电机与电气控制技术电子教案

1、了解电气控制系统中电气原理图、电器布置图 及安装接线图的画法。重点掌握电气原理图的 画法及国家制图标准 掌握电动机运行中的直接起动、降压起动、调 速、制动控制方法及实现电路。熟悉其他常用 的基本控制电路。 能熟练分析较复杂的控制电路、应用所学知识 设计一般的控制电路,学习目标:,第六章 继电器接触器 控制基本环节,电气图,三相笼型异步电动机直接起动控制电路,三相笼型异步电动机降压起动控制电路,三相绕线转子异步电动机起动控制电路,三相异步电动机调速控制电路,三相异步电动机制动控制电路,其他典型控制环节,第六章 继电器接触器 控制基本环节,电气控制系统图:,电气原理图,电器布置图,电气接线图,将电

2、气控制系统中各种电气元件及其连接用一定图形表示出来,第一节：电气图,一、电气原理图,用国家标准规定的图形符号和文字符号代表各种元件，依据控制要求和各电器的动作原理，用线条代表导线连接起来。它包括所有电气元件的导电部件和接线端子，但不按电气元件的实际位置来画，也不反映电气元件的尺寸及安装方式,绘制电气原理图必须遵循的国家标准,GB4026:1992电器设备接线端子和特定导线线 端的识别及应用字母数字系统的通则。,GB/T4728:19962000电气简图用图形符号,GB/T6988:19932000电气技术用文件的编制,GB7159:1987电气技术中的文字符号制订通则,一、电气原理图,绘制电气

3、原理图应遵循以下原则,电气控制电路一般分为主电路和辅助电路。辅助电路又可分为控制电路、信号电路、照明电路和保护电路等。 主电路是指从电源到电动机的大电流通过的电路，其中电源电路用水平线绘制，受电动力设备及其保护电器支路应垂直于电源电路画出。 控制电路、照明电路、信号电路及保护电路等应垂直地绘于两条水平电源线之间。耗能元件的一端应直接连接在电位低的一端，控制触点连接在上方水平线和耗能元件之间。 不论主电路还是辅助电路，各元件一般应按动作顺序从上到下，从左到右依次排列，电路可以水平布置也可以垂直布置。,在电气原理图中，所有电器元件的图形、文字符号、接线端子标记必须采用国家规定的统一标准。,一、电气

4、原理图,绘制电气原理图应遵循以下原则,采用电器元件展开图的画法。同一电器元件的各部分可以不画在一起，但需用同一文字符号标出。若有多个同一种类的电器元件，可在文字符号后加上数字序号，例如KM1、KM2。,在原理图中，有直接电联系的交叉导线连接点，要用黑圆点表示。无直接联系的交叉导线连接点不画黑圆点。,一、电气原理图,绘制电气原理图应遵循以下原则,在原理图中，所有电器按自然状态画出。所有按钮、触点均按电器没有通电或没有外力操作、触点没有动作的原始状态画出。,在原理图上将图分成若干个图区，并标明该区电路的用途和作用。在继电器、接触器线圈下方列出触点表，说明线圈和触点的从属关系。,一、电气原理图,某车

5、床的电气原理,二、电器布置图,电器布置图是表示电气设备上所有电器 元件的实际位置，为电气控制设备的安 装、维修提供必要的技术资料。电气元 件均用粗实线绘制出简单的外形轮廓， 机床的轮廓线用细实线或点划线,某车床的电器布置图,某车床的电气接线图,三、电气接线图,案例1：在工厂、生活中有很多功率较小的异步电动机，如：小型台钻、冷却泵、手电钻等的电动机，由于它们功率较小、拖动的负载较小，一般允许直接起动。对于有些电动机直接起动为方便采用开关手动控制，而某些如机床上的电动机一般由控制电路实现起动。,第二节： 三相笼型异步电动机 直接起动控制电路,第二节： 三相笼型异步电动机 直接起动控制电路,刀开关控

6、制电动机的起动时，不能用热继电器对电动机实现过载保护，只能采用熔断器实现短路保护，且电路无失压与欠压保护，对电动机的保护性能较差。同时，由于直接对主电路进行操作，安全性能也较差，操作频率低，只适合电动机容量较小、起动、换向不频繁的场合,一、手动控制的三相异步电动机直接起动,这种起动 电路只有 主起动电 路，没有 控制电路 ，所以无 法实现自 动控制,组合开关控制电动机正反转电路。组合开关由于无灭弧机构，因此，电动机的功率也不能超过5.5kW。且正反向转换时速度不能太快，以免引起过大的反接制动电流，影响电器的使用寿命,刀开关控制电动机起停电路。若为胶盖闸刀开关，由于其断流能力低，所控制的电动机功

7、率不能超过5.5kW。若采用铁壳开关控制，由于其灭弧能力较强、动作迅速，因此可用于控制28kW以下的电动机的直接起动,断路器控制电动机起停电路。断路器除具有手动操作功能外，在电路出现故障时还能通过脱扣器实现自动保护功能。可通过合理选用带脱扣器的断路器以实现对电动机的各种保护,二、接触器控制的直接起动控制电路,1电动机单向连续运行直接起动控制电路,主电路,控制 电路,起动 按钮,停止 按钮,自锁触点,通过自身动合辅助触点保证线圈继续通电的电路称为自锁电路，起自锁作用的动合辅助触点称为自锁触点,电路具有的保护环节,短路保护。主电路和控制电路分别由熔断器 FU1和FU2实现短路保护。,过载保护。由热

8、继电器FR实现对电动机的过载保护。,欠压保护 当电源电压由于某种原因而下降时，电动 机的转矩将显著下降，将使电动机无法正常 运转，甚至引起电动机堵转而烧毁。采用具 有自锁的控制线路可避免出现这种事故。因 为当电源电压低于接触器线圈额定电压的 75%左右时，接触器就会释放，自锁触点断 开，同时动合主触点也断开，使电动机断电， 起到保护作用,失压保护 电动机正常运转时，电源可能停电，当恢复供电时，如果电动机自行起动，很容易造成设备和人身事故。采用带自锁的控制线路后，断电时由于自锁触点已经打开，当恢复供电时，电动机不能自行起动，从而避免了事故的发生。 欠压和失压保护作用是按钮、接触器控制连续运行的控

9、制线路的一个重要特点,2电动机点动与连续运行控制电路,电气设备工作时常常需要进行点动调整， 如车刀与工件位置的调整，因此需要用 点动控制电路来完成。点动控制是指按 下按钮时，电动机通电起动、运行，松 开按钮电动机断电、停止 。,只有点动控制，运行时间较短，主电路不需要 接热继电器,既有点动控制又有连续控制,3电动机正反向连续运行直接起动控制电路,接触器控制的电动机可逆运行控制电路,当正反向起动按钮同时按下时，接触器KM1、 KM2将同时得电，造成主回路相间短路。因此，该电路由于可靠性很差，实际中一般不采用,将KM1、KM2正反转接触器的动断辅助触点互相串联接在对方线圈电路中，形成相互制约的关系

10、，使KM1、KM2的线圈不能同时得电。这种相互制约的关系称为互锁控制.这种由接触器（或继电器）动断辅助触点构成的互锁称为电气互锁。,将正转起动按钮和反转起动按钮的动断辅助触点串联在对方电路中，构成相互制约的关系。这种方式称为机械互锁,此电路必须先按下停止按钮SB1， 然后才能进行反向的操作。因此，此电路只能构成正-停-反的操作顺序,可实现正-停-反的控制，也可实现正-反-停的控制。但是这种直接正反转控制电路仅适用于小容量电动机且正反向转换不频繁、拖动的机械装置惯量较小的场合,互锁触点,案例2：某企业风机系统的鼓风机功率为50 kW，且该企业鼓风机较多，为限制电流，所有鼓风机都采用Y-D降压起动

11、。由于电流较大，不适合采用手动开关进行Y-D转换，而采用接触器、继电器等按时间原则进行的自动起动控制。控制M7475B型磨床的主电动机功率为25kW，由于砂轮一般是空载起动，所以也采用由控制电路实现的Y-D降压起动控制。,第三节：三相笼型异步电动机 降压起动控制电路,三相鼠笼型异步电动机的降压起动方法：,定子回路串电阻或电抗器,自耦变压器降压起动,星三角降压起动图,延边三角形降压起动,第三节：三相笼型异步电动机 降压起动控制电路,1手动切除电阻控制电路,一、定子绕组串电阻降压起动控制电路,起动电阻,切换按钮,起动按钮,该电路从起动到全 压运行都是由操作 人员掌握，很不方 便。且若由于某种 原因

12、导致KM2不能 动作时，电阻不能 被短接，电动机将 长期在低电压下运 行，严重时将烧毁 电动机。因此，应 对此电路进行改进 ，如加互锁或信号 电路,2自动切除电阻的控制电路,控制过程:,时间继电器的延时时间根据电动机起动时间的长短进行调整。对负载经常变化的电动机，若对起动时间控制要求较高时，需要经常调整时间继电器的整定值，不方便,电动机运行时，接触器KM1、KM2和时间继电器KT线圈都通电，消耗功率,二、自耦变压器降压起动控制电路,原理： 利用自耦变压器来降低加在电动机定子绕组上的起动电压。当转速上升到接近一定值时，短接自耦变压器，电动机进入全压运行。 用于电动机降压起动的自耦变压器通常有三个

13、不同的中间抽头（匝数比一般为65、73、85），使用不同的中间抽头，可以获得不同的限流效果和起动转矩等级，常用于大容量的电动机。 自耦变压器起动可分为手动控制和自动控制两种,（一）手动控制,1采用刀开关控制的自耦变压器降压起动,手动控制可以采用专用的起动器，如QJ10 系列手动自耦降压起动器控制1075KW以 内的电动机。也可以采用三极双投开关来实 现小容量电动机的控制,起动时，合上开关QS1， 将开关QS2扳至“起动”位 置，使电源加至自耦变压 器一次绕组上，而电动机 的定子绕组与自耦变压器 的抽头连接，电动机进入 降压起动阶段。电动机转 速升至一定值时，将QS2 迅速扳至“运行”位置，使

14、电动机直接与电源相接， 进入全压运行,按钮接触器控制的自耦变压器降压起动控制电路,控制过程:,电路的优点： 起动时若误按SB3，KM3线圈不会通电，避免了由于误操作造成直接起动的情况。起动完毕后，接触器KM1、KM2线圈均断电，即使KM3出现故障无法使电动机全压运行，也不会使电动机长期运行在低压下,（二）自动控制,控制过程如下,KA动合辅助触点闭合，经已经复位的KM1动断辅助触点使KM2通电。主回路中KM2动断辅助 触点首先断开，然后KM2动合主触点闭合，电动机进入全压运行,合上开关QS，按下 起动按钮SB2,KA动断辅助触点 断开，KM1断电， 电动机失电,KM1、KT线圈通电，KM1自锁触

15、点闭合；主回路中KM1主触点闭合，电动机接入自耦变压器降压起动,电动机转速上升 到一点值后，此 时时间继电器KT 结束延时, KT动 合触点延时闭合， KA通电自锁,三、星形三角形降压起动控制电路,凡是正常运行时定子绕组接成三角形接法的三相笼型感应电动机，都可采用星形三角形降压起动。 起动效果：起动电流和起动转矩只有全压起动时的1/3。,1手动控制电路,常用有QX1、QX2两个系列。手动星三角起动器不带任何保护，要与其他保护电器配合使用,按钮控制的手动星形三角形起动电路,此电路采用按钮 手动控制星形 三角形的切换， 同样存在操作不 方便，切换时间 不易掌握的缺点 可采用时间继电 器控制的自动

16、“Y-D”降压起动 控制,2自动星三角降压起动控制电路,电路 控制 过程,说明,星三角降压起动的电路简单、成本低。 起动时起动电流降低为直接起动电流动三分之一，起动转矩也降为直接起动转矩的三分之一，这种方法仅仅适合于电动机轻载或空载起动的场合,四、延边三角形降压起动控制电路,采用延边三角形起动时，每相绕组承受 的电压比三角形接线时低，又比星形接 法时高，介于两者之间，这样既不增加 起动用专用设备，实现降压起动，又可 提高起动转矩。,在电动机起动过程中将绕组接成延边三角形，起动结束后，将绕组换接成三角形进入全压运行状态。,延边三角形降压起动控制电路,案例63：起重机由于其工作性质，经常需要重载起

17、动，因此提升机构和平移机构的电动机一般采用起动转矩较大的绕线转子异步电动机，以减小起动电流而增加起动转矩。绕线转子异步电动机由于其独特的结构，一般不采取定子绕组降压起动，而在转子回路外接变阻器。因此绕线转子异步电动机的起动控制方式和笼型异步电动机有所不同。 三相绕线转子异步电动机的起动，通常有在转子绕组回路中串接起动电阻和接入频敏变阻器等方法。,第四节 三相绕线转子异步 电动机起动控制电路,一、转子回路串电阻起动控制电路,起动时，在转子回路中接入作星形连接的三相起动变阻器,起动过程中逐段切除电阻,起动结束时，可变电阻也减小到零，转子绕组被直接短接，电动机在额定状态下正常运转,一、转子回路串电阻

18、起动控制电路,三相电阻短接的方式： 有平衡短接法与不平衡短接法。 一般为平衡短接法。 根据绕线式异步电动机起动过程中转子电流 的变化及所需起动时间有电流原则与时间原 则两种控制方式。,（一）电流原则控制电路,过电流继电器；动作值相同。KA2释放电流最大，KA3次之，KA4释放电流最小,合上隔离开关QS， 按下起动按钮SB2,KM1通电并自锁，KA1通电动作。电动机全压起动。刚起动时，起动电流很大，三个电流继电器全部动作，控制电路中，KA2、KA3、KA4的动断辅助触点断开，KM2、KM3、KM4不通电，电动机转子回路串入所有电阻,随着电动机转速上升， 转子电流减少，KA2 最先释放，其动断辅

19、助触点闭合，KM2线 圈通电，主回路中， KM2主触点闭合短接 电阻R1,电流再减少时，KM3、KM4依次动作，切除电阻R2、R3起动完毕，转子回路所串电阻全部切除，电动机进入正常运行,（二）时间原则控制电路,合上隔离开关QS， 按下起动按钮SB2,KM1通电自锁， KT1线圈通电， 开始延时,KT1延时时间到， 延时动合辅助触点 闭合，KM2线圈通 电自锁,KM2主触点闭合，切除电阻R1；KM2动断辅助触点断开，使KT1线圈失电；KM2另一动合辅助触点闭合使KT2通电开始延时,当KT2延时时间到时，KM3通电自锁，其主触点短接电阻R1、R2。动断辅助触点使KT1、KM2、KT2失电；另一动合

20、辅助触点闭合使KT3通电开始延时,KT3延时结束时，KM4动作，短接转子回路串入的全部电阻，并使KT1、KM2、KT2、KM3、KT3线圈都失电。最后，电机短接所有电阻进入正常运行,二、转子回路串频敏变阻器起动控制电路,频敏变阻器的阻抗能随着转子电流的频率下降而自动下降，所以能克服串电阻分级起动过程中产生机械冲击的缺点，实现平滑起动。 转子回路串频敏变阻器常用于大容量绕线转子异步电动机的起动控制。,二、转子回路串频敏变阻器起动控制电路,KM1线圈通电需KT能正常动作、KM2动断辅助触点处于闭合状态。若发生KT、KM2触点粘连等故障，KM1将无法得电，从而避免了电动机直接起动和转子长期串接频敏变

21、阻器的不正常现象,案例4：实际生产中的机械设备常有多种速度输出的要求，如立轴圆台磨床工作台的旋转需要高低速进行磨削加工；玻璃生产线中，成品玻璃的传输根据玻璃厚度的不同采用不同的速度以提高生产效率。采用异步电动机配机械变速系统有时可以满足调速需求，但传动系统结构复杂，体积大，实际中常采用多速电动机进行大范围的调速，或者采用变频调速。但由于变频调速电路复杂、造价较高，对于中小型设备应用较多的还是多速电动机。 多速异步电动机绕组与一般异步电动机有所不同，一般采用控制电路实现对其高低速的起动及运行中的高低速转换。,第五节 三相异步电动机 调速控制电路,一、双速异步电动机定子绕组的联接,YYY,YY,变

22、极前后电动机转向相反，因此，若要使变 极后电动机保持原来转向不变，应调换电源相序,二、双速电动机控制电路,（一）手动控制方式,（二）自动控制方式,利用时间继 电器使电动 机在低速起 动后自动切 换至高速状 态,电路控制 过程,案例5：电动机自由停车的时间较长，随惯性大小而不同，而某些生产机械要求迅速、准 确地停车，如镗床、车床的主电动机需快速 停车；起重机为使重物停位准确及现场安全 要求，也必须采用快速、可靠的制动方式,制动：,机械制动和电气制动,电气制动：,在电动机转子上加一个与转向相反 的制动电磁转矩，使电动机转速迅 速下降，或稳定在另一转速,常用,第五节 三相异步电动机 制动控制电路,一

23、、三相异步电动机能耗制动控制电路,能耗制动是指电动机脱离交流电源后，立即在定子绕组的任意两相中加入一直流电源，在电动机转子上产生一制动转矩，使电动机快速停下来 。,能耗制动采用直流电源，故也称为直流制动。 按控制方式有时间原则与速度原则。,（一）按速度原则控制的电动机单向运行能耗制动控制电路,假设速度继电器的动作值调整为120r/min，释放值为100 r/min。合上开关QS，按下起动按钮SB2,SB1动合触点后闭合，使KM2线圈通电自锁。KM2主触点闭合，交流电源经整流后经限流电阻向电动机提供直流电源，在电动机转子上产生一制动转矩，使电动机转速迅速下降,KM1通电自锁，电动机起动,当转速上升至120 r/min，KV动合触点闭合，为KM2通电作准备。电动机正常运行时，KV动合触点一直保持闭合状态,停车时，按下停车按钮SB1SB1动断触点首先断开，使KM1断电接触自锁，主回路中，电动机脱离三相交流电源,当转速