机械电气控制第二章专业教育

1、第二章第二章 电器控制基础电器控制基础1高等课堂2-1 2-1 电器控制线路图电器控制线路图 的基本概念和绘制的基本概念和绘制电器控制原理电器控制原理( (电路电路) )图图电器设备安装图电器设备安装图电器设备接线图电器设备接线图2高等课堂 一一. . 电器控制原理图电器控制原理图 电器控制原理图电器控制原理图, , 表示电器控制线路表示电器控制线路图的工作原理、各电器元件导电部件的作图的工作原理、各电器元件导电部件的作用及其相互关系，而不考虑各电器元件实用及其相互关系，而不考虑各电器元件实际安装的位置和实际连线情况。际安装的位置和实际连线情况。 3高等课堂4高等课堂5高等课堂 1. 1.电器

2、控制线路根据电路通过的电流大电器控制线路根据电路通过的电流大小分为主电路和控制电路两大部分。小分为主电路和控制电路两大部分。 控制电路控制电路 指通过弱小电流的电路，它包括接触器指通过弱小电流的电路，它包括接触器和继电器的线圈、接触器的辅助触头、继电器和其它控制和继电器的线圈、接触器的辅助触头、继电器和其它控制电器的触头等，还包括信号、保护和各种联锁电路，一般电器的触头等，还包括信号、保护和各种联锁电路，一般用细线条绘在原理图的右侧（或下部）。用细线条绘在原理图的右侧（或下部）。 主电路主电路 包括从电源到电动机的电路包括从电源到电动机的电路, , 是大电流通是大电流通过的部分，一般用粗线条绘

3、在原理图的左侧（或上部）。过的部分，一般用粗线条绘在原理图的左侧（或上部）。 绘制电器控制原理图应遵循的原则：绘制电器控制原理图应遵循的原则：6高等课堂 3. 3. 同一电器元件的各部分分别绘在它同一电器元件的各部分分别绘在它们完成作用的地方，但需用同一文字符号标们完成作用的地方，但需用同一文字符号标出。若有多个同一种类的电器元件，可在文出。若有多个同一种类的电器元件，可在文字符号的后面加上数字序号的下标，如字符号的后面加上数字序号的下标，如kmkm1 1 、kmkm2 2等。等。 2. 2.控制线路的全部触点都要按控制线路的全部触点都要按“平常平常” ” ( (即未通电或未受外力作用时即未通

4、电或未受外力作用时) )状态绘出。状态绘出。7高等课堂 5. 5.控制电路的分支线路上，各电器元控制电路的分支线路上，各电器元部件原则上是按照动作的先后顺序、自左部件原则上是按照动作的先后顺序、自左而右、从上而下的排列；原理图上应尽可而右、从上而下的排列；原理图上应尽可能减少线条和避免线条交叉；能减少线条和避免线条交叉；两线交叉连两线交叉连接时在连接点处需用黑点标出。接时在连接点处需用黑点标出。 4.4.对具有循环运动的机构，应给出工对具有循环运动的机构，应给出工作循环图，如行程开关等应绘出动作程序作循环图，如行程开关等应绘出动作程序和动作位置。和动作位置。8高等课堂 二二. . 电器设备安装

5、图电器设备安装图 表示各种电器在生产设备和电器控制柜中实表示各种电器在生产设备和电器控制柜中实际的安装位置。主要有控制柜、控制板、操纵台际的安装位置。主要有控制柜、控制板、操纵台等电器设备具体布置图。等电器设备具体布置图。 安装图是电器设备安装和维修时必备的资料。安装图是电器设备安装和维修时必备的资料。在绘制时，均用粗实线画出简单轮廓，留出线槽在绘制时，均用粗实线画出简单轮廓，留出线槽和备用面积和备用面积( (图中不标尺寸图中不标尺寸) )。9高等课堂 特点：特点：(1)(1) 同一电器元件的各部件（例如触点和线圈）同一电器元件的各部件（例如触点和线圈）必须画在一起必须画在一起, , 各电器元

6、件的位置应与实际安装各电器元件的位置应与实际安装的位置一致；的位置一致；(2)(2) 各电器元件的安装位置由生产设备的结构和各电器元件的安装位置由生产设备的结构和工作要求决定（工作要求决定（如电动机要与被拖动的机械部件如电动机要与被拖动的机械部件在一起在一起; ; 行程开关应放在要取的信号的地方；操行程开关应放在要取的信号的地方；操作元件放在便于操纵的地方，一般电器元件应放作元件放在便于操纵的地方，一般电器元件应放在控制柜内在控制柜内）。）。10高等课堂11高等课堂 三三. . 电器设备接线图电器设备接线图 它是根据原理图，配合安装要求来绘制的，它是根据原理图，配合安装要求来绘制的， 用来表示

7、各电器元件之间实际接线情况。用来表示各电器元件之间实际接线情况。 电器设备接线图为各电器元件的配线、检电器设备接线图为各电器元件的配线、检修和施工提供了方便，实际工作时一般要与电修和施工提供了方便，实际工作时一般要与电器控制原理图配合使用。器控制原理图配合使用。12高等课堂绘制电器设备接线图的主要规定绘制电器设备接线图的主要规定: : 图中文字符号、元件连接顺序、线路号码编制都图中文字符号、元件连接顺序、线路号码编制都 必须与原理图一致；必须与原理图一致； 不在同一控制柜或配电屏上的电器元件的电气连不在同一控制柜或配电屏上的电器元件的电气连 接，必须通过端子板进行，端子板的编号应与原接，必须通

8、过端子板进行，端子板的编号应与原 图一致图一致, ,并按原理图的接线进行连接；并按原理图的接线进行连接；同一电器元件的各个部件应画在一起同一电器元件的各个部件应画在一起; ; 走向相同的多根导线可用单线表示。画连接导线走向相同的多根导线可用单线表示。画连接导线 时，应标明导线的规格、型号、根数和穿线管的时，应标明导线的规格、型号、根数和穿线管的 尺寸。尺寸。13高等课堂14高等课堂2-2 2-2 电器控制线路的基本电路电器控制线路的基本电路 在电器控制线路中在电器控制线路中, ,常用的基本电路主要有常用的基本电路主要有: :保护环节保护环节和和控制环节控制环节。 为了保护电网、电动机、控制电器

9、以及其它为了保护电网、电动机、控制电器以及其它电路元件，消除不正常工作时的有害影响，避免电路元件，消除不正常工作时的有害影响，避免因误操作而发生事故，在自动控制系统中应具有因误操作而发生事故，在自动控制系统中应具有尽可能完善的保护环节。尽可能完善的保护环节。一一. .电器控制系统基本保护环节电器控制系统基本保护环节15高等课堂 常用保护环节有：短路、过流、过载、常用保护环节有：短路、过流、过载、过压、失压过压、失压( (欠压欠压) )、弱磁、超速和极限保护、弱磁、超速和极限保护等。等。 1. 1. 短路保护短路保护 当电路发生短路时，短路电流会引起电器设当电路发生短路时，短路电流会引起电器设备

10、绝缘损坏和产生强大的电动力，从而使电机和备绝缘损坏和产生强大的电动力，从而使电机和电路中的各种电器设备产生机械性损坏，因此当电路中的各种电器设备产生机械性损坏，因此当电路中出现短路时，必须迅速可靠地断开电源。电路中出现短路时，必须迅速可靠地断开电源。16高等课堂 方法一：采用熔断器方法一：采用熔断器作短路保护的电路。作短路保护的电路。在对主电在对主电路采用三相四线制或对变压器路采用三相四线制或对变压器采用中点接地的三相三线制的采用中点接地的三相三线制的供电电路中，必须采用三相短供电电路中，必须采用三相短路保护。路保护。若主电路容量较小，若主电路容量较小，其控制电路不需要另外设置熔其控制电路不需

11、要另外设置熔断器；若主电路容量较大，则断器；若主电路容量较大，则控制电路一定要单独设置短路控制电路一定要单独设置短路保护的熔断器。保护的熔断器。kmfr3m3fu1qsfu217高等课堂m3kmqf 方法二：采用自动开方法二：采用自动开关既作为短路保护，同时又作关既作为短路保护，同时又作为过载保护的电路为过载保护的电路（自动开关（自动开关的过流线圈用作短路保护，热的过流线圈用作短路保护，热元件则用作过载保护）元件则用作过载保护）。当线。当线路出现故障时，自动开关断开。路出现故障时，自动开关断开。待事故处理完毕后，重新合上待事故处理完毕后，重新合上开关使线路重新工作。开关使线路重新工作。18高等

12、课堂 对于直流电动机和绕线对于直流电动机和绕线式异步电动机的限流起动，式异步电动机的限流起动，过流保护元件是过流继电器过流保护元件是过流继电器kaka，串联于主电路的隔离开，串联于主电路的隔离开关关qsqs与接触器与接触器kmkm的主触点之的主触点之间。间。kaka的动作值一般定为的动作值一般定为1.21.2 倍的电动机起动电流。倍的电动机起动电流。 2. 2. 过电流保护过电流保护 19高等课堂 3. 3. 过载保护过载保护 当电动机长期超载运行时当电动机长期超载运行时, 其绕组的温升将超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，此保护过允许值而损坏，所以应设过载保护环节，此保护

13、元件元件多采用热继电器多采用热继电器。 热继电器具有反时限特性热继电器具有反时限特性, ,但因热惯性的关系但因热惯性的关系, ,热继热继电器不会受短路电流的冲击而瞬时动作。例如当有电器不会受短路电流的冲击而瞬时动作。例如当有8-108-10倍的额定电流通过热继电器时倍的额定电流通过热继电器时, ,需经需经1-31-3秒的时间才能动秒的时间才能动作作, ,这样在热继电器动作前这样在热继电器动作前, ,就可能使热继电器的发热元就可能使热继电器的发热元件先烧坏。件先烧坏。所以在使用热继电器作过载保护时，还必须所以在使用热继电器作过载保护时，还必须将熔断器与热继电器配合使用。将熔断器与热继电器配合使用

14、。20高等课堂21高等课堂 4. 4. 失压失压( (或零压或零压) )保护保护 电动机正常工作时，如果因电动机正常工作时，如果因电源电压的消失而使电动机停转，电源电压的消失而使电动机停转，那么电源电压恢复时，电动机就那么电源电压恢复时，电动机就会自行起动，并可造成人身伤害会自行起动，并可造成人身伤害事故或设备损坏。事故或设备损坏。防止电压恢复防止电压恢复时电动机自行起动的保护称为失时电动机自行起动的保护称为失压保护。压保护。 kmsb2kmsb1自锁自锁触点触点( (当当u u25%u25%un n时时) )22高等课堂 5. 5. 欠压保护欠压保护 在电动机正常运转的过程中，如果电压过分在

15、电动机正常运转的过程中，如果电压过分降低，将会引起一些电器释放，造成控制线路工降低，将会引起一些电器释放，造成控制线路工作的失调，甚至可能造成事故。因此当电源电压作的失调，甚至可能造成事故。因此当电源电压降到一定允许值以下时，必须切断电源，这就是降到一定允许值以下时，必须切断电源，这就是欠电压保护。欠电压保护。一般常采用电磁式电压继电器实现一般常采用电磁式电压继电器实现欠压欠压( (以及失压以及失压) )保护保护( (当当u u40-70%u40-70%un n时时) ) 。23高等课堂 当控制电路直接连接到电源的两条相线当控制电路直接连接到电源的两条相线之间或连接到相线和中性线之间且中性线不

16、接地之间或连接到相线和中性线之间且中性线不接地或通过高阻抗接地情况时，必须采用双极开关来或通过高阻抗接地情况时，必须采用双极开关来进行进行 “起动起动”和和“停止停止”控制，以防止意外开控制，以防止意外开动设备，避免人身伤害和机械损坏。动设备，避免人身伤害和机械损坏。 6. 6. 预防接地故障产生误操作的保预防接地故障产生误操作的保护护 24高等课堂25高等课堂 二二. .电器控制系统基本的控制环节电器控制系统基本的控制环节 1.1.长动与点动控制长动与点动控制 若生产设备在正常若生产设备在正常的加工过程中，是处于的加工过程中，是处于长期工作状态的，则称长期工作状态的，则称之为之为“长动长动”

17、。26高等课堂 除了长动状态以外，生产设备除了长动状态以外，生产设备还有一种调整工作状态，例如机还有一种调整工作状态，例如机床在作加工准备时的对刀，这一床在作加工准备时的对刀，这一工作状态对电动机的控制要求是工作状态对电动机的控制要求是一点一动一点一动, ,这种动作常称为这种动作常称为“点动点动”或或“点车点车”。 27高等课堂 但在实际工作中，生产设备往往既要求点动，但在实际工作中，生产设备往往既要求点动，又要能长期连续工作又要能长期连续工作( (即长动即长动) )。 采用选择开关采用选择开关s s来来选择工作状态，选择工作状态，s s打开打开时为点动工作，时为点动工作，s s闭合闭合时为长

18、动工作。由于此时为长动工作。由于此线路操作时多了一个动线路操作时多了一个动作，故不太方便。作，故不太方便。28高等课堂 但在实际工作中，生产设备往往既要求点动，但在实际工作中，生产设备往往既要求点动，又要能长期连续工作又要能长期连续工作( (即长动即长动) )。 当按动按钮当按动按钮sbsb1 1时为长动工时为长动工作作, , 而按复合按钮而按复合按钮sbsb2 2时为点动工时为点动工作。但此线路的可靠性不高作。但此线路的可靠性不高, , 如果如果kmkm的释放动作缓慢的释放动作缓慢, , 将因将因sbsb2 2的动的动断触点过早闭合断触点过早闭合, , 使使kmkm继续自锁而继续自锁而得电，

19、并使电动机长动工作。得电，并使电动机长动工作。29高等课堂 但在实际工作中，生产设备往往既要求点动，但在实际工作中，生产设备往往既要求点动，又要能长期连续工作又要能长期连续工作( (即长动即长动) )。 为消除上述缺点，图中采用中间为消除上述缺点，图中采用中间继电器继电器k k进行连锁控制。当按进行连锁控制。当按sbsb1 1时，通过时，通过k k接通接通kmkm且且k k自锁自锁, , 使电动机长动工作；若按使电动机长动工作；若按sbsb2 2时时, , 由于没有接通由于没有接通k, k, 所以不能将所以不能将kmkm自自锁，仅能点动工作，且当电动机已经起动锁，仅能点动工作，且当电动机已经起

20、动长动工作后，长动工作后， 若再按点动按钮若再按点动按钮sbsb2 2, sb, sb2 2将将不能再起作用。不能再起作用。30高等课堂 2. 2. 联锁与互锁控制联锁与互锁控制 生产设备或自动生产线都由许多运动部件组生产设备或自动生产线都由许多运动部件组成，不同运动部件之间既相互联系又相互制约。成，不同运动部件之间既相互联系又相互制约。例如，车床的主轴必须在油泵电动机起动使齿轮例如，车床的主轴必须在油泵电动机起动使齿轮箱充分润滑后才能起动。又如，龙门刨床的工作箱充分润滑后才能起动。又如，龙门刨床的工作台运动时不允许刀架移动等。这种既互相联系又台运动时不允许刀架移动等。这种既互相联系又互相制约

21、的控制称为互相制约的控制称为联锁控制联锁控制。31高等课堂32高等课堂 互锁控制，互锁控制，实际上实际上也是一种联锁控制，之也是一种联锁控制，之所以这样称谓，是为了所以这样称谓，是为了强调触点之间的互锁作强调触点之间的互锁作用。例如常常有这样的用。例如常常有这样的要求，两台电动机要求，两台电动机m m1 1和和m m2 2不能同时接通。不能同时接通。kmkm1 1和和kmkm2 2的两对动断的两对动断触点称为触点称为“互锁互锁”触触点点33高等课堂 3. 3. 优先控制优先控制 优先控制电路实际上也是一种互锁控制电路，优先控制电路实际上也是一种互锁控制电路，通常分为先动作优先和后动作优先。通常

22、分为先动作优先和后动作优先。 先动作优先控制电路先动作优先控制电路是指其工作状态为：无是指其工作状态为：无论哪一台设备先动作，其它设备则都不能动作。论哪一台设备先动作，其它设备则都不能动作。后动作优先控制电路后动作优先控制电路是指其工作状态为：多台设是指其工作状态为：多台设备，只要任一台工作，前面所有已动作的设备自备，只要任一台工作，前面所有已动作的设备自动停止工作。动停止工作。34高等课堂 先动作优先控制电路先动作优先控制电路: : 若先按下若先按下sbsb1 1, , kmkm1 1线圈线圈得电得电, , 并自锁并自锁( (电动机电动机m m1 1工作工作),), 此时此时kmkm1 1的

23、动合的动合触点闭合触点闭合, ,使中间继电使中间继电器器 kaka 的线圈得电的线圈得电, ,其动其动断触点则断开断触点则断开kmkm2 2和和kmkm3 3的线圈电路的线圈电路, , 故在故在kmkm1 1 未断电之前未断电之前, ,其它接触其它接触器都不能工作。器都不能工作。35高等课堂后动作优先控制电路：后动作优先控制电路： 若先按下若先按下sbsb1 1, , kmkm1 1线圈得电线圈得电并自锁并自锁( (使电动机使电动机m m1 1工作工作); ); 此时若再按下此时若再按下sbsb2 2, , 则则kmkm2 2线线圈得电并自锁圈得电并自锁( (使电动机使电动机m m2 2工作工

24、作),),且且kmkm2 2的所有动断触的所有动断触点断开点断开, , 从而使从而使kmkm1 1断电。断电。36高等课堂 4. 4. 多地点与多条件控制多地点与多条件控制 对于有些机械和生产设备，为了便于操作，对于有些机械和生产设备，为了便于操作，常常要求在两个或两个以上的地点都能进行操作。常常要求在两个或两个以上的地点都能进行操作。37高等课堂38高等课堂 5. 5. 顺序控制顺序控制 39高等课堂40高等课堂 6. 6. 工作循环自动控制工作循环自动控制 某些生产机械要求在一定范围内能自某些生产机械要求在一定范围内能自动往复运行。动往复运行。41高等课堂由行程开由行程开关控制的关控制的工

25、作台自工作台自动循环控动循环控制线路制线路sq1sq2sq4sq3工作台工作台后退后退前进前进42高等课堂 由于反复循环的行程控制，电动机在每经过由于反复循环的行程控制，电动机在每经过一个自动往复行程控制，都要进行两次反接制动一个自动往复行程控制，都要进行两次反接制动过程，会受到较大的制动电流和机械冲击，因此过程，会受到较大的制动电流和机械冲击，因此这种电路只适用于对小容量电动机的控制。这种电路只适用于对小容量电动机的控制。 行程控制是机床和自动生产线应用最为广行程控制是机床和自动生产线应用最为广泛的控制方式之一。泛的控制方式之一。43高等课堂2-3 2-3 鼠笼式异步电动机的起动控制线路鼠笼

26、式异步电动机的起动控制线路 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 定子线圈通三相交流电定子线圈通三相交流电 产生旋转磁场产生旋转磁场 相当于转子切割相当于转子切割磁力线运动磁力线运动 在转子回路中产生在转子回路中产生感应电流感应电流 带电导体在旋转磁场带电导体在旋转磁场中受到电磁力中受到电磁力产生电磁转矩产生电磁转矩 转子转动转子转动( (方向与旋转磁场同向方向与旋转磁场同向) )nstcn44高等课堂 电动机的主要起动特性：电动机的主要起动特性： 起动电流起动电流: : ist (4 7)in 笼型异步电动机的起动方式：笼型异步电动机的起动方式： (1)(1)全压直接起动全压直接

27、起动 (2)(2)降压起动降压起动45高等课堂 一台电动机可否直接起动，应根据起动的次一台电动机可否直接起动，应根据起动的次数、电网的容量和电动机的容量来决定。数、电网的容量和电动机的容量来决定。一般规一般规定：起动时供电母线上的电压降落不得超过额定定：起动时供电母线上的电压降落不得超过额定电压的电压的10101515；起动时变压器的短时过载不；起动时变压器的短时过载不超过最大允许值，即电动机的最大容量不超过变超过最大允许值，即电动机的最大容量不超过变压器容量的压器容量的20203030。若不满足条件，则必须若不满足条件，则必须采用减压起动。采用减压起动。46高等课堂 笼型异步电动机降压起动，

28、是指起动时先笼型异步电动机降压起动，是指起动时先降低加在电动机定子绕组上的电压，当电动机降低加在电动机定子绕组上的电压，当电动机的转速接近额定值时，再将电压恢复到额定值，的转速接近额定值时，再将电压恢复到额定值，使之在全电压下运行。使之在全电压下运行。由于此方法降低了起动由于此方法降低了起动电压，起动电流也降低，起动转矩也随之减小，电压，起动电流也降低，起动转矩也随之减小，因此，因此，降压起动只适用于起动时负载转矩不大降压起动只适用于起动时负载转矩不大的情况（如轻载或空载）的情况（如轻载或空载）。由于机床电动机一由于机床电动机一般都为空载起动，所以常采用降压起动方式。般都为空载起动，所以常采用

29、降压起动方式。47高等课堂 常用方式：定子串电阻或电抗器降压起动常用方式：定子串电阻或电抗器降压起动 y y 降压起动降压起动笼型异步电动机的起动方式笼型异步电动机的起动方式： (1)(1)全压直接起动全压直接起动 常用方式：采用刀开关直接起动常用方式：采用刀开关直接起动 采用接触器直接起动采用接触器直接起动 (2)(2)降压起动降压起动48高等课堂qf图图(a). 刀刀开关直接开关直接起动线路起动线路图图(b). 接触器直接接触器直接起动控制线路起动控制线路 把接触器把接触器kmkm、熔断、熔断器器fufu、热继电器、热继电器 frfr 和按和按钮钮sbsb1 1和和sbsb2 2组装成一个

30、控组装成一个控制装置，叫制装置，叫电磁起动器电磁起动器。一一. .全压直接起动全压直接起动49高等课堂二二. .降压起动降压起动 1.1.定子串电阻定子串电阻( (或电抗器或电抗器) )降压起动降压起动 所谓定子串电阻降压起动，就是在电动机所谓定子串电阻降压起动，就是在电动机起动过程中，利用串联电阻来减小定子绕组的电起动过程中，利用串联电阻来减小定子绕组的电压，压， 以达到限制起动电流的目的，一旦起动以达到限制起动电流的目的，一旦起动完毕，再将电阻短接，电动机进入全电压正常运完毕，再将电阻短接，电动机进入全电压正常运行状态。行状态。50高等课堂 图图(b)(b)的控制线路的控制线路虽然简单虽然

31、简单, ,但缺点是但缺点是: : 在电动机正常运行时在电动机正常运行时, ,只要接触器只要接触器kmkm2 2得电即得电即可可, , 可是这时除了可是这时除了kmkm2 2得电得电, ,时间继电器时间继电器 ktkt和接触器和接触器kmkm1 1在正常运在正常运行过程中行过程中, , 也始终通也始终通电电, , 这样不仅电路耗这样不仅电路耗能大能大, ,而且也对而且也对ktkt、kmkm1 1不利不利, , 同时增加了电同时增加了电路的故障点路的故障点, , 降低电降低电路的可靠性。路的可靠性。51高等课堂52高等课堂 定子串电阻降压起动方式，由于不受电动机定子串电阻降压起动方式，由于不受电动机定子绕组接线形式的限制，起动过程平滑，设备定子绕组接线形式的限制，起动过程平滑，设备简单，成本低廉，因而在中小型生产机械中应用简单，成本低廉，因而在中小型生产机械中应用较广，机床中也常采用这种方式减小点动及制动较广，机床中也常采用这种方式减小点动及制动时的电流。时的电流。缺点是缺点是: :