《电气控制基础2》PPT课件.ppt

第二章电气控制基础 各种用途的机械设备 一般都是由电动机拖动的 而对于电动机而言 最早的控制方式就是继电接触器式控制 由于此控制装置具有线路简单 维修方便 便于掌握 成本低廉等许多优点 多年来在各种生产机械的电气控制领域中 一直得到广泛的应用 由于机械设备的生产工艺不同 所以电气控制线路的复杂程度也各不相同 但任何复杂的控制线路都是由一些常用的基本回路 控制环节和保护环节 按需要组合而成 本章主要介绍一些电气控制线路中的基本环节 掌握这些基本环节有利于以后对典型机械设备控制线路的阅读 分析以及继电接触器式控制系统的设计 第二章电气控制基础 第二章电气控制基础 2 1电气控制线路图的基本概念和绘制 电气控制系统是由许多电器元件和电动机等用电设备按一定生产工艺要求连接而成的 为了便于其设计 分析 安装 调整 使用和维护 需要将各种电器元件及其连接 用统一规定的文字和图形表达出来 其工程图表示有三种方法 电气控制原理 电路 图 电器设备安装图 电器设备接线图 由于构成电器工程的元器件 设备和连线很多 结构类型千差万别 安装方式也多种多样 因此 在主要以简图形式表示的电器工程图中 为了描述和区分这些元件和电器设备的名称 功能 状态 特征 相互关系 安装位置及其连接等等 没有必要也不可能一一画出它们的外形结构 一般是用一些简单符号表示的 这些符号就是图形符号 2 1电气控制线路图的基本概念和绘制 图形符号提供了一类设备或元件的共同符号 为了更明确地区分不同设备或元件 尤其是区分同类设备或元件中不同功能的设备或元件 还必须在图形符号旁标注相应的文字符号 且字母必须大写 国家标准局参照国际电工委员会 IEC 颁布的有关文件 制定了我国电器设备新的有关国家标准 GB4728 1984 1985 电气图用图形符号 GB7159 1987 电气技术中的文字符号制定通则 GB4026 1983 电器接线端子的识别和字母数字符号接线端子的通则 2 1电气控制线路图的基本概念和绘制 2 1电气控制线路图的基本概念和绘制 一 电气控制原理图电气控制原理图 表示电气控制线路的工作原理 各电器元件导电部件的作用及其相互关系 而不考虑各电器元件实际安装的位置和实际连线情况 2 1电气控制线路图的基本概念和绘制 2 1电气控制线路图的基本概念和绘制 2 1电气控制线路图的基本概念和绘制 1 电气控制线路根据电路通过的电流大小分为主电路和控制电路两大部分 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 一般用细线条绘在原理图的右侧 或下部 主电路包括从电源到电动机的电路 是大电流通过的部分 一般用粗线条绘在原理图的左侧 或上部 2 1电气控制线路图的基本概念和绘制 3 各电器并不按照它实际的位置情况绘在原理图上 而是采用同一电器元件的各部分分别绘在它们完成作用的地方 但需用同一文字符号标出 若有多个同一种类的电器元件 可在文字符号的后面加上数字序号的下标 如KM1 KM2等 2 控制线路的全部触点都要按 平常 即未通电或未受外力作用时 状态绘出 2 1电气控制线路图的基本概念和绘制 5 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 4 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 2 1电气控制线路图的基本概念和绘制 二 电器设备安装图表示各种电器在生产设备和电气控制柜中实际的安装位置 主要有控制柜 控制板 操纵台等电器设备具体布置图 安装图是电器设备安装和维修时必备的资料 在绘制时 均用粗实线画出简单轮廓 留出线槽和备用面积 图中不标尺寸 2 1电气控制线路图的基本概念和绘制 2 1电气控制线路图的基本概念和绘制 2 1电气控制线路图的基本概念和绘制 电器设备安装图特点 1 同一电器元件的各部件 例如触点和线圈 必须画在一起 各电器元件的位置应与实际安装的位置一致 2 各电器元件的安装位置由生产设备的结构和工作要求决定 如电动机要与被拖动的机械部件在一起 行程开关应放在要取的信号的地方 操作元件放在便于操纵的地方 这在 人机工程学 中有详述 一般电器元件应放在控制柜内 2 1电气控制线路图的基本概念和绘制 三 电器设备接线图它是根据原理图 配合安装要求来绘制的 用来表示各电器元件之间实际接线情况 电器设备接线图为各电器元件的配线 检修和施工提供了方便 实际工作时一般要与电气控制原理图配合使用 2 1电气控制线路图的基本概念和绘制 绘制电器设备接线图的主要规定 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理图一致 并按原理图的接线进行连接 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 同一电器元件的各个部件应画在一起 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 2 1电气控制线路图的基本概念和绘制 2 1电气控制线路图的基本概念和绘制 2 2电气控制线路的基本电路 在电气控制线路中 常用的基本电路主要有 保护环节和控制环节 常用保护环节有 短路 过流 过载 过压 失压 欠压 弱磁 超速和极限保护等 1 短路保护当电路发生短路时 短路电流会引起电器设备绝缘损坏和产生强大的电动力 从而使电机和电路中的各种电器设备产生机械性损坏 因此当电路中出现短路时 必须迅速可靠地断开电源 2 2电气控制线路的基本电路 2 2电气控制线路的基本电路 2 2电气控制线路的基本电路 2 过电流保护不正确的起动方式和过大的负载 常会引起电动机出现很大的过电流 但一般情况下比短路电流小 这种过电流 不仅容易损坏电机 而且过大的电流所引起的过大的电动机转矩 冲击力 也会损坏机械传动机构 因此要瞬时切断电源 2 2电气控制线路的基本电路 电动机在运行过程中产生这种过电流的可能性比发生短路要大 特别是对于频繁起动和正反转重复短时工作的电动机更是如此 2 2电气控制线路的基本电路 1 对于直流电动机和绕线式异步电动机的限流起动 过流保护元件是过流继电器KA 串联于主电路的隔离开关QS与接触器KM的主触点之间 KA的动作值一般定为1 2倍的电动机起动电流 2 2电气控制线路的基本电路 2 鼠笼式电动机工作时的过电流保护电路 当电机起动时 时间继电器KT的延时触点并未动作 过电流继电器KA的线圈不接入电路中 尽管电动机的起动电流很大 但KA不起作用 当时间继电器延时结束后 触点动作 过电流继电器线圈得电 开始起保护作用 3 过载保护当电动机长期超载运行时 其绕组的温升将超过允许值而损坏 所以应设过载保护环节 此保护元件多采用热继电器 2 2电气控制线路的基本电路 热继电器具有反时限特性 但因热惯性的关系 热继电器不会受短路电流的冲击而瞬时动作 例如当有8 10倍的额定电流通过热继电器时 需经1 3秒的时间才能动作 这样在热继电器动作前 就可能使热继电器的发热元件先烧坏 所以在使用热继电器作过载保护时 还必须将熔断器与热继电器配合使用 2 2电气控制线路的基本电路 3 过载保护 2 2电气控制线路的基本电路 5 欠压保护在电动机正常运转的过程中 如果电压过分降低 将会引起一些电器释放 造成控制线路工作的失调 甚至可能造成事故 因此当电源电压降到一定允许值以下时 必须切断电源 这就是欠电压保护 一般常采用电磁式电压继电器实现欠压 以及失压 保护 当U 40 70 UN时 2 2电气控制线路的基本电路 补充 2 2电气控制线路的基本电路 2 2电气控制线路的基本电路 2 2电气控制线路的基本电路 二 电气控制系统基本的控制环节 1 长动与点动控制除了点动状态以外 生产设备还有一种工作状态 例如若生产设备在正常的加工过程中 是处于长期工作状态的 则称之为 长动 2 2电气控制线路的基本电路 2 2电气控制线路的基本电路 但在实际工作中 生产设备往往既要求点动 又要能长期连续工作 即长动 2 2电气控制线路的基本电路 2 2电气控制线路的基本电路 2 2电气控制线路的基本电路 2 2电气控制线路的基本电路 2 2电气控制线路的基本电路 3 互锁控制P57生产设备或自动生产线都由许多运动部件组成 不同运动部件之间既相互联系又相互制约 例如 车床的主轴必须在油泵电动机起动使齿轮箱充分润滑后才能起动 又如 龙门刨床的工作台运动时不允许刀架移动等 这种既互相联系又互相制约的控制称为联锁控制 2 2电气控制线路的基本电路 互锁控制 实际上也是一种联锁控制 之所以这样称谓 是为了强调触点之间的互锁作用 例如常常有这样的要求 两台电动机M1和M2不能同时接通 2 2电气控制线路的基本电路 这种互锁关系在电动机的正反转线路中 可保证正反向接触器KM1和KM2不能同时闭合 防止电源短路 总之 若要求甲接触器动作后乙接触器才能动作 则需将甲接触器的动合触点串在乙接触器的线圈电路中 若要求甲接触器动作时 乙接触器不能动作 则需将甲接触器的动断触点串在乙接触器的线圈电路中 2 2电气控制线路的基本电路 4 优先控制优先控制电路实际上也是一种互锁控制电路 通常分为先动作优先和后动作优先 先动作优先控制电路是指其工作状态为 无论哪一台设备先动作 其它设备则都不能动作 后动作优先控制电路是指其工作状态为 多台设备 只要任一台工作 前面所有已动作的设备自动停止工作 2 2电气控制线路的基本电路 先动作优先控制电路 若先按下SB1 KM1线圈得电 并自锁 电动机M1工作 此时KM1的动合触点闭合 使中间继电器KA的线圈得电 其动断触点则断开KM2和KM3的线圈电路 故在KM1未断电之前 其它接触器都不能工作 2 2电气控制线路的基本电路 2 2电气控制线路的基本电路 后动作优先控制电路 若先按下SB1 KM1线圈得电并自锁 使电动机M1工作 此时若再按下SB2 则KM2线圈得电并自锁 使电动机M2工作 且KM2的所有动断触点断开 从而使KM1断电 2 2电气控制线路的基本电路 1 2 5 多地点与多条件控制对于有些机械和生产设备 为了便于操作 常常要求在两个或两个以上的地点都能进行操作 例如 重型龙门刨床 有时在固定的操作台上控制 有时需要站在机床的四周利用悬挂按钮进行控制 再如 自动电梯 人在电梯箱里时要在里面控制 人进电梯箱前在楼道上也能控制等等 2 2电气控制线路的基本电路 2 2电气控制线路的基本电路 6 工作循环自动控制某些生产机械要求在一定范围内能自动往复运行 例如 机床的工作台就需要利用行程开关来检测往返运动的相对位置 再控制电动机的正反转 从而实现对往复运动的控制 再如高炉的添加料设备和机器手等等 2 2电气控制线路的基本电路 2 2电气控制线路的基本电路 由于反复循环的行程控制 电动机在每经过一个自动往复行程控制 都要进行两次反接制动过程 会受到较大的制动电流和机械冲击 因此这种电路只适用于对小容量电动机的控制 工作循环自动控制是机床和自动生产线应用最为广泛的控制方式之一 2 2电气控制线路的基本电路 2 2电气控制线路的基本电路 2 3鼠笼式异步电动机的起动控制线路 三相笼型异步电动机 具有结构简单 价格便宜 坚固耐用 运行维护方便等一系列优点 常作为生产设备的主要驱动源 被广泛地使用 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 称为电动机的起动 复习鼠笼式异步电动机的起动原理 笼型异步电动机的主要起动特性 起动电流 IST 4 7 IN 2 3鼠笼式异步电动机的起动控制线路 2 降压起动 1 全压直接起动 笼型异步电动机的起动方式 采用刀开关直接起动采用接触器直接起动 定子串电阻或电抗器降压起动Y 降压起动自耦变压器减压起动 2 3鼠笼式异步电动机的起动控制线路 图 b 接触器直接起动控制线路 一 全压直接起动 二 降压起动 1 定子串电阻 或电抗器 降压起动 2 3鼠笼式异步电动机的起动控制线路 所谓定子串电阻降压起动 就是在电动机起动过程中 利用串联电阻来减小定子绕组的电压 以达到限制起动电流的目的 一旦起动完毕 再将电阻短接 电动机进入全电压正常运行状态 2 3鼠笼式异步电动机的起动控制线路 图 b 的控制线路虽然简单 但缺点是 在电动机正常运行时 只要接触器KM2得电即可 可是这时除了KM2得电 时间继电器KT和接触器KM1在正常运行过程中 也始终通电 这样不仅电路耗能大 而且也对KT KM1不利 同时增加了电路的故障点 降低电路的可靠性 2 3鼠笼式异步电动机的起动控制线路 定子串电阻降压起动方式 由于不受电动机定子绕组接线形式的限制 起动过程平滑 设备简单 成本低廉 因而在中小型生产机械中应用较广 机床中也常采用这种方式减小点动及制动时的电流 缺点是 每次起动都要在起动电阻上消耗大量的电能 若采用电抗器代替电阻器 则所需设备费较贵 且体积大 2 3鼠笼式异步电动机的起动控制线路 2 Y 降压起动Y 降压起动法 是指电动机起动时定子绕组先连成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 形 电动机进入正常运行 因此Y 降压起动适合于正常工作时三相定子绕组接成 形的三相笼型异步电动机 对于功率在4kW以上的三相笼型异步电动机的定子绕组 在正常工作时都大多接成三角形 对这种电动机就可采用Y 降压起动方式 2 3鼠笼式异步电动机的起动控制线路 Y 降压起动原理 2 3鼠笼式异步电动机的起动控制线路 2 3鼠笼式异步电动机的起动控制线路 2 3鼠笼式异步电动机的起动控制线路 Y 换接起动除了可用接触器控制外 尚有一种专用的Y 起动器 其特点是价格便宜 体积小 重量轻 不易损坏 维修方便 Y 降压起动是一种应用十分广泛的起动方式 但是由于起动转矩小 且起动电压不能按实际需要调节 故只适用于空载或轻载起动的场合 并只适用于正常运行时定子按 接线的异步电动机 2 3鼠笼式异步电动机的起动控制线路 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 2 3鼠笼式异步电动机的起动控制线路 2 3鼠笼式异步电动机的起动控制线路 2 3鼠笼式异步电动机的起动控制线路 自耦降压起动器适合于功率为14 300kW的工作时定子绕组为Y型电动机的降压起动 自耦变压器降压起动 适用于电动机正常运转时定子绕组接成Y形 而不能采用Y 降压起动方式起动的三相笼型异步电动机 自耦变压器降压起动与Y 降压起动相比 前者的起动电压 起动转矩可通过不同的抽头来调节 具有调整灵活的优点 但此起动设备费用大 通常用于起动大型和特殊用途的电动机 2 3鼠笼式异步电动机的起动控制线路 起动器的flash演示 2 4异步电动机的正反转控制线路 在生产机械或机床中 往往要求运动部件能实现两个相反方向的运行 例如 主轴的正向和反向转动 工作台的前后与左右移动 起重机吊钩的上升和下降等 而这两个彼此相反方向的运动 通常是靠拖动它们的三相异步电动机的正反转来实现 2 4异步电动机的正反转控制线路 电动机转轴的转动方向与定子通电所产生的旋转磁场方向一致 而旋转磁场的方向又与定子接入三相电源的相序有关 相序 是指三相交流电出现幅值 或零值 的顺序 电源的相序为 A B C 若将电源顺相序接入定子线圈 磁场正转 且电机正转 那么若任意调换两相绕组的相序 磁场就会反转 从而使电动机反转 2 4异步电动机的正反转控制线路 2 4异步电动机的正反转控制线路 一 电动机正反转控制 当KM1闭合 KM2断开时 电动机定子顺相序接入电源 X A Y B Z C 则电动机正转 当KM1断开 KM2闭合时 电动机定子改变相序接入电源 即X C Y B Z A 则电机反转 假如KM1与KM2同时闭合会怎样 2 4异步电动机的正反转控制线路 注意 无论任意时刻决不能将接触器KM