电气控制+PLC(第2章)

1 第2章电气控制线路的基本控制规律 第一节电气控制电路绘图原则 电气控制电路也称电器控制电路或继电接触器控制电路 是由低压电器构成的控制电路 属于开关量逻辑控制电路 2 电气控制电路分主回路和辅助回路 电气控制电路图的种类很多 常见的有三种 电路原理图 电器设备位置图和电器设备接线图 1 电气原理图绘制电气原理图应遵循以下原则 在绘制电气线路图时 电气元件的图形符号和文字符号必须符合国家标准的规定 不能采用任何非标准符号 3 主电路用粗实线绘制在图面的左侧或上方 辅助电路用细文线绘制在图面的右侧或下方 无论是主电路还是辅助电路或其元件 均应按功能布置 尽可能按动作顺序排列 对因果次序清楚的简图 尤其是电路图和逻辑图 其布局顺序应该是从左到右 从上到下 4 在原理图中 同一电器元件的不同部分 如线圈 触点 分散在图中 为了表达是同一元件 要在电器的不同部分使用同一文字符号来标明 对于几个同类电器 在表示名称的文字符号后或下标加上一个数宁序号 以资区别 如K1 K2等 5 所有电器的可动部分均以 非激励 状态画出 所谓 非激励 是指各种电器在没有通电和没有外力作用时的自然状态 对于接触器 电磁式继电器等是指其线圈未加电压 而对于按钮 行程开关等 则是指其尚未被压合 原理图上应尽可能减少线条和避免线条交义 各导线之间有电的联系时 在导线的交点处画一个实心圆点 根据图画布置的需要 可以将图形符号逆时针旋转90 绘制 即图面可以水平布置 或者垂直地布置 触点按 左开右闭 下开上闭 画出 图面区域的划分 方便读图 6 2 电器设备位置图表示电器元件在设备和电器柜中的实际位置 文字符号应与电气原理图的符号相同 3 电器设备接线图表示电器元件之间实际接线情形 标明电器元件的代号 端子号 导线号 导线类型 导线截面积 导线外套颜色 屏蔽等内容 绘制接线图时应将同一电器元件的不同部分画在一起 文字符号应与电气原理图的符号相同 走向相同的多根导线可用单线或线束表示 组件的进出线除大截面导线外 都应通过接线端子排 不得直接进出 而且应该注明外部接线走向 电器设备位置图和接线图主要用于安装和维修 7 原理图 接线图举例 8 接线图举例 电气安装接线图 9 4 1 2电器控制电路读图方法 1 阅读电气线路图的方法主要有两种 查线读图法 直接读图法或跟踪追击法 和逻辑代数法 间接读图法 这里重点介绍查线读图法 基本步骤如下 了解设备功能 分析主电路 分析控制辅助电路 分析其它辅助电路 分析联锁和保护环节 总体检查 2 电器控制电路读图举例 10 图4 1C620 1卧式车床的电器控制原理图 主轴电动机 冷却泵电动机 主电路 控制辅电路 照明辅电路 36V M1启动后 M2才能启动 11 第二节电气控制的基本控制环节 虽然各种控制系统要求的控制电路多种多样 但都是由大同小异的基本环节所组成 并且复杂的电器控制电路通常都是由若干基本环节而组成的 因此必须熟悉电器控制电路的基本控制环节 12 一 电动机长期单向运行直接启停控制和自锁环节 图2 4三相笼式异步电动机单方向转动的电器控制电路 QS 闸刀开关SB2 起动按钮SB1 停止按钮FU1 短路保护FR 过载保护KM常开触点并联 自锁 失压保护失压保护 零压保护 防止断电后电源电压恢复时 电动机自行再启动 造成设备和人身事故 13 二 电动机正反转控制和互锁环节 缺点 无互锁环节 14 机械互锁 电气互锁 电气互锁 图2 5三相异步电动机正反转控制电路 正 停 反 手动控制线路 正 反 停 手动控制线路 15 三顺序控制和联锁 图4 3除湿机组顺序启动控制电路 QS 闸刀开关KM1常开触点串联 联锁 顺序启动KM1常开触点并联 自锁 失压保护FU 短路保护SB2 起动按钮SB1 停止按钮 风机电机压缩机电机 M1启动后 M2才能启动 方法 KM1的常开触点串联在KM2线圈电路中 16 图4 1C620 1卧式车床的电器控制原理图 主轴电动机 冷却泵电动机 主电路 控制辅电路 照明辅电路 36V M1启动后 M2才能启动 17 顺序停止控制 压缩机电机风机电机 图4 5除湿机顺序停止控制电路图 QS 闸刀开关SB3 起动按钮SB1 压缩机停止按钮SB2 风机停止按钮KM1常开触点 自锁 失压保护KM1常开触点并联 联锁 实现顺序停止KT 延时后M2顺序起动FU 短路保护 改为 SB3 M1停止后 M2才能停止 方法 KM1的常开触点并联在停止按钮SB2常闭触点两端 18 多级顺序停止电路图 图4 6四级顺序停止电路图 KM1 KM2 KM3 KM4顺序停止 19 4 多地点控制与集中控制环节 1 一台电动机的多处 多地点 控制环节 图4 36一台电动机的多处控制电路示意图 20 2 多台电动机的一处控制环节 图4 37多台电动机一处控制启动和停止的电器控制电路 特点 只有三个接触器通电正常工作 才能实现自锁 21 五 电动机长动和点动控制环节 图4 9点动控制的几种电器控制电路 点动 22 六电器控制系统的基本保护环节 1 短路保护 采用熔断器 低压断路器2 过电流保护 采用过电流继电器 低压断路器3 过载保护 采用热继电器 温度继电器 低压断路器4 断相保护 采用带断相保护的热继电器 欠电压继电器5 零压保护和欠压保护 自锁触点 零压继电器 欠电压继电器5 弱磁保护 欠电流继电器 23 图4 7具有长期过载和断相保护的电器控制电路 QS 闸刀开关SB1 起动按钮SB1 压缩机停止按钮SB2 停止按钮FU 短路保护FR 一般热继电器 过载保护KV1 KV2 断相保护电源断了一相 KV1 KV2至少有一个断电 24 图4 8采用主令控制器时零电压保护电路 采用主令控制器时零电压保护电路 25 电气线路中的保护措施 熔断器FU用作短路保护 过电流继电器KOC1 KOC2用作过电流保护 欠电压继电器KUV用作主电路欠电压保护 热继电器FR用作过载热保护 零电压继电器KHV通过它常开触头与主令开关触头QM联结构成零位自锁环节 正转接触器和反转接触器的常闭触头KM1和KM2构成了互锁环节 26 第四节电动机降压启动控制环节 电动机直接启动电流可达额定电流的4 7倍 会引起电源电压波动 影响同一电网中的其它设备的正常工作 一般规定 电动机容量 10KW 可直接启动电动机容量 10KW 由下面经验公式判别 式中Iq 全压启动电流 Ie 额定电流 27 1 电动机定子串入自耦变压器减压启动控制电路 图4 15三相异步电动机定子串入自耦变压器减压启动控制电路 自耦变压器 把一台双绕组变压器的一次绕组和二次绕组串联连接就成为一台降压自耦变压器 它的次级一般有3个抽头 28 缺点 是自耦变压器相对电阻结构复杂 价格较贵 这种线路主要用于起动较大容量的电动机 以减小起动电流对电网的影响 串联自耦变压器起动的优点 和串电阻起动相比 在同样的起动转矩时 对电网的电流冲击小 功率损耗小 29 2 电动机星形 三角形换接启动控制电路 图4 16星形 三角形换接启动控制电路 KM1 KM3闭合 星形接法KM1 KM2 闭合 三角形接法 30 3 软启动限流启动 图4 17软启动控制原理示意图 软启动器由微处理器和晶闸管组成 通过改变晶闸管的导通角 控制输出电压 实现启动电压的无级增加 星 三角形起动的优点 在于起动电流特性好 结构简单 价格便宜 缺点 是起动转矩小 转矩特性差 因而本线路适用于额定电压380v 正常工作为三角形联结的电动机轻载起动的场合 31 三 绕线转子异步电动机的转子串电阻降压启动 串接在三相转子回路中的起动电阻 一般都接成星形接线 在起动前 起动电阻全部接入电路 随着起动过程的结束 起动电阻被逐段地短接 短接的方式有三相电阻不平衡短接法和三相电阻平衡短接法两种 所谓不平衡短接是每相的起动电阻轮流被短接 而平衡短接是三相的起动电阻同时被短接 1 按时间原则控制转子电路串电阻起动控制线路 32 2 按电流原则控制转子电路串电阻起动控制线路 33 4 3 5电动机制动控制环节 1 反接制动控制电路 转速控制原则 图4 18三相笼式异步电动机单向运转反接制动控制电路 按速度原则控制 34 2 能耗制动控制电路 要求制动结束后应及时切断电源 图4 20以时间原则控制的单向能耗制动控制电路 按时间原则控制 35 图4 21以速度原则控制的单向能耗制动控制电路 按速度原则控制 36 图4 22电动机可逆运行的能耗制动控制电路 37 图1 28电磁制动器的示意图和图形符号 MZD型单相制动电磁铁和MZS型三相制动电磁铁一般用于组成电磁制动器 由制动电磁铁组成的TJ2型交流电磁制动器的示意图如图1 28所示 3 机电结合制动控制 38 图4 24电磁抱闸控制电路 断电制动 39 第六节电动机的可逆运行控制 图4 39工作台单回程的控制辅回路 1 工作台单回程的控制电路 行程控制原则 40 2 工作台往返多回程的控制电路 图4 40工作台多回程的控制辅回路 SQ3 SQ4起限位保护作用 41 4 3 6电动机调速控制环节 1 直流调速 直流电动机具有调速性能好 启动转矩大等优点 但存在机械换向的致命弱点 维护不方便 直流电动机制造成本高 2 交流调速随着电力电子器件 微电子技术 电动机和控制理论的发展 以及矢量控制技术在交流调速中的应用 已出现交流调速代替直流调速的趋势 42 交流电动机转速公式为 P 磁极对数f 频率s 转差率 由上式可知 交流调速有 变极对数调速 变频调速 转差率变调速 笼型异步电动机转子绕组没有固定的极数 转子绕组极数能随定子绕组极数变化而自动变化 保持极数相等 以产生恒定的电磁转矩 但绕线转子异步电动机转子绕组极数不能随定子绕组极数变化而自动变化 变极调速一般仅适用于笼型异步电动机 43 单绕组变极原理 极对数p 1 接法1 接法2 44 单绕组变极原理 接法1 接法2 极对数p 2 45 4极 低速 2极 高速 2极 高速 4极 低速 a 为 YY 三角形与双星形 联结法 它属于恒功率调速 W I b 为Y YY联结法 它属于恒转矩调速 T I 1 三相电机 YY变极调速控制线路 46 图4 264 2极双速异步电动机调速电器控制电路 1KM闭合 接法 低速2KM 3KM闭合 YY接法 高速 47 2 三速电动机变极调速控制线路 图4 27三速电动机内部接线示意图 中速 高 低速 48 图4 28三速电动机启动和自动加速控制电路 低中高速 49 图4 28三速电动机启动和自动加速控制电路 50 3 变频调速控制电路 采用通用变频器对异步电动机进行调速控制 由于使用方便 所以逐步得到推广应用 下图为龙门刨床工作台速度控制曲线 图4 30多挡速实现程序控制 51 图4 29多挡变频调速电器控制电路 接近开关 这里频率不是连续变化 属有级调速 有的变频器的频率是连续可调的 采用D A模块连续调节频率 实现无级调速 52 4 变转差率调速控制电路 变转差率调速包括调压调速 转子