电气控制基本原理和方法（PPT53页)

第一篇电气控制第2章电气控制线路的基本控制规律一基本概念：1.电气控制：就是指通过电气自动控制方式来控制生产过程。2.电气控制线路：是把各种有触点的接触器、继电器以及按钮、行程开关等电气元件，用导线按一定方式连接起来组成的控制线路。3.电气控制线路的作用：能够实现对电动机或其他执行电器的启停、正反转、调速和制动等运行方式的控制，以实现生产过程自动化，满足生产工艺的要求。因此，电气控制通常称为继电接触器控制。第一篇电气控制二继电接触器控制的优缺点：优点：1）电路图较直观形象，装置结构简单，价格便宜，抗干扰能力强。因此被广泛应用于各类生产设备及控制系统中。2）可以方便地实现简单和复杂的、集中和远距离生产过程的自动控制。缺点：1）采用固定接线形式，其通用性和灵活性较差，在生产工艺要求提出后才能制作，一旦做成就不易改变，另外，不能实现系列化生产。2）由于采用有触点的开关电器，触点易发生故障，维修量较大等。尽管如此，目前继电接触器控制仍然是各类机械设备最基本的电气控制形式之一。第一篇电气控制§2继电接触控制系统的基本控制电路§2-1电气控制线路图的图形、文字符号及绘制原则§2-2电动机控制的基本环节§2-3按连锁控制的规律§2-4按控制过程的变化参量进行控制的规律§2-5电动机控制的保护环节第一篇电气控制§2-1电气控制线路图的图形、文字符号及绘制原则电气控制线路是由许多电器元件按一定的要求连接而成的。电气控制系统图：为了表达生产机械电气控制系统的机构、原理等设计意图，便于电气系统的安装、调试、使用和维修，将电气控制系统中各电器元件及其连接线路用一定的图形表达出来，这就是电气控制系统图。电气控制系统图种类：电气控制系统图一般有三种：电气原理图、电器布置图和电气安装接线图。其中，后两种为工艺图纸。电气控制系统图是根据国家标准，用规定的文字符号、图形符号及规定的画法绘制的。本节重点介绍电气原理图。第一篇电气控制一、常用的电器图形符号和文字符号（第1章讲过）二、电气原理图电气原理图一般分为主电路和辅助电路两个部分。主电路——是电气控制线路中强电流通过的部分，是由电机以及与它相连接的电气元件如组合开关、接触器的主触点、热继电器的热元件、熔断器等组成的线路。辅助电路——通过的电流较小，包括控制电路、照明电路、信号电路及保护电路。其中，控制电路是由按钮、继电器和接触器的吸引线圈和辅助触点等组成。一般来说，信号电路是附加的，如果将它从辅助电路分开，并不影响辅助电路工作的完整性。1.绘制电气原理图的原则电气原理图的目的是便于阅读和分析控制线路，应根据结构简单、层次分明清晰的原则，采用电气元件展开的形式绘制。它包括所有电气元件的导电部件和接线端点，但并不按照电气元件的实际位置来绘制，也不反映电气元件的尺寸大小。第一篇电气控制绘制电气原理图应遵循以下原则。1）所有电机、电器等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。2）主电路用粗实线绘制在图的左侧或上方，辅助电路用细实线绘制在图的右侧或下方。3）无论是主电路还是辅助电路或其元件，均应按功能布置，各元件尽可能按动作顺序从上到下、从左到右排列。4）在原理图中，同一电器元件的不同部件（如线圈、触点）分散在不同位置时，为了表示是同一元件，要在电器元件的不同部件处标注统一的文字符号。对于同类电器，必须在文字符号后加上数字序号以区别，如KM1、KM2等。5）电气原理图中，所有电器的可动部分均按没有通电或没有外力作用时的状态画出。对于继电器、接触器的触点，按其线圈不通电时的状态画出；控制器按手柄处于零位时的状态画出；对于按钮、行程开关等触点，按未受外力作用时的状态画出。6）电气原理图中，应尽量减少线条和避免线条交叉。各导线之间有电联系时，在导线交点处画实心圆点。根据图面布置需要，可以将图形符号旋转绘制，一般逆时针方向旋转90o，但文字符号不可倒置。第一篇电气控制2.阅读和分析电气原理图的方法主要有：查线读图法和逻辑代数法。（1）查线读图法：又称直接读图法或跟踪追击法。步骤如下：1）分析主电路先分析执行元件的线路。一般应从电动机着手，根据主电路中有哪些控制元件的主触点、电阻等大致判断电动机是否有正反转控制、制动控制和调速要求等。2）分析控制电路通常对控制电路按照由上往下或由左往右的顺序依次阅读，可以按主电路的构成情况，把控制电路分解成与主电路相对应的几个基本环节，一个环节一个环节地分析，然后把各环节串起来。首先，记住各信号元件、控制元件或执行元件的原始状态；然后，设想按动了操作按钮，线路中有哪些受控动作；这些动作元件的触点又是如何控制其他元件动作的。进而，查看受驱动的执行元件有何运动。（2）逻辑代数法：又称间接读图法，是通过对电路的逻辑表达式的运算来分析控制电路的，其关键是正确写出电路的逻辑表达式。第一篇电气控制§2-2电动机控制的基本环节一、起动、停止控制线路笼型三相异步电动机的起动、停止控制线路是应用最广泛的、也是最基本的控制线路。1.线路的结构1）主电路：主电路是设备的驱动电路，包括从电源到电动机的电路，是强电流通过的部分。如图3-1，主电路包括刀开关QS（旋转手柄）、熔断器FU2、接触器KM的主触点、热继电器FR的加热元件和电动机。主电路控制电路图3-1电动机单向运行全压起动控制线路第一篇电气控制2）控制电路：控制电路由按钮、接触器和继电器的线圈、各种电器的动合（常开）、动断（常闭）触点组合构成控制逻辑，实现需要的控制功能，是弱电流通过的部分。如图3-1，起动按钮SB2、停止按钮SB1、接触器KM的线圈及其常开触点、热继电器FR的常闭触点、熔断器FU1构成控制线路。主电路控制电路图3-1电动机单向运行全压起动控制线路第一篇电气控制主电路控制电路图3-1电动机单向运行全压起动控制线路2.线路的工作原理(1)起动电动机KM线圈得电KM主触点闭合电机通电运转KM常开辅助触点闭合自锁合上QS按下SB2接触器KM的辅助常开触点并联于启动按钮SB2称为“自锁”环节。1)“自锁”环节是由命令它通电的主令电器的常开触点与本身的常开触点相并联而成，这种由接触器（继电器）本身的触点来使其线圈长期保持通电的环节叫“自锁”环节。2)“自锁”环节具有对命令的“记忆”功能，当启动命令下达后，能保持长期通电，而当停机命令或停电出现后不会自启动。3)“自锁”环节不仅常用于电路的启、停控制，而且凡是需要“记忆”的控制都可以经常运用自锁环节。第一篇电气控制主电路控制电路图3-1电动机单向运行全压起动控制线路2.线路的工作原理(2)停止电动机按下SB1KM线圈失电KM主触电断开电机失电停转KM自锁触点断开当手松开SB1时，KM线圈不能再依靠自锁通电了。第一篇电气控制1）短路保护短路时通过熔断器FU2的熔体熔断来切断电路，使电动机立即停转。它作为电路短路保护，但达不到过载保护的目的。这是因为熔断器的规格是根据电动机的启动电流大小作适当选择的；另一方面熔断器的保护特性分散性很大，即使是同一种规格的熔断器，其特性曲线也往往很不相同。熔断器FU1为控制线路的短路保护。2）过载保护电动机长期超载运行，会造成电动机绕组温升超过其允许值而损坏，通常要采取过载保护。过载保护的特点是：负载电流越大，保护动作时间越快，但不能受电动机启动电流影响而动作。热继电器FR具有过载保护作用。一般来说，热继电器发热元件的额定电流按电动机额定电流来选取。由于热继电器热惯性很大，即使热元件流过几倍的额定电流，热继电器也不会立即动作，因此在电动机启动时间不长的情况下，热继电器是不会动作的。只有过载时间比较长时，热继电器动作，常闭触点FR断开控制电路，使接触器线圈断电释放，其主触头断开主电路，电动机停止运转，实现过载保护。3.电路的几种保护第一篇电气控制3）欠压保护和失压保护零电压保护：防止电源电压恢复时电动机自启动的保护也叫零电压保护。欠电压保护：在电源电压下降达到最小允许的电压值时将电动机电源切除的保护称为欠电压保护。它是依靠接触器自身的电磁机构来实现的。条件是：主电路与控制电路共用同一电源。衔铁自行释放电源欠压或失压电磁力减弱接触器主触头断开电机停转接触器常开辅助触头断开自锁电压恢复时，必须重新按起动按钮SB2后，才能重新起动。第一篇电气控制二、点动控制线路在生产实践中，某些生产机械常要求既能正常起动，又能实现调整的点动工作。图3-2列出了实现点动控制的几种电气控制线路。线路（a）：是最基本的点动控制线路，起动按钮SB没有并联接触器KM的自锁触头，按下SB，KM线圈通电，电机起动，手松开按钮SB时，接触器KM线圈又断电，其主触点断开，电机停止运转。第一篇电气控制线路（b）：是带手动开关SA的点动控制线路。当需要点动控制时，只要把开关SA断开，由按钮SB2来进行点动控制。当需要正常运行时，只要把开关SA合上，将KM的自锁触点接入，即可实现连续控制。第一篇电气控制线路（c）:增加了一个复合按钮SB3来实现点动控制。按下SB3SB3常闭触点先断开自锁SB3常开触点后闭合KM线圈得电电机起动松开SB3KM线圈断电释放电机停转按钮SB2和SB1实现连续控制SB3常开触点先断开常闭触点后闭合主触点断开电源注意：复合按钮常开触点和常闭触点的动作顺序第一篇电气控制线路（d）:利用中间继电器实现点动的控制线路。按下SB2KA线圈得电KA常开触点闭合KM线圈得电电机转动KA常闭触点打开松开SB2KA线圈失电KA常开触点打开KM线圈失电电机停动KA常闭触点闭合（KM自锁已经断开）连续控制：按下SB3KM线圈得电电机转动KM常开辅助触头实现自锁点动：第一篇电气控制图3-2实现点动的几种控制线路第一篇电气控制三、多地点控制线路有些生产设备为了操作方便，常需要在两个以上的地点进行控制（即多地控制）。例如，电梯的升降控制可以在梯厢里面控制也可以在每个楼层控制；有些生产设备可以由中央控制台集中管理，也可以在每台设备调试检修时就地进行控制。多地控制就是用多组启动、停止按钮。多地控制必须在每个地点有一组按钮，所有各组按钮的连接原则必须是：常开起动按钮要并联，常闭停止按钮应串联。第一篇电气控制四、可逆运行控制线路各种生产机械常常要求具有上、下，左、右，前、后等相反方向的运动，这就要求电动机能够实现可逆运行。三相交流电动机可借助正、反向接触器改变定子绕组相序来实现。为避免正、反向接触器同时通电造成电源相间短路故障，通常在控制电路中，将正反转控制接触器的常闭触点串联在对方的工作线圈里，构成相互制约关系——称为互锁。图3－4给出了两种可逆控制线路。第一篇电气控制第一篇电气控制正转：线路（a）：电动机“正—停—反”可逆控制线路按下SB2KM1线圈得电KM1主触头接通KM1常开辅助触头自锁KM1常闭辅助触头打开电机正转KM2线圈不会得电所以，要想反转必须先停机反转：按下SB3KM2线圈得电KM2主触头接通KM2常开辅助触头自锁KM2常闭辅助触头打开电机反转KM1线圈不会得电此线路中，利用两个接触器的常闭辅助触头互相控制，实现“互锁”。第一篇电气控制线路（b）：电动机“正—反—停”可逆控制线路利用了两个复合按钮实现正转：按下SB2SB2常闭触头断开KM2线圈失电KM2常闭辅助触头闭合SB2常开触头闭合KM1主触头接通KM1常开辅助触头自锁KM1常闭辅助触头打开电机正转KM2线圈不会得电KM1线圈得电由正转到反转只要按下SB3即可，道理同上。不需先按停止按钮SB1这个线路既有接触器互锁，又有按钮互锁，叫做具有双重互锁功能的可逆控制线路。为电力拖动系统所常用。第一篇电气控制§2-3按连锁控制的规律一、连锁控制定义：连锁控制的应用很广泛，前面介绍的“自锁”、“互锁”、“点动—连续控制”均属于连锁控制。凡是生产线上某些环节或一台设备的某些部件之间具有互相制约或互相配合的控制，均称为连锁控制。二、按顺序工作时的连锁控制在机床的控制线路中常常要求电动机的起停有一定的顺序。磨床：主轴转动时，要求油泵先给齿轮箱供润滑油，即应保证在润滑油泵电动机启动后，才允许起动主轴电机；龙门刨床：在工作台移动前，导轨