第2章基本的电气控制电路.ppt
第2章 基本的电气控制电路,2.1 概述 2.2 三相笼型异步电动机的直接起动控制2.3 三相笼型电动机降的减压起动控制2.4 三相笼型异步电动机的制动控制2.5 三相异步电动机的调速控制 2.6 其它典型控制环节2.7 电气控制的保护环节,2.1 概述 常见的电气控制系统图主要有电气原理图、电器布置图、电气安装接线图三种。在绘制电气控制系统图时，必须采用国家统一规定的图形符号、文字符号和绘图方法。在机床电气控制原理分析中最常用的是电气原理图。,2.1.1电气控制系统图的图形符号和常用符号 电器控制电路图是电气控制线路的通用语言,为了便于交流与沟通,绘制电气控制系统图时，所有电器元件的图形符号和文字符号必须符合国家标准的规定，不可采用其它任何非标准符号。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为第一相的第二个接点代号，以此类推。对控制电路，通常是由三位或三位以下的数字组成，交流控制电路的标号主要是以压降元件(如电器元件线圈)为分界，左侧用奇数标号，右侧用偶数标号。,电气原理图绘制的基本原则(1)电器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。主电路和控制电路应分别绘制。图2-1为笼型电动机正反转控制线路的电气原理图。(2)电气原理图应按国家标准所规定的图形符号、文字符号和回路标号绘制，必须采用国家规定的统一标准。在图中各电器元件不画实际的外形图。,2.1.2电气原理图,图2-1电动机正反转控制原理图,(3)各电器元件和部件在控制线路中的位置,要根据便于阅读的原则安排。同一电器元件的各个部件可以不画在一起,但要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。(4)在电气原理图中,控制电路的分支线路,原则上应按照动作先后顺序排列,两线交叉连接时的电气连接点要用“实心圆”表示。无直接联系的交叉导线,交叉处不能用“实心圆”。表示需要测试和拆、接外部引出线的端子,应用符号“空心圆”表示。,(5)所有电器元件的图形符号,必须按电器未接通电源和没有受外力作用时的状态绘制。(6)图中电器元件应按功能布置,一般按动作顺序从上到下、从左到右依次排列。垂直布置时,类似项目应横向对齐;水平布置时,类似项目应纵向对齐。所以电动机图形符号应横向对齐。(7)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。,图2-2 某车床电气原理图,2.1.3电器布置图电器布置图表示各种电气设备或电气元件在机械设备或控制柜中的实际安装位置,还要为机械电气控制设备的制造、安装、维护、维修提供必要的资料。电器元件要放在控制柜内，各电器元件的安装位置是由机床的结构和工作要求而决定的。机床电器布置图主要包括机床电气设备布置图、控制柜及控制面板布置图、操作台及悬挂操纵箱电气设备布置图等。如图2-3所示为某车床电器布置图。,2.1.3 电器布置图,图2-3 电器布置图,绘制安装接线图应遵循以下几点:(1)用规定的图形、文字符号绘制各电器元件,元器件所占图面要按实际尺寸以统一比例绘制，应与实际安装位置一致，同一电器元件各部件应画在一起。(2)一个元器件中所有的带电部件应画在一起,并用点划线框起来,采用集中表示法。(3)各电气元器件的图形符号和文字符号必须与电气原理图一致,而且必须符合国家标准。(4)绘制安装接线图时,走向相同的多根导线可用单线表示。(5)接线端子绘制，各电器元件的文字符号及端子板的编号应与原理图一致,各接线端子的编号必须与电气原理图上的导线编号相一致。,2.1.4 电气安装接线图,图2-4 电动机正反转控制安装接线图,2.2 三相笼型异步电动机的直接起动控制2.2.1 手动直接起动控制电路2.2.2 采用接触器直接起动控制电路2.2.3 三相异步电动机的正反转控制电路,2.2.1 手动直接起动控制线路 对小型三相笼型异步电动机如冷却泵、小台钻、砂轮机和风扇等 可采用胶盖闸刀开关或转换开关和熔断器直接控制三相笼型异步电动机起动和停止。如图2-5 所示。但使用这种手动控制方法不方便,不能进行自动控制，更不安全，应采用按钮、接触器等电器来控制。,2.2.2 采用接触器直接起动控制线路 对中小型普通机床的主电机采用接触器直接控制起动和停止。主电路由刀开关QK、熔断器FU1、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。主电路如图2-6所示。1.点动控制 2.长动控制,1.点动控制 点动控制线路常用在电动机短时运行控制,比如调整机床的主轴、快速进给、镗床和铣床的对刀、试车等。点动控制如图2-7所示。运行过程:先合上刀开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得电直接起动。停机过程:放开SB，KM线圈断电，KM主触头断开，M断电电动机停转。,2.长动控制 在实际生产中需要电动机实现长时间连续转动,即长动控制线路,如图2-8所示。工作过程：合上电源开关QK后,按下启动按钮SB2,接触器KM线圈获电吸合,KM三个主触头闭合,电动机M得电起动,同时又使与SB2并联的一个常开辅助触点闭合,这个触头叫自锁触头,触点的自锁作用在电路中叫做“记忆功能”。放开SB2,控制线路通过KM自锁触头使线圈仍保持状态吸合。如需要电动机停止,只需按一下停止按钮SB1,则接触器KM线圈断电,KM主触头断开,电动机M断电停转。,图2-6主电路,图2-7点动控制线路,图2-8长动控制线路,3.能点动又能长动控制 如果要求电动机既能实现点动又能实现长动。控制线路如图2-9所示。图2-9(a)为主电路。图2-9（b）点动控制时,断开钮子开关SA；长动控制时,合上钮子开关SA。图2-9（c）点动控制时,按动复合按钮SB3；长动控制时,按起动按钮SB2。图2-9（d）是利用中间继电器实现的长动和点动控制线路。图2-9（e）利用中间继电器实现的长动和点动控制线路。,(a)(b)(c),(d)(e),图2-9长动和点动控制,如图2-10所示为电动机正、反转控制线路。图中KM1为正向接触器,控制电动机M正转；KM2为反向接触器,控制电动机反转。图2-10(a)主电路。工作过程:正转控制，合上刀开关QK，按下正向起动按钮SB2，正向接触器KM1得电，KM1主触头和自锁触头闭合，电动机M正转。如图图2-10(b)所示。反转控制，合上刀开关QK，按下反向起动按钮SB3，反向接触器KM2得电，KM2主触头和自锁触头闭合，电动机M反转。停止：按停止按钮SB1，KM1(或KM2)断电，M停转。,2.2.3 三相异步电动机的正反转控制电路,(a)(b),(c)(d),图2-l0 电动机正、反转控制线路,图2-10(c)所示控制线路工作过程：把一个接触器的常闭触头串入另一个接触器线圈电路中,这样连接可保证一个接触器先通电后,即使按下相反方向的起动按钮,另一个接触器也无法通电,这种利用两个接触器的常闭辅助触头互相控制的方式,就是电气的互锁控制。图2-10(d)所示控制线路工作过程：利用复合按钮的常闭触头同样可以起到互锁的作用,该线路具有电气互锁和机械互锁的双重互锁，安全可靠，操作也方便。,2.3 三相笼型电动机降的减压起动控制,2.3.1 定子电路串电阻降压起动控制2.3.2 星形-三角形降压起动控制2.3.3 自耦变压器降压起动的控制2.3.4 延边三角形降压起动控制,图2-11是定子绕组串接电阻降压起动控制电路。为了在电动机串接电阻降压起动完成之后,再将电压恢复到额定值。即在电动机起动时,在三相定子电路串接电阻,使电动机定子绕组电压降低,起动结束后再将电阻短接,电动机在额定电压下正常运行。,2.3.1 定子电路串电阻减压起动控制,图2-11（b）起动过程:当按下起动按钮SB2后，接触器KM1 常开主触头闭合,常开辅助触头闭合自锁，电动机定子绕组串电阻R降压起动；与此同时,时间继电器KT线圈得电吸合。图2-11（c）起动过程:当按下起动按钮SB2后，接触器KM1首先得电,经延时后接触器KM2得电自锁,由于KM2常闭触头分别串接在KM1和KT的线圈电路中，因此KM1和KT的线圈电路同时断电,这样,在电动机起动后,只有KM2通电工作，断开了KM1和KT的线圈。使电动机在额定电压下投入正常运行。,（a）(b),(c)(d),图2-11定子绕组串电阻起动控制线路,图2-11（d）起动过程:与图2-11（c）所不同是KT线圈串接的是KM1的常开触头，当按下起动按钮SB2后，KM1线圈得电，KT线圈基本上与KM1线圈是同时得电，经延时后接触器KM2得电自锁,接触器KM1线圈断电,KT的线圈也基本上是同时断电，在电动机起动后,使电动机在额定电压下投入正常运行。图2-11（e）起动过程:当按下起动按钮SB2后，接触器KM2得电自锁,KM2常闭触头串接在KM1和KT的并联电路中，KM2常闭触头将KM1和KT的线圈电路断电。在电动机起动后,使电动机在额定电压下投入正常运行。图2-11（f）自己分析（提示：可以改变主电路）。,星形-三角形降压起动（Y-）起动用于正常工作时定子绕组作三角形连接的电动机。在电动起动时将定子绕组接成星形,实现减压起动。加在电动机每相绕组上的电压为额定电压的1/3,从而减小了起动电流。待起动后按预先设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。如图2-12所示,2.3.2 星形-三角形降压起动控制,图2-12星形-三角形降压起动控制电路,起动运行:按下起动按钮SB2，KM1、KT、KM3线圈同时得电并自锁.当电动机转速接近额定转速时,时间继电器KT常闭触头断开,KM3线圈断电，同时时间继电器KT常开触头闭合,KM2线圈得电并自锁,电动机绕组接成三角形全压运行。两种接线方式的切换要在很短的时间内完成,在控制电路中采用时间继电器定时自动切换。KM2、KM3常闭触头为互锁触头,以防同时接成星形和三角形造成电源短路。停止运行:按下停止按钮SB1，KM1、KM2线圈失电，电机停止运转。,利用自耦变压器来降低电动机起动时的电压,达到限制起动电流的目的。起动时定子串入自耦变压器,自耦变压器一次侧接在电源电压上,定子绕组得到的电压为自耦变压器的二次电压,当电动机的转速达到一定值时,将自耦变压器从电路中切除,此时电动机直接与电源相接,电动机以全电压投入运行。控制线路如图2-13所示。,2.3.3自耦变压器降压起动的控制,图2-13自耦变压器降压起动的控制电路,起动运行:接通刀开关Q，按下起动按钮SB2，接触器KM1线圈和时间继电器KT线圈得电，自耦变压器T接入,降压起动,HL1灯灭,HL2灯亮；同时时间继电器KT延时一段时间后常开触头(3-7)闭合，KA线圈得电并自锁，触头KA(4-5)断开，KM1线圈失电释放，自耦变压器T切断，常闭触头KA(4-5、l0-11)同时断开，HL2灯灭，常开触头KA(3-8)闭合，接触器KM2线圈得电，常开触头KM2(10-14)闭合,HL3灯亮,切除自耦变压器电动机全压运行。停止运行:按下SB1，KM2线圈失电，电机停止运转。,延边三角形降压起动方式是在起动时将电动机定子绕组连接成延边三角形,待起动正常后再将定子绕组连接成三角形全压运行,以减小起动电流。星形-三角形起动控制有很多优点,不足的是起动转矩太小,而三角形联结有起动转矩大的优点,可采用延边三角形减压起动,这种电动机共有九个出线端,绕组联结如图2-14所示。延边三角形降压起动控制线路如图2-15所示。,2.3.4 延边三角形降压起动控制,(a)(b)(c)图2-14延边三角形绕组联结示意图(a)原始状态(b)延边三角形联结(c)三角形联结,图2-15延边三角形降压起动控制线路,起动运行:接通刀开关Q，按下起动按钮SB2，接触器KM2、KM1线圈、时间继电器KT线圈得电。接触器KM2开常主触头闭合，定子绕组结点1、2、3接通电源；同时接触器KM1主触头闭合，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；同时时间继电器KT线圈得电延时，常开触头闭合开常闭触头断开，接触器KM1断电，接触器KM3线圈得电，KM3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。停止运行:按下停止按钮SB1，接触器KM2、KM3线圈失电，电机停止运转。,2.4三相笼型异步电动机的制动控制,2.4.1 反接制动控制 2.4.2 能耗制动控制,1.反接制动原理 进行反接制动时,由于反接制动电流较大,制动时必须在电动机每相定子绕组中串接一定的电阻,以限制反接制动电流,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2-16所示。,2.4.1 反接制动控制,图2-16 反接制动电阻对称电阻接法,2.反接制动电路分析(1)单向反接制动控制电路 工作过程:接通刀开关Q，按下起动按钮SE2,接触器KM1得电,电动机M起动运行,速度继电器KS常开触头闭合,为制动作准备。制动时按下停止按钮SB1,KM1断电,KM2得电,KM2主触头闭合,定子绕组串入限流电阻R进行反接制动，当M的转速接近0时,KS常开触头断开，KM2断电,电动机制动结束。如图2-17所示。,(2)可逆运行反接制动控制电路 可逆运行反接制动控制电路如图2-18所示，图中KM1、KM2为正、反转接触器，KM3为短接电阻接触器，KA1、KA2、KA3为中间继电器,KV1为正转常开触头,KV2为反转常开触头,R为起动与制动电阻。,图2-17 单向运行反接制动控制电路,图2-18可逆运行反接制动控制电路,图2-18可逆运行反接制动控制电路,1.能耗制动原理 三相异步电动机能耗制动，原理就是在电动机切断三相交流电源后,迅速在定子绕组任意两相加一直流电压,使定子绕组产生恒定的磁场,利用转子感应电流与静止磁场的相互作用产生制动力矩，实现制动,当转子转速接近零时,及时切除直流电源。能耗制动通常用于电动机容量较大,要求制动平稳和制动频繁的场合。,2.4.2 能耗制动控制,2.能耗制动控制电路(1)按时间原则控制的单向运行能耗制动电路 能耗制动控制线路如图2-19所示。图中接触器KM1为单向运行,接触器KM2用来实现能耗制动,T为整流变压器,UR为桥式整流电路,KT为时间继电器。工作过程:电动机单向正常运行，接通刀开关Q，按下起动按钮SB2，接触器KM1得电，电动机M起动运行。停止运行：按下复合（停止）按钮SB1,常闭触头先断开,KM1失电,电动机定子切断三相电源；SB1的复合（常开）触头后闭合,KM2、KT同时得电,如果电动机定子绕组星形联结,则将两相定子绕组接入直流电源进行能耗制动。,图2-19能耗制动控制电路,(2)按速度原则控制的可逆运行能耗制动电路 采用速度继电器来控制的可逆运行能耗制动控制电路如图2-20所示。,图2-20可逆运行能耗制动控制,1）正向工作过程:接通刀开关Q，按下起动按钮SB2，接触器KM1得电，电动机M正向起动运行。当正向转速n大于120 r/min时,KSl闭合。停止运行时：当按下（停止）按钮SB1,常闭触头先断开,KM1失电,因惯性使KV1仍闭合,在SB1的常开触头闭合时,KM3得电自锁,电动机M定子绕组通入直流电进行能耗制动,使电动机M的旋转速度迅速下降,当正向旋转速度小于100 r/min时,KSl断开,KM3失电,能耗制动结束。2）反向工作过程:电动机M反向起动运转停车时能耗制动过程，接通刀开关Q，按下起动按钮SB3，KM2通电自锁,电动机M反向起动运转,当反向n旋转速度大于120 r/min时,KS2闭合。停止运行时：当按下（停止）按钮SBl,常闭触头先断开,KM2失电,因惯性使KV2仍闭合,在SBl的常开触头闭合时,KM3得电自锁,电动机M定子绕组通入直流电进行能耗制动,使电动机M的旋转速度迅速下降,当反向旋转速度小于100r/min时,KV2复位断开,KM3失电,能耗制动结束。,2.5 三相异步电动机的调速控制,2.5.1 双速电动机的控制2.5.2 三速电动机的控制,2.5.1双速电动机的控制 双速电动机是靠改变定子绕组的连接，形成两种不同的磁极对数，获得两种不同的转速。双速电动机定子绕组常见的接法有Y/YY和/YY两种。双速电动机定子绕组接线图如图2-21所示。双速电动机变极调速控制电路如图2-22所示。,图2-21 双速电动机绕组连接图,（a）主电路,（b）控制电路,（c）控制电路,图2-22 双速电动机变极调速控制电路,图2-22(a)主电路中接触器KM1用于三角形联结的低速控制，接触器KM2、KM3用于双星形联结接法的高速控制，高、低速时W与U接线关系对调就可改变相序。图2-22(b)控制电路采用按钮进行高、低速控制。SB1为低速运转控制按钮，SB2为高速运转控制按钮。SB3为停止按钮。图2-22(c)控制电路中KM1为电动机三角形联结接触器，KM2、KM3为电动机双星形联结接触器，KT为电动机低速换高速时间继电器,采用转换开关SA选择低、高速运行。在三个位置中，左位为低速，右位为高速，中间位为停止。,2.5.2三速电动机的控制三速电动机的定子有两套绕组，低速和高速时与双速电动机是一样的定子绕组，采用一套双速绕组，能实现/YY两种连接方式，可获得高、低两种运行速度，中速时采用另一套星形联结绕组，定子绕组连接如图2-23所示。在使用双速绕组时，要将U3与W1端子连接在一起，使用中速绕组时，要将双速绕组的U3与W1端子分开。,图2-23三速电动机定子绕组连接图,图2-23 三速电动机定子绕组连接图,（a）主电路（b）控制电路图2-24 三速电动机变极调速控制电路,2.6 其它典型控制环节,2.6.1 多地点控制2.6.2 顺序控制2.6.3 自动循环控制,2.6.1 多地点控制 在一些大型生产机械和设备上,如大型机床、起重运输机等，为了操作方便，操作人员可以在不同方位进行操作与控制,如图2-25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。电动机若要三地起动，可按按钮SB4或SB5 或SB6，若要三地停止，可按按钮SB1或SB2或SB3。,图2-25三地起动和三地停止控制线路,2.6.2顺序控制线路 图2-26（a）为两台电动机顺序控制主电路,图2-26(b、c、d、e、f、)为不同控制要求的控制电路。图2-26（b）为按顺序起动线路图，合上电源开关QK,按下起动按钮SB2,KM1线圈得电并自锁，电动机M1得电旋转，同时串在KM2控制线路中的KM1常开辅助触头也闭合，此时再按下按钮SB4,KM2线圈得电并自锁，电动机M2得电旋转。如果先按下的是SB4按钮，则因KM1常开辅助触头是断开的，电动机M2不可能先起动,接触器KM1控制电动机M1的起动、停止；接触器KM2控制M2的起动、停止。,图2-29(c)是在(b)的基础上，将接触器KM2的常开辅助触头并接在停止按钮SB1的两端，这种控制线路，即使先按下SB1，电动机M1也不会停转，只有按下SB3，电动机M2先停后，再按下SB1才能使M1停转，实现了先停M2，后停M1。达到按顺序起动与停止的控制线路要求。图2-29(d)工作过程与(b)相同，不同之处是FR1、FR2连接方法不同，在(b)图中，FR1与FR2是串联，只要FR1、FR2其中如何一个开路，线路不工作，M1、M2停转。而在(d)图中,FR1与FR2是并联，若FR1开路，其结果与在(b)图相同，若FR2开路，电动机M2停转。但接触器KM1仍然在工作，电动机M1不会停转。,（a）,（b）,（c）,（d）,图2-26顺序控制线路,（e）,（f）,图2-26(e)线路的接法，可以省去接触器KM1的常开触头，仍然可得到顺序起动的控制线路。图2-26(f)是采用时间继电器来实现顺序起动控制的线路，按下起动按钮SB2,KM1、KT同时得电并自锁，电动机M1起动运转，当时间继电器KT延时时间到时，其延时闭合的常开触头闭合，接通KM2线圈电路并自锁，电动机M2起动旋转，同时KM2常闭辅助触头断开将时间继电器KT线圈电路切断，KT停止工作。,2.6.3自动循环控制线路 自动循环控制线路如图2-27所示。工作过程：合上电源开关Q,按下正转起动按钮SB2,接触器KM1线圈得电并自锁，电动机M正转起动,工作台向前，当工作台移动到一定位置时,撞块A压下SQ2,其常闭触头断开，常开触头闭合，这时KM1线圈断电,KM2线圈得电并自锁，电动机由正转变为反转，工作台向后退，当后退到位时，撞块B压下SQ1，使KM2断电，KM1得电，电动机由反转变为正转，工作台变后退为前进，在预定的距离内自动往复运动。停止过程：按下按钮SB1时，电动机停止，工作台停下。,（a),图2-27自动循环控制线路（a)机床工作台自动循环运动示意图（b)自动循环控制电路,（b),2.7 电气控制的保护环节,在电气控制系统中，为满足生产机械长期、正常、无故障地运行外,还需要各种保护措施。保护环节是所有生产机械电气控制系统不可缺少的组成部分,用来保护电动机、电网、电气控制设备以及人身安全等。电气控制系统中常用的保护环节有短路保护、过载保护、欠电压保护、零电压保护、过电流保护及超速保护等。,1.短路保护 当电动机绕组、导线的绝缘损坏或者控制电器及线路发生故障时,若不迅速切断电源,会产生很大的短路电流,使电动机、电器、导线等电气设备损坏。因此在发生短路故障时,保护电器必须迅速将电源切断。2.过载保护当电动机起动操作频繁、缺相运行或长期超载运行时,会使电动机的工作电流超过允许值,电动机绕组过热,绝缘材料就要变脆,寿命降低,过载电流越大,达到允许温升的时间就越短，严重时会使电动机损坏。常用的过载保护电器是热继电器(或断路器),当电动机过载电流较大时,热继电器则经过较短的时间就会切断电源,使电动机停转,避免电动机在过载下运行。,3.欠电压保护 欠压保护是指当电网电压下降到某一数值时,电动机便在欠电压下运行,电动机转速下降,接触器电磁吸力将小于复位弹簧的反作用力,动铁心被释放,带动主触点、自锁触点同时断开,自动切断主电路和控制电路,电动机失电停止,避免了电动机欠压运行而损坏。4.零电压保护 零电压保护是指电动机在正常运行中,当电网因某种因突然停电时,能自动切断电动机电源。当电源电压恢复正常时,则电动机不会自行起动，实现了零电压保护。,5.过电流保护 不正确的起动和过大的负载转矩常常引起电动机过电流。过电流保护主要用于直流电动机或绕线式异步电动机,对三相笼型异步电动机采用短路保护,过电流保护通常采用过电流继电器和接触器合动。6.超速保护 当机械设备运行速度超过规定允许的速度时,将会造成设备损坏，甚至还会造成人身危险,所以要设置超速保护装置来控制电动机转速或及时切断电动机电源。,
