电器控制线路基本原则和环节

第2章电器控制线路的基本原则和基本环节 掌握阅读电气原理图的方法 培养读图能力并通过读图分析各种典型控制环节的工作原理 为电气控制的设计及PLC控制线路的设计 安装 调试打下良好基础 学习目标 电器控制线路图是电气工程技术的通用语言 为了便于交流与沟通 在电器控制线路中 各种电器元件的图形 文字符号必须符合国家的标准 国家标准局参照国际电工委员会 IEC 颁布的有关文件 制定了我国电气设备有关国家标准 采用新的图形和文字符号及回路标号 GB4728 1984 电气图用图形符号 GB6988 1987 电气制图 GB7159 1987 电气技术中的文字符号制订通则 2 1电器控制线路的绘制 2 1 1电器控制线路常用的图形 文字符号 国家标准GB7159 1987 电气技术中的文字符号制订通则 规定了电气工程图中的文字符号 它分为基本文字符号和辅助文字符号 各种电气新旧标准的图形 文字符号参见P40表2 1基本文字符号 P40表2 2 有单字母符号和双字母符号 单字母符号表示电气设备 装置和元件的大类 例如K为继电器接触器类元件这一大类 双字母符号由一个表示大类的单字母与另一个表示器件某些特性的字母组成 例如KT即表示继电器类器件中的时间继电器 KM表示继电器类器件中的接触器 辅助文字符号 P41表2 3 用来进一步表示电气设备 装置和元件的功能 状态和特征 2 1 2电气原理图 一 电路绘制电器控制线路图中的支路 接点 一般都加上标号 主电路标号由文字符号和数字组成 文字符号用以标明主电路中的元件或线路的主要特征 数字标号用以区别电路不同线段 三相交流电源引入线采用L1 L2 L3标号 电源开关之后的三相交流电源主电路分别标U V W 如U11表示电动机的第一相的第一个接点代号 U21为第一相的第二个接点代号 依此类推 控制电路由三位或三位以下的数字组成 交流控制电路的标号一般以主要压降元件 如电器元件线圈 为分界 左侧用奇数标号 右侧用偶数标号 直流控制电路中正极按奇数标号 负极按偶数标号 图2 1电动机正反转控制原理图 此处以线圈为分界 右侧用偶数 标号以线圈为分界 左侧用奇数 绘制电气原理图应遵循以下原则 1电器控制线路根据电路通过的电流大小可分为主电路和控制电路 主电路包括从电源到电动机的电路 是强电流通过的部分 用粗线条画在原理图的左边 控制电路是通过弱电流的电路 一般由按钮 电器元件的线圈 接触器的辅助触头 继电器的触头等组成 用细线条画在原理图的右边 2电气原理图中 所有电器元件的图形 文字符号必须采用国家规定的统一标准 3采用电器元件展开图的画法 同一电器元件的各部件可以不画在一起 但需用同一文字符号标出 若有多个同一种类的电器元件 可在文字符号后加上数字序号 如KM1 KM2等 4所有按钮 触头均按没有外力作用和没有通电时的原始状态画出 5控制电路的分支线路 原则上按照动作先后顺序排列 两线交叉 字 连接时的电气连接点须用黑点标出 T 字 不用黑点 二 图上元器件位置表示方法电路编号法表格法横坐标图示法 继电器和接触器的触头位置采用附加图表的方式表示 a 电路图 b 触头位置表示 1 电路编号法 P44 电路编号法特别适用于多分支电路 1 2 3 4 5 7 6 8 2 横坐标图示 常闭触头 常开触头 三 阅读和分析控制线路图的方法 1 首先了解工艺过程及控制要求 2 搞清控制系统中各电机 电器的作用以及它们的控制关系 3 主电路 控制电路分开阅读或分析 4 控制电路中 根据控制要求按自上而下 自左而右的顺序进行读图或分析 5 同一个电器的所有线圈 触头不论在什么位置都相同的名字 6 原理图上所有电器 必须按国家统一符号标注 且均按未通电状态表示 7 继电器 接触器的线圈只能并联 不能串联 8 控制顺序只能由控制电路实现 不能由主电路实现 记录电器动作和触点状态采用下列符号 2 2三相异步电动机的启动控制 一 控制线路组成 控制线路的基本电路 补充 二 控制电路 控制电路一般由逻辑电路 记忆 自锁 电路 顺序动作电路组成 1 基本逻辑电路 1 与 逻辑电路 由继电器 接触器 按钮开关等的触点和一个继电器线圈串联而构成 2 或 逻辑电路 由继电器 接触器 按钮开关等的常触点并联后和一个继电器线圈串联而构成 3 非 逻辑电路 触点SB和触点KA的状态相反 具有 非 的功能 2 自锁电路 由接触器 继电器 接触器 继电器 自身的常开辅助触点 按钮开关构成 启动按钮按下松开后 接触器 继电器 还保持通电状态 直到按下停止按钮为止 依靠接触器自身辅助触点而使其线圈保持通电的现象 称为自锁 为什么加自锁 为什么用点动开关 3 互锁电路 在同一时间里两个接触器只允许一个工作的控制作用称为互锁 联锁 为什么加互锁 4 顺序动作电路 其它的接触器 继电器 动作后 接触器 继电器 才能动作 2 2 1三相笼型电动机直接启动控制 一 直接启动 1 用开关直接启动线路 用开关实现电机电源的接通和断开 缺点 启动电流较大 可能会干扰其他设备的正常工作 无法实现远控和自控 a 点动控制 2 用接触器直接启动线路 b 电动机连续运行 方法一 钮子开关控制 控制电路 c 点动 连续运行 方法二 用复合按钮 控制电路 方法三 加中间继电器 KA FR 启 保 停电路 采用的控制保护环节 过热保护 短路保护 失压 欠压保护 特点 启动电流为额定电流的4 8倍启动转矩为额定转矩的0 5 1 5倍 2 2 2三相笼型电动机的减压启动控制 定子绕组串电阻减压启动控制线路 1 定子绕组串电阻减压启动控制 虽然降压启动可以减少启动电流 但也降低了转矩 因此适合于启动转矩小的场合 空载 轻载 2 电机的Y 起动 KM2闭合 电机接成Y形 KM1闭合 电机接成 形 3 延边三角形减压启动控制 形接法 延边 接法 定子绕组特别设计 具有启动电流小 启动转矩大的特点 但定子绕组需特别设计 特点 启动转矩较大 可在重载下启动 绕线转子电动机可以在转子绕组中通过滑环串接外加电阻启动 达到减小启动电流 提高转子电动机电路的功率因数和增大启动转矩的目的 串接在转子绕组中的外加电阻 常用的有铸铁电阻片和用镍铬电阻丝绕制成的板形电阻 且一般都联成Y结 在启动前 外加电阻全部接入转子绕组 随着启动过程的结束 外接电阻被逐段短接 2 2 3三相绕线转子电动机的电路 利用电流继电器 根据电机转子电流大小的变化来控制电阻的分组切除 KA1 2 3为欠电流继电器 线圈串接于转子电路中 KA1 2 3的吸合电流相同 释放电流不同 KA1释放电流最大 KA2次之 随着电机转速升高 电流减小 KA1 KA3依次释放 分别短接电阻 直至将电阻全部短接 开机时 KA1 2 3全部吸合 R1 2 3全部接入 KM1 2 3失电 1 转子绕组串接启动电阻的启动控制 图2 15频敏变阻器等效电路 2 转子绕组串接频敏变阻器起动控制 频敏变阻器实质上是一个特殊的三相电抗器 将其串接于电动机转子电路中 相当于接入一个铁损较大的电抗器RF 电机起动过程中 转子电流频率是变化的 刚起动时 转速等于0 转差率s 1 转子电流的频率f2与电源频率f1的关系为f2 sf1 所以刚起动时f2 f1 频敏变阻器的电感和电阻均为最大 转子电流受到抑制 随着电动机转速的升高而s减小 f2下降 频敏变阻器的阻抗也随之减小 图2 16转子绕组串接频敏变阻器的起动控制线路 TA为电流互感器 作用是将主电路中的大电流变换成小电流进行测量 在绕线转子电动机转子串接频敏变阻器起动时 随着电动机转速的升高 频敏变阻器阻抗也自动逐渐减小 实现了平滑的无级起动 此种起动方式在桥式起重机和空气压缩机等电气设备中获得广泛应用 为避免启动时间长而使热继电器RF误动作 用KA将其短接 自动开关 手动开关 KMF KMF SB1 SBF FR KMR KMR SBR 正转 2 3三相异步电动机的正 反转控制 电机的正反转控制 加互锁 互锁作用 正转时 SBR不起作用 反转时 SBF不起作用 从而避免两触发器同时工作造成主回路短路 KMF SB1 KMF SBF FR KMR KMR M3 A B C KMF FU QS FR KMF SB1 KMF SBF FR KMR KMR KMR KMF 电机的正反转控制 双重互锁 KMR M3 A B C KMF FU QS FR 实例行程控制 正程 逆程 B A 行程控制电路 1 正程 限位开关 STA STB 逆程 反向运行同样分析 行程控制 2 自动往复运动 正程 逆程 电机 工作要求 1 能正向运行也能反向运行2 到位后能自动返回 自动往复运动控制电路 控制要求 1 M1起动后 M2才能起动2 M2可单独停 实例 顺序控制 顺序控制电路 1 控制电路 KM1 KM2 SB3 SB4 FR2 KM2 KM1 SB1 SB2 FR1 KM1 顺序控制电路 2 M1起动后 M2延时起动 2 4三相异步电动机的调速控制 三相异步电动机的一般调速方法有 改变电动机定子绕组的磁极对数P这种调速方法是用改变定子绕组的接线方式来改变笼型电动机定子极对数 达到调速的目 改变电源频率f变频调速是改变电动机定子电源的频率 从而改变其同步转速的调速方法 改变转差率S绕线式异步电动机转子串入附加电阻 绕线转子电动机串级调速 交流调压调速 电磁离合器调速 三相异步电动机的转速 s 转差率f 电源频率p 定子绕组磁极对数 双速电动机调速的优点是 可以适应不同负载的要求 2 4 1三相笼型电动机的变极 P 调速控制 图2 18双速电动机三相绕组结联图 图2 19双速电动机调速控制线路 三角形和双星形联接 星形和双星形联接 低速 KM3合 三角形高速 先KM3合低速启动 再KM3断 KM2 KM1合 双星形高速 2 4 2绕线转子电动机转子串电阻的调速控制 绕线转子电动机可采用转子串电阻的方法调速 见2 2 3 随着转子所串电阻的增大 电动机的转速降低 转差率增大 使电动机工作在不同的人为特性上 以获得不同的转速 实现调速的目的 图2 20所示为采用凸轮控制器控制的电动机正 反转和调速的线路 在电动机M的转子电路中 串接三相不对称电阻 作起动和调速用 转子电路的电阻和定子电路相关部分与凸轮控制器的各触头连接 图2 20采用凸轮控制器控制电动机正 反转和调速的线路 触头KT1 KT5和转子电路串接的电阻相连接 用于短接电阻 控制电动机的起动和调速 限位开关SQ1 SQ2分别与触头KT11 KT12串接 起限位保护作用 正转加速 反转加速 图2 21电磁离合器结构图1 电枢2 磁极3 线圈4 集电环 图2 22电磁调速异步电动机的控制