工厂电气可见之二第二章_电气控制回路

第二章电气电路的基本控制原理和环节 第一节电气控制系统图的类型及有关标准第二节三相笼型异步电动机全压起动和正反转控制第三节三相笼型异步电动机的降压起动控制第四节三相绕线转子异步电动机起动控制第五节三相异步电动机的制动控制第六节三相笼型异步电动机的有级调速控制第七节直流电动机的控制第八节电气控制系统的保护环节 第一节电气控制系统图的类型及有关标准 电气控制系统是由电气元件按照一定要求联接而成的 电气控制系统图是用图形的方式来表示电气控制系统中的电气元件及其联接关系 1 图形符号 各种电器元件 2 文字符号 各电器元件的名称 序号或线路的功能 状况和特征 3 线号或接点编号 导线与连接等 电气控制系统图表达了生产机械电气控制系统的结构 原理等设计意图 是电气系统安装 调整 使用和维修的重要资料 第一节电气控制系统图的类型及有关标准 一 电气控制系统图中的图形符号和文字符号 近年来 我国采用GB4728 84 电气图用图形符号 GB6988 87 电气制图 和GB7159 87 电气技术中的文字符号制定通则 第一节电气控制系统图的类型及有关标准 第一节电气控制系统图的类型及有关标准 第一节电气控制系统图的类型及有关标准 第一节电气控制系统图的类型及有关标准 第一节电气控制系统图的类型及有关标准 二 电气控制系统图 用规定的图形符号 按主电路和辅助电路相互分开并依据各电器元件动作顺序等原则所绘制的线路图 称为电气原理图 它包括所有电器元件的导电部件和接线端点 不表示电气元件的形状 大小和安装方式 电气原理图 电器布置图 电气安装接线图 1 电气原理图 第一节电气控制系统图的类型及有关标准 第一节电气控制系统图的类型及有关标准 1 绘制电气原理图的原则1 电气原理图一般分主电路和辅助电路两部分 2 电气原理图中 所有电元件都应采用国家统一规定的图形符号和文字符号来表示 3 电气原理图中 各个电器元件和部件在控制线路中的位置 应根据便于阅读的原则安排 同一电器元件的各个部件可以不画在一起 4 电气原理图中 所有电器的触头都按没有通电和没有受外力作用时的状态绘制 5 电气原理图中 无论是主电路还是铺助电路都垂直布置 电源电路绘成水平线 主电路绘制在图的左侧 控制电路绘制在图的右侧 控制电路中的耗能元件画在电路的最下端 6 电气原理图中 有直接电联系的交叉导线连接点 要用黑圆点表示 无直接联系的交叉导线连接点不画黑圆点 第一节电气控制系统图的类型及有关标准 2 原理图区域划分图区编号可以设置在图的上方或下方 对应图区编号下方或上方表明它对应电路的功能 3 符号位置的索引符号位置的索引用图号 页次和图区编号的组合索引法 索引代号组如下 当某一元件相关的各符号元素出现在不同图号的图纸上 而当每个图号仅有一页图纸时 索引代号可简化成 第一节电气控制系统图的类型及有关标准 在原理图中相应线圈的下方 给出触头的文字符号 并在其下面注明相应触头的索引代号 对未使用的触头用 表明 有时也可采用上述省去触头的表示法 对接触器 上述表示法中各栏的含义如下 对继电器 上述表示法各栏的含义如下 第一节电气控制系统图的类型及有关标准 电器元件布置图是用来表明电气设备上所有电机 电器的实际位置 为电气控制设备的制造 安装 维修提供必要的档案资料 二电器元件布置图 某机床的电器元件布置图 第一节电气控制系统图的类型及有关标准 电气安装接线图是用规定的图形符号 按各电器元件相对位置绘制的实际接线图 在具体施工和检修中能起到原理图所起不到的作用 在生产现场得到了广泛的应用 安装接线图是实际接线安装的准则和依据 它清楚地表示各电器元件的相对位置和它们之间的电气连接 安装接线图不仅要把同一个电器的各个部件画在一起 而且各个部件的布置要尽可能符合该电器的实际情况 各电器元件的表示要与原理图一致 以便核对 同一控制柜中的各电器元件之间的连接可以直接进行 不在同一个控制柜内的各电器元件之间的导线连接 必须通过接线端子进行 安装接线图中 分支导线必须在各电器元件接线端上引出 还应该详细标明导线和所穿管子的型号 规格等 三电气安装接线图 第一节电气控制系统图的类型及有关标准 例如 机床的电气安装接线图 第一节电气控制系统图的类型及有关标准 某装箱机的电气原理图例 第二节三相笼型异步电动机全压起动和正反转控制 全压起动 额定电压直接加到电动机的定子绕组 优点 电路简单缺点 起动电流大对于起动频繁 允许直接起动电动机容量不大于变压器容量的20 对于不经常起动者 直接起动电动机容量不大于变压器容量的30 通常对容量小于10kW的笼型异步电动机采用直接起动方法 这种转子用铜条安装在转子铁芯槽内 两端用端环焊接 形状像鼠笼 对于中 小功率的电动机 100kW以下 目前大部分采用铸铝方式 鼠笼式异步电动机结构简单 工作可靠 使用维护方便 因而得到广泛应用 第二节三相笼型异步电动机全压起动和正反转控制 一 单向全压直接起动控制电路 右图为三相笼型异步电动机单向全压直接起动控制电路 1 工作原理 凡是接触器 或继电器 利用自己的辅助触点来保持线圈带电 称之为自锁 自保 这个触点称为自锁 自保 触点 第二节三相笼型异步电动机全压起动和正反转控制 2 电路的保护环节 1 短路保护由熔断器实现电路短路保护 2 过载保护通过热继电器实现电动机长期过载保护 3 欠压和失压保护由接触器本身的电磁机构实现 第二节三相笼型异步电动机全压起动和正反转控制 二 电动机的点动控制电路 点动 操作者按下起动按钮后 电动机起动运转 松开起动按钮时 第二节三相笼型异步电动机全压起动和正反转控制 图 b 是既可以实现点动又可以实现连续运行的控制线路 第二节三相笼型异步电动机全压起动和正反转控制 图 c 复合按钮SB3来实现点动控制按钮SB2实现连续控制 第二节三相笼型异步电动机全压起动和正反转控制 图d 是利用中间继电器实现点动的控制线路 第二节三相笼型异步电动机全压起动和正反转控制 三 电动机的正 反转控制电路 第二节三相笼型异步电动机全压起动和正反转控制 1 电动机 正 停 反 控制电路 第二节三相笼型异步电动机全压起动和正反转控制 2 电动机 正 反 停 控制电路 互锁 联锁 第二节三相笼型异步电动机全压起动和正反转控制 四 自动往返行程控制电路 第二节三相笼型异步电动机全压起动和正反转控制 上述自动往返运动 运动部件每经过一个循环 电动机要进行两次制动过程 会出现较大的制动电流和机械冲击 因此 这种电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 另外 在选择接触器的容量时应比一般情况选择的容量大一些 第三节三相笼型异步电动机的降压起动控制 第三节三相笼型异步电动机的降压起动控制 起动电阻一般采用由电阻丝绕制的板式电阻或铸铁电阻 电阻功率大 能够通过较大电流 但能量损耗较大 为了节省能量可采用电抗器代替电阻 但其价格较贵 成本较高 第三节三相笼型异步电动机的降压起动控制 一 定子串电阻降压起动控制 电路存在两个缺点 一是时间继电器长时间得电 对电器不利 二是接触器KM1在与接触器KM2换接以后 仍然得电 这样不但造成能量的浪费 还影响电器的使用寿命 第三节三相笼型异步电动机的降压起动控制 二 星 三角 Y D 降压起动控制 1 用于13kW以下电动机起动电路 第三节三相笼型异步电动机的降压起动控制 二 星 三角 Y D 降压起动控制 1 用于13kW以下电动机起动电路 该电路缺点 电动机主电路中采用KM2常闭辅助触头来短接电动机的三相绕组末端 因触头容量小 故该电路仅适用于13kW以下的电动机的起动控制 第三节三相笼型异步电动机的降压起动控制 2 用于13kW以上电动机的起动电路 采用了三个接触器的主触头来对电动机进行星形 三角形转换 故工作更为可靠 第三节三相笼型异步电动机的降压起动控制 三 自耦变压器降压起动控制电路 第三节三相笼型异步电动机的降压起动控制 一般工厂常用的自耦变压器起动方法是采用成品的补偿降压起动器 这种成品的补偿降压起动器包括手动 自动操作两种形式 手动操作的补偿器有QJ3 QJ5等型号 自动操作的补偿器有XJ01型和CTZ系列等 第三节三相笼型异步电动机的降压起动控制 XJ01型补偿降压起动器适用于14 28KW电动机 HL1指示灯指示电动机进入全压正常运行情况HL2指示灯指示从上电至降压起动过程HL3指示灯指示上电至起动前这一段时间 第三节三相笼型异步电动机的降压起动控制 自耦变压器降压起动方法特点 1 适用于起动较大容量的正常工作时接成星形或三角形的电动机 2 起动转矩可以以通过改变抽头的连接位置得到改变 3 自耦变压器价格较贵 4 不允许频繁起动 第三节三相笼型异步电动机的降压起动控制 四 延边三角形降压起动控制电路 下图为延边三角形电动机定子绕组连接图 其中电动机绕组有9个接线端 a 原始状态b 起动状态c 运行状态 第三节三相笼型异步电动机的降压起动控制 第三节三相笼型异步电动机的降压起动控制 延边三角形降压起动方法的特点 1 其起动转矩比星形 三角形降压起动时大 并且可以在一定的范围内进行选择 2 它的起动装置与电动机之间有九条连接导线 所以在生产现场为了节省导线往往将其起动装置和电动机安装在同一工作间内 这在一定程度上限制了起动装置的使用范围 3 延边三角形接线的电动机的制造工艺复杂 故这种起动方法 目前尚未得到广泛的应用 第四节三相绕线转子异步电动机起动控制 绕线式转子的绕组和定子绕组相似 三相绕组连接成星形 三根端线连接到装在转轴上的三个铜滑环上 通过一组电刷与外电路相连接 绕线式电动机的特点是 可以通过滑环和电刷 将附加电阻接入转子电路 从而改善起动性能和调节转速 第四节三相绕线转子异步电动机起动控制 一 转子串电阻起动控制电路 起动电阻都接成星形接法短接方式 三相电阻不平衡短接法和三相电阻平衡短接法 凡是起动电阻应用接触器来短接时 全部采用平衡短接法 第四节三相绕线转子异步电动机起动控制 按时间控制原则的转子串电阻起动控制电路 第四节三相绕线转子异步电动机起动控制 该电路存在两个问题 一是时间继电器损坏时 线路将无法实现电动机正常起动和运行 另一方面 在电动机起动过程中逐段减小电阻时 电流及转矩突然增大 产生不必要的机械冲击 第四节三相绕线转子异步电动机起动控制 按电流控制原则的转子串电阻起动控制电路 它是利用电动机转子电流在起动过程中逐渐变小这一特点来控制电阻切除的 KI1 KI2 KI3为欠电流继电器 其线圈串接在电动机转子电路中 这三个继电器的吸合电流都一样 但释放电流不一样 其中KI1的释放电流最大 KI2次之 KI3最小 第四节三相绕线转子异步电动机起动控制 按电流控制原则的转子串电阻起动控制电路 工作原理 刚起动时起动电流很大 KI1 KI2 KI3都吸合 它们的常闭触头断开 这时KM2 KM3 KM4不动作 全部电阻串入 M开始降压起动 1 n逐渐增大 M转子电流逐渐减小 KI1首先释放 它的常闭触点闭合 使KM1通电 短接1R 2 转子电流又重新增大 随着n增大 电流再一次下降 使KI2释放 KM2线圈通电 短接2R 3 如此下去 直到将转子全部电阻短接 M起动完毕 第四节三相绕线转子异步电动机起动控制 频敏变阻器等效电路 起动时 转速n 0 转子感应电动势频率f2最高 f2 f1 此时频敏变阻器的电感与电阻均为最大 转子电流相应受到抑制 起动中 当转速逐渐上升时 转子频率逐渐减小 电机运行正常时 f2很低 为5 10 f1 又由于其阻抗与f2平方成正比 所以其阻抗变得非常小 二 转子绕组串频敏变阻器起动控制电路 第四节三相绕线转子异步电动机起动控制 采用频敏变阻器的绕线式转子异步电动机控制电路 第四节三相绕线转子异步电动机起动控制 第五节三相异步电动机的制动控制 一 反接制动控制电路 反接制动是利用改变电动机电源的相序 使定子绕组产生与电动机旋转方向相反的旋转磁场 因而产生制动转矩的一种制动方法 特点 1 制动迅速 效果好 2 制动电流大 机械冲击大 3 仅适用于10kw以下的小容量电动机 为了减小冲击电流 通常要求在电动机主电路中串接一定的电阻以限制反接制动电流 反接制动电阻的接线方法 1 对称接法多采用此法 2 不对称接法 第五节三相异步电动机的制动控制 1 电动机单向运行的反接制动控制电路 电动机单向反接制动控制电路 第五节三相异步电动机的制动控制 2 电动机可逆运行的反接制动控制电路 第五节三相异步电动机的制动控制 具有反接制动电阻的可逆反接制动控制电路 第五节三相异步电动机的制动控制 二 能耗制动控制电路 能耗制动 就是在电动机脱离三相交流电源之后 定子绕组上加一个直流电压 即通入直流电流 利用转子感应电流与静止磁场的相互作用以达到制动的目的 特点 1 具有消耗能量少 2 制动电流小 3 需要直流电源 控制电路复杂 4 适用于电动机容量较大和起动 制动频繁的场合控制原则 1 时间控制原则 2 速度控制原则 第五节三相异步电动机的制动控制 1 单向能耗制动控制电路 时间控制原则的单向能耗制动控制电路 第五节三相异步电动机的制动控制 速度原则控制的单向能耗制动控制线路 该线路与前图控制线路基本相同 仅在控制电路中将时间继电器KT换成了速度继电器KS 并且用KS的常开触头取代了KT延时常闭触头 第五节三相异步电动机的制动控制 2 电动机可逆运行能耗制动控制电路 按时间控制原则的可逆运行能耗制动控制电路 此电路将正反转电路与能耗制动电路结合在一起 按时间原则控制的能耗制动 一般适用于负裁转速比较稳定的生产机械上 对于那些能通过传动系统来实现负载速度变换或者加工零件经常更动的生产机械 采用速度原则控制能耗制动较为合适 电动机可逆运行能耗制动可以采用速度继电器取代时间继电器的速度原则 同样能达到制动的目的 第五节三相异步电动机的制动控制 3 无变压器的单管能耗制动控制电路 适用场合 对于20kW以下电动机 在制动要求不高时 可采用无变压器单管能耗控制线路 特点 1 设备简单 体积小 2 成本低 第六节三相笼型异步电动机的有级调速控制 一 三相笼型异步电动机的有级调速控制原理 变频调速变频器实现 鼠笼 绕线式均适用变转差率调速可通过调定子电压 改变转子电路中的电阻以及采用串级调速 电磁转差离合器调速等来实现 绕线转子异步电动机较适用变极对数调速改变P实现鼠笼式适用 第六节三相笼型异步电动机的有级调速控制 本节仅介绍笼型异步电动机变极对数调速的基本控制电路 该双速电动机共有6个接线端子 图a电动机定子绕组的u1 v1 w1接三相交流电源 定子绕组的u2 v2 w2悬空 此时每相绕组中的l 2线圈串联 电动机以四极运行 为低速 图b是将绕组按双星形联结 电动机定子绕组的u1 v1 w1连在一起 u2 v2 w2接三相交流电源 此时每相绕组中的1 2线圈并联 电流从U2 v2 W2流进 从u1 Vl w1流出 电动机为两极 高速运行 第六节三相笼型异步电动机的有级调速控制 二 双速电动机控制电路 第六节三相笼型异