第二章PLC与电气7

第2章基本的电气控制系统电气工程图及绘制

2.1电动机直接起动控制线路2.3电动机降压起动控制线路2.4电气控制线路的分析方法

2.2异步电动机的制动控制线路

2.5异步电动机的调速控制线路2.6直流电动机的控制线路

2.7典型机械控制线路2.82.1电气工程图及绘制常用的电气工程图有3种：电路图（电气系统图、原理图）、接线图和元件布置图。2.1.1图形符号和文字符号1．图形符号由符号要素、限定符号、一般符号以及常用的非电操作控制的动作符号（如机械控制符号等）根据不同的具体器件情况组合构成。2．文字符号基本文字符号、单字母符号和双字母符号表示电气设备、装置和元器件的大类。3．辅助文字符号辅助文字符号用来进一步表示电气设备、装置和元器件功能、状态和特征。2.1.2电路图电路图用于表达电路、设备、电气控制系统组成部分和连接关系。1．电路绘制电路的绘制一般包括主电路的绘制和控制电路的绘制。主电路是设备的驱动电路，在控制电路的控制下，根据控制要求由电源向用电设备供电。控制电路由接触器和继电器线圈、各种电器的动合、动断触点组合构成控制逻辑，实现所需要的控制功能。主电路、控制电路和其他的辅助电路、保护电路一起构成电控系统。2．元器件绘制电路图中所有电器元件一般不画出实际的外形图，而采用国家标准规定的图形符号和文字符号表示，同一电器的各个部件可根据需要画在不同的地方，但必须用相同的文字符号标注。3．图区和触点位置索引电路图常采用在图的下方沿横坐标方向划分的方式，并用数字标明图区。同时在图的上方沿横坐标方向划区，分别标明该区电路的功能。4．电路图中技术数据的标注电路图中元器件的数据和型号（如热继电器动作电流和整定值的标注、导线截面积等）可用小号字体标注在电器代号的下面。2.1.3电器元件布置图电器元件布置图主要是表明机械设备上所有电气设备和电器元件的实际位置，是电气控制设备制造、安装和维修必不可少的技术文件。2.1.4接线图接线图主要用于安装接线、线路检查、线路维修和故障处理。它表示了设备电控系统各单元和各元器件间的接线关系，并标注出所需数据，如接线端子号、连接导线参数等。实际应用中通常与电路图和位置图一起使用。2.2电气控制线路的分析方法分析的一般原则是：化整为零、顺藤摸瓜、先主后辅、集零为整、安全保护和全面检查。常用的分析电气线路图的方法有两种：查线读图法和逻辑代数法。2.2.1查线读图法查线读图法（又称为直接读图法或跟踪追击法）是按照电气控制线路图，根据生产过程的工作步骤依次读图，一般按照以下步骤进行。1．了解生产工艺与执行电器的关系2．分析主电路3．分析控制电路4．分析辅助电路5．分析联锁和保护环节6．总体检查2.2.2逻辑代数法逻辑代数法（又称为间接读图法）是通过对电路的逻辑表达式的运算来分析电路的，其关键是正确写出电路的逻辑表达式。1．电器元件的逻辑表示2．电路状态的逻辑表示逻辑代数法读图的优点是各电气元器件之间的联系和制约关系在逻辑表达式中一目了然，通过对逻辑函数的运算，一般不会遗漏或看错电路的控制功能，而且为电气线路的计算机辅助分析提供方便。逻辑代数法读图的主要缺点是对于复杂的线路，其逻辑表达式很烦锁。2.3电动机直接起动控制线路电动机通电后由静止状态逐渐加速到稳定运行状态的过程称为电动机的起动，三相笼型异步电动机的起动有降压和全压起动两种方式。2.3.1点动及单向连续运转控制点动控制线路是用按钮开关、接触器来控制电动机运转的最简单的控制线路。所谓点动控制是指按下按钮时，电动机就得电运转；松开按钮时，电动机就失电停转。这种控制方法常用于如电动葫芦的起重电机控制和机床上的手动调校控制。1．主电路元器件2．控制回路元器件3．工作原理2.3.2正反转控制其控制线路及电路分析参见实训4。2.3.3顺序控制手动顺序控制线路如图2-5所示。（1）控制线路通电合上空气开关QF→指示灯EL亮（2）电动机M1先起动（3）电动机M2后起动在M1运转状态下，图2-5手动顺序控制线路图（4）电动机逆序停转（5）电动机M1、M2同时停转（6）控制线路断电断开空气开关QF→指示灯EL熄灭，线路断电手动顺序控制线路具有如下特点：①电动机M2的控制线路与KM1线圈顺接，这样就保证了M1起动后，M2才能起动的顺序控制要求。②停止按钮SB2只控制电动机M2停转，而总停止按钮SB可控制电动机M1、M2同时停转。若想实现自动顺序控制，可通过时间继电器实现，其控制线路及电路分析参见实训5。2.3.4行程控制控制线路的工作过程如下：（1）控制电路通电合上空气开关QF→指示灯EL亮（2）工作台右移（3）工作台停止右移（左移开始）（4）工作台停止左移（右移开始）（5）工作台重复工作过程3～4的动作，在限定行程内自动往返运动。（6）工作台停止运动按下SB→KM1（或KM2）线圈→KM1（或KM2）主触头断开→电动机M停转→工作台停止运动。（7）控制电路断电断开空气开关QF→指示灯EL灭。2.4电动机降压起动控制线路降压起动的方法有定子电路串电阻（或电抗）、星形-三角形、自耦变压器和使用软起动器等。常用的方法是星形-三角形降压起动和使用软起动器。2.4.1Y/D降压起动星形-三角形（Y/D）降压起动是笼型三相异步电动机降压起动方法之一。Y/D起动控制分为手动和自动两种。2.4.2定子串接电阻降压起动电动机起动时在三相定子绕组中串接电阻，使定子绕组上电压降低，起动结束后再将电阻短接，使电动机在额定电压下运行，这种起动方式不受电动机接线方式的限制。合上电源开关QF2.4.3定子串接自耦变压器降压起动自耦变压器降压起动的控制线路，电动机起动电流的限制是靠自耦变压器的降压作用来实现的。其线路的工作过程如下。合上QF，给电路送电2.4.4转子绕组串接电阻起动转子回路串接起动电阻，一般接成星形且分成若干段，起动时电阻全部接入，起动过程中逐段切除起动电阻。切除电阻的方法有三相平衡切除法及三相不平衡切除法，常用的接触器控制切除起动电阻多为三相平衡切除法，即每次每相切除的起动电阻相同。其工作过程如下。合上开关QF，给电路送电2.4.5转子绕组串接频敏变阻器起动绕线转子异步电动机除转子串接电阻起动的控制方式外，还可转子串接频敏变阻器起动，其线路的工作过程如下：该电路KM1线圈通电需在KTKM2触点工作正常条件下进行，若发生KTKM2触点粘连、KT线圈故障时，KM1线圈无法得电，从而避免了电动机直接起动和转子长期串接频敏变阻器的不正常现象发生。2.5异步电动机的制动控制线路制动可分为机械制动和电气制动，机械制动一般为电磁铁操纵抱闸制动，电气制动是电动机产生一个和转子转速方向相反的电磁转矩，使电动机的转速迅速下降。三相交流异步电动机常用的制动方法有能耗制动、反接制动和发电反馈制动。2.5.1反接制动异步电动机反接制动有两种，一种是在负载转矩作用下使电动机反转的倒拉反转反接制动，这种方法不能准确停车。另一种是改变三相异步电动机定子绕组中三相电源的相序，实现反接制动。反接制动控制线路工作过程如下：（1）起动合上空气开关QF，给电路送电。（2）制动当电动机的转速接近零时，KS的动合触点断开→KM2线圈失电→制动结束。2.5.2能耗制动能耗制动是在定子绕组断开三相交流电源的同时，在三相绕组中通入直流电，产生制动转矩。10kW以下小容量电动机，且对制动要求不高的场合，常采用半波整流能耗制动，其线路图及线路分析参见实训3。对于10kW以上容量较大的电动机，多采用有变压器全波整流能耗制动的控制线路。2.6异步电动机的调速控制线路由电动机原理可知改变极对数可改变电动机的转速（见公式：n=(1−S)60f/P），多速电动机就是通过改变电动机定子绕组的接线方式而得到不同的极对数，从而达到不同速度的目的。双速、三速电动机是变极调速中最常用的两种形式。2.6.1双速电动机的控制双速电动机的定子绕组的连接方式常用的有两种：一种是绕组从单星形改成双星形，如图2-13（b）所示的连接方式转换成如图2-13（c）所示的连接方式；另一种是从三角形改成双星形，如图2-13（a）所示的连接方式转换成如图2-13（c）所示的连接方式，这两种接法都能使电动机产生的磁极对数减少一半即电机的转速提高一倍。图2-13双速电动机的定子绕组的接线图如图2-14是双速电动机三角形变双星形的控制原理图，当按下起动按钮，主电路接触器KM1的主触头闭合，电动机三角形连接，电动机以低速运转；同时KA的常开触头闭合使时间继电器线圈带电，经过一段时间（时间继电器的整定时间），KM1的主触头释放，KM2、KM3的主触头闭合，电动机的定子绕组由三角形变双星形，电动机以高速运转。图2-14双速电动机的控制原理图双速电动机控制线路工作过程如下：合上电源开关QF2.6.2三速电动机的控制三速电动机为一多速电动机，其调速为改变磁极对数的调速过程。三速电动机控制线路工作过程如下：图2-15三速电动机的控制原理合上电源开关QF（1）低速运行（2）中、高速运行（3）停止运行2.7直流电动机的控制线路如图2-16所示的直流电动机正反转调速及制动控制线路，具体的控制过程如下。直流电动机正反转、调速及制动控制主要由三部分组成：第一部分是直流电源部分，如图2-16（a）所示，第二部分是主电路部分，如图2-16（b）所示，图2-16直流电动机正反转调速及制动控制线路第三部分是控制电路部分，通过控制电路的动作来控制直流电动机的正反转、调速及制动，其动作过程如下。（1）正转运行（2）调速①当需要加速时，②当需要再加速时，③制动当需要制动时，电动机反转、调速及制动，请参照以上分析。2.8典型机械控制线路1．阅读设备说明书2．电气控制线路的分析方法分析电气控制系统应掌握的正确方法如下。（1）结合典型线路分析电路（2）结合基础理论分析电路（3）分析控制电路的步骤第一，看电路图中的说明和备注，有助于了解该电路的具体作用。第二，分清电气控制线路中的主电路、控制电路、辅助电路、交流电路和直流电路。第三，从主电路入手，根据每台电动机和执行器件的控制要求去分析控制功能。第四，将电气原理图、接线图和布置安装图结合起来，进一步研究电路的整体控制功能。2.8.1车床电气控制线路车床在机械加工中广泛使用，根据其结构和用途不同，分成普通车床、立式车床、六角车床、仿形车床等。车床主要用于加工各种回转表面（内外圆柱面、圆锥面、成形回转面等）和回转体的端面。下面以CA6140普通车床为例进行车床电气控制线路的分析，其结构示意图如图2-17所示。1－带轮；2－进给箱；3－挂轮架；4－带轮；5－主轴管；6－床身；7－刀架；8－溜板；9－尾座；10－丝杠；11－光杠；12－床腿图2-17普通车床结构示意图1．车床的主要结构及控制要求普通车床主要由床身、主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、光杠、丝杠和尾座等部件组成如图2-17所示。控制要求①主电动机M1完成主轴主运动和刀具的纵横向进给运动的驱动，电动机为不调速的笼型异步电动机，采用直接起动方式，主轴采用机械变速，正反转采用机械换向机构。②冷却泵电动机M2加工时提供冷却液，防止刀具和工件的温升过高。采用直接起动方式和连续工作状态。③电动机M3为刀架快速移动电动机，可根据使用需要，随时手动控制起停。2．电气控制线路分析CA6140型普通车床的电气控制线路原理图如图2-18所示，其工作原理分析如下。（1）主电路分析（2）控制电路分析①主轴电动机M1的控制②冷却泵电动机M2的控制③刀架快速移动电动机M3的控制图2-18CA6140型车床电气控制线路3．保护环节分析4．辅助电路分析2.8.2钻床电气控制线路下面以Z3040摇臂钻床为例分析其控制线路。1．钻床主要结构及控制要求摇臂钻床一般由底座、立柱、摇臂和主轴箱等部件组成。摇臂钻床具有下列运动：主轴箱的旋转主运动及轴向进给运动；主轴箱沿摇臂的水平移动；摇臂的升降运动和回转运动。Z3040钻床中，主轴箱沿摇臂的水平移动和摇臂的回转运动为手动调整。控制要求：整台机床由4台异步电动机驱动，分别是主轴电动机、摇臂升降电动机、液压泵电动机及冷却泵电动机。主轴箱的旋转运动及轴向进给运动由主轴电机驱动，旋转速度和旋转方向由机械传动部分实现，电机不需变速。（1）4台电动机的容量均较小，故采用直接起动方式。（2）摇臂升降电动机和液压泵电动机均能实现正反转。当摇臂上升或下降到预定的位置时，摇臂能在电气或机械夹紧装置的控制下，自动夹紧在外立柱上。（3）电路中应具有必要的保护环节。2．电气控制线路分析Z3040型摇臂钻床的电气控制工作原理分析如下。（1）主电路分析（2）控制电路分析①主轴电动机M1的控制②摇臂升降电动机M2的控制图2-20Z3040摇臂转床电气原理图③主轴箱与立柱的夹紧与放松立柱与主轴箱均采用液压夹紧与松开，且两者同时动作，当进行夹紧或松开时，要求电磁铁YA处于释放状态。实训课题1继电控制实训实训1电动机的起保停控制一、实训目的二、实训器材（1）电气控制台1个（交流接触器、热继电器、按钮、行程开关等电器元件）；（2）电工常用工具1套（包括万用表1个、剥线钳1把、斜口钳1把、尖嘴钳1把、螺丝刀2支）；（3）导线若干。三、实训电路四、电路工作原理五、元件选择和检查从电气控制台上选出图2-21中所需的电气元件，并分别检查其好坏。元件清单如下：空气开关（1个），交流接触器（1个），热继电器（1个），熔断器（2个），停止按钮（1个），起动按钮（1个），电动机（1台）。六、电路装接装接电路的原则：应遵循“先主后控，先串后并；从上到下，从左到右；上进下出，左进右出。”的原则进行接线。装接电路的工艺要求：“横平竖直，弯成直角；少用导线少交叉，多线并拢一起走。”可按照图2-22逐根逐根的进行接线。图2-22接线图七、电路检查1．主电路的检查（1）将表笔放在1、2处，人为使KM吸合（有的只需按KM），此时万用表的读数应为电动机两绕组的串联电阻值（设电动机为Y接法）；（2）将表笔放在1、3处，按KM，万用表的读数应同上；（3）将表笔放在2、3处，按KM，万用表的读数应同上。2．控制电路的检查（表笔放在3、N处）（1）此时万用表的读数应为无穷大，按SB2，读数应为KM线圈的电阻值；（2）按KM，万用表读数应为KM线圈的电阻值，若再同时按SB1，则读数应变为无穷大。八、通电试车通过上述检查正确后，可在教师的监护下通电试车。（1）合上QF，即接通电路电源；（2）按一下起动按钮SB2，接触器KM得电吸合，电动机连续运转；（3）按一下停止按钮SB1，接触器KM失电断开，电动机停转；（4）断开