电气控制与PLC(案例教程)课件(共16章)第2章-继电接触器基本控制线路-以电动葫芦的电气控制为例

第二章PARTTWO继电接触器基本控制线路——以电动葫芦的电气控制为例01.•电气控制的基本电路02.•三相异步电动机的启动控制03.•三相异步电动机的制动控制目录

电动葫芦简称电葫芦，是一种电力驱动的小型起重机，通过接触器控制两台电机的运行，从而控制吊钩的上下及左右移动。电动葫芦由电动机、传动机构和卷筒或链轮组成，分为钢丝绳电动葫芦和环链电动葫芦两种。其中环链电动葫芦分为进口和国产两种；钢丝绳电动葫芦分单速提升、双速提升。多数电动葫芦由人使用按纽在地面跟随操纵，或也可在司机室内操纵或采用有线（无线）远距离控制。如图2-1所示为某型号钢丝绳电动葫芦。钢丝绳电动葫芦的主要运动形式为吊钩的上下移动及左右移动。2.1任务要求a）电动葫芦实物图b）电动葫芦结构示意图图2-1电动葫芦2.2电气控制的基本电路2.2.1点动与连续运转的控制在生产实践中，有的生产机械需要点动控制，有的生产机械既需要按常规工作，又需要点动控制。图2-2所示为能实现点动的几种控制线路。

a）主电路b）基本的点动控制c）采样转换开关d）采用复合按钮

图2-2点动的几种控制线路2.2.2自锁与互锁自锁与互锁的控制统称为电气的联锁控制，是最基本的控制。图2-3所示为三相笼型异步电动机单向全压启动控制线路。启动时，合上自动开关QA0，主电路引入三相电源。按下启动按钮SF2，接触器QA1线圈通电，其常开主触点闭合，电动机接通电源开始全压启动，同时接触器QA1的辅助常开触点闭合，使接触器线圈有两条通电路径。当松开启动按钮SF2后，接触器线圈仍能通过其辅助触点通电并保持吸合状态。这种依靠接触器本身辅助触点使其线圈保持通电的现象称作自锁，起自锁作用的触点称做自锁触点。

要使电动机停止运转，按停止按钮SF1，接触器线圈失电，其主触点断开，从而切断电动机三相电源，电动机自动停车；同时接触器自锁触点也断开，控制回路解除自锁。松开停止按钮SF1，控制电路又回到启动前的状态图2-3单向全压启动控制线路各机械常常要求具有上下、左右、前后等相反方向的运动，如机床工作台的往复运动，就要求电动机能可逆运行。由电动机原理可知，三相异步电动机的三相电源进线中任意两相对调，电动机即可反向运转。因此，可借助接触器改变定子绕组相序来实现正反向的切换工作，其线路如图2-4所示。。a）主电路

b）无互锁

c）“正—停—反”控制d）“正—反—停”控制

图2-4正反转控制线路2.2.3顺序控制生产实践中常要求各种运动部件之间能够按顺序工作。例如车床主轴转动时要求油泵先给齿轮箱提供润滑油，既要求保证润滑泵电动机启动后主拖动电动机才允许启动，也就是控制对象对控制线路提出了按顺序工作的联锁要求。如图2-5所示，MA1为油泵电动机，MA2为主拖动电动机。在图2-5b）中，将控制油泵电动机的接触器QA1的常开辅助触点串入控制主拖动电动机的接触器QA2的线圈电路中，可以实现按顺序工作的联锁要求。a）主电路

b）按动作顺序c）按时间顺序图2-5顺序控制线路2.2.4自动往返控制在机床电气设备中，有些是通过工作台自动往复循环工作的，如龙门刨床的工作台前进、后退等。电动机的正、反转是实现工作台往复循环的基本环节。自动循环控制线路如图2-6所示。控制线路按照行程控制原则，利用生产机械运动的行程位置实现控制，通常采用限位开关。工作过程如下：合上电源开关QA0，按下启动按钮SF2，接触器QA1通电，电动机正转，工作台向前进到一定位置，压动限位开关BG1，BG1常闭触头断开，QA1断电，电动机停止向前。BG2常开触头闭合，QA2线圈通电，电动机改变电源相序而反转，工作台向后退到一定位置，压动限位开关BG2，BG2常闭触头断开，QA2断电，电动机停止反退，BG2常开触头闭合，QA1线圈通电电动机又正转，工作台又向前如此往复循环工作，直至按下停止按钮SF1后电动机停转。a）工作台示意图b）主电路c）控制线路图2-6自动往复循环控制线路2.3三相异步电动机的启动控制三相笼型异步电动机的启动有全压直接启动和降压启动两种。对于容量不大的交流电动机启动转矩小，一般为额定转矩的0.8～1.3倍，适用于空载或轻载下启动，待转速上升后，就可以承担额定负载。此时，虽然启动电流很大，但启动时间很短，在几分之一秒至数秒之间，对电动机和电网都不会有太大的影响，可以全压直接启动。而较大容量的笼型异步电动机（大于10kW）直接启动时，电流为其标称额定电流的4~8倍，启动电流较大，会对电网产生巨大冲击，所以一般采用降压启动方式来启动。三相笼型异步电动机降压启动的方法主要有：定子串电阻或电抗器、Y—△连接、延边三角形、自耦调压器和软启动器启动等。这些方法多数已被淘汰。1.星形-三角形降压启动原理及特点星形-三角形（Y-△）降压启动是指电动机启动时，把定子绕组接成星形，以降低启动电压，限制启动电流，待电动机启动后，再把定子绕组改接为三角形，使其全压运行。只有正常运转时定子绕组接成三角形接法的三相异步电动机可以采用此降压启动方法。2．按钮切换Y-△降压启动控制电路图2-7为按钮切换Y-△降压启动控制电路。该电路使用了3个接触器和3个按钮，可分为主电路和控制电路两部分。在主电路中，接触器QA1和QA2的主触点闭合时定子绕组为星形连接（启动）；QA1、QA3主触点闭合时定子绕组为三角形连接（运行）。由控制电路的按钮SF2和SF3手动控制实现Y-△切换。图2-7按钮切换Y-△降压启动控制电路2.4三相异步电动机的制动控制所谓制动，就是给正在运行的电动机加上一个与原转动方向相反的制动转矩，迫使电动机迅速停转。电动机常用的制动方法有机械制动和电气制动两大类。三相交流异步电动机常用的电气制动方法有能耗制动和电源反接制动两种。将电动机的三根电源线的任意两根对调称为反接，若在停车前，把电动机反接，则其定子旋转磁场便反方向旋转，在转子上产生的电磁转矩亦随之反方向，成为制动转矩，在制动转矩作用下电动机的转速便很快降到零，称为反接制动。必须指出，当电动机的转速接近零时，应及时切除反接电源，以免电动机反向运转。在控制电路中常用速度继电器来实现这个要求。为此采用速度继电器来检测电动机的速度变化。在120～3000r/min范围内为速度继电器触头动作，当转速低于100r/min时，其触头恢复原位。1．单向反接制动控制电路图2-8所示为单向反接制动控制电路。图中QA1为单向旋转接触器，QA2为反接制动接触器，BS为速度继电器用于检测电机的速度，R为反接制动电阻。工作原理如下：启动过程：合上电源开关QA0，按下启动按钮SF2，QA1线圈得电，QA1自锁触头闭合，互锁触头断开，主触头闭合电动机正转运行，BS常开出头闭合。制动过程：按下停车按钮SF1，QA1线圈断电，QA2线圈得电，QA1主触头释放，电动机断电，QA2自锁触头闭合，互锁触头断开，主触头闭合，串入电阻R反接制动，当电动机转速接近0时，QA2断电，制动结束。a）主电路b）控制线路图2-8单向反接制动的控制电路2.电动机可逆运行反接制动控制电路（1）电路结构图2-9所示为可逆运行反接制动控制电路。图中QA1、QA2为正、反转接触器，QA3为短接电阻接触器，KF1～KF3为中间继电器，BS为速度继电器，其中BS1为正转闭合触点，BS2为反转闭合触点，R为启动与制动电阻。（2）工作原理启动过程：合上电源开关QA0，按下正转启动按钮SF2，QA1通电并自锁，电动机串入电阻接入正序电源启动，当转速升高到一定值时BS1触点闭合，QA3通电，短接电阻，电动机在全压下启动进入正常运行。制动过程：需要停车时，按下停止按钮SF1，QA1、QA3相继断电，电动机脱离正序电源并串入电阻，同时BS3通电，其常闭触点又再次切断QA3电路，使QA3无法通电，保证电阻R串接在定子电路中，由于电动机惯性仍以很高速度旋转，BS1仍保持闭合使KF1通电，触点KF1闭合使QA2通电，电动机串接电阻接上反序电源，实现反接制动；另一触点KFl闭合，使KF3仍通电，确保QA3始终处于断电状态，R始终串入。当电动机转速下降到100r/min时，KF1断开，KF1、QA2、QA3同时断电，反接制动结束，电动机停止。a）主电路b）控制线路图2-9具有反接制动电阻的可逆运行反接制动的控制电路

3.反接制动特点反接制动时，转子与旋转磁场的相对速度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电压直接启动电流的两倍，因此反接制动特点之一是制动迅速、效果好、冲击力大，通常仅适用于10kW以下的小容量电动机。为了减小冲击电流，通常要求在电动机主电路中串接一定的电阻以限制反接制动电流，这个电阻称为反接制动电阻。反接制动的制动力矩较大，冲击强烈，易损坏传动零件，而且频繁反接制动可能使电动机过热。2.5控制系统设计2.5.1任务分析根据2.1节的任务要求，对电葫芦的控制要求分析如下：（1）拖动系统有两台电动机MA1和MA2组成，两台电动机均要求正反转运行，对启动控制无要求，因此，每台电动机均需要两个接触器，分别控制电动机的正转和反转。需要选用四个接触器QA1~QA4，QA1用于控制MA1的正转，QA2用于控制MA1的反转，QA3用于控制MA2的正转，QA4用于控制MA2的反转。参考图2-4中的正反转控制电路进行设计。（2）MA1用于提起和放下重物，MA2用于使电动葫芦左右移动，要求采用按钮及接触器双重联锁、点动控制，可用SF1~SF4四个按钮开关分别控制电葫芦的上升、下降、左移、右移。参照图2-2中的点动控制线路进行设计。同时，SF1、SF2两个按钮之间和QA1、QA2两个接触器之间要互锁，SF3、SF4两个按钮之间和QA3、QA2两个接触器之间要进行互锁。（3）电动葫芦的向上、向左、向右运行均要求有限位保护，需要选用三个限位开关BG1~BG3。（4）吊钩的上下移动电动机要求采用电磁抱闸制动。可以选用MB三相断电型电磁制动器。（5）电力拖动系统运行过程中，还需要有完善的保护电路，选用两个热继电器对两台电动机分别进行过载保护，选用熔断器对电路进行短路保护。2.5.2电气原理图

根据系统的控制要求，绘制系统的电气原理图，包括主电路和控制电路。1.主电路系统的主电路如图2-10所示，MA1是提升电动机，用接触器QA1、QA2控制它的正反转，用于提起和放下重物；MA2是移动电动机，用QA3、QA4控制它的正反转，用于使电动葫芦前后移动。2.控制电路系统的控制电路如图2-11所示。提升物体过程：合上电源开关QA0，按下按钮SF1，接触器QA1线圈得电，QA1的主触点闭环，电动机MA1正转，提起重物；松开按钮SF1，由于没有采用自锁措施，接触器QA1失电，MA1制动停车，停止提升。图2-10主电路图

图2-11控制电路图2.6拓展与提高——三相异步电动机的调速控制1.三相异步电动机调速原理在很多领域中，要求三相笼型异步电动机的速度可调，其目的是实现自动控制，完成工艺要求和节能降耗，提高产品的指令和生产效率。如机床行业中的车床、机械加工中心等。三相笼型异步电动机的转速表达式式中

n1为电动机同步转速，p为极对数，s为转差率，

f1为供电电源频率.由式2-