电气控制系统图的基本知识.ppt

D,6,5,由各种有触点的接触器、继电器、按钮、行程开关等按不同连接方式组合而成的。,1.电气控制线路：,第二节电气控制系统图的基本知识,2.电气控制线路作用：,实现对电力拖动系统的启动、正反转、制动、调速和保护，满足生产工艺要求，实现生产过程自动化。,D,6,5,3.电动机常见的基本控制线路：,点动控制线路,正转控制线路,正反转控制线路,位置控制线路,顺序控制线路,多地控制线路,降压启动控制线路,调速控制线路,制动控制线路,4.相关国家标准：,D,6,5,GB472885电气图常用图形符号GB522685机床电气设备通用技术条件GB715987电气技术中的文字符号制定通则GB698886电气制图GB509485电气技术中的项目代号,4.相关国家标准：,一、图形符号和文字符号,D,6,5,图形符号,文字符号,符号要素,一般符号,限定符号,基本文字符号,辅助文字符号,补助文字符号,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。,用于电气技术领域中技术文件的编制，表示电气设备、装置和元件的名称、功能、状态和特征。,一、图形符号和文字符号,D,6,5,1.图形符号,符号要素：,具有确定意义的简单图形，必须同其它图形组合构成一个设备或概念的完整符号。如接触器常开主触点符号，由接触器触点功能符号和常开触点符号组合而成。,一般符号：,表示一类产品和此类产品特征的一种简单的符号，如电动机可用一个圆圈表示。,限定符号：,提供附加信息的一种加在其它符号上的符号。,常用电器元件的符号,一、图形符号和文字符号,D,6,5,2.文字符号,基本文字符号：,单字母符号：,双字母符号:,按拉丁字母顺序将各种电气设备、装置和元器件划分成为23大类，每一类用一个专用单字母符号表示，如“C”表示电容器类，“R”表示电阻器类等。,由一个表示种类的单字母符号与另一个字母组成，且以单字母符号在前，另一字母在后的次序列出，如“F”表示保护器件类，“FU”则表示为熔断器。,一、图形符号和文字符号,D,6,5,2.文字符号,基本文字符号：,辅助文字符号：,表示电气设备、装置和元器件以及电路的功能、状态和特征。如“RD”表示红色，“L”表示限制等。,单字母符号：,双字母符号:,补充文字符号：,当规定的基本文字符号和辅助文字符号不够使用时，可按国家标准中文字符号组成规律和下述原则予以补充。,一、图形符号和文字符号,D,6,5,2.文字符号,补充文字符号原则：,在不违背国家标准文字符号编制原则的条件下，可采用国家标准中规定的电气文字符号。在优先采用基本和辅助文字符号的前提下，可补充国家标准中未列出的双字母文字符号和辅助文字符号。使用文字符号时，应按电气名词术语国家标准或专业技术标准中规定的英文术语缩写而成。基本文字符号不得超过两位字母，辅助文字符号一般不超过三位字母。文字符号采用拉丁字母大写正体字，且拉丁字母中“I”和“O”不允许单独作为文字符号使用。,二、绘制、识读电气控制系统图的原则,D,6,5,电气控制系统图,电气原理图,电气安装图,框图,电器安装图,电气互连图,主电路,控制电路,照明和显示电路,电气控制系统图的结构,1.电气原理图:表示电气控制线路的工作原理、以及各电器元件的作用和相互关系，而不考虑各电器元件实际安装位置和实际连线情况。绘制电气原理图一般遵循规则：(1)表示出各个电源电路的电压值、极性或频率及相数。（2)根据电路通过的电流大小分为主电路和控制电路。,二、绘制、识读电气控制系统图的原则,主电路包括从电源到电动机的电路,是大电流通过的部分；控制电路指通过弱小电流的电路，它包括接触器和继电器的线圈、接触器的辅助触头、继电器和其它控制电器的触头等，还包括信号、保护和各种联锁电路。主电路用粗线绘出；控制线路用细线画。主电路画在左侧(或上部)；控制电路画在右侧(或下部)。（3）电气控制线路中，同一电器的各导电部分如线圈和触头常常不画在一起，但要用同一文字符号标注。若有多个同一种类的电器元件，可加上数字序号的下标，如KM1、KM2等,（4）电气控制线路的全部触头都按“非激励”状态绘出。“非激励”状态即未通电或未受外力时的“平常”状态。对电操作元件如接触器、继电器等是指线圈未通电时的触头状态；对机械操作元件如按钮、行程开关等是指没有受到外力时的触头状态；对主令控制器是指手柄置于“零位”时各触头的状态；断路器和隔离开关的触头处于断开状态。,（5）对具有循环运动的机构，应给出工作循环图，如行程开关等应绘出动作程序和动作位置。,(6)控制电路的分支线路上，各电器元部件原则上是按照动作的先后顺序、自左而右、从上而下的排列；原理图上应尽可能减少线条和避免线条交叉；两线交叉连接时在连接点处需用黑点标出。,(7)由若干元件组成具有特定功能的环节，用虚线框括起来，并标注出它的主要作用，如速度调节器等。,(8)电路和元件完全相同并重复出现的环节，可以只绘出其中一个环节的完整电路，其余的可用虚线框表示，并标明该环节的文字号或环节的名称。,(9)外购的成套电气装置，其详细电路与参数绘在电气原理图上。电气原理图的全部电机、电器元件的型号、文字符号、用途、数量、额定技术数据，均应填写在元件明细表内。,(10)将图分成若干图区，上方为该区电路的用途和作用，下方为图区号。在继电器、接触器线圈下方列有触点表以说明线圈和触点的从属关系。,(11)主电路接点表示：,三相交流电源采用L1、L2、L3标记主电路按U、V、W顺序标记分级电源在U、V、W前加数字1、2、3来标记分支电路在U、V、W后加数字1、2、3来标记控制电路用不多于3位的阿拉伯数字编号,电气原理图示例：,2.电气设备安装图(1)电气设备安装图表示各种电气设备在机械设备和电气控制柜中的实际安装位置。(2)各电器元件的安装位置是由机械设备的结构和工作要求决定的。(3)如电动机要和被拖动的机械部件在一起，行程开关应放在要取得信号的地方，操作元件放在操作方便的地方，一般电气元件应放在控制柜内。,3、电气设备接线图电气设备接线图是根据原理图，配合安装要求来绘制的，用来表示各电气设备之间实际接线情况。电气设备安装图和接线图用于安装接线、检查维修和施工。,同一电器元件的各个部件应画在一起;,(2)图中文字符号、元件连接顺序、线路号码编制都必须与原理图一致；,绘制电器设备接线图的主要规定:,（3）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，端子板的编号应与原图一致,并按原理图的接线进行连接；,走向相同的多根导线可用单线表示。画连接导线时，应标明导线的规格、型号、根数和穿线管的尺寸。,第三节笼型电动机的起动控制线路,概述：三相鼠笼式异步电动机优点：结构简单、价格便宜、运行维护方便、应用广泛。缺点：不便于调速使用场合：不需要调速的场合（中小型鼠笼电动机很少用于调速的场合），常作为生产设备的主要驱动源。,（1）电动机的主要起动特性：起动电流:IST(4-7)IN,（2）笼型异步电动机的起动方式a.全压直接起动b.降压起动,1.电动机的起动:电动机接通电源后，由静止状态逐渐加速到稳定运行状态的过程。,2.直接起动(全压起动)：将额定电压直接加在定子绕组上使电动机起动。,优点：起动设备简单、起动转矩较大、起动时间短、控制线路简单,维修工作量小。,缺点：（1）起动电流大(额定电流57倍)。过大的起动电流将会造成线路的电压下降，影响到电动机的起动转矩，严重时，会导致电动机本身无法起动。,（2）大容量电动机起动时，其过大的起动电流会引起电网电压降低，使电动机转矩减小，甚至起动困难，而且还要影响同一供电网络中其它设备的正常工作。,式中IST一电动机全压起动的起动电流IN电动机额定电流。,（3）如果电动机频繁起动，热量积累，可能使电动机过热，加速线圈的老化，缩短电动机的寿命，大容量笼型异步电动机的起动电流应限制在一定范围内。,（4）一台电动机可否直接起动，应根据起动的次数、电网的容量和电动机的容量来决定,电动机直接起动的判断：,3.笼型异步电动机降压起动：起动时,降低加在电动机定子绕组上的电压。当电动机的转速接近额定值时,再将电压恢复到额定值,使之在全电压下运行。降低起动电压，起动电流也就降低，起动转矩随之减小。因此，降压起动只适用于起动时负载转矩不大的情况（如轻载或空载）。机床电动机一般都空载起动，常采用降压起动方式。,4.直接起动控制线路(1)全压直接起动通常采用接触器控制电动机。当常开触点断开，线路恢复供电后电机不会自行起动(失压、欠压保护)。,图用接触器直接起动线路,原因：容量大于10kW的笼型异步电动机直接起动时，起动冲击电流为额定值的47倍，故一般均需采用相应措施降低电压，即减小与电压成正比的电枢电流，从而在电路中不至于产生过大的电压降。,降压启动的方法,定子绕组串电阻（电抗）启动,自耦变压器降压启动,Y降压启动,降压启动的实质：,启动时，减小加在定子绕组上的电压，以减小起动电流；启动后再将电压恢复到额定值，电动机进入正常工作状态。,5.电动机的减压起动控制线路,（1）定子串电阻(或电抗器)降压起动,该方式由于不受电动机接线形式的限制，设备简单，因而在中小型生产机械中应用较广。,降压原理：起动时，将电动机定子绕组串上电阻，启动结束将电阻切除。作用：减小了起动电流对电网的影响。,优点：控制线路简单；启动过程平滑；不受定子绕组的接法的限制。,缺点：启动转矩下降大；电能损耗大。,设计思想：按时间原则控制启动过程。,电动机起动后KM1与KT始终通电，电路耗能大，对KT、KM1不利，增加了电路故障点，可靠性降低。,图a）按SB2,KM1通电（电动机串电阻启动）,KT通电（延时）KM2通电（短接电阻，电动正常运行）,图b）接触器KM2得电后，KM2自锁，其常闭触点使KM1及KT断电，电动机起动后，只要KM2得电。,（2）星-三角形（Y-）降压起动定子串电阻降压起动方式缺点:起动时，起动电阻上消耗大量的电能。电抗器代替电阻器，则设备费较贵，体积大。Y-降压起动：电动机起动时定子绕组先连成星（Y）形，接入三相交流电源，待转速接近额定转速时，再将电动机定子绕组连成三角形（）形，电动机正常运行。功率4kW以上三相笼型异步电动机的定子绕组,正常工作时都接成形,对这种电动机就可采用Y-降压起动方式。,降压原理：起动时将电动机定子绕组结成丫形，每相绕组上的电压为电源电压额定值的，起动转矩为形连接直接起动转矩的1/3。起动电流降为形连接直接起动电流的13。,Y形,形,ISTY=IST/3,优点：星形起动电流只是原来三角形接法的1/3，起动电流特性好、结构简单、价格低。,缺点：是起动转矩也相应下降为原来三角形接法的1/3，转矩特性差，因而本线路适用于电网电压380V，额定电压660V/380V，Y接法的电动机轻载起动的场合。Y-起动只能用于正常运行时为形接法的电动机。,设计思想：按时间原则控制启动过程。,时间继电器控制Y降压起动三个接触器控制,电气原理图,1,2,3,4,A,电源接触器,星形接法接触器,三角形接法接触器,工作原理,KM2和KM3互锁!,3.自耦变压器降压起动利用自耦变压器来降低电动机起动时的电压，达到限制起动电流的目的。起动时，电源电压加在自耦变压器的一次绕组上，电动机的定子绕组与自耦变压器的二次绕组相连。当电动机的转速接近额定值时，将自耦变压器切除，电动机直接与电源相连，在正常电压下运行。这个使电动机减压起动的自耦变压器也称为起动补偿器。,正常运行接触器,变压器星点接触器,变压器电源接触器,1、降压启动按钮,中间继电器,SB1KM1(自锁)KM2（自锁）带自耦变压器降压起动SB2KA（自锁）KM3（自锁）KM1、KM2、KA断开切除变压器，正常运行,2、全压运行按钮,(1)按钮、接触器控制自耦变压器降压启动,(2)时间继电器控制自耦变压器降压启动,SB1KM1(自锁)带自耦变压器启动KT延时闭合KA(自锁)KM1（断开）KM2（自锁），切除自耦变压器，电机正常运行。,图自耦变压器减压起动控制线路,SB2KT（自锁）KM1、KM3通电启动KT延时闭合KM2（自锁）切除KM1、KM3正常,鼠笼式异步电动机起动方法比较,第四节三相绕线式异步电动机启动控制,绕线异步电动机的优点：,降压起动可以减小起动电流，也会降低起动力矩。如果设备需要较大的起动力矩，降压起动就不能满足要求。,三相绕线式异步电动机除了可以采用降压起动的方法之外，还可以通过滑环在转子绕组中串接合适的电阻或频敏变阻器来限制起动电流。,当串入合适电阻时，还可以获得较大的起动转矩，缩短起动过程。绕线式电动机常常应用在既要求起动电流比较小，又要求起动转矩比较大的设备中，例如起重机的提升机构使用的电动机。,第四节三相绕线式异步电动机启动控制,绕线异步电动机降压启动原理：,起动时，在转子回路中串入三相起动变阻器，并把起动电阻调到最大值，以减小起动电流，增大起动转矩。随着电动机转速的升高，起动电阻逐级减小。起动完毕后，起动电阻减小到零，转子绕组被短接，电动机在额定状态下运行。,1.按钮操作控制,电气原理图：,工作原理：,用按钮逐级切除启动电阻,启动电阻,缺点,操作不便,电源接触器,短接电阻接触器,2.时间原则控制,电气原理图：,KT1、KT2、KT3分别控制三个接触器KM1、KM2、KM3按顺序依次吸合，自动切除转子绕组中的三级电阻,3.电流原则控制,电气原理图：,三个欠电流继电器的线圈串接在转子回路中。电流继电器的吸合电流一样，一般为额定电流的22.5倍，但释放电流不同(常闭闭合，切除电阻)，KA1的释放电流最大，KA2其次，KA3最小。,3.电流原则控制,电气原理图：,按下起动按钮SB1，接触器KM吸合，KM的主触头闭合，电动机接通电源。电动机启动时转子电流最大，KA1、KA2、KA3都吸合，其常闭触头都打开，KM1、KM2、KM3主触头处于断开状态，全部启动电阻均串接在转子绕组中。,3.电流原则控制,电气原理图：,电动机转速逐渐升高，转子电流逐渐减小，当电流减小至KA1的释放电流时，KA1首先释放，其常闭触头复位，使接触器KM1得电主触头闭合，切除第一级电阻R1。,3.电流原则控制,电气原理图：,R1被切除后，瞬间，转子回路总电阻减小，转子电流立即增大，但随着电动机转速继续升高，转子电流又减小，当减小至KA2的释放电流时，KA2释放，KA2的常闭触头复位，KM2线圈得电主触头闭合，第二级电阻R2被切除。,3.电流原则控制,电气原理图：,电阻R2被短接瞬间，转子回路总电阻继续减小，转子电流又立即增大，随着转速继续上升，转子回路电流继续减小，当电流下降到kA3的整定值时，kA3释放，kA3的常闭触头使KM3通电，KM3主触头将电阻R3短接，电机切除全部电阻进入稳定运行状态。,4.频敏变阻器,在绕线式异步电动机转子绕组串电阻的起动方法中，由于转子电阻的切除是分段进行的，在切除电阻的瞬间定子电流及电磁转矩将突然增大，会产生一定的机械冲击力。,若要减小冲击，必须增加电阻级数，使每级电阻值减少，而增加级数将使控制电器的数量增多、起动电阻的体积加大，控制电路复杂，降低控制系统的可靠性。,实际应用中，如果电动机没有调速要求，常采用转子回路串频敏变阻器起动。,4.频敏变阻器,（1）频敏变阻器是由几片或十几片较厚的钢板或铁板再绕上三组线圈构成的。三个绕组按星形连接后串联在转子电路中，如图（a）所示，图（b）为每一相转子回路的等效电路。,频敏变阻器的等效阻抗值与频率有关，电动机刚启动时，转速较低，转子电流的频率较高，相当于在转子回路中串接一个阻抗很大的电抗器，随着转速的升高，转子频率逐渐降低，其等效阻抗自动减小，实现了平滑无级启动。,采用转子绕组串频敏变阻器起动可以在增加系统平稳起动的情况下，减少控制电器的使用数量，提高系统可靠性。,在起动过程中，转子等效阻抗及转子回路感应电动势都是由大到小，实现了近似恒转矩的起动特性。,图转子绕组串频敏变阻器起动控制电路,（2）转子绕组串频敏变阻器起动控制电路分析,启动一段时间后，合上KM2切除频敏电阻，断开KA,图中，热继电器的热元件安装在电流互感器的二次侧有两个原因：（1)大容量电动机的主电路电流比较大，要求热继电器热元件的额定电流也要大，如果应用电流互感器，其副边的额定电流为5A，热继电器热元件的额定电流就可按5A及以下选择，还可用一个5A电流表来观察起动和运行过程的电流。（2)在起动过程中，为了避免起动时间过长而使热继电器误动作，可以用只能通过较小电流的中间继电器KA的常闭触头将热继电器FR的发热元件短接，起动完成后再接入。,1.正反转控制：对调电动机的任意两相电源相序。,第五节电动机正反转线路,注意：该电路必须先停车才能由正转到反转或由反转到正转。SB2和SB3不能同时按下，否则会造成短路！,2.含有电气互锁的正反转控制互锁定义：用自己的常闭触点串联在对方线圈电路中，使两者不能同时通电的方法。,互锁可以实现电气保护，但正反换向不方便，必须先按SB1才可以。,3.含有双重互锁的正反转控制(电器互锁、机械互锁),机械互锁（复合按钮：先断后合）,电动机制动的方法一般有两类：,电气制动：电动机停车过程中，产生一个与转子原来旋转方向相反的电磁制动转矩，使电动机转速迅速下降。,机械制动：机械制动是利用机械抱闸装置在抱闸时产生的机械摩擦阻力迫使电动机停止转动的一种制动方法例如电磁抱闸制动器（在吊车、卷扬机、电梯设备上常用），可使电动机在切断电源后迅速停转。,第四节电动机的制动控制线路,常用电气制动：能耗制动、反接制动。,一.能耗制动控制线路切断电动机三相交流电源，立即在定子绕组中通入一个直流电源，产生一个恒定磁场；因惯性旋转的转子绕组切割磁力线产生感应电流，产生与惯性转动方向相反的电磁转矩。对转子起到制动作用。当电动机转速降至零时，再切除直流电源。消耗转子的机械能，并将其转化成电能，产生制动力的制动方法，称能耗制动法。,1.按时间原则控制的三相异步电动机能耗制动控制电路起动时，首先合上电源开关QS，然后按下起动按钮SB2，则接触器KM1动作并自锁，其主触头接通电动机主电路，电动机在全压下起动运行。停止时，按下停止按钮SB1，SB1的常闭触头断开，KM1断电，电动机电源断开；SB1的常开触头闭合，接触器KM2和时间继电器KT得电，由KM2的辅助常开触头和KT的瞬时动作的常开触头串联的支路自锁KM2，同时KM2的主触头闭合，给电动机两相定子绕组送入直流电流，进行能耗制动。经过一定时间后，KT常闭延时开触头断开，KM2失电，切断直流电源，并且KT失电，为下次制动做好准备。显然，时间继电器KT的整定值即制动过程的时间。电路中KM1和KM2互锁，目的是防止交流电和直流电同时加入电动机定子绕组，电阻RP用来调整直流电流的大小。,图按时间原则控制的三相异步电动机能耗制动控制电路,SB1的常闭触头断开，断开KM1，SB1的常开触头闭合，接触器KM2和时间继电器KT得电。经过一定时间后，KT常闭延时开触头断开，KM2失电，切断直流电源，并且KT失电，为下次制动做好准备。,2.按速度原则控制的正反转能耗制动控制电路图中KM1、KM2分别为正、反转接触器，KM3为制动接触器，KS为速度继电器，KS1、KS2分别为正、反转时对应的常开触头。电路的工作过程：起动时，首先合上电源开关QS，根据需要按下正转按钮或反转按钮，相应的接触器KM1或KM2线圈通电并自锁，电动机正转或反转。当转速升高到一定值时，速度继电器触头KS1或KS2闭合，为停止时的能耗制动做准备。停车时，按下停车按钮SB1，使KM1或KM2线圈断电，SB1的常开触头闭合，接触器KM3线圈通电动作并自锁，电动机定子绕组接入直流电源进行能耗制动，转速迅速下降。当转速下降到一定值时，速度继电器KS的常开触头KS1或KS2断开，KM3线圈断电，能耗制动结束。,图按速度原则控制的正反转能耗制动控制电路,按下停车按钮SB1，使KM1-或KM2-，-SB1+，KM3+(自锁)，电动机定子绕组接入直流电源进行能耗制动，转速迅速下降。当转速下降到一定值时，速度继电器KS的-KS1-或-KS2-，KM3-，能耗制动结束。,3.能耗制动特点a.制动强弱与直流电流大小和电动机转速有关，同样的转速下电流越大制动作用越强。一般取直流电流为电动机空载电流的34倍，过大会使定子过热。b.制动时，制动转矩随电动机的转速下降而减小，故制动平稳且能量消耗小，但制动力较弱，低速时尤为突出；控制系统需附加直流电源装置。c.在重型机床中常与电磁抱闸配合使用，先能耗制动，待转速降至一定值时，再令抱闸动作，可有效实现准确、快速停车。b.一般用于制动要求平稳准确、电动机容量大和起制动频繁的场合，如磨床、龙门刨床及组合机床的主轴定位等等。,二、电动机的反接制动控制线路,改变异步电动机定子绕组中的三相电源相序，产生与转子转动方向相反的转矩，起制动作用。制动过程：停车时，先将三相电源切换，然后当电动机转速接近零时，再将三相电源切除。问题：如果将正在正向运行的电动机的电源一反接，其转速就会由正转急剧降到零，若反接电源不及时切除，电机又会从零速反向起动运行。,如何在电动机转速降为零时及时切除电源呢？用速度继电器完成，速度继电器转子与电动机轴同轴相连，测量电机转速。速度继电器工作原理：转速大于120rpm时，其触点动作;转速小于1