电工与电子技术基础-第12章 电气自动控制技术

第12章电气自动控制技术12.4可编程控制器12.1常用低压控制电器12.2电气自动控制线路12.3控制线路的绘制及识图常识本章要求：1.了解常用低压电器的结构、功能和用途。2.掌握自锁、联锁的作用和方法。3.掌握过载、短路和失压保护的作用和方法。4.掌握基本控制环节的组成、作用和工作过程。能读懂简单的控制电路原理图、能设计简单的控制电路。5.了解可编程控制器的结构和工作原理。了解可编程控制器的几种基本编程方法。熟悉常用的编程指令。学会使用梯形图编制简单的程序。第12章电气自动控制技术应用电动机拖动生产机械，称为电力拖动。利用继电器、接触器实现对电动机和生产设备的控制和保护，称为继电接触控制。本章主要介绍几种常用的低压电器，基本的控制环节和保护环节的典型线路。实现继电接触控制的电气设备，统称为控制电器，如刀闸、按钮、继电器、接触器等。下面介绍常用控制电器的用途及电工表示符号。第12章电气自动控制技术12.1常用控制电器12.1.1组合开关组合开关又称转换开关，由数层动、静触片组装在绝缘盒而成的。动触点装在转轴上，用手柄转动转轴使动触片与静触片接通与断开。可实现多条线路、不同联接方式的转换。图12.1.1为用转换开关实现三相电动机起停控制的接线图。转换开关中的弹簧可使动、静触片快速断开，利于熄灭电弧。但转换开关的触片通流能力有限，一般用于交流380V、直流220V，电流100A以下的电路中做电源开关。M3~图12.1.1用组合开关起停电动机的接线图12.1.2按钮(手动切换电器)(b)结构按钮常用于接通和断开控制电路。按钮的外形图和结构如图所示。按钮开关的外形和符号(a)外形图常闭触点常开触点复位弹簧支柱连杆常闭静触头桥式静触头常开静触头外壳4SBSBSB结构符号名称常闭按钮(停止按钮)常开按钮(起动按钮)复合按钮1234123按钮帽动画交流接触器的外形与结构12.1.3接触器用于频繁地接通和断开大电流电路的开关电器。(a)外形(b)结构12.1.3接触器用于频繁地接通和断开大电流电路的开关电器。~M3~线圈辅助触点铁心衔铁电源电机主触点常闭常开动画弹簧符号线圈KM用于主电路流过的大电流(需加灭弧装置)用于控制电路流过的小电流(无需加灭弧装置)KM动合(常开)辅助触点动断(常闭)辅助触点KM属于同一器件的线圈和触点用相同的文字表示接触器技术指标：额定工作电压、电流、触点数目等。动合(常开)主触点KM常用的交流接触器有CJ10、CJ12、CJ20和3TB等系列。如CJ10系列主触点额定电流5、10、20、40、75、120A等数种；额定工作电压通常是220V或380V。12.1.4继电器继电器和接触器的结构和工作原理大致相同。主要区别在于：接触器的主触点可以通过大电流；继电器的体积和触点容量小，触点数目多，且只能通过小电流。所以，继电器一般用于控制电路中。1.电流及电压继电器电流继电器：可用于过载或过载保护，电压继电器：主要作为欠压、失压保护。2.中间继电器中间继电器触头容量小，触点数目多，用于控制线路。通常用于传递信号和同时控制多个电路，也可直接用它来控制小容量电动机或其他电气执行元件。(b)符号KA线圈常开触头KA常闭触头KA(a)外形中间继电器外形与符号3.时间继电器是从得到输入信号(线圈通电或断电)起，经过一段时间延时后才动作的继电器。适用于定时控制+直流电磁式结构图阻尼铜套衔铁工作原理：当衔铁未吸合时，磁路气隙大，线圈电感小，通电后激磁电流很快建立，将衔铁吸合，继电器触点立即改变状态。而当线圈断电时，铁心中的磁通将衰减，磁通的变化将在铜套中产生感应电动势，并产生感应电流，阻止磁通衰减，当磁通下降到一定程度时，衔铁才能释放，触头改变状态。因此继电器吸合时是瞬时动作，而释放时是延时的，故称为断电延时。(1)直流电磁式时间继电器a)通电延时继电器b)断电延时继电器KT线圈通电延时闭合常开触点KT通电延时断开常闭触点KTKT线圈(b)符号断电延时断开常开触点KT断电延时闭合常闭触点KT延时继电器的外形与结构(a)外形(2)空气式延时继电器通电延时的空气式时间继电器结构示意图常开触头延时闭合常闭触头延时打开微动开关2微动开关1常开触头常闭触头线圈通电衔铁向下吸合连杆动作触头动作工作原理调节螺丝进气孔托板线圈动铁心恢复弹簧挡块释放弹簧活塞杆橡皮膜排气孔(2)空气式时间继电器断电延时的空气式时间继电器结构示意图常闭延时闭合常闭延时断开常开触头常闭触头空气式时间继电器的延时范围大(有0.4~60s和0.4~180s两种)。结构简单，但准确度较低。时间继电器的型号有JS7-A和JJSK2等多种类型。12.1.5热继电器用于电动机的过载保护。热继电器外形与结构(a)外形(b)结构~发热元件接入电机主电路，若长时间过载，双金属片被加热。因双金属片的下层膨胀系数大，使其向上弯曲，杠杆被弹簧拉回，常闭触点断开。发热元件杠杆12.1.5热继电器工作原理结构原理图双金属片常闭触头用于电动机的过载保护。动画12.1.6熔断器符号FU熔断器额定电流IF的选择(1)电灯、电炉等电阻性负载IFIL(3)频繁起动的电机(2)单台电机用于低压线路中的短路保护。常用的熔断器有插入式熔断器、螺旋式熔断器、管式熔断器和有填料式熔断器。52.电动机的起动电流熔丝额定电流261~.电动机的起动电流熔丝额定电流用于自动往复控制或限位保护等。12.1.7行程开关(限位开关)(b)示意图结构与按钮类似，但其动作要由机械撞击。未撞击撞击(a)外形图ST常开触点常闭触点ST(c)符号行程开关的外形符号可实现短路、过载、失压保护。12.1.8自动空气断路器(自动开关)锁钩主触点手动闭合过流脱扣器欠压脱扣器衔铁释放动画自动空气断路器原理图连杆装置释放弹簧继电接触控制线路由一些基本控制环节组成，下面介绍继电接触控制线路的绘制。在电工技术中所绘制的控制线路图为原理图，它不考虑电器的结构和实际位置，突出的是电气原理。电器自动控制原理图的绘制原则及读图方法：1.按国家规定的电工图形符号和文字符号画图。2.控制线路由主电路(被控制负载所在电路)和控制电路(控制主电路状态)组成。3.属同一电器元件的不同部分(如接触器的线圈和触点)按其功能和所接电路的不同分别画在不同的电路中，但必须标注相同的文字符号。4.所有电器的图形符号均按无电压、无外力作用下的正常状态画出，即按通电前的状态绘制。5.与电路无关的部件(如铁心、支架、弹簧等)在控制电路中不画出。分析和设计控制电路时应注意以下几点：(1)使控制电路简单，电器元件少，而且工作又要准确可靠(2)尽可能避免多个电器元件依次动作才能接通另一个电器的控制电路。(3)必须保证每个线圈的额定电压，不能将两个线圈串联。熔断器FU交流接触器KM组合开关Q按扭SBSB1SB235热继电器FRM3～42112.2鼠笼式电动机直接起动的控制线路1.直接起动(a)结构图主电路控制电路12.2鼠笼式电动机直接起动的控制线路(1)电路SB1KMSB2FRKMFRKMFUQ3~M..保险丝热继电器发热元件开关接触器主触点起动按钮停止按钮接触器线圈接触器辅助触点热继电器动断触点动画(b)原理图控制电路一、直接起动电动机的保护SB1KMSB2FRKMFRKMFUQ3~M..热继电器过载保护保险丝短路保护接触器零压、欠压保护热继电器动断触点主电路控制电路电动机的保护短路保护是因短路电流会引起电器设备绝缘损坏产生强大的电动力，使电动机和电器设备产生机械性损坏，故要求迅速、可靠切断电源。通常采用熔断器FU和过流继电器等。欠压是指电动机工作时，引起电流增加甚至使电动机停转，失压(零压)是指电源电压消失而使电动机停转，在电源电压恢复时，电动机可能自动重新起动(亦称自起动)，易造成人身或设备故障。常用的失压和欠压保护有：对接触器实行自锁；用低电压继电器组成失压、欠压保护。过载保护是为防止三相电动机在运行中电流超过额定值而设置的保护。常采用热继电器FR保护，也可采用自动开关和电流继电器保护。KMFRKM..KMSB1SB2..控制电路合上开关Q起动(2)控制原理KM辅助触点闭合自锁。按下起动按钮SB2,KM线圈通电，KM主触点闭合，电动机运转。通电转动KM主电路FR3~MFUQQ动画合上开关Q(2)控制原理FRKM..KMSB1SB2..控制电路KM辅助触点闭合自锁。按下起动按钮SB2,KM线圈通电，KM主触点闭合，电动机运转。通电起动KM转动主电路FR3~MFUQQ松开起动按钮SB2利用自身辅助触点，维持线圈通电的作用称自锁自锁(2)控制原理FRKM..KMSB1SB2..控制电路通电主电路FRFUQ3~MQ转动KM自锁停车按下停止按钮SB1,KM线圈断电KM主触点断开,电动机停转。KM辅助触点断开，取消自锁。(2)控制原理转动停车按下停止按钮SB1,KM线圈断电KM主触点断开,电动机停转。KM辅助触点断开，取消自锁。停转FRKM..KMSB1SB2..控制电路通电主电路FRFUQ3~MQ断电KM去掉KM辅助触点,实现点动控制。2.既能长期工作又能点动的控制电路按下起动按钮，电动机运转，松开起动按钮，电动机停转。点动按钮SB3的作用：(1)使接触器线圈KM通电；(2)使线圈KM不能自锁。KMSB2FRKMSB1~SB3复合按钮2.既能长期工作又能点动的控制电路KMSB2FRKMSB1~SB3后闭合先断开按下SB3闭合电机运转点动时：自锁触点不起作用通电KMSB2FRKMSB1~SB3先断开后闭合断开断电2.既能长期工作又能点动的控制电路松开SB32.既能长期工作又能点动的控制电路KMSB2FRKMSB1~SB3松开SB3电机停转实现点动用途:试车、检修以及车床主轴的调整等。先断开后闭合断开断电KM1FUQKM2M1M23~3~.SBSB1KM1KM1SB2KM2KM2按SB1通电闭合再按SB2闭合通电闭合闭合1.控制顺序：M1起动后M2才能起动。M2既不能单独起动，也不能单独停车。M1转动3.电机的顺序控制M2转动....动画M13~这样的顺序控制是否合理？两电机各自要有独立的电源；这样接，主触头(KM1)的负荷过重。KM1KM2M23~KM2SBKM2SBKM1FR1FR2KM1例1：两条皮带运输机分别由两台鼠笼异步电动机拖动，由一套起停按钮控制它们的起停。为避免物体堆积在运输机上，要求电动机按下述顺序起动和停止：起动时:M1起动后M2才能起动；停车时:M2停车后M1才能停车。应如何实现控制？起动：通电通电闭合闭合SBKM1FR1例：两条皮带运输机分别由两台鼠笼异步电动机拖动，由一套起停按钮控制它们的起停。为避免物体堆积在运输机上，要求电动机按下述顺序起动和停止：起动时:M1起动后M2才能起动；停车时:M2停车后M1才能停车。应如何实现控制？KM2SBKM2FR2KM1停止：断电断电断开断开12.3鼠笼式电动机正反转的控制线路将电动机接到电源的任意两根线对调一下，即可使电动机反转。需要用两个接触器来实现这一要求。当正转接触器工作时，电动机正转；当反转接触器工作时，将电动机接到电源的任意两根联线对调一下，电动机反转。SBF和SBR决不允许同时按下，否则造成电源两相短路。正反转的控制线路3~MFRFU正转触点KMR动画KMF.KMRFRQKMFSB..SBFKMF正转接触器正转按钮正反转控制电路必须保证正转、反转接触器不能同时动作。反转接触器SBRKMRKMR..........反转按钮反转触点按下SBFSBKMF在同一时间内，两个接触器只允许一个通电工作的控制作用，称为“联锁”。“联锁”触点利用接触器的触点实现联锁控制称电气联锁。缺点：改变转向时必须先按停止按钮。解决措施：在控制电路中加入机械连锁。KMRSBFKMFKMFSBRKMRKMR.....通电断开断电电机正转闭合机械联锁电气联锁利用复合按钮的触点实现联锁控制称机械联锁。鼠笼式电动机正反转的控制线路KMFKMFSBRSBKMRSBFKMFKMRKMRKMFKMFSBRSBKMRSBFKMFKMRKMR当电机