第九章 控制系统.doc

第九章 控制系统 第一节 低压控制电器在电力拖动、自动控制系统中，低压控制电器有两方面作用：一是对电路进行切断和转换控制；二是对电路进行保护。一、 组合开关组合开关又称为盒式转换开关，是一种手动操作的低压电器。这种开关适用于交流50HZ电压380V和直接220V以下的电气设备，作不频繁切断和转换电路或电源开关使用。对于5KW以下的电动机可直接进行控制。图9-1为HZ10系列组合开关的外型、结构和图形符号。三组组合开关共有三个静触点和三个动触点。静触点固定在胶木盒内的绝缘板上，并引出接线螺钉与外电路相接。动触点装在与手柄相连的绝缘方轴上，可随手柄正或反每次作900转动，以便与静触头接通和断开。HZ10系列组合开关的额定电压为直流220V,交流380V,其额定持续有10A、25A、60A、100A等多种。技术数据可查附录。由于组合开关结构紧凑，安装体积小，操作方便被广泛作为电气设备电源开关使用。二、熔断器熔断器是一种保护电器，当绕组绝缘损坏接地或造成电源短路时，能迅速切断电源。常用的熔断器有管式、插入式、螺旋式等几分钟。它的外型、结构和图形符号如图9-2所示。熔断器的技术参数有额定电压、额定电流、熔体的额定电流等。熔断器内装有熔丝或熔片，熔丝的选用可根据电路的工作情况来确定。在照明、电热等电路中，熔丝的额定电流INR应等于或略大于负载电流。在动力设备电路中，考虑到它的启动电流，熔丝的额定电流INR应等于电动机的额定电流IN的2.53倍。在某些重载启动或采用反接制动的电动机线路中，应取INR（3.54）IN0技术数据见附录。三、接触器接触器是一种自动控制电器，它们主要由电磁机构、触头系统和灭弧装置三部分组成。多用于远离接通与分断电路。以及频繁控制交流电动机的启动、停止、反转和制动。它分为直流和交流两类，图9-3为CJ10型交流接触器的外型、结构共和符号。接触器的动触头固定在动铁心上，静触头固定在壳体上。当吸引线圈有电流通过时，静铁心吸引动铁心，动铁心动作，使常开触头闭合，常闭触头断开。但吸引线圈断电，接触器又回到原始状态。 触头系统分为两部分：一部分分为主触头，用来控制主电路；一部分分为辅助触头，由于辅助触头通过电流一般为5A，所以常用来通断控制回路。灭弧装置：用来迅速熄灭主触头分断时所产生的电弧，以免绕坏触头。交流接触器的线圈额定电压有36V、110 V、220 V、380 V等，其额定电流为5A、10A、20 A、40 A、60 A、100 A、150等。其技术数据见附录。四、热继电器热继电器是一种过载保护电器。它利用电流的热效应而动作，以避免电动机在过载运行的情况下烧坏电动机。图9-4为热继电器的外型、结构和符号。图中得热元件是一段电阻不大的电阻丝或电阻片。双金属片是两种具有不同热膨胀系数的金属碾压而成。当电动机过载时，由于电阻丝通过电动机的过载电流，因而发热量增大。使包在电阻丝内的双金属片受热弯曲，推动导板使常闭触头断开，常开触头闭合，电动机停转，达到了过载保护的目的。热继电器的选用，由电动机的额定电流来确定，可参考附录合理选用。五、按钮开关按钮开关也称按钮，它是控制系统中最简单的一种发送指令的电器。按钮在控制回路中和接触器线圈相配合，实现接通和断开电路。按钮的外型、结构和符号如图9-5所示。按压按钮帽时，上面的静触头和动触头断开，下面的静触头和动触头闭合，放开按钮帽时，又恢复到原始状态。按钮的触头额定电流一般为5A，可按照附录合理选用。六、自动空气开关自动空气开关又称自动开关。它可用来引入电源来控制不频繁启动的电动机，或实现对电路过载、短路和失圧的保护。因此，在输、配电系统中广泛地被采用。自动空气开关的外型、结构如图9-6所示。其工作原理是：扳动操作手柄，自动开关合上，这时脱扣机构合上，接通电路。当电路发生短路时，通过L线圈电流增大，动触头动作，使推杆上移，从而使脱扣机构断开，起到保护作用。第二节 异步电动机的控制图9-7所示为三相异步电动机直接启动的控制线路。本控制系统系统主电路由组合开关、熔断器、交流接触器的主触头、热继电器的热元件和三相交流异步电动机组成。控制回路由按钮开关、接触器吸引线圈、热继电器的触头和接触器的辅助触头组成。一、异步电动机启动控制启动：合上电源开关QS，按下启动按钮SB1，接触器KM的吸引线圈得电，KM主触头闭合，电动机启动运转，KM辅助触头闭合与启动按钮并联起到自锁作用。所谓自锁就是当启动按钮断开时，仍能保持接触器线圈通电，使电动机正常运转。又称自保持触头。 停止：按下停止按钮SB2，接触器线圈断电，所有接触器的触头恢复原状，电动机停止运转，控制回路解除自锁。保护功能：电路中熔断器FU起到短路保护作用。热继电器FR起过载保护作用，当电动机过载时，串在主电路中的热元件弯曲，使其串在控制回路的闭合触头断开，控制回路断电。当在运行中断电时，失圧保护作用，使电动机停止运转；当供电恢复后，只有按下启动按钮SB1,电动机才能够重新启动，否则不能启动。图9-7是安装布线图，它的绘制和电路分析都不方便，为方便于分析和绘制电路，常用图9-8所示的控制电路原理图。这样分析电路一目了然。值得注意的是，尽管同一电器的各个部件不在一起，但它们的动作是关联的。因此，同一个电器的各个部件标以相同的文字符号。二、异步电动机的正反转电动机的正反转可用接触来控制，如图9-9所示。 在主电路中，KM1为正转接触器的主触头，KM2为转时的主触头。应当注意，KM1主触头闭合，KM2主触头必须是断开的，不能够同时接通，否则会使电源短路，这种关系称为互锁关系，可由控制回路来保证。正转运行：按下SB1，一方面断开KM2的控制回路，另一方面接通KM1主触头闭合，电动机启动正向运转。其他的辅助触头：KM1常开触头闭合进行自锁；KM1常闭触头断开，对KM2进行互锁。 反转运行：按下SB2反转按钮，一方面断开正转控制回路，KM1接触器恢复原始状态，为反转运行做好准备；另一方面在断开正转控制回路的同时，又将反转接触器KM2 的控制回路接通，此时KM2 主触头闭合，电动机启动反向运转。其他的辅助触头；KM2常开触头闭合进行自锁； KM2常闭触头断开，对KM1 进行互锁。从上面分析可知，图9-9所示控制线路中既有按钮互锁，又有接触器动断触头互锁从而提高了运行的安全性。停止：按下SB3 停止按钮，KM1 、KM2 接触器断电，整个控制回路恢复原始状态，电动机处在停止状态。这种电路的保护功能比较全面，它不但有短路保护FU、过载保护FR、失圧保护，还有互锁保护，因此这种正反转电路应用很广。若电动机的容量较大，一般不允许直接从正转变为反转，而是先停车后再由正转变为反转。操作过程应是正转-停止-反转，这种控制回路读者可行绘制。三、异步电动机的时间控制在生产过程中，机械的运转、停止经常需要延时或者定时进行控制，这些按时间顺序动作的电路就称为时间控制。例如，在一条自动生产线中，有许多拖动设备的电动机，需要按时间分批地启动。在能耗制动控制中，当制动一段时间后，电动机转速等于零时，电动机自动脱离电源。这些过程都是利用时间继电器来控制的。常用的时间继电器有电磁式时间继电器、气囊式时间继电器、晶体管式时间继电器等，本节主要介绍气囊式时间继电器及其控制电路。 1.气囊式时间继电器 常用的气囊式时间继电器有通电延时和断电延时两种。图9-10所示为JS7-2A型通电延时时间继电器。其工作原理如下： 当吸引线圈通电后，动铁芯吸合，一方面带动托板一起动作，使瞬时动作的微动开关常开触头闭合，常闭触头断开，起到瞬时控制作用；另一方面活塞杆与托板处形成空隙，在活塞杆下端连一橡皮膜，由于气室的作用恢复弹簧推动活塞杆缓慢上升。经过一段时间后，撞板圧下微动开关，使其延时动断触头断开、延时动合触头闭合，达到延时控制作用。延时时间范围可在0.4-180S之间。时间的长短可通过延时调节螺钉调节进气量而实现。当吸引线圈断电后，所有微动开关的复位都是瞬时动作的。断电延时继电器的原理与上相似，读者可根据图9-11自行分析。时间继电器技术数据可参考设计手册合理选用。 2.用时间继电器控制笼型电动机Y-D切换启动电路 如图9-12所示，时间继电器是用来延迟一定时间后，自动地把电动机从Y启动切换到D运行状态，以达到降压Y-D启动目的。 控制线路的工作原理如下： 合上开关QS，按下启动按钮SB1，接触器吸引线圈KM得电，其主触头闭合接通电路，辅助触头闭合自锁。KMY接触器线圈得电，KMY主触头闭合，电动机做Y启动；同时KMY辅助触头断开自锁，使KMD线圈失电。在此同时，时间继电器KT线圈得电，为通电延时作准备。 当经过一段时间后，时间继电器的动断延时触头分断，使KMY线圈断电，解除Y接法；同时时间继电器的动合延时闭合使KMD线圈得电，主触头闭合电动机做D运行。其他KMD辅助触头常开闭合自锁，常闭断开，使KT线圈和KMY线圈断电。 第三节 实 例 分 析实例 工作台自动往返控制线路分析 1.阅读电气原理图 分析阅读电气原理图主要从以下几个方面入手： （1）熟悉各种符号所表示的物理意义、同一个电器符号画在不同位置的关系以及标注方法。（2）了解控制对象的生产工艺，对手机，电和液（起）控制的生产机械，还必须了解它们相互之间的关系。（3）在电气原理图中可按其功能划分出主回路、控制的回路和辅助回路等。（4）阅读控制电路时要根据主电路对控制电路的要求，按照动作的先后顺序，先简后繁。先易后难得原则仔细阅读，最后综合起来，全面加以分析。（5）最后阅读照明、信号指示、检测以及保护等电路。（6）在电路中的每个接点上，往往编有数字号码，要注意这些编号，这样有利于阅读电路原来和维修检查线路。 2.读图根据阅读电气原理图的方法，阅读图9-13所示电路。 3.工作原理分析 （1）工作台的运行过程 工作台的向前、向后运动是靠电动机的正反转通过传动机构给定的。当电动机正转，工作台向前运动到一定位置后，当铁I只碰撞SQ1或SQ3，又使电动机反转；当电动机反转，工作台向后运动到一定位置后，挡铁IISQ2、SQ4，使用电动机正转，工作台又开始向前运动。 （2）自动循环工作原理 如图9-13所示。 自动循环：闭合工作开关SA，按下SB1，KM1接触器线圈通电，所有的常闭、常开触头工作，电动机开始正转运转，工作台向前运动。当到达指定行程时，挡铁I圧下装在床身下的行程开关SQ1，SQ1的动断触头分断，动合触头闭合：一方面使正转接触器KM1吸引线圈断电，恢复到原始状态；另一方面使反转接触器KM2吸引线圈通电，电动机变为反转，工作台向后运动，挡铁I使SQ1复位，为下次向前运动准备。当工作台向后运动到指定行程时，撞块II碰撞行程开关SQ2，于是SQ2的动断触头断开，动合触头闭合，KM2线圈断电，KM2接触器触头复原，此时又将正转接触器KM1线圈通电，又变为向前运动，挡铁II使SQ2复位，为下次向后做好准备，这样工作台就可实现自动往复循环。点动调整：调节挡铁I和挡铁II的位置，可控制工作台向前、向后的行程。 极限保护：当由于某种原因，行程开关SQ1或SQ2动作失灵，如果不及时停车，就会造成工作台越出行程范围而造成事故，因此SQ1和SQ2后边的SQ3和SQ4就是限位保护行程开关。停止：按下SB3。不管工作台运行状态如何，电动机都会断开电源而停车。 本 章 小 结 1.熔断器在电路中起短路保护，热继电器起欠压