电气控制与PLC控制基础理论课件 第二章 电气基本控制线路

电气控制与PLC控制基础理论电气基本控制线路第二章电气控制系统图电气控制系统图是电气技术人员统一使用的工程语言。电气制图应根据国家标准，用规定的图形符号、文字符号以及规定的画法绘制。电气控制线路是由许多电器元件按一定的要求连接而成的。为了表达生产机械的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，需要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，这种图就是电气控制系统图。电气控制系统图一般有3种：电气原理图、电器布置图和电气安装接线图。第一节电气控制线路的绘制电气控制系统图在保证图面布局紧凑、清晰和使用方便的原则下选择图纸幅面尺寸。图纸分横图和竖图，按国家标准GB/T148规定，图纸幅面尺寸及其代号见表2-1。应优先选用A4～A0号幅面尺寸，若需要加长的图纸，可采用A4×5～A3×3的幅面，若上述所列幅面仍不能满足要求，可按照GB/T14689—2008《技术制图图纸幅面和格式》的规定加大幅面。第一节电气控制线路的绘制代号尺寸/mm代号尺寸/mmA0A1A2A3A4841×1189594×841420×594297×420210×297A3×3A3×4A4×3A4×4A4×5420×891420×1189297×630297×841297×1051表2-1电气图图纸幅面尺寸及其代号电气控制系统图为了便于确定图上的内容、补充、更改和组成部分等的位置，可以在各种幅面的图纸上分区，如图2-1所示。分区数应该是偶数。每一分区的长度一般不小于25mm，不大于75mm。每个分区内竖边方向用大写拉丁字母，横边方向用阿拉伯数字分别编号。编号的顺序应从标题栏相对的左上角开始。分区代号用该区域的字母和数字表示，如B3，C5。第一节电气控制线路的绘制图2-1图幅分区项目旧国标新国标类型名称符号交流电A（U）相B（V）相C（W）相零线（中线）L1L2L3N黄绿红黑黄绿红浅蓝直流电正极负极+-红蓝棕蓝保护地线PE黑绿/黄双色线常用电气图图形及文字符号电气控制系统图、电气元件的图形及文字符号必须符合国家标准规定。新旧国标规定的导线色标见表2-2。第一节电气控制线路的绘制表2-2新旧国标规定的导线色标电气原理图电气原理图目的是便于阅读和分析控制线路，应根据结构简单、层次分明的原则，采用电器元件展开形式绘制。它包括所有电器元件的导电部件和接线端子，但并不按照电器元件的实际布置位置来绘制，也不反映电器元件的实际大小。下面以图2-2所示的某机床的电气原理图为例，来说明电气原理图的规定画法和应注意的事项。第一节电气控制线路的绘制绘制电气原理图时应遵循的原则（1）电气原理图一般分主电路和辅助电路两部分。（2）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。电气图中各电器接线端子用字母数字符号标记。（3）电气原理图中电器元件的布局，应根据便于阅读原则安排。第一节电气控制线路的绘制图2-2某型号机床电气原理图绘制电气原理图时应遵循的原则（4）电气原理图中，当同一电器元件的不同部件（如线圈、触点）分散在不同位置时，为了表示是同一元件，要在电器元件的不同部件处标注统一的文字符号。（5）电气原理图中，所有电器的可动部分均按没有通电或没有外力作用时的状态画出。（6）电气原理图中，应尽量减少线条和避免线条交叉。第一节电气控制线路的绘制图2-2某型号机床电气原理图图面区域的划分图纸上方的1，2，3……等数字是图区的编号，它是为了便于检索电气线路，方便阅读分析从而避免遗漏设置的。图区编号也可设置在图的下方。图区编号下方（或上方）的文字表明它对应的下方元件或电路的功能，使读者能清楚地知道某个元件或某部分电路的功能，以利于理解全部电路的工作原理。第一节电气控制线路的绘制图2-2某型号机床电气原理图符号位置的索引在较复杂的电气原理图中，对继电器、接触器线圈的文字符号下方要标注其触点位置的索引；而在其触点的文字符号下方要标注其线圈位置的索引。符号位置的索引用图号、页次和图区编号的组合索引法，索引代号的组成如图2-3所示。在电气原理图中，接触器和继电器的线圈与触点的从属关系，应当用附图表示。如图2-4所示。第一节电气控制线路的绘制图2-3索引代号的组成图2-4附图符号位置的索引对接触器，上述表示方法中各栏的含义如图2-5所示。对继电器，上述表示方法中各栏的含义如图2-6所示。第一节电气控制线路的绘制图2-6继电器附图中各栏的含义图2-5接触器附图中各栏的含义电器元件布置图电器布置图中绘出机械设备上所有电气设备和电器元件的实际位置，是生产机械电气控制设备制造、安装和维修必不可少的技术文件。布置图根据设备的复杂程度，可集中绘制在一张图上，或将控制柜、操作台的电器元件布置图分别绘出。绘制布置图时机械设备轮廓用双点划线画出，所有可见的和需要表达清楚的电器元件及设备，用粗实线绘出其简单的外形轮廓。第一节电气控制线路的绘制电器安装接线图接线图主要用于安装接线、线路检查、线路维护和故障处理，它表示在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。图2-7是根据图2-2机床电路图绘制的接线图。第一节电气控制线路的绘制图2-7某机床电控系统接线图1.了解生产工艺与执行电器的关系在分析电气线路之前，应该充分熟悉生产机械的工艺情况，必要时可以画出简单的工艺流程图，明确各个动作的关系。还应进一步明确生产机械的动作与执行电器的关系，给分析电气线路提供线索和方便。阅读和分析电气控制线路图的方法2.分析主电路在分析电气线路时，一般应先从电动机着手，然后根据其组合规律就大致可判断电动机是否有正反转控制、是否制动、是否要求调速等。3.读图和分析控制电路在控制电路中，根据主电路控制元件主触点的文字符号，找到有关的控制环节以及环节间的相互联系。通常对控制电路多半是由上往下或由左往右阅读。在读图过程中，特别要注意相互间的联系和制约关系，直至将线路全部看完为止。第七节继电器单向点动控制线路第二节三相异步电动机全压启动控制线路图2-9单向连续运行控制线路图2-8单向点动控制线路单向连续运行控制线路接触器联锁正、反转控制线路图中采用两个接触器，即正转用的接触器KM1和反转用的接触器KM2。当接触器KM1的三对主触头接通时，三相电源的相序按L1，L2，L3接入电动机。而当KM2的三个主触头接通时，三相电源的相序按L3，L2，L1接入电动机，电动机即反转。这种线路的缺点是操作不方便，因为要改变电动机的转向，必须先按停止按钮SB1，再按反转按钮SB3才能使电动机反转。第二节三相异步电动机全压启动控制线路图2-10接触器联锁正、反转控制线路按钮联锁正、反转控制线路按钮联锁的正、反转控制线路的动作原理与接触器联锁的正、反转控制线路基本相似，区别在于采用了复合按钮。这种控制线路操作简单，但容易造成相间短路故障。第二节三相异步电动机全压启动控制线路图2-11按钮联锁的正、反转控制线路按钮、接触器复合联锁正、反转控制线路这个线路是把上述两个线路的优点结合起来，可不按停止按钮而直接按反转按钮进行反向启动，当正转接触器发生熔焊故障时又不会发生相间短路故障。第二节三相异步电动机全压启动控制线路图2-12按钮、接触器复合联锁的正、反转控制线路多点控制线路（多地控制线路）在一些大型生产机械和设备上，要求操作人员在不同方位能进行操作与控制，即实现多地控制。多地控制是用多组启动按钮、停止按钮来进行的。电动机两地独立启动和两地独立停止控制线路如图2-13所示。第二节三相异步电动机全压启动控制线路图2-13两地独立启动和两地独立停止控制线路多点控制线路（多地控制线路）图2-14所示线路也是一种两地控制，但是与图2-13所示的两地控制功能不一样，其启动控制是不独立的，必须两地控制人员同时压启动按钮SB3和SB4，电动机才能启动；若要停止，两地可压按钮SB1或SB2停车，两地停车是独立的。第二节三相异步电动机全压启动控制线路图2-14两地同时启动和独立停止控制线路顺序控制线路在生产实际中，有些设备往往要求其上的多台电动机按一定顺序实现其启动和停止，两台电动机顺序控制线路如图2-15所示，其中图2-15（a）所示为按顺序启动线路图。生产机械除要求按顺序启动外，有时还要求按一定顺序停止，图2-15（b）所示为按顺序启动与停止的控制线路。第二节三相异步电动机全压启动控制线路（a）按顺序启动线路（b）按顺序启动、停止的控制线路图2-15两台电动机顺序控制线路顺序控制线路在许多顺序控制中，要求有一定的时间间隔，此时往往用时间继电器来实现。时间继电器控制的顺序启动线路如图2-16所示。第二节三相异步电动机全压启动控制线路图2-16时间继电器控制的顺序启动线路自动循环（工作台自动往返）控制线路利用生产机械运动的行程来控制其自动往返的方法叫自动循环控制，它是通过位置开关来实现的。其控制线路如图2-17所示。图2-17中位置开关SQ3和SQ4安装在工作台往复运动的极限位置上，以防止位置开关SQ1和SQ2失灵，工作台继续运动而造成事故第二节三相异步电动机全压启动控制线路图2-17自动循环控制线路由于大容量笼型异步电动机的启动电流很大，会引起电网电压降低，使电动机转矩减小，甚至启动困难，而且还要影响同一供电网络中其他设备的正常工作，因此其启动电流应限制在一定的范围内，不允许直接启动。电动机可否直接启动，应根据启动次数、电网容量和电动机的容量来决定。一般规定是：启动时供电母线上的电压降落不得超过额定电压的10%～15%；启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压器容量的20%～30%。由于机床电动机一般都为空载启动，所以常采用降低电动机定子绕组电压的方法来减少启动电流。常用的有定子绕组串电阻、Y－D降压、自耦变压器降压及软启动器的使用。第三节三相笼型异步电动机降压启动控制线路定子绕组串电阻降压启动控制线路用时间继电器控制串电阻降压启动的控制线路如图2-18所示。图2-18用时间继电器控制串电阻降压启动控制线路第三节三相笼型异步电动机降压启动控制线路星形－三角形降压启动控制线路星形－三角形（Y－D）降压启动适用于正常工作时定子绕组作三角形联结的电动机。由于其方法简便且经济，因此使用较普遍，但其启动转矩只有全压启动的1/3，故只适用于空载或轻载启动。Y－D启动器有QX3－13，QX3－30，QX3－55，QX3－125型等。星形联结和三角形联结的原理如图2-19所示。（a）Y形联结

（b）D形联结图2-19Y形联结和D形联结的原理第三节三相笼型异步电动机降压启动控制线路星形－三角形降压启动控制线路图2-20所示为QX3－13型Y－D自动启动器控制线路。图2-20QX3－13型Y－D自动启动器控制线路第三节三相笼型异步电动机降压启动控制线路自耦变压器降压启动控制线路——手动控制常用的QJ3型手动控制补偿器如图2-21所示。这种补偿器的内部构造主要包括自耦变压器、保护装置、触点系统和手柄操作机构等部分。图2-21QJ3型手动控制补偿器第三节三相笼型异步电动机降压启动控制线路自耦变压器降压启动控制线路——时间继电器自动控制线路时间继电器自动控制串自耦变压器降压启动控制线路如图2-22所示。图2-22时间继电器控制串自耦变压器降压启动控制线路第三节三相笼型异步电动机降压启动控制线路软启动器及其使用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。其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，另外还具有电动机过载保护等功能。软启动器是一种新型的节能产品，它与国内目前仍大量使用的传统的继电控制方式的磁控式、自耦式及星/三角转换等降压启动器相比，具有十分显著的优点，并且是这些传统的降压启动器的理想换代产品。第三节三相笼型异步电动机降压启动控制线路软启动器的工作原理图2-23所示为软启动器内部原理示意图。软启动器主要由三相交流调压电路和控制电路构成。由于软启动器为电子调压并对电流进行检测，因此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，以及对三相电源不平衡、缺相、断相等的保护功能，可实时检测并显示如电流、电压、功率因数等参数。第三节三相笼型异步电动机降压启动控制线路图2-23软启动器内部原理示意图三相异步电动机用软启动器启动图2-24所示为三相异步电动机单向运行、软启动、软停车或自由停车控制电路。由于带有旁路接触器，该电路有如下优点：在电动机运行时可以避免软启动器产生的谐波；软启动器仅在启动和停车时工作，可以避免长期运行使晶闸管发热，延长了使用寿命。第三节三相笼型异步电动机降压启动控制线路图2-24电动机单向运行、软启动、软停车或自由停车控制电路三相笼型异步电动机从定子绕组断电到完全停转，由于惯性总要运转一段时间，为了适应某些生产机械工艺要求，缩短辅助时间，提高生产效率，要求电动机能制动停转。三相笼型异步电动机的制动方法一般有机械制动和电气制动两种。在电气制动中常用的有反接制动和能耗制动。反接制动和能耗制动能够使电动机转子速度迅速下降至零。第四节相笼型异步电动机制动控制线路机械制动控制线路机械制动是利用机械装置使电动机在断电后迅速停止的方式。最常用的是电磁抱闸。电磁抱闸分为断电制动和通电制动两种。电磁抱闸断电制动控制电路如图2-25所示。此电路的工作原理是：当电路未通电时，闸瓦和闸轮紧紧抱住，使电动机制动。这种制动方法被广泛运用到起重设备中。其优点是：定位准确；防止由于电动机突然断电，使重物自行下落而造成事故。图2-25电磁抱闸断电制动控制电路第四节相笼型异步电动机制动控制线路电气制动控制线路——反接制动电动机的电气制动就是指电动机产生一个与电动机实际旋转方向相反的电磁转矩，即制动转矩，使电动机迅速制动停转。电气制动常用的有反接制动和能耗制动。反接制动控制线路如图2-26所示。由于反接制动时转子与定子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