电器控制线路的基本环节.ppt

本章内容,2.1 电气控制线路图及绘制原则2.2 三相笼型异步电机典型控制线路2.3 直流电机典型控制线路2.4 电气控制线路中的保护措施,本章要点电气图的分类、特点、符号及其绘制原则 电动机典型控制线路的组成与工作原理 电动机的自动控制原则及其保护措施 本章难点三相鼠笼式异步电动机典型控制线路的组成与工作原理,2.1电气控制线路图及其绘制原则,电气控制线路是用导线将电机、电器、仪表等电器元件按一定的要求和方法联系起来，并能实现某种功能的电气线路。电气控制线路是根据简明易懂的原则，采用统一规定的图形符号、文字符号和标准画法来进行绘制的。它表达了生产机械电气控制系统的结构、工作原理和技术要求，是电气控制系统安装、调试、使用、检测和维修的重要资料。,返回,2.1.1 电气控制系统图的分类,系统图框图电路图位置图接线图,电气控制系统图,1.电气系统图和框图,通常，系统图用于描述系统或成套装置，如图所示。框图用于描述分系统或设备。在国家标准GB6988.386电气制图 系统图和框图中，具体规定了绘制系统图和框图的方法，并阐述了它的用途。用符号或带注释的框，概略表示系统的组成、各组成部分相互关系及其主要特征的图样，比较集中地反映了所描述工程对象的规模。,2.电气原理图,为了便于阅读与分析控制线路，根据简单、清晰原则，采用电器元件展开的形式绘制而成的图样。包含电器元件、接线端点等，如图,3.电器位置图,位置图用来表示成套装置、设备中各个项目位置的一种图。例如，如图为某工厂电器位置图，图中详细地绘制出了电气设备中每个电器元件的相对位置，图中各电器元件的文字代号必须与相关电路图中电器元件的代号相同。,4.电气安装接线图,接线图是电气装备进行施工配线、敷线和校线工作时所应依据的图样之一。用规定的图形和符号，按各电器元件相对位置绘制的实际接线图，清楚地表示各电器元件的相对位置和它们之间的电路连接。它必须符合电器装备的电路图的要求，并清晰地表示出各个电器元件和装备的相对安装与敷设位置，以及它们之间的电连接关系。它是检修和查找故障时所需的技术文件，如图2.4所示。在国家标准GB6988.586电气制图 接线图和接线表中详细规定了编制接线图的规则。,2.1.2 电气图的图形符号和文字符号,1.图形符号 用于图样或其他文件以表示一个设备或概念的图形、标记或字符。由一般符号、符号要素、限定符号组成。(1)一般符号 用以表示一类产品或此类产品特征的一种很简单的符号。如电阻、电容的符号等。一般符号不但广义上代表各类元器件，也可以表示没有附加信息或功能的具体元件。(2)符号要素一种具有确定意义的简单图形，必须同其他图形组合以构成一个设备或概念的完整符号。如三相绕线异步电动机是由定子，转子及各自的引线等几个符号要素构成的，这些符号要求有确切的含义，但一般不能单独使用，其布置也不一定与符号所表示的设备的实际结构相一致。(3)限定符号 用以提供附加信息的一种加在其他符号上的符号。限定符号一般不能单独使用，但它可使图形符号更具多样性。如在电阻器一般符号的基础上分别加上不同的限定符号，则可得到可变电阻器，压敏电阻器，热敏电阻器等。,2.1.2 电气图的图形符号和文字符号,2.文字符号 文字符号用以标明电气设备、装置和元器件的名称、功能和特征。分为基本文字符号和辅助文字符号，用大写正体拉丁字母表示。(1)基本文字符号 基本文字符号分为单字母和双字母符号两种。单字母符号是按拉丁字母将各类电气设备、装置和元器件划分为23大类，每一大类用一个专用单字母符号表示。如“C”表示电容器类，“R”表示电阻器类等。双字母符号是由一个表示种类的单字母和另一个字母组成。如“R”表示电阻器，“RP”表示电位器，“RT”表示热敏电位器等。(2)辅助文字符号 辅助文字符号用以表示电气设备、装置和元器件以及线路的功能、状态和特征的。通常是由英文单词的头一两个字母构成。如“L”表示限制，“RD”表示红色，“YB”表示电磁制动器等。,2.1.2 电气图的图形符号和文字符号,3.线路和三相电气设备端子标记 线路采用字母、数字、符号及其组合来标记。三相交流电源采用L1、L2、L3标记，中性线采用N标记；电源开关后的三相交流电源主电路采用U、V、W标记；分级三相交流电源主电路采用三相文字符号U、V、W前加上阿拉伯数字1、2、3等来标记，如1U、1V、1W、2U等；各电动机分支电路节点标记，采用三相文字符号后面加数字来表示。个位表示电动机代号，十位表示支路各接点代号，在垂直绘制的电路中，标号顺序一般由上而下编号。如U11表示M1电动机第一个节点，U21表示M1电动机第二个节点，U31表示M1电动机第三个节点等。电动机绕组首端分别用U、V、W标记，尾端分别用U、V、W标记，双绕组的中点用U、V、W标记。控制电路采用阿拉伯数字，由三位或三位以下数字组成。标记方法按“等电位”原则进行。,2.1.3 电气原理图的绘制规则,1.电气原理图的绘制原则 绘制电气原理图，是为了便于阅读和分析线路。它是采用简单清晰的原则，根据电气控制线路的工作原理来绘制的。它包括所有电气元件的导电部件和接线端点，但并不按照电气元件的实际位置来绘制，也不反映电气元件的大小。电气原理图一般分为主电路和辅助电路两个部分。主电路从电源到电动机，是大电流通过的路径。辅助电路包括控制电路、照明电路、信号电路及保护电路等，由继电器和接触器的线圈、继电器的触点、接触器的辅助触点、按钮、照明灯、信号灯、控制变压器等电器元件组成。,2.1.3 电气原理图的绘制规则,绘制电气原理图应遵循以下原则：(1)电气控制系统内的全部电机、电器和其他带电部件，都应采用国家统一规定的图形、文字符号在原理图中表示出来。(2)一般主电路用粗实线绘制在图面的左侧或上方，辅助电路用细实线绘制 在图面的右侧或下方。无论是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。(3)原理图中的电器位置应便于阅读。同一电气元件的各个部件可以不画在一起。但必须采用同一文字符号标明。(4)图中元件、器件和设备的可动部分按没有通电和没有外力作用时的自然状态画出。例如，继电器、接触器的触点，按吸引线圈不通电状态画，控制器按手柄处于零位时的状态画，按钮、行程开关触点按不受外力作用时的状态画。(5)原理图可水平布置、也可垂直布置。图面上应尽量减少线条、避免交叉。有电的联系的交叉点要用实心圆点表示；可拆卸或测试点用空心圆点表示；无直接电联系的交叉点则不画圆点。(6)对与电气控制有关的机、液、气等装置，应用符号绘出简图以表示其关系。,2.1.3 电气原理图的绘制规则,2.图幅分区及符号位置索引 为了便于检索电气线路，方便阅读、分析电气原理图，避免遗漏，往往需要将图面划分为若干区域。图幅分区的方法是：在图的边框处，竖边方向用大写拉丁字母，横边方向用阿拉伯数字，编号从左上角开始，如图2.2所示。分区后，相当于建立了一个坐标，项目和连接线的位置可表示如下：对水平布置的电路，一般用行（拉丁字母）表示；对垂直布置的电路，一般用列（阿拉伯数字）表示；复杂的电路才采用区的代号表示，字母在左，数字在右。在图的上方一般还设有用途栏，用文字注明该栏对应的下面电路或元件的功能，以利于理解全电路的工作原理。由于接触器、继电器的线圈和触点在电气原理图中不是画在一起。为了便于阅读，在接触器、继电器线圈的下方画出其触点的索引表，阅读时可以通过索引方便地在相应的图区找到其触点。,2.1.3 电气原理图的绘制规则,3.电气原理图中技术数据的标注电器元件的型号和参数，一般用小字体注在电器代号下面。如电动机的数据标注，上行表示额定功率、下行表示额定转速。,2.2 三相鼠笼式异步电动机的典型控制线路,三相鼠笼式异步电动机具有结构简单、价格便宜、坚固耐用、维修方便等一系列优点，在生产实际中获得了广泛的应用，在电力拖动设备中的占有量为85%左右。其控制电路一般由接触器、继电器、按钮等电器组成，本节重点介绍其典型控制线路。,返回,2.2.1 三相鼠笼式异步电动机直接起动控制线路,对于10KW以下的小容量电动机，可直接加额定电压使其起动运转，这种控制方式称为直接（全压）起动控制。1.单向点动控制线路“一按（点）就动，一松（放）就停”的电路称为点动控制电路。点动控制电路常用于调整机床，对刀操作等。因短时工作，电路中不设热继电器。如图所示为单向点动控制线路图。其中，QS为开关，FU1、FU2为主电路与控制电路的熔断器，KM为接触器SB为点动按钮，M为笼型感应电动机。,2.2.1 三相鼠笼式异步电动机直接起动控制线路,2.单向全压起动控制线路如图所示为单向全压起动控制线路图。其中，QS为刀开关，FU1、FU2为主电路与控制电路的熔断器，KM为接触器，FR为热继电器，SB1、SB2分别为起动按钮与停止按钮，M为笼型感应电动机。（1）工作过程：合上QS 按下SB2 KM线圈吸合 KM主触点闭合电动机运转 KM辅助常开触点闭合自锁 按下SB1 KM线圈断电 主触点、辅助触点 断开 电动机停止。依靠接触器自身辅助触点而使其线圈保持通电的现象称为自锁。起自锁作用的辅助触点，则称为自锁触点。自锁另一作用是实现欠、失压保护。,2.2.1 三相鼠笼式异步电动机直接起动控制线路,（2）保护环节：短路保护。熔断器FU1、FU2分别作为主、辅电路的短路保护。过载保护。热继电器FR作电动机的过载保护。当电动机出现长期过载时，热继电器FR动作，其动断触点断开，KM线圈断电，电动机停止运转，从而实现对电动机的过载保护。欠压和失压保护。当电源电压低到一定程度或失电时，KM就会释放，其主触点断开，电动机停转。当电源恢复时，由于控制电路失去自锁，电动机不会自行起动。这种防止电动机在低压下运行和停电后恢复供电时电动机自起动的保护措施，称为欠压和失压保护。欠压保护可以避免电机在低压下运行而损坏。失压保护可防止电动机自起动运行可能造成的安全事故。,2.2.1 三相鼠笼式异步电动机直接起动控制线路,3.单向点动和连续工作控制线路生产过程中，有时不仅要求生产机械连续运行，还需要点动控制。图2.7为单向点动和连续工作控制线路。图中的控制电路既可实现点动控制，又可实现连续运行。如图（a）是在图2.6基础上增加了一个复合按钮SB3来实现点动控制的。需要点动控制时，按下点动按钮SB3，其常闭触点先断开自锁电路，常开触点后闭合，接通控制电路，KM线圈得电，主触点闭合，电动机起动运行；当松开点动按钮SB3时，KM线圈断电，主触点断开，电动机停止运行。按钮SB2、SB1实现连续控制。,2.2.1 三相鼠笼式异步电动机直接起动控制线路,3.单向点动和连续工作控制线路 生产过程中，有时不仅要求生产机械连续运行，还需要点动控制。图2.7为单向点动和连续工作控制线路。图中的控制电路既可实现点动控制，又可实现连续运行。如图（b）是在图2.6基础上增加了一个点动按钮SB3和一个中间继电器KA来实现点动控制的。需要点动控制时，按下点动按钮SB3，KM线圈得电，主触点闭合，电动机起动运行；当松开点动按钮SB3时，KM线圈断电，主触点断开，电动机停止运行。需要连续工作时，按下起动按钮SB2，KA线圈得电并自锁，其常开触点闭合，KM线圈得电，主触点闭合，电动机起动连续运行；当按下停止按钮SB1时，KA、KM线圈断电，主触点断开，电动机停止运行。,2.2.1 三相鼠笼式异步电动机直接起动控制线路,4.正反转控制线路 在实际生产中常需要电动机能做正反两方向的运转。从电机原理可知，改变电动机三相电源相序即可改变电动机旋转方向。这可由正反向接触器来实现，其线路如图所示。,2.2.1 三相鼠笼式异步电动机直接起动控制线路,图（a）所示线路中，当误操作即同时按正反向起动按钮SB2、SB3时将发生相间短路故障，因此正反向间需要有一种联锁关系。通常采用图（b）所示的接触器互锁控制线路，将其中一个接触器的常闭触点串入另一个接触器线圈电路中，则任一接触器线圈先带电后，即使按下相反方向按钮，另一个接触器也无法得电，这种联锁通常称为“互锁”，即二者存在相互制约的关系。图（b）所示线路要实现反转，必须先停止，再按反向起动按钮才行，反之亦然。所以该线路又称为“正停反”控制。图（c）所示的按钮、接触器双重互锁控制线路可以实现不按停止按钮，直接按反向起动按钮就能使电动机反转，所以该线路又称为“正停反”控制。实际中，往往还采用带机械互锁的可逆接触器，进一步保证两接触器不能同时得电，提高线路的可靠性。,2.2.1 三相鼠笼式异步电动机直接起动控制线路,5.自动往返控制线路在实际生产中，常常要求生产机械的运动部件能实现自动往返。因为有行程限制，所以常用行程开关做控制元件来控制电动机的正反转。如图利用行程开关SQ1、SQ2来实现工作台自动往返运动的工作示意图。,下图是自动往返行程控制线路（主电路同图2.8），KM1、KM2分别为电动机正、反转接触器。起动时，按下正转按钮SB2，正转接触器KM1线圈通电并自锁，电动机正转，工作台前进。当运行到A点时，机械挡铁使SQ1动作，其动断触点断开，切断KM1线圈支路，电动机停机。其动合触点闭合，接通反转接触器KM2线圈支路，KM2线圈通电并自锁，电动机反转，工作台后退。SQ1复位为下次工作做准备，工作台运行至B点时，机械档铁使SQ2动作，其动断触点断开，切断KM2线圈支路，电动机停机。其动合触点闭合，接通正转接触器KM1线圈支路，电动机正转，工作台又开始前进。SQ2复位为下次工作做准备。如此循环往复，实现自动往返控制。如首先按下反转按钮SB3，工作原理一样。按下停止按钮SB1，电动机停机，工作台停止运动。,2.2.1 三相鼠笼式异步电动机直接起动控制线路,6.多地控制线路有些生产设备，为了操作方便等原因，常要在不同地点进行操作。如生产线既可由中央控制台集中控制，也可由每台设备就地控制，以方便调试检修等操作。要在多地进行控制，就应该有多组按钮，而且这多组按钮的连接原则是：常开按钮要并联，常闭按钮应串联。如图所示是实现两地控制的线路图。,2.2.1 三相鼠笼式异步电动机直接起动控制线路,7.顺序控制线路在多台电动机拖动的生产设备中，有时需要按一定的顺序控制电动机的起动和停止，即满足按顺序工作的联锁要求。例如车床主轴要有润滑时才能转动，即要求润滑油泵电动机先起动后主轴拖动电动机方可起动。如图所示为实现“顺序起动，逆序停止”的控制线路。当要求电动机M1起动后方允许M2起动时，可将控制电动机M1的接触器KM1的常开辅助触点串入控制电动机M2的接触器KM2的线圈电路中，即可实现按顺序起动的联锁要求；当要求电动机M2停止后方允许M1停止时，可将控制电动机M2的接触器KM2的常开辅助触点并联在控制电动机M1的接触器KM1的停止按钮两端，即可实现按顺序停止的联锁要求。,2.2.2 三相鼠笼式异步电动机降压起动控制线路,当电动机容量较大（大于10KW）时，通常采用降压起动方式，以减小起动电流，防止过大的电流引起电源电压的波动，影响其它设备的运行。降压起动方式有定子串电阻（或电抗）、星形三角形、自耦变压器（补偿器）、延边三角形、软起动器等多种方法。其中定子串电阻（或电抗）、延边三角形方法已基本不用，常用的降压起动方法有星形三角形和使用软起动器等。,1.定子串电阻降压起动控制线路 定子串电阻降压起动就是在起动时在电动机定子绕组中串入电阻起降压限流作用，当电动机转速达到一定值时，再将电阻切除，使电动机在额定电压下运行。通常采用时间继电器控制起动时间，并自动切除电阻。,如图就是以时间继电器控制的定子串电阻降压起动控制线路。当合上刀开关QS，按下起动按钮SB2时，KM1通电并自锁，电动机在串接电阻R的情况下起动，同时通电延时型时间断电器KT通电开始计时，当达到整定值（根据起动所需时间整定）时，其延时闭合的常开触点闭合，使KM2通电，切除串入电阻，电动机全压运行。图2.13（a）中，电动机起动结束后，KM1和KT线圈一直得电是没有必要的。图2.13（b）是其改进型，在KM1和KT线圈回路中串入KM2常闭辅助触点，组成互锁电路；同时加入自锁电路。这样当KM2通电后，其常闭辅助触点断开，使KM1及KT断电以减小能量损耗，延长其使用寿命，同时KM2自锁，线路中只有KM2得电，电动机全压运行。,2.星形三角形降压起动控制线路 正常运行时定子绕组接成三角形的三相鼠笼式异步电动机，均可采用星三角降压起动方法，以达到限制起动电流的目的。图示为星三角降压起动控制线路，当合上刀开关QS后，按下起动按钮SB2，接触器KM1，KM3及通电延时型时间继电器KT的线圈通电，并由KM1的常开辅助触点自锁。此时，主电路中电动机绕组首端U、V、W接入三相电源，未端U、V、W被短接，形成星形接法。,这时电动机每相绕组承受的电压为额定电压的，起动电流(线电流)只有三角形接法时的1/3。当电动机转速升高到一定值时，时间继电器KT延时动作，其延时断开触点断开，KM3线圈断电，其主触点断开；同时KT延时闭合触点闭合，KM2线圈通电并自锁，其常闭辅助触点（与KM3动断辅助触点形成互锁，以防止同时通电造成主电路短路）断开，使KT断电，避免时间继电器长期通电工作。其主触点闭合，将U与V、V与W、W与U连在一起形成三角形接法。此时电动机绕组承受全部额定电压，即全压运行。三相笼型异步电动机星三角降压起动具有投资少，线路简单的优点。但是起动转矩只有直接起动时的1/3。因此，它只适用于空载或轻载起动的场合。,3.自耦变压器（补偿器）降压起动控制线路 采用自耦变压器降压起动的控制线路中，是依靠自耦变压器的降压作用，来实现限制起动电流的目的。电动机起动时，定子绕组和自耦变压器的二次端相连，即定子绕组承受自耦变压器的二次电压，自耦变压器一般有65%、85%等抽头。调整抽头的位置可获得不同的起动电压，可根据需要选择。一旦起动结束，自耦变压器便被切除，这时定子绕组直接与电源电压相连，即全压运行。自耦变压器起动常采用成品的起动补偿器来实现。这种起动补偿器有手动、自动操作两种形式。,如图是采用时间继电器来实现的自动控制自耦变压器降压起动的控制线路。起动时，合上电源开关QS，按下起动按钮SB2，接触器KM1、KM2线圈通电并自锁，其主触点闭合，电动机定子串自耦变压器降压起动。同时通电延时型时间继电器KT通电延时，当电动机转速上升到一定转速时，KT延时结束，其常开延时闭合触点闭合，中间继电器K线圈通电并自锁，其常闭触点先断开，KM1、KM2和KT线圈断电释放，将自耦变压器切除，同时KM1常闭触点复位，为KM3线圈通电作准备。K常开触点后闭合，KM3线圈通电。其主触点闭合，电动机全压运行。,2.2.2 三相鼠笼式异步电动机降压起动控制线路,4.延边三角形降压起动控制线路 延边三角形降压起动是一种既不增加起动设备，又能适当增加起动转矩的一种降压起动方法，它适用于定子绕组有9个出线端的JO3系列异步电动机，如图（a）所示。起动时，把定子三相绕组的一部分接成三角形；另一部分接成星形，使整个绕组接成如图（b）所示的电路，由于该电路像一个三角形的三边延长以后的图形，所以称为延边三角形起动电路，待起动结束时，再将定子绕组接成三角形（见图（c）即全压运行。电动机定子绕组在接成延边三角形时，每相绕组承受的电压比三角形接法时低，又比星形接法高，这样，既可提高起动转矩，又可实现降压起动。,2.2.2 三相鼠笼式异步电动机降压起动控制线路,4.延边三角形降压起动控制线路 延边三角形降压起动控制线路如图所示。起动时，合上电源开关QS，按下起动按钮SB2，KM1、KM3、KT线圈同时得电并自锁，电动机连接为延边三角形降压起动。当电动机转速上升到一定转速时，KT延时结束，其常闭延时断开触点先断开，KM3线圈断电释放，其主触点断开；KT常开延时闭合触点后闭合使KM2线圈得电并自锁，KM2主触点闭合，电动机成三角形连接正常运行。同时KM2辅助常闭触点断开，切断KM3、KT线圈回路，使KM2与KM3之间形成电气互锁。,2.2.3 三相鼠笼式异步电动机制动控制线路,三相异步电动机切断电源后，由于惯性的作用，转子总要经过一段时间才能完全停下来。而有些生产机械要求迅速、准确地停车。这就要求对电动机进行强迫制动。强迫制动的方式有机械制动和电气制动两大类，机械制动常采用电磁抱闸制动等，电气制动常采用反接制动和能耗制动等。机械制动比较简单，本节主要介绍电气制动。1.反接制动控制三相交流异步电动机的反接制动是通过改变定子绕组中的电流相序，使其产生一个与转子旋转方向相反的电磁力矩来实现的。对于单方向旋转的电动机，当转速下降到零时，应迅速切断电动机电源，否则电动机将反向转动。因此，在控制线路中应有检测速度的元件。在反接制动时，电动机定子绕组流过的电流相当于全压直接起动的两倍，因此在制动过程中在定子线路中串入电阻以降低制动电流。,2.2.3 三相鼠笼式异步电动机制动控制线路,右图为三相交流异步电动机单向反接制动控制线路。合上电源开关QS，按下起动按钮SB2，接触器KM1线圈通电并自锁，电动机起动，当转速达到120r/min以上时，速度继电器KV的常开触点闭合，为制动做好准备。需要停机时，按下停止复合按钮SB1，KM1断电其主触点打开，KM2通电并自锁其主触点通过反接制动电阻R，使电动机得到反相序电源，形成反接制动。当转速下降至100r/min以下时KV的常开触点打开，切断KM2线圈支路，使电动机断电，制动过程结束。图中KM1和KM2之间有电气互锁。,2.2.3 三相鼠笼式异步电动机制动控制线路,下图为三相交流异步电动机双向反接制动控制线路。图中R既是反接制动电阻，也是起动限流电阻。KV1和KV2分别是速度继电器KV的正转和反转常开触点。合上电源开关QS，按下正转起动按钮SB2，中间继电器K3得电并自锁，其常闭触点断开，K4线圈不能得电，K3常开触点闭合，KM1线圈得电，KM1主触点闭合，电动机串电阻降压起动。当电动机转速达到一定值时，KV1闭合，K1得电自锁。这时由于K1、K3的常开触点闭合，KM3得电，KM3主触点闭合，电阻R被短接，电动机全压运行。在电动机正常运行过程中，若按停止按钮SB1，则K3、KM1、KM3的线圈先后失电，由于惯性这时KV1仍处于闭合状态，K1线圈仍处于得电状态，所以在KM1常闭触点复位后，KM2线圈便得电，其常开触点闭合，使定子绕组经电阻R获得反相序三相交流电源，对电动机进行反接制动，电动机转速迅速下降。当电动机转速低于速度继电器动作值时，速度继电器常开触点复位，K1线圈失电，KM2释放，反接制动结束。,2.2.3 三相鼠笼式异步电动机制动控制线路,2.2.3 三相鼠笼式异步电动机制动控制线路,2.能耗制动控制 为了避免较大的反接制动电流，三相交流异步电动机常采用能耗制动控制线路。能耗制动是指电动机在刚切除三相电源后，立即在定子绕组中接入直流电源产生一固定磁场，使转动着的转子切割固定磁场的磁力线产生制动力矩，使电动机的动能转换成电能并消耗在转子上的制动的方法。能耗制动按接入直流电源的控制方法，有时间原则控制和速度原则控制，相应的控制元件为时间继电器和速度继电器。（1）按时间原则控制的单向运行能耗制动线路 下图为三相交流异步电动机按时间原则控制的单向运行能耗制动线路，在电动机正常运行时，若按下停止复合按钮SB1，接触器KM1线圈断电释放，电动机脱离电源，同时KM2线圈、通电延时型时间继电器KT线圈通电并自锁，直流经KM2的主触点接入定子绕组，建立固定磁场，进入能耗制动，当KT整定值到达时，其延时断开常闭触点断开，切断KM2线圈回路，使KM2和KT释放，能耗制动结束。线路中电阻Rp用于调节直流制动电流，直流电流越大，制动力矩就越大，但电流太大会对定子绕组造成损坏，一般根据要求可调节其为电动机空载电流的35倍。,2.2.3 三相鼠笼式异步电动机制动控制线路,2.2.3 三相鼠笼式异步电动机制动控制线路,（2）按速度原则控制的可逆运行能耗制动控制线路。下图为三相交流异步电动机按速度原则控制的可逆运行能耗制动控制线路。合上电源开关QS，根据工作需要按下正转或反转起动按钮SB2或SB3，相应接触器KM1或KM2线圈得电并自锁，电动机正常运行。此时速度继电器的正转或反转触点KV1或KV2闭合，为停车接通KM3实现能耗制动作准备。停车时，按下停止按钮SB1，KM1或KM2失电，电动机定子绕组脱离三相交流电源。当SB1按到底时，KM3线圈得电并自锁，电动机定子接入直流电源进行能耗制动，电动机转速迅速下降，当转速降至100r/min时，速度继电器KV1或KV2触点断开，使KM3断电释放，能耗制动结束，以后电动机自然停车。时间原则控制的能耗制动，一般适用于负载转矩较为稳定的电动机，这时对时间继电器的延时整定值比较固定。而对于那些能够通过传动系统来实现负载变换的生产机械采用速度原则控制较为合适。,2.2.3 三相鼠笼式异步电动机制动控制线路,2.2.4 三相鼠笼式异步电动机调速控制线路,式中：p电动机极对数；f供电电源频率；s转差率。由式（）可知，通过改变电源频率f、极对数p以及转差率s都可以实现调速的目的。本节主要介绍变极调速、绕线式异步电动机转子串电阻调速等几种常见的调速控制线路。,在生产实际中，为满足不同的加工要求、保证产品的质量及效率，许多生产机械有调速的要求。根据异步电动机的原理可知，其转速公式为,（）,2.2.4 三相鼠笼式异步电动机调速控制线路,1.三相笼型异步电动机变极调速控制线路变极调速是通过改变定子绕组极数从而改变电动机同步转速达到调速的目的，由于电动机的极对数是整数，所以这种调速是有级调速，一般有双速、三速、四速之分。下图为4/2极双速异步电动机三相定子绕组接线示意图。图（a）为三角形（四极，同步转速为1500r/min，低速）与双星形（二极，同步转速为3000r/min，高速）接法；图（b）为星形（四极，同步转速为1500r/min，低速）与双星形（二极，同步转速为3000r/min，高速）接法。须注意的是改变极对数后，其相序与原来相序相反。所以，变极时必须把电动机任意两个出线端对调，从而保证变极后转动方向相同,2.2.4 三相鼠笼式异步电动机调速控制线路,1.三相笼型异步电动机变极调速控制线路 右图为4/2极双速异步电动机控制线路，合上电源开关QS后，按下低速起动按钮SB3，使得接触器KM1线圈通电并自锁，定子绕组接成如图2.22（a）所示的三角形连接，磁极数为4，电动机低速运行，若按下高速起动按钮SB2，使接触器KM2、KM3线圈通电并自锁，定子绕组接成如图2.22（a）所示的双星形连接，磁极数为2，电动机高速运行。,2.2.4 三相鼠笼式异步电动机调速控制线路,2.三相绕线式异步电动机转子串电阻调速 三相绕线式异步电动机串电阻调速方法，实际上是通过调节滑环串接在转子的电阻改变电动机机械特性的斜率（改变转差率s）来实现调速的一种方法。在负载转矩一定的情况下，串入的电阻越大，电动机机械特性越软，转速越低，如上图所示。具体控制线路如右图所示，当主令控制器SA在“0”位时，零位继电器KV线圈通电并自锁。需要低速、中速、高速运行时，分别将SA推至“1”、“2”、“3”位电动机将分别在转子串入R1和R2，R2、不串电阻状态下运行。获得低、中、高三个转速。SA在“0”位时，电动机停机。KV在线路中起失压保护作用。每次断电后再起动，都需要将SA扳回“0”位。转子串电阻起动的缺点是所串电阻要消耗掉大量电能，但由于其方法简单便于操作适用于起重机、吊车类短时工作的生产机械上。,2.2.4 三相鼠笼式异步电动机调速控制线路,3.其它调速方式（1）调压调速 所谓调压调速是指通过改变加在电动机定子上的电压来达到调节电动机转速的目的。由电动机基本原理可知，在相同转速下，电磁转矩与定子电压的平方成正比。因此，改变定子外加电压（最高为其额定电压）就可以改变电动机的机械特性，使其在相同负载转矩下，工作在不同的速度点上，实现调压调速。目前主要采用晶闸管交流调压器变压调速，通过调整晶闸管的触发角来改变调压器的输出电压，使电动机的转速随电压不同而变化。这种调速方式在调速过程中的转差功率损耗在转子里，效率较低。（2）变频调速 由式(2.2.1)可知，改变定子供电频率f即可改变电动机转速，此种方法即称为变频调速。实现变频调整的一个重要条件是要具备频率可调的电源，很长时间以来正因为缺少理想的变频电源，使得变频调速的使用受到限制。随着大功率晶闸管和晶体管等电力电子器件的迅速发展，出现了各种类型的变频调速装置且性能优越，价格便宜。使变频调速在国民经济各个领域得到广泛应用。,2.3 直流电机典型控制线路,直流电机启动控制线路直流电机正反转控制线路直流电机制动控制线路直流电机调速控制线路,返回,2.3.1 直流电机启动控制线路,起动的过程为：合上电源开关QS1和QS2，励磁绕组F1、F2通过励磁电流产生主磁场。时间继电器KT1、KT2线圈得电，则KT1、KT2延时闭合的常闭触头分断。短接起动电阻接触器KM2、KM3线圈不得电，则KM2、KM3常开触头断开，电阻R1、R2接入主电路。按下起动按钮SB1，KM1线圈得电，KM1自锁触头闭合，松开SB1；同时KM1主触头闭合，电动机串接电阻R1、R2起动；KM1常闭触头断开，使时间继电器KT1、KT2线圈失电。经过一段时间，随着转速的升高，KT1延时闭合触头首先闭合，短接起动接触器KM2线圈得电，则KM2常开主触头闭合，电阻R1被短接，起动电阻减少，随着电枢电流增大，起动转矩也增大，电动机继续加速，然后KT2动断延时闭合触头延时闭合，接触器KM3线圈通电，使KM3主触头闭合，电阻R2被短接，电动机起动完毕，进入正常运行状态。,2.3.2 直流电机正反转控制线路,由电磁转矩公式可知，欲改变电磁转矩的方向，只需改变励磁磁通方向或电枢电流方向即可。所以，改变直流电动机转向的方法有两个：（1）保持电枢绕组两端极性不变，将励磁绕组反接。（2）保持励磁绕组极性不变，将电枢绕组反接。,如图所示为直流电动机的能耗制动控制线路。要停车时，按下停止（制动）按钮SB1，接触器KM1失电释放，KM1自锁触头分断，使电动机的电枢从电源上断开，励磁绕组仍与电源接通；由于电动机继续旋转切割磁力线，并联在电枢两端的KV经自锁触头仍保持通电，KM1常闭触头闭合后，接触器KM4线圈得电，KM4常开触头闭合，电阻R4并接在电枢两端，电动机开始能耗制动，速度急剧下降。同时，电动机两端电压随着转速的减小而降低，电压继电器KV失电释放，KM4断电，电动机能耗制动结束。R4为制动电阻，应选择适当。若R4过大，制动缓慢；若R4过小，电枢电流将超过最大允许电流。,如图所示为直流电动机电枢回路串电阻调速控制线路。当电动机稳定运行时，SA的手柄处于“3”位。KM2、KM3、KM1的主触头闭合，KM1常闭主触头断开，KI2、KA常开触头闭合，电动机工作于主磁通恒定，电枢回路未串入电阻R1、R2的状态。欲使电动机低速运行，将主令开关SA的手柄扳到“1”位或“2”位，电动机就在电枢串有一段或两段电阻下运行，其转速低于主令开关处在“3”位时的转速，具体控制过程如下：SA主令开关手柄由“3”位扳到“1”位时，KM2、KM3线圈失电，则KM2、KM3常开主触头断开，电动机电枢回路串入电阻R1、R2，电动机减速运行。SA主令开关手柄由“3”位扳到“2”位时，KM1、KM2电路有电流通过。KM1、KM2主触头不动作，而KM3失电，KM3常开主触头断开。电动机电枢回路串入电阻R1，低速运行。,2.4 电气控制线路中的保护措施,电气控制系统除了能满足被控对象加工工艺的控制要求外，还必须具备当系统发生故障时的保护环节，以维护人身和设备的安全。电气控制系统中常用的保护环节有短路保护、过载保护、失压及欠压保护、弱磁保护、安全接地等。,常用的保护环节,短路保护过载保护失压及欠压保护弱磁保护安全接地,返回,2.4.1 短路保护,当电器、线路的绝缘损坏或线路故障时，都可能造成短路事故，它是最常见、最危险的故障现象。当发生短路时，很大的电流（十几至几十倍的额定电流）和电动力将使电器设备和供电线路受到严重损坏或引起火灾等严重后果，因此电气控制线路中必须设置短路保护环节，当电路发生短路故障时，短路保护环节瞬时动作，迅速、可靠地切断电源，从而使设备和线路受到保护。常用的短路保护电器有熔断器和断路器等。,2.4.2 过载保护,电动机在实际应用中经常遇到过载的情况，过载的原因很多，如负载过大或突然增加、电网电压降低、断相运行等。若电机过载不大，时间较短，只要电机绕组不超过容许的温度，这种过载是允许的。但是过载时间过长，绕组温升超过了允许值时，将会加剧绕组绝缘的老化，缩短电机的使用寿命，严重时甚至会使电机绕组烧毁。所以，电动机如果发生过载，轻则使其寿命缩短，重则使其烧毁。因此，电动机长期运行时，都需要对其进行过载保护。常用的过载保护元件有热继电器及电动机保护器。,2.4.3 过流保护,所谓过电流是指电动机或电器设备在超过其额定电流的状态下运行。过电流的原因，往往是由于不正确的启动和过大的负载转矩引起的。过电流保护广泛用于直流电动机或绕线式异步电动机。对于三相鼠笼式异步电动机，由于其短时过电流不会产生严重后果，故可不设置过电流保护。过电流一般比短路电流小，不超过额定电流的6倍，在电动机运行时产生过电流比发生短路的可能性更大，尤其是在频繁启动和正反转、重复短时工作制电动机中更是如此。过流保护常用电磁式过电流继电器来实现，在直流电动机和绕线式异步电动机控制电路中，过电流继电器也起着短路保护的作用，一般过电流的动作值为起动电流的1.2倍。虽然短路、过载和过电流保护都是电流型保护，但由于故障电流、动作值以及保护特性、保护要求和使用元件的不同，因此它们之间是不能相互替代的。,2.4.4 零压及欠压保护,实现欠压保护的电器是接触器和电磁式电压继电器。常用的失压保护电器是接触器和中间继电器。,