电气控制技术第二章.ppt

9/27/2023,第2章 继电器接触器控制系统的基本电路,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线路,2.4 三相异步电动机的制动控制线路,2.5 三相异步电动机的调速控制线路,2.6 其他典型控制线路,2.3 三相异步电动机正反转控制线路,9/27/2023,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。,2.1.1 常用电气图的图形符号和文字符号(表2.1),电气线路图,电气控制线路图表示方法：安装接线图、电气原理图电气原理图是用来表示电路各电气元件中导电部件的联接关系和工作原理的图。,2.1 电气控制的绘制,9/27/2023,绘制电气原理图的原则：,（1）图中所有的元器件都应采用国家统一规定的图形符号和文字符号。,（2）电气原理图的组成 电气原理图由主电路和辅助电路组成。,（3）在原理图中，同一个电路的不同部分分散图中，为了表示同一个元件，要在电器的不同部分使用同一文字符号,（4）所以电器的可动部分均以自然状态画出,（5）原理图中应尽可能减少线条和避免线条交叉,9/27/2023,2.1.3 阅读和分析电路图的方法,常用两种方法：查线读图法、逻辑代数方法,（1）查线读图法,1）了解生产工艺与执行电器的关系 例:车床主轴转动时，要求油泵先给齿轮箱供油润滑。,9/27/2023,图2.1 主拖动电机与润滑泵电机的联锁控制,9/27/2023,2）分析主电路首先分析电动机电路中有哪些触点、电阻等、再根据组合规律看是否正反转、是否有制动、是否有调速。,3）分析控制电路根据主电路找控制电路中相关的控制环节以及环节中的相互联系。,查线读图法的优点是直观性强，容易掌握，因而得到广泛采用。其缺点是分析复杂线路时易出错，叙述也较冗长。,9/27/2023,2.2 三相异步电动机的起动控制线路,2.2.1 鼠笼式异步电动机全压起动控制,特点结构简单、价格便宜、坚固耐用。组成控制线路继电器、接触器、按钮等；,电路的保护环节（a）短路保护熔断器；（b）过载保护热继电器；（c）欠压、失压保护接触器本身。,9/27/2023,（1）单向长动控制,图2.2 鼠笼式电机单向运行电气控制线路,9/27/2023,起动合上QS,引入三相电源。按下SB2，交流接 触器KM的吸引线圈通电，接触器主触头闭 合，电动机运转。与SB2并联的KM闭合，使 接触器吸引线圈经两条路通电。当SB2复位 时，接触器KM的线圈仍通过其触头通电，保持电动机运行。停止运转则按SB1，KM断电释放，其常开主触头 切断三相电源，电动机停止运转。松开SB1 后接触器线圈不能通过自锁触头通电，因 其已随接触器的断电而断开。,9/27/2023,概念：自锁依靠接触器（继电器）自身辅助触头而使其线圈保持通电的现象。互锁依靠两个接触器（继电器）的辅助 常闭触头起相互控制作用，即一个接通时，利用其常闭辅助触头的断开来锁住对方线圈的电路。这种利用两个接触器（继电器）的常闭触点互相控制的方法叫互锁象。,9/27/2023,欠压、失压保护的优点1、防止电压严重下降时电动机低压运行；2、避免电动机同时起动造成的电压严重降；3、防止电源电压恢复时，电动机突然起动 运转造成设备和人身事故。,9/27/2023,（2）单向点动控制,图2.3 实现点动的控制线路,9/27/2023,工作原理：点动（a）起动：QSSBKM M停止：SBKM M,工作原理：连动（b）起动：QSSB2 KAKM M点动起动：QSSB3 KM M停止：SB1KM M,9/27/2023,（2）单向点动控制,图2.3 实现点动的控制线路,9/27/2023,工作原理：点动（C）起动：QS QSB2KM M停止：SB2KM M 工作原理：连动（C）起动：QSQSB2KM M停止：SB1KM M,9/27/2023,工作原理：点动（d）起动：QSSB3KM M停止：SB3KM M 工作原理：连动（d）起动：QSSB2KM M停止：SB1KM M,9/27/2023,结论由以上分析可知：点动与连续控制的区别：主要在自锁触头上。点动：无自锁触点，点动按钮兼起停止作用。连续：必须有自锁，并另设停止按钮。两者结合构成既有点动又有连续的控制电路,9/27/2023,2.2.2 鼠笼式异步电动机降压起动控制,电动机全压起动时，起动电流可达额定电流的47倍。一般：10KW以下可直接起动，10KW以上根据以下经验公式来评估。满足公式，可直接起动，否则采用降压起动。,9/27/2023,常用的降压起动的方法：定子电路串电阻(电抗）降压起动自耦变压器减压起动Y 减压起动减压起动等,9/27/2023,（1）定子电路串电阻(电抗）降压起动 1）线路设计思想 在电动机起动过程中，常在三相定子电路中串电子或电抗来降低定子绕组上的电压，使电动机在降低了的电压下起动，以达到限制起动电流的目的。2）典型线路介绍 a、手动控制 b、自动控制,9/27/2023,图2.4 定子串电阻降压起动控制线路(a)手动控制运行线路(b)自动控制运行线路,9/27/2023,串电阻起动的优点：结构简单，成本低、动作可靠，提高了功率因数，有利于保证电网质量。缺点：起动电流随定子电压成正比下降，而起动转矩则按电压下降比例的平方倍下降。能量消耗大。仅适用中小容量电机起动。,结论：,9/27/2023,（2）自耦变压器降压起动控制线路,1）线路设计思想 在自耦变压器降压起动的控制线路中，限制电动机起动电流是依靠自耦变压器的降压作用来实现的。自耦变压器的初级和电源相接，自耦变压器的次级与电动机相连。2）典型线路介绍,9/27/2023,图2.5 定子串自耦变压器降压起动控制线路,9/27/2023,与串电阻相比优点：在获得同样起动转距的情况下，采用自耦变压器降压起动从电网获取的电流比采用电阻降压起动要小的多，对电网冲击小，功率损耗小。缺点：自耦变压器价格较贵，相对电阻结构复杂，体积庞大。适合容量大，正常运行为星形接法的电动机。,结论：,9/27/2023,（3）Y降压起动控制线路,1）线路设计思想 在起动时将电动机定子绕组接成星形，每相绕组承受的电压为电源的相电压（220V），减小了起动电流对电网的影响。而在起动后期则按预先整定的时间换接成三角形接法，每相绕组承受的电压为电源的线电压（380V），电动机进入正常运行。2）典型线路介绍,9/27/2023,9/27/2023,优点：定子绕组星形接法时，起动电流为直接采用三角形接法的1/3，因而起动电流特性好，线路简单，投资少。缺点：起动转距也相应下降为三角形接法的1/3，转距特性差。本线路适合轻载或空载起动的场合。,结论：,9/27/2023,（4）降压起动控制线路,1）线路设计思想 在电动机起动时，将电动机定子绕组一部分接成星形，另一部分接成三角形。待起动结束后，再转换成三角形接法，其转换过程仍按照时间原则来控制。,9/27/2023,2）典型线路介绍,9/27/2023,图2.8-降压起动控制线路,9/27/2023,优点：起动转距比采用Y降压起动大，并且可以在一定的范围内选择，也不需要专门的起动设备，结构简单。缺点：与自耦变压器降压起动时的最高转距相比，还存在着较大的差距，三角形接线的电动机引出线多，制造费时，在一定程度上限制了它的使用。,结论：,9/27/2023,结论：,起动转距比采用Y降压起动大，并且可以在一定范围内进行选择，也不需要专门的起动设备，结构简单。单与自耦变压器降压起动时的最高转距相比，还存在较大的差距；且引出线多，制造费时，在一定程度上限制了使用范围。,9/27/2023,2.2.3 绕线式异步电动机起动控制线路,在大、中容量电动机重载起动时，增大起动转距和限制起动电流两者之间的矛盾十分突出。利用上述的鼠笼式异步电动机降压起动，也难以解决这个问题。为此常采用绕线式异步电动机。绕线式异步电动机优点：可以在转子绕组中串接外加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因数和增加起动转距的目的,9/27/2023,绕线式异步电动机转子串接对称电阻后，其人为特性如图：,图2.9 转子串接对称电阻时的人为特性,9/27/2023,（1）线路设计思想 转子绕组串电阻后，起动时转子电流减小。但由于转子加入电阻，转子功率因数提高，只要电阻值大小选择合适，转子电流的有功分量增大，电动机的起动转距也增大，从而具有良好的起动特性。线路的设计思想，既可按时间原则组成控制线路，也可按电流原则组成控制线路。,9/27/2023,（2）典型线路介绍,图2.10 按时间原则组成的绕线式异步电动机起动控制线路,9/27/2023,9/27/2023,2.2.4 用电子式软起动器进行起动控制线路,传统异步电动机起动特点：控制电路简单，起动转距不可调，起动过程中存在较大的冲击电流，使被拖动负载受到较大的机械冲击。且易受电网电压波动的影响，一旦出现电网电压波动，会造成起动困难甚至使电机赌转。,9/27/2023,当电动机软起动结束后，K合上，运行电流将通过K送至电动机。若要求电动机软停车，一旦发出停车信号，先将K分断，然后再由软起动器对电动机进行软停车。,（1）软起动器与旁路接触器,9/27/2023,（2）单台软起动器起动多台电动机,9/27/2023,2.3 三相异步电动机的正反转控制线路,2.3.1 电动机可逆运行的手动控制线路,（1）线路设计思想 可逆运行控制线路，实质上是两个方向相反的单向运行电路的组合。为此，采用两个交流接触器分别给电动机定子送人A、B、C相序和C、B、A相序的电源。（2）典型线路介绍,9/27/2023,1）“正停反“手动控制,图2.14 电动机可逆运行控制线路(a)辅助触头作联锁(b)按钮作联锁,9/27/2023,2）“正反停”手动控制,图2.15 电动机“正-反-停”手动控制线路,9/27/2023,2.3.2 电动机可逆运行的自动控制线路,（1）线路设计思想 自动控制的电动机可逆运行电路，可按行程控制原则来设计。实质上就是利用行程开关来检测机件往返运动的位置，自动发出控制信号，进而控制电动机的正反转，使机件往复运动。,9/27/2023,（2）典型线路介绍,下图是一个刀架自动循环的控制电路，行程开关SQ1和SQ2安装在指定位置。,9/27/2023,图2.16 刀架自动循环的控制线路,9/27/2023,图2.17 自动往复循环控制线路,9/27/2023,3.4 三相异步电动机的制动控制线路,在实际生产中，为了保证工作设备的可靠性和人身安全，为了实现快速、准确停车，缩短辅助时间，提高生产效率，对要求停转的电动机采取措施，强迫其迅速停车，这叫“制动”,9/27/2023,9/27/2023,电磁机械制动,（1）电磁抱闸制动线路,设计思想：利用外加的机械作用力，使电动机迅速停止转动。由于这个外力的机械作用力，是靠电磁制动闸紧紧抱住与电动机同轴的制动轮来产生的，所以叫做电磁抱闸制动。又分为：断电电磁抱闸制动和通电电磁抱闸制动,9/27/2023,1）断电电磁抱闸制动,1是电磁铁，2是制动闸，3是制动轮，4是弹簧,这种断电抱闸制动的结构形式，在电磁铁线圈一旦断电或未通电时电动机都处于制动状态，故称为断电制动方式。,9/27/2023,2）通电电磁抱闸制动,图2.19 通电电磁抱闸制动控制线路,9/27/2023,图2.20 电磁离合器制动控制线路,（2）电磁离合器制动线路,9/27/2023,反接制动控制线路,（1）线路设计思想 利用改变电动机电源电压相序，使电动机迅速停止转动的一种电气制动方法。,（2）典型线路介绍,9/27/2023,1）单向反接制动控制线路,图2.22 电机单向反接制动控制线路,9/27/2023,图2.23 可逆运行的反接制动控制线路,2）可逆反接制动线路,9/27/2023,结论：上图可逆反接制动的缺点是：当停车检修时，检修人员认为地转动电动机转子，如果转速达到100r/m左右，KAZ或KAF的常开触点就有可能闭合，从而使KM1或KM2接通得电，电动机因短时接通而引起意外事故。下图克服了上图的缺点，在线路中间增加了一个中间继电器KA，不会因电动机转子的人为转动，导致电动机意外接通而引起事故。,9/27/2023,图2.24 可逆反接制动控制线路,9/27/2023,图2.25 定子串对称电阻可逆反接制动控制线路,9/27/2023,能耗制动控制线路,（1）线路设计思想 该线路的设计思想是在电动机脱离三相交流电源以后，立即将直流电源接入定子绕组，利用转子感应电流与静止磁场的作用产生制动转距，从而达到制动目的。（2）典型线路介绍,9/27/2023,1）单向能耗制动控制线路,按时间原则控制的单向能耗制动,图2.26 按时间原则控制的单向能耗制动控制线路,9/27/2023,图2.27 按速度原则控制的单向能耗制动控制线路,按速度原则控制的单向能耗制动控制,9/27/2023,图2.28 按时间原则控制的可逆运行能耗制动控制线路,2)可逆运行能耗制动控制,按时间原则控制的可逆能耗制动,9/27/2023,图2.29 按速度原则控制的可逆能耗制动控制线路,按速度原则控制的单向能耗制动控制,9/27/2023,结论：,能耗制动的优点：把电动机转子所储存的动能转变为电能，且又消耗在电动机转子的制动上，与反接制动相比，能量损耗少。在制动时磁场静止不动，不会产生有害的反转，停车准确，制动过程平稳。缺点：需要整流电路，制动速度较反接制动慢些。适用电动机容量较大，要求制动平稳频繁的场合。,9/27/2023,2.5 三相异步电动机的调速控制线路,2.5.1 变更极对数的调速控制线路,（1）线路设计思想,9/27/2023,（2）变更绕组极对数原理,常用的变极调速方法有两种：一种是改变定子绕组的接法，即变更定子绕组每相的电流方向；另一种是在定子上设置不同极对数的两套互相独立的绕组。以双速为例,9/27/2023,图2.30双速电动机定子绕组接线示意图(a)/YY变换(b)Y/YY变换,9/27/2023,（3）典型线路介绍 1)双速电动机控制线路,图2.31 双速电动机调速控制线路,9/27/2023,双投开关Q合向“低速”，KM3得电，电动机接成三角形，低速运转双投开关Q合向置于“空挡”，电动机停转。双投开关Q合向置于“高速”，时间继电器KT得电，其瞬动常开触点闭合，使KM3线圈得电，绕作接成三角形，电动机低速起动。经过一段时间延时，KT的常开触点延时闭合，常闭触点延时断开，使KM3失电，KM2和KM1线圈得电，定子绕组接线自动从三角形切换为双星形，电动机高速运转。,工作原理：,9/27/2023,2）三速电动机控制线路,9/27/2023,9/27/2023,工作原理：如组合开关SA的手柄扳在位置2，按下起动按钮SB2，HL1亮，KM1、KM2吸合，电动机第一套绕组D1D2D3接向电源连成三角形，呈8极，电动机低速起动。同时KT1得电。经过一段时间，D1D2D3失电，电动机第二套绕组D7D8D9接向电源，电动机呈6极。再经一段时间，D4D5D6接电源，电动机呈4极高速运转。,9/27/2023,3.6 其他的典型控制线路,3.6.1 多地点控制线路,多地点控制是指在两地或两个以上地点进行的控制操作，多用于规模较大的设备，为了操作方便常要求能在多个地点进行操作。,9/27/2023,2.6.2 顺序起停控制线路,具有多台电动机拖动的机械设备，在操作时为了保证设备的运行和工艺过程的顺利进行，对电动机的起动、停止，必须按一定顺序来控制，这就称为电动机的顺序控制。,9/27/2023,9/27/2023,图a为顺序起动、同时停车控制线路。该线路，KM1先得电吸合后，KM2才得电；按停车SB1时，KM1、KM2同时失电。,图b为顺序起动、顺序停车控制线路。该线路，KM1先得电吸合后，KM2才得电；断电时，KM1先复位、KM2后复位。,9/27/2023,9/27/2023,图c为顺序起动、逆序停车控制线路。该线路，KM1先得电吸合后，KM2才得电；断电时，先KM2后 KM1顺序复位。,9/27/2023,步进控制线路,在程序预选自动化机床以及简易顺序控制装置中，程序依次自动转换，主要依靠步进控制线路完成。,9/27/2023,多台电动机同时起、停电路,组合机床通常应用动力头对工件进行多头多面同时加工，这就要求控制电路具有对多台电动机既能实现同时起动又能实现单独调整的性能，如下图。,9/27/2023,多台电动机同时起、停电路,9/27/2023,【例】如图所示是3条皮带运输机的示意图。,9/27/2023,对于这3条皮带运输机的电气要求是：(1)起动顺序为 1 号、2 号、3 号，即顺序起动，以止货物在皮带上堆积；(2)停车顺序为 3 号、2 号、1 号，即逆序停止，以保证停车后皮带上不残存货物；(3)当 1 号或 2 号出故障停车时，3 号能随即停车，以免继续进料。试画出3条皮带运输机的电气控制线路图，并叙述其工作原理。,9/27/2023,9/27/2023,小结,本章介绍了电气图的有关国家标准，重点介绍了三相异步电动机的起动、制动、调速等基本环节的控制电路，这些都是阅读、分析、设计生产机械设备电气电路的基础，因此必须熟练掌握。,