二章电气控制系统的基本环节.ppt

1,2019/4/7,第二章 电气控制系统的 基本环节,目的： 学习由电器元件组成的鼠笼式三相交流异步电动机起、停，正反转，多地，多条件控制电路的基本原理；减压起动控制电路；制动控制电路；变极调速。绕线式异步电动机的控制电路；电液控制技术；直流电动机基本控制电路。 要求： 领会常用控制电路的设计思想，学会分析基础电路的工作原理，熟记起停、正反转、两地控制等电路的电路结构及特点，并要求能够熟练画出这些电路。,2,2019/4/7,章节安排： 第一节 电气控制电路图的绘制 第二节 三相笼型异步电动机的直接起动控制 第三节 三相笼型异步电动机的减压起动控制 第四节 三相笼型异步电动机的制动控制 第五节 其他典型控制环节 第六节 三相绕线式异步电动机的起动控制 第七节 三相笼型异步电动机的调速控制线路 本章小结,3,2019/4/7,第一节 电气控制线路图的绘制,电气控制系统的组成结构、工作原理及安装、调 试、维修等需要用统一的形式来表达，即电气图。电 气图的表示方法有：电气原理图、安装接线图、元件 布置图。 2.1.1 电气图的图形符号和文字符号 2.1.2 电气原理图 2.1.3 电气元件布置图 2.1.4 电气互连图,4,2019/4/7,2.1.1 电气图的图形符号和文字符号 1.图形符号 图形符号是用来表示一台设备或概念的图形、标 记或字符。详见附录A。 2.文字符号 文字符号是用来表示电气设备、装置和元器件种 类的字母代码和功能字母代码。分基本文字符号 和辅助文字符号。,第一节 电气控制线路图的绘制,5,2019/4/7,第一节 电气控制线路图的绘制,2.1.1 电气图的图形符号和文字符号 ）基本文字符号 有单字母和双字母符号两种。 单字母符号是按拉丁字母将各种电气设备、 装置和元器件划分为23大类.如“Q”表示开 关类, “C”表示电容器类. 双字母符号是由一个表示种类的单字母符号 与另一个字母组成,如“R”表示电阻器类, “RT”表示热敏电阻器.,6,2019/4/7,第一节 电气控制线路图的绘制,2.1.1 电气图的图形符号和文字符号 2)辅助文字符号 用以表示电气设备、装置和元器件以及电路的功能、状态和特征的如“SYN”表示同步，“L”表示限制，“RD”表示红色等 3)补充文字符号 基本文字符号和辅助文字符号在使用中仍不够用时进行补充如“G1”表示号发动机，“T2”表示号变压器,7,2019/4/7,第一节 电气控制线路图的绘制,2.1.2 电气原理图 电气原理图也称电路图，表示电流从电源到负载的传送情况和电器元件的动作原理，但它不表示电器元件的结构尺寸、安装位置和实际配线方法 电气原理图分两部分： 主电路：从电源到电动机的电路，强电流通过部分 控制电路：控制、照明、信号电路，小电流通过 电气原理图的绘制规则： 主电路：粗实线，放左边 控制电路：细实线 ，放右边,8,2019/4/7,第一节 电气控制线路图的绘制,2.1.2 电气原理图 电气符号画法： 一般垂直放置，也可以逆时针转动90水平放置。 图中电器元件的状态为常态（未压动、未通电） 电路图应按主电路、控制电路、照明电路、信号电路分开绘制。,9,2019/4/7,第一节 电气控制线路图的绘制,电动机起停电气原理图,10,2019/4/7,第一节 电气控制线路图的绘制,2.1.3 电气元件布置图 电气元件布置图详细绘制出电气设备、零件的安装位置图 中各电器代号应与有关电路图和电器清单上所有代号相同.,主盘电气安装位置图,操作面板电气安装位置图,11,2019/4/7,第一节 电气控制线路图的绘制,2.1.4 电气互连图,电气互连图表示电气控制柜配电盘之间、以及和外部器件之间的接线关系。 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(照明灯、操作面板、电动机、电源引入线)之间用导线束表示导线的连接关系，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）。,12,2019/4/7,第一节 电气控制线路图的绘制,13,2019/4/7,第二节 三相笼型异步电动机的直接 起动控制,本节主要描述小型电动机的全压(直接)起 动及其主要控制环节，有起停控制、正反转 控制电路、其它环节等。 2.2.1 单相直接起动控制 2.2.2 电动机的正反转控制,14,2019/4/7,第二节 三相笼型异步电动机的直接 起动控制,2.2.1 单相直接起动控制 1.点动控制 工作过程:手动合上QS，按下 SB按钮,电动机M工作；松开SB 按钮，电动机M停止工作。 电路保护措施： FU短路保护。 电路优点：控制方法简单、经济、实用。 电路缺点：保护不完善，操作不方便。,图2.1.1 点动控制电路,15,2019/4/7,第二节 三相笼型异步电动机的直接 起动控制,2.2.1 单相直接起动控制 2.连续控制 主电路： 三相电源经QS、FU1、KM的主触 点，FR的热元件到电动机三相定子 绕组。 控制电路： 用两个控制按钮，控制接触器KM 线圈的通、断电，从而控制电动机 （M）启动和停止。 起动过程分析： 合上QS，按动起动按钮SB1KM 线圈通电并自锁M通电工作。,图2.1.2 连续控制电路,16,2019/4/7,第二节 三相笼型异步电动机的直接 起动控制,2.2.1 单相直接起动控制 2.连续控制 KM自锁触点，是指与SB1并联的常开辅助触点，其作 用是当按钮SB1闭合后又断开，KM的通电状态保持不 变，称为通电状态的自我锁定。停止按钮SB2，用于切 断KM线圈电流并打开自锁电路，使主回路的电动机M定 子绕组断电停止工作。 电路的保护环节: 过载保护： 热继电器FR用于电动机过载时，其在控制电路的,17,2019/4/7,第二节 三相笼型异步电动机的直接 起动控制,2.2.1 单相直接起动控制 2.连续控制 常闭触点打开，接触器KM线圈断电，使电动机M停止 工作.排除过载故障后，手动使其复位，控制电路可 以重新工作。 短路保护： 熔断器组FU1用于主电路的短路保护，FU2用于控 制电路的短路保护。 欠(失)电压保护： 电路失电,接触器KM失电释放,不操作起动按钮， KM线圈不会再次自行通电，电动机不会自行起动。,18,2019/4/7,第二节 三相笼型异步电动机的直接 起动控制,2.2.2 电动机的正反转控制 正反转实现的方法：改变电源 相序（两根火线对调）。 1、正反转按钮控制电路 主电路： KM1主触点接通正相序电源M正 转。 KM2主触点接通反相序电源M反 转。 控制电路： SB2控制正转，SB3控制反转， SB1用于停止控制。,图2.2.1 正反转控制电路,19,2019/4/7,第二节 三相笼型异步电动机的直接 起动控制,图2.2.1电路的缺点： 按下正转起动按钮SB2，电动机已进入正向旋转后，若又按下反转起动按钮SB3，此时由于正反转接触器KM1,KM2线圈均得电吸合，其主触点都闭合而发生误操作时，将发生电源两相短路事故，电动机无法正常工作。,20,2019/4/7,第二节 三相笼型异步电动机的直接 起动控制,改进： KM的常闭触点用于互锁控制，即使在接触器故障情况下，也可以保证不发生主电路短路现象。,图2.2.2 正反转控制电路,21,2019/4/7,第二节 三相笼型异步电动机的直接 起动控制,图2.2.2的电气操作只能按正、停、反或反、停、正的方式进行操作。电路不能正反、反正操作控制，给设备的操作带来诸多不便。 图2.2.3使用按钮连锁，首先使用和常开触点联动的常闭触点的断开对方支路线圈电流，再利用常开触点的闭合接通通电线圈电流。可以很方便地使电动机由正转进入反转，或由反转进入正转。,图2.2.3 正反转控制电路,22,2019/4/7,第二节 三相笼型异步电动机的直接 起动控制,2.2.2 电动机的正反转控制 2.自动往返正反转控制 在工作台的移动机构和固定部件上分别装置的行程开关和挡铁（压动行程开关用），当移行机构运动到某一固定位置时，压动行程开关，取代人手按动按钮的功能，实现自动循环控制。,图2.2.4 自动往返工作示意图,23,2019/4/7,第二节 三相笼型异步电动机的直接 起动控制,SQ1用于正转控制，SQ2用于反转控制，SQ3、SQ4的常闭触点用于极限位置的保护。,2.2.2 电动机的正反转控制 2.自动往返正反转控制 起动：按下正转起动按钮SB2KM1线圈得电电动机正转并拖动工作台前进到达终端位置时，工作台上的撞块压下换向行程开关SQ2，SQ2动断触点断开正向接触器KM1失电释放,与此同时,SQ2动合触点闭合反向接触器KM2得电吸合电动机由正转变为反转,并拖动工作台后腿。,24,2019/4/7,第二节 三相笼型异步电动机的直接 起动控制,小结 电气原理图中电器元件各部分符号与实际位置 无关，可根据原理，将电气符号画在任何需要的电路 位置。 基本电路的结构特点： 1.自锁接触器常开触点与按钮常开触点相并联。 2.互锁两个接触器的常闭触点串联在对方线圈的电路中。 3.点动无自锁环节。 4.多地按钮的常开触点并联、常闭触点串联。 5.多条件按钮的常开触点串联、常闭触点并联。,25,2019/4/7,第三节 三相笼型异步电动机的减压 起动控制,用途： 三相交流异步电动机的降压起动，用于大容量三 相交流异步电动机空载和轻载起动时减小起动电流。 降压起动控制电路： Y-起动、自耦变压器起动、延边三角形起动控 制电路。 要求： 熟记Y-起动控制电路结构和工作原理，掌握自 耦变压器起动和延边三角形降压起动电路工作原理 的分析方法。,26,2019/4/7,第三节 三相笼型异步电动机的减压 起动控制, 降压原理： 起动时，电动机定子绕组Y连接，运行时连接。,2.3.1 Y-转换减压起动控制,27,2019/4/7,图 2.3.1 Y- 减压起动控制电路,第三节 三相笼型异步电动机的减压 起动控制,2.3.1 Y-转换减压起动控制,28,2019/4/7,第三节 三相笼型异步电动机的减压 起动控制,2.3.1 Y-转换减压起动控制 主电路分析：KM1、KM3Y起动，KM1、KM2运行。 Y- 降压起动过程分析： 按下起动按钮SB2KM1线圈通电自锁KM3线圈通电-M作Y接起动； KT线圈通电延时KM3线圈断电KM2线圈通电自锁-M作运行； KT线圈断电复位。 特点： 只适用于正常运行时为三角形联结的电动机。,29,2019/4/7,第三节 三相笼型异步电动机的减压 起动控制,2.3.2 自耦变压器起动控制,图2.3.2 自耦变压器减压起动的控制电路,电源指示灯,减压起动指示灯,正常运行指示灯,减压起动接触器,运行接触器,30,2019/4/7,第三节 三相笼型异步电动机的减压 起动控制,2.3.2 自耦变压器起动控制 降压原理：起动时电动机定子绕组接自耦变压器的次级，运行时电动机定子绕组接三相交流电源，并将自耦变压器从电网切除。 主电路：起动时，KM1主触点闭合，自耦变压器投入起动；运行时，KM2主触点闭合，电动机接三相交流电源，KM1主触点断开，自耦变压器被切除。 控制电路：起动过程分析 按动SB2KM1线圈通电自锁电动机M自耦补偿起动；KT线圈通电延时KA线圈通电自锁KM1、KT线圈断电KM2线圈通电电动机M全压运行。,31,2019/4/7,2.3.3 延边三角形降压起动控制, 原理：绕组连接67、48、59构成延边三角形接法，绕组连接16、24、35为接法。,第三节 三相笼型异步电动机的减压 起动控制,图2.3.3 延边三角形起动定子绕组接线图,32,2019/4/7,第三节 三相笼型异步电动机的减压 起动控制,图2.3.4 延边三角形降压起动控制电路,2.3.3 延边三角形降压起动控制,33,2019/4/7,第三节 三相笼型异步电动机的减压 起动控制,2.3.3 延边三角形降压起动控制 主电路分析 KM1、KM3使接点1、2、3接三相电源，67、48 、 59对应端接在一起构成延边三角形接法，用于降压 起动。 KM1、KM2使接点16、24、35接在一起，构成连 接，用于全压运行。 控制电路与Y-起动控制电路相同。,34,2019/4/7,小结：,35,2019/4/7,第四节 三相笼型异步电动机的 制动控制,主要内容： 能耗制动，反接制动，电磁抱闸制动。 要求： 了解能耗和反接制动方法的实现电路，以及能耗制动限流电阻的计算原则，掌握能耗和反接制动电路的原理分析。 2.4.1 能耗制动控制 2.4.2 反接制动控制 2.4.3 电磁抱闸制动控制,36,2019/4/7,第四节 三相笼型异步电动机的 制动控制,2.4.1 能耗(动力)制动控制 制动原理 制动时，在切除交流电源的同时，给三相定子绕组通入 直流电流，使定子绕组产生恒定的磁场。 限流电阻的计算 电路设计时，根据IZ=（1.54）IN的原则，选取直流电 流电压等级，以及限流电阻的功率和阻值。 主电路 直流电源的获取方法，交流电源（降压）经整流（半波 、全波、桥式）。 主电路中接触器KM1的主触点闭合时，电动机M作电动工 作。,37,2019/4/7,第四节 三相笼型异步电动机的 制动控制,2.4.1 能耗制动控制 接触器KM2主触点用于能耗制动时为定子绕组通入直流电流。,图2.4.1 能耗制动控制电路,38,2019/4/7,第四节 三相笼型异步电动机的 制动控制,2.4.1 能耗制动控制 起动： 按动起动按钮SB2KM1线圈通电自锁，电动机M作电动运行。 制动： 按动停车按钮SB1KM1线圈断电复位KM2线圈通电自锁电动机M定子绕组切除交流电源，通入直流电源能耗制动。 SB1KT线圈通电延时KM2线圈断电复位KT线圈断电复位。,39,2019/4/7,第四节 三相笼型异步电动机的 制动控制,2.4.2 反接制动控制,图2.4.2 反接制动控制电路,40,2019/4/7,第四节 三相笼型异步电动机的 制动控制,2.4.2 反接制动控制 工作原理： 反相序电源制动，转速接近零时，切除反相序电源。 主电路： KM1电动机运行；KM2通入反相序电源，反接制动。限制反接制动电流。 控制电路 （速度控制原则） 起动：接动启动按钮SB2KM1通电自锁电动机M通入正相序电源转动。 停止：按动停车按钮SB1KM1线圈断电复位KM2线圈通电自锁，实现反接制动，转速n接近零时，速度继电器KS常开触点打开KM2线圈断电，反接制动结束。,41,2019/4/7,2.4.3 电磁抱闸制动控制,第四节 三相笼型异步电动机的 制动控制,图2.4.3 电磁抱闸断电制动控制,42,2019/4/7,第四节 三相笼型异步电动机的 制动控制,1、制动原理： 断电电磁抱闸制动方式： 电磁抱闸的电磁线圈通电时，电磁力克服弹簧的 作用，闸瓦松开，电动机可以运转。 2、控制电路分析 启动时，接触器KM线圈通电时，其主触点接通电 动机定子绕组三相电源的同时，电磁线圈YB通电， 抱闸（动摩擦片）松开，电动机转动。 停止时，接触器KM线圈断电电动机M断电电磁铁线圈YB失电实现抱闸或电磁制动。,43,2019/4/7,第四节 三相笼型异步电动机的 制动控制,小结 能耗制动使用于要求平稳制动的场合,特点是制 动能耗小,制动准确度不高,需直流电源,设备费用 高. 反接制动使用于制动要求迅速,系统惯性大,制 动不频繁场合,特点是设备简单,调整方便,制动迅 速价格低,制动冲击大,准确性差,能耗大,不宜频繁 制动.,44,2019/4/7,2.5.1 多地点控制起、停的联锁控制,定义： 多地控制电路设置多套起、停 按钮，分别安装在设备的多个操 作位置，故称多地控制。 特点： 起动按钮的常开触点并联，停 止按钮的常闭触点串联。 操作： 无论操作哪个启动按钮都可以 实现电动机的起动；操作任意一 个停止按钮都可以打断自锁电 路，使电动机停止运行。,第五节 其他典型环节,图2.5.1 电动机的两地点控制电路,45,2019/4/7,2.5.2 多条件控制,电路用途： 多条件启动控制和多条件停止控制电路，适用于电路的多条件保护。 电路特点： 按钮或开关的常开触点串联，常闭触点并联。多个条件都满足（动作）后，才可以起动或停止。,第五节 其他典型环节,图2.5.2 电动机的三条件控制电路,46,2019/4/7,第五节 其他典型环节,用途： 用于实现机械设备依 次动作的控制要求。 主电路顺序控制： KM2串在KM1触点下， 故只有M1工作后M2才有 可能工作。,2.5.3 按顺序工作时的联锁控制,图2.5.3 顺序起动同时停车的控制电路,47,2019/4/7,4、顺序控制, 控制电路的顺序控制： a）KM1的辅助常开触点起自锁和顺控的双重作用。 b）单独用一个KM1的辅助常开触点作顺序控制触点。 c）M1M2的顺序起动、M2M1的顺序停止控制。 顺序停止控制分析：KM2线圈断电，SB1常闭点并联的KM2辅助常开触点断开后，SB1才能起停止控制作用，所以，停止顺序为M2M1。,图2.5.4 控制电路的顺序控制,48,2019/4/7,2.5.4 点动与连续控制线路,1、点动（在长动基础上的点动） 用途：适用于电动机短时间调整的操作。 按钮操作：SB3常闭触点用来切段自锁电路实现点动。 转换开关控制：SA合上，有自锁电路，SB2为长动操作按钮；SA断开，无自锁电路，SB2为点动操作按钮。 中间继电器KA控制：按动SB2、KA通电自锁，KM线圈通电，此状态为长动；按动SB3、KM线圈通电，但无自锁电路，为点动操作。,第五节 其他典型环节,图2.5.5 点动连续控制线路,49,2019/4/7,表2.1 电气控制系统常用的保护措施,50,2019/4/7,第六节 三相绕线式异步电动机的起动 控制电路,电路特点：绕线式电动机具有比笼型异步电 动机大的起动转矩和小的起动电流，因此， 绕线式电机过流能力弱，故需要设置过流保 护装置，实现过流、过载、短路保护功能。 绕线式异步电动机常用的起动控制有转子 串电阻分级起动和转子串频敏变阻器起动。 2.6.1 转子串电阻分级起动 、电流原则控制分级起动 控制原则：电流控制型,51,2019/4/7,主电路： R1R3转子外串电阻； KA1KA3转子电流检测用电流继电器 （欠流复位型）；KM1KM3转子电阻 的旁路接触器。 控制电路分析 按动起动按钮SB2KM4线圈通电自 锁中间继电器KA4线圈通电、转子串 全电阻起动。 转速n，电流I欠流继电器 KA1(KI1)复位KM1线圈通电切除转 子电阻R1、I； 随着转速n，电流I欠流继电 器KA2(KI2)复位KM2线圈通电切除 转子电阻R2、I； 转速n，电流I欠流继电器K 3(KI3)复位KM3线圈通电切除 R3,转速n上升直到电动机起动过程结 束。,图2.6.1 电流控制起动控制线路,52,2019/4/7,2、时间原则控制转子串电阻分级起动,起动条件： KM1、KM2、KM3均为原态时，方可起动。 起动过程： 按动SB2KM4线圈自锁电动机M串全电阻起动，同时KT1线圈通电延时KM1线圈通电切除R1，同时KT线圈通电延时KM线圈通电切除R，同时KT3线圈通电延时KM3线圈通电自锁切除R3， KT1，KM1，KT2，KM2，KT3等线圈依次断电复位，启动过程结束。,2.时间原则控制线路,图2.6.2 时间原则起动控制线路图,53,2019/4/7,2.6.2转子串频敏变阻器起动控制电路,频敏变阻器的工作原理： 随nf2，转子等效铁耗电阻自动减 小，从而达到无级自动切除的目的。 主电路： KM1引入电源。转子RF为频敏变阻器等效电 阻，KM2用于起动结束后切除频敏变阻器RF。 绕线式异步电动机通常采用过流继电器进 行保护,本图采用热继电器做过载保护。 电动机功率及电流很大，热继电器可经电流 互感器接入。为提高保护精度，起动时将热元 件FR短接，运行时投入。 控制电路起动过程分析： 按动SB2KM1线圈通电自锁M串RF起动。同 时，KT通电延时时间到，KA线圈通电自锁 KM2线圈通电 KT线圈断电复位，转子切除 RF， M进入运行状态。,第六节 三相绕线式异步电动机的起动 控制电路,图2.6.3 串频敏变阻器起动控制,54,2019/4/7,第七节 三相笼型异步电动机的调速 控制线路,1. 转速公式 三相异步电动机的转速公式 n=60f(1-s)/p 改变电动机的磁极对数p，转差率s及电源 频率f都可实现调速。 根据控制设备的工艺要求，经常需要调整电 动机的转速。,55,2019/4/7,2.7.1 变极调速控制线路,、双速电机的变极方法 U1V1W1端接电源，U2V2W2开路，电动机为接法（低速） U1V1W1端短接，U2V2W2端接电源为YY接法（高速） 注意，变极时，调换相序，以保证变极调速以后，电动机转动方向不变。,第七节 三相笼型异步电动机的调速 控制线路,图 2.7.1 双速异步电动机定子绕组接线示意图,56,2019/4/7,2.5.1 双速电机,2、主电路 ：KM1主触点构成接的低速接法。 KM2、KM3用于将U1V1W1端短接，并在UVW端通入三相交流电源， 构成YY接的高速接法。 3、控制电路 图a电路中，按钮SB1实现低速起动和运行。按钮SB2使KM2、KM3线圈通 电自锁，用于实现YY变速起动和运行。 图b 电路在高速运行时，先低速起动，后高速（YY）运行，以减少启动 电流。,图2.7.2 双速异步电动机控制线路,57,2019/4/7,第七节 三相笼型异步电动机的调速 控制线路,选择开关SA合向高速时间继电器KT线圈通电延时KM1线圈通电，电动机M作低速启动。 KT延时时间到KM1线圈断电复位KM2、KM3线圈通电电动机M作YY接法高速运行。 选择开关SA合向低速KM1线圈通电，电动机M作低速转动。 选择开关SA合向0位时，电动机停止运行。,2.7.1 变极调速控制线路,图2.7.2中：,58,2019/4/7,第七节 三相笼型异步电动机的调速 控制线路,2.7.2 变频调速,通常有两种变频调速方式： 1）在F1F1N即高于额定转速调速时，应保持U1U1N。这时磁通和转矩都将减小。转速增大，转矩减小，将使功率近于不变。这是恒功率调速。,59,2019/4/7,本章小结：,本章主要阐述了电气控制电路的基本环 节，有点动、连续、正反转、顺序、多地、 多条件、直接起动、降压起动、制动等基本 控制电路，掌握这些基本的控制原则和控制 环节，是学习电气控制的基础。,