第三章-继电接触器控制系统的基本控制电路

常用的电气图有系统图、框图、电路图、位置图和接线图等。电气控制系统是由电气设备及电气元件按照一定的控制要求连接而成。电气控制系统图一般有三种：电路图（电气原理图），电气接线图，电器元件布置图。,第二章电气图及电气控制线路的分析,第一节电气图的基本知识,1、原理图一般分主电路和辅助电路两部分：主电路就是从电源到电动机大电流通过的路径。辅助电路包括控制电路、照明电路、信号电路及保护电路等，由继电器和接触器的线圈、继电器的触点、接触器的辅助触点、按钮、照明灯、信号灯、控制变压器等电器元件组成。控制系统内的全部电机、电器和其它器械的带电部件，都应在原理图中表示出来。2、原理图中各电器元件不画实际的外形图，而采用国家规定的统一标准图形符号，文字符号也要符合国家标准规定。3、原理图中，各个电气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。同一元器件的各个部件可以不画在一起。例如，接触器、继电器的线圈和触点可以不画在一起。,电气原理图的绘制规则,4、图中元件、器件和设备的可动部分，都按没有通电和没有外力作用时的开闭状态画出。例如，继电器、接触器的触点，按吸引线圈不通电状态画；主令控制器、万能转换开关按手柄处于零位时的状态画；按钮、行程开关的触点按不受外力作用时的状态画等。5、电气元件应按功能布置，并尽可能按水平顺序排列，其布局顺序应该是从上到下，从左到右。电路垂直布置时，类似项目宜横向对齐；水平布置时，类似项目应纵向对齐。6、电气原理图中，有直接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。,电气原理图的绘制规则,一电器控制系统图,CW6312型普通车床电气原理图,二、电器元件布置图,CW6132型车床电器控制盘电器布置图,三、电器安装接线图,CW6132型车床电器外连部分电气安装接线图,电气安装接线图只表示电器元件的安装位置、实际配电线方式，而不明确表示电路原理和电器元件间的控制关系。1、所有电气设备和电器元件按其所在的实际位置绘制在图纸上；2、有几个或很多电器元件的四周用虚线框上，表示这几个元件安装在同一块配电盘上；3、在配电盘上一般都装有接线板（或接线端子），它是用来连接配电盘内外电路的。,电气安装接线图的绘制规则,主电路分析控制电路分析辅助电路分析联锁和保护环节分析总体检查,电气图的读图方法,第三章继电接触器控制系统的基本控制电路,3.1电动机控制的基本环节,3.1.1单向起动控制控制线路：由闸刀开关、熔断器、接触器、按钮等组成。主电路：三相电源到电动机的电路。由闸刀开关、熔断器、接触器主触头、热继电器发热元件组成。控制电路：由按钮和接触器吸引线圈等组成。控制线路安装布线图：把同一电器各工作部件集中在一起，按各部件实际位置画出。,控制线路原理图：主电路画在一边，控制电路画在另一边。说明：（1）同一电器各工作部件画在各处，但它们的动作相互关联。（2）同一电器上的各部件，必须标以相同文字符号。,1）工作原理2）保护环节短路保护：FU过载保护：FR失压保护：KM失压保护指发生突然停电时，电动机与电源迅速断开，当电源恢复供电时，如不重新按下起动按钮，电动机不能起动。,3.1.1异步机的直接起动,A,B,C,KM,FU,QS,B,C,KM,SB,一、点动控制,动作过程,控制电路,主电路,起动,起动时，接通组合开关，按动起动按钮SB2，则交流接触器通电，使衔铁吸合带动触头将常开触点接通，电动机通电开始运行。,Q,FU,SB,KM,KH,吸合后自锁,停止,停止时，按下停止按钮SB2，则交流接触器断电，使衔铁释放触头将常开触点断开，电动机停转。,二、电动机连续运行,注意：接触器线圈电压380V时，采用此种接线方式。,KM,SB1,KM,SB2,FR,A,B,C,KM,FU,QS,FR,电流成回路，只要接两相就可以了。,三、异步机的直接起动+过载保护,QS,FR,方法一：用复合按钮。,四、点动+连续运行,主电路,控制电路,SB,KA,SB1,KA,SB2,FR,KM,KA,方法二：加中间继电器（KA）。,FR,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！,将电动机接到电源的任意两根线对调一下，即可使电动机反转。,需要用两个接触器来实现这一要求。当正转接触器工作时，电动机正转；当反转接触器工作时，将电动机接到电源的任意两根联线对调一下，电动机反转。,3.1.2、互锁控制线路三相交流异步电动机正、反转控制电路,方法：采用KMF、KMR两个接触器控制电动机正、反转。KMF控制电动机正转。KMR控制电动机反转。,操作过程：,正转,主电路,控制电路,电机的正反转控制电气互锁,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,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）。,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,控制规律,当要求甲接触器工作时，乙接触器就不能工作，此时应在乙接触器的线圈电路中串入甲接触器的动断触点。当要求甲接触器工作时乙接触器不能工作，而乙接触器工作时甲接触器不能工作，此时应在两个接触器的线圈电路中互串入对方的动断触点。,接触器控制三相异步电动机正反转电路a)主电路b)无互锁电路c)具有电气互锁电路d)具有双重互锁电路,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。,3.1.3、多地点控制,控制要求：1.M1起动后，M2才能起动2.M2可单独停,3.1.4、顺序控制线路,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,顺序控制电路(2)：M1起动后，M2延时起动。,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。,3.1.5行程控制线路,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,例：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。,作业：,运料小车控制电路,STa、STb为A、B两端的限位开关,KTa、KTb为两个时间继电器,该电路的问题：小车在两极端位置时，不能停车。,动作过程,SBFKMF小车正向运行至A端撞STaKTa延时2分钟KMR小车反向运行至B端撞STbKTb延时2分钟KMF小车正向运行如此往反运行。,3.2三相笼型异步电动机降压起动控制,3.2.1定子线路串电阻降压起动控制,1）控制要求：电动机M起动时定子线路串联电阻R，以实现降压起动，电动机起动后，恢复额定电压进入稳定正常运转。,2）实现方法：（1）接触器KM1闭合，电动机M定子线路串电阻降压起动。（2）接触器KM2闭合，电动机正常运转。（3）时间继电器KT通电开始计时，当达到时间继电器的整定值时，KM2闭合。3）线路图（1）主电路（2）控制电路,4）工作原理5）电路改进从前面分析可知，本线路在起动结束后，KM1、KT一直得电工作。为了减少能量损耗，延长接触器、继电器得使用寿命，要求M起动以后，KM1、KT断电。,3.2.2星形三角形降压起动控制1）控制要求：电动机M起动时为星形连接，以实现降压起动，电动机起动后改为三角形连接，以恢复额定电压进入稳定正常运转。,2）实现方法：（1）接触器KM1控制电机M通电接触器KM2控制电机M三角形连接接触器KM3控制电机M星形连接（2）时间继电器KT通电开始计时，当达到时间继电器整定值时使KM3断电、KM2通电，电动机三角形连接正常运转。3）工作原理UY=1/UIy=1/3ITY=1/3T,KM,FU,QS,FR,A,x,B,y,C,z,主电路,电机的Y起动,3）线路图（1）主电路（2）控制电路,（3）工作原理,3.2.3定子线路串自耦变压器的降压起动控制1）控制要求：自耦变压器按星形接线，起动时将电动机定子绕组接到自耦变压器二次侧。电动机定子绕组得到的电压即为自耦变压器的二次电压。当起动完毕时，自耦变压器被切除，额定电压（即自耦变压器的一次电压）直接加到电动机定子绕组上，电动机进入全压正常运行。2）实现方法：（1）接触器KM1、KM2控制电动机降压起动。接触器KM3控制电动机进入全电压正常运行。（2）时间继电器KT通电开始计时，当达到时间继电器的整定值时，使KM1、KM2断电，KM3通电，使电动机进入全压正常运转。3）线路图（1）主电路（2）控制电路,4）工作原理,电动机启动电流的限制是依靠自耦变压器的降压作用来实现的。,3.2.4三相绕线转子异步电动机起动控制,一、转子回路串接电阻起动的控制线路起动前，起动电阻全部接入电路，随着起动过程的结束，起动电阻被逐段短接。多段式，使得起动过程更加平滑。控制方式：1、按电流原则控制2、按时间原则控制,图电流原则控制转子电路串电阻起动控制线路,1、按电流原则控制,（a）基本电路,图时间原则控制转子电路串电阻起动控制线路,2、按时间原则控制,图(b)-(a)电路之改进：,起动完成后退出KM2、KM3、KT1、KT2、KT3,图5（c）,(b)电路之改进：逐步退出KT1、KM2、KT2、KM3、KT3,3.3三相异步电动机的制动控制,3.3.1、机械制动抱闸制动原理：掉电后用弹簧压力将电动机转轴卡紧，使其停车；运行时，将抱闸的电磁铁通电，靠电磁吸力将抱闸拉开，使电动机能够自由运转。特点：结构简单，但是运行时耗电大电路结构：加装一个抱闸电磁铁。应用举例：末端延时单周控制电路，停车时采用抱闸制动。,末端延时单周控制电路加装抱闸制动,3.3.2电源反接制动系统1）实现方法：（1）KM1为电动机M单向旋转接触器（2）KM2为反接制动接触器，KV为速度继电器，R为反接制动电阻。2）线路图（1）主电路（2）控制电路,反接制动是利用改变电动机电源的相序，使定子绕组产生反方向的旋转磁场，因而产生制动转矩的一种制动方法。,1、串接制动电阻，以减少冲击电流。2、及时断开反相序电源，以防止反向再起动。,3）工作原理合上电源开关QS，按下起动按钮SB2，接触器KM1线圈通电并自锁，电动机在全压下起动运行，当转速升到某一值（通常为大于120r/min）以后，速度继电器KS的动合触点闭合，为制动接触器KM2的通电作准备。停车时，按下按钮SB1，KM1断电释放，KM2线圈通电动作并自锁，KM2的动合触点闭合，改变了电动机定子绕组中电源的相序，电动机在定子绕组传入电阻R的情况下反接制动，电动机转速迅速下降，当转速低于100r/min时，速度继电器KV复位，KM2线圈断电释放，制动过程结束。,3.3.3能耗制动系统1）控制要求：当需要电动机快速停止时，若在断开交流电源后，立即在定子绕组接入一直流电源，直流电流就会在电动机定子绕组中产生一个静止的磁场，而转子由于惯性作用在继续旋转，并切割这个磁场，在转子绕组中产生感应电动势和电流，利用转子感应电流与静止磁场的相互作用产生制动转矩，达到迅速而准确地制动地目的。,能耗制动的效果与通入直流电流的大小和三相绕组接法有关（可以有几种接法），但直流电流不能大于交流的起动电流，电动机停止时要立即断开直流电源。2）实现方法（1）KM1为电动机M单向旋转接触器（2）KM2为能耗制动接触器（3）时间继电器KT通电开始计时，当达到时间继电器的整定值时（电动机M已停转），使KM2断电，直流电源被切除，制动结束。,3）线路图（1）主电路（2）控制电路,4）工作原理电动机要工作时，合上开关QS，按下起动按钮SB1，接触器KM1线圈通电，其主触头闭合，电动机起动运转。需要停下时，按下按钮SB2，其常闭触头断开，使KM1失电释放，电动机脱离交流电源。同时SB2的常开触头闭合，因KM1常闭触头复位，使制动接触器KM2及时间继电器KT线圈通电，KM2的辅助触头用于自锁和互锁；KM2的主触头闭合，交流电源经变压器和单相整流桥变为直流电并进入电动机定子绕组，产生静止磁场，与转动的转子相互切割感应电势，产生电流，电流与静止磁场共同作用，产生制动转矩，电动机在能耗制动下迅速停止。当电动机停止时，KT的延时触头就应该终止延时并打开，使KM2失电释放，直流电源被切除，制动结束。,3.4.1控制要求1）三相交流电的电源频率固定以后，电动机的同步转速与它的极对数成反比，即n60f/p。于是变更电动机定子绕组的接线方式，使其在不同的极对数下运行，其同步转速便会随之改变，进而改变转子速度。,3.4三相鼠笼电动机的变极调速控制,上图为4/2极的单绕组双速电动机定子绕组接线示意图，其中图将电动机定子绕组的U1、V1、W1的三个接线端子接三相电源，而将电动机定子绕组的U2，V2，W2三个接线端子悬空，每相绕组的两个线圈串联，三相定子绕组为连接，此时磁极为4极，同步转速为1500rmin，为低速接法。若要电动机高速工作时，可接成上图形式，将电动机定子绕组的U2，V2，W2三个接线端子接三相电源，而将另外3个接线端子U1，V1，W1连在一起，则原来三相定子绕组的连接立即变为双连接，此时每相绕组的两个线圈为并联，磁极为2极，同步转速为3000r/min。可见电动机高速运转时的转速是低速时的2倍。,2）绕组改极后，其相序方向和原来相序相反。所以，在变极时，必须把电动机任意两个出线端对调，以保持高速和低速时的转向相同。,3.4.2实现方法（1）转换开关SA有低速（L）、高速（H）和中间位置（停止）三档。（2）接触器KM3控制电动机低速运转，电动机M为三角形连接。（3）接触器KM2控制电动机高速运转，电动机M为双星形连接。（4）当SA处在高速位置时，时间继电器通电，使KM3通电，电动机低速运转，延时一段时间后，KM3断电，KM2、KM1闭合，电动机高速运转。3.4.3线路图1）主电路2）控制电路,2）当开关S处在高速位置H时，线路的工作情况如下：（1）时间继电器KT首先通电，其瞬动动合触点闭合，接触器KM3线圈通电，主触点闭合，将电动机接成三角形作低速起动；（2）经过一段时间延时后，KT的延时断开动断触点断开，KM3线圈断电，其触点复位。而KT的延时闭合动合触点闭合，使KM2的线圈通电，KM2的主触点闭合将U1、V1、W1连在一起，同时通过KM2的动合触点闭合使KM1线圈通电，KM1的主触点闭合使电动机以双星形接线高速运行。,3.4.4工作原理1）当开关S处在低速L位置时，接触器KM3线圈通电，KM3的主触点闭合，将定于绕组的接线端U1、V1、W1接到三相电源上，而此时由于KM1、KM2动合触点不闭合，所以电动机定于绕组按三角形接线，电动机低速运行。在变极时，将电动机的两个出线端U2、W2对调。,第4章典型机械设备电气控制系统分析,4.1读图的一般方法和步骤,阅读分析电气控制线路图，主要是分析电气控制原理图，它主要包括主电路，控制电路和辅助电路等几部分。在阅读分析电气原理图之前，必须了解设备的主要结构、运动形式、电力拖动形式、电动机和电器元件的分布状况及控制要求等内容，在此基础上，便可以阅读分析电气原理图了。,4.1.1分析主电路从主电路入手，根据每台电动机和电磁阀等执行电器的控制要求去分析它们的控制内容。控制内容包括起动、方向控制、调速和制动等。,4.1.2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，利用前面学过的电器控制线路的基本规律的知识，按功能不同划分成若干个局部控制线路来进行分析。,分析控制电路的基本方法是查线读图法，其步骤如下：,1）从执行电器（电动机等）着手，从主电路上看有哪些控制元件的触点，根据其组合规律看控制方式。,2）在控制电路中由主电路控制元件的主触点的文字符号找到有关的控制环节及环节间的联系。,）从按动起动按钮开始，查对线路，观察元件的触点符号是如何控制其他控制元件动作的，再查看这些被带动的控制元件的触点是如何控制执行电器或其他元件动作的，并随时注意控制元件的触点使执行电器有何运动或动作，进而驱动被控机械有何运动。在分析过程中，要一边分析一边记录，最终得出执行电器及被控机械的运动规律。,4.1.3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。,4.1.4分析联锁与保护环节生产机械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。,4.1.5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。,3.2混凝土搅拌机的电气控制,3.2.1主要结构、运动形式及控制要求,混凝土搅拌机在建筑工地上是最常见的一种机械，其种类和结构形式很多，混凝土搅拌机主要由搅拌机构、上料装置、给水环节组成。搅拌机构的滚筒要求能正转搅拌混凝土，反转使搅拌好的混凝土倒出，即要求拖动搅拌机构的电动机M1可以正、反转。其控制电路就是典型的用接触器触头互锁的正反转电路。上料装置的爬斗要求能正转提升爬斗，爬斗上升到位后自动停止并翻转将骨料和水泥倾入搅拌机滚筒。反转使料斗下降放平并自动停止，以接受再一次的下料。为防止料斗负重上升时停电和可能要求其中途停止运行时保证安全，采用电磁制动器YB作机械制动装置。上料装置电动机M2属于间歇运行，所以未设过载保护装置，其控制电路与前面分析的正反限位控制电路是相同的。,电磁抱闸线圈为单相380V和电动机定子绕组并联，M2得电时抱间打开，M2断电时抱闸抱紧，实现机械制动。SQ1限位开关作上升限位控制，SQ2限位开关作下降限位控制。给水环节由电磁阀YV和按钮SB7控制、按下SB7，电磁阀YV线圈通电打开阀门向滚筒加水。松开SB7，关闭阀门停止加水。,3.2.2线路图分析,1）主电路,2）控制电路,3）辅助电路,3.3水泵电气控制,3.3.1主要结构、运动形式及控制要求,在塑料管或尼龙管内固定有上、下水位十簧管SL1和SL2，塑料管下端密封防水，连线在上端接出。塑料管外套一个能随水位移动的浮标（或浮球），浮标中固定一个永久磁环，当浮标移到上或下水位时，对应的十簧管接受到磁信号而动作，发出水位电开关信号。,3.3.2线路图分析,1）主电路,2）控制电路,3）辅助电路,3.4继电接触式控制系统的电路设计,3.4.1电气控制设计的一般原则,1）最大限度的满足机械或设备对电气控制系统提出的要求。机械或设备对电气控制系统的要求，是电气设计的依据，这些要求常常以工作循环图。执行元件动作节拍表、检测元件状态表等形式提供，有调速要求的设备还应给出调速技术指标。其他如起动、转向、制动等控制要求应根据生产需要充分考虑。2）在满足控制要求的前提下，设计方案应力求简单、经济。在电气控制系统设计时，为了满足同一控制要求，往往要设计几个方案，应选择简单。经济可靠和通用件强的方案，不要盲目追求自动化程度和高指标。3）妥善处理机械与电气的关系。机械或设备与电力拖动已经紧密结合融为一体，传动系统为了获得较大的调速比，可以采用机电结合的方法实现，但要从制造成本、技术要求和使用方便等具体条件去协调平衡。,4）要有完善的保护措施，防止发生人身事故与设备损坏事故。要预防可能出现的故障，采用必要的保护措施。例如短路、过载、失压或误操作等电气方面的保护功