一组的电流方向改变，就可达到改变极对数的目的，从而改变转速。,图2-32 双速电动机三相绕组连接图,用按钮和接触器控制双速电动机的控制电路,图2- 33 用按钮和接触器控制双速电动机的控制电路,双速电机的控制线路,双速电机的控制线路,(2) 三速变极调速电动机控制电路,图2- 34 三速电动机变极调速控制电路,2. 改变转差率调速控制电路,对于绕线式异步电动机可采用转子回路串电阻的方法来实现改变转差率调速。电动机的转差率S随着转子回路电阻的变化而变化，使电动机工作在不同的人为特性上，以获得不同转速，从而实现调速的目的。 绕线式异步电动机转子回路串电阻调速控制有两种方式： 一种是用凸轮控制器直接控制电动机的主电路，由于控制器的触点容量和数量有限，所以只用于小容量的电动机。 另一种是采用主令控制器和磁力控制屏配合进行控制，适用于大容量的电动机调速要求比较高，起动和工作比较繁重的场合。 下面介绍用凸轮控制器进行起动调速控制的电路。 凸轮控制器结构简单、工作可靠、维护方便、与控制箱(屏)相比外型尺寸小，广泛用于控制中、小型起重机运行机构和小型起重机起升机构的电动机。,绕线式异步电动机转子串电阻的调速控制电路,图2- 35 绕线式异步电动机 转子串电阻的调速控制电路,图2- 35 绕线式异步电动机 转子串电阻的调速控制电路,直流电动机可按励磁方式来分类可分： 它励、并励、串励及复励电动机。 在机床等设备中，以它励和并励直流电动机应用较多， 在牵引设备中，如机车等则以串励直流电动机应用较多。 直流电动机的直流电源通常由交流电整流获得，分为可控与不可控直流电源两种。 可控电源通常为直流发电机组或者晶闸管可控整流装置提供。 不可控直流电源一般由交流电源经整流变压器及整流器提供。 下面先介绍工厂常用的直流电动机的起动、正反转、调速及制动的特点，然后再介绍一些基本电路。,2.3 直流电动机的控制电路,1、它励直流电动机的起动控制 电动机最常用的起动方法有电枢串电阻起动和减压起动两种。 2、直流电动机的正反转控制 改变直流电动机的转向有两个方法，一是电动机的励磁绕组端电压的极性不变，改变电枢绕组端电压的极性；二是电枢绕组两端电压极性不变，而改变励磁绕组两端电压的极性。 3、直流电动机的调速控制 直流电动机转速调节主要有以下四种方法： (1)改变电枢回路电阻值调速 (2)改变励磁电流调速 (3)改变电枢电压调速 (4)混合调速 4、制动控制 直流电动机的电气制动方法有： (1)能耗制动 (2)