第2章电气控制线路的基本原则和基本环节课件.ppt

电气控制与PLC应用（第二章）,陈建明 主 编 王亭岭 孙 标 副主编,第2章 电气控制线路的基本原则和基本环节,掌握阅读电气原理图的方法，培养读图能力并通过读图分析各种典型控制环节的工作原理，为电气控制线路的设计、安装、调试、维护打下良好基础 。,学习目标：,第2章 电气控制线路的基本原则和基本环节,教学内容： 2.1 电气控制线路的绘制 2.2 三相异步电动机的起动控制 2.3 三相异步电动机的正反转控制 2.4 三相异步电动机的调速控制 2.5 三相异步电动机的制动控制 2.6 其它典型控制环节 2.7 电气控制线路的设计方法,2.1 电气控制线路的绘制,由前一章所介绍的按钮、开关、接触器、继电器等有触头的低压控制电器所组成的控制线路，叫做电气控制线路。 电气控制通常称为继电接触器控制，其优点是电路图较直观形象，装置结构简单，价格便宜，抗干扰能力强，它可以很方便地实现简单和复杂的、集中和远距离生产过程的自动控制。 电气控制线路的表示方法有：电气原理图、电器元件布置图和电气安装接线图三种。,返回,电气控制线路图是工程技术的通用语言，为了便于交流与沟通，在电气控制线路中，各种电器元件的图形、文字符号必须符合国家的标准。 国家标准局参照国际电工委员会（IEC）颁布的有关文件，制定了我国电气设备有关国家标准，采用新的图形和文字符号及回路标号。 GB47281984电气图用图形符号 GB69881987电气制图 GB71591987电气技术中的文字符号制订通则 规定从1990年1月1日起，电气控制线路中的图形和文字符号必须符合最新的国家标准。,2.1.1 电气控制线路常用的图形、文字符号,2.1.1 电气控制线路常用的图形、文字符号,国家标准GB71591987电气技术中的文字符号制订通则规定了电气工程图中的文字符号、它分为基本文字符号和辅助文字符号。 基本文字符号有单字母符号和双字母符号。单字母符号表示电气设备、装置和元件的大类，例如K为继电器类元件这一大类；双字母符号由一个表示大类的单字母与另一个表示器件某些特性的字母组成，例如KT即表示继电器类器件中的时间继电器，KM表示继电器类器件中的接触器。 辅助文字符号用来进一步表示电气设备、装置和元件的功能、状态和特征。,2.1.2 电气原理图,电气原理图是根据工作原理而绘制的，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。在各种生产机械的电气控制中，无论在设计部门或生产现场都得到广泛的应用。1. 电路绘制 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U、V、W。如U11表示电动机的第一相的第一个接点代号，U21 （有时可将后面的“1”省略）为第一相的第二个接点代号，依此类推。 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。,返回,2.1.2 电气原理图,图2-1 电动机正反转控制原理图,2.1.2 电气原理图,绘制电气原理图应遵循以下原则： 电气控制线路根据电路通过的电流大小可分为主电路和控制电路。主电路包括从电源到电动机的电路，是强电流通过的部分，用粗线条画在原理图的左边。控制电路是通过弱电流的电路，一般由按钮、电器元件的线圈、接触器的辅助触头、继电器的触头等组成，用细线条画在原理图的右边。 电气原理图中，所有电器元件的图形、文字符号必须采用国家规定的统一标准。 采用电器元件展开图的画法。同一电器元件的各部件可以不画在一起，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，如KM1、KM2等。 所有按钮、触头均按没有外力作用和没有通电时的原始状态画出。 控制电路的分支线路，原则上按照动作先后顺序排列，两线交叉连接时的电气连接点须用黑点标出。,2.1.2 电气原理图,2. 图上元器件位置表示法 在绘制和阅读、使用电路时，往往需要确定元器件、连线等的图形符号在图上的位置。例如： 当继电器、接触器在图上采用分开表示法（线圈与触头分开）绘制时，需要采用图或表格表明各部分在图上的位置； 较长的连接线采用中断画法，或者连接线的另一端需要画到另一张图上去时，除了要在中断处标记中断标记外，还需标注另一端在图上的位置； 在供使用、维修的技术文件（如说明书）中，有时需要对某一元件或器件作注释和说明，为了找到图中相应的元器件的图形符号，也需要注明这些符号在图上的位置； 在更改电路设计时，也需要表明被更改部分在图上的位置。,2.1.2 电气原理图,电路编号法： 电路编号法特别适用于多分支电路，如继电控制和保护电路，每一编号代表一个支路。编制方法是对每个电路或分支电路按照一定顺序（自左至右或自上至下）用阿拉伯数字编号，从而确定各支路项目的位置。例如，图2-2（a）有8个电路或支路，在各支路的下方顺序标有电路编号18。图上方与电路编号对应的方框内的“电源开关”等字样表明其下方元、器件或线路功能。 继电器和接触器的触头位置采用附加图表的方式表示，图表格式如图2-2（b）所示。此图表可以画在电路图中相应线圈的下方，此时，可只标出触头的位置（电路编号）索引，也可以画在电路图上的其他地方。以图中线圈KM1下方的图表为例，第一行用图形符号表示主辅触头种类，表格中的数字表示此类触头所在的支路的编号。例如第2列中的数字“6”表示KM1的一个常开触头在第6支路内，表中的“”表示未使用的触头。有时，所附图表中的图形符号也可以省略不画。,2.1.2 电气原理图,（a）控制电路图,（b）触头位置表示,2.1.2 电气原理图,横坐标标注法： 采用横坐标标注法，线路各电器元件均按横向画法排列 ； 各电器元件线圈的右侧，由上到下标明各支路的序号1，2，并在该电器元件线圈旁标明其常开触头（标在横线上方）、常闭触头（标在横线下方）在电路中所在支路的标号，以便阅读和分析电路时查找。 例如接触器KM1常开触头在主电路有三对，控制回路2支路中有一对；常闭触头在控制电路3支路中有一对。此种表示法在机床电气控制线路中普遍采用。 电动机正反转横坐标图示法电气原理图如图2-3所示。,2.1.2 电气原理图,图2-3 电动机正反转横坐标图示法电气原理图,2.1.3 电气元件布置图,电气元件布置图主要是用来表明电气设备上所有电机、电器的实际位置，是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或集中绘制在一张图上，或将控制柜与操作台的电器元件布置图分别绘制。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，用粗实线绘制出其简单的外形轮廓。电器元件及设备代号必须与有关电路图和清单上的代号一致。,返回,2.1.4 电气安装接线图,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、连接导线最经济等原则来安排。,图2-4 笼型电动机正反转控制安装接线图,返回,2.1.4 电气安装接线图,绘制安装接线图应遵循以下原则：,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。 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。 走向相同的多根导线可用单线表示。 画连接线时，应标明导线的规格、型号、根数和穿线管的尺寸。,2.2 三相异步电动机的起动控制,三相笼型异步电动机的起动控制环节是应用最广、也是最基本的控制线路之一。不同型号、不同功率和不同负载的电动机，往往有不同的起动方法，因而控制线路也不同。三相异步电动机一般有直接起动和减压起动两种方法。,返回,2.2.1 三相笼型电动机直接起动控制,在供电变压器容量足够大时，小容量笼型电动机可直接起动。直接起动的优点是电气设备少，线路简单。缺点是起动电流大，引起供电系统电压波动，干扰其它用电设备的正常工作。1. 采用刀开关直接起动控制 图2-5为采用刀开关直接起动控制线路。 工作过程如下：合上刀开关QK，电动机M接通电源全电压直接起动。打开刀开关QK，电动机M断电停转。,2.2.1 三相笼型电动机直接起动控制,2. 采用接触器直接起动控制 点动控制: 如图2-6所示。主电路由刀开关QK、熔断器FU、交流接触器KM的主触头和笼型电动机M组成；控制电路由起动按钮SB和交流接触器线圈KM组成。 线路的工作过程如下： 起动过程：先合上刀开关QK按下起动按钮SB接触器KM线圈通电KM主触头闭合电动机M通电直接起动。 停机过程：松开SBKM线圈断电KM主触头断开M断电停转。,2.2.1 三相笼型电动机直接起动控制,连续控制: 如图2-7所示。主电路由刀开关QK、熔断器FU、接触器KM的主触头、热继电器FR的发热元件和电动机M组成，控制电路由停止按钮SB2、起动按钮SB1、接触器KM的常开辅助触头和线圈、热继电器FR的常闭触头组成。线路的工作过程如下： 起动过程：先合上刀开关QK按下起动按钮SB接触器KM线圈通电KM主触头闭合（松开SB1）电动机同电起动。 KM辅助触头闭合（自锁、实现长动）。 停机过程：松开SBKM线圈断电KM主触头和辅助常开触头断开M断电停转。,2.2.1 三相笼型电动机直接起动控制,图2-5 图2-6 点动控制线路 图2-7 连续运行控制线路 刀开关直接 起动控制线路,2.2.1 三相笼型电动机直接起动控制,既能点动又能长动控制：,图28长动与点动控制,2.2.2 三相笼型电动机减压起动控制,三相笼型电动机直接起动时，电流一般可达额定电流的47倍，过大的起动电流会减低电动机的寿命，还会引起电源电压波动，所以对于容量较大的电动机来说必须采用减压起动的方法，以限制起动电流。 减压起动虽然可以减小起动电流，但也降低了起动转矩，因此仅适用于空载或轻载起动。 三相笼型电动机的减压起动方法有定子绕组串电阻（或电抗器）起动、自耦变压器减压起动、星-三角形减压起动、延边三角形起动等。,返回,2.2.2 三相笼型电动机减压起动控制,1. 定子绕组串电阻减压起动控制 控制线路按时间原则实现控制，依靠时间继电器延时动作来控制各电器元件的先后顺序动作。控制线路如图2-9所示。 起动时，在三相定子绕组中串入电阻，从而减低了定子绕组上的电压，待起动后，再将电阻R切除，使电动机在额定电压下投入正常运行。,图2-9 定子绕组串电阻起动控制线路,2.2.2 三相笼型电动机减压起动控制,起动过程： 合上刀开关QK按下起动按钮SB1接触器KM1通电KM1主触头闭合 时间继电器KT通电（延时t秒） 定子绕组串R起动 。 KT延时闭合常开触头接触器KM2线圈通电KM2主触头闭合，短接 R 电动机M全压投入运行 KM2常闭辅助触头断开 KM1断电 KT断电,2.2.2 三相笼型电动机减压起动控制,2. 星-三角形减压起动控制 电动机绕组接成三角形时，每相绕组所承受的电压是电源的线电压（380V）；而接成星形时，每相绕组所承受的电压是电源的相电压（220V）。 对于正常运行时定子绕组接成三角形的笼型异步电动机，控制线路也是按时间原则实现控制。 起动时将电动机定子绕组联结成星形，加在电动机每相绕组上的电压为额定电压的1/ ，从而减小了起动电流。待起动后按预先整定的时间把电动机换成三角形联结，使电动机在额定电压下运行。控制线路如图2-10所示。,2.2.2 三相笼型电动机减压起动控制,图2-10 星-三角形减压起动控制线路,2.2.2 三相笼型电动机减压起动控制,起动过程： 合上刀开关QK按下起动按钮SB2接触器KM通电KM主触头闭合M通电 接触器KMY通电KMY主触头闭合， 时间继电器KT通电 （延时t秒） 定子绕组联结成星型，M减压起动 KT延时打开常闭触头KMY断电 KT延时闭合常开触头KM通电KM主触头闭合，定子绕组结成形 KM常闭辅助触头断开KT线圈断电 电动机M加以额定电压正常运行。,2.2.2 三相笼型电动机减压起动控制,3. 自耦变压器减压起动的控制 起动时电动机定子串入自耦变压器，定子绕组得到的电压为自耦变压器的二次电压，起动完毕，自耦变压器被切除，额定电压加于定子绕组，电动机以全电压投入运行。控制线路如图2-11所示。 起动过程： 合上刀开关QK 按下起动按钮SB2接触器KM1线圈通电KM1主 时间继电器KT线圈通电 触头和辅助触头闭合电动机定子串自耦变压器减压起动 (延时t秒)KT延时打开常闭触头KM1线圈断电切除自耦变压器 KT延时闭合常开触头KM2线圈通电KM2主触头闭合M全压正常运行。,2.2.2 三相笼型电动机减压起动控制,图2-11 定子串自耦变压器起动控制线路,2.2.2 三相笼型电动机减压起动控制,4. 延边三角形减压起动控制 采用延边三角形减压起动，可以兼取星形联结起动电流小，三角形联结起动转矩大的优点。 延边三角形减压起动控制线路如图2-12所示。它适用于定子绕组特别设计的电动机，这种电动机共有九个出线头。延边三角形-三角形绕组联结如图2-13所示。起动时将电动机定子绕组接 成延边三角形，在起动结束后，再换成三角形联结法，投入全电压正常运行。,2.2.2 三相笼型电动机减压起动控制,图2-12 延边三角形减压起动控制线路 图2-13 延边三角形-三角形绕组联结,2.2.2 三相笼型电动机减压起动控制,起动过程： 合上刀开关QK按下起动按钮SB2接触器KM通电KM主触头闭合 接触器KMY通电KMY主触头闭合 时间继电器KT通电 （延时t秒） 定子绕组结点1、2、3接通电源 绕组结点（4-8）、（5-9）、（6-7）联结，使电动机联结成延边三角形起动 KT延时打开常闭触头KMY断电 KT延时闭合常开触头KM通电KM主触头闭合绕组结点（1-6）、 （2-4）、（3-5）相连而联结成三角形投入运行。,2.2.3 三相绕线转子电动机的起动控制,在大、中容量电动机的重载起动时，增大起动转矩和限制起动电流两者之间的矛盾十分突出。三相绕线式电动机的优点之一，是可以在转子绕组中串接电阻或频敏变阻器进行起动，由此达到减小起动电流，提高转子电路的功率品质因数和增加起动转矩的目的。一般在要求起动转矩较高的场合，绕线式异步电动机的应用非常广泛。例如桥式起重机吊钩电动机、卷扬机等。,返回,2.2.3 三相绕线转子电动机的起动控制,1. 转子绕组串接起动电阻起动控制 串接于三相转子电路中的起动电阻，一般都联结成星形。在起动前，起动电阻全部接入电路，在起动过程中，起动电阻被逐级地短接。 转子绕组串电阻起动控制线路如图2-14所示。,该线路按照电流原则实现控制，利用电流继电器根据电动机转子电流大小的变化来控制电阻的分组切除。KA1KA3为欠电流继电器，其线圈串接于转子电路中，KA1KA3三个电流继电器的吸合电流值相同，但释放电流值不同，KA1的释放电流最大，首先释放，KA2次之，KA3的释放电流最小，最后释放。刚起动时起动电流较大，KA1KA3同时吸合动作，使全部电阻接入。随着电动机转速升高电流减小，KA1KA3依次释放，分别短接电阻，直到将转子串接的电阻全部短接。,2.2.3 三相绕线转子电动机的起动控制,起动过程： 合上开关QK按下动起动按钮SB2接触器KM通电，电动机M串入全部电阻（R1,R2,R3,）起动中间继电器KA通电，为接触器KM1KM3通电作准备随着转速的升高，起动电流逐步减小，首先KA1释放KA1常闭触头闭合KM1通电，转子电路中KM1常开触头闭合短接第一级电阻R1然后KA2释放KA2常闭触头闭合KM2通电、转子电路中KM2常开触头闭合短接第二级电阻R2KA3最后释放KA3常闭触头闭合KM3通电，转子电路中KM3常开闭合短接最后一段电阻R3，电动机起动过程结束。,图2-14 转子绕组串电阻起动控制线路,2.2.3 三相绕线转子电动机的起动控制,2. 转子绕组串接频敏变阻器起动控制 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2-15所示。,图2-15 频敏变阻器等效电路,绕组直流电阻,R为铁损等效电阻,L为等效电感,2.2.3 三相绕线转子电动机的起动控制,在起动过程中，转子电流频率是变化的。刚起动时，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 ，所以刚起动时，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，频敏变阻器的阻抗也随之减小。所以，绕线转子电动机转子串接频敏变阻器起动时，随着电动机转速的升高，变阻器阻抗也自动逐渐减小，实现了平滑的无级起动。此种起动方式在桥式起重机和空气压缩机等电气设备中获得广泛应用。,2.2.3 三相绕线转子电动机的起动控制,图2-16 转子绕组串接频敏变阻器的起动控制线路,TA为电流互感器，作用是将主电路中的大电流变换成小电流进行测量。,返回,2.3 三相异步电动机的正反转控制,在实际应用中，往往要求生产机械改变运动方向，这就要求电动机能实现正、反转。 由三相异步电动机转动原理可知，若要电动机逆向运行，只要将接于电动机定子的三相电源线中的任意两相对调一下即可，可通过两个接触器来改变电动机定子绕组的电源相序来实现。电动机正、反转控制线路如图2-17所示。 图中接触器KM1为正向接触器，控制电动机M正转；接触器KM2为反向接触器，控制电动M反转。,返回,2.3 三相异步电动机的正反转控制,图2-17 电动机正、反转控制线路 a),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。,2.3 三相异步电动机的正反转控制,图2-17 电动机正、反转控制线路 b）、c）,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,返回,2.4 三相异步电动机的调速控制,异步电动机调速常用来改善机床的调速性能和简化机械变速装置。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。 三相异步电动机的调速方法有：,改变电动机定子绕组的磁极对数 ；改变电源频率 ；改变转差率 。,返回,2.4.1 三相笼型电动机的变极调速控制,三相笼型电动机采用改变磁极对数调速，改变定子极数时，转子极数也同时改变，笼型转子本身没有固定的极数，它的极数随定子极数而定。 双速电动机三相绕组联结图如图2-18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。应注意，当三角形或星形联结时，（低速），各相绕组互为240电角度;当双星形联结时，（高速），各相绕组互为120电角度。 为保持变速前后转向不变，改变磁极对数时必须改变电源相序。,2.4.1 三相笼型电动机的变极调速控制,图2-18 双速电动机三相绕组结联图,双速电动机调速控制线路如图2-19所示。图中SC为转换开关，置于“低速”位置时，电动机联结成三角形，低速运行；SC置于“高速”位置时，电动机联结成双星形，高速运行。,2.4.1 三相笼型电动机的变极调速控制,图2-19 双速电动机调速控制线路,2.4.1 三相笼型电动机的变极调速控制,工作过程如下：,低速运行SC置于低速位置接触器KM3通电KM3主触头闭合电动机M联结成三角形，低速运行。 高速运行SC置于高速位置时间继电器KT通电接触器KM3通电电动机M先联结成三角形以低速起动(延时t秒）KT延时打开常闭触头KM3断电KT延时闭合常开触头接触器KM2通电接触器KM1通电电动机联结成双星形投入高速运行。电动机实现先低速后高速的控制，目的是限制起动电流。,2.4.2 绕线转子电动机转子串电阻的调速控制,绕线转子电动机可采用转子串电阻的方法调速。随着转子所串电阻的增大，电动机的转速降低，转差率增大，使电动机工作在不同的人为特性上，以获得不同的转速，实现调速的目的。 图2-20所示为采用凸轮控制器控制的电动机正、反转和调速的线路。在电动机M的转子电路中，串接三相不对称电阻，作起动和调速用。转子电路的电阻和定子电路相关部分与凸轮控制器的各触头连接。,返回,2.4.2 绕线转子电动机转子串电阻的调速控制,图2-20 采用凸轮控制器控制电动机正、反转和调速的线路,触头KT1KT5和转子电路串接的电阻相连接，用于短接电阻，控制电动机的起动和调速。,限位开关 SQ1、SQ2分别与触头KT11、KT12串接，起限位保护作用。,2.4.2 绕线转子电动机转子串电阻的调速控制,工作过程如下：,凸轮控制器手柄置“0”，KT10、KT11、KT12三对触头接通合上刀开关QK按下起动按钮SB2KM接触器通电KM主触头闭合把凸轮控制器手柄置正向“1”位触头KT12、KT6、KT8闭合电动机M接通电源，转子串入全部电阻（R1+R2+R3+R4）正向低速起动KT手柄位置打向正向“2”位KT12、KT6、KT8、KT5四对触头闭合电阻R1被切除，电动机转速上升。当凸轮控制器手柄从正向“2”位依次转向“3” “4” “5”位时，触头KT4KT1先后闭合，电阻R2、R3、R4被依次切除，电动机转速逐步升高，直至以额定转速运转。 当凸轮控制器手柄由“0”位扳向反向“1”位时，触头KT10、KT9、KT7闭合，电动机M电源相序改变而反向起动。手柄位置从“1”位依次扳向“5”位时，电动机转子所串电阻被依次切除，电动机转速逐步升高。过程与正转相同。,2.4.3 电磁调速异步电动机的控制,电磁调速异步电动机由异步电动机、电磁离合器、控制装置三部分组成，是通过改变电磁离合器的励磁电流实现调速的。 电磁离合器由电枢与磁极两部分组成，如图2-21所示。电枢由铸钢制成圆筒形，直接与异步电动机轴相连。磁极由铁磁材料形成爪形，并装有励磁线圈，爪形磁极的轴与生产机械相连接，励磁线圈经集电环通入直流电励磁。 电磁离合器的磁极的转速与励磁电流的大小有关。励磁电流越大，建立的磁场越强，在一定的转差率下产生的转矩越大。对于一定的负载转矩，励磁电流不同，转速也不同，因此只要改变电磁离合器的励磁电流，就可以调节转速。,返回,2.4.3 电磁调速异步电动机的控制,图2-21 电磁离合器结构图1电枢 2磁极 3线圈 4集电环,图2-22 电磁调速异步电动机的控制线路,VC是晶闸管可控整流电源，提供电磁离合器的直流励磁电流，其大小可通过电位器R进行调节。,返回,2.5 三相异步电动机的制动控制,在实际生产中，为了实现快速、准确停车，缩短时间，提高生产率，对要求停转的电动机强迫其迅速停车，必须采取制动措施。 三相异步电动机的制动方法有机械制动和电气制动两种：,机械制动是利用机械装置使电动机迅速停转。可分为断电制动和通电制动。制动时，将制动电磁铁的线圈切断或接通电源，通过机械抱闸制动电动机。 电气制动方法有反接制动、能耗制动、发电制动和电容制动等。,返回,2.5.1 三相异步电动机反接制动控制,反接制动是利用改变电动机电源相序，使定子绕组产生的旋转磁场与转子旋转方向相反，因而产生制动力矩的一种制动方法。应注意的是，当电动机转速接近零时，必须立即断开电源，否则电动机会反向旋转。 另外，由于反接制动电流较大，制动时需在定子回路中串入电阻以限制制动电流。反接制动电阻的接法有两种：对称电阻接法和不对称电阻接法，如图2-23所示。,2.5.1 三相异步电动机反接制动控制,图2-23 三相异步电动机反接制动电阻接法,a）对称电阻接法,b）不对称电阻接法,2.5.1 三相异步电动机反接制动控制,控制线路按速度原则实现控制，通常采用速度继电器。速度继电器与电动机同轴相连，在1203000r/min范围内速度继电器触头动作，当转速低于100r/min时，其触头复位。,图2-24 单向运行的三相异步电动机反接制动控制线路,2.5.1 三相异步电动机反接制动控制,图2-25为电动机可逆运行的反接制动线路。图中KSF和KSR是速度继电器KS的两组常开触头，正转时KSF闭合，反转时KSR闭合 。,图2-25 电动机可逆运行的反接制动控制线路,2.5.2 三相异步电动机能耗制动控制,三相异步电动机能耗制动时，切断定子绕组的交流电源后，在定子绕组任意两相通入直流电流，形成一固定磁场，与旋转着的转子中的感应电流相互作用产生制动力矩。制动结束必须及时切除直流电源。,图2-26 能耗制动控制线路,返回,2.5.3 三相异步电动机电容制动控制,电容制动是在切断三相异步电动机的交流电源后，在定子绕组上接入电容器，转子内剩磁切割定子绕组产生感应电流，向电容器充电，充电电流在定子绕组中形成磁场，这磁场与转子感应电流相互作用，产生与转向相反的制动力矩，使电动机迅速停转。电容制动控制线路如图2-28所示。,图2-28 电容制动控制线路,返回,2.6 其它典型控制环节,在实际生产设备的控制中除上述介绍的几种基本控制线路外，为了满足某些特殊要求和工艺需要，还有一些其他的控制环节，以实现诸如多点控制、顺序控制、循环控制及各种保护控制等。,返回,2.6.1 多地点控制,图2-29所示为三地点控制线路。把一个起动按钮和一个停止按钮组成一组，并把三组起动、停止按钮分别放置三地，即能实现三地点控制。 多地点控制的接线原则是：起动按钮应并联连接，停止按钮应串联连接。,图2-29 三地电控制线路,2.6.2 多台电动机先后顺序工作的控制,要求电动机M1起动后，电动机M2才能起动。,图2-30 两台电动机顺序起动控制线路,省去接触器KM1的常开触头，使线路得到简化,返回,2.6.2 多台电动机先后顺序工作的控制,电动机顺序控制的接线规律是：,1）要求接触器KM1动作后接触器KM2才能动作，故将接触器KM1的常开触头串接于接触器KM2的线圈电路中。2）要求接触器KM1动作后接触器KM2不能动作，故将接触器KM1的常闭辅助触头串接于接触器KM2的线圈线路中。,采用时间继电器，按时间原则顺序起动的控制线路。,图2-31 采用时间继电器实现顺序起动的控制线路,2.6.3 自动循环控制,电动机的正、反转是实现工作台自动往复循环的基本环节。自动循环控制线路如图2-32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。,图2-32 自动循环控制线路,SQ1、SQ2起往复运动控制作用SQ3、SQ4起终端限位保护作用,返回,2.6.3 自动循环控制,工作过程如下：,合上开关QK按下按钮SB2KM1通电M正转，工作台向前工作台前进到一定位置，撞块压动限位开关SQ2SQ2常闭触头断开KM1断电M停止向前 SQ2常开触头闭合KM2通电电动机M 改变电源相序而反转，工作台向后工作台向后退到一定位置，撞块压动限位开关SQ1SQ1常闭触头断开KM2断电M停止后退 SQ1常开触头闭合KM1通电电动机M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SB1KM1（或KM2）断电电动机停转。 另外，SQ3、SQ4分别为反、正向终端保护限位开关，防止限位开关SQ1和SQ2失灵时造成工作台从床身上冲出的事故。,返回,2.7 电器控制线路的设计方法,人们希望在掌握了电器控制的基本原则和基本控制环节后，不仅能分析生产机械的电器控制线路的工作原理，而且还能根据生产工艺的要求，设计电器控制线路。 电器控制线路的设计方法通常有两种：经验设计法和逻辑设计法。,返回,2.7.1 经验设计法,经验设计是根据生产机械的工艺要求和加工过程，利用各种典型的基本控制环节，加以修补、补充、完善，最后得出最佳方案。若没有典型的控制环节可采用，则按照生产机械的工艺要求逐步进行设计。 经验设计法比较简单，但必须熟悉大量的控制线路，掌握多种典型线路的设计资料，同时具有丰富的实践经验。 通常是先采用一些典型的基本环节，实现工艺基本要求，然后逐步完善其功能，并加上适当的联锁与保护环节。,返回,2.7.1 经验设计法,采用经验设计法，一般应注意以下几个问题： 1. 保护控制线路工作的安全和可靠性,1）线圈的连接。在交流控制线路中，不能串联接入两个电器线圈，如图2-33所示。即使外加电压是两个线圈额定电压之和，也是不允许的。,图2-33 不能串联接入两个电器线圈,2.7.1 经验设计法,2）电器触头的连接。同一个电器的常开触头和常闭触头位置靠得很近，不能分别接在电源的不同相上。,图2-34 电器触头的连接,2.7.1 经验设计法,3）线路中应尽量减少多个电器元件依次动作后才能接通另一个电器元件，如图所示。在图2-35a中，线圈KA3的接通要经过KA、KA1、KA2三对常开触头。若改为图2-35b，则每一线圈的通电只需经过一对常开触头，工作较可靠。,图2-35 减少多个电器元件依次通电,2.7.1 经验设计法,4）应考虑电器触头的接通和分断能力，若容量不够，可在线路中增加中间继电器，或增加线路中触头数目。增加接通能力用多触头并联连接；增加分断能力用多 触头串联连接。5）应考虑电器元件触头“竞争”问题。同一继电器的常开触头和常闭触头有“先断后合”型和“先合后断”型。,“先断后合”型：通电时常闭触头先断开，常开触头后闭合；断电时常开触头先断开，常闭触头后闭合。 “先合后断”型：通电时常开触头先闭合，常闭触头后断开；断电时常闭触头先闭合，常开触头后断开。 如果触头动作先后发生“竞争”的话，电路工作则不可靠。,2.7.1 经验设计法,2. 控制线路力求简单、经济,1）尽量减少触头的数目。尽量减少电器元件和触头的数目，所用的电器、触头越少，则越经济，出故障的机会也越少，如图2-37所示。,图2-37 减少触头数目,2.7.1 经验设计法,2）尽量减少连接导线。将电器元件触头的位置合理安排，可减少导线根数和缩短导线的长度，以简化接线，如图2-38中，起动按钮和停止按钮同放置在操作台上，而接触器放置在电气柜内。从按钮到接触器要经过较远的距离，所以必须把起动按钮和停止按钮直接连接，这样可减少连接线。,图2-38 减少连接导线,不合理,合理,2.7.1 经验设计法,3）控制线路在工作时，除必要的电器元件必须长期通电外，其余电器应尽量不长期通电，以延长电器元件的使用寿命和节约电能。,3. 防止寄生电路,控制线路在工作中出现意外接通的电路叫寄生电路。如图2-39，电动机正转时过载，则热继电器动作时会出现寄生电路，图中虚线所示，使接触器KM1不能断电，起不了保护作用。,图2-39 寄生电路,2.7.1 经验设计法,4. 应具有必要的保护环节,1）短路保护 在电器控制线路中，通常采用熔断器或断路器作短路保护。2）过流保护 过电流一般比短路电流要小。采用过电流继电器和接触器配合使用。3）过载保护 通常采用热继电器作笼型电动机的长期过载保护。4）零电压保护 零电压保护通常采用并联在起动按钮两端的接触器的自锁触头来实现。,2.7.2 逻辑设计法,逻辑设计法是利用逻辑代数这一数学工具来设计电器控制线路，同时也可以用于线路的简化。 把电器控制线路中的接触器、继电器等电器元件线圈的通电和断电、触头的闭合和断开看成是逻辑变量，通过简单的“逻辑与”、“逻辑或”、“逻辑非”等基本运算，得出其运算结果，此结果即表明电器控制线路的结果。 对逻辑函数式进行化简，然后由简化的逻辑函数式画出相应的电气原理图，最后再进一步检查、完善，以期得到既满足工艺要求，又经济合理、安全可靠的最佳设计线路。,返回,2.7.2 逻辑设计法,1. 逻辑与,图2-46 逻辑与电路,表2-4 逻辑与的真值表,2.7.2 逻辑设计法,2. 逻辑或,图2-47 逻辑或电路,表2-5 逻辑或的真值表,2.7.2 逻辑设计法,3. 逻辑非,图2-48表示与继电器常开触头 相对应的常闭触头 与接触器线圈串联的逻辑非电路。,图2-48 逻辑非电路,表2-6 逻辑非的真值表,返回,2.7.2 逻辑设计法,逻辑函数的化简可以使电器控制线路简化，可运用逻辑运算的基本公式和运算规律进行化简，表2-7列出了逻辑代数常用的基本公式和运算规律。例 :,互不定律，1,吸收定律,第二章习题与思考题,3. 分析图2-50所示线路中，哪种线路能实现电动机正常连续运行和停止，哪种不能？为什么？,图2-50 习题3,返回,第二章习题与思考题,4. 试采用按钮、刀开关、接触器和中间继电器，画出异步电动机点动、连续运行的混合控制电路。 6. 电器控制线路常用的保护环节有哪些？各采用什么电器元件？8. 在有自动控制的机床上，电动机由于过载而自动停车后，有人立即按启动按钮，但不能开车，试说明可能是什么原因？9. 试设计电器控制线路，要求：第一台电动机起动10s后，第二台电动机自动起动，运行5s后，第一台电动机停止，同时第三台电动机自动起动，运行15s后，全部电动机停止。,第二章习题与思考题,11. 简化图2-51所示控制电路。,图2-51 习题11,返回,