电气控制电路的基本规律教学课件PPT.ppt

第二章 电气控制电路的基本规律,第一节、电气控制系统图的类型及有关标准第二节、电气控制电路的基本控制环节 第三节、三相异步电动机的启动控制第四节、三相绕线异步电动机的启动控制第五节、三相异步电动机的制动控制第六节、自动往返行程控制电路第七节、电气控制系统的保护环节,第一节 电气控制系统图的类型及有关标准,电气控制系统图：根据国家电气制图标准规定的图形符号、文字符号以及规定的画法，用工程图的形式，将电气设备及电气元件按照一定的控制要求连接，表达设备电气控制系统的组成结构、工作原理及安装、调试、维修等技术要求等。,一、电气控制系统图中的图形符号和文字符号 电气控制系统图中，我国采用GB4728-84“电气图用图形符号”、GB6988-87“电气制图”和GB7159-87“电气技术中的文字符号制定通则”等新标准，在绘制电气控制系统图时必须严格遵循。,二、电气控制系统图,电气原理图,电器布置图,电气安装接线图,（一）电气原理图 用规定的图形符号，按主电路和控制电路相互分开并依据各电器元件动作顺序等原则所绘制的线路图，称为电气原理图。它包括所有电器元件的导电部件和接线端点，不表示电气元件的形状、大小和安装方式。,方法：不按电器元件实际布置绘制，而是根据电器元件在电路中所起的作用画在不同的部位上。作用：用于分析研究系统的组成和工作原理，为寻找电气故障提供帮助，同时也是编制电器布置图和电气接线图的依据。特点：结构简单，层次分明。,1绘制电气原理图的原则,主电路：设备的驱动电路，包括从电源到用电设备的电路，是强电流通过的部分。控制电路：由按钮、接触器和继电器的线圈、各种电器的常开、常闭触点等组合构成的控制逻辑电路，实现所需要的控制功能，是弱电流通过的部分。信号指示电路保护电路,主电路用粗实线，控制电路和辅助的信号指示及保护电路用细实线。水平布置：电源线垂直画，其他电路水平画，控制电路中的耗能元件（如接触器的线圈）画在电路的最右端。垂直布置：电源线水平画，其他电路垂直画，控制电路的耗能元件画在电路的最下端。,电器元件不画出实际的外形图，采用电气图形符号和文字符号表示。同一电器的各个部件可画在不同的地方，用相同的文字符号标注。多个同一种类的电器元件，可在文字符号后加上数字序号加以区分。元器件的数据和型号，用小号字体标注在电器元件符号的附近，需要标注的元器件的数量比较多时，可以采用设备表的形式统一给出。,电器元件的可动部分以非激励或不工作的状态和位置的形式表示：继电器和接触器的线圈在非激励状态 断路器和隔离开关在断开位置；零位操作的手动控制开关在零位状态，不带零位的手动控制开关在图中规定的位置；机械操作开关和按钮在非工作状态或不受力状态；保护类元器件处在设备正常工作状态，特别情况加以说明。,某机床的电气控制原理图,在原理图中相应线圈的下方，给出触头的文字符号，并在其下面注明相应触头的索引代号，对未使用的触头用“”表明，有时也可采用上述省去触头的表示法。对接触器，上述表示法中各栏的含义如下：,对继电器，上述表示法各栏的含义如下：,是接触器KM1相应触头的索引。,例图中 KM1线圈下方的,（二）电器元件布置图 电器元件布置图是用来表明电气设备上所有电机、电器的实际位置，为电气控制设备的制造、安装、维修提供必要的档案资料。,某机床的电器元件布置图,电气控制柜与操作台（箱）内部布置图电气控制柜与操作台（箱）面板布置图控制柜与操作台（箱）外形轮廓用细实线绘出电器元件及设备，用粗实线绘出外形轮廓，标明实际的安装位置电器元件及设备代号与有关电路图和设备清单上所用的代号一致,（三）电气安装接线图 电气安装接线图是用规定的图形符号，按各电器元件相对位置绘制的实际接线图。安装接线图是实际接线安装的准则和依据，它清楚地表示各电器元件的相对位置和它们之间的电气连接。各电器元件的表示要与原理图一致，以便核对。同一控制柜中的各电器元件之间的连接可以直接进行，不在同一个控制柜内的各电器元件之间的导线连接，必须通过接线端子进行。,第二节 电气控制电路的基本控制环节,一、自锁控制：利用接触器本身的辅助常开触点来实现。,二、点动控制：按住按钮时电动机转动工作，手放开按钮时，电动机即停止工作，常用于生产设备的调整。与长动的主要区别是控制电器能否自锁。,控制电路(a)：按钮实现点动（SB3）和长动（SB2）；控制电路(b)：选择开关实现点动与长动切换；控制电路(c)：中间继电器实现点动的控制电路。,(a)(b)(c),三、互锁控制：一种联锁关系，强调触点之间的互相作用。又称可逆控制,由主电路可知：KM1和KM2的主触点绝对不能同时接通，否则三相电源就短路了。互锁：KM1动作后，它的辅助常闭触点就将KM2接触器的线圈通电回路断开，抑制了KM2再动作，反之也一样，KM1和KM2的两对动断触点，称做“互锁”触点。,生产机械要求具有上下、左右、前后、往返等相反方向的运动。因此要求电机能够实现正、反转。,四、联锁控制：,电动机有顺序的起动和停止，也就是说各台电机之间相互制约,接触器KM2必须在接触器KM1工作后才能工作，保证了液压泵电动机工作后主电动机才能工作的要求。,五、多点控制：,需要在两地或两地以上的地点进行控制操作，如自动电梯，每层都需要能够控制电梯上下。,控制电路(a)：起动按钮并联连接，停止按钮串联连接，分别安置在三个地方，就可实现三地操作。控制电路(b)：几个操作者都按起动按钮发出主令信号，设备才能起动，停止时则任一点都可以操作，,第三节 三相异步电机的启动控制,一、笼型异步电机的启动控制（降压启动）,三种方式：定子串电阻降压启动星-三角变换降压起动自耦变压器减压起动,1、定子串电阻降压启动,起动时，定子电路串接电阻降低绕组电压，限制起动电流；起动后，电阻短路，电动机全压下运行。不受接线方式限制，设备简单。机械设备点动调整时也常采用，减轻对电网的冲击。,主电路(a)控制电路1：KM2得电，电动机正常运行。缺点：起动后，KM1与KT一直得电，浪费电能、影响KM1和KT的寿命。,控制电路2：KM2得电，KM1和KT失电，KM2自锁，节能实现控制要求。,2、星-三角变换降压起动,4KW以上的三相异步电机正常运行时一般采用三角形接法，电动机定子三相绕组6个端子均引出。,星形启动时：绕组承受的电压为额定电压的1/1.732 启动电流为三角形接法时的1/3,主电路：KM2与KM3的主触点同时闭合，会造成电源短路，控制电路必须能够避免这种情况发生。控制电路1：时间继电器KT的延时常闭触点和延时常开触点似乎不会使KM3和KM2的线圈同时得电，但是，接触器的吸合时间和释放时间的离散性使得电路的工作状态存在不确定性。,控制电路1：,控制电路1不确定性：存在电磁时间常数和机械时间常数，继电器和接触器从线圈得电或失电到触点完成动作需要时间，即吸合时间和释放时间（继电器：十几到几十ms，接触器：几十到数百ms）。假设KM2吸合时间是15ms，KM3释放时间是25ms，时间继电器KT的延时常闭触点和延时常开触点同时动作，星-三角变换时，KM3和KM2的主触点有约10ms的时间同时接通。,控制电路2：改进控制电路1，避免短路，节约电能将KM3的常闭辅助触点串联在KM2的线圈控制电路中，只有当KM3的衔铁及触点释放完毕（常闭辅助触点接通）后才允许KM2得电。将KM2的常闭辅助触点串联在KM3的线圈控制电路中，只有当KM2的衔铁及触点释放完毕（常闭辅助触点接通）后才允许KM3得电，保证电路工作可靠。起动完成后时间继电器KT已无得电的必要，将KM2的常闭辅助触点串联在KT的线圈控制电路中，KT断电，节约能源。,控制电路3（主电路也改变）,KM2断电时，电动机绕组由KM2的常闭辅助触点连接成星形起动。KM2通电后，电动机绕组由KM2常开主触点连接成三角形正常运行。辅助触点容量较小，4-13kW的电动机可采用该控制电路。考虑KM1的主触点承担分断时的大电流，KM2的辅助常闭触点只在空载或小电流的情况下断开，避免电弧的烧蚀缩短辅助触点寿命。,按下按钮SB2后电动机先进行星形起动。起动完成时，时间继电器动作，电动机进行星-三角变换、运行：第一阶段：KT延时常闭触点首先使KM1线圈失电，KM1的主触点断开，KM1的主触点分断电流，KM2常闭辅助触点无电弧。第二阶段：KM2线圈得电，主电路进行星-三角变换，当KM2两个常闭辅助触点断开，主触点及辅助常开触点吸合，变换完成。第三阶段：KM2自锁闭合使KM1线圈再次得电。第四阶段：KM1主触点再次接通三相电源时，电动机在三角形接法下全压运行。,3、自耦变压器降压启动,自耦变压器通常有2个不同的抽头（60%Un和80%Un）启动时定子绕组得到的电压是自耦变压器的二次电压启动完毕，自耦变压器便被短接，额定电压直接加于定子绕组一般用于启动较大容量的电动机,按下SB2，KM1、KT线圈同时得电并自锁，KM1主触点闭合，电动机定子绕组经自耦变压器二次侧供电开始降压起动。当KT动作，使接触器KM1线圈断电，KM1主触点断开，将自耦变压器从电网上切除；同时使接触器KM2线圈得电，电动机直接接到电网上，全压运行。,电动机经自耦变压器降压起动时，如自耦变压器的电压变比为K=U1/U21，利用自耦变压器降压起动时的电压为额定电压的1/K，电网供给的起动电流减小到1/K2，由于TU2，此时的起动转矩降为直接起动时的1/K2。所以，自耦变压器降压起动常用于空载或轻载起动。,第四节 三相绕线转子异步电动机起动控制,三相绕线转子异步电动机的转子绕组可以通过滑环串接起动电阻以达到减小起动电流、提高转子电路功率因数和起动转矩的目的。绕线转子异步电动机转子绕组可以串电阻和串频敏变阻器两种装置进行起动。这里只介绍转子串电阻起动方法。,串接在三相转子绕组中的起动电阻一般都接成星形。起动前，起动电阻全部接入，起动过程中将电阻依次短接，起动结束时，转子电阻全部被短接。短接起动电阻的方式有三相电阻不平衡短接法和三相电阻平衡短接法两种。仅介绍用接触器控制的平衡短接法起动控制。,按下SB2，KM1、KT1线圈得电，电动机转子接入三段电阻起动；当KT1延时到，KM2得电，短接电阻R1，KT2得电；当KT2延时到，KM3得电，短接电阻R2，KT3得电；当KT3延时到，KM4得电，短接电阻R3，电动机起动过程结束。,一、按时间原则控制的起动电路,二、按电流原则短接起动电阻的控制电路,按下起动按钮SB2，KM1得电，电动机起动，起动电流大，KI1、KI2、KI3同时吸合动作，KM2、KM3、KM4线圈全断电，电阻全部接入。随着转子电流减小，KI1首先释放，短接第一段转子电阻R1，再KI2释放，短接R2，如此下去，直到将转子全部电阻短接，电动机起动过程结束。,*KI1、KI2、KI3欠电流继电器，吸合电流相同，释放电流不同，KI1最大，KI2次之，KI3最小。,第五节 三相异步电动机的制动控制,当三相异步电动机脱离电源，由于惯性，转子要经过一段时间才能完全停止旋转，这不能适应某些生产机械工艺的要求，会造成运动部件停位不准、工作不安全等现象，同时也影响生产效率。因此，电动机需要进行有效的制动，使之能迅速停车。,一般采取的制动方法有两大类：机械制动和电气制动。机械制动是利用电磁抱闸等机械装置来强迫电动机迅速停车；电气制动是使电动机工作在制动状态，使电动机的电磁转矩方向与电动机的旋转方向相反，从而起制动作用。电气制动控制电路包括反接制动和能耗制动。,反接制动有两种情况：一种是倒拉反接制动，如起重机下放重物的情况；另一种是电源反接制动，这里讨论第二种情况。使用电源反接制动方法的注意事项：为防止转子降速后反向起动，当转速接近于零时应迅速切断电源；转子与突然反向的旋转磁场的相对速度接近于两倍的同步转速，为了减小冲击电流，通常在电动机主电路中串接电阻来限制反接制动电流。,一、反接制动控制电路,反接制动电阻的接线方法有对称和不对称两种接法。反接制动特点是制动迅速，效果好，冲击大，通常仅适用于10kW以下的小容量电动机。,1、电动机单向运转的反接制动控制电路,按下SB2，KM1得电，全压起动。在电动机正常运转时，速度继电器KS的常开触点闭合，为反接制动作好准备。停车时，按下停止按钮SB1，KM1断电，由于惯性，电动机的转速还很高，KS依然动作，因SB1按下，KM2得电，电动机反接制动，转速迅速下降，当速度继电器恢复，KM2断电，电动机断电，反接制动结束。,2、电动机可逆运行的反接制动控制电路,正转起动按 SB2，正转KM1得电，电动机接入正向三相交流电源运转，KS动作，正转常闭触点KS-1断开，常开触点KS-1闭合。为KM2线圈的通电做准备，但不能使KM2线圈立即通电。按停止按钮SB1，KM1断电，KM2通电，正向反接制动。由于速度继电器的常闭触点KS-1已断开，KM2线圈不自锁。当转速接近于零，正转常开KS-1断开，KM2断电，正向反接制动结束。,3、具有限流电阻的可逆反接制动控制电路,按下正转起动按钮SB2，中间继电器KA3得电并自锁，接触器KM1线圈通电，KM1的主触点闭合，定子绕组经电阻R接通正向三相电源，电动机定子绕组串电阻降压起动。当电动机转速上升到一定值时，KS的正转常开触点KS-1闭合，中间继电器KA1得电并自锁，这时KA1、KA3中间继电器的常开触点全部闭合，接触器KM3线圈得电，KM3主触点闭合，短接电阻R，定子绕组得到额定电压，进入运行。,电阻R是反接制动电阻，同时也限制起动电流,若按下停止按钮SB1，则KA3、KM1、KM3线圈断电。但此时电动机转速仍然很高，速度继电器KS的正转常开触点KS-1还处于闭合状态，中间继电器KA1线圈仍得电，所以接触器KM1常闭触点复位后，接触器KM2线圈得电，KM2常开主触点闭合，使定子绕组经电阻R获得反向的三相交流电源，电动机进行反接制动。当转速小于100rmin时，KS的正转常开触点KS-1复位，KA1断电，KM2断电，反接制动过程结束。,二、能耗制动控制电路,1、单向能耗制动控制电路,（1）时间原则控制,正常运行后，按下停止按钮 SB1，KM1断电，切断电动机电源，同时KT得电，KM2得电并自锁，直流电源则接入定子绕组，进行能耗制动。当时间继电器延时断开常闭触点KT断开时，KM2断电，直流电源被切除，同时KM2常开辅助触点复位，时间继电器KT线圈断电，能耗制动结束。,（2）速度原则控制,该电路与时间原则控制电路基本相同，控制电路中取消了时间继电器KT，而加装了速度继电器KS，用KS的常开触点代替KT延时断开的常闭触点。制动时，按下停止SB1，KM 断电，断开三相电源。此时速度仍然很高，KS的常开触点仍然闭合，KM2能够依靠SB1按钮的按下通电，定子绕组通入直流电，能耗制动。当电动机速度接近零时，KS常开触点复位，KM2断电，能耗制动结束。,2、电动机可逆运行能耗制动控制电路,按时间原则控制,正常正向运转中，按下停止按钮SB1，KM1断电，KM3和KT得电并自锁，KM3常开主触点闭合，直流电源加到定子绕组，电动机进行正向能耗制动。当转速接近零时，时间继电器延时断开的常闭触点KT断开KM3线圈电源。KM3主触点断开直流电源，KM3常开辅助触点复位，KT断电，正向能耗制动结束。,3、无变压器的单管能耗制动控制电路,对于10kW以下制动要求不高的电动机可采用。制动时，按SB1，KM1断电，KT、KM2得电，接入整流电源，经整流二极管V构成回路，电动机制动。当时间继电器的常闭触点断开，KM2断电，直流电源切除，能耗制动结束。,与反接制动相比，能耗制动具有消耗能量少、制动电流小等优点，但需要直流电源，控制电路复杂。通常能耗制动适用于电动机容量较大和起制动频繁的场合，反接制动适用于容量小而制动要求迅速的场合。,第六节、自动往返行程控制电路,右图为自动往返循环控制典型电路。,SQ1为正向转反向行程开关,SQ2为反向转正向行程开关,如此周而复始。,上述自动往返运动，运动部件每经过一个循环，电动机要进行两次制动过程，会出现较大的制动电流和机械冲击。因此，这种电路只适用于电动机容量较小、循环周期较长、电动机转轴具有足够刚性的拖动系统。另外，在选择接触器的容量时应比一般情况选择的容量大一些。,当电动机为额定电流时，电动机为额定温度，热继电器不会动作。,第七节 电气控制系统的保护环节,常用保护环节,短路保护,过载保护,零电压、欠电压保护,弱磁保护,一、短路保护,常用的短路保护元件有熔断器和自动开关。,二、过载保护,常用的过载保护元件是热继电器。,过流保护,1.过载电流较小时，热继电器要经过较长时间才动作，2.过载电流较大时，热继电器则经过较短时间就会动作。3.通常1.5倍以内过电流，如果过电流时间短的话，对电动机的影响不大，如果过电流时间长，那么用热继电器进行过载保护。作短路保护的熔断器熔体的额定电流不能大于4倍热继电器发热元件的额定电流。,三、过电流保护,直流电动机和绕线转子异步电动机控制线路中，过电流继电器也起着短路保护的作用。,过电流的动作值为起动电流的1.2倍。,四、零电压及欠电压保护,为了防止电网失电后恢复供电时电动机自行起动的保护叫做零压保护。,在电动机的运行过程中，由于电源电压过分的降低（UN的6080以下）将引起一些电器释放，造成控制系统的不正常工作，因此而设置的保护环节称为欠电压保护。,通常采用欠电压继电器或设置专门的零电压继电器来实现。,左图示意了电气控制系统的各种保护环节。短路保护熔断器FU1和FU2；过载保护:热继电器FR；过电流保护:过电流继电器KI1、KI2；零压保护:中间继电器KA；欠电压保护:欠电压继电器KV；互锁保护:KM1和KM2。,弱磁保护一般由串入电动机励磁回路的欠电流继电器来实现的。,五、弱磁和失磁保护,