机电传动课件

机电传动控制,张海根主编,高等教育出版社,主讲:安万德,绪论,电机与拖动基础知识；继电器-接触器控制、PLC控制；步进电机控制；交直流调速控制；伺服驱动控制等。,机电传动控制是研究解决与生产机械的电器传动控制有关的问题。主要阐述机电传动控制原理和常用控制电路及其控制电路的设计。,主要介绍:,机电传动系统组成：电动机+电气控制电路+传动部件+工作机构,电机与拖动基础知识,生产机械：由工作机构、传动机构、原动机及控制系统组成。,电动机,电力拖动：电动机+传动机构,电气自动控制部分包括：使电动机起动、制动、反向、调速、快速定位等电气控制部分和电气操作部分。,机电传动控制的发展过程,1）用手动电器来控制执行电器适用于容量小，操作单一的场合2）用继电器接触器自动控制由继电器、接触器、按钮、行程开关组成。优点：结构简单、价格低廉、维护方便、抗干扰强，可实现自动化，集中控制，远距离控制。缺点：控制形式固定，通用性和灵活性差，由于触点开关动作工作频率低，触电易损坏，可靠性差。,3）顺序控制器生产过程中由于大量存在一些开关量控制的程序控制过程，而生产工艺及流程经常变化，因而继电接触器控制电路不能满足需求，集成电路组成的顺序控制器应运而生。特点：具有程序变成更容易、程序存储量大，通用性强，广泛用于各种机械设备及自动线上。,4）PLC20世纪60年代末，出现了具有运算功能和功率输出能力的可编程控制器。PLC由大规模集成电路、电子开关、功率输出器件等组成的专用微型电子计算机。特点：可代替大量的继电器，功耗小，体积。,交直流调速控制,速度调节是影响电气控制技术发展的另外一个因素。,交流电动机结构简单、制造容易、造价低以及容易维修等特点广泛应用。,交流电动机调速：,直流电动机调速：,直流电动机具有良好的起动、制动特性和调速性能，能在很宽的范围内进行平滑调速，所以对调速性能要求较高及速度需要精确控制的设备以往都采用直流拖动。,由于变频技术的出现和高压大功率管的问世，交流电动机无极调速系统有了迅速发展，它是利用改变交流电的频率等来实现电动机转速的无极调速。因无电刷与换向器，较直流电动机易于维护，且寿命长由发展前途。,伺服驱动控制,驱动机械设备各坐标轴追随指令运动的传动装置称为伺服系统。包括机械传动部件和产生主动力矩以及控制其运动的各种驱动装置。是一种精密的位置跟踪与定位系统。,伺服系统按调节原理可分开环和闭环。闭环系统又分为直流和交流伺服系统。开环系统一般利用步进电动机。,步进电机控制,步进电动机是一种将脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件。系统简单、控制容易、维修方便、控制为全数字化。,第一章机电传动断续控制,电动机带动生产机械运动的方式称为机电传动。,由各种电器元件组成，用以控制电动机的运转。,电能转换为机械能，用以拖动工机构完成生产机械所规定的任务。,用来实现电动机与工作机构的运动连接，并根据工作机构的需要完成速度和方向的变换。,电动机的自动控制方式,断续控制：控制系统处理的信号为断续变化的开关量。如异步电动机的继电器接触器控制系统。连续控制：控制系统处理的信号为连续变化的模拟量。如直流电动机的调速系统。数字控制：控制系统处理的信号为离散的数字量。如机床的数控系统。,1.1三相异步电动机,1.1.1三相异步电动机的工作原理,图1-1三相异步电动机的结构图1-轴承盖；2-端盖；3-接线盒；4-散热筋；5-定子铁心；6-定子绕组；7-转轴；8-转子；9-风扇；10-罩壳；11-轴承；12机座,1.三相异步电动机的基本结构,定子是静止不动的部分，由定子铁心、定子绕组和机座组成。定子绕组在槽中放置着对称的三相绕组U1U2、V1V2、W1W2。,转子是旋转部分，由转子铁心、转子绕组和转轴组成。,转子绕组有笼型和绕组型两种型式。,a）笼型绕组；b）转子外形,图1-3笼型绕组结构图,笼型的转子绕组做成笼状。,笼型转子铁心的槽中放入铜条，其两端用环联接。或者在槽中浇铸铝液，铸成一笼型。,绕组型转子绕组同定子绕组一样也是三相，每相终端联在一起，始端通过滑环、电刷与外部电源相联。,2.异步电动机的工作原理,笼型和绕组型只是在转子的结构上不同，工作原理是一样。,电动机定子三相绕组U1U2、V1V2、W1W2可以联成星型也可以联成三角形。,（1）旋转磁场的产生,假定将定子绕组联接成星型，并接在三相电源上，绕组中便通入三相对称电流。,主磁场N-S顺时针旋转180度（旋转磁场n0在一对极p=1时）,三相电流共同产生的合成磁场将随着电流的交变而在空间不断地旋转，即形成旋转磁场。,如,（2）旋转磁场的旋转方向,旋转磁场切割转子导体，便在其中感应出电动势和电流。,电动势的方向可由右手定则确定。,转子导体电流与旋转磁场相互作用便产生电磁力F施加于导体上。电磁力F的方向可由左手定则确定。,由电磁力产生电磁转距，从而使电动机转子转动起来。转子转动的方向与磁场旋转的方向相同。而磁场旋转的方向与通入绕组的三相电流的相序有关。如果将联接三相电源的三相绕组的任意两相对调，就可以改变转子的旋转方向。,三相交流电流最大值到达的顺序（相序）决定电动机转向。ABC电流ABC定子绕组（顺时旋转）,ABC电流ACB定子绕组（逆时旋转）,B、C两相对调,（3）旋转磁场的极对数与旋转速度,旋转磁场的极对数（p）：,每相绕组只有一个线圈时，绕组的始端之间相差1200空间角，则产生的旋转磁场具有一对极（p=1）。,每相绕组有两个线圈绕组，其始端之间相差600空间角时，则产生的旋转磁场具有二对极（p=2）。（300空间角时，p=3。）,旋转磁场的转速n0称为同步转速，其大小为,电流频率,磁场的极对数,由工作原理可知，转子的转速n必然小于旋转磁场的转速n0（即所谓异步）。二者相差的程度用转差率s来表示。,一般异步电动机在额定负载时的转差率约为19%。,分别为定子相电压、绕组电阻、漏磁感抗。,1.1.2三相异步电动机特性分析,三相异步电动机的定子、转子绕之间电磁关系同变压器类似，其每相电路图如图所示。,转子的绕组电阻、漏磁感抗。,由此推导出异步电动机电磁转矩,式中：,（N1、N2为定子和转子绕组的匝数）,m1为转子的质量；s为转差率；f1为电源频率；,为转子转速n=0时，即s=1时，转子绕组漏磁感抗。,当电动机结构参数固定，电源电压不变时，根据电磁转矩,得到转矩和转差率的关系曲线T=f(s)，称为电动机的机械特性。,T=f(s)曲线,与转矩最大值对应的转差率sc称为临界转差率。,令,则,得到,1.固有机械特性,异步电动机在额定的电压和频率下，按规定的接线方式接线，定、转子电路外界电阻和电抗为零时的转速n与电磁转矩T之间的关系。,三相异步电动机固有机械特性,1）起动点A,（n=0（s=1）,起动转矩T=Tst反映异步电动机直接起动时的带负载能力。起动电流Ist=（47）IN,2）额定工作点B（平稳运转时的工作点）,nB=nN，TB=TN，IB=IN。,3）同步转速点H,负载、转子电流为零，是理想的空载点。,4）最大转矩点P,该点处的转矩为最大，叫临界点，该处的转差率叫临界转差率。,三相异步电动机固有机械特性,2.人为机械特性,人为改变某些参数，即可得到不同的机械特性。改变参数后得到的机械特性称为人为机械特性。,（1）降低电源电压时，人为机械特性,因为,所以,对应于不同电源电压的人为特性,通过同步转速点的一组曲线簇,若电压降低过多，使最大转矩小于负载转矩，则造成电动机停止运转。,另外，因负载转矩没有变，电磁转矩也不变，降低电压将电动机转速降低，转差率增大使得电流因转子电动势的增大而增大，从而引起定子电流的增大。,（2）转子电路串接对称电阻时，人为机械特性,随外串接电阻增大临界转差率增大，但最大转矩和同步转速不变。随外串接电阻增大起动转矩增大。,对应于不同转子电阻的人为特性,因此，可选择适当电阻接入转子电路，使最大转矩发生在起动瞬间。以改善电动机的起动性能。但，如果再增大电阻，起动转矩反而减小。这是因为接入过大电阻将使转子电流下降过大所致。,（3）改变定子电源频率,对应于不同定子电源频率的人为特性,改变定子电源频率f1时，同步转速将随频率的变化而变化。即,还有,（4）改变极对数,一般异步电动机的极对数是固定不变的。但多速异步电动机的极对数是可变的，是用绕组的接法来改变。如图所示。,两个绕组串联p=2,两个绕组并联p=1,将保持电源频率f1不变的情况下改变极对数p，同步转速将随p的增大而减小,三角形接法，运行时1、2、3接电源，4、5、6空着不接，电动机低速运转。,星型接法，运行时1、2、3联接在一起，4、5、6接电源，电动机高速运转。,为了保证电动机旋转方向不变，从一种接法变为另一种接法时，应改变电源的相序。,当电动机由三角形接法变为星型接法时，极对数减少一半。相电压为,可以得到,1.1.3异步电动机的起动和制动,1.异步电动机的起动,笼型异步电动机：,绕线型异步电动机：,直接起动,降压起动,转子串电阻起动,电动机从静止状态一直加速到稳定转速的过程。,（1）直接起动,直接加额定电压起动，也叫全压起动。,因为启动电流大，所以只适用于“小容量”电动机。,所谓“小容量”电动机指,（2）降压起动,降压起动：在定子电路中串联电阻或阻抗，用以降低每相绕组上的电压的方法来限制起动电流的起动方法。,设为全压起动电流与降压起动电流值比，即,或,则,缺点：机械特性变软消耗能量大，只适合轻载不适合经常起动的电动机。,（3）绕线性电动机转子串电阻起动,绕线性电动机转子串电阻起动，即可增大起动转矩，又可限制起动电流。可实现大容量电动机的重载起动。,开始起动时，n=0，全部电阻接入，即起动电阻为R10。,随转速上升，转速沿曲线1变化，转矩T逐渐减少，当减到T2时，接触器触点S1闭合，RS1被切除，电动机的运行点由曲线1跳到曲线2。,最后起动电阻全部切除，电动机转子绕组直接短路，电动机运行点沿固有特性曲线4变化。直到电磁转矩T与负载转矩TL相平衡，电动机稳定运行。,由于异步电动机的转矩和电压的平方成正比，考虑电压的允许降落，一般选最大起动转矩T1为,考虑起动时的带负载能力和快速性，选切换转矩T2为,起动级数越多，起动越平稳，而且平均转矩越大。一般选择3或4级。,2.三相异步电动机的制动,异步电动机的制动方法有能耗、反接、回馈制动。,（1）能耗制动,除去交流电之后在定子绕组中通入直流电，形成恒定磁场。由于转子导体切割磁场，产生与转向相反的制动力矩使转速急剧下降。,对笼型异步电动机为了增大高速时的制动转距，就需增大直流励磁；而对绕线性异步电动机，则采用转子串接电阻的方法。,（2）反接制动,1）转子反转的反接制动,保持转子的旋转磁场不变，使转子反转。异步电动机带有位能负载，如果加大转子回路电阻，使其机械特性斜率加大。,随着转子电阻的加大，特性斜率加大。由特性曲线1变到曲线2以至变到曲线3。电动机的起动转矩Tst小于负载转矩TL。负载转矩拖着电动机反转，使电动机转矩与转速方向相反，起到制动的作用。,2）定子两相反接制动,异步电动机在电动状态运行时，若将其定子两相绕组出线端对调，则定子旋转磁场的方向改变，电动机转矩和旋转方向相反，起到制动作用。,图中特性曲线1为笼型异步电动机的机械特性，曲线2为绕线型异步电动机的机械特性。应注意此接法当转速降到0时必须及时切断电源，否则电动机将反转。,异步电动机转速超过旋转磁场同步转速时，转子绕组导体的运动速度大于旋转磁场速度，转子中感应电动势方向改变，从而转子电流方向也改变。电动机转矩T的方向也随之改变，变得转速方向相反而起制动作用。这时异步电动机把轴上的机械能或系统储存的动能变成电能反馈到电网上。,3）发电反馈制动,1.2常用低压电器,电器：用于接通和断开电路以及对电路或用电设备进行控制、调节、切换、监测和保护的电器元件。,低压电器：工作在交流1200V或直流1500V以下的电器。,机电传动断续控制系统中常用低压电器的类型有：,1）执行电器：接受控制电路发出的开关信号，接通或断开电动机主回路以及直接产生机械所需机械动作的电器。如接触器、电磁离合器等。,2）检测电器将电的或非电的模拟量转换为开关量的电器。,3）控制电器实现开关量逻辑运算及延时、计数的电器。,4）保护电器在线路发生故障，或者设备的工作状况超过规定的范围时，能及时分断电路的电器。,是将电磁能转换机械能的电器元件。广泛应用于机械制动、牵引及流体传动中的换向阀。也是电磁离合器、接触器和继电器的主要组成部分。其组成如图所示。,1.2.1执行电器,执行电器以电磁式为主，主要有接触器、电磁铁、电磁离合器。,1.电磁铁,辅助动合触点,2.接触器,接触器是用于接通和断开交直流主电路及大量控制电路的自动切换电器。,基本结构有：电磁跌、触点、灭弧装置,触点：主触点；辅助动断触点；辅助动合触点,灭弧装置：小容量；双断点桥式触点大容量；灭弧栅,文字符号,线圈,主触点,辅助动断(合)触点,1.2.2检测电器,检测电器的作用是将模拟量转换为开关量。模拟量可以是电流、电压等电量，也可以是温度、行程、速度、压力等非电量。,1.按钮开关,1按钮帽2复位弹簧3动断触点4动触点5动合触点,按钮开关的图形和文字,动合按钮,动断按钮,复合按钮,2.行程开关,行程开关又称限位开关,是利用机械运动部件的碰撞将运动信号变换为电路的通断信号的主令电器。,1压干；2瞬动弹簧；3动合触点4动断触点；复位弹簧,动合触点,动断触点,行程开关的图形和文字,行程开关有直动式、滚轮式、微动式三种。,3.电流及电压继电器,电流继电器：反映电路中的电流变化。,过电流继电器：线圈电流高于整定电流值而动作。,欠电流继电器：线圈电流低于整定电流值而动作。,电压继电器：反映电路中的电压变化。,过电压继电器：线圈电压高于整定电压值而动作。,欠电压继电器：线圈电压低于整定电压值而动作。,电磁式继电器示意图,4.速度继电器,主要用于笼型异步电动机的反接制动。,1.2.3控制电器,传统断续控制系统中，对开关量的逻辑运算、延时、计数等功能主要依靠各类控制电器来完成。,1.中间继电器,也是一种电压继电器，只是无需调整动作参数。,主要用途：进行电路的逻辑控制或实现触点的转换与扩展，因此触点对数比较多。,2.时间继电器,能过实现触点延时通断的自动控制电器。有电磁、空气阻尼、电动式和晶体管式等。,1）空气阻尼式时间继电器,通电延时型时间继电器,利用空气阻尼原理获得延时的。,优点：延时范围大、结构简单、寿命长、价格便宜。,缺点：延时误差大。,2）晶体管式时间继电器,特点：延时范围大、精度高、体积小、调节方便、寿命长。已逐步取代机电式继电器。,改变RC电路参数，就可以改变延时时间。,当变压器原边通电时，正负半波分别由两个副边通过继电器K的动断触点，电阻R、R1、R2向电容C充电。,刚开始时，VT1导通，VT2截止，继电器K的线圈没有电流，触点不工作。经过一段时间，A点电位升高，当高于B点的电位时，VD3导通，从而使VT1截止，VT2导通。并通过R5产生正反馈，使VT1加速截止，VT2迅速导通，于是VT2集电极电流通过继电器K的线圈，使输出触点动作。同时其动断触点断开充电回路，动合触点接通放电回路，为下次充电作准备。电源断开后，继电器即刻释放。,时间继电器的图形及文字符号,得电延时型,失电延时型,1.2.4保护电器,保护电器的作用：在线路发生故障或者设备的工作状态超过一定的允许范围时，及时断开电路，保证人身安全，保护生产设备。,1.热继电器,根据电流通过发热元件所产生的热量，使双金属片受热弯曲而推动机构动作的一种电器。,2.熔断器,串接在线路中，当电路严重过载或发生短路故障时，熔体溶化，分断电路，起到保护其它电器的作用。,熔断器的结构,插入式,密封式,螺旋式,熔断器的主要特性（安秒特性）,I/IN10立即熔断,3.低压断路器,也称自动开关，是一种用于自动切断电路故障的电器，常用于低压配电的总电源开关，同时可作为电动机主电路的短路、过载、欠电压保护开关。,低压断路器工作原理：,主触点串联在三相电路中。当断路器合闸，锁键3钩住钩子4，主触点闭合。当发生短路，主回路电流超过一定值时，电磁脱钩器6将衔铁8吸合，顶起杠杆7，使钩子和锁键脱开，在弹簧1的作用下主触点断开电路。,当欠压或失压时，欠电压脱扣器11吸力减少，衔铁10在弹簧9的作用下顶起杠杆7，从而切断电路。,当发生过载，但达不到电磁脱钩器动作电流时，发热元件13使双金属片12受热弯曲，顶起杠杆7，从而切断电路。,低压断路器的图形和文字符号如图所示。,1.3基本控制电路,机械设备的机电接触器电气控制电路是由各种有触点的接触器、继电器、按钮、行程开关、电动机和其它电器组成的。,用来实现对电力拖动系统的起动、换向、制动及调速等运行性能的控制和对拖动系统的保护，以满足机电传动的要求。,1.3.1电气控制原理图,电气设备图纸,电气控制原理图,电气设备位置图,电气设备接线图,用各种电器符号连接起来描绘全部或部分电器设备工作原理的。,表示各种电器设备在机械设备中的实际安装位置。,表示各种电器设备之间实际接线情况。,普通机床电器控制原理图,电器控制原理图绘制原则,（1）应将电源电路、主电路、控制电路和信号电路分开。,电源电路绘成水平线；,主电路应垂直电源电路画。,控制电路和信号电路应垂直画在上下两水平电源线之间。,电源相序L1、L2、L3由上而下；,中性线N和保护地线PE放在相线下面；,（3）电器的线圈、信号灯等耗能元件直接与上下水平电源线联接。而控制触点应联接在上下水平电源线与耗能元件之间。,（2）电气控制原理图中，同一电气元件的各个部位按其在电路图中所起的作用，它的图形符号可以不画在一起，但代表同一元件的文字符号必须相同。,（4）所有电器触点均按没有通电或没有外力作用的状态绘制，行程开关均按挡块碰撞前的状态绘制。,（5）为便于检修线路和方便阅读，原理图分为若干个图区并用阿拉伯数字编号，处在原理图下部。原理图中每个电路的功能用文字表明在上部的用途栏中。,电路图,（6）每个接触器线圈的文字符号下面有两条竖直直线分成左、中、右三栏。,动合触点所在图号区,动断触点所在图号区,继电器线圈的动合触点表示如下,每个继电器线圈下面有一条竖直直线分成左右栏。,1.3.2异步电动机起动控制电路,1.全压起动控制电路,对于小容量笼型异步电动机或变压器允许的情况下，笼型异步电动机可采用全压起动。,开关起动电路（小型）,接触器起动电路（中小型）,2.降压起动电路,大容量笼型异步电动机的起动电流很大，会引起电网电压降低，使电动机转矩减少，甚至起动困难，而且还会影响同一供电网络中其它设备的正常工作。所以大容量异步电动机的起动电流限制在一定的范围内，不允许直接起动。,直接起动条件：,起动次数,电网容量,电动机的容量,常用的降压起动电路方法有定子绕组串电阻、Y降压、串自藕变压器等。,1）定子绕组串电阻降压起动,按起动按钮SB2，接触器KM1线圈得电吸合。KM1主触点闭合，电动机M串电阻R降压起动。,同时时间继电器KT线圈得电吸合，KT触点延时闭合。,接触器KM2线圈得电吸合，KM2主触点闭合，启动电阻被短接，电动机全压运行，同时KM2的动断触点断开，时间继电器KT线圈断电释放。,起动电阻R通过经验公式计算,中,为未串电阻前启动电流；,为串电阻前启动电流；,为电动机的额定电流。,起动电阻的功率为,若起动电阻仅在电动机的两相定子绕组中串联，选用的起动电阻应为上述计算值的1.5倍。,2）Y降压起动控制线路,使用条件：正常工作时，定子绕组作三角形联接的电动机。,缺点：启动转矩只有全压起动的1/3，故只适用于空载或轻载启动。,QSSB2KM1、KM2线圈KM1、KM2触点闭合电动机Y联接降压起动。,同时，KT线圈得电KT动断触点延时断开KM2失电，KT动合触点闭合KM3得电电动机绕组由Y联接自动转换成联接。KT的触点延时时间由电动机的容量及起动时间的快慢等决定。,1.3.3三相异步电动机正反向运行控制电路,三相异步电动机的三相电源进线中任意两相对调接线，就可以实现反转。,1.接触器互锁正反转控制电路,正：KM1电源相序为L1、L2、L3；,反：KM2电源相序为L3、L2、L1,要求：KM1、KM2不能同时通电。否则，L1和L3短路。,为此，KM1、KM2线圈各自支路中相互串联一个动断辅助触点，以保证KM1、KM2线圈不会同时通电。这两个触点叫互锁触点，它们的作用称互锁作用。,正转：SB1KM1得电KM1主触点闭合M3正转；同时MK1动合闭合，动断断开。,反转：SB3KM2得电KM2主触点闭合M3反转；同时MK2动合闭合，动断断开。,停止SB2（换向必须先按SB2，因此操作不便）,图b，可不用按SB2而直接换向，当正转接触器的主触点发生熔焊故障时，不会发生相间短路故障。,a,b,2.自动往复循环控制电路,利用机械运动的行程来控制其自动往返的方法叫自动往复循环控制，它是通过位置开关来实现。,QSSB2KM1得电KM1主触点闭合M3正转工作台向左运动挡铁1碰ST1ST1动断触点断开KM1失电M3停。,同时，ST1动合触点闭合KM2得电M3反转工作台往右移动。,ST3、ST4为往复运动的极限位置，以防ST1、ST2失灵，工作台继续运动不停而造成事故。,1.3.4三相异步电动机制动控制电路,1.反接制动控制电路,QSSB2KM1得电KM1主触点闭合电动机运转达到一定速度KS动合触电闭合为反接制动作准备。,停止：SB1KM1失电KM2得电KM2主触点闭合R进行反接制动（反向转矩制动）转速迅速下降当n100r/min时，KS动合触点断开MK2失电电动机断电停止。,反接制动时，定子和转子旋转磁场的相对转速接近于两倍的同步转速，所以定子绕组中流过的反接制动电流相当于全压直接起动是电流Ist的两倍。,为此，10kW以上电动机采用反接制动时，应串接一定的电阻，以限制反接制动电流。,当电源电压为380V时，若要反接制动电流,三相电路每相应串接的反接制动电阻为,若使反接制动电流时，每相串接电阻值可取为,若只在两相串接电阻，该电阻值为上述电阻值的1.5倍。,反接制动电阻的功率为,2.能耗制动控制电路,能耗制动方法：在电动机脱离三项交流电源后，在定子绕组中加入一个直流电源，以产生恒定磁场，惯性运转的转子绕组切割磁场而产生制动转矩使电动机迅速制动停转。,起动：QSSB2KM1得电KM1主触点闭合电动机M运转。,停止能耗制动：SB1KM1失电KM1主触点断开电动机M断电惯性运转。,同时；KM2和KT线圈得电KM2主触点闭合，M定子绕组通入全波整流脉动直流电进行能耗制动；能耗制动结束后KT动断触点延时，断开KM2失电，KM2主触点断开制动结束。,能耗制动所需直流电压和直流电流可分别用下式计算,式中：,1.3.5双速电动机控制电路,一般电动机绕组三角形与双Y形联结及相互转换来实现高低速变换。,低速：QSSB2KM1得电KM1主触点闭合M低速运转,高速：,SB2、KM1动断触电断开保证KM2、KM3不得电,SB3KM2、KM3得电KM2、KM3主触点闭合M低速运转,同时：SB3、KM2、KM3动断触点断开保证KM1不得电,注意：KM1、2、3动合触点起自锁作用,下图为由转换开关SA实现高低转速转换。并用时间继电器KT作为三角形与双Y转换的控制。,1.3.6其它基本控制电路,1.点动、长动控制,长动：按下起动按钮再抬起后，电动机连续运转。,点动：按下按钮电动机运转，抬起电动机停止运转。,长动控制和点动控制电路的区别在于控制电路能否自锁。,最简单点动电路,用按钮实现,用开关实现,用中间继电器实现,长动与点动控制电路,实用电路,2.多点控制,为了方便操作，常要求能在多个地点进行起停控制。方法是将分散在各操作点的起动按钮引线并联，停止按钮引线串联即可。,大型设备为了保证操作安全，要求几个操作者同时按下按钮才起动。,3.互锁与联锁控制,互锁装置是设备控制中的重要环节，如两台电动机不准同时通电。图中KM1和KM2分别控制电动机M1和M2。,KM1得电动作后，它的动断触点将KM2接触器线圈电路断开，这样就防止KM2得电动作。图中KM1和KM2的两个动断触点叫做互锁触点,1）互锁控制电路,2）联锁控制电路,在设备控制电路中，经常要求电动机有顺序的起动或停止。,某机床主轴必须在油泵工作之后才能工作；在龙门刨床工作前必须油泵工作；在铣床的主轴旋转后，工作台方可移动，都要求有联锁关系。,下图为KM1得电M1工作以后，才能KM2得电M2工作,保证油泵电机工作以后主电机才能工作的要求。,1.3.7电气保护电路,电气控制系统中常用的保护环节有短路、过载、零压和欠压、以及弱磁保护等。,1.短路保护,电动机绕组、导线的绝缘损坏或线路发生故障时，造成短路现象，产生短路电流并引起电气设备绝缘损坏和产生强大的电动力使电气设备损坏。因此在产生短路时，必须迅速地将电源切断。,常用的短路保护电气有熔断器和自动开关。,1）熔断器保护,适用范围：动作准确和自动化程度要求较差的小容量电动机和普通交流电源。,缺点：在发生短路时，很可能发生一相熔断器熔断，造成单相运转。,2）自动开关保护,适用范围：结构复杂，操作频率低，因而广泛用于控制要求较高的场合。,自动开关在发生短路时，可将三相同时切断。,2.过载保护,电动机长期超载运行，绕组温升超过其允许值，电机的绝缘材料就要变脆，寿命降低，严重时，将使电动机损坏。过载电流越大，达到允许温升的时间越短。常用的过载保护是用热继电器。当电机为额定电流时，电机为额定温升，热继电器不动作，在过载电流较大时，热继电器则经较短时间就会动作。热继电器由于热惯性不会受电动机短时过载冲击电流或短路电流的影响而瞬时动作，所以在用热继电器做过载保护的同时，还必须设有短路保护。并且熔断器熔体的额定电流不应超过4倍热继电器的发热元件额定电流。,3.零压与欠压保护,当电动机正常运转时，如果电源电压因某种原因消失，那么在电网电压恢复时，电动机将自行起动，可能造成设备损坏或人身事故，同时对电网来说，同时有许多电动机及其它用电设备自行起动也会引起不允许的过电流及瞬时网络电压下降。,零压保护：为了防止电压恢复时电动机自行起动的保护。,一般利用按钮的自动恢复作用和接触器的自锁作用，可不必另加设零压保护继电器。,图中，当电源电压过低或断电时，接触器KM1释放，此时其主触点和辅助触点同时断开，使电动机电源切断并失去自锁。当电源恢复正常时，必须按下起动按钮SB2，才能电动机重新起动。,当电动机正常运转时，电源电压过分地降低将会引起一些电器释放，造成控制电路不正常工作，可能产生事故；电源电压过分地降低也会引起电动机转速下降甚至停转。因此需要在电源电压降到一定值以下时，将电源切断，这就是欠压保护。,一般常用电磁式电压继电器实现欠压保护。,4.过电流保护,不正确的起动和过大的负载转矩引起过电流，一般比短路电流要小，但发生的可能性要多。,过电流保护：用于直流电动机或绕线型异步电动机。,短路保护：用于笼型异步电动机。,1.4机电传动断续控制电路分析,机电传动断续控制电路分析原则：将复杂的控制电路分解为基本电路环节，然后逐一分析。,1.4.1通用机械设备电路分析,1.C6502普通车床控制电路,C6502普通车床电气元件目录,（1）主电路,M1为主电机，功率为20kW。由接触器KM1、KM2实现正、反转，并能停车制动。,为限制制动电流，定子绕组中串有电阻R，并由KM3控制其是否接入。,FU1熔断器为M1短路保护，FR1热继电器为其过载保护，电流表PA用以监视其工作电流。,M2为冷却泵电机，功率为150W。由接触器KM4起动，FR2为其过载保护。,M3为快速移动电机，功率为1.5kW。拖动溜板箱快速移动，由接触器KM5起动，M5因短时工作，故不设过载保护。,（2）控制电路,1）主电动机的证、反转控制,SB2、SB3分别是M1的正、反转控制按钮。,正向：SB2KM3得电KM3主触点闭合将R短接；另外：KM3常开辅助触点（827）闭合KA得电KA常开触点（155）闭合使KM3在SB2松手后保持通电，进而KA也保持通电；又当：SB2尚未松开时，KA动合触点（137）已闭合，故使KM1得电KM1主触点闭合使M1在全压下起动，KM1辅助触点（1315）闭合形成自锁，使得KM1在SB2松手后保持通电。,KM3得电KT延时得电，其并联的电流表PA的触点延时断开，以保护电流表不受M1起动电流的冲击。,2）主电动机点动控制,按SB1不松手KM1得电主触点闭合M1定子绕组传入R起动，此时由于中间继电器KA未通电，尽管KM1辅助触点（1317）闭合，但并不能实现自锁，故松开SB1KM1失电KM1停止。,3）主电动机的反接制动控制,当M1正、反转，按下停止按钮SB，所有控制电器线圈断电。KM1、KM3的主触点断开，R接入限制了制动电流。KA的动断触点（517）闭合，速度继电器KS1动合触点（1723）闭合，当松开SB时，KM1常闭触点（2325）已闭合KM2得电将主电动机M1电源反接，实现反接制动。当转速接近零时，KS动合触点（1723）断开，KM2失电断开，制动结束。,4）刀架快速移动和冷却泵控制,转动刀架手柄，压下行程开关SQ，其常开触点（833）闭合，KM5得电M3起动运转，刀架快速移动。,冷却泵M2的起停由SB5和SB4实现。,X5032型万能铣床控制电路,1.机械动力滑台控制电路,2.液压动力滑块控制电路,液压动力滑台由滑台、滑座及油缸组成。滑台在滑座上向前或向后运动是借助于压力油通入油缸的前腔或后腔来实现的。电气控制液压系统完成滑台的自动循环。,（1）一次工作进给控制,1）滑台原地停止,电磁铁YA1、YA2、YA3均为断电，电磁换向阀HF1处于中间位置，挡铁压下形成开关ST1，其动合触点闭合，动断触点断开。,2）滑台快进,转换开关SA扳到1位置，按下SB1，中间继电器KA1得电并自锁。其动合触点闭合使YA1、YA2得电。YA1HF1推向右端，滑台前进。由于YA1和YA2同时得电，工进油路和回油油路接通，故滑台为快进。,滑台快进到挡铁压下ST2后，其动合触点闭合KA2得电并自锁，KA2动断触点断开YA3断电HF1复位滑台工进。由于KA2自锁，故挡铁离开ST2后，KA2仍保持通电状态。,3）滑台工进,4）滑台块退,滑台工进到尽头，挡铁压下ST3，其动合触点闭合KA3通电并自锁KA3动断触点断开YA1失电，滑台停止。同时KA3通电KA3动合触点闭合YA2得电HF1左移滑台块退，挡铁压下ST1，其动断触点断开KA3断电YA2也断电HF1复位滑台原地停止。,5）滑台的点动调整,SA转到2位置按SB1KA1（不能自锁）YA1、YA2通电滑台快进，松SB1滑台停止,SA转到2位置按SB2KA3（不能自锁）YA2通电滑台快退ST1停止，松SB2滑台停止,（2）二次工作进给控制电路,ST2接通继电器KA2实现第一次工进，只有YA1通电,ST3接通继电器KA3实现第二次工进，只有YA1、YA4同时通电，但是进给速度低于一次工进,ST4接通继电器KA4实现快退，KA4接通YA2通电，滑台快退到原位压下ST1，ST1动合触点闭合，动断触点断开，KA4断电，滑台停止。,1.5机电传动断续控制电路设计,1.5.1电气设计的一般原则,1.电气设计的内容,1）拟定电气设计的技术条件（任务书）；,2）选择电气传动形式与控制方案；,3）确定电动机容量；,4）设计电气控制原理图；,5）选择电气元件，制定电动机和电气元件的明细表；,6）画出电动机、执行电气、控制部件及检测元件的总布置图；,9）绘制电气安装图和位置图；,7）设计电气柜、操作台、电气安装板以及非标准电8）器和专用安装零件；,10）编写设计说明书和使用说明书。,1）拟定电气设计的技术条件（任务书）；,用设计任务书的形式表达。是电气设计的依据。,内容：说明机械设备的工艺要求、工艺流程、技术性能、传动参数以及现场工作条件以外，还必须说明；,电网的种类、电压、频率及容量；电气传动的基本特性，如负载特性，调速范围和平滑性，电动机的起动、反向和制动的要求；电气传动的特性，如电气控制的基本方式，自动控制的动作程序，电气保护及联锁条件等；操作方面的要求，如操作台的布置，操作按钮的设置和作用，测量仪表的种类以及显示、报警和照明要求等；主要电气（电动机、执行电器和形成开关）的布置草图。,2）选择电气传动形式与控制方案；,电气传动形式的选择,（1）传动形式单独拖动和分立拖动（2）调速性能齿轮变速箱、液压调速装置电气调速（3）负载特性恒功率传动和恒转矩传动,三角形联接改成双星联接=转速增加一倍，功率增加很少恒功率传动。,星形联接改成双星联接=转速、功率增加一倍，转矩不变恒转矩传动。,（4）起动、制动和反向要求：一般用电动机完成。（5）结构要求电动机的结构形式应适应机械结构要求，如凸缘或内联式电动机，还有防护式、封闭式、防腐式、防暴式电动机等。,2）控制方式应与通用化和专业化的程度相适应使用中不需要经常改变原有的程序，可采用继电接触控制系统，将控制线路固定在结构上结成固定式的。对于工作程序需要在一定的范围内更改的宜采用可编程控制器。,控制方案的选择,1）控制方案与传动形式相关传动形式选定以后选择控制方案。,4）控制线路的电源,简单的控制回路可直接用电网供电，控制线路所用的电气数量较多时，可采用直流低压供电。当控制电气较多时、线路分支较复杂、可靠性要求较高时，可采用控制变压器隔离并降压。,3）控制系统的工作方式应在经济、安全的前提下，最大限度地满足工艺要求控制方案，应考虑自动或半自动、手动调整、动作程序的变更、控制系统的检测，各个运动之间的联锁、各种保护、故障诊断、信号指示、照明以及操作方便等问题。,1.5.2电动机容量的选择,电动机容量的选择与它的负载情况和工作方式有关。,1.恒定负载长期工作制电动机容量的选择,特点：电动机工作时间长（t）、负载恒定（P），温升能够达到稳定值（）。,电动机额定功率=设备负载所需功率,2.变动负载长期工作制电动机容量的选择,特点：负载按一定的循环而周期变化的,电动机选择应工作过程中所能达到的最高温升小于或近于额定温升。一般用平均损耗公式计算。,上式中：,电动机额定损耗,并且,3.短时工作制电动机容量选择,特点：工作时间t1较短，温升达不到稳定值，而停止时间t2则很长。,电动机的过载能力确定电动机容量。并且,4.重复短时工作制电动机容量选择,特点：工作时间tg和停止时间ti相互交替，两者都很短。工作时不会达到稳定温升，而停止时温升不会降到零，电动机经常处于起动和停止（或制动、反转）的交替状态,应选用专用电动机，并应平均损耗计算公式，还应检验过载与起动能力。,1-5.3电气原理图设计,原理图是系统设计的中心环节。设计任务书中的各项要求和技术指标主要通过电气原理图来实现的。而且是具体施工和维修的依据。,1.电气原理图设计方法,经验设计法：根据控制要求设计各独立功能控制电路，再根据总体要求决定各部分电路中的联锁与联系而形成的电路图。,逻辑设计法：根据控制要求的逻辑关系经逻辑函数式简化后得到的电路结构图。,本书只介绍经验设计法。,设计思路,(I)首先掌握生产机械的工艺要求，工作程序和运动变化规律，执行机构的工作方式和生产机械所需要的保护。逐一画出各运动部件或程序的执行元件的控制电路。对于要记亿元件状态的电路，要加自锁环节；对于电磁阀和电磁铁等无记忆功能的元件，应利用中间继电器进行记忆。根据工作程序的要求将各主令控制信号接人各对应的线路中。,对于要求几个条件只要有一个条件具备时，继电器（或接触器等）线圈就有电的程序，可用几个常开触头并联：而对于要求几个条件都具备时，线圈才有电的程序，则用几个常开触头串联；对于要求几个条件都具备时，继电器线圈才断电的程序，用几个常闭触头并联；而对于要求几个条件只要有一个具备时，线圈就断电的程序，就用几个常闭触头串联来实现控制。,2.经验设计中为了提高电路的可靠性须注意的问题,1）尽量减少电器线路的电源种类,电源、接触器和继电器有直流和交流两大类，应统一。电源等级也应符合标准等级。,2)尽量减少电器元件的品种、规格、数量。,同一用途的电器元件尽可能选用同一型号规格。电器元件的触点数量尽可能减少，元件之间联线也要尽可能减少。还可采用合并同类触点及调整原件位置得以实现。,3）合理安排触点位置。,触点和线圈距离太近，出点产生的电弧宜造成电源短路。,4）尽可能减少通电电器的数量,如时间继电器在完成延时控制后，应使用相应元件的触点将其线圈断电。这样可以延长器件的使用寿命又可兼擅事故的发生。,5）正确联接电路的线圈。,不能有两个交流电器线圈串联。如将两个线圈串联，因每个线圈上所分配的电压与线圈阻抗成正比，其中一个接触器线圈先动作，该接触器的阻抗要比未吸合的阻抗大，因此未吸合线圈电压达不到额定电压而不能吸合，同时电路电流将增加而引起线圈烧毁。,其次，对于大容量的直流电磁铁线圈不要与继电器的线圈直接并联。,6）防止出现奇生电路,控制电路在正常或无事故情况下，发生意外接通的电路称奇生电路。,左电路中，正常情况下，能满足各种需要的动作，但在电动机过热而使FR1触点断开时，由于电路中存在虚线表示的奇生电路，KM1无法释放，因此电动机不能得到过热保护。,7）设计控制电路时，应考虑各种联锁关系以及电气系统中具有各种电器保护措施，如过载、短路、欠压零压、限位超程保护等。同时还考虑信号指示，故障检测及报警等。,1.5.4常用电气元件选则,正常合理地选择常用电气元件是控制电路安全运行、可靠工作的保证。根据电器产品目录选择所需的各种控制电器。,1.继电器的选择,1）中间继电器,根据负载电流的类型、电压等级和触点数量来选择。,2）时间继电器,主要从继电器的类型、延时方式（通电延时和断电延时）线圈电压等方面考虑。,3）热继电器,选择热继电器根据电动机的工作环境、起动情况、负载性质等因素来考虑。,轻载起动、长期工作的和间断长时间工作的电动机选择两相结构的热继电器。电源电压的均衡性和工作环境较差可选择三相结构的热继电器。三角形联接的电动机应选择带断相保护装置的热继电器。根据继电器的额定电流应大于电动机额定电流的原则选择型号。,根据继电器热元件额定电流应略大于电动机额定电流原则选定热元件额定电流。根据型号和热元件额定电流确定热元件整定电流的调节范围。,A一般热元件的整定电流调整到电动机的额定电流。B对过载能力差的电动机，可将热元件的整定电流调整到电动机的额定电流的0.60.8倍。C对起动时间长、拖动冲击性负载或不允许停车的电动机，热元件的整定电流调整到电动机的额定电流的1.11.15倍。,2.接触器的选择,根据其主触点通过电流种类选择交流、直流接触器。根据主触点的额定电流、额定电压，线圈额定电压及操作频率选择接触器。,确定主触点的额定电流时，,主触点的额定电压应大于或等于负载的额定电压,线圈的额定电压值应于控制电路电压。,通电电流较大及通断频率过高时会引起触电过热，甚至溶焊，所以操作频率若超过规定值时应选用额定电流大一级的接触器。,3.熔断器的选择,熔断器的选择包括种类、额定电压、熔断器的额定电流和熔体的额定电流等内容。关键是熔体的额定电流。熔体的额定电流与负载的性质有关。,1）照明、电阻炉等平稳负载，,2）对于异步电动机，,单台时,（为电动机额定电流）,多台时,为最大容量电动机的额定电流,其余电动机额定电流之和,4.控制变压器的选择,主要是确定其容量。从保证已经吸合的那些电器在起动其它电器吸合时仍保证可靠地吸合的原则考虑。可用下式确定。,式中：,为变压器的容量（VA）,为电器的吸持功率（VA）,为继电器、接触器起动功率（VA）,为电磁铁起动功率（VA）,从长期运行的温升来考虑,变压器容量的储备系数，,5.按钮、低压开关的选择,