第2部分-电气控制的基本原理.ppt

电气控制技术 第2部分 第3章电气控制的基本原理 在电力拖动自动控制系统中 各种生产机械均由电动机来拖动 不同的生产机械 对电动机的控制要求不同的 电器控制线路能实现对电动机的启动 停止 点动 正反转 制动等运行方式的控制 以及必要的保护 满足生产工艺要求 实现生产过程自动化 电气控制系统的实现 继电接触器逻辑控制 可编程逻辑控制 计算机控制等方法 继电接触器逻辑控制 电气控制 任何简单的 复杂的电器控制线路 都是按照一定的控制原则 由基本的控制环节组成的 第3章电气控制的基本原理 电控制线路的绘制及国家标准基本电气控制环节异步电动机的基本电气控制线路 主要内容 3 1电气控制线路图的绘制及分析 3 1电气控制线路图的绘制及分析 电气控制线路是由各种有触点的接触器 继电器 按钮 行程开关等组成的控制线路 为了表达设备电气控制系统的组成结构 工作原理及安装 调试 维修等技术要求 需要用统一的工程语言即用工程图的形式来表达 这种工程图即是电气图 常用于机械设备的电气工程图有3种 电路原理图 接线图 元器件布置图 电气工程图是根据国家电气制图标准 用规定的图形符号 文字符号以及规定的画法绘制而成的 电气控制线路图是工程技术的通用语言 它由各种电器元件的图形 文字符号要素组成 我国电气设备有关国家标准 GB4728 1984 电气图用图形符号 GB5456 1985 电气设备用图形符号 绘制原则 GB6988 1986 电气制图 GB5094 1985 电气技术中的项目代号 GB4728 1984 电气技术中的文字符号制定通则 规定从1990年1月1日起 电气图中的图形和文字符号必须符合国家的最新标准 3 1 1电气图中的图形和文字符号 1 图形符号 图形符号包含符号要素 限定符号 一般符号以及常用的非电操作控制的动作符号 如机械控制符号等 根据不同的具体器件情况组合构成 1 符号要素一种具有确定意义的简单图形 必须与其他图形组合才构成一个设备或概念的完整符号 如接触器常开主触点的符号就由接触器触点功能符号和常开触点符号组合而成 2 一般符号表示一类产品和此类产品特征的一种简单的符号 如电动机可用一个圆圈表示 3 限定符号用于提供附加信息的一种加在其他符号上的符号 运用图形符号绘制电气系统图时应注意 1 符号尺寸大小 线条粗细依国家标准可放大与缩小 但在同一张图样中 同一符号的尺寸应保持一致 各符号间及符号本身比例应保持不变 2 标准中示出的符号方位 在不改变符号含义的前提下 可根据图面布置的需要旋转 或成镜象位置 但文字和指示方向不得倒置 3 大多数符号都可以附加上补充说明标记 4 有些具体器件的符号由设计者根据国家标准的符号要素 一般符号和限定符号组合而成 5 国家标准未规定的图形符号 可根据实际需要 按突出特征 结构简单 便于识别的原则进行设计 但需报国家标准局备案 当采用其他来源的符号或代号时 必须在图解和文件上说明其含义 2 文字符号 文字符号用于电气技术领域技术文件的编制 以标明电气设备 装置和元器件的名称及电路的功能 状态和特征 1 基本文字符号基本文字符号有单字母符号与双字母符号两种 单字母符号按拉丁字母顺序将各种电气设备 装置和元器件划分为23大类 每一类由一个专用单字母符号表示 如 C 表示电容器类 双字母符号由一个表示种类的单字母符号与另一个字母组成 且以单字母符号在前 另一字母在后的次序列出 如 F 表示保护器件类 FU 则表示为熔断器 2 辅助文字符号辅助文字符号用来表示电气设备 装置和元器件以及电路的功能 状态和特征的 3 补充文字符号的原则1 在不违背国家标准文字符号编制原则的条件下 可采用国家标准中规定的电气技术文字符号 2 在优先采用基本和辅助文字符号的前提下 可补充国家标准中未列出的双字母文字符号和辅助文字符号 3 使用文字符号时 应按电气名词术语国家标准中规定的英文术语缩写而成 4 基本文字符号不得超过两位字母 辅助文字符号一般不超过三位字母 文字符号采用拉丁字母大写正体字 且拉丁字母中 I 和 O 不允许单独作为文字符号使用 2 文字符号 表2 1常用电气图形 文字符号表 常用电气图形 文字符号 KT 常用电气图形 文字符号 常用电气图形 文字符号 常用电气图形 文字符号 继电器 KU 相应线圈符号 常用电气图形 文字符号 常用电气图形 文字符号 文字符号 ZD 常用电气图形 文字符号 常用电气图形 文字符号 常用电气图形 文字符号 3 端子标记 电气图中各电器的接线端子用规定的字母数字符号标记 按国家标准GB4026 83 电器接线端子的识别和用字母数字符号标志接线端子的通则 规定 三相交流电源的引入线用L1 L2 L3 N PE标记 直流系统电源正 负极 中间线分别用L L 与M标记 三相动力电器的引出线分别按U V W顺序标记 3 1 2电气控制电路图的绘制原则 用以描述电气控制设备电气原理及安装 调试用的工艺性图纸 主要包括 电气原理图电气安装位置图电气安装接线图电气安装互连图 电气原理图 是根据电气动作原理绘制的 用来表示电气的动作原理 用于分析动作原理和排除故障 而不考虑电气设备的电气元器件的实际结构和安装情况 通过电路图 可详细地了解电路 设备电气控制系统的组成和工作原理 并可在测试和寻找故障时提供足够的信息 同时电气原理图也是编制接线图的重要依据 1 电气原理图的绘制 图型普通车床电气原理图 例 型普通车床电气原理图 1 电气原理图绘制原则 1 图中所有的元器件都应采用国家统一规定的图形符号和文字符号 2 原理图的布局电气原理图的组成由主电路和控制电路组成 主电路 包括从电源到电动机的电路 是强电流通过的部分 一般画在原理图的左边 采用粗连接线来表示 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 继电器的触点等组成 一般画在原理图的右边 采用细连接线来表示 电气原理图绘制原则 3 原理图中电气元件的画法 采用电器元件展开图的画法 同一电器元件的各部可以不画在一起 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的下标 4 原理图中电气触头的画法 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 线路连接点 交叉点的绘制 表示导线 信号通路 连接线等的图线都应是交叉或折弯最少的直线 可以水平布置 也可以垂直布置 控制电路的分支线路原则上按照动作先后顺序排列 两线交叉连接时的电气连接点须用黑点标出 6 原理图的绘制要层次分明 各电器元件及触头的安排要合理 既要做到所用元件 触头最少 耗能最少 又要保证电路运行可靠 节省连接导线以及安装 维修方便 电气原理图绘制原则 图2 1笼型电动机连续运转控制线路的电气原理图 2 原理图图面区域的划分 为了便于确定原理图的内容和组成部分在图中的位置 常在图纸上分区 竖边方面用大写拉丁字母编号 横边用阿拉伯数字编号 继电器 接触器触头位置的索引电气原理图中 在继电器 接触器线圈的下方注有该继电器 接触器相应触点所在图中位置的索引代号 索引代号用图面区域号表示 电气图中技术数据的标注电气图中各电气元器件和型号 常在电气原理图中电器元件文字符号下方标注出来 图型普通车床电气原理图 例 型普通车床电气原理图 3 其中常见的元器件状态 1 继电器和接触器的线圈处在非激励状态 2 断路器和隔离开关在断开位置 3 零位操作的手动控制开关在零位状态 4 机械操作开关和按钮在非工作状态或不受力状态 5 保护类元器件处在设备正常工作状态 原则 安装接线图是按照电器元件的实际位置和实际接线绘制的 根据电器元件布置最合理 连接导线最经济等原则来安排 用途 主要用于电器的安装接线 线路检查 线路维修和故障处理 通常接线图与电气原理图和元件布置图一起使用 2 电气接线图 1 各电气元件均按实际安装位置绘出 元件所占图面按实际尺寸以统一比例绘制 2 一个元件中所有的带电部件均画在一起 并用点划线框起来 即采用集中表示法 3 各电气元件的图形符号和文字符号必须与电气原理图一致 并符合国家标准 4 各电气元件上凡是需接线的部件端子都应绘出 并予以编号 各接线端子的编号必须与电气原理图上的导线编号相一致 5 绘制安装接线图时 走向相同的相邻导线可以绘成一股线 电气接线图的绘制原则 型车床电气互连图 例 电气安装接线图 电器元件布置图是用来表明电气原理图中各元器件的实际安装位置 可视电气控制系统复杂程度采取集中绘制或单独绘制 电器元件的布置应注意以下几方面 1 体积大和较重的电器元件应安装在电器安装板的下方 而发热元件应安装在电器安装板的上面 2 强电 弱电应分开 弱电应屏蔽 防止外界干扰 3 需要经常维护 检修 调整的电器元件安装位置不宜过高或过低 4 电器元件的布置应考虑整齐 美观 对称 外形尺寸与结构类似的电器安装在一起 以利安装和配线 5 电器元件布置不宜过密 应留有一定间距 如用走线槽 应加大各排电器间距 以利布线和维修 3 电器布置图 图2 2型车床控制盘电器布置图 例 型车床控制盘电器布置图 型车床电气设备安装布置图 图2 3型车床电气设备安装布置图 SA1QSSA2 电气线路图总结 电气线路图 电气线路图是指描述控制线路接线关系和原理的图纸 分为电气原理图和电气安装接线图 电气原理图的分类 主 强电流通过部分辅 控制 照明 指示电气原理图的绘制规则 主 粗实线辅 细实线电气符号画法 一般垂直放置 也可以逆时针转动90水平放置 图中电器元件的状态为常态 未压动 未通电 3 1 3电气原理的读图方法 1 查线读图法 常用方法 按照由主到辅 由上到下 由左到右的原则分析电气原理图 较复杂图形 通常可以化整为零 将控制电路化成几个独立环节的细节分析 然后 再串为一个整体分析 2 逻辑代数法用逻辑代数描述控制电路的工作关系 3 一般步骤 1 观察设备所用的电源 一般设备多用三相电源 380V 50Hz 也有用直流电源的设备 2 分析主电路从主电路入手 观察主电路有几台电动机和电磁阀等执行电器 根据每台电动机和电磁阀等执行电器的控制要求和用途去分析它们的控制内容 控制内容包括起动方式 方向控制 调速和制动方式及各台电动机之间是否有相互制约关系 一般步骤 3 分析控制电路根据主电路中各电动机和电磁阀等执行电器的控制要求 逐一找出控制电路中的控制环节 利用前面学过的基本环节的知识 按功能不同划分成若干个局部控制线路来进行分析 控制电器 是指除常规接触器之外的控制元件 如电源开关 万能转换开关 4 分析辅助电路辅助电路包括电源显示 工作状态显示 照明和故障报警等部分 它们大多由控制电路中的元件来控制的 所以在分析时 还要回过头来对照控制电路进行分析 5 分析联锁与保护环节机床对于安全性和可靠性有很高的要求 实现这些要求 除了合理地选择拖动和控制方案以外 在控制线路中还设置了一系列电气保护和必要的电气联锁 保护电器 是指短路保护器件及过载保护器件 如空气断路器中电磁脱扣器及热过载脱扣器的规格 熔断器 热继电器及过电流继电器等器件的用途及规格 6 分析特殊控制环节殊控制环节 计数装置 自动检测装置 晶闸管触发电路 自动调温装置等 一般步骤 7 总体检查经过 化整为零 逐步分析了每一个局部电路的工作原理以及各部分之间的控制关系之后 还必须用 集零为整 的方法 检查整个控制线路 看是否有遗漏 特别要从整体角度去进一步检查和理解各控制环节之间的联系 理解电路中每个元件所起的作用 一般步骤 型车床电气设备安装布置图 图2 3型车床电气设备安装布置图 SA1QSSA2 例 型普通车床电气原理图 图型普通车床电气原理图 3 2电气控制电路基本控制规律 3 2电气控制电路基本控制规律 任何简单或复杂的电气控制回路均由一系列基本环节所组成 包括点动控制 连续控制 自锁控制 互锁控制 多地点 多条件控制 顺序控制和自动循环控制等诸多环节 下面就上述环节的结构及规律作详细介绍 3 2 1异步电机的起 保 停电路 图2 2异步电动机起 保 停控制线路 启动环节主要完成电动机由静止状态到转动状态的控制实现 在点动控制中 例如图2 5中 按钮SB就是启动环节 在连续运转控制中 例如图2 7中 SB2和KM为启动环节 保护环节分为两个方面 一是控制回路的保护 即每个运转状态的控制回路中的熔断器FU 二是主回路的保护 包括空气开关 热继电器等对电路的限流保护 停止环节完成电动机由运转到停止的转换 主要由停止按钮来实现 若点动控制回路 启动按钮也同时起停止作用 当保护环节起保护作用时 它也可认为是一个停止环节 只不过是非正常停止环节 1 电路结构 主电路 电源开关QS 熔断器FU1 接触器KM主触点 热继电器FR的发热元件电动机M构成 控制电路 熔断器FU2 热继电器FR常闭触点 停止按钮SB1 起动按钮SB2 接触器KM常开辅助触点和它的线圈构成 图2 2异步电动机起 保 停控制线路 2 工作原理 1 电动机起动 合上电源开关QS 接入三相电源 按下按钮SB2 接触器KM的线圈通电吸合 主触点KM闭合 电动机M接通电源起动运转 同时与SB2并联的常开触点KM闭合并自锁 2 自锁控制环节自锁 依靠接触器自身常开触点而使其线圈保持通电的现象称为自锁 自锁触点 起自锁作用的辅助触点称为自锁触点 3 电动机停止控制 按下停止按钮SB1 将控制电路断开即可 这时接触器KM的线圈断电释放 KM的常开主触点将三相电源切断 M停止旋转 当手松开按钮后 SB1的常闭触点在复位弹簧的作用下 虽又恢复到原来的常闭状态 但接触器线圈已不再能依靠自锁触点通电了 因为原来闭合的自锁触点早已随着接触器线圈的断电而断开了 这个电路是单向自锁控制电路 它的特点是 起动 保持 停止 所以称为 起 保 停 控制电路 2 工作原理 3 保护环节 1 短路保护 熔断器FU1 FU2分别作主电路和控制线路的短路保护 当线路发生短路故障时能迅速切断电源 2 过载保护 通常生产机械中需要持续运行的电动机均设过载保护 其特点是过载电流越大 保护动作越快 但不会受电动机起动电流影响而动作 3 2 2多地点与多条件控制线路 多地点控制 指在两地或两个以上地点进行的控制操作 规模较大的设备 为了操作方便常要求能在多个地点进行操作 多地点控制按钮的连接原则 常开按钮均相互并联 组成 或 逻辑关系 常闭按钮均相互串联 组成 与 逻辑关系 任一条件满足 结果即可成立 多条件控制 通过在电路中串联或并联电器的常闭触点和常开触点来实现 多条件控制按钮的连接原则 常开按钮均相互串联 常闭按钮均相互并联 所有条件满足 结果才能成立 3 2 2多地点与多条件控制线路 多地点控制按钮的连接原则为 常开按钮均相互并联 组成 或 逻辑关系 常闭按钮均相互串联 组成 与 逻辑关系 任一条件满足 结果即可成立 多条件控制按钮的连接原则为 常开按钮均相互串联 常闭按钮均相互并联 所有条件满足 结果才能成立 1 多地控制 定义 多地控制电路设置多套起 停按钮 分别安装在设备的多个操作位置 故称多地控制 特点 起动按钮的常开触点并联 停止按钮的常闭触点串联 且起停控制成对出现操作 无论操作哪个启动按钮都可以实现电动机的起动 操作任意一个停止按钮都可以打断自锁电路 使电动机停止运行 例如 甲 乙两地同时控制一台电机 方法 两起动按钮并联 两停车按钮串联 多地点控制 2 多条件控制 电路用途 多条件启动控制和多条件停止控制电路 适用于电路的多条件保护 电路特点 按钮或开关的常开触点串联 常闭触点并联 多个条件都满足 动作 后 才可以起动或停止 3 2 3点动控制与连续工作 实际生产中 生产机械常需点动 连续控制 点动控制 指按下起动按钮 电动机转动 松开按钮 电动机停止运动 连续控制 若松开按钮后能使电动机连续工作 则称为长动或称为连续远行 区别 点动与长动的关键是控制电路中控制电器通电后能否自锁 即是否具有自锁触点 a b c d 图3 5点动控制线路 图3 5 a 为用按钮实现的点动控制电路 图3 5 b 是用选择开关SA选择点动控制或者长动控制 图3 5 c 是用复合按钮SB3实现的点动控制 长动控制图3 5 d 是采用中间继电器实现长动的控制电路 SB2 连续SB1 点动 点动 长动控制线路几种形式 A B C KM FU QS B C KM SB 1 点动控制 动作过程 控制电路 主电路 2 连续控制 自保的作用 QS KH 方法一 用复合按钮 3 点动 连续运行 主电路 控制电路 SB 方法二 加中间继电器 KA 3 点动 连续运行 以下控制电路能否实现即能点动 又能连续运行 思考 不能点动 a b c d 图2 5点动控制线路 3 2 4异步电动机正 反转控制线路 生产实践中 许多设备均需要两个相反方向的运行控制 如机床工作台的进退 升降以及主轴的正反向运转等 此类控制均可通过电动机的正转与反转来实现 由电动机原理可知 电动机三相电源进线中任意两相对调 即可实现电动机的反向运转 如图2 6 a 所示 接触器KM1 KM2主触点在主电路中构成正 反转相序接线 从而改变电动机转向 按下正向起动按钮SB2 KM1线圈得电并自锁 电动机正转 按下停止按钮SB1 电动机正转停止 按下反向起动按钮SB3 KM2线圈得电并自锁 使电动机定子绕组与正转时相比相序反了 则电动机反转 按下停止按钮SB1 电动机反转停止 从主回路看 如果KM1 KM2同时通电动作 就会造成主回路短路 在由图2 6 a 中如果按下SB2又按下SB3 就会成上述事故 因此这种线路是不能采用的 方法 利用两个接触器常闭触头起相互控制作用 1 电机的正 反转控制 1 电机的正反转控制 A B C KMF FU QS KH 互锁关系 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或联锁 因此需要在各自的控制电路中串接对方的常闭触点 构成互锁 互锁触点 而这两个常闭触点称为互锁触点 原理 当电动机正转时 按下正向起动按钮SB2 KM1线圈得电并自锁 KM1常闭触点断开 这时按下反向按钮SB3 KM2也无法通电 当电动机反转时 先按下停止按钮SB1 令KM1断电释放 KM1常开触点复位断开 电动机停转 再按下SB3 KM2线圈才能得电 电动机反转 由于电动机由正转切换成反转时 需先停下来 再反向起动 故称该电路为正 停 反控制电路 2 电机的正反转控制 加互锁 2 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 KH KMR KMR 启动按钮利用复合按钮进行控制 则该电路为按钮 接触器双重联锁的控制电路 如图2 6 c 所示 电动机正在正转 此时 接触器KM1线圈吸合 主触点KM1闭合 欲切换电动机的转向 只需按下复合按钮SB3即可 按下SB3后 其常闭触点先断开KM1线圈回路 KM1释放 主触点断开正序电源 复合按钮SB3的常开触点后闭合 接通KM2的线圈回路 KM2通电吸合且自锁 KM2的主触点闭合 负序电源送入电动机绕组 电动机作反向起动并运转 从而直接实现正 反向切换 3 电机的正反转控制 双重互锁 KMF SB1 KMF SBF KH KMR KMR KMR KMF 3 电机的正反转控制 双重互锁 顺序控制 多台电动机拖动的设备 在操作时为了保证设备的运行和工艺过程的顺利进行 对电动机的起动 停必须按一定顺序来控制 称为电动机的顺序控制 用途 用于实现机械设备依次动作的控制要求 主电路顺序控制 KM2串在KM1触点下 故只有M1工作后M2才有可能工作 图3 7顺序起动控制线路 3 2 5顺序控制线路 顺序控制电路 控制电路的顺序控制 a KM1的辅助常开触点起自锁和顺控的双重作用 b 单独用一个KM1的辅助常开触点作顺序控制触点c M1 M2的顺序起动 M2 M1的顺序停止控制 顺序停止控制分析 KM2线圈断电 SB1常闭点并联的KM2辅助常开触点断开后 SB1才能起停止控制作用 所以 停止顺序为M2 M1 控制要求 1 M1起动后 M2才能起动2 M2可单独停 顺序控制例1 顺序控制电路 1 两电机只保证起动的先后顺序 没有延时要求 控制电路 不可以 两电机各自要有独立的电源 这样接 主触头 KM1 的负荷过重 主电路 控制电路 KM1 SB1 SB2 KT KH KM1 KM2 KM2 KT 顺序控制电路 2 M1起动后 M2延时起动 SB2 主电路同前 控制电路 实现M1起动后M2延时起动的顺序控制 用以下电路可不可以 不可以 继电器 接触器的线圈有各自的额定值 线圈不能串联 顺序控制例2 试画出3条皮带运输机的电气控制线路图 并叙述其工作原理 例 如图2 8所示是3条皮带运输机的示意图 对于这3条皮带运输机的电气要求是 图2 8三条皮带运输机工作示意图 要求 1 起动顺序为1号 2号 3号 即顺序起动 以防止货物在皮带上堆积 2 停车顺序为3号 2号 1号 即逆序停止 以保证停车后皮带上不残存货物 3 当1号或2号出故障停车时 3号能随即停车 以免继续进料 解 1 先合上刀开关QS M1 1号 M2 2号 M3 3号 依次顺序起动 2 按下SB2 KM1线圈得电并自锁 KM1主触点闭合 M1起动1号 KM1常开触点闭合 按下SB4 KM2线圈得电并自锁 KM2主触点闭合 M2起动2号 KM2常开触点闭合 按下SB6 KM3线圈得电并自锁 KM3主触点闭合 M2起动3号 3 M1 1号 M2 2号 M3 3号 依次逆序停止 按下SB5 KM3线圈失电 KM3主触点断开 M3停止3号 KM3常开触点断开 按下SB3 KM2线圈失电 KM2主触点断开 M2停止2号 KM2常开触点断开 按下SB1 KM1线圈失电 KM1主触点断开 M1停止1号 图2 93条皮带运输机顺序起动 逆序停止控制线路 综合 基本电路的结构特点 1 自锁 接触器常开触点与按钮常开触点相并联 2 互锁 两个接触器的常闭触点串联在对方线圈的电路中 3 点动 无自锁环节 4 连续 有自锁环节 5 多地 按钮的常开触点并联 常闭触点串联 6 多条件 按钮的常开触点串联 常闭触点并联 讲到此 2007 4 9 3 2 6自动往返运动 在实际生产中 常常要求生产机械的运动部件能实现自动往返 因为有行程限制 所以常用行程开关做控制元件来控制电动机的正反转 图1 15为电动机往返运行的可逆旋转控制电路 图中KM1 KM2分别为电动机正 反转接触器 SQ1为反向转正向行程开关 SQ2为正向转反向行程开关 SQ3 SQ4分别为正向 反向极限保护用限位开关 a机床工作台自动往复运动示意图b自动往复循环控制电路图2 12自动往复循环控制 自动往返运动电路 1 主电路同电动机正反转控制线路 2 控制电路接触器互锁依然保留 加装行程开关互锁 以实现自动换向控制 KM1 前进KM2 后退SQ1 末端行程开关SQ2 始端行程开关SB2 正向起动按纽SB3 反向起动按纽SB1 停止按钮FR 热继电器 1 自动往返运动控制线路 行程控制原则 利用生产机械运动的行程位置实现控制 通常采用限位开关 工作过程如下 合上电源开关QF 按下启动按钮SB1 接触器KM1通电 电动机M正转 喷水管左移 喷水管左移到一定位置 螺杆撞动限位开关SQ2 SQ2常闭触头断开 KM1停止吸合 此时SQ2常开触头接通接触器KM2通电 电动机M反转喷水管右移 喷水管右移到一定位置 螺杆撞动限位开关SQ1 SQ1常闭触头断开 KM2停 KM1再次得电 依次往复运行 自动往返运动控制原则 2 单周期控制电路 按下起动按纽SB2 运行一周后回到始端自动停止 去掉始端SQ2的自动起动环节即可 3 末端延时单周控制电路 末端SQ1的起动控制改为经KT后起动向接触器KM2 自动往复行程控制线路小结 自动往复主电路 自动往复之连续控制电路 自动往复之单周期自动往复末端延时 举例 行程控制 主电路 行程控制电路 1 限位停止 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 例1 运料小车的控制 设计一个运料小车控制电路 同时满足以下要求 1 小车启动后 前进到A地 然后做以下往复运动 到A地后停2分钟等待装料 然后自动走向B 到B地后停2分钟等待卸料 然后自动走向A 2 有过载和短路保护 3 小车可停在任意位置 控制电路综合举例 运料小车控制电路 KMR SQa SQb为A B两端的限位开关 KTa KTb为两个时间继电器 主回路 该电路的问题 小车在两极端位置时 不能停车 动作过程 SBF KMF 小车正向运行 至A端 撞STa KTa 延时2分钟 KMR 小车反向运行 至B端 撞STb KTb 延时2分钟 KMF 小车正向运行 如此往反运行 KMF KMF KH KMR SB1 STa STa KTa STb KTb KMR KMR KMF STb KTa KMF KMF KMR KH STa STb KTb KMR KTa KMR KMF STb SB1 SB2 加中间继电器 KA 实现任意位置停车的要求 例2 工作台位置控制 起动后工作台控制要求 控制电路综合举例 工作台位置控制电路 工作台位置控制电路 该电路有何问题 电路的改进方法同前 加中间继电器 KA 3 3电气控制常用的保护环节 电气控制的保护环节非常多 在电气控制线路中 最为常用的是熔断器及断路器 应用方法是串联在回路中 其分断作用和当线路电流超过其允许最大电流时熔断或跳保护 第二类较常用的保护环节是电动机保护 即热保护继电器 当电动机过流时跳保护 电气控制线路常设有以下保护环节 3 3电气控制常用的保护环节 1 短路保护 当电路发生短路时 短路电流会引起电器设备绝缘损坏和产生强大的电动力 使电机和电路中的各种电器设备产生机械性损坏 因此当电路出现短路电流时 必须迅速而可靠的断开电源 图2 8短路保护 图2 8 b 为采用自动开关作短路保护的电路 既作为短路保护 又作为过载保护 其过流线圈用做短路保护 图2 8 a 为采用熔断器作短路保护的电路 当主电机容量较小 其控制电路不需另设熔断器 主电路中熔断器也作为控制电路的短路保护 短路保护电路 短路保护的方法 加熔断器 频繁起动的电机 异步电动机的起动电流 Ist 约为额定电流 IN 的 5 7 倍 选择熔体额定电流 IF 时 必须躲开起动电流 但对短路电流仍能起保护作用 通常用以下关系 一般电机 不正确的启动和过大负载 也常常引起电动机产生很大的过电流 由此引起的过电流一般比短路电流要小 过大的冲击负载 使电动机流过过大的冲击电流 以致损坏电动机的换向器 同时 过大的电动机转矩也会使机械的转动部件受到损伤 因此要瞬时切断电源 在电动机运行过程中产生这种过电流比发生短路的可能性要大 特别是对频繁启动和正反转重复短时工作的电动机更是如此 2 过电流保护及欠压保护 图2 9控制电路中的保护环节 图2 9的控制线路中设有过流保护及欠压保护环节 为避免电机启动时过流保护误动作 线路中接入时间继电器KT 并使KT延时时间稍长于电机M的启动时间 这样 电机启动结束后 过流继电器KI才接入电流检测回路起保护作用 当线路电压过低时 KV失电 KV的常开点断开主电机M的控制电路 过电流保护及欠压保护 电动机长期超载运行 其绕组的温升将超过允许值而损坏 所以应设过载保护环节 过载保护一般采用热继电器作为保护元件 热继电器具有反时限特性 由于热惯性的关系 热继电器不会受短路电流的冲击而瞬时动作 当有8 10倍额定电流通过热继电器时 需经1s 3s动作 这样 在热继电器动作前 热继电器的发热元件可能已烧坏 所以 在使用热继电器做过载保护时 还必须装有熔断器或过流继电器配合使用 图2 10 a 所示为两相保护 适用于保护电动机任一相断线或三相均衡过载时 但当三相电源发生严重不平衡或电动机内部短路 绝缘不良等 有可能使某一相电流比其他两相高 则上述两电路就不能可靠进行保护 图2 10 b 为三相保护 可以可靠的保护电动机的各种过载情况 3 过载保护 方法 加热继电器 电机工作时 若因负载过重而使电流增大 但又比短路电流小 此时熔断器起不了保护作用 应加热继电器 进行过载保护 过载保护方法 a 两相保护 b 三相保护图2 10过载保护电路 过载保护电路 4 失压保护 在电动机正常工作时 如果因为电源的关闭而使电动机停转 那么 在电源电压恢复时 电动机就会自行启动 电动机的自启动可能造成人身事故或设备事故 防止电压恢复时电动机自启动的保护称失压保护 它是通过并联在启动按钮上的接触器的常开触头 或通过并联在主令控制器的0位闭合触头上零位继电器的常开触头来实现失压保护的 即自锁控制 如图2 11所示 KM FU QS 失压保护方法 方法 采用继电器 接触器控制 采用继电器 接触器控制后 电源电压 85 时 接触器触头自动断开 可避免烧坏电机 另外 在电源停电后突然再来电时 可避免电机自动起动而伤人 图2 11失压保护 失压保护电路 直流并励电动机 复励电动机在磁场减弱或磁场消失时 会引起电动机 飞车 因此 要加强弱磁保护环节 弱磁继电器的吸合值 一般整定为额定励磁电流的0 8倍 对于调磁调速的电机 弱磁继电器的释放值为最小励磁电流的0 8倍 5 弱磁保护 6 极限保护 某些直线运动的生产机械常设极限保护 该保护是由行程开关的常闭触头来实现的 如龙门刨床的刨台 设有前后极限保护 矿井提升机 设上 下极限保护 温度 压力 液位等在生产过程中可根据生产机械和控制系统的不同要求 设置相应的极限保护环节 对电动机的基本保护 例如过载保护 断相保护 短路保护等 最好能在一个保护装置内同时实现 3 4异步电动机的启动控制 3 4异步电动机的启动控制 不同型号 不同功率和不同负载的电动机 往往有不同的启动方法 因而控制线路也不同 三相异步电动机一般有 直接启动减压启动两种方法 在供电变压器容量足够大时 小容量笼型电动机可直接启动 直接启动的优点 是电气设备少 线路简单 实际的直接启动电路一般采用空气开关直接启动控制 如图2 17所示 图2 17采用空气开关直接启动控制线路 3 4 1三相笼型电动机直接启动控制 1 异步电动机开关直接起动控制电路 异步电动机直接起动控制电路 一 起动控制电路 主电动机采用接触器直接起动 接触器直接起动电路分为两部分 主电路由接触器的主触点接通与断开 控制电路由按钮和辅助常开触点控制接触器线圈的通断电 实现对主电路的通断控制 图2 11用接触器直接起动控制线路图 2 异步电机接触器直接起动控制电路 3 4 2异步电动机降压起动 原因 大容量大于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 用途 三相交流异步电动机的降压起动 用于大容量三相交流异步电动机空载和轻载起动时减小起动电流 降压启动控制电路 Y 起动 自耦补偿起动 延边三角形起动电路串电阻起动控制电路 要求 熟记Y 起动控制电路结构和工作原理 掌握自耦补偿起动和延边三角形降压起动电路工作原理的分析方法 星 三角形减压启动控制 控制线路按时间原则实现控制 启动时将电动机定子绕组联结成星形 加在电动机每相绕组上的电压为额定电压的 从而减小了启动电流 待启动后按预先整定的时间把电动机换成三角联结 使电动机在额定电压下运行 控制线路如图2 18所示 图2 18星 三角形减压启动控制电路图 1 星 三角形减压启动控制 1 Y 降压起动降压原理 起动时 电动机定子绕组Y连接 运行时 连接 主电路由3个接触器进行控制 2 Y 降压起动控制电路分析 1 主电路分析 KM1 KM3主触点闭合 电动机绕组联结成Y起动 KM1 KM2主触点闭合 电动机绕组联结成 运行 2 控制电路 用时间继电器来实现电动机绕组由星形向三角形联结的自动转换 3 Y 降压起动过程 按下起动按钮SB2 KM1线圈通电自锁 KM3线圈通电 M作Y接起动 KT线圈通电延时 KM3线圈断电 KM2线圈通电自锁 M作 接行 KT线圈断电复位 优点 该线路结构简单 缺点 是启动转矩也相应下降为三角形联结的 转矩特性差 因而本线路适用于电网电压380V 额定电压660 380V 星 三角联结的电动机轻载启动的场合 图2 12Y 降压起动线路 表3 1QX4系列自动星形 三角形起动器技术数据 2 定子串电阻降压起动控制电路 电动机串电阻降压起动 是电动机起动时 在三相定子绕组中串接电阻分压 使定子绕组上的压降降低 起动后再将电阻短接 电动机即可在全压下运行 优点 这种起动方式不受接线方式的限制 设备简单 应用 常用于中小型设备和用于限制机床点动调整时的起动电流 讲到此 2007 4 10 定子串电阻降压起动控制线路 b 图2 13定子串电阻降压起动控制线路 工作过程 星 三角形启动控制不足之处是启动转矩太小 如要求兼取星形联结启动电流小 三角形联结启动转矩大的优点 采用延边三角形减压启动控制方式 延边三角形减压启动控制线路如图2 19所示 此种启动方式适用于定子绕组特别设计的电动机 特点 电动机共有9个出线头 3 延边三角形减压启动控制 延边三角形降压起动控制电路 1 原理 绕组连接67 48 59构成延边三角形接法 绕组连接16 24 35为 接法 2 主电路分析 KM1 KM3使接点1 2 3接三相电源 67 48 59对应端接在一起构成延边三角形接法 用于降压起动 KM1 KM2使接点16 24 35接在一起 构成 连接 用于全压运行 3 控制电路 与Y 起动控制电路相同 不再分析 启动时电动机定子串入自耦变压器 定子绕组得到的电压为自耦变压器的二次电压 启动完毕后自耦变压器被排除 额定电压加于绕组 电动机以全电压投入运行 讨论 KM2与KM1的控制要求 KM1主触点的容量 图2 21自耦变压器减压启动控制电路 4 自耦变压器减压启动的控制 自耦补偿起动 降压原理 起动时电动机定子绕组接自耦变压器的次级 运行时电动机定子绕组接三相交流电源 并将自耦变压器从电网切除 主电路 起动时 KM1主触点闭合 自耦变压器投入起动 运行时 KM2主触点闭合 电动机接三相交流电源 KM1主触点断开 自耦变压器被切除 控制电路 起动过程分析按动SB2 KM1线圈通电自锁 电动机M自耦补偿起动 KT线圈通电延时 KA线圈通电自锁 KM1 KT线圈断电 KM2线圈通电 电动机M全压运行 自耦变压器减压起动控制电路 图2 14XJ01系列自耦减压起动电路图 表2 2XJ01系列自耦减压起动器技术数据 除鼠笼型电动机外 在要求启动转矩较大的场合 绕线转子电动机得到广泛的应用 优点 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 绕线电机过流能力弱 故需要设置过流保护装置 实现过流 过载 短路保护功能 外加电阻 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 连接形式 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 3 4 3绕线转子电动机的电路 图2 22采用时间继电器控制绕线转子异步电动机的启动电路 1 按时间原则控制 启动时 合上空气开关QF 按下启动按钮SB2 接触器KM1线圈获电吸合且自锁 KM1主触点闭合 电动机M串三级电阻启动 时间继电器KT1线圈得电吸合开始计时 当到达计时时间后KT1常开触点延时闭合 接触器KM2线圈得电吸合 KM2主触点闭合 切除一级启动电阻R1 同时时间继电器KT2线圈得电吸合开始计时 当到达计时时间后KT2常开触点延时闭合 使接触器KM3线圈得电吸合 KM3主触点闭合 又切除第二级启动电阻R2 时间继电器KT3线圈又得电吸合开始计时 当到达计时时间后KT3常开触点延时闭合 使接触器KM4线圈获电吸合 KM4主触点闭合 切除最后一级启动电阻R3 同时KM4的动断触点依次将KT1 KT2 KT3和KM2 KM3的电源切除 使KT1 KT2 KT3和KM2 KM3的线圈断电释放 电动机启动结束 按时间原则控制的工作过程 2 按电流原则控制 图2 14电流原则控制绕线型电动机转子串电阻起动控制电路 控制原则 电流控制型 主电路 R1 R3转子外串电阻 KA1 KA3转子电流检测用电流继电器 欠流复位型 KM1 KM3转子电阻的旁路接触器 按电流原则控制 控制电路分析按动起动按钮SB2 KM4线圈通电自锁 中间继电器KA4线圈通电 转子串全电阻起动 转速n 电流I 过流继电器KA1复位 KM1线圈通电 切除转子电阻R1 I 随着转速n 电流I 过流继电器KA2复位 KM2线圈通电 切除转子电阻R2 I 转速n 电流I 过流继电器K 3复位 KM3线圈通电 切除R3 转速n上升直到电动机起动过程结束 3 转子串频敏变阻器起动控制电路 3 转子串频敏变阻器起动控制电路 频敏变阻器的工作原理 随n f2 转子等效铁耗电阻自动减小 从而达到无级自动切除的目的 主电路 KM1引入电源 转子RF为频敏变阻器等效电阻 KM2用于起动结束后切除频敏变阻器RF 绕线式异步电动机通常采用过流继电器进行保护 本图采用热继电器做过载保护 电动机功率及电流很大 热继电器可经电流互感器接入 为提高保护精度 起动时将热元件FR短接 运行时投入 控制电路起动过程分析 按动SB2 KM1线圈通电自锁 M串RF起动 同时 KT通电延时 时间到 KA线圈通电自锁 KM2线圈通电 KT线圈断电复位 转子切除RF M进入运行状态 思考题与习题 1 电路图中QS FU KM KA KT SB分别是什么电气元器件的文字符号2 什么叫自锁 连锁 互锁 试举例说明 3 电动机点动控制与连续运转控制的关键控制环节是什么 其主电路有何区别 4 试画出带有短路 过载和操作互锁的交流电动机正反转控制的电路图 用按钮操作 5 试画出具有两地点控制 短路和过载保护的交流电动机正反转自动循环控制的电路图 3 5三相异步电动机的制动控制 3 5异步电动机的制动控制 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 制动方法一般有两大类 机械制动和电气制动 电气制动中常用反接制动和能耗制动 电磁机械制动控制线路一般采取电磁抱闸制动控制 其设计原理是利用外加的机械作用力 使电动机迅速停止转动 由于这个外加的机械作用力是靠电磁制动闸紧紧抱住与电动机同轴的制动轮来产生的 所以叫做电磁抱闸制动 电磁抱闸制动又分为两种制动方式 即断电电磁抱闸制动和通电电磁抱闸制动 3 5 1电磁机械制动控制线路 图2 24断电制动电路图 结构 制动轮通过联轴器直接或间接与电动机主轴相连 电动机转动时 制动轮也跟着同轴转动 制动原理 断电电磁抱闸制动方式 电磁抱闸的电磁线圈通电时 电磁力克服弹簧的作用 闸瓦松开 电动机可以运转 电磁离合器制动方式 电磁离合器的电磁线圈通电 动 静摩擦片分离 无制动作用 电磁线圈断电 在弹簧力的作用下动 静摩擦片间产生足够大的摩擦力而制动 1 断电电磁抱闸制动 1 电磁铁 2 制动闸 3 制动轮 4 弹簧 启动时 合上电源开关QF 按下启动按钮SB2 接触器KM1得电吸合 电磁铁绕组接入电源 电磁铁心向上移动 抱闸 动摩擦片 松开抬起制动闸 松开制动轮 KM1得电后 KM2顺序得电 吸合 电动机接入电源 启动运转 停止时 按下停止按钮SB1 接触器及KM1 KM2失电释放 电动机和电磁铁绕组均断电 制动闸在弹簧作用下紧压在制动轮上 依靠摩擦力使电动机快速停车 实现抱闸或电磁制动 由于在电路设计时是使接触器KM1和KM2顺序得电 使得电磁铁绕组先通电 待制动闸松开后 电动机才接通电源 这就避免了电动机在启动前瞬时出现的 电动机定子绕组通电而转子被掣住不转的短路运行状态 这种断电抱闸制动的结构形式 在电磁铁线圈一旦断电或未接通时电动机都处于制动状态 故称为断电制动方式 断电制动控制电路分析 图2 25通电电磁抱闸制动控制线路电路图 2 通电电磁抱闸制动 启动时 按下启动按钮SB2 接触器KM1线圈得电吸合 电动机启动运行 停止时 按停止按钮SB1 接触器KM1失电复位 电动机脱离电源 接触器KM2线圈得电吸合 电磁铁线圈通电 制动闸抱住制动轮 同时时间继电器KT得电 当电动机惯性转速下降至0时 时间继电器KT的常闭触点经延时断开KM2和KT线圈 使电磁铁绕组断电 制动闸又恢复了 松开 状态 电磁抱闸制动的优点是制动力矩大 制动迅速 安全可靠 停车准确 其缺点是制动越快 冲击振动就越大 对机械设备不利 由于这种制动方法较简单 操作方便 所以在生产现场得到广泛应用 选用哪种电磁抱闸制动方式 要根据生产机械工艺要求来定 一般在电梯 吊车 卷扬机等一类升降机械上 应采用断电电磁抱闸制动方式 像机床一类经常需要调整加工件位置的机械设备 往往采用通电电磁抱闸制动方式 电磁抱闸制动应用 3 5 2反接制动控制线路 二 三相异步电动机制动控制线路 1 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 2 制动过程 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 必须将三相电源切除 控制线路就是要实现这一过程 控制线路是用速度继电器来 判断 电动机的停与转的 电动机与速度继电器的转子是同轴相连 电动机转动时 速度继电器的常开触点闭合 电动机停止时常开触点断开 在120r min 3000r min范围内速度继电器触头动作 当转速低于100r min时 其触头复位 3 反接制动电路 a 主电路 KM1电动运行 KM2通入反相序电源 反接制动 限制反接制动电流 B 控制电路 速度控制原则 起动 接动启动按钮SB2 KM1通电自锁 电动机M通入正相序电源转动 停止 按动停车按钮SB1 KM1线圈断电复位 KM2线圈通电自锁 实现反接制动 转速n接近零时 速度继电器KS常开触点打开 KM2线圈断电 反接制动结束 图2 15 a 反接制动控制线路 4 反接制动电路存在问题 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 图2 15 b 图的反接制动线路解决了这个问题 串入电阻的作用 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 反接制动电阻的接法有对称电阻接法和不对称电阻接法 5 改进后的反接制动控制电路 图2 15反接制动控制线路 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