电气控制与PLC第三章

第三章基于继电器接触器的电力拖动控制电路本章要求：1.掌握自锁、联锁的作用和方法。2.掌握过载、短路和失压保护的作用和方法。3.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。第一节电气控制图纸、图形及文字符号常用的电气控制系统图纸：电气原理图、电气元件布置图、电气安装接线图。电气控制线路：是用导线将电动机、电器、仪表等元器件按一定的要求连接起来，并实现某种特定控制要求的电路。电气控制系统图：为了表达生产机械电气控制系统的结构、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。一、常用的电器图形符号和文字符号为了准确表达设计意图，分析系统工作原理，也便于电气元件的安装和调试，必须采用电气工程界的语言——国家统一颁布的图形符号和文字符号来表达。用不同的图形符号表示不同的电气元件，用不同的文字符号表示各元件的用途、功能和类别。为便于掌握引进的先进技术和先进设备，国家标准局颁布了GB4728-84《电气图用图形符号》及GB6988-86《电气制图》和GB7159-87《电气技术中的文字符号制定通则》。国家规定从1990年1月1日起，电气系统图中的图形符号和文字符号必须符合新的国家标准。已经更新为：GB4728-2008参见：附录A参见：附录A二、电气原理图根据控制线路工作原理绘制的，具有结构简单、层次分明、便于研究和分析线路工作原理的特性。在电气原理图中只包括所有电气元件的导电部件和接线端点之间的相互关系，不按各电气元件的实际布置位置和实际接线情况来绘制，也不反映电气元件的大小。绘制电气原理图应遵循以下原则：(1)、原理图一般分主电路和辅助电路两部分。主电路包括从电源到电动机的电路，是强电流通过的部分，用粗线条画在原理图的左边。辅助电路：控制电路、照明电路、信号电路及保护电路。控制电路是通过弱电流的电路，一般由按钮、电器元件的线圈、接触器的辅助触头、继电器的触头等组成，用细线条画在原理图的右边。(2)各电器元件不画实际的外形图，而采用国家规定的统一标准来画，文字符号也采用国家标准。(3)各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，同一电器元件的各部件根据需要可不画在一起，但文字符号要相同。(4)所有电器的触点状态，都应按没有通电和没有外力作用时的初始开、关状态画出。例如继电器、接触器的触点，按吸引线圈不通电时的状态画，控制器按手柄处于零位时的状态画，按钮、行程开关触点按不受外力作用时的状态画出等等。(5)无论是主电路还是控制电路，各电气元件一般按动作顺序从上到下，从左到右依次排列，可水平布置或者垂直布置。(6)原理图上应尽可能减少或避免线条交叉。有直接电联系的交叉导线的连接点，要用黑圆点表示，无直接电联系的交叉导线，交叉处不能画黑圆点。CA6140型普通车床电气控制CA6140型车床电气原理图接触器索引表示索引代号所标位置：接触器或继电器相应线圈的索引：在接触器或继电器触点旁标上索引代号，指出它所对应的线圈的位置。继电器或接触器相应触点的索引：索引代码标在继电器或接触器的线圈下方。三、电器元件布置图•电器元件布置图：用来表明电气设备或系统中所有电气元器件的实际位置。是设备制造、安装、维护的必要资料。FU1FU2KMFRTCFU3FU4线槽50505050320360四、电气安装接线图电气安装接线图是按照电器元件的实际位置和实际接线绘制的，根据电器元件布置最合理、连接导线最经济等原则来安排。3.各电器元件的文字符号及端子板的编号应与原理图一致，并按原理图的接线进行连接。4.走向相同的多根导线可用单线表示。5.画连接线时，应标明导线的规格、型号、根数和穿线管的尺寸。绘制安装接线图应遵循以下原则：•1.各电器元件用规定的图形、文字符号绘制，同一电器元件各部件必须画在一起。各电器元件的位置，应与实际安装位置一致。•2.不在同一控制柜或配电屏上的电器元件的电气连接必须通过端子板进行。第二节继电器接触器控制系统及其单元电路继电器接触器控制系统指以接触器为主要开关电路，配以继电器及其他电器连接的，具有特定控制功能的电路。单元电路指其接线规律或技巧可以在各类电路中反复使用的基本电路。一、点动及连续运转点动接触器自锁控制自锁触点热继电器热元件热继电器常闭触点KML1L3L2FU1KMQSSB2FU2KMM3～FRFRSB1三相异步电动机单向运转控制电路二、自锁及互锁自锁和互锁统称为电器的联锁控制。工作原理应用：正、反转的实现：生产上往往要求运动部件能够向正反两个方向运动，如：机床工作台的前进、后退；夹具的夹紧与松开；起重机的提升、下降等。把接入三相电源的任意两相接线对调。用两个交流接触器实现两根电源线的调换。三相异步电动机的正反转控制KM2FU1KM1M3～FRQL1L3L2主电路控制电路1FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2三相异步电动机的正反转控制控制电路2FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2KM2KM1控制电路3FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2SB1SB2FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2SB1SB2KM2KM1控制电路4三相异步电动机的正反转控制三相异步电动机的正反转控制（接触器联锁控制）三、多地控制多地点控制的接线原则是：启动按钮应并联连接，停止按钮应串联连接。四、顺序控制实际生产中，有些设备常常要求按一定的顺序实现多台电动机的启动和停止，如磨床上要求先启动油泵电动机，再启动主轴电动机。FU1KM1M13～FR1QL1L3L2KM2M23～FR2主电路控制电路KM2FU2FRSB3FRKM1SB1SB4SB2KM1KM2KM1顺序控制顺序启动顺序停止控制FU1KM1M3～FR1QL1L3L2KM2M3～FR2KM2FU2FRSB3FRKM1SB1SB4SB2KM1KM2KM1KM2主电路控制电路五、自动循环生产中，某些机床的工作台需自动往复运行。自动往复运行通常是利用行程开关来检测往复运动的相对位置，控制电动机的正反转来实现生产机械的往复运动。KM2FU1KM1M3～FRQL1L3L2工作台自动往返控制第三节三相异步电动机控制电路一、三相异步电动机启动控制电路三相笼型电动机直接起启动时，电流一般可达额定电流的4～7倍，过大的启动电流会减低电动机的寿命，还会引起电源电压波动，所以对于容量较大的电动机来说必须采用降压启动的方法，以限制启动电流。降压启动虽然可以减小起动电流，但也降低了起动转矩，因此仅适用于空载或轻载起动。三相笼型电动机的降压启动方法有定子绕组串电阻（或电抗器）启动、自耦变压器减压启动、星-三角形减压启动、延边三角形启动等。1.星-三角形减压启动电路电动机绕组接成三角形时，每相绕组所承受的电压是电源的线电压（380V）；而接成星形时，每相绕组所承受的电压是电源的相电压（220V）。一般规定,电动机容量在10KW以下者,可直接起动。10KW以上的异步电动机是否允许直接起动,要根据电动机容量和电源变压器容量的比值来确定。对于给定容量的电动机,一般用下面的经验公式来估计。）电动机容量（）电源变压器容量（KVAKVAIIeq443电动机全电压起动电流(A)电动机额定电流(A)通常：全压启动电流一般为电动机额定电流IN的4-7倍笼型异步电动机4.0kW以上的都可以星-三角启动。星-三角形减压启动电路L1L2L1L2以Q系列自动星形—三角形启动器为例说明元件选用型号控制电动机功率/KW额定电流/A热继电器额定电流/A时间继电器整定值/SQX4--171317263315191113QX4--30223842．55825341517QX4--5540557710545612024QX4--75751428530QX4--125125260100~16014~60电机起动星三角，起动时间好整定；容量开方乘以二，积数加四单位秒。电机起动星三角，过载保护热元件；整定电流相电流，容量乘八除以七。如：130.5*2+4=3.6*2+4=112.定子串电阻起动原理：电动机在起动时在三相定子绕组中串接电阻，使电动机定子绕组电压降低，起动结束后再将电阻短接。主电路：KM1实现串电阻起动，KM2实现全压运行。KM2KM1RL1L2L3QSFUFRM切换顺序比较SB2SB1FRKTKM2KM1KM2KTKTSB2SB1FRKTKM1KM2KTKTKTSB2SB1FRKM1KM1KM2KTKTKTKM2先通电,KM1后断电；KM1,KM2同时切换；KM1先断电,KM2后通电启动完成后KT的线包一直带电。SB2SB1FRKM1KTKM2KTKM2KM2KM1KM2KM1RL1L2L3QSFUFRM定子串电阻起动3.自耦变压器降压启动的控制启动时电动机定子串入自耦变压器，定子绕组得到的电压为自耦变压器的二次电压，启动完毕，自耦变压器被切除，额定电压加于定子绕组，电动机以全电压投入运行。XJ101型自动补偿降压起动控制线路二、三相异步电动机调速控制电路三相异步电动机的几种调速方式：n=60f/p(1-s)n：同步转速；f：供电频率；P：极对数；s：转差率1.改变定子绕组极对数的多速控制电路改变电动机的磁极对数调速是一种有级调速方式，需使用专门的装有多套绕组的变极调速电动机。使用范围：不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。１）、双速电机的变极方法U1、V1、W1端接电源，U2、V2、W2开路，电动机为△接法（低速）U1、V1、W1端短接，U2、V2、W2端接电源为YY接法（高速）主电路：KM1主触点构成△接的低速接法。KM2、KM3用于将U1、V1、W1端短接，并在U２、V２、W２端通入三相交流电源，构成YY接的高速接法。控制电路：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。2.绕组转子串电阻调速电路时间原则绕线式异步电动机转子串电阻起动控制线路L1L2三、三相异步电动机制动控制电路当三相笼型异步电动机断开电源时，由于惯性的作用，转子要经过一段时间才能完全停止旋转，这就不能适应某些生产机械工艺的要求，如对万能铣床、卧式镗床、组合机床等，会造成运动部件停位不准、工作不安全等现象，同时也影响生产效率。为此，应对电动机进行有效的制动，使之能迅速停车。一般采取的制动方法有两大类：机械制动和电气制动。机械制动是利用电磁抱闸等机械装置来强迫电动机迅速停车；电气制动是使电动机工作在制动状态，使电动机的电磁转矩方向与电动机的旋转方向相反，从而起到制动作用。电气制动控制线路电路包括反接制动和能耗制动。1.反接制动控制线路反接制动有两种情况：电源反接制动，即改变电动机电源的相序，使定子绕组产生与转子转向相反的旋转磁场，从而产生制动转矩，使电动机转子迅速降速。当转子转速接近零时，则断开反向电源，使电动机停止。1)．电动机单向运转的反接制动控制线路LN启动停止2）.可逆运行反接制动控制电路LNNKS_1KS_2具有限流电阻的可逆反接制动控制线路NKS_1KS_23).单向运行全波整流能耗制动控制电路能耗制动是在电动机脱离三相交流电源之后，向定子绕组内通入直流电流，利用旋转转子与静止磁场的作用产生制动转矩，达到制动的目的。按时间原则按速度原则可逆能耗制动控制线路LN补充：机械制动控制第四节直流电动机控制电路直流电动机按励磁方式分为:他励、并励、串励和复励。他励：电枢电源和励磁电源分别独立的直流电机。并励：电枢电源和励磁电源由一个电源供电的直流电机。1、单向运转启动控制电路直流电动机电枢串电阻单向旋转起动电路过电流继电器失磁保护继电器2）、直流电机可逆运转启动控制电路直流电机可逆运转启动控制电路3、单向运转能耗制动控制电路直流电动机单向运转能耗制动电路电压继电器制动控制第五节电气原理图