第2章电气控制的基本环节和基本规律 建筑电气控制与PLC教学课件

1、第二章 电气控制的基本环节和基本规律,由于生产机械的种类繁多，所要求的电气控制线路也是千变万化、多种多样的。但无论是比较简单的，还是很复杂的电气控制线路，都是由一些基本环节组合而成。 本章着重阐明组成这些电气控制线路的基本规律和典型线路环节。,第一节 电气控制系统的电路图及绘制原则,电气控制系统中用国家规定的统一符号、文字和图形的形式来表示各电器元件及其相互连接关系，这就是电气控制系统的电路图。,电气原理图 电气安装图,根据电气设备的工作原理绘制而成，它具有结构简单、层次分明；便于研究和分析电路的工作原理等优点。,按照电器实际位置和实际接线线路，用给定的符号画出来的，这种电路图用于电气设备的安

2、装和维修。,（一）电气原理图绘制规律如下：,1元件、器件和设备的图形符号和文字符号应符合国家规范(附录A)。 2主电路和辅助电路分开（参见例图）。 3用平行线绘制，少交叉，并尽可能按照动作顺序先后排列。 4原理图中各电气元件和部件在控制线路中的位置，应根据便于阅读的原则安排。,5元器件和设备的可动部分在图中通常应表示成：,触点为非激励状态，即电器没有通电和没有外力作用时触点的状态； 接触器和电磁式继电器等系指线圈不加电压时的触点状态； 按钮、行程开关等指未被压合时触点状态，也就是动合触点开启、动断触点闭合的状态。,6标号：电气控制线路图中的支路、接点，一般都加上标号。 主电路标号由文字符号和数

3、字组成。文字符号用以标明主电路中的元件或线路的主要特征；数字标号用以区别电路不同线段。三相交流电源引入线采用L1、L2、L3标号，电源开关之后的三相交流电源主电路分别标L11、L21、L31。 控制电路由三位或三位以下的数字组成，交流控制电路的标号一般以主要压降元件（如电器元件线圈）为分界，左侧用奇数标号，右侧用偶数标号。直流控制电路中正极按奇数标号，负极按偶数标号。,举例：电路原理图,图2-1a为三相交流电动机的起停控制电路原理图,图2-1a三相交流电动机的起停控制电路电原理图,（二）电气安装接线图绘制规律如下： 电气安装接线图是按照电器元件的实际位置和实际接线绘制的，根据电器元件布置最合理

4、、连接导线最经济等原则来安排。,1、各电器元件用规定的图形、文字符号绘制，同一电器元件各部件必须画在一起。各电器元件的位置，应与实际安装位置一致。 2、 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。各电器元件的文字符号及端子板的编号应与原理图一致，并按原理图的接线进行连接。 3、走向相同的多根导线可用单线表示。 4、画连接线时，应标明导线的规格、型号、根数和穿线管的尺寸。,图2-1b三相交流电动机的起停控制电路安装接线图,第二节、 电气控制的基本环节,1、点动控制环节 图2-2 用表示有驱动力，表示无驱动力；X=1表示动合触点X闭合，X=0表示动合触点X断开。 SBKMKM

5、 =1M 起动 SBKMKM =0M 停止,小结:通过分析，可看出图2-2所示电路，只有在按下按钮SB时电动机M才能通电起动运行，故称为点动控制电路。按钮SB和接触器KM的这种组合称为点动控制环节。,图2-2,2、起保停控制环节 图2-1,SB1KMKM=1M 起动 SB2KMKM=0M 停止,接触器KM的辅助动合触点称为自锁触点,图2-1a三相交流电动机的起停控制电路电原理图,图2-1线路设有以下几种保护:,1短路保护：熔断器FU1 2过载保护：热继电器FR 3欠压保护和失压保护 ：自锁触点 实现 （电压降低到一定程度接触器释放）,第三节 电气控制的基本控制规律,一、联锁控制规律,（一）互斥

6、联锁,电动机正反转 图2-3 1、无互锁（b） 2、电气互锁（c） 3、机械互锁（d）,互斥联锁,只能实现“正停反”或者“反停正”控制，且无互锁保护。SB2和SB3不能同时闭合，否则将发生短路。,含电气互锁，但仍不能直接换向,增加机械互锁，且可直接换向,（二）顺序联锁,1.起动顺序联锁,2.停止顺序联锁,M1先起动，M2后起动，将KM1常开触头串入KM2线圈回路中。,M2先停止，M1后停止，将KM2常开触头并在M1停止按钮旁。,（三）长动与点动联锁,长动与点动联锁是既能正常起保停控制，又能进行点动控制。,点动控制时，KM释放时间大于SB2恢复时间。,方法二：加中间继电器（KA）,长动与点动的区

7、别就在于有无自锁触点的作用。,例如：甲、乙两地同时控制一台电机。,方法：两起动按钮并联；两停车按钮串联。,(四)多地点控制,甲地,乙地,电器互锁规律：欲使两接触器不能同时工作，只需将两接触器的常闭触点互相串入对方的线圈电路中即可。 顺序控制规律：要求甲接触器得电后，乙接触器方可得电，只需将甲的常开触点串在乙的线圈电路中；要求乙接触器失电后，甲接触器方可失电，只需将乙的常开触点并在甲的停车按钮上。 实现多地控制的原则：控制按钮的常开触点并联，常闭触点串联。,小结,联锁控制的关键是正确地选择联锁触点。,二、参量控制规律,控制过程的变化参量很多，通过测量元件反应参量的变化，并将这一变化参量反馈回来作

8、用与控制装置，实现自动控制，这就是参量控制规律。,常用的变化参量有行程、时间、速度、电流等。,（一）行程控制,利用行程开关（极限开关）实现限位控制 。,SB1KM1KM1=1M右移，至右终端位置， SQ2KM1M，停止。,（二）时间控制,利用时间继电器实现由降压起动至全压运行的切换，即用时间继电器的延时来控制降压起动时间。,（三）速度控制,图2-10所示为单向运行电动机反接制动控制电路。利用速度继电器实现对反接制动的控制。,（四）电流控制,图2-11所示为绕线电动机转子回路串电阻起动控制电路。 利用电流继电器实现对电阻逐段切除的控制，三个电流继电器KI1、KI2和KI3的吸合电流值相同，但释放

9、电流值不同，KI1释放电流值最大，KI2次之，KI3最小。,SB1KMKM=1 KA、KI1、KI2、KI3 nIKI1 KI1=0 KM1KM1=1 短接R1.,（五）液位控制,图2-12所示为建筑物生活水箱水位自动控制电路。通过水位控制器实现水泵的起停控制。,（六）压力控制,图2-13所示为建筑物消防喷淋系统中恒压泵的控制电路。利用压力继电器实现对泵的自动启停。,第四节 三相异步电动机控制电路,1.起动性能 起动时定子起动电流与额定电流之比值大约57。 起动电流大对线路有影响，将造成较大的电压降落，影响其他负载正常工作。,2.起动方法 直接起动-小(轻)负载 降压起动,一、降压起动控制电路

10、,（一）自耦降压起动控制电路 1按钮操作的自耦降压控制电路,图2-14,图2-15,2时间继电器延时自动切换的自耦降压起动控制电路,3自耦降压起动控制电路的基本要求,（1）不允许存在全电压直接起动的可能。(直接按SB3，KM3不通电) （2）降压起动完毕后，不允许在自耦变压器二次侧电压或经自耦变压器部分绕组降压后的电压下运行。（降压起动结束，KM1和KM2断电，T切除）,（3）投入全电压运转后，不得存在自耦变压器再次接入主电路的可能，以防止自耦变压器部分绕组短路而另一部分绕组过电压运行。 （4）在可能的情况下，尽量减少和避免电动机二次涌流（指第二次接入交流电网时过渡过程所产生的冲击电流）的冲击

11、。,（二）Y-起动控制电路,电动机在工作时其定子绕组是联接成三角形的，那么在起动时可把它联成星形，等到转速接近额定值时再换成三角形。这样，在起动时就把定子每相绕组上的电压降到正常工作电压的 。,星形,三角形,1按钮操作的Y-起动控制电路 2时间继电器延时自动切换的Y-起动控制电路,图2-17,图2-16,图2-16,图2-17时间继电器延时自动切换的Y-起动控制电路,3Y-起动控制电路基本要求,（1）不得存在全电压起动的可能。 （2）Y形与形接法接触器之间必须有互锁以防短路现象的发生。 （3）对有可能长期处于轻载的电动机，控制电路应考虑电动机能长期在Y形接法下工作的可能。,（三）延边形起动控制

12、电路,这一电路的设计思想是兼取星形连接与三角形连接的优点，以期完成更为理想的启动过程。 设想如果能兼取星形接法启动电流小，而三角形接法启动转矩大的优点，可在启动时将电动机定子绕组的一部分接成星形，而另一部分接成三角形，在启动结束以后，再换接成三角形接法，这就是所谓延边三角形启动方式。,延边三角形/三角形电动机绕组连接,图2-19 时间继电器延时自动切换的延边形起动控制电路,图2-18 延边形起动控制电路,（四）定子串电阻降压起动控制电路（图2-9） （五）转子串电阻或频繁变阻器起动控制电路 1、转子串电阻起动控制电路 （1）电流继电器控制（图2-11） （2）鼓形控制器操作,2、转子串频繁变阻

13、器起动控制电路,频敏变阻器实质上是一个特殊的三相电抗器。将其串接于电动机转子电路中，相当于接入一个铁损较大的电抗器，频敏变阻器等效电路如图。,转差率：同步转速n1（定子旋转磁场转速）与转子转速n2之差n=n1-n2称为转差。通常将转差（n1-n2）与同步转速n1的比值称为异步电动机的转差率，用s表示，即s=（n1-n2）/n1。f2 =sf1。 在启动过程中，转子电流频率是变化的。刚启动时，转速等于0，转差率s=1，转子电流的频率f2与电源频率f1的关系为f2 =sf1 ，所以刚启动时，频敏变阻器的电感和电阻均为最大，转子电流受到抑制。随着电动机转速的升高而s减小， f2下降，频敏变阻器的阻抗

14、也随之减小。所以，绕线转子电动机转子串接频敏变阻器启动时，随着电动机转速的升高，变阻器阻抗也自动逐渐减小，实现了平滑的无级启动。,二、制动控制电路,因为电动机的转动部分有惯性，所以把电源切断后，电动机还会继续转动一定时间而后停止。为了缩短辅助工时，提高生产机械的生产效率，并为了安全起见，往往要求电动机能够迅速停车。这就需要对电动机制动。对电动机制动，也就是要求它的转矩与转子的转动方向相反。这时的转矩称为制动转矩。,（一）机械制动控制电路,1断电抱闸 如图2-22所示。 注意:本图中电磁抱闸装置应为断电抱闸型 2通电抱闸 如图2-23所示。,（二）反接制动控制电路,1单向运行的反接制动控制电路

15、如图2-10所示。 2可逆运行的反接制动控制电路 如图2-24所示。 图2-25为具有限流电阻的反接制动控制电路。 图2-26所示为限流电阻在起动过程和制动过程中都起作用的反接制动控制电路。,按下SB1正转，按下SB3正转制动； 按下SB2反转，按下SB3反转制动。,限流电阻在制动过程中起作用。,（三）能耗制动控制电路,1按时间整定控制的能耗制动控制电路，如图2-27所示。 2按速度整定控制的能耗制动控制电路，如图2-28所示。,能耗制动的控制线路的设计思想是制动时在定子绕组中任意两相通入直流电流，形成固定磁场，它与旋转着的转子中的感应电流相互作用，从而产生制动转矩。,三、双速电动机控制电路,

16、三相异步电动机的调速方法有：变极对数调速、变转差率调速及变频调速三种。 这里仅介绍笼型异步电动机变极调速的基本控制电路。,根据三相异步电动机的转速公式： 转差率； 电源频率（HZ)； 定子绕组的磁极对数。,双速电动机定子绕组端子编号 如图2-29所示。 双速电动机调速控制电路如图2-30所示。,双速电动机三相绕组联结图如图所示。图a为三角形与双星形联结法；图b为星形与双星形联结法。 当三角形或星形联结时，p=2（低速）;当双星形联结时，p=1（高速)。,一般的三相异步电动机极对数是不能随意改变的，必须选用双速或多速电动机。变极对数仅适用于三相笼型异步电动机。,小 结,三相异步电动机的起动、制动、简单速度控制