第2章电气控制线路基础课件VIP

2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),1,本章内容,电气控制线路图的图形、文字符号及绘制原则三相笼型异步电动机的基本控制线路三相笼型异步电动机降压启动控制线路三相笼型异步电动机制动控制线路三相笼型异步电动机速度控制线路变频调速与变频器的使用电气控制线路的简单设计法典型生产机械电气控制线路分析,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),2,2.1电气控制线路的图形、文字符号及绘制原则,什么是电气控制线路？用导线将电机、电器、仪表等元器件按一定的要求连接起来，并实现某种特定控制要求的电路。什么是电气控制系统图？为了表达生产机械电气控制系统的结构、原理等设计意图，便于电气系统的安装、调试、使用和维修，将电气控制系统中各电器元件及其连接线路用一定的图形表达出来，这就是电气控制系统图。电气控制系统图的种类电气原理图,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),3,2.1电气控制线路的图形、文字符号及绘制原则,常用电气图形和文字符号电气图形符号和文字符号的国家标准演化历史现状图形符号基本上是统一的国家标准文字符号还在使用已废止的GB71591987电气技术中的文字符号制订通则目前电气图形符号和文字符号相关的国家标准介绍参考教材上的讲解本教材是第一本全面采用电气文字符号新国家标准的教材,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),4,2.1电气控制线路的图形、文字符号及绘制原则,电气控制线路图的绘制原则绘制电气原理图时应遵循的原则电气原理图一般分主电路和辅助电路两部分。主电路是电气控制线路中大电流通过的部分，包括从电源到电机之间相连的电器元件；一般由组合开关、主熔断器、接触器主触点、热继电器的热元件和电动机等组成。辅助电路是控制线路中除主电路以外的电路，其流过的电流比较小。辅助电路包括控制电路、照明电路、信号电路和保护电路。其中控制电路是由按钮、接触器和继电器的线圈及辅助触点、热继电器触点、保护电器触点等组成。,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),5,绘制电气原理图时应遵循的原则电气原理图中所有电器元件都应采用国家标准中统一规定的图形符号和文字符号表示。布局文字符号标注图形符号表示要点线条交叉及图形方向图区,2.1电气控制线路的图形、文字符号及绘制原则,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),6,符号位置的索引当一个控制系统有多页图纸时，索引非常有用。接触器、继电器的线圈、触点的索引方法接触器继电器,2.1电气控制线路的图形、文字符号及绘制原则,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),7,2.1电气控制线路的图形、文字符号及绘制原则,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),8,电气安装接线图什么是电气安装接线图？作用？一般情况下，电气安装图和原理图需配合起来使用。绘制电气安装图应遵循的主要原则如下：必须遵循相关国家标准绘制电气安装接线图。各电器元器件的位置、文字符号必须和电气原理图中的标注一致，同一个电器元件的各部件（如同一个接触器的触点、线圈等）必须画在一起，各电器元件的位置应与实际安装位置一致。不在同一安装板或电气柜上的电器元件或信号的电气连接一般应通过端子排连接，并按照电气原理图中的接线编号连接。走向相同、功能相同的多根导线可用单线或线束表示。画连接线时，应标明导线的规格、型号、颜色、根数和穿线管的尺寸。,2.1电气控制线路的图形、文字符号及绘制原则,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),9,电器元件布置图什么是电器元件布置图？作用？电器元器件布置图的设计应遵循以下原则：必须遵循相关国家标准设计和绘制电器元件布置图。相同类型的电器元件布置时，应把体积较大和较重的安装在控制柜或面板的下方。发热的元器件应该安装在控制柜或面板的上方或后方，但热继电器一般安装在接触器的下面，以方便与电机和接触器的连接。需要经常维护、整定和检修的电器元件、操作开关、监视仪器仪表，其安装位置应高低适宜，以便工作人员操作。强电、弱电应该分开走线，注意屏蔽层的连接，防止干扰的窜入。电器元器件的布置应考虑安装间隙，并尽可能做到整齐、美观。,2.1电气控制线路的图形、文字符号及绘制原则,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),10,概述三相笼型异步电动机在生产实际中用量最大。其电气控制线路图大都由继电器接触器和按钮等有触点的电器组成。,电气控制线路基础,2.2三相笼型异步电动机的基本控制线路,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),11,全压启动控制线路这是最基本的电动机控制线路。是任何一个电气工程师需要熟记于心的电路。组成：主电路控制线路,电气控制线路基础,2.2三相笼型异步电动机的基本控制线路,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),12,全压启动控制线路工作原理启动过程操作过程重要概念：自锁自锁触点停止过程,电气控制线路基础,2.2三相笼型异步电动机的基本控制线路,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),13,全压启动控制线路控制线路的保护环节短路保护：FA过载保护：BB失压和欠压保护:QA,电气控制线路基础,2.2三相笼型异步电动机的基本控制线路,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),14,正反转控制线路生产实际的需要工作原理工作过程基本控制线路（不能使用）正停反重要概念：互锁正反停,电气控制线路基础,2.2三相笼型异步电动机的基本控制线路,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),15,电气控制线路基础,2.2三相笼型异步电动机的基本控制线路,正反转控制线路图,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),16,点动控制线路生产实际的需要工作过程,电气控制线路基础,2.2三相笼型异步电动机的基本控制线路,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),17,多点控制线路生产实际的需要工作过程,电气控制线路基础,2.2三相笼型异步电动机的基本控制线路,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),18,顺序控制线路生产实际的需要类型基于动作先后顺序基于时间控制工作过程,电气控制线路基础,2.2三相笼型异步电动机的基本控制线路,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),19,电气控制线路基础,2.2三相笼型异步电动机的基本控制线路,顺序控制线路图,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),20,自动循环控制线路生产实际的需要工作过程,电气控制线路基础,2.2三相笼型异步电动机的基本控制线路,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),21,概述为什么要进行降压启动控制？降压启动的过程降压启动方法定子电路串电阻（或电抗）星形三角形自耦变压器延边三角形使用软启动器使用变频器,电气控制线路基础,2.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),22,星形三角形降压启动控制线路降压启动原理启动时将电动机定子绕组接成星形，加在电动机每相绕组上的电压为额定值的1/，Y形连接时，加在电动机定子绕组上的电流是连接时的1/3，从而减小了启动电流对电网的影响。当转速接近额定转速时，定子绕组改接成三角形，使电动机在额定电压下正常运转。工作过程主电路为什么像这样连接？工作过程,电气控制线路基础,2.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),23,电气控制线路基础,2.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),24,电气控制线路基础,2.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),25,星形三角形降压启动控制线路特点和适用场合优点：启动电流特性好，结构简单，价格低；缺点：由于启动转矩也降低到了原来的1/3，所以转矩特性差。适合于轻载或空载启动的场合。,电气控制线路基础,2.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),26,自耦变压器降压启动控制线路降压启动原理工作过程,电气控制线路基础,2.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),27,自耦变压器降压启动控制线路特点及适用场合优点：启动时对电网的电流冲击小，功率损耗小。缺点：自耦变压器相对结构复杂，价格较高。这种线路主要用于较大容量的电动机，以减小启动电流对电网的影响。,电气控制线路基础,2.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),28,软启动器及其使用使用场合及特点在一些对启动要求较高的场合，可选用软启动装置，它采用电子启动方法。主要特点是：具有软启动和软停车功能，启动电流、启动转矩可调节，另外还具有对电动机和软启动器本身的热保护、限制转矩和电流冲击、三相电源不平衡、缺相、断相等保护功能和实时检测并显示如电流、电压、功率因数等参数的功能。原理：利用晶闸管的移相控制原理，通过控制晶闸管的导通角，改变其输出电压，达到通过调压方式来控制启动电流和启动转矩。,电气控制线路基础,2.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),29,软启动器及其使用软启动器的控制功能斜坡升压启动方式此种启动方式一般可设定启动初始电压Uqo和启动时间t1。这种启动方式关闭电流反馈，属开环控制方式，在电动机启动过程中，电压线性逐渐增加，在设定的时间内达到额定电压。转矩控制及启动电流限制启动方式此种启动方式一般可设定启动初始力矩Tqo、启动阶段力矩限幅TLI、力矩斜坡上升时间t1和启动电流限幅ILI。这种启动方式引入电流反馈，通过计算间接得到负载转矩，属闭环控制方式。由于控制目标为转矩，故软启动器输出电压为非线性上升。此种控制方式可以使电动机以最佳的启动加速度、以最快的时间完成平稳的启动，是应用最多的启动方式。,电气控制线路基础,2.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),30,软启动器及其使用软启动器的控制功能电压提升脉冲启动方式此种启动方式一般可设定电压提升脉冲限幅ULI。升压脉冲宽度一般为5个电源周波，即100ms。在启动开始阶段，晶闸管在极短时间内按设定升压幅值启动，可得到较大的启动转矩，此阶段结束后，转入转矩控制及启动电流限制启动。该启动方法适用于重载并需克服较大静摩擦的启动场合。转矩控制软停车方式能耗制动方式,电气控制线路基础,2.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),31,软启动器及其使用使用举例：TE的Altistart46具有通用软启动器的各种功能电动机单向运行，带旁路接触器、软启动、软停车或自由停车控制线路端子功能L1/L2/L3,A1/A2/A3,T1/T2/T3,A2/B2/C2PLSTOP,RUNC,400KF1,KF2输出继电器的作用,电气控制线路基础,2.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),32,电气控制线路基础,2.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),33,软启动器及其使用使用举例：TE的Altistart46单台软启动器启动多台电机举例注意外部旁路的区别KF1,KF2输出继电器的作用在一台电动机启动结束后，软启动器被外部旁路。对它来说，这是不正常状态，所以KF1和KF2都断开。,电气控制线路基础,2.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),34,电气控制线路基础,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),35,概述为什么要进行制动控制？制动方法机械的电气的反接制动能耗制动使用软启动器或变频器中的制动功能,电气控制线路基础,2.4三相笼型异步电动机制动控制线路,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),36,反接制动控制线路工作原理切断电源并加入反相序的电源注意事项限制冲击电流及时切除反向电源特点及适用场合特点：制动迅速，效果好，冲击大。适用场合：通常仅适用于10kW以下的小容量电动机。,电气控制线路基础,2.4三相笼型异步电动机制动控制线路,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),37,反接制动控制线路单向运行反接制动控制线路工作过程讲解,电气控制线路基础,2.4三相笼型异步电动机制动控制线路,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),38,反接制动控制线路具有反接制动电阻的可逆运行反接制动控制线路正向启动SF2KF3QA1电动机降压启动转速上升到一定值时BS1KF1QA3RA被短接电动机全压下升速到额定值。正向停止SF1KF3、QA1、QA3QA2在接有RA的情况下制动转速下降到一定值KF1QA2制动结束,电气控制线路基础,2.4三相笼型异步电动机制动控制线路,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),39,电气控制线路基础,2.4三相笼型异步电动机制动控制线路,反接制动控制线路图,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),40,能耗制动控制线路工作原理所谓能耗制动，就是在电动机脱离三相交流电源之后，定子绕组上加一个直流电压，即通入直流电流，利用转子感应电流与静止磁场的作用以达到制动的目的。实现方法根据能耗制动时间控制原则，可用时间继电器进行控制；也可以根据能耗制动速度原则，用速度继电器进行控制。,电气控制线路基础,2.4三相笼型异步电动机制动控制线路,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),41,能耗制动控制线路单向运行能耗制动控制线路以时间控制原则进行控制；以速度原则进行控制。,电气控制线路基础,2.4三相笼型异步电动机制动控制线路,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),42,能耗制动控制线路能耗制动和反接制动的比较能耗制动比反接制动消耗的能量少，其制动电流也比反接制动电流小得多，但能耗制动的制动效果不及反接制动明显，同时还需要一个直流电源，控制线路相对比较复杂。能耗制动一般适用于电动机容量较大和启动、制动频繁的场合。反接制动一般适合于电动机容量较小和不频繁制动的场合。,电气控制线路基础,2.4三相笼型异步电动机制动控制线路,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),43,概述电气调速方法三相笼型异步电动机转速公式：调速方法改变p：变极调速有级调速，简单，适用于要求不高的一般场合。改变s：滑差电机已淘汰。改变f：变频调速调速性能最好，使用广泛的调速方法。,电气控制线路基础,2.5三相笼型异步电动机速度控制线路,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),44,变极调速控制线路变极方法,电气控制线路基础,2.5三相笼型异步电动机速度控制线路,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),45,变极调速控制线路双速电动机调速控制线路主电路的连接低速启动高速启动问题：想一想QA3的作用？,电气控制线路基础,2.5三相笼型异步电动机速度控制线路,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),46,变频调速的基本概念什么是变频调速？上世纪80年代前，什么因素制约了变频调速的发展？变频调速的特点,电气控制线路基础,2.6变频调速与变频器的使用,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),47,变频器的类型工具变流环节分类交直交变频器大多数变频器都属于交直交型交交变频器根据直流电路的滤波方式分类电压型变频器电流型变频器,电气控制线路基础,2.6变频调速与变频器的使用,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),48,变频器的类型根据控制方式分类V/f控制基本概念开环控制原因：仅改变频率，将会产生由弱励磁引起的转矩不足或由过励磁引起的磁饱和现象，使电动机功率因数和效率显著下降。控制机理：改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，在较广范围内调速运转时，电动机的功率因数和效率不下降。这就是控制电压与频率之比，所以称为V/F控制。特点它是最简单的一种控制方式，不用选择电动机，通用性优良。与其他控制方式相比，在低速区内电压调整困难，故调速范围窄，通常在110左右的调速范围内使用。急加速、减速或负载过大时，抑制过电流能力有限。不能精密控制电动机实际速度，不适合用于同步运转场合。,电气控制线路基础,2.6变频调速与变频器的使用,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),49,变频器的类型根据控制方式分类矢量控制基本概念产生原因：按照直流电动机电枢电流控制思想，使交流异步电动机达到与直流电动机相同的调速性能。机理：即将供给异步电动机的定子电流在理论上分成两部分：产生磁场的电流分量（磁场电流）和与磁场相垂直、产生转矩的电流分量（转矩电流）。该磁场电流、转矩电流与直流电动机的磁场电流、电枢电流相当。特点需要使用电动机参数，一般用做专用变频器。调速范围在1100以上。速度响应性极高，适合于急加速、减速运转和连续4象限运转，能适用于任何场合。,电气控制线路基础,2.6变频调速与变频器的使用,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),50,变频器的类型根据输出电压调制方式分类PAM方式脉冲幅值调制（PAM，PulseAmplitudeModulation）PWM方式脉冲宽度调制（PWM，PulseWidthModulation）根据输入电源的相数分类单相变频器三相变频器,电气控制线路基础,2.6变频调速与变频器的使用,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),51,变频器的组成主电路控制电路保护电路,电气控制线路基础,2.6变频调速与变频器的使用,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),52,变频器的主要技术参数输入侧主要额定数据输出侧主要额定数据对变频器设置和调试时的主要参数,电气控制线路基础,2.6变频调速与变频器的使用,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),53,变频器的选择种类选择容量选择变频器的主要功能频率给定功能升速、降速和制动控制控制功能保护功能变频器的操作方式数字操作器和数字显示器远程操作端子操作,电气控制线路基础,2.6变频调速与变频器的使用,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),54,变频调速与变频器的使用应用举例：Micromaster440应用举例,电气控制线路基础,2.6变频调速与变频器的使用,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),55,概述一般设计法：又称为经验设计法。它主要是根据生产工艺要求，利用各种典型的线路环节，直接设计控制电路。逻辑设计法：它根据生产工艺的要求，利用逻辑代数来分析、设计控制线路。为什么要对设计方法进行改进？简单设计法介绍一般设计法的几个主要原则最大限度地实现生产机械和工艺对电气控制线路的要求。在满足生产要求的前提下，控制线路力求简单、经济、安全可靠。尽量减少电器的数量尽量选用相同型号的电器和标准件，以减少备品量，尽量选用标准的、常用的或经过实际考验过的线路和环节。尽量减少控制线路中电源的种类尽可能直接采用电网电压，以省去控制变压器。,电气控制线路基础,2.7电气控制线路的简单设计法,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),56,简单设计法介绍一般设计法的几个主要原则在满足生产要求的前提下，控制线路力求简单、经济、安全可靠。尽量缩短连接导线的长度和数量设计控制线路时，应考虑各个元件之间的实际接线。,电气控制线路基础,2.7电气控制线路的简单设计法,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),57,简单设计法介绍一般设计法的几个主要原则在满足生产要求的前提下，控制线路力求简单、经济、安全可靠。正确连接触点正确连接电器的线圈,电气控制线路基础,2.7电气控制线路的简单设计法,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),58,简单设计法介绍一般设计法的几个主要原则在满足生产要求的前提下，控制线路力求简单、经济、安全可靠。元器件的连接要注意电器之间的联锁和其他安全保护环节,电气控制线路基础,2.7电气控制线路的简单设计法,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),59,简单设计法介绍逻辑设计法中继电器开关逻辑函数电气控制线路中的典型控制对象继电器逻辑开关函数表达式：,电气控制线路基础,2.7电气控制线路的简单设计法,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),60,简单设计法介绍逻辑设计法中继电器开关逻辑函数电气控制线路中的典型控制对象一般形式：X开X关K,电气控制线路基础,2.7电气控制线路的简单设计法,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),61,简单设计法介绍逻辑设计法中继电器开关逻辑函数电气控制线路中的典型控制对象X开和X关的选择X开和X关一般要选短信号，这样可以有效防止启/停信号波动的影响，保证了系统的可靠性。,电气控制线路基础,2.7电气控制线路的简单设计法,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),62,简单设计法介绍逻辑设计法中继电器开关逻辑函数电气控制线路中的典型控制对象更进一步的表达式：在某些实际应用中，为进一步增加系统的可靠性和安全性，X开和X关往往带有约束条件。对约束条件的说明,电气控制线路基础,2.7电气控制线路的简单设计法,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),63,简单设计法介绍简单设计法定义：一般设计法中的重要设计原则和逻辑设计法中的控制对象的开关逻辑函数就组成了简单设计法。设计步骤找出控制对象的开启信号、关断信号；如果有约束条件，则找出相应的开启约束条件和关断约束条件；把各种已知信号带入公式中，写出控制对象的逻辑函数（熟练后可省去该步）；结合一般设计法的设计原则和逻辑函数，画出该控制对象的电气线路图。最后根据工艺要求做进一步的检查工作。关键：简单设计法的核心内容是找出控制对象的开启条件（短信号）和关断条件（短信号）。,电气控制线路基础,2.7电气控制线路的简单设计法,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),64,简单设计法应用举例三台电动机的顺序启停控制题目分析,电气控制线路基础,2.7电气控制线路的简单设计法,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),65,简单设计法应用举例三台电动机的顺序启停控制设计过程（用白板亲自设计）,电气控制线路基础,2.7电气控制线路的简单设计法,2008.1,CopyrightbyWangYonghua(),66,电气控制线路分析基础电气控制线路分析的内容与要求