3典型电气控制系统分析

1 PLC原理及应用第3讲 讲解内容 3典型电气控制系统分析3 1典型电气控制线路学习说明 本讲主要学习典型控制线路的设计与分析 重点掌握 起保停控制线路 多地点控制线路 三相异步电动机按顺序工作的连锁控制线路 起动控制电路 如星形 三角形降压启动线路 制动控制线路 如三相笼型异步电动机反接制动控制电路 工作台往复运动控制线路 2 3典型电气控制系统分析3 1典型电气控制线路 实现 从人身安全和自动控制的需要出发采用刀开关 或组合开关 直接控制电动机的起动和停止是根本不可行的 在生产实际中对一台电动机的起停控制 是采用一个接触器和两个按钮实现的 组成 按钮 接触器和电动机 作用 两个按钮分别对电动机进行导通切换和关断切换 接触器使电动机和电源接通且负责接通状态的保持 见图3 1和图3 2 一 起保停控制线路 基础 3 图3 1电磁式接触器及其电动机起保停控制线路示意图 4 图3 2简单的起 保 停电气控制线路 5 简单的起 保 停电气控制线路演示 6 二 电动机多地点控制线路 例 三地控制的线路 7 三地控制的线路演示 8 1 主电路实现顺序控制 2 控制电路实现顺序控制 要求几台电动机的启动或停止按一定的先后顺序来完成的控制方式 三 顺序 连锁控制线路 顺序启动同时停止控制 顺序启动逆序停止控制 例如机床中要求润滑电动机起动后 主轴电动机才能起动 9 控制要求 1 M1 油泵 起动后 M2 主轴电机 才能起动2 M2可单独停 顺序 连锁控制 10 主电路实现顺序控制 11 控制电路实现顺序控制 1 两电机只保证起动的先后顺序 没有延时要求 控制电路 12 控制电路实现顺序控制 2 M1起动后 M2延时起动 SB2 主电路同前 控制电路 13 顺序启动同时停止控制或M2单独停止 特点 电气原理图 控制电路 14 顺序控制演示 15 顺序启动逆序停止控制 电气原理图 特点 主电路 控制电路 16 四 起动控制电路 一 笼型异步电动机手动开关直接起动控制线路 对容量较小 并且工作要求简单的电动机 如小型台钻 砂轮机 冷却泵的电动机 可用手动开关在动力电路中接通电源直接起动 17 一般中小型机床的主电动机采用接触器直接起动 用接触器直接起动控制线路图 18 二 笼型异步电动机降压起动控制线路 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4 7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 方法 常用的降压起动方式有定子电路串电阻降压起动 星形 三角形 Y 降压起动和自耦变压器降压起动 降压原理 丫一 形的降压起动方法是 起动时将电动机定子绕组结成丫形 这时加在电动机每相绕组上的电压为电源电压额定值的1 3 而其起动转矩为 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1 3 作用 减小了起动电流对电网的影响 优点 在于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 19 图3 7星形 三角形降压起动控制电路 20 星形 三角形降压起动控制电路演示 21 三 定子串电阻降压起动控制电路 1 22 三 定子串电阻降压起动控制电路 2 23 原因 三相异步电动机从切除电源到完全停止运转 由于惯性的关系 总要经过一段时间 这往往不能适应某些生产机械工艺的要求 如万能铣床 卧式镗床 电梯等 为提高生产效率及准确停位 要求电动机能迅速停车 对电动机进行制动控制 五 制动控制电路 方法 制动方法一般有两大类1 机械制动2 电气制动 反接制动 能耗制动 24 工作原理 改变异步电动机定子绕组中的三相电源相序 使定子绕组产生方向相反的旋转磁场 从而产生制动转矩 实现制动 反接制动要求在电动机转速接近零时及时切断反相序的电源 以防止电动机反向起动 一 反接制动控制线路 工作过程 当想要停车时 首先将三相电源切换 然后当电动机转速接近零时 再将三相电源切除 控制线路就是要实现这一过程 注意 电动机正在正方向运行时 如果把电源反接 电动机转速将由正转急速下降到零 如果反接电源不及时切除 则电动机又要从零速反向起动运行 如图3 10 a 图3 10 b 所示为反接制动的控制线路 25 a b 图3 10反接制动控制线路 26 图3 10 a 图有这样一个问题 在停车期间 如果为了调整工件 需要用手转动机床主轴时 速度继电器的转子也将随着转动 其常开触点闭合 KM2通电动作 电动机接通电源发生制动作用 不利于调整工作 存在问题与解决方案 图3 10 b 图的反接制动线路解决了这个问题 控制线路中停止按钮使用了复合按钮SB1 并在其常开触点上并联了KM2的常开触点 使KM2能自锁 这样在用手转动电动机时 虽然KS的常开触点闭合 但只要不按复合按钮SB1 KM2就不会通电 电动机也就不会反接于电源 只有按下SB1 KM2才能通电 制动电路才能接通 注意 因电动机反接制动电流很大 故在主回路中串入电阻R 可防止制动时电动机绕组过热 27 反接制动控制线路演示 28 能耗制动时 制动转矩随电动机的惯性转速下降而减小 因而制动平稳 这种制动方法将转子惯性转动的机械能转换成电能 又消耗在转子的制动上 所以称为能耗制动 能耗制动的制动转矩大小与通入直流电流的大小与电动机的转速n有关 同样转速 电流大 制动作用强 一般接入的直流电流为电动机空载电流的3 5倍 过大会烧坏电动机的定子绕组 电路采用在直流电源回路中串接可调电阻的方法 调节制动电流的大小 工作原理 在三相电动机停车切断三相交流电源的同时 将一直流电源引入定子绕组 产生静止磁场 电动机转子由于惯性仍沿原方向转动 则转子在静止磁场中切割磁力线 产生一个与惯性转动方向相反的电磁转矩 实现对转子的制动 设计方案 1 单向运行能耗制动控制线路 按时间原则控制线路 按速度原则控制线路 2 可逆运行能耗制动控制线路3 单管能耗制动控制线路 二 能耗制动控制线路 29 1 单向运行能耗制动控制线路 1 按时间原则控制线路 30 2 按速度原则控制线路 31 单向能耗制动线路演示 32 能耗制动与反接制动比较 反接制动时 制动电流很大 因此制动力矩大 制动效果显著 但在制动时有冲击 制动不平稳且能量消耗大 能耗制动与反接制动相比 制动平稳 准确 能量消耗少 但制动力矩较弱 特别在低速时制动效果差 并且还需提供直流电源 在实际使用时 应根据设备的工作要求选用合适的制动方法 33 六 行程控制实现工作台自动往复运动控制线路 分析 一 工作 1 合刀开关QS 2 按下启动按钮SB1 接触器线圈KM1上电 进给 到SQ1切换状态 KM2得电 KM1失电复位 返回 到SQ2切换 循环往复 二 保护 1 短路保护FU 2 过载保护FR 3 自锁 互锁保护 4 PE接地保护 5 欠压保护 接触器 34 行程控制实现工作台自动往返运动控制线路 35 行程 时间控制实现动力头滑台钻孔加工自动循环电器控制线路 分析 一 工作 1 合刀开关QS 2 按下启动按钮SB1 接触器线圈KM1上电 进给加工开始 到SQ2切换状态 时间继电器KT得电延时开始即进行无进给切削 同时KM1失电复位 KT时间到触点切换 KM2得电 返回 到SQ1切换 KM2失电 释放 KM1得电 重复前面的过程 二 保护 1 短路保护FU 2 过载保护FR 3 自锁 互锁保护 4 PE接地保护 5 欠压保护 接触器 36 行程 时间控制实现动力头滑台钻孔加工的电器控制线路 对前面进行改造 分析 一 工作 1 合刀开关QS 2 按下启动按钮SB1 接触器线圈KM1上电 进给加工开始 到SQ2切换状态 时间继电器KT得电延时开始即进行无进给切削 同时KM1失电复位 KT时间到触点切换 KM2得电 返回 到SQ1切换 KM2失电 释放 二 保护 1 短路保护FU 2 过载保护FR 3 自锁 互锁保护 4 PE接地保护 5 欠压保护 接触器 37 补充 电流控制横梁自动夹紧的线路 在龙门刨床上装有横梁机构 刀架装在横梁上 随加工件大小不同横梁需要沿立柱上下移动 在加工过程中 横粱又需要保证夹紧在立柱上不允许松动 横梁升降电动机安装在龙门项上 通过涡轮传动 使立柱上的丝杠转动 通过螺母使横梁上下移动 横梁的夹紧与放松由夹紧电动机完成 横粱夹紧电动机通过减速机构传动夹紧螺杆 通过杠杆作用使压块将横梁夹紧或放松 38 横粱夹紧装置示意图 39 横梁的状态 横梁在静止时 是被机械杠杆机构央紧在龙门刨床的立柱上的 要求横梁运动时必须首先放松横梁 而在横梁运动结束后 自动夹紧在立柱上 反映横梁放松的参量 采用行程开关SQ来检测和控制 反映横梁夹紧程度的参量 用夹紧电动机的电流来反映夹紧力的大小 因为产生夹紧力后 夹紧力要增大 电流也增大 电流参量反映横梁夹紧程度 我们使用电流继电器来检测夹紧电动机的电流值 当电流到达预定值时 标志夹紧到位 电流继电器的触点动作 切换电路 夹紧停止 达到控制目的 40 横粱自动夹紧控制线路 41 横粱自动夹紧控制工作分析 按横梁运动按钮SBl后 横梁运行电动机和控制线路末画出 中间继电器K通电 其常闭触点打开 常开触点闭合 KM2吸合 电动机反转 带动机械杠杆机构使横梁放松 放松一定程度后行程开关SQ按压合 其常闭触点打开 KM2释放 横梁放松完毕 SQ常开触点闭合 为横粱夹紧作准备 当不用要横梁运动时 可松开按钮SBl 中间继电器K释放 其常闭触点闭合 接触器KM1动作 电动机正转 开始夹紧 此时行程开关SQ释放 但KM1通过中间继电器K及自锁触点仍然通电 继续夹紧 随着夹紧电动机电流越来越大 大到一定值时 电流继电器KA动作 其常闭触点打开 KM1失电 夹紧停止 42 分析下列a b c控制工作过程 图2 7两台电动机顺序起动控制线路 图2 7a所示控制线路的特点是 KM2的线圈接在KM1自锁触头后面 这就保证了M1起动后 M2才能起动的顺序控制要求 图2 7b所示控制电路的特点是 在KM2的线圈回路中串接了KM1的常开触头 显然 KM1不吸合 即使按下SB2 KM2也不能吸合 这就保证了只有M1电机起动后 M2电机才能起动 停止按钮SB3控制两台电动机同时停止 停止按钮SB4控制M2电动机的单独停止 图2 7c所示控制电路的特点 在图2 7b中的SB3按钮两端并联了KM2的常开触头 从而实现了M1起动后 M2才能起动 而M2停止后 M1才能停止的控制要求 即M1 M2是顺序起动 逆序停止 43 习题与思考题 3 1如何决定笼型异步电动机是否可采用直接起动法 3 2长动和点动的区别是什么 3 3笼型异步电动机是如何改变转动方向的 3 4什么叫能耗制动 什么叫反接制动 各有什么特点及适用场合 3 5什么是自锁 什么是互锁 试举例说明各自的作用 3 6画出带有热继电器过载保护的笼型异步电动机正常起动运转的控制线路 3 7画出具有双重互锁的异步电动机正 反转控制线路 3 8某三相笼型异步电动机单向运转 要求起动电流不能过大 制动时要快速停车 试设计主电路和控制电路 并要求有必要的保护 3 9某三相笼型异步电动机可正反转 要求降压起动 快速停车 试设计主电路和控制电路 并要求有必要的保护 3 10星形 三角形降压起动方法有什么特点并说明其使用场合 44 3 11试设计一个采取两地操作的点动与连续运转的电路图 3 12试设计一控制电路 要求 按下按钮SB 电动机M正转 松开SB M反转 1min后M自动停止 画出其控制线路 3 13试设计两台笼型电动机M1 M2的顺序起动停止的控制线路 1 M1 M2能顺序起动 并能同时或分别停止 2 M1起动后M2起动 M1可点动 M2可单独停止 3 14设计一个控制电路 要求第一台电动机起动10s以后 第二台电动机自动起动 运行5s后 第一台电动机停止 同时第三台电动机自动起动 运行15s后 全部电动机停止 3 15设计一控制电路 控制一台电动机 要求 1 可正反转 2 两处起停控制 3 可反接制动 4 有短路和过载保护 45 3 16某机床主轴由一台三相笼型异步电动机拖动 润滑油泵由另一台三相笼型异步电动机拖动 均采用直接起动 要求是 1 主轴必须在润滑油泵起动后 才能起动 2 主轴为正