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1、第二章 电气控制线路的基本规律,第一节 电气控制线路的绘制原则,第二节 电气控制线路中的基本环节,第三节 三相交流电动机启动控制线路,第五节 电气控制线路中的保护环节,第四节 三相交流电动机制动控制线路,第一节 电气控制线路的绘制原则,常用的电气控制系统图有电气原理图、电器布置图与安装接线图。,电气控制系统是由许多电气元件按照一定要求连接而成，为了便于对控制系统进行设计、研究分析、安装调试、使用和维修，需要将电气控制系统中各电气元件及其相互连接关系，用国家规定的统一符号、文字和图形以图的形式表示出来,这种图就是电气控制系统图.,绘制电气原理图应按GB4728-85、GB7159-87、GB69
2、88-86等规定的标准绘制。当标准中给出几种形式时，选择符号应遵循以下原则：,应尽可能采用优选形式；在满足需要的前提下，应尽量采用最简单的形式；在同一图号的图中使用同一种形式。,电气原理图是用来表示电路各电气元件中导电部件的联接关系和工作原理的图。,一、电气原理图,2图中所有的元器件都应采用国家统一规定的图形符号和文字符号。,1电气控制原理图由主电路和辅助电路组成。,（一）、电气控制原理图的绘制原则,根据简单清晰的原则，原理图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大小。绘制原理图的原则主要有：,4电器触点都按没
3、有通电和没有外力作用时的状态画出。,5各电气元件一般按动作顺序从上到下，从左到右依次 排列，可水平布置或垂直布置。,3在原理图中，各个电气元件和部件在控制线路中的位 置，可根据便于读图的原则安排，同一电器元件的各 个部件可以不画在一处，但必须用同一文字符号标明。,8原理图的绘制要层次分明，各电器元件及触头的安排 要合理，既要做到所用元件、触头最少，耗能最少，又要保证电路运行可靠，节省连接导线以及安装、维 修方便。,7由同一机构操作的所有触点，应用机械连杆表示其联 动关系。各个触点的运动方向和状态，必须与操作件 的动作方向相位置协调一致。,6原理图中有直接电联系的交叉导线连接点，用实心圆点表示，
4、可拆卸或测试点用空心圆点表示；无直接电联系的交叉点则不画图点。,例：CM6132型普通车床电气原理图,（三）、符号位置的索引,电气原理图中，在继电器、接触器线圈的下方注有该继电器、接触器相应触点所在图中位置的索引代号，索引代号用图面区域号表示。,（二）、电气原理图图面区域的划分,为了便于确定原理图的内容和组成部分在图中的位置，常在图纸上分区。竖边方面用大写拉丁字母编号，横边用阿拉伯数字编号。,二、电器布置图,电器元件布置图是用来表明电气原理图中各元器件的实际安装位置，可视电气控制系统复杂程度采取集中绘制或单独绘制。,电器元件的布置应注意以下几方面：,1）体积大和较重的电器元件应安装在电器安装板
5、的下方，而发热元件应安装在电器安装板的上面。,2）强电、弱电应分开，弱电应屏蔽，防止外界干扰。,3）需要经常维护、检修、调整的电器元件安装位置不宜过高或过低。,4）电器元件的布置应考虑整齐、美观、对称。外形尺寸与结构类似的电器安装在一起，以利安装和配线。,5）电器元件布置不宜过密，应留有一定间距。如用走线槽，应加大各排电器间距，以利布线和维修。,例：CM6132型车床控制盘电器布置图,图2-2 CM6132型车床控制盘电器布置图,例：CM6132型车床电气设备安装布置图,图2-3 CM6132型车床电气设备安装布置图,三、安装接线图,安装接线图主要用于电器的安装接线、线路检查、线路维修和故障处
6、理，通常接线图与电气原理图和元件布置图一起使用。,电气接线图的绘制原则是：,1）各电气元件均按实际安装位置绘出，元件所占图面按实际尺寸以统一比例绘制。,2）一个元件中所有的带电部件均画在一起，并用点划线框起来，即采用集中表示法。,3）各电气元件的图形符号和文字符号必须与电气原理图一致，并符合国家标准。,4）各电气元件上凡是需接线的部件端子都应绘出，并予以编号，各接线端子的编号必须与电气原理图上的导线编号相一致。,5）绘制安装接线图时，走向相同的相邻导线可以绘成一股线。,例：电气安装接线图,图2-4 CM6132型车床电气互连图,2.2 电气控制线路中的基本环节,由继电器接触器所组成的电气控制电
7、路，基本控制有自锁与互锁的控制、点动与连续运转的控制、多地联锁控制、顺序控制与自动循环的控制等。,电气原理图,自锁触点,热继电器热元件,热继电器常闭触点,一、简单的起、停、保护电气控制线路,工作原理,短路保护：FU1、FU2,接触器自锁控制,工作原理,保护环节,欠压、失压保护：KM,电气原理图,过载保护：FR,1.点动控制,工作原理：,启动：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启动运行。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。,电气原理图：,二、点动与连续运转的控制,开关切换,3连续与点动混合控制,主电路,点动控制：SA断开,连续控制：SA闭合,
8、2连续运转（长动）如何实现？,按钮切换,3连续与点动混合控制,工作原理：,连续控制：松开按钮SB3 按下按钮SB1,点动控制：按下按钮SB3,中间继电器切换,3连续与点动混合控制,工作原理：,连续控制：按下按钮SB2,点动控制：按下按钮SB3,电路形式:,电动机原理：,改变电动机三相电源的相序，可改变电动机的旋转方向,转换开关控制的正反转 按钮、接触器控制的正反转位置控制,三、异步电动机正、反转控制,1.转换开关控制正反转,5.5KW以下的电动机电路直接控制电动机正反转,特点:,电气原理图：,应用:,主电路,控制电路,用转换开关实现电源调相,转换开关,2.按钮控制正反转控制电路,主电路：,KM
9、2,控制电路：,正转按钮,反转按钮,工作原理：,缺点：,基本控制电路,2.按钮控制正反转控制电路,控制电路：,工作原理：,接触器互锁控制,优点：,工作安全可靠,缺点：,操作不便,2.按钮控制正反转控制电路,控制电路：,工作原理：,优点：,按钮互锁控制,操作方便,缺点：,易产生故障,2.按钮控制正反转控制电路,控制电路：,工作原理：,优点：,接触器、按钮双重互锁控制,安全可靠，操作方便,接触器联锁正反转控制电路,3.位置开关控制,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，通常利用行程开关控制电动机正反转实现。,工作台往复运动控制电路,位置控制电路,工作台自动往返控制,主电路实现顺
10、序控制,控制电路实现顺序控制,要求几台电动机的启动或停止按一定的先后顺序来完成的控制方式,顺序启动同时停止控制,顺序启动逆序停止控制,四、顺序控制,顺序启动同时停止控制,特点:,电气原理图：,控制电路,顺序控制,顺序启动逆序停止控制,电气原理图：,特点:,主电路,控制电路,时间继电器控制的顺序起动电路,时间继电器控制的顺序起动电路,第三节 三相交流电动机启动控制线路,根据电源容量、负载性质以及启动频繁程度，三相交流异步电动机有直接起动和降压起动两种方式。直接起动即全电压启动。降压起动起动电流小，但同时起动转矩也小。因此降压启动仅适用于空载或轻载情况下起动。常用的降压起动方法有定子绕组串电阻（电
11、抗）启动、Y降压启动、自耦变压器降压起动和延边三角形降压启动。,降压启动的实质：,启动时减小加在定子绕组上的电压，以减小起动电流；启动后再将电压恢复到额定值，电动机进入正常工作状态。,用刀开关控制电路图,一、直接起动控制,用接触器控制电路图,电气原理图,工作原理,二、定子绕组串接电阻降压起动,三、Y-降压起动,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。,电源接触器,星形接法接触器,三角形接法接触器,Y降压启动控制,四、自耦变压器减压起动控制,直接起动时，存在着两个缺点。
12、首先，它的起动电流可高达7倍额定电流，这要求电网裕量比较大，而且降低了电气控制设备的使用寿命、增加了维护成本。其次，起动转矩是正常转矩的2倍，这会对负载产生冲击，增加传动部件的磨损和额外的维护。电动机用Y起动设备起动时，在切换瞬间会出现很高的电流尖峰，产生破坏性的动态转矩，引起的机械振动对电动机转子、轴连接器、中间齿轮以及负载都是非常有害的。,五、软起动器,自耦变压器降压起动设备体积庞大，成本高、而且还存在与负载匹配的电动机转矩很难控制的缺点。因此出现了电子软起动控制器。软启动是使用调压装置在规定的启动时间内，自动地将启动电压连续、平滑地上升,直到达到额定电压。此时电动机的转矩就会平滑地增大,
13、一直到转矩为最大值时为止，启动过程结束。软启动可以使电动机启停自如，减少空转，有节能作用。,电动机起动转矩图,电动机起动电压图,补充、三相绕线型异步电动机的起动控制,在大、中容量电动机的重载起动时，增大起动转矩和限制起动电流两者之间的矛盾十分突出。利用鼠笼式异步电动机降压起动，也难以解决这个问题。为此，常采用绕线式异步电动机。一般在要求起动转矩较高的场合，绕线式异步电动机的应用非常广泛。例如桥式起重机吊构电动机的起动控制线路，就采用了绕线式异步电动机。,绕线异步电动机的优点：,可以在转子绕组中串接电阻来改善电动机的机械特性，从而达到减小启动电流、增大启动转矩及平滑调速之目的。,绕线异步电动机降
14、压启动原理：,起动时，在转子回路中串入三相起动变阻器，并把起动电阻调到最大值，以减小起动电流，增大起动转矩。随着电动机转速的升高，起动电阻逐级减小。起动完毕后，起动电阻减小到零，转子绕组被短接，电动机在额定状态下运行。,1.按钮操作控制,电气原理图：,工作原理：,用按钮逐级切除 启动电阻,启动电阻,缺点,操作不便,电源接触器,短接电阻接触器,按时间原则组成的绕线式异步电动机起动控制电路,2.时间原则控制,2,3.电流原则控制,主电路,KM,KM1,KM2,KM3,KA,控制电路,电气原理图：,三个欠电流继电器的线圈串接在转子回路中，电流继电器的吸合电流一样，但释放电流不同，KI1的释放电流最大
15、，KI2其次，KI3最小。,3.电流原则控制,工作原理：,电动机启动时转子电流最大，KI1、KI2、KI3都吸合，其常闭触头都打开，KM1、KM2、KM3主触头处于断开状态，全部启动电阻均串接在转子绕组中。电动机转速逐渐升高，转子电流逐渐减小，当电流减小至KI1的释放电流时，KI1首先释放，其常闭触头复位，使接触器KM1得电主触头闭合，切除第一级电阻R1。R1被切除后，转子电流重新增大，电动机转速继续升高，转子电流又减小，当减小至KA2的释放电流时，KI2释放，KI2的常闭触头复位，KM2线圈得电主触头闭合，第二级电阻R2被切除，同理，切除第三级电阻，全部电阻被切除，电动机启动完毕，进入正常运
16、行状态。,第四节 三相交流电动机的制动控制,异步电动机从切除电源到停转要有一个过程，需要一段时间。在生产过程中，有些设备要求停车时精确定位，或者尽可能缩短停车时间，或者为了工作安全原因，必须采取停车制动措施。停车制动的方式有两大类机械制动和电气制动。机械制动是用电磁铁操纵机械进行制动。电气制动是用电气的方法，使电动机产生一个与转子原来转动方向相反的力矩来实现制动。常用的电气制动方式有能耗制动和反接制动。,制动电阻的接线方法:,原理：,要求：,对称接法,不对称接法,改变电动机电源相序，使定子绕组产生反向的旋转磁场，形成制动转矩。,10kW以上电动机的定子电路中串入反接制动电 阻，转速接近于零时，
17、及时切断反相序电源,防止反向再起动。,一、反接制动,1、电动机单向反接制动控制,电动机单向反接制动控制电路,关键是电动机电源相序的改变，且当转速下降接近于零时，能自动将电源切除。,2、电动机可逆运行反接制动控制,KS-1,KS-1,KS-2,KS-2,二、能耗制动,由于反接制动冲击大及速度继电器动作不可靠时，可能引起的反向再起动，因此，这种制动方法主要用于不频繁起动、制动并对停车位置无准确要求而且传动机构能承受较大冲击的设备中。,特点（与反接制动相比）：消耗的能量小，其制动电流要小得多；适用于电动机能量较大，要求制动平稳和制动频 繁的场合；能耗制动需要直流电源整流装置。,能耗制动控制,原理：电
18、动机脱离三相交流电源后，在定子绕组加 直流电源，以产生起阻止旋转作用的静止磁 场，达到制动的目的。,1.单向能耗制动控制,按时间原则控制,单向运行接触器,能耗制动接触器,整流变压器,桥式整流电路,1、单向能耗制动控制,按速度原则控制,2、电动机可逆运行能耗制动控制,速度原则控制电动机可逆运行能耗制动电路,2.电动机可逆运行能耗制动控制,时间原则控制电动机可逆运行能耗制动电路,一、电流型保护,电流保护主要有短路保护、过电流保护、过载保护、欠电流保护和断相保护。,电器元件在正常工作中，通过的电流一般在额定电流以内。短时间内，只要温升允许，超过额定电流也是可以的，这就是各种电器设备或电器元件根据其绝
19、缘情况条件的不同，具有不同的过载能力的原因。电器元件由于电流过大引起损坏的根本原因是引起的温升超过绝缘材料的承受能力。,第五节 电气控制线路中的保护环节,1、短路保护,当电路发生短路时，短路电流引起电器设备绝缘损坏和产生强大的电动力，使电机和电路中的各种电器设备产生机械性损坏，因此当电路出现短路电流时，必须迅速而可靠的断开电源。,短路保护的常用方法是采用熔断器，也可采用空气自动开关既作为短路保护，又可以过载保护。其过流线圈用作短路保护；热元件用作过载保护。,(1)短路保护(a)熔断器保护(b)自动开关保护,2、过载保护,过载超过额定电流的倍数在1.5IN以内。,两相过载保护,三相过载保护,3、
20、过电流保护,不正确的启动和过大负载，也常常引起电动机很大的过电流，过电流保护是区别于短路保护的另一种电流型保护。,电动机或电器元件超过其额定电流的运行状态，时间长了同样会过热损坏绝缘，因而需要这样一种保护，即保护的特点是电流值比短路时小，一般不超过2.5IN。,控制电路的过流保护,I,4、欠电流保护 欠电流保护是指被控制电路电流低于整定值时动作的一种保护。用欠电流继电器实现。,5、断相保护,异步电动机在正常运行中，由于电网故障或一相熔断器熔断引起对称三相电源缺少一相，使定子电流变得很大，造成电动机绝缘及绕组烧毁。断相保护通常采用专门为断相运行而设计的断相保护热继电器。,二、电压型保护,1、失压
21、保护,2、欠电压保护,因为当电网电压降低时，在负载一定的情况下，电动机电流将增加；另一方面，如电网电压降低到额定电压的60，控制线路中的各类交流接触器、继电器既不释放又不能可靠吸合，处于抖动状态(有很大噪声)，线圈电流增大，既不能可靠工作，又可能造成电器元件和电动机的烧毁。所以当电网电压降低到60%80%UN时，就要自动切除电源。,3、过电压保护,可以采用专门的电磁式过电压继电器与接触器配合来进行过电压保护，其线圈的接法同欠压继电器。,小 结,1.本章重点讲述了电动机的启动、制动等控制线路。2.掌握电动机的启动方法及其使用场合和特点。3.掌握各种电动机的制动方法及其使用场合和特点。4.掌握电动机的控制原则,即时间原则、速度原则、电流原则、行程原则。5.掌握电力拖动系统中的保护环节 常用的联锁环节：动作顺序联锁环节、电气联锁和机械联锁 电动机常用的保护环节：短路保护、过电流保护、过载保护、失压和欠压保护等。,
