电气控制与PLC第2章

1第二章电气线路的基本控制原则和控制环节第二章电气线路的基本控制原则和基本控制环节第一节电气控制系统图的类型及有关标准第二节三相笼型异步电动机全压起动和正反转控制第三节三相笼型异步电动机的降压起动控制第四节三相绕线转子异步电动机起动控制第五节三相异步电动机的制动控制第六节三相笼型异步电动机的有级调速控制第七节直流电动机的控制第八节电气控制系统的保护环节2第二章电气线路的基本控制原则和控制环节电气控制系统是由电气元件按照一定要求联接而成的。电气控制系统图是用图形的方式来表示电气控制系统中的电气元件及其联接关系，图中采用不同的图形符号表示各种电器元件、采用不同的文字符号表示各电器元件的名称、序号或线路的功能、状况和特征，采用不同的线号或接点编号来表示导线与连接等。电气控制系统图表达了生产机械电气控制系统的结构、原理等设计意图，是电气系统安装、调整、使用和维修的重要资料。一、电气控制系统图中的图形符号和文字符号电气控制系统图中，电气元件的图形符号和文字符号都有统一的国家标准。近年来，我国采用GB4728-84“电气图用图形符号”、GB6988-87“电气制图”和GB7159-87“电气技术中的文字符号制定通则”等新标准，在绘制电气控制系统图时必须严格遵循。第一节电气控制系统图的类型及有关标准3第二章电气线路的基本控制原则和控制环节二、电气控制系统图电气原理图电器布置图电气安装接线图（一）电气原理图用规定的图形符号，按主电路和辅助电路相互分开并依据各电器元件动作顺序等原则所绘制的线路图，称为电气原理图。它包括所有电器元件的导电部件和接线端点，不表示电气元件的形状、大小和安装方式。4第二章电气线路的基本控制原则和控制环节某机床的电气控制原理图5第二章电气线路的基本控制原则和控制环节1．绘制电气原理图的原则1）电气原理图一般分主电路和辅助电路两部分。2）电气原理图中，所有电元件都应采用国家统一规定的图形符号和文字符号来表示。3）电气原理图中，各个电器元件和部件在控制线路中的位置，应根据便于阅读的原则安排，同一电器元件的各个部件文字符号一致,可以不画在一起。同类型器件使用多个用不同下标区分。4）电气原理图中，所有电器的触头都按没有通电和没有受外力作用时的状态（常态）绘制。5）电气原理图中，无论是主电路还是辅助电路，各电气元件一般按动作顺序从上到下，从左到右依次排序，可水平布置或者垂直布置。6）电气原理图中，有直接电联系的交叉导线连接点，要用黑圆点表示。无直接联系的交叉导线连接点不画黑圆点。6第二章电气线路的基本控制原则和控制环节2.原理图区域划分图区编号可以设置在图的上方或下方，对应图区编号下方或上方表明它对应电路的功能。3.符号位置的索引符号位置的索引用图号、页次和图区编号的组合索引法，索引代号组如下：当某一元件相关的各符号元素出现在不同图号的图纸上，而当每个图号仅有一页图纸时，索引代号可简化成：7第二章电气线路的基本控制原则和控制环节在原理图中相应线圈的下方，给出触头的文字符号，并在其下面注明相应触头的索引代号，对未使用的触头用“×”表明，有时也可采用上述省去触头的表示法。对接触器，上述表示法中各栏的含义如下：右栏中栏左栏主触头所辅助常开触头辅助常闭触头在图区号所在图区号所在图区号8第二章电气线路的基本控制原则和控制环节对继电器，上述表示法各栏的含义如下：左栏右栏辅助常开触头辅助常闭触头所在图区号所在图区号是接触器KM相应触头的索引。KM12226例图中KM1线圈下方的9第二章电气线路的基本控制原则和控制环节（二）电器元件布置图电器元件布置图是用来表明电气设备上所有电机、电器的实际位置，为电气控制设备的制造、安装、维修提供必要的档案资料。某机床的电器元件布置图10第二章电气线路的基本控制原则和控制环节（三）电气安装接线图电气安装接线图是用规定的图形符号，按各电器元件相对位置绘制的实际接线图。安装接线图是实际接线安装的准则和依据，它清楚地表示各电器元件的相对位置和它们之间的电气连接，安装接线图不仅要把同一个电器的各个部件画在一起，而且各个部件的布置要尽可能符合该电器的实际情况。各电器元件的表示要与原理图一致，以便核对。同一控制柜中的各电器元件之间的连接可以直接进行，不在同一个控制柜内的各电器元件之间的导线连接，必须通过接线端子进行。安装接线图中，分支导线必须在各电器元件接线端上引出。还应该详细标明导线和所穿管子的型号、规格等。11第二章电气线路的基本控制原则和控制环节例如，车床的电气安装接线图12第二章电气线路的基本控制原则和控制环节对于起动频繁，允许直接起动电动机容量不大于变压器容量的20%。对于不经常起动者，直接起动电动机容量不大于变压器容量的30%。通常对容量小于10kW的笼型异步电动机采用直接起动方法。第二节三相笼型异步电动机全压起动和正反转控制全压起动额定电压直接加到电动机的定子绕组。优点：电路简单缺点：起动电流大13第二章电气线路的基本控制原则和控制环节右图为三相笼型异步电动机单向全压直接起动控制电路。一、单向全压直接起动控制电路1.工作原理起动过程：合QS按下SB2KM线圈得电自锁M起动停车过程：按下SB2KM线圈断电M停车自锁KM1MFU1L1L2L3QSFRKM1FRSB1SB2KM1FU2~314第二章电气线路的基本控制原则和控制环节2、电路的保护环节（1）短路保护由熔断器实现电路短路保护。（2）过载保护通过热继电器实现电动机长期过载保护。（3）欠压和失压保护由接触器本身的电磁机构实现。欠压保护：是指电机主回路和控制回路供电电压低于电机额定电压时所实施的保护。失压保护：是指在电机运行时由于外界突然断电后又重新恢复供电时所实施的保护。15第二章电气线路的基本控制原则和控制环节二、电动机的点动控制电路点动：操作者按下起动按钮后，电动机起动运转，松开起动按钮时、电动机就停止转动。图(a)是最基本的点动控制线路。合QS按下SB2KM线圈得电M起动主触头闭合松开SB2KM线圈失电主触头断开M停车电动机点动控制电路KMMFUL1L2L3QSFRFRSB2KM)a~316第二章电气线路的基本控制原则和控制环节图(b)是既可以实现点动又可以实现连续运行的控制线路。点动：手动开关SA打开连续工作：合上SA，自锁触头接入，即可实现连续控制。KMFRSB1SB2KMSA)b17第二章电气线路的基本控制原则和控制环节图(c)复合按钮SB3来实现点动控制按钮SB2实现连续控制合QS按下SB2KM得电自锁M起动主触头闭合连续运行：点动运行：合QS按下SB2KM得电M起动主触头闭合松开SB2KM失电M停车SB3KMFRSB1SB2KM)c18第二章电气线路的基本控制原则和控制环节图d)是利用中间继电器实现点动的控制线路。点动运行：连续运行：按下SB3KM得电自锁M起动按下SB2KA得电M起动KM得电松开SB2KM断电M停车KA断电SB3KMFRSB1SB2KMKAKAKA)d19第二章电气线路的基本控制原则和控制环节在电动机正反转控制线路中，利用两个接触器的常闭辅助触头互相控制的方法叫做互锁，而两对起互锁作用的触头叫做互锁触头。三、电动机的正、反转控制电路20第二章电气线路的基本控制原则和控制环节1、电动机“正-停-反”控制电路按下SB2KM1得电自锁M正转合QS正转：反转：按下SB2KM2得电自锁M反转停车：按下SB2KM1失电M停车如图a）所示：a）正-停-反电路互锁KM1KM1KM1KM2KM2KM2FRFRSB1SB2FU1QSML1L2L3KM2SB3KM1~3FU221第二章电气线路的基本控制原则和控制环节2、电动机“正-反-停”控制电路其控制电路如图所示。按下SB2KM1得电自锁M正转合QS正转：停车：反转：按下SB2KM2得电自锁M反转按下SB2KM1或KM2失电M停车KM1KM1KM2KM2FRSB2SB3KM1KM2)bSB1FU2互锁联锁22第二章电气线路的基本控制原则和控制环节四、自动往返行程控制电路右图为自动往返循环控制典型电路。SQ1为正向转反向行程开关SQ2为反向转正向行程开关如此周而复始。工作原理：按下SB2KM1得电自锁M正转合QS拖动运动部件前进碰SQ1KM1失电KM2得电M反转拖动运动部件后退碰SQ2KM2失电KM1得电M正转KM1KM1KM2KM2FRSB1SB2KM2SB3KM1SQ1SQ2FU223第二章电气线路的基本控制原则和控制环节上述自动往返运动，运动部件每经过一个循环，电动机要进行两次制动过程，会出现较大的制动电流和机械冲击。因此，这种电路只适用于电动机容量较小、循环周期较长、电动机转轴具有足够刚性的拖动系统。另外，在选择接触器的容量时应比一般情况选择的容量大一些。24第二章电气线路的基本控制原则和控制环节第三节三相笼型异步电动机的降压起动控制较大容量的笼型异步电动机（大于10kW）因起动电流较大，不允许用全压直接起动，应采用降压起动控制。有时为了减小起动时对机械设备的冲击，即便是允许采用直接起动的电动机，也往往采用降压起动。降压起动时，先降低加在电动机定子绕组上的电压，待起动后再将电压升高到额定值，使之在正常电压下运行。由于电枢电流和电压成正比，所以降低电压可以减小起动电流，这样不致在电路中产生过大的电压降，减少对线路电压的影响。三相笼型异步电动机常用的降压起动方法有：定子串电阻（或电抗器）降压起动、星-三角（Y-）降压起动、自耦变压器降压起动及延边三角形降压起动。25第二章电气线路的基本控制原则和控制环节一、定子串电阻降压起动控制三相笼型异步电动机定子绕阻串接起动电阻时，由于起动电阻的分压，使定子绕组起动电压降低，起动结束后再将电阻短接，使电动机在额定电压下正常运行，可以减小起动电流。这种起动方式不受电动机接线形式的限制，设备简单、经济，在中小型生产机械中应用较广。1、自动切换的降压起动电路原理：合上电源开关QS，接入三相电源，按下SB2，KM1、KT线圈得电吸合并自锁，电动机串电阻R降压起动，当电动机转速接近额定值时，时间继电器KT动作，其延时闭合的常开触点闭合，KM2线圈得电并自锁。KM2主触点短接电阻R，KM2的常闭触点断开，使KM1、KT线圈断电释放，电动机经KM2主触点在全压下进入稳定正常运转。26第二章电气线路的基本控制原则和控制环节2、自动/手动短接电阻降压起动电路原理：SA为自动/手动选择开关，当SA置于自动时，电路与图a）相同。若SA置于手动时，KT被切除，此时按下起动按钮SB2后，电动机串电阻R降压起动。再按下加速按钮SB3，电阻R被短接，电动机全压运行。27第二章电气线路的基本控制原则和控制环节二、星-三角（Y-）降压起动控制1、适用范围正常运行时，定子绕组接成三角形运转的三相笼型异步电动机，可采用星-三角降压起动。适用于操作较频繁的空载或轻载场合。2、原理起动时，每相绕阻的电压下降到正常工作电压的，故起动电流下降到全压起动时的1/3，其起动转矩只有全压起动时的1/3。当转速接近额定转速时，将电动机定子绕组改接成三角形，电动机进入正常运行状态。（1）、双接触器控制电路适用于13kW以下电动机的起动（2）、三接触器控制电路适用于13kW以上电动机的起动28第二章电气线路的基本控制原则和控制环节按下起动按钮SB2，KM1、KT线圈同时通电吸合并自锁，KM1主触点闭合接入电源，电动机星形降压起动。当时间继电器KT动作，KM1线圈断电释放，切断电动机电源；KT延时闭合常开触点闭合，使KM2线圈通电并自锁，常闭触点KM2断开，使KT断电，KM1线圈重新通电吸合，电动机三角形运行。（1）、双接触器控制电路29第二章电气线路的基本控制原则和控制环节按下SB2，KM1、KT、KM3线圈同时通电吸合自锁，星形降压起动，当KT动作，KM3线圈断电释放，KM2线圈通电吸合，电动机三角形连接，进入正常运行。（2）、三接触器控制电路30第二章电气线路的基本控制原则和控制环节三、自耦变压器降压起动控制电路按下SB2，KM1、KT线圈同时得电并自锁，KM1主触点闭合，电动机定子绕