工程科技电气控制基础知识ppt课件

第三章继电接触控制系统的基本控制电路,电动机控制的基本环节,按联锁控制的规律,按控制过程的变化参量进行控制的规律,电动机控制的保护环节,1,1.1鼠笼式电动机直接起动的控制线路,1.直接起动,(a)结构图,2,2.既能长期工作又能点动的控制电路,按下起动按钮，电动机运转，松开起动按钮，电动机停转。,点动按钮SB3的作用,(1)使接触器线圈KM通电；(2)使线圈KM不能自锁。,复合按钮,3,按下SB3,电机运转,点动时：,4,松开SB3,电机停转,实现点动,5,3、多地控制线路,在大型生产设备上，为使操作人员在不同方位均能进行起、停操作，常常要求组成多地控制线路。需要多个起动、停止按钮。启动按钮应并联，停止按钮应串联，分别装在不同地方。,6,4、鼠笼式电动机正反转的控制线路,将电动机接到电源的任意两根线对调一下，即可使电动机反转。(即改变电动机定子绕组的电源相序)需要用两个接触器来实现这一要求。当正转接触器工作时，电动机正转；当反转接触器工作时，将电动机接到电源的任意两根联线对调一下，电动机反转。,7,按下SB1,SB0,KM2,利用两个接触器的常闭辅助触头互相控制的方法成为“互锁”，起互锁作用的两对触头称为互锁触头。利用接触器的触点实现互锁控制称电气互锁（也称电气联锁）。,“互锁”触点,缺点：改变转向时必须先按停止按钮。,KM1,SB1,KM2,KM2,SBR2,KM1,KM1,.,.,.,.,.,通电,断开,断电,闭合,8,利用复合按钮的触点实现互锁控制称机械互锁。,鼠笼式电动机正反转的控制线路,既有接触器互锁，又有按钮互锁，叫做具有双重互锁的可逆控制电路,9,当电机正转时，按下反转按钮SB2,电机反转,10,5、优先控制电路(分为先动作优先和后动作优先),先动作优先电路工作状态：无论哪一台设备先动作，其他设备则不能动作，即先动作优先。若首先按下SB1，KM1线圈得电并自锁（电动机M1工作），KM1的动合触点闭合，使中间继电器KA线圈得电，KA的动断触点断开KM2、KM3的线圈电路，因而在KM1未断电之前，KM2、KM3接触器都不能工作。互锁控制电路都属于先动作优先控制电路。,11,后动作优先电路的工作状态：多台设备，任一台工作，前面所有已动作的设备自动停止工作，即后动作优先。若先按下SB1，则KM1线圈得电并自锁（电动机M1工作），若再按SB2，则KM2线圈得电并自锁（电动机M2工作），KM2的动断触点断开，使KM1断电。,后动作优先电路,KM1,KM1,KM2,KM2,SB3,KM3,SB1,SB2,KM3,KM2,KM1,KM3,KM3,KM1,KM2,12,第二节按联锁控制的规律,凡是生产线上某些环节或一台设备的某些部件之间具有互相制约或互相配合的控制，匀称为联锁控制。,13,控制顺序：M1起动后M2才能起动。M2既不能单独起动，也不能单独停车。按下停止按钮两台电动机同时停止工作。,1.电机的顺序工作的联锁控制,按SB1,再按SB2,顺序启动，逆序停止,14,2、顺序启动，逆序停止控制线路,KM1,FU,Q,KM2,M1,M2,3,3,.,SB0,SB1,KM1,KM1,KM2,通电,闭合,闭合,通电,闭合,闭合,SB2,KM2,.,.,.,.,SB3,KM1,闭合,M1转动,再按SB2,M2转动,启动：按SB1,KM2,.,.,闭合,停止：按SB3,M2停止,再按SB0,M1停止,KM2断电,KM2断电,15,控制规律,实现联锁的关键：正确选择和安排联锁触点。互相制约关系（互锁）由将各自控制电器的常闭触点串接到对方电器的线圈电路中。顺序动作联锁，将先通电的电器的常开触点串接在后通电的电器的线圈电路中，将先断电的电器的常开触点并接在后断电的电器的线圈电路中的停止按钮上。,16,M13,两电机各自要有独立的电源；这样接，主触头(KM1)的负荷过重。,KM1,M1,3,17,KM2,SB0,KM2,SB1,KM1,FR1,KM1,例1：两条皮带运输机分别由两台鼠笼异步电动机拖动，由一套起停按钮控制它们的起停。为避免物体堆积在运输机上，要求电动机按下述顺序起动和停止：起动时:M1起动后M2才能起动；停车时:M2停车后M1才能停车。应如何实现控制？,起动：,通电,通电,闭合,闭合,18,SB,KM1,FR1,停止：,断电,断电,断开,断开,19,第三节按控制过程的变化参量进行控制的规律,一、时间原则控制1.基本电器：时间继电器实现：电动机降压启动和制动自动间歇各种动作的时间顺序控制2.定子串电阻降压启动控制线路是在电动机起动时在三相定子电路串接电阻，使得加在定子绕组上的电压降低，起动结束后再将电阻短接，电动机在额定电压下正常运行。,20,3.鼠笼式电动机能耗制动控制线路,在制动过程中，电流、转速和时间三个参量都在变化，原则上可以任取其中一个参量作为控制信号。取时间作为变化参量，其控制线路简单，成本较低，故实际应用较多。,21,正反转控制线路,下图所示的鼠笼式电动机正反转控制线路中有几处错误，请改正之。,22,二、行程原则控制,基本电器：行程开关工作原理：行程开关装在所需的地点，当装在运动部件上的撞块碰动行程开关时，行程开关的触点动作，从而实现电路的切换。主要用于：机床进给速度的自动换接；自动工作循环；自动定位；运动部件的限位保护。,23,行程控制的限位线路,KM1和KM2分别行车向前和向后的接触器。,按SB1时,(其常闭断开),KM1断电,当行车离开终点位置，按SB2时，行程开关自动复位，行车继续正常运行。,24,按SBF时,(其常闭断开，常开闭合),KMF断电,自动往返循环控制线路,25,运动部件每经过一次自动往复循环，电动机就要进行两次反接制动过程，这将出现较大的电流和机械冲击。因此，这种线路只适用于电动机容量较小、循环周期较长、电动机转轴具有足够刚性的拖动系统中。,26,三、速度原则控制,1、速度原则控制的单向能耗制动控制电路取速度为变化参量基本电器：速度继电器，检测电动机的速度变化，在1203000r/min范围内速度继电器触点动作，当转速低于100r/min时，触点复位。速度继电器要与电动机同轴旋转。实现：电动机反接制动；能耗制动；电动机的低速脉动控制。,27,电动机正常工作KS的常开触头闭合，为制动作准备。停车时按下KM1线圈断电主触头断开，切断交流电源复合按钮SB1KM2线圈通电主触头闭合，电动机通直流电进入能耗制动当电动机的转速下降至接近零时，KS的常开触头断开KM2线圈断电常开主触头断开切除直流电源能耗制动结束,28,2、反接制动控制线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制动方法。反接制动常采用转速为变化参量进行控制。反接制动特点：制动迅速，效果好，冲击大。适用范围：10KW以下的小容量电动机。为了减少冲击电流，通常在电动机主电路中串接限流电阻。,29,30,电动机正常工作KS的常开触头闭合，为制动作准备。按复合按钮SB1KM1线圈失电电动机断电惯性运转（KS仍闭合）KM1常闭触头闭合KM2线圈得电KM2常开触头闭合自锁KM2主触头闭合电机接电阻反接制动KM2常闭触头断开当电动机的转速下降至接近零时，KS的常开触头断开KM2线圈断电常开主触头断开反序电源耗制动结束。,31,电动机可逆运行的反接制动控制线路,KS1是速度继电器KS的正转触头，KS2反转触头。KM1正转接触器，KM2反转接触器,32,当正转接触器KM1闭合，电动机接正相序三相电源运转时，速度继电器KS的正转常闭触头KS1断开，常开触头KS1闭合。由于反转接触器KM2的线圈电路中串连的起互锁作用的常闭触头KM1早已断开，所以KS1正转常开触点的闭合仅起KM2准备通电的作用，并不能使其线圈立即通电。按停止按钮SB1时，KM1线圈断电，其常闭触头复位使KM2线圈通电，电动机接反相序电源，进入正向反接制动状态。,33,由于速度继电器KS1的常闭触头这时是断开的，KM2线圈的自锁通路已被切断。当电动机转速降到接近零时，速度继电器的正转常闭和常开触头KS1均复位，接触器KM2线圈断电，正向反接制动过程结束。,反向起动和反接制动,34,四、电流原则控制,基本电器：电流继电器工作原理：电流继电器可在线圈中的电流达到某一整定值时动作，或在电流降低到某一整定值时释放。实现：过电流或欠电流保护电动机的分级起动夹紧力的自动控制等。,35,3,M,FR,KM1,.,.,.,KM2,KM3,KM4,KI3,KI2,KI1,1、电流原则控制转子电路串电阻启动控制线路,1R,2R,3R,36,电流原则控制转子电路串电阻启动控制线路,原理：利用电动机转子电流大小的变化来控制电阻切除。,KI1、KI2、KI3是电流继电器，它们的吸合电流一样，释放电流逐渐减小。,启动：按SB2，KM1线圈通电，常开触点闭合自锁，电动机串三级电阻电阻启动，启动电流很大，电流继电器都吸合，它们的常闭触点断开。在启动瞬间电流继电器动作快于接触器，所以启动开始电动机先串全部电阻启动。,37,电流原则控制转子电路串电阻启动控制线路,随着启动转速的增高，电流逐渐减小，KI1先释放，其常闭触点闭合，KM2线圈通电，其主触点吸合，切除电阻1R，使电流略有上升。电动机继续加速，电流又很快减小，KI2释放，其常闭触点闭合，KM3线圈通电，其主触点吸合，切除电阻2R。当转速继续升高，电流又减小，KI3释放，常闭触点闭合，KM4线圈通电，其主触点吸合，切除电阻3R，全部电阻切除，电动机启动完毕，正常运转。,38,2、自动夹紧机构的控制线路,按电流原则和行程原则控制的机床横梁夹紧机构的自动控制线路,39,接触器KM1控制电动机正转为夹紧接触器KM2控制电动机反转为放松行程开关SQ为夹紧和放松状态的检查电流继电器KI用于根据电动机的电流大小检查夹紧力。作业：分析具体工作过程并改进电路为全自动控制。,40,第四章电动机控制的保护环节,电动机控制的保护环节是保证设备长期安全，可靠、无故障运行的重要部分。保护电动机、电网、电气控制设备及人身安全。常用的保护环节：短路保护、过载保护、零压、欠压保护、弱磁保护。,41,一、短路保护,常用短路保护元件有熔断器和自动开关。熔断器优点：价格便宜、断弧能力强。缺点：熔体的品质、老化及环境温度等因素对其动作值影响大。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。改进：用自动开关作短路保护。当出现短路时，其电流线圈动作，将整个开关跳闸，三相电源便同时被切断。自动开关还有过载保护和欠压保护的作用。自动开关缺点：结构复杂，价格贵，不宜频繁操作，一般用在要求高的场合。,42,二、过电流保护,过电流出现的情况：电动机不正确启动；负载转矩剧烈增加。比电动机的额定电流大的多。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。过电流保护一般只用在直流电动机和绕线式异步电动机上。整定过电流动作值一般为启动电流的1.2倍。,43,三、过载保护,常采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，所以用热继电器作过载保护同时必须设有短路保护。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。短路、过电流、过载保护都是电流保护，但由于故障电流的动作值、保护特性和保护要求以及使用元件的不同，它们不能互相取代。,44,四、零电压和欠电压保护,为了防止电网失电后恢复供电时电动机自行启动的保护叫零电压保护。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，这就是欠压保护。通常采用欠电压继电器或设置专门的零电压继电器。在控制线路的主电路和控制电路由同一个电源供电时，具有电气自锁的接触器兼有欠电压和零电压保护作用。欠电压继电器的线圈直接跨接在定子的两相电源线上，其常开触点串接在控制电动机的接触器线圈电路中。,45,五、弱磁保护,直流电动机在磁场有一定强度情况下才能启动，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”，因此需要采用弱磁保护。弱磁保护是通过在电动机励磁回路串入欠电流继电器。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。,46,六、其它保护,联锁保护行程保护油压保护温度保护,47,第五章电气控制设计基础,电气原理图设计为满足生产机械及工艺要求进行的电气控制电路的设计电气工艺设计为电气控制装置的制造、使用、运行、维修的需要进行的生产施工设计,48,第一节电气控制系统设计的基本原则和内容,一、电气控制设计的原则1)最大限度满足生产机械和生产工艺对电气控制的要求2）在满足要求的前提下，使控制系统简单、经济、合理、便于操作、维修方便、安全可靠3）电器元件选用合理、正确，使系统能正常工作4）为适应工艺的改进，设备能力应留有裕量,49,二、电气控制系统设计的基本内容,1.电气原理图设计内容1）拟定电气设计任务书:扼要的说明所设计设备的用途、加工工艺、技术性能及工作条件及该设备的拖动特性、控制特性和操作功能等。2）选择电力拖动方案和控制方式：电力拖动方案：一般设备采用交流拖动系统。如果设备对起动、制动要求很高，需要无级调速，采用直流电动机调速系统或交流变频调速系统。控制方式:继电接触控制、顺序控制、PLC控制、计算机联网控制。,50,3）根据设备的要求，确定电动机的数量、类型、型号、容量、转速。4）设计电气控制原理图5）选择电器元件，制定电机和电器元件清单6）设计电气柜、操纵台、电气安装板，画出电机和电器元件的总体布置图。7）绘制电器控制线路装配图及接线图。6）编写设计计算说明书和使用说明书。,51,2.电气工艺设计内容1）设计电气设备的总体配置，绘制总装配图和总接线图2）绘制各组件电器元件布置图与安装接线图，标明安装方式、接线方式3）编写使用维护说明书,52,第二节电力拖动方案的确定和电动机的选择,一、电力拖动方案的确定1、拖动方式的选择根据设备中主要电动机的负载情况、调速范围及对起动、反向、制动的要求确定拖动方式。2、调速方案的选择3、电动机调速性质应与负载特性相适应,53,二、拖动电动机的选择,（一）电动机选择的基本原则1）电动机的机械特性应满足生产机械的要求，与负载的特性相适应2）电动机的容量要得到充分的利用3）电动机的结构形式要满足机械设计的安装要求，适合工作环境4）在满足设计要求前提下，优先采用三相异步电动机,54,（二）根据生产机械调速要求选择电动机一般-三相笼型异步电动机、双速电机调速、起动转矩大-三相笼型异步电动机调速高-直流电动机、变频调速交流电动机（三）电动机结构形式的选择根据工作性质、安装方式、工作环境选择（四）电动机额定电压的选择（五）电动机额定转速的选择（六）电动机容量的选择,55,第三节电气控制线路设计的一般要求,一、电气控制应最大限度满足生产机械加工工艺要求二、对控制电路电流、电压的要求三、控制电路力求简单、经济,56,1.尽量缩短连接导线的长度与导线数量2.尽量减少电器元件的品种、数量和规格,57,3.尽量减少电器元件触头的数目4.尽量减少通电电器的数目,58,四、确保控制电路工作的安全性和可靠性,1.正确连接电器的线圈在交流控制线路中，不能串联接入两个电器线圈。两个线圈需要同时动作时应并联连接。2.正确连接电器元件的触头同一个电器的常开触头和常闭触头位置靠得很近，不能分别接在电源的不同相上。,59,3.防止寄生电路不是由误操作意外引起的电流通路称为寄生电路。它使正向接触器KM1可能无法释放，过载保护不起作用，而使电机损坏。,60,4.在控制电路中应尽量减少多个电器元件依次动作后才能接通另一个电器元件5、考虑触头的接通与分断能力若容量不够，可在线路中增加中间继电器，或增加线路中触头数目。增加接通能力用多触头并联连接；增加分断能力用多触头串联连接。,61,6.避免触头“竞争”、“冒险”现象竞争：当控制电路状态发生变换时，常伴随电路中的电器元件的触头状态发生变换。由于电器元件总有一定的固有动作时间，对于一个时序电路来说，往往发生不按时序动作的情况，触头争先吸合，就会得到几个不同的输出状态，这种现象称为电路的“竞争”。冒险：对于开关电路，由于电器元件的释放延时作用，也会出现开关元件不按要求的逻辑功能输出，这种现象称为“冒险”。7.采用电气连锁与机械连锁的双重连锁,62,第四节电气控制电路设计的方法与步骤,一、电气控制电路设计方法简介分析设计法：根据生产工艺的要求，选择一些成熟的典型基本环节来实现这些基本要求，而后再逐步完善其功能，并适当配置联锁和保护等环节，使其组合成一个整体，成为满足控制要求的完整电路。逻辑设计法：利用逻辑代数这一数学工具设计电气控制电路。在继电接触器控制电路中，把表示触头状态的逻辑变量称为输人逻辑变量，把表示继电器接触器线圈等受控元件的逻辑变量称为输出逻辑变量。输人、输出逻辑变量之间的相互关系称为逻辑函数关系，这种相互关系表明了电气控制电路的结构。所以，根据控制要求，将这些逻辑变量关系写出其逻辑函数关系式，再运用逻辑函数基本公式和运算规律对逻辑函数式进行化简，然后根据化简了的逻辑关系式画出相应的电路结构图，最后再作进一步的检查和优化，以期获得较为完善的设计方案。,63,二、分析设计法的基本步骤,l）按工艺要求提出的起动、制动、反向和调速等要求设计主电路。2）根据所设计出的主电路，设计控制电路的基本环节，即满足设计要求的起动、制动、反向和调速等的基本控制环节。3）根据各部分运动要求的配合关系及联锁关系，确定控制参量并设计控制电路的特殊环节。4）分析电