电气控制系统基本控制电路.ppt

以三相笼型异步电动机为主要控制对象 介绍几种典型控制电路 本章内容是电气线路分析和设计的基础 要求熟练掌握 1 基本控制电路环节2 特定功能控制电路3 自动循环工作控制电路 第四章电气控制系统基本控制电路 第一节三相笼型异步电动机基本控制电路环节 简介电动机的分类三相笼型异步电动机由于结构简单 价格便宜 坚固耐用等一系列优点获得了广泛的应用 它的控制线路大都由继电器 接触器 按钮等有触点电器组成 对它的起动控制有全压起动和降压起动两种方式 异步电动机的起动有两个特点 1 起动电流大一般笼型异步电动机起动电流约为额定电流的4 7倍 原因 危害 教材P602 起动转矩小原因危害对电动机起动的主要要求 1 有足够大的启动转矩 2 在满足启动转矩要求的前提下 启动电流越小越好 不同类型与容量的异步电动机可采取 减压起动 直接起动 一般在有独立变压器供电 即变压器供动力用电 的情况下 若电动机启动频繁 电动机功率小于变压器容量的20 时允许直接启动 若电动机不经常启动 电动机功率小于变压器容量的30 时也允许直接启动 如果没有独立的变压器供电 即与照明共用电源 的情况下 电动机启动比较频繁 则常按经验公式来估算 或变压器供动力和照明公用时 电动机功率小于变压器容量的5 允许直接启动 满足下列关系则可直接启动 1 开关控制直接起动电路保护措施 FU 短路保护优点 控制方法简单 经济 实用 缺点 操作不方便 不安全 无过载 零压等保护措施 不能实现远距离控制和自动控制适用于不频繁起动的小容量电动机 如小型台钻 砂轮机 冷却泵等 一 直接起动控制电路 全压起动 FU 接触器控制直接起动主电路 三相电源经QS FU2 KM的主触点 FR的热元件到电动机三相定子绕组 控制电路 用两个控制按钮 控制接触器KM线图的通 断电 从而控制电动机 M 启动和停止 起停过程 合上QS 按动起动按钮SB2 KM线圈通电并自锁 M通电工作 KM自锁触点 是指与SB2并联的常开辅助触点 其作用是当按钮SB2闭合后又断开 KM的通电状态保持不变 称为通电状态的自我锁定 停止按钮SB1 用于切断KM线圈电流并打开自锁电路 使主回路的电动机M定子绕组断电停止工作 自锁 依靠接触器自身辅助触头而使其线圈保持通电 保护环节 FU做短路保护 保护电源 FR做过载保护 保护电动机KM做失压保护 防止自起动 一般中小型机床的主电动机都采用这种起动方式 二 三相笼型异步电动机减压起动控制 较大容量的笼型异步电动机 大于10KW 因启动电流较大 一般都采用降压起动方式来起动 原理 起动时降低加在电动机定子绕组上的电压 以限制起动电流 起动后再将电压恢复到额定值 起动电流降压起动转矩该方法适用于对启动转矩要求不高或空载 轻载下起动的设备 减压起动常用的方法 星 三角变换减压起动 定子串电阻或电抗器减压起动 自耦变压器减压起动延边三角形减压起动 针对全压工作时为三角形接法的电动机 起动时将其定子绕组接成星形 降低电动机的绕组相电压 当起动过程结束时再将电动机的定子绕组改接成三角形接法实现全压工作 1 星 三角变换减压起动控制电路 定子绕组星形连接状态下起动电压为三角形连接起动电压的 起动转矩为三角形连接直接起动转距的 起动电流为三角形连接直接起动电流的 主电路分析 KM1 FR M FU QS KM2 KM3 KM1 电源的接入与切除起动瞬间 星形接法KM1 KM3闭合KM2断开正常工作 三角形接法KM1 KM2闭合KM3断开要求 KM2 KM3主触点不能同时闭合 控制电路分析 控制电路存在缺陷 若KM3线圈断线 电动机就有全压起动的可能 改进方案 星形 三角形减压起动方法适用于在空载或轻载状态下起动 且只能用于正常运转时定子绕组接成三角形的笼型异步电动机 GB规定 4kW及以上的异步电动机定子的连接方法为 在工厂现场中 常采用丫一 自动起动器 简便且经济 原理 电动机在起动时在三相定子绕组中串接电阻 使电动机定子绕组电压降低 以限制起动电流 起动结束后再将电阻短接 使电动机在额定电压下正常运行 主电路 KM1实现串电阻起动KM2实现全压运行 2 定子串电阻减压起动控制电路 KM1 FR M FU QS KM2 R 起动瞬间 串入电阻 KM1闭合 KM2断开正常工作 短接电阻KM2闭合 KM1断开 控制线路 1 基本原理 用时间继电器KT控制KM1 KM2切换 2 KM1 KM2允许同时吸合 但是电动机正常运行后 一般应该将KM1释放 以降低运行损耗 3 图 a 为KM1不退出的控制线路 不足之处 起动完成后KM1 KT不退出 运行损耗大 有全压启动的可能 KM1故障 改进电路 一 改进电路 二 定子串电阻起动方式由于不受电动机接线形式的限制 设备简单 常用于中小型生产机械 另外在机械设备做点动调整时 也可采用这种限流方法以减轻对电网的冲击 定子串电阻起动的缺点 限流的同时也降低了启动转矩 起动时在电阻上功率消耗较大 若起动频繁 电阻的温升对精密机床会产生影响 大容量异步电动机常采用串电抗器 在自耦变压器减压起动的控制线路中 电动机起动电流的限制是依靠自耦变压器的降压作用来实现的 起动时 电动机定子绕组得到的电压是自耦变压器的二次电压 待电动机转速接近额定转速时 自耦变压器便被短接 此时电源电压即额定电压直接加于定子绕组 电动机进入全电压正常工作 3 自耦变压器减压起动控制 XJ01型自耦变压器减压起动器控制电路 一般工厂常用的自耦变压器起动方法是采用成品的减压补偿起动器 这种成品的补偿减压起动器包括手动控制和自动控制两种形式 自耦变压器降压起动方法适用于起动较大容量和正常运行时定子绕组接成星形而不能采用星形 三角形起动方式的笼型异步电动机 起动转矩可以通过改变抽头的连接位置得到改变 80 65 50 它的缺点是自耦变压器价格较贵 而且不允许频繁起动 故通常用来起动大型和特殊用途的电动机 工作原理将接至电动机的三相电源进线中的任意两相对调 即可使电动机反转 主电路KM1 KM2换相序 互锁KM1 KM2若同时动作 将引起电源相间短路 要加互锁 三 三相笼型异步电动机的正反转控制线路 KM1 FR M FU QS KM2 两个单向运行控制线路并联 KM1控制正向 KM2控制反向 KM1 KM2同时动作 电源短路 必须禁止 方法 利用两个接触器常闭触头起相互控制作用 这种利用两个接触器的常闭辅助触头互相控制的方法叫做互锁 而两对起互锁作用的触头便叫做互锁触头 互锁的存在使得当换向时必须停车 优点 安全可靠缺点 操作不方便 1 电动机的 正 停 反 控制线路 接触器互锁依然保留 加装按钮互锁 可以实现直接换向控制 双重联锁 既有接触器互锁又有按钮互锁 作用 接触器互锁 防止电源短路按钮互锁 提高工作效率注 电气互锁不能少 2 电动机的 正 反 停 控制线路 操作方便 安全可靠 机床电气控制系统常用 主电路同电动机正反转控制线路 控制电路接触器互锁依然保留 加装行程开关互锁 以实现自动换向控制 3 自动往复行程控制线路 KM1 FR M FU QS KM2 KM1 前进KM2 后退SQ1 末端行程开关SQ2 始端行程开关SB2 正向起动按纽SB3 反向起动按纽 思考 若要在末端和始端加上限位保护 电动机制动控制 用于迅速停车或准确定位 实现切断电源后 克服惯性 迫使电动机迅速停转的功能 常用制动方式 机械制动 机械抱闸 电磁离合器电气制动 反接制动 能耗制动等实质 给电动机一个与转动方向相反的制动转矩 一 机械制动所谓机械制动 就是用外加的机械作用力使电动机在断电后转子迅速停止转动的一种方法 应用较多的机械制动装置是电磁制动器 它主要由电磁铁和制动器两部分组成 电磁铁包括铁芯 衔铁和线圈三部分 制动器由闸轮 闸瓦 杠杆和弹簧等部分组成 四 三相笼型异步电动机的制动控制 电磁抱闸断电制动控制 断电制动控制方式在起重机械上被广泛采用 不仅能准确定位 同时还可防止突然停电时重物自行坠落 缺点 不经济 停止时手动调整工件困难 二 电气制动 当电动机的电磁转矩与旋转方向相反时 便进入电气制动状态 电气制动有能耗制动 反接制动 反馈制动等 鼠笼式异步电动机常用的电气制动方法是能耗制动和反接制动 1 能耗制动制动原理 切断三相电源 定子绕组接入直流电源 产生磁场 惯性转动的转子切割磁力线 产生电磁转矩 制动这种制动方法是将在运动过程中储存在转子中的机械能转变成电能 又消耗在转子的制动上 因此称为能耗制动 a b 能耗制动控制电路 三相笼型异步电动机切断三相电源的同时 定子绕组接通直流电源 转子原来储存的机械能转变为电能 消耗在转子回路的电阻上 转速为零时再将其切除 主电路 变压器TC和整流器提供制动直流电源 KM2为制动接触器 控制电路 a 手动控制 停车时按下SB1按钮 制动结束时放开 电路简单 操作不便 控制电路 b 根据电动机带负载制动过程时间长短设定时间继电器KT的定时值 实现制动过程的自动控制 制动作用强弱与通入直流电流的大小和电动机的转速有关 在同样的转速下电流越大制动作用越强 电流一定时转速越高制动力矩越大 一般取直流电流为电动机空载电流的3 4倍 过大会使定子过热 可调节整流器输出端的可变电阻RP 得到合适的制动电流 能耗制动控制电路 能耗制动控制电路特点 制动准确 平稳 与反接制动相比能量消耗小 但制动力较弱 在低速时尤为突出 且还需要直流电源 故能耗制动适用于电动机容量较大 起制动频繁 要求制动平稳 准确的场合 如磨床 龙门刨床及组合机床的主轴定位等 2 反接制动制动原理 切断三相电源 接通反向起动电源 产生反向起动力矩 制动 转速为零时切断电源 制动手段 利用接触器的主触点接入反向电路 利用速度继电器判定零速 切断电源 可用时间继电器吗 反接制动控制电路 复合停止按钮SB1动合触点上并联KM2的自锁触点 停车期间 用手转动机床主轴调整工件位置时 速度继电器的转子随着转动 若不按停止按钮SB1 KM2就不会得电 电动机就不会反接于电源 反接制动电流约为起动电流的两倍 主电路制动回路中串入限流电阻R 防止制动时对电网的冲击和电动机绕组过热 电动机容量较小且制动不是很频繁的正反转控制电路中 可以不加限流电阻 反接制动控制电路特点 反接制动时 旋转磁场的相对速度很大 定子电流也很大 因而制动转矩大 制动迅速 效果显著 但制动时有冲击 不平稳 且能量消耗大 故适用于10kW及以下的小容量电动机 不太经常起制动的设备 如铣床 镗床 中型车床主轴的制动等 五 三相笼型异步电动机有极变速控制电路 用于实际生产的机械设备 往往有调速的要求 调速可通过机械 液压和电气等多种方式实现 电动机转速 电动机转速调节的三个参数 f 调频 s 转差调速 p 变级调速 很多生产机械不需要连续变速 使用变速电动机或再配合齿轮箱调速 变速电动机 笼形 一般有双速 三速 四速之分 与普通电动机不同的是 变速电动机的定子备有一套或多套绕组 改变接法就可改变电动机的磁极对数 进而改变转速 双速电动机定子绕组接线示意图 三角形接线 双星形接线 星形接线 线圈串联 线圈并联 A x S S N N I U Ax S N I 三角形接法 星形接法 每相绕组中两个线圈串联 形成四个磁极 p 2 同步转速为1500r min 此时电动机为低速 双星形接法 每相绕组中的两个线圈并联 电动机的极数变为二极 p 1 同步转速为3000r min 电动机为高速 三角形 双星形 属于恒功率调速 适用于拖动恒功率性质负载 单星形 双星形 属于恒转矩调速 适用于拖动恒转矩性质负载 主电路 低速运行 三角形接线 KM1闭合KM2 KM3断开高速运行 双星形接线 KM2 KM3闭合KM1断开 注意 定子绕组极数改变后 其相序方向和原来相序相反 因此在变极时 主电路中必须保证电动机任意两个出线端同时对调 以保持高速和低速时的转向相同 双速电动机控制电路 用复合按钮SB2 SB3来实现高低速控制的 运行中若要变速 只要直接按控制按钮SB2或SB3 就可实现由高速变低速或由低速变高速的运行 这种控制方式适用于小容量的双速电动机 用选择开关SA实现高 低速控制 转换过程中需重新按起动按钮SB2 此控制方式同样适用于功率较小的电动机 用选择开关SA和时间继电器来进行控制的 当SA扳到中间位置时 电动机停转 当SA扳到 低速 位置时 KM1线圈得电 其主触点闭合 电动机定子绕组接成 以低速运转 当SA扳到 高速 位置时 电动机先低速起动 然后自动由低速切换到高速 以便来限制起动电流 因此对较大容量的电动机可采用该种控制方式 点动控制 按住按钮时电动机转动工作 手放开按钮时 电动机即停止工作 常用于生产设备的调整 与长动的主要区别是控制电器能否自锁 第二节特定功能控制电路 一 点动与长动控制 对于一些大中型机床 起重运输机械等生产设备 常要求操作人员在不同方位进行操作与控制 这时就需要组成多地点控制线路 控制电路 a 起动按钮并联 停止按钮串联 分别安置在三个地方 就可实现三地操作 控制电路 b 几个操作者都按起动按钮发出主令信号 设备才能起动 停止时 须同时按停止按钮 二 多地点 多条件控制 对于重要 大型的设备 为了保证其操作安全 往往需几个操作者都发出命令 即满足多个条件后设备才允许开始工作 这需要多条件控制电路 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关系 均可使用连锁控制 常见的有三种形式 顺序控制互为禁止控制机械电气联锁控制 三 联锁控制 1 顺序控制电路由多台电动机驱动的生产机械 其各台电动机所起的作用往往不同 并常常对电动机的起停顺序有一定的要求 以保证设备的安全运行 实现顺序控制要求的电路称为顺序控制电路 一般有顺序起动 同时停止 顺序起动 顺序停止 顺序起动 逆序停止等多种控制形式 如磨床要求先起动润滑油泵电动机M1 然后再起动主轴电动机M2 2 互为禁止控制电路 互为禁止控制常用于以下情况 两台电动机不同时起动具有两种电源接线的单台电动机控制电路 操作手柄之间的互锁 在运动比较复杂的机床上 为防止不同运动之间的干涉 常用操作手柄和行程开关形成联锁控制 工作台进给运动 横 纵向 控制 3 机械电气联锁控制 在现代化工业生产中 为了提高劳动生产率 降低成本 减轻工人的劳动负担 要求实现整个生产工艺过程全盘自动化 例如 一些机床的工作过程包含若干工步 定位 夹紧 快进 工进 快退等等 对于这些动作要求按一定的顺序自动 逐步完成或要求不断的重复进行 自动工作循环控制就是实现这种工作过程的控制电路 自动循环控制电路分为两类 对电动机工作的自动循环控制对液压系统工作的自动循环控制 第三节自动循环工作控制电路 一 对电动机工作的自动循环控制 对电动机工作的自动循环控制 实质就是控制电路按照工作循环图的工作顺序要求 对电动机进行有序地启动 停止以及正反转的控制 1 单机自动循环控制电路 前所述的由行程开关控制的机床工作台往返循环控制电路 就属于单机自动循环控制电路 自动间歇供油润滑系统控制电路 KM为控制液压泵电动机起停的接触器 KT1控制油泵电动机工作供油的时间 KT2控制停机 供油间断的时间 2 多机自动循环控制电路 按照工作循环图的要求 对多个电动机进行有序地启动 停止以及正反转的控制 液压传动系统由于其特有的优点 如易获得较大力矩 运动传递平稳均匀 调节控制方便等 在机械制造 工程 建筑 矿山等领域具有广泛的应用 当液压传动系统与电气控制系统相结合组成电液联合控制系统时 即用电气控制电路控制液压传动系统 再由液压传动系统驱动运动部件完成规定动作 这样就能很方便地实现由多种工作程序