第02章_电气控制线路基础

第2章电气控制线路基础,2.1电气控制系统图的分类及有关标准2.1.1电气控制系统图的分类,2.1.2电气原理图的绘制原则（1）主电路和辅助电路要分开画（2）各电器元件采用统一标准的图形和文字符号表示（3）电器上的所有触点均按常态画（4）画控制电路图的顺序（5）交叉线看有没有接线关系,图形符号与文字符号,对于启动频繁，允许直接启动电动机容量不大于变压器容量的20%。对于不经常启动者，直接启动电动机容量不大于变压器容量的30%。,2.2三相笼型异步电动机的基本控制,2.2.1全压启动控制线路全压启动:额定电压直接加到电动机的定子绕组。,优点：电路简单,缺点：启动电流大,通常对容量小于10kW的笼型异步电动机采用直接启动方法。,1控制原理全压直接启动控制电路,2保护措施（1）短路保护熔断器起短路保护作用。一旦发生短路，其熔体立即熔断，可以避免电源中通过短路电流。同时切断主电路，电动机立即停转。（2）过载保护热继电器起过载保护作用。（3）失压保护交流接触器在此起失压保护作用。,2.2.2正反转控制电路,应用：,正、反转的实现：,生产上往往要求运动部件能够向正反两个方向运动，如：机床工作台的前进、后退；主轴的正转和反转；起重机的提升、下降等。,把接入电源的任意两根联线对调。,用两个交流接触器实现两根电源线的调换。,正转接触器KMF通电，电动机正转；,决不允许KMF和KMR同时通电，否则，会造成电源短路！,主电路,反转接触器KMR通电，电动机反转；,该电路必须先停车才能由正转到反转或由反转到正转。SBF和SBR不能同时按下，否则会造成短路！,控制电路（1）,控制过程：,控制电路(2)-加互锁,控制过程：,电机正转：,按下SBF,KMF线圈通电,KMF主触点闭合,KMF常开触点闭合，并自锁,KMF常闭触点断开,电机正转,反转接触器不能接通。,电机反转：,按下SBR,KMR线圈通电,KMR主触点闭合,KMR常开触点闭合，并自锁,KMR常闭触点断开,电机反转,正转接触器不能接通。,联锁（互锁）控制：,KMF的常闭触点串联在KMR线圈电路中;KMR的常闭触点串联在KMF线圈电路中:,即：正转接触器接通时，反转接触器不能接通；反转接触器接通时，正转接触器不能接通。,这两个常闭触点称为互锁触点或联锁触点。,控制电路(3)-双重互锁,电机正转：,按下SBF,KMF线圈通电,KMF主触点闭合,KMF常开触点闭合，并自锁,KMF常闭触点断开,电机正转,反转接触器不能接通。,控制过程：,常闭触点先断开常开触点后闭合,KMR线圈断电,电机反转：,按下SBR,KMR线圈通电,KMR主触点闭合,KMR常开触点闭合，并自锁,KMR常闭触点断开,电机反转,正转接触器不能接通。,常闭触点先断开常开触点后闭合,KMF线圈断电,电机停车：,按下SB1,KMR线圈断电,KMF线圈断电,电机停车,按下启动按钮，电动机运转；松开按钮时，电动机停转。,动作过程,2.2.3点动控制电路,用复合按钮,SB3：点动按钮SB2：长动按钮,SB3,既能点动又能连续运转的控制电路,松开SB3,按下SB3,电机运转,电机停转,点动时：,常闭先断开常开后闭合,常开先断开常闭后闭合,自锁触点不起作用,实现点动,连续运转时：按SB2,连续运行,在多处位置设置控制按钮，均能对同一电机实行控制。,2.2.2多点控制电路,SB1甲、SB2甲实现就地控制；SB1乙、SB2乙实现远方控制。,1.M1启动后，M2才能启动2.M2可单独停车,2.2.5顺序控制电路,思路：,M1、M2分别由不同的交流接触器控制；,控制交流接触器线圈通电的顺序达到顺序控制电动机的目的；,电机的启动和停止是有一定顺序的。,主电路,KM1通电，M1转动，KM2通电，M2转动,控制电路,KM1通电后KM2才可能通电,工作过程,按下SB2,KM1线圈通电并自锁,M1启动,按下SB4,KM2线圈通电并自锁,M2启动,启动时：,按下SB3,KM2线圈断电,M2单独停车,按下SB1,KM1、KM2线圈断电,M1、M2停车,停机时：,串联,或,工作过程,启动时：,停机时：,（1）若启动时，M1先启动，M2才能启动。停车时，M2停车后，M1才能停车。应如何实现控制？,（2）若启动时，M1启动后，M2才能启动，M2启动后，M3才能启动。应如何实现控制？,（1）若启动时，M1先启动，M2才能启动。停车时，M2停车后，M1才能停车。应如何实现控制？,（2）若启动时，M1启动后，M2才能启动，M2启动后，M3才能启动。应如何实现控制？,两电机最好各有独立的电源；这样接，主触头（KM1）的负荷过重。,主电路,不可以!,应该通过控制电路实现控制功能。,2.2.6自动循环控制线路,按生产机械所处的位置对电动机实施控制。,正程：电动机正转；,逆程：电动机反转。,控制要求：,1、A在原位时，启动电机只能正转；,2、A前进至终点自动停车；,3、A在终点时，启动电机只能反转；,4、A后退至原位自动停车；,5、A在前进或后退途中均可停车，再启动后既可进也可退。,实现方法：,在生产机械行程的终点和原位安装行程开关。,控制电路,行程开关,至终点位置撞开STb,运动过程,按下SB2,A正向运行,电机停车,（反向运行同样分析）,控制过程,按下SB2,KMF线圈通电,压下STa，KMR线圈不通电，电机不能反转，A只前进。,A在原位时：,(电机正转）,带动A前进,A前进到终点,压下STb,STb常闭触点断开,KMF线圈断电,(电机停转）,A停在终点。,按下SB3,KMR线圈通电,压下STb，KMF线圈不通电，电机不能正转，A只后退。,A在终点时：,(电机反转）,带动A后退,A后退到原位,压下STa,STa常闭触点断开,KMR线圈断电,(电机停转）,A停在原位。,按下SB1,KMR线圈断电,A在途中时：,(电机停转）,A停止,KMF线圈断电,此时：,按下SB2,A前进,按下SB3,A后退,例：主电路为电机的正反转电路，分析此电路实现的功能。,（1）A在原位时：,启动后只能前进，不能后退。,（2）A前进到终点时：,立即后退，退回到原位自动停。,（3）A在途中时：,可停车；再启动时，既可前进也可后退。,（4）A在途中时，若暂时停电，复电时，A不会自行运动。,A在运行途中，如果停电线圈要断电各触点恢复常态再通电时，A不会自行运动。,（5）A在途中若受阻，在一定时间内电机应自行断电而停车。,A在运行途中若受阻，电机出现过载或堵转现象，其电流很大，会使主电路中的热元件FR发热，控制电路中的常闭辅助触点FR断开，使接触器线圈断电，电机停车。,过载保护,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。,2.3三相笼式异步电动机的降压启动控制,较大容量的笼型异步电动机（大于10kW）因启动电流较大，不允许采用全压直接启动的方式，而应采用降压启动控制。有时为了减小电动机启动时对机械设备的冲击，即便是允许采用直接启动的电动机，也往往采用降压启动方式。,降压启动时，先降低加在电动机定子绕组上的电压，待启动后再将电压升高到额定值，使之在正常电压下运行。由于电枢电流和电压成正比，所以降低电压可以减小启动电流，这样不致在电路中产生过大的电压降，减少对线路电压的影响。,三相笼型异步电动机常用的降压启动方法有：定子串电阻（或电抗器）降压启动、星-三角（Y-D）降压启动、自耦变压器降压启动及延边三角形降压启动。,三相笼型异步电动机定子绕阻串接启动电阻时，由于启动电阻的分压，使定子绕组启动电压降低，启动结束后再将电阻短接，使电动机在额定电压下正常运行，可以减小启动电流。这种启动方式不受电动机接线形式的限制，设备简单、经济，在中小型生产机械中应用较广。,2.3.1定子串电阻降压启动控制,a）自动切换的降压启动电路,合上电源开关QS，接入三相电源，按下SB2，KM1、KT线圈得电吸合并自锁，电动机串电阻R降压启动。,当电动机转速接近额定值时，时间继电器KT动作，其延时闭合的常开触点闭合，KM2线圈得电并自锁。KM2主触点短接电阻R，KM2的常闭触点断开，使KM1、KT线圈断电释放，电动机经KM2主触点在全压下进入稳定正常运转。,SA为自动/手动选择开关，当SA置于自动时，电路与图a）相同。,b）自动/手动短接电阻降压启动电路,若SA置于手动时，KT被切除，此时按下启动按钮SB2后，电动机串电阻R降压启动。再按下加速按钮SB3，电阻R被短接，电动机全压运行。,正常运行时，定子绕组接成三角形运转的三相笼型异步电动机，可采用星-三角降压启动。启动时，每相绕阻的电压下降到正常工作电压的，故启动电流下降到全压启动时的1/3，电动机启动旋转，当转速接近额定转速时，将电动机定子绕组改接成三角形，电动机进入正常运行状态。这种降压启动方法简单、经济，可用在操作较频繁的场合，但其启动转矩只有全压启动时的1/3，适用于空载或轻载。,2.3.2星-三角（Y-）降压启动控制,用于13kW以下电动机的启动电路,按下启动按钮SB2，KM1、KT线圈同时通电吸合并自锁，KM1主触点闭合接入电源，电动机接为星形，降压启动。当时间继电器KT动作，KM1线圈断电释放，切断电动机电源；KT上延时闭合的常开触点闭合，使KM2线圈通电并自锁，KM2的主触点将电动机定子接为三角形，常闭触点KM2断开，使KT断电，KM1线圈重新通电吸合，电动机三角形运行。,当三相异步电动机脱离电源，由于惯性，转子要经过一段时间才能完全停止旋转，这不能适应某些生产机械工艺的要求，如对万能铣床、卧式镗床、组合机床等，会造成运动部件停位不准、工作不安全等现象，同时也影响生产效率。因此，电动机需要进行有效的制动，使之能迅速停车。,2.4三相异步电动机的制动控制,一般采取的制动方法有两大类：机械制动和电气制动。机械制动利用电磁抱闸等机械装置来强迫电动机迅速停车；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。,电气制动是使电动机工作在制动状态，使电动机的电磁转矩方向与电动机的旋转方向相反，从而起制动作用。电气制动控制电路包括反接制动和能耗制动。,反接制动有两种情况：一种是倒拉反接制动，如起重机下放重物的情况；另一种是电源反接制动，这里讨论第二种情况。使用电源反接制动方法的注意事项：*为防止转子降速后反向启动，当转速接近于零时应迅速切断电源；*转子与突然反向的旋转磁场的相对速度接近于两倍的同步转速，为了减小冲击电流，通常在电动机主电路中串接电阻来限制反接制动电流。,2.4.1反接制动,电动机单向运转的反接制动控制电路,按下SB2，KM1得电，全压启动。在电动机正常运转时，速度继电器KS的常开触点闭合，为反接制动作好准备。停车时，按下停止按钮SB1，KM1断电，由于惯性，电动机的转速还很高，KS依然动作，因SB1按下，KM2得电，电动机反接制动，转速迅速下降，当速度继电器恢复，KM2断电，电动机断电，反接制动结束。,单向能耗制动控制电路,时间原则控制的单向能耗制动控制电路,2.4.2能耗制动,正常运行后，按下停止按钮SB1，KM1断电，切断电动机电源，同时KT得电，KM2得电并自锁，直流电源则接入定子绕组，进行能耗制动。当时间继电器延时断开常闭触点KT断开时，KM2断电，直流电源被切除，同时KM2常开辅助触点复位，时间继电器KT线圈断电，能耗制动结束。,2.5三相鼠笼式异步电动机的调速,调速方法主要有变极对数调速、变转差率调速及变频调速三种。此处仅介绍鼠笼型异步电动机变极对数调速的基本控制线路。一般的三相异步电动机极对数是不能随意改变的，必须选用双速或多速电动机。变极对数的方法仅适用于三相鼠笼型异步电动机。,a）三角形连接，电动机四极运行，低速b）是双星形连接，电动机两极运行，高速。,42极双速电机定子绕组,接触器控制的双速电动机控制电路,按下低速起按钮SB2，低速接触器KM1得电，KM1主触点闭合，电动机定子绕组接为三角形，电动机低速运转。按下高速起按钮SB3，低速KM1断电，高速接触器KM2和KM3线圈得电电动机定子绕组联成双星形，电动机高速运转。,具有能耗制动的正反转控制线路,2.6典型控制线路分析,2.7电气控制线路的简单设计,电气控制系统的设计包含两个基本内容：一个是原理设计，即要满足生产机械和工艺的各种控制要求。另一个是工艺设计，即要满足电气控制装置本身的制造、使用和维修的需要。,2.7.1电气控制系统设计的一般原则,1.最大限度地满足生产机械和生