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第二章 电器控制线路设计的基本原则,第一节 电气控制线路的绘制,第二节 电气控制线路的设计方法,第三节 设计电气控制线路的一般原则,第四节 继电接触控制系统的基本控制电路(重点),第五节 三相异步电动机的制动控制线路,第六节 三相异步电动机的调速控制线路,第七节 电器控制线路中常用的保护环节,第八节 电器控制线路设计(重点),第九节 电气控制系统分析基础,组成：由按钮、继电器、接触器等低压电器图形文字符号组成，用不同的文字符号来说明图形符号所代表的电器元件的基本名称、用途、主要特征及编号等；特点：主要表达逻辑关系，以元件安装自然状态绘制，设有标题栏，图样分区，类似机械图纸。,电气控制系统图：用符号或带注释的框，概略表示系统或分系统的基本组成、相互关系及其主要特征的一种简图。该图能表达设备的电气控制系统原理与组成，便于分析控制系统工作原理以及安装、调试、检修控制系统。常用的电气图：电气原理图电器元件布置图电气安装接线图,第一节 电气控制线路的绘制,一、电气原理图,表达电气控制系统的组成和联接关系，不考虑位置和大小，要用来分析控制系统工作原理。1、分类：主电路：强电流通过部分控制电路:控制及其它辅助信号、照明、保护电路。2、电路中所有电器元件均采用国家标准规定统一符号表示，其触头状态均按常态画出。主电路一般画在控制电路的左侧或上面，复杂的系统则分图绘制。耗能元件（线圈、指示灯等）均画在电路的最下端。图形符号应符合GB/T 4728-1985电气图用图形符号的规定。文字符号应符合GB/T 7159-1987电气设备常用基本文字符号的规定。,3、沿横坐标方向将原理图划分成若干图区，并标明该区电路的功能。继电器和接触器线圈下方的触头表用来说明线圈和触头的从属关系。,KMKM,主触头所在图区,辅助常开触头所在图区,辅助常闭触头所在图区,2 6 X2 X X 2,对未使用的触头用“X”表示。(绘制原则见教材P29),附录：电气图形符号和文字符号标准,自1990年1月1日起，所有电气文件和图纸一律使用新的国家标准。国标网网址：http:/www.gb-,图1-25 CW6132型卧式车床的电气原理图(P29),一、电气原理图,三相电机绕组：U1、V2、W3,三相交流电源：L1、L2、L3、N、PE直流：L+、L-、M，信号白线,黄绿红,二、电气元件布置图,电器元件布置图：表明电气原理图中所有电器元件、电器设备在成套设备中的实际位置信息，为电气控制设备的制造、安装提供必要的资料。,1、各电器代号应与有关电路图和电器元件清单上所用列的元器件代号相同。2、体积大的和较重的电器元件应该安装在电气安装板下面，发热元件应安装在电气安装板的上面。3、经常要维护、检修、调整的电器元件安装位置不宜过高或过低，图中不需要标注尺寸。,图1-26 CW6132型车床电器布置图,三、电气安装接线图,电气接线图：表明成套设备所有电器元件、电器设备联接方式，用以进行安装接线，为电气控制设备的安装和检修调试提供必要的资料。绘制原则：1、接线图中，各电器元件的相对位置与实际安装的相对位置一致，且所有部件都画在一个按实际尺寸以统一比例绘制的虚线框中。,2、各电器元件的接线端子都有与电气原理图中的相一致编号。3、接线图中应详细地标明配线用的导线型号、规格、标称面积及连接导线的根数。标明所穿管子的型号、规格等，并标明电源的引入点。4、安装在电气板内外的电器元件之间需通过接线端子板连线。,图1-27 CW6132型卧式车床控制板安装接线图,另：图中还标注出连接导线的型号、根数、截面积，如BVR51mm2为聚氯乙烯绝缘软电线、5根导线、导线截面积为平方毫米。,返回,第二节 电气控制线路的设计方法,二、电气控制线路设计的一般原则 充分满足生产机械和生产工艺对电气控制线路的技术、经济指标要求，操作、维修方便在满足生产要求的同时，控制线路力求简单、经济、实用，尽量选用常用的且经过实际考验过的电路；具有各种必要的保护装置和联锁环节，优选器件，保证控制线路工作安全可靠，便于操作和维修，提高产品的竞争力。,一、电气控制电路设计方法 先设计主电路，再设计控制电路、信号电路及局部照明电路等。,第二节 电气控制线路的设计方法,三、电气控制线路设计的内容和步骤1、确定电气设计的技术条件；2、选择电气传动形式和控制方案；3、确定电动机的类型、容量、转速和型号；4、设计电气控制原理图；5、选择电器器件，制定电动机和电器器件明细表；6、设计电动机、执行电磁铁、电气控制元件，及监测元件的总布置图；7、设计电气柜、操作台、器件安装板以及非标准器件专用安装零件；8、绘制装配图和接线图；9、编写设计计算说明书和使用操作说明书。,第二节 电气控制线路的设计方法,经验设计法：根据控制任务将控制系统划分为若干控制环节，参考典型控制线路进行设计。设计步骤主电路：主要考虑电动机起动、点动、正反转、制动及多速控制的要求。控制电路：满足设备和设计任务要求的各种自动、手动的电气控制电路。辅助电路：完善控制电路要求的设计，包括短路、过流、过载、零压、连锁（互锁）、限位等电路保护措施，以及信号指示、照明等电路。反复审核：根据设计原则审核电气设计原理图，有必要时可以进行模拟实验，修改和完善电路设计，直至符合设计要求。,四、两种设计手段：经验设计法和逻辑设计法电气控制设计的内容包括主电路、控制电路和辅助电路的设计。,第二节 电气控制线路的设计方法,经验设计法：根据控制任务将控制系统划分为若干控制环节，参考典型控制线路进行设计。常用的经验设计方法根据生产机械的要求，选用典型环节，将它们有机的组合起来，并加以补充修改，综合成所需的控制电路。没有典型环节，可以根据工艺要求自行设计，采用边分析边画图的方法，不断增加电器元件和控制触点，以满足给定的工作条件和要求。,经验设计的特点设计方法简单易于掌握，使用广泛。要求设计者有一定的设计经验，需要反复修改图纸，设计速度较慢。设计程序不固定，一般需要进行模拟实验。不宜获得最佳设计方案。,第二节 电气控制线路的设计方法,四、两种设计手段：经验设计法和逻辑设计法,适用：经验设计法-不太复杂而又带有自馈和交叉互馈环节的继电-接触控制线路；逻辑设计法-复杂而又重要的控制线路，作为经验设计法的辅助和补充。,逻辑设计法：利用逻辑代数设计电气控制线路。继电-接触控制线路的元件都是两态元件：“通”或“断”受激状态：“1”自然状态：“0”特点：设计出的电路较为合理、精练可靠，特别在复杂电路设计时，可以显示出逻辑设计法的设计优点。,返回,第三节 设计电气控制线路的一般原则,常开触点串联：几个条件同时具备，才使电器线圈通电动作时；常开触点并联：当在几个条件中，只要求具备其中任一条件，所控制的电器线圈就能通电；,图1-34 常开触点串联实例,图1-35 常开触点并联实例,第三节 设计电气控制线路的一般原则,图1-36 常闭触点串、并联实例（P26）,常闭触点串联：当在几个条件中，只要求具备其中任一条件，被控电器线圈就断电；常闭触点并联：当要求几个条件都具备电器线圈才断电时，可用几个常闭触点并联；保护电器动作规律：线路正常运行时，处于“通”状态；一旦线路发生故障，立即转为“断”。,第三节 设计电气控制线路的一般原则,图1-34 常开触点串联实例,图1-35 常开触点并联实例,图1-36 常闭触点串、并联实例（P26）,返回,第三节 设计电气控制线路的一般原则,1、选用典型环节2、合理设计电路必要时，可以使用逻辑代数化简电路，优化电路结构。设计电气原理图时，应根据实际情况，考虑并安排电气设备和元件的位置及实际连线，使连接导线数量最少，长度最短。,电气设计的一般规律,例如，图(a)接线不合理，从电气柜到操作台需4根导线。图(b)接线合理，从电气柜到操作台只需3根导线。,例如，同一电器的不同触点在线路中应尽可能具有公共连接线。以减少导线段数和缩短导线长度,第三节 设计电气控制线路的一般原则,1、选用典型环节2、合理设计电路必要时，可以使用逻辑代数化简电路，优化电路结构。减少控制触点，提高可靠性 例如，图a电路中，继电器线圈电流需要依次流过多个触点。图b的控制电路每一个继电器线圈电流仅流过一个触点，可靠性得到提高。,电气设计的一般规律,第三节 设计电气控制线路的一般原则,1、选用典型环节2、合理设计电路必要时，可以使用逻辑代数化简电路，优化电路结构。防止竞争现象 图a为反身自停电路，存在电气导通的竞争现象。图b为无竞争的反身自停电路。结论：继电、接触器控制电路不得用自身触点切断线圈的导电电路,电气设计的一般规律,第三节 设计电气控制线路的一般原则,3、控制电源与导线的选择 控制电源选择 交流控制电路电源有36、127、220、380V等规格，电路结构简单的可使用220V或380V电源，电路复杂，故障多发，宜选用低压电源，但须经变压器降压获得。其次，还可以根据安全照明和工作状态指示的要求，以及电磁线圈（电磁铁）的负载性质等综合考虑。变压器容量估算：STKTSXC式中：ST-变压器所需容量；SXC为电器元件的吸持功率；SXC-控制电路在最大负载时工作电器所需要的功率；KT-变压器容量的储备系数，一般取1.11.25。导线的选择 导线的选择包括导线的种类选择和导线的截面积的选择。导线有单股或多股导线，应根据导线的走线方式和美观要求进行选择。铜芯导线截面积一般可按5A/mm 2来估算。,电气设计的一般规律,返回,第四节 继电接触控制系统的基本控制电路,全压起动：将额定电压直接加到电动机的定子绕组上，使电动机起动旋转。（p10kw）降压起动：起动时减少加在定子绕组上的电压，以限制起动电流；在起动完成后再将定子电压恢复至额定值。,A、开关控制电路,由开关控制电机直接起/停，要求电机容量较小，且无法实现自动控制或失压、欠压保护（自动断路器除外）。,一、电动机控制的基本环节,环节一 点动控制线路,B、接触器控制电路,自锁（自保持）：依靠接触器自身辅助触点而使其线圈保持通电。,图1-38 实现点动的几种控制线路,环节一 点动控制线路,SA：ON 连续运行,SB3点动,SB2点动,按钮开关,控制、转换开关,C、线路的保护环节,1过载保护：FR原因：电机电流超过额定值一段时间后，绕组发热，会使绝缘材料变脆，电机寿命降低，甚至损坏。措施：串接在主电路中的热继电器的热元件在电动机过载时，受热弯曲，端部产生的位移使常闭触点断开，切断电动机的控制电路。注意：热继电器动作后不能自动复位，等双金属片冷却后，才能复位。2短路保护：FU 原因：热元件存在热惯性，电路发生短路时无法瞬时动作。措施：熔体在短路电流作用下迅速熔断。注意：为了扩大保护范围，熔断器一般直接装在刀开关下边（尽量靠近电源）。,环节一 点动控制线路,3失压、欠压保护：自锁触点（接触器）1）欠压保护 原因：当电源电压下降时，电机绕组电流上升。措施：当电源电压下降到85%UN以下，接触器的 F吸F反，衔铁释放，触点断开，电机停止。2）失压保护 原因：开关控制电路，若停电后再恢复供电，电机将会自行起动。措施：停电时，接触器触点断开，电机停止。恢复供电后，若起动按钮不被按下，则接触器线圈不会得电，触点不会闭合，电机无法自行起动。3）欠压和失（零）压保护的优点：防止电动机低压运行。避免多台电动机同时起动造成的电网电压波动。防止在电源恢复时，电动机突然起动运行而造成设备和人身事故。电器控制中：按钮 发布命令信号接触器 实现对控制对象的控制 继电器 根据控制过程中各个量的变化发出相应的控制信号。,C、线路的保护环节,环节一 点动控制线路,实现方法：对调交流电动机的任意两相电源相序。,接触器互锁正/反转控制电路(停止按SB3)正-停-反,按钮和接触器双重互锁控制电路正-反-停,一、电动机控制的基本环节,环节二 可逆运行控制线路（图 1-40）,电气互锁：利用接触器（继电器）的常闭触点串接在对方线圈回路中而形成的相互制约的控制。（工作可靠）,问题：KMl、KM2同时闭合，造成相间短路。,可逆运行控制实例：自动往返控制电路,行程控制：根据生产机械的运动部件行程的变化进行控制。钻削加工刀架的运动过程控制：刀架在位置1起动后能自动地由位置1开始移动到位置2进行钻削加工，刀架到达位置2后自动退回到位置1时停车。,刀架的自动循环,SQ1,SQ2,存在问题：若小车停在原位或终点，一送上电源，小车即开始自动运行。,进,退,？,极限开关,行程开关,图 1-52 往复行程控制线路,1,2,补充：单相电机的顺逆运行控制,220V交流单相电动机常用的起动方式：,电容运转式：起动电容，起动绕组和运行绕组始终投入工作；起动转矩不大；速率稳定，应用于电风扇，空调、洗衣机等小容量负荷。电容起动式：离心开关控制在转速70%后端口启动电容；用于水泵、农用机械等运行稳定的中等负荷上。电容运转兼起动式：用在空气压缩机，切割机，木工机床等负载大而转速不稳定的地方。,大,补充：单相电机的顺逆运行控制,220V交流单相电动机常用的正反转方式：,起动绕组和运行绕组一样的单相电动机,环节三 按顺序工作的联锁控制（P29）,顺序控制保证操作的合理和工作的安全可靠（按一定顺序工作的联锁要求）。,a图,b图,a电路：KM1的常开触点接在M2电机的控制回路中。控制特点：保证只有在M1起动后，M2才能起动。b电路：M2电机的控制电路接在KM1的常开触点之后。控制特点：保证只有在M1起动后，M2才能起动。,1,先,后,比较,实例：车床的主轴电动机 M2、油泵电动机 M1的工作顺序要求：1）油泵电动机M1起动后主轴电动机M2才允许起动。2）主轴电动机M2停止后油泵电动机M1才允许停止。,d电路：KM2的常开触点并接在SB1的两端。,结论：1）要求甲接触器动作后乙接触器才能动作，则将甲接触器的常开触点串在乙接触器的线圈电路。2）要求乙接触器停止后甲接触器才能停止，则将乙接触器的常开触点并接在甲接触器的停止按钮。,第四节 继电接触控制系统的基本控制电路,二、三相异步电动机的起动控制线路,三相异步电动机：三相绕线式、三相鼠笼式。（简介见下页）1)三相鼠笼式异步电动机优点：结构简单、坚固、价格便宜、应用广泛。缺点：不便于调速、运行性能不如绕线式使用场合：不需要调速的场合（中小型鼠笼电动机很少用于调速的场合）。2)三相绕线式异步电动机特点：便于调速（转子通过滑环串接外加电阻，减小起动电流和提高起动转矩）,起动方式：1、直接起动(全压起动)：将额定电压直接加在定子绕组上使电动机起动。优点：起动设备简单、起动转矩较大、起动时间短 缺点：起动电流大(额定电流的57倍)。过大的起动电流将会造成线路的电压下降，影响到电动机的起动转矩，增大启动过程的能量消耗，严重时，会导致电动机本身无法起动。,二、三相异步电动机的起动控制线路,三相异步电动机(感应电机，区别于同步电机)由定子和转子两个基本部分组成,它们之间由气隙分开。,定子是电动机的固定部分，用于产生旋转磁场，主要由定子铁芯、定子绕组和基座等部件组成。同步转速公式：n60f/P(n转速/分，f电源频率，P磁极对数),转子是电动机的转动部分，由转子铁芯、转子绕组和转轴等部件组成，其作用是在旋转磁场作用下获得转动力矩。转子按其结构的不同分为鼠笼式转子和绕线式转子,二、三相异步电动机的起动控制线路,鼠笼式转子用铜条安装在转子铁芯槽内，两端用端环焊接，形状像鼠笼。中小型转子一般采用铸铝方式。,绕线式转子的绕组和定子绕组相似，三相绕组连接成星形，三根端线连接到装在转轴上的三个铜滑环上，通过一组电刷与外电路相连接。,2、降压起动 起动时减小电动机定子绕组上的电压，以限制起动电流；起动结束将定子电压恢复至额定值，进入正常运行。,式中：IST 电动机全压起动的起动电流；IN 电动机额定电流。一般鼠笼型IST=47 IN，10Kw以下允许直接启动,直接起动，只能用于不频繁、电源容量较电动机容量大得多的情况。电动机直接起动的判断：,二、三相异步电动机的起动控制线路,北京市供电部门规定：容量为100kVA的变压器，只准7kW以下的电动机直接起动,A、鼠笼式异电动机的降压起动控制线路-Y-,1、Y-降压起动控制线路,二、三相异步电动机的起动控制线路,1）原理,Y:每相绕组220V,:每相绕组380V,注意：1)起动时定子绕组Y接，正常运行时定子绕组接。2)为方便接线，定子绕组的抽头排列顺序已对调如右图。,三角形与星形 接法 比例关系：启动电压（绕组电压相电压）是 3：1 启动电流（线电流）是 3：1 功率 是 3：1 启动转矩 是 3：1,2）控制电路 图 1-45,T,Y型起动 型运行SB2 KM+KMY+KT+KMY-KM+KM+KMY和KM的主触点不能同时闭合，否则主电路会发生短路。故电路中用KMY和KM常闭触点进行电气互锁。,A、鼠笼式异电动机的降压起动控制线路-Y-,二、三相异步电动机的起动控制线路,A、鼠笼式异电动机的降压起动控制线路-Y-,二、三相异步电动机的起动控制线路,3）适用场合：电动机正常工作时定子绕组必须接，轻载起动。（Y系列鼠笼型异步电动机功率为4.0kW以上者均为形接法。）4）特点：起动转矩小，仅为额定值的1/3；转矩特性差（起动转矩下降为原来的l3）。注意：起动的时间取决与负载的大小。5）对于大功率电机，星形启动的电流虽然可以降低3倍，但是在切换到三角形运行时，还会发生二次冲击电流。日本技术规定：“当功率超过55kW时，就必须加过渡电阻抑制二次冲击。,A、鼠笼式异电动机的降压起动控制线路-Y-,二、三相异步电动机的起动控制线路,星三角启动中：电流/功率/转矩 都是 3：1,二、三相异步电动机的起动控制线路,1）原理：起动时三相定子绕组串接电阻R，降低定子绕组电压，以减小起动电流。起动结束应将电阻短接。,2、定子串电阻降压起动控制线路,2）控制电路,图 1-43定子串电阻降压启动SB2 KM1+KT+KM2+KM1-KT-,3）适用场合：不受电动机接线形式的限制，设备简单，适用电动机容量不大，起动不频繁且要求平稳、低负荷启动的场合。起动电阻一般采用板式电阻或铸铁电阻，电阻功率大，能通过较大电流，但能量损耗较大。,启动电流随电压一次方关系减小，而启动转矩随电压的平方关系减小,4）特点：起动转矩小，加速平滑，但电阻损耗大。用电抗器代替电阻：价格较贵，成本较高，目前已很少使用。,A、鼠笼式异电动机的降压起动控制线路-定子串电阻,定子串电阻降压起动控制线路,定子串电阻降压起动控制线路,降压启动用电阻一般采用ZX1、ZX2系列铸铁电阻，其阻值小、功率大，可允许通过较大的电流。,A、鼠笼式异电动机的降压起动控制线路-自耦变压器,二、三相异步电动机的起动控制线路,3、串自耦变压器降压起动控制电路,1）原理：起动时，定子绕组上为自耦变压器二次侧电压；正常运行时切除自耦变压器。,2）控制电路,图1-44自耦变压器降压启动SB2 KM1+KT+KA+KM2+KM1-KT-,3）适用场合：合适带较大的负载启动。,4）特点：启动电流和启动转矩均降为直接启动时的l/k（k为自耦变压器的变比），起动转矩大（60%、80%抽头），损耗低，但设备庞大成本高，不能重载起动。,起动过程中会出现二次涌流冲击，适用于不频繁起动、容量在10100kw 的设备中。,A、鼠笼式异电动机的降压起动控制线路软启动,二、三相异步电动机的起动控制线路,4、电子软启动（Soft Starter）控制电路,1）原理：软起动器实际上是个调压器，采用三相反并联晶闸管作为调压器，控制可控硅的触发角就可以控制输出电压的大小。根据检测回路获得的电流信号，控制晶闸管的输出电压逐渐增加，实现平滑启动，降低启动电流。待电机达到额定转数时，启动过程结束，,2）控制电路,3）适用场合：要求高的场合。,4）特点：启动电压、电流、时间等可调，可选自由停车和软停车，有相序、缺相、过热、启动过程过流、运行过程过流和过载的检测及保护，其过流值和过载值可调。,软启动器,软启动器,鼠笼式异步电动机起动方法比较,二、三相异步电动机的起动控制线路,A、鼠笼式异电动机的降压起动控制线路,B、三相绕线式异步电动机起动控制线路,绕线式异步电动机：调速、起动性能好。（通过滑环在转子绕组中串接外加电阻来减小起动电流，增大起动转矩及调速性能）。实用场合：不可逆轧机、起重运输机、高炉料车卷扬等。1、按时间原则串电阻起动线路 按时间原则来控制电阻切除KM：线路接触器KMl：第一级加速接触器 KM2：第二级加速接触器KM3：第三级加速接触器,二、三相异步电动机的起动控制线路,2、按电流原则串电阻起动控制线路（略）利用电动机转子电流大小的变化来控制电阻切除 KM1：线路接触器 KM2KM4：加速接触器 KIlKI3：电流继电器 KA：中间继电器,二、三相异步电动机的起动控制线路,B、三相绕线式异步电动机起动控制线路,电流继电器KIlKI3的线圈串在电动机转子电路中，这三个继电器的吸合电流都一样，但释放电流不一样。其中KIl的释放电流最大，KI2次之，KI3最小。刚起动（起动电流很大）时：KIlKI3都吸合电动机转速升高（电流逐渐减少）后：KIl、KI2、KI3依次释放,KM2、KM3、KM4依次吸合。,图1-50转子回路串电阻启动,控制原则：取电流为变化参量，用电流 继电器作为基本控制电器。,三、参量控制线路,A、时间原则控制（见异步电机启动控制部分）,B、速度原则控制（见异步电机反接制动控制部分）,C、电流原则控制（见右图）,图1-51自动夹紧机构控制线路(P35),D、行程原则控制（见右图）,控制原则：取行程为变化参量，行程开关 是行程原则控制的基本电器。,KM1：M正转夹紧 KM2：M反转放松 SQ:压紧行程开关，夹紧态放松态常开触点：OFFON常闭触点：ONOFF,E、电液原则控制,第五节 三相异步电动机的制动控制线路,制动目的：准确、迅速停车；工作安全制动分类：机械制动：用电磁铁操纵机械机构进行制动（电磁抱闸制动、电磁离合器制动等）。电气制动：用电气的办法，使电动机产生一个与转子原转动方向相反的力矩进行制动。,机械制动：机械抱闸,电气制动：反接制动、能耗制动、回 馈制动,一、机械制动：（电磁抱闸）,1、电磁抱闸的结构：制动电磁铁、闸瓦制动器,2、机械制动控制电路 1）断电制动控制电路：特点：断电时制动闸处于“抱住”状态。适用场合：升降机械,SB2 KM+YA+松闸 起动SB1 KM-YA-抱闸 制动,第五节 三相异步电动机的制动控制线路,一、机械制动：（电磁抱闸）,2）通电制动控制电路：特点：断电时制动闸处于“松开”状态。,适用场合：加工机械 SB2 KM1+起动 SB1 KM1-KM2+YA+抱闸 制动 SB1 KM2-YA-松闸 停止,一、机械制动：（电磁抱闸）,二、电气制动,原理：制动时使电动机产生与转子原转向相反的制动转矩。1、反接制动 原理：改变电动机任意两相电源相序以产生制动转矩。特点：设备简单，制动力矩较大，冲击强烈，准确度不高。适用场合：要求制动迅速，制动不频繁（如各种机床的主轴制动）。,说明：1）反接制动时，当电动机的转速接近于零时应及时切断电源，否则电机将反转。此控制要求可由速度继电器实现。SB2 KM1+n 100 r/min KS+工作 SB1 KM1-KM2+n 100 r/minKS-KM2-自由停车 2）反接制动的电流（制动冲击力）较大，在主电路中串入限流电阻R。10kw以上电动机的定子电路中串入对称电阻或不对称电阻，称为制动电阻。以限制制动电流和减少制动冲击力。3）注意使用速度继电器触点的方向。,图1-48单向反接制动控制线路,反接制动,二、电气制动,2、单向能耗制动（时间原则）原理：制动时，切除定子绕组三相电源的同时接通直流电源，产生静止磁场，使惯性转动的转子在静止磁场的作用下产生制动转矩。特点：能耗小，需直流电源，设备费用高。（制动准确度较高，制动转矩平滑，但制动力较弱，制动转矩与转速成比例减小）适用场合：要求平稳制动，停位准确。（如铣床、龙门刨床及组合机床的主轴定位等）。,补充：KM2常开触点上方应串接KT瞬动常开触点。防止KT出故障不动作时，其通电延时常闭触点无法断开。,图1-46单向能耗制动,异步电动机能耗制动与反接制动比较,第六节 三相异步电动机的调速控制线路（略）,调速：,鼠笼式：采用多速机,绕线机：转子绕组中分级串电阻,一、多速机的调速控制线路,转速：多速电动机：双速、三速、四速 双速电机定子：一套绕组 三速、四速电机定子：二套绕组。三角形(四极、低速)与双星形(二极、高速)接法：恒功率调速，适用于金属切削机床。,星形(四极、低速)与双星形(二极、高速)接法：恒转矩调速，适用于起重机、电梯、皮带运输机。,注意：为变速前后转向不变，三相电源应换相。,一、多速机的调速控制线路,二、调速电路的选择,（1）接电次数在500次小时以下，对调速要求不高，可采用笼型电动机拖动。a)、限制起动电流：降压起动 b)、快速制动：能耗制动、反接制动。,（2）接电次数在700次小时左右，对调速无特殊要求，可采用交流绕线型异步电动机拖动。a)、提高可靠性：直流操作并以时间为变化参量分级起动。b)、可逆运转并要求迅速反向：反接制动，静阻转矩变化不大时，采用以时间为变化参量控制反接制动，否则采用以转速(电势)为变化参量控制反接制动。c)、单向运转并要求淮确停车的，一般采用能耗制动。（3）工作比较紧张，接电次数在1000次小时上下，采用由车间直流电网供电的直流复励或并励电动机拖动，以时间为变化参量分级起动。a)、准确停车，采用一级或二级能耗制动，b)、迅速反转，采用反接制动。根据需要在制动时可采用电气、机械联合制动。（4）工作特别紧张，接电次数在1200次小时以上，要求满速范围宽，调速性能好，具有挖土机特性。采用晶闸管供电电动机拖动。,第七节 电器控制线路中常用的保护环节,保护类型,电流型保护：短路保护、过电流保护、过载保护、欠电流保护、断相保护,电压型保护：失压保护、欠压保护、过电压保护,一、电流型保护,影响温升因素：电流大小、散热条件、通电时间1、短路保护（几倍到几十倍的额定电流）危害：电弧、高温绝缘损坏、强大的电动应力产生机械性损坏。保护特性：可靠、瞬动断开电源。注意：短路保护不应受起动电流的影响而动作。短路保护装置：熔断器、断路器（自动开关）1）、自动开关把测量元件和执行元件装在一起，直接切断电源。2）、熔断器的熔体本身就是测量和执行元件，直接切断电源。,绝缘材料的损坏：高温、老化、机械损伤,2、过电流保护（不超过2.5IN）保护特性：瞬动断开电源。过载流保护装置：过电流继电器 说明：过电流继电器的过电流保护通过接触器（执行元件）完成，为了能切断过电流，接触器的触点容量需加大。3、过载保护（通常1.5 IN以内）保护特性：反时限特性，指动作时限与通入电流大小的平方成反比。过载保护装置：热继电器 说明：热继电器动作后不能马上复位。热敏电阻作为测量元件的热继电器，嵌在电机的绕组或发热元件中，以便更准确地测量温升的部位。当被测部件达到指定的温度时，切断电路进行保护。4、欠电流保护（一般在直流电路中）保护特性：瞬动断开电源。欠电流保护装置：欠电流继电器5、断相保护（三角形接法）保护特性：反时限特性。断相保护装置：带断相保护的热继电器,一、电流型保护,二、电压型保护,1、失压保护 失压保护：防止电源电压消失后，电压恢复时电动机自起动的保护。自起动的危害：1）造成人身事故、设备事故。2）多台电动机自起动造成电网不允许的过电流及电压降。失压保护装置：断路器和接触器（自锁）2、欠电压保护 欠电压保护：电源电压降低到（0.60.8UN）时，切断电源。欠电压保护：防止电网电压的降低使电器释放，造成电路不正常而进行的保护。欠压保护装置：断路器和接触器（自锁）、电压继电器。电压继电器的吸合电压整定：0.80.85URT 电压继电器的释放电压整定：0.50.7URT。3、过电压保护 过电压保护：把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内，或将强大的雷电流泄流入地，保护被保护的设备或系统不受冲击而损坏。特点：为感性负载提供放电回路过压保护装置：过电压继电器、电涌保护器 Surge Protection Device,第八节 电器控制线路设计,继电-接触控制线路共同规律：通过触点的“通”和“断”控制设备动作。原则：满足电气控制要求；控制线路力求简单、经济；保证控制线路工作安全可靠。,实例1经验设计法P23设计任务书：某箱体需加工两侧平面，特设计一专用机床。加工的方法是将箱体夹紧在滑台上，两侧平面用左右动力头铣削加工，加工前滑台应快速移动到加工位置，然后改为慢速进给。滑台速度的改变是由齿轮变速机构和电磁铁来实现的。电磁铁吸合时为快进，电磁铁放松时为慢进。滑台从快速移动到慢速进给应自动变换，切削完毕要自动停车，由人工操作滑台快速退回。该专用机床共有三台异步电动机。两个动力头电动机均为4.5kW，只需单向运转；滑台电动机功率为1.1kW，需正反转。,一、主回路设计,滑台电动机的正反转分别用接触器KM1和KM2控制。左右铣头的工作情况完全一样，故用接触器KM3同时控制，接线时注意它们的转动方向。SQ3：加工位置时被压下,图1-28 主回路控制线路图,图1-29 控制回路草图,二、控制回路设计,滑台电动机应能正反转；滑台电动机正转后，动力头电动机即可启动；滑台电动机正转停车后，动力头电动机应停止。所以由KM1常开触点控制左右动力头的启、停。,KM1:正KM2:反KM3:刀 YA:快慢转换,启,停,停,启,停,滑台启动时应当快速，即KM1通电时，电磁铁YA应吸合；滑台由快变慢时，用行程开关SQ3发出信号，使电磁铁释放；滑台返回时又应快速，即KM2通电时电磁铁应吸合。,SQ3：加工位置时被压下快进：YA吸合慢进：YA放松,二、设置联锁保护环节,滑台慢速进给终止时应自动停车，滑台快速返回到原位时也应自动停车。分别用行程开关SQ1和SQ2进行行程控制。接触器KM1和KM2之间应互锁；三台电动机均应采用热继电器（FR1、FR2、FR3）进行过载保护。,原位,终位,三、修改完善线路,接触器KM1使用了三对常开辅助触点。但普通常用的CJ10系列接触器只有两对常开辅助触点。因此，必须对此线路进行修改。从线路工作条件可以看到，接触器KM1和KM3是同时吸合和释放的，这两个接触器可采用同一型号的交流接触器，其电磁线圈可并联。修改后的线路如图所示。,图 1-31第一种修改后的线路,三、修改完善线路,另一种方法，即接触器KM3线圈依然如图1-30的接法，但用接触器KM3的常开辅助触点代替中间继电器KA线圈回路串接的KM1常开辅助触点。这样修改后的电路如图1-32所示。,图 1-32第二种修改后的线路,第八节 电器控制线路设计,基于导线二维标注法电气接线图设计,1、电气接线图的绘制规则 用途：电气接线图用来表示电气配电盘内部器件之间导线的连接关系。标线号：在电气原理图上用数字标注线号，每经过一个器件改变一次线号（接线端子除外）。布置器件：根据电气原理图，将电气元件在配电盘或控制盘上按先上后下，先左后右的规则排列，并以接线图的表示方法画出电器元件（方框+电气符号）。标器件号：给安放位置固定的器件标注编号（包括接线端子）。二维标注：在导线上标注导线线号和指示导线去向的器件号。注意：配电盘的引出、引入导线均须采用接线端子连接。,第八节 电器控制线路设计,基于导线二维标注法电气接线图设计,电气互连图的用途：电气互连图表示电气配电盘与盘之间，盘与外部设备之间的连线关系。电气互连图绘制规则：导线连接关系 控制盘（板）之间，控制盘与外设之间用导线束表示导线的连接关系，原理图中应注明导线的颜色、数量、长度、载流面积等参数。穿线管的使用 为保护设备外部的连接导线，经常使用穿线管走线方式。使用穿线管时，应在原理图中注明穿线管种类、内经、长度、及所穿导线根数（含备用）。,第八节 电器控制线路设计,实例2设计任务书：电动机的起停控制电路。,1、电气原理图 原理设计时以起停控制电路原理为主，兼顾电路的工作状态指示和设备工作点的局部照明电路。图中标注了线号、导线截面积等参数。,第八节 电器控制线路设计,2、电气安装位置图 电气安装位置图用来表示元器件清单中所有电器元件的相对安装位置。通常，电器元件布置在主配电盘和操作面板上。电气安装位置图应考虑电器元件的实际安装方法和结构尺寸，最终确定主配电盘和操作面板、以及控制柜结构和外形尺寸。,第八节 电器控制线路设计,3、电气接线图 按照电气安装位置图的设计思想，电气接线图也分为主配电盘接线图和操作面板接线图两部分。图中线侧数字表示线号（17），线端数字表示器件编号（1025）。,第八节 电器控制线路设计,4、电气互连图,第八节 电器控制线路设计,5、安装调试 安装无误后，接通三相电源，作空载实验，通过操作按钮，检验电气装置动作的准确性及指示的正确性，空载实验无误后，接上负载作负载试验，反复调试直至设备正常工作为止。,小结 本节通过应用示例，系统的介绍了电气控制线路（原理）设计，电气安装位置图、电气接线图、电气互连图等工艺设计方法。工艺设计是在理论设计的基础上进行的重要设计内容，实践性很强、工作量很大，电气设备的质量和制造成本在很大程度上取决于工艺设计水平。所以，也是电气工程师的必修内容。,第九节 电气控制系统分析基础,一、分析内容,设备说明书 电气控制原理图 电气设备的总装接线图 电器元件布置图与接线图,二、电气原理图分析方法与分析步骤,分析主电路 分析控制电路 分析辅助电路,分析联锁与保护环节 分析特殊控制环节 总体检查,第九节 电气控制系统分析基础,作用：用来钻孔、扩孔、铰孔、攻丝及修刮端面等多种形式的加工。分类：立式钻床、台式钻床、多轴钻床、摇臂钻床及专用钻床等。,Z3040型摇臂钻床的电气控制,第九节 电气控制系统分析基础,1、Z3040结构及运动形式,主运动：主轴带着钻头作旋转运动；进给运动：钻头的上下移动；辅助运动：主轴箱沿摇臂水平移动，摇臂沿外立柱上下移动和摇臂与外立柱一起绕内立柱的回转运动。,（1）主轴电机M1担负主轴的旋转运动和进给运动，由KM1控制，单向旋转。主轴的正反转、制动停车、空档、主轴变速和变速系统的润滑，都通过操纵机构液压系统实现。（2）摇臂升降电机M2由KM2、KM3实现正反转控制。摇臂升降由M2拖动，松开、夹紧则通过夹紧机构液压系统实现（电液配合实现摇臂升降与放松、夹紧的自动循环).（3）液压泵电机M3受KM4、KM5控制，M3主要供给夹紧装置压力油，实现摇臂的松开与夹紧，立柱和主轴箱的松开与夹紧。,1、Z3040结构及运动形式,控制特点四台电动机：主电动机M1、摇臂升降电动机M2、液压泵电动机M3和冷却泵电动机M4。,第九节 电气控制系统分析基础,2、Z3040控制要求,运动部件较多，采用多电动机拖动。要求主轴及进给有较大的调速范围。主运动与进给运动由一台电动机拖动，经主轴与进给 传动机构实现主轴旋转和进给。主轴要求正反转。由机械方法获得，主轴电动机只需 单方向旋转。对立柱、主轴箱及摇臂的夹紧放松采用液压技术。具有必要的联锁与保护。,第九节 电气控制系统分析基础,3、Z3040液压系统简介,操纵机构液压系统:安装在主轴箱内，实现主轴正反 转、停车制动、空档、预选及变速。夹紧机构液压系统:安装在摇臂背后的电器盒下部，用以夹紧松开主轴箱、摇臂及立柱。,第九节 电气控制系统分析基础,4、Z3040电气控制电路分析,主轴电动机的控制过程摇臂升降电动机的控制过程主轴箱与立柱的松开、夹紧控制过程,M1:由KM1实现单向启停控制,YV:液控电磁阀,摇臂夹紧 摇臂放松退回夹紧SQ2:ONOFF；提示放松到位顶出放松SQ3:OFFON；提示夹紧到位,SQ1:上升到位行程开关SQ6:下降到位行程开关,KT：断电延时？SQ3常闭点,谢谢!,Y-电路中，启动电压、电流、功率、转矩的关系,三角形：U相=U线 i线=3i相=3 U相/R=3 U线/R 星形：i线=i相 U相=U线/3线电压和电阻都是一定不变的。功率计算：P=3 U线 i线 c