第一节 电气控制系统图的基本知识

第一节电气控制系统图的基本知识一、图形、文字符号１．图形符号图形符号通常用于图样或其它文件，用以表示一个设备或概念的图形、标记或字符。电气控制系统图中的图形符号必须按国家标准绘制，２．文字符号文字符号分为基本文字符号和辅助文字符号。文字符号适用于电气技术领域中技术文件的编制，也可表示在电气设备、装置和元件上或其近旁以标明它们的名称、功能、状态和特征。３．主电路各接点标记三相交流电源引入线采用L1、L2、L3标记。电源开关之后的三相交流电源主电路分别按U、V、W顺序标记。分级三相交流电源主电路采用三相文字代号U、V、W的前边加上阿拉伯数字1、2、3等来标记，如1U、1V、1W；2U、2V、2W等。二、绘图原则电气控制系统图包括电气原理图、电气安装图（电器安装图、互连图）和框图等。各种图的图纸尺寸一般选用297×210、297×420、297×630、297×840（mm）四种幅面，特殊需要可按GB126—74《机械制图》国家标准选用其他尺寸。第二节三相异步电动机全压起动控制线路三相异步电动机全压起动就是：起动时加在电动机定子绕组上的电压为额定电压，也称直接起动。一、单向旋转控制电路1、点动正转控制线路点动正转控制线路是用按钮、接触器来控制电动机运转的最简单的正转控制线路。如图2.5所示。起动：按下起动按钮SB→接触器KM线圈得电→KM主触头闭合→电动机M起动运行。停止：松开按钮SB→接触器KM线圈失电→KM主触头断开→电动机M失电停转。停止使用时：断开电源开关QS。图2.5点动正转控制电路图2、接触器自锁正转控制线路在要求电动机起动后能连续运行时，采用上述点动控制线路就不行了。因为要使电动机M连续运行，起动按钮SB就不能断开，这是不符合生产实际要求的。为实现电动机的连续运行，可采用图2.6所示的接触器自锁正转控制线路。线路的工作原理如下：先合上电源开关Q。起动：按下起动按钮SB1→当松开SB1常开触头恢复分断后，因为接触器KM的常开辅助触头闭合时已将SB1短接，控制电路仍保持接通，所以接触器KM继续得电，电动机M实现连续运转。像这种当松开起动按钮SB1后，接触器KM通过自身常开触头而使线圈保持得电的作用叫做自锁（或自保）。与起动按钮SB1并联起自锁作用的常开触头叫自锁触头（也称自保触头）。停止：按下停止按钮SB2当松开SB2其常闭触头恢复闭合后，因接触器KM的自锁触头在切断控制电路时已分断，解除了自锁，SB1也是分断的，所以接触器KM不能得电，电动机M也不会转动。图2.6接触器自锁正转控制线路电路的保护环节：（１）短路保护（２）过载保护（３）失压和欠压保护3、连续与点动混合控制的正转控制电路机床设备在正常运行时，一般电动机都处于连续运行状态。但在试车或调整刀具与工件的相对位置时，又需要电动机能点动控制，实现这种控制要求的线路是连续与点动混合控制的正转控制线路。（１）连续控制：（２）点动控制二、可逆旋转控制电路１．倒顺开关控制的正反转控制电路２．按钮控制的正反转控制电路（1）正转控制（2）反转控制（3）停止３．自动往复控制电路有些生产机械，如万能铣床，要求工作台在一定距离内能自动往返，而自动往返通常是利用行程开关控制电动机的正反转来实现工作台的自动往返运动。图2.10（b）为工作台自动往返行程控制线路，工作过程如下：按下起动按钮SB1，KM1得电并自锁，电动机正转工作台向左移动，当到达左移预定位置后，挡铁1压下SQ1，SQ1常闭触头打开使KM1断电，SQ1常开触头闭合使KM2得电，电动机由正转变为反转，工作台向右移动。当到达右移预定位置后，挡铁2压下SQ2，使KM2断电，KM1得电，电动机由反转变为正转，工作台向左移动。如此周而复始地自动往返工作。当按下停止按钮SB3时，电动机停转，工作台停止移动。若因行程开关SQ1、SQ2失灵，则由极限保护行程开关SQ3、SQ4实现保护，避免运动部件因超出极限位置而发生事故。三、顺序控制与多地控制线路１．顺序控制线路（１）主电路实现顺序控制图2.11为主电路实现电动机顺序控制的线路，其特点是，M2的主电路接在KM1主触头的下面。电动机M1和M2分别通过接触器KM1和KM2来控制，KM2的主触头接在KM1主触头的下面，这就保证了当KM1主触头闭合，M1起动后，M2才能起动。线路的工作原理为：按下SB1，KM1线圈得电吸合并自锁，M1起动，此后，按下SB2，KM2才能吸合并自锁，M2起动。停止时，按下SB3，KM1、KM2断电，M1、M2同时停转。（2）控制电路实现顺序控制图2.12为几种在控制电路实现电动机顺序控制的电路。图2.12（a）所示控制线路的特点是：KM2的线圈接在KM1自锁触头后面，这就保证了M1起动后，M2才能起动的顺序控制要求。图2.12（b）所示控制电路的特点是：在KM2的线圈回路中串接了KM1的常开触头。显然，KM1不吸合，即使按下SB2，KM2也不能吸合，这就保证了只有M1电机起动后，M2电机才能起动。停止按钮SB3控制两台电动机同时停止，停止按钮SB4控制M2电动机的单独停止。图2.12（c）所示控制电路的特点是：在图2.12（b）中的SB3按钮两端并联了KM2的常开触头，从而实现了M1起动后，M2才能起动，而M2停止后，M1才能停止的控制要求，即M1、M2是顺序起动，逆序停止。２．多地控制线路能在两地或多地控制同一台电动机的控制方式叫电动机的多地控制。图2-13为两地控制的控制线路。其中SB1、SB3为安装在甲地的起动按钮和停止按钮，SB2、SB4为安装在乙地的起动按钮和停止按钮。线路的特点是：起动按钮应并联接在一起，停止按钮应串联接在一起。这样就可以分别在甲、乙两地控制同一台电动机，达到操作方便的目的。对于三地或多地控制，只要将各地的起动按钮并联、停止按钮串联即可实现。第三节三相异步电动机降压起动控制判断一台电动机能否直接起动，可用下面经验公式来确定：(2-1)式中IST——电动机全压起动电流，单位为A；IN——电动机额定电流，单位为A；S——电源变压器容量，单位为kVA；P——电动机容量，单位为kW。通常规定：电源容量在180kVA以上，电动机容量在7kW以下的三相异步电动机可采用直接起动。三相笼型异步电动机降压起动的方法有：定子绕组串电阻（电抗）起动；-Y—△降压起动；延边三角形降压起动；自耦变压器降压起动。降压起动的实质是，起动时减小加在电动机定子绕组上的电压，以减小起动电流；而起动后再将电压恢复到额定值，电动机进入正常工作状态。一、定子绕组串电阻（电抗）降压起动控制线路１．定子串电阻降压自动起动控制线路（a）为电动机定子绕组串电阻降压自动起动控制线路。电路的工作原理为：合上电源开关QS，按下起动按钮SB1，KM1得电并自锁，电动机定子绕组串入电阻R降压起动，同时KT得电，经延时后KT常开触头闭合，KM2得电主触头将起动电阻R短接，电动机进入全压正常运行。２．手动自动混合控制线路二、自耦变压器降压起动控制线路自耦变压器降压起动是指电动机起动时利用自耦变压器来降低加在电动机定子绕组上的起动电压。待电动机起动后，再将自耦变压器脱离，使电动机在全压下正常运行。１．按钮、接触器控制自耦变压器降压起动控制线路三、星形—三角形降压起动控制线路星形—三角形（Y—△）降压起动是指电动机起动时，把定子绕组接成星形，以降低起动电压，减小起动电流；待电动机起动后，再把定子绕组改接成三角形，使电动机全压运行。Y—△起动只能用于正常运行时为△形接法的电动机。１．按钮、接触器控制Y—△降压起动控制线路图2.19（a）为按钮、接触器控制Y—△降压起动控制线路。线路的工作原理为：按下起动按钮SB1，KM1、KM2得电吸合，KM1自锁，电动机星形起动，待电动机转速接近额定转速时，按下SB2，KM2断电、KM3得电并自锁，电动机转换成三角形全压运行。２．时间继电器控制Y—△降压起动控制线路图2.19（b）为时间继电器自动控制Y—△降压起动控制线路，电路的工作原理为：按下起动按钮SB1，KM1、KM2得电吸合，电动机星形起动，同时KT也得电，经延时后时间继电器KT常闭触头打开，使得KM2断电，常开触头闭合，使得KM3得电闭合并自锁，电动机由星形切换成三角形正常运行。四、延边三角形降压起动控制线路延边三角形降压起动是指电动机起动时，把电动机定子绕组的一部分接“△”形，而另一部分接成“Y”形，使整个定子绕组接成延边三角形，待电动机起后，再把定子绕组切换成“△”形全压运行。第四节三相绕线式异步电动机起动控制一、转子绕组串电阻起动控制线路１．按钮操作控制线路图2.22为转子绕组串电阻起动由按钮操作的控制线路。图2.22按钮操作绕线式电动机串电阻起动控制线路工作原理为：合上电源开关QS，按下SB1，KM得电吸合并自锁，电动机串全部电阻起动，经一定时间后，按下SB2，KM1得电吸合并自锁，KM1主触头闭合切除第一级电阻R1，电动机转速继续升高，经一定时间后，按下SB3，KM2得电吸合并自锁，KM2主触头闭合切除第二级电阻R2，电动机转速继续升高，当电动机转速接近额定转速时，按下SB4，KM3得电吸合并自锁，KM3主触头闭合切除全部电阻，起动结束电动机在额定转速下正常运行。２．时间原则控制绕线式电动机串电阻起动控制线路图2.23为时间继电器控制绕线式电动机串电阻起动控制线路，又称为时间原则控制，，其中三个时间继电器KT1、KT2、KT3分别控制三个接触器KM1、KM2、KM3按顺序依次吸合，自动切除转子绕组中的三级电阻，与起动按钮SB1串接的KM1、KM2、KM3三个常闭触头的作用是保证电动机在转子绕组中接入全部起动电阻的条件下才能起动。若其中任何一个接触器的主触头因熔焊或机械故障而没有释放时，电动机就不能起动。３．电流原则控制绕线式电动机串电阻起动控制线路二、转子绕组串频敏变阻器起动控制线路１．电动机单向旋转转子串频敏变阻器起动控制电路２．电动机转子串频敏变阻器正反转起动控制线路第五节感应式双速异步电动机变速控制电路由电动机的原理可知，感应式异步电动机的转速表达式为：（2-4）由此可知电动机的转速与电源频率f、转差率s及定子绕组的磁极对数p有关，改变异步电动机的转速可通过三种方法来实现：一是改变电源频率f；二是改变转差率s；三是改变磁极对数p。本节主要介绍通过改变磁极对数p的方法来实现电动机变极调速的基本控制线路。１．变极式电动机的接线方式变极式电动机是通过改变半相绕组的电流方向来改变极数，图2-27为常用两种接线图，即△-YY和Y-YY。（1）△-YY连接如图2.27（a）所示，连接成△形时，将U1、V1、W1端接电源，U2、V2、W2端悬空。连接成YY形时，将U1、V1、W1端接成Y点，将U2、V2、W2端接电源。（2）Y-YY连接如图2.27（b）所示，连接成Y形时，将U1、V1、W1端接电源，U2、V2、W2端悬空。连接成YY形时，将U1、V1、W1端和中性点O连接在一起，将U2、V2、W2端接电源。２．感应式双速异步电动机按钮控制的调速电路３．时间继电器控制双速电动机控制线路第六节三相异步电动机电气制动控制一、反接制动控制反接制动是利用改变电动机电源的相序，使定子绕组产生相反方向的旋转磁场，因而产生制动转矩的一种制动方法。单向反接制动的控制线路图2.30为单向反接制动控制线路，电动机正常运转时，KM1通电吸合，KS的一对常开触点闭合，为反接制动作准备。图2.30电动机单向反接制动的控制线路当按下停止按钮SB1时，KM1断电，电动机定子绕组脱离三相电源，但电动机因惯性仍以很高速度旋转，KS原闭合的常开触点仍保持闭合，当将SB1按到底，使SB1常开触点闭合，KM2通电并自锁，电动机定子串接电阻接上反序电源，电动机进入反接制动状态。电动机转速迅速下降，当电动机转速接近100r/min时，KS常开触点复位，KM2断电，电动机断电，反接制动结束。电动机可逆运行的反接制动控制线路如图2.31所示，。当按下停止按钮SB1时，KM1线圈断电，KM2线圈随之通电，定子绕组得到反序的电源，电动机进入正向反