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1、Copyright by Wang Yonghua()1,第2章电气控制线路基础,PLC编程控制技术,多媒体教学课件,BEA Confidential.|2,本章内容(10学时),电气控制线路图的图形、文字符号及绘制原则三相笼型异步电动机的基本控制线路三相笼型异步电动机降压启动控制线路三相笼型异步电动机制动控制线路三相笼型异步电动机速度控制线路变频调速与变频器的使用电气控制线路的简单设计法典型生产机械电气控制线路分析,BEA Confidential.|3,本章重点：异步电动机起动、正反转、顺序控制电路的原理本章难点：异步电动机起动、正反转、制动、顺序控制电路的设计目的要求：掌握异步电动机起动
2、、正反转、制动、顺序控制等基本控制线路的设计及应用,BEA Confidential.|4,2.1 电气控制线路的图形、文字符号及绘制原则,什么是电气控制线路？用导线将电机、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。什么是电气控制系统图？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。,BEA Confidential.|5,图形符号和文字符号,D,6,5,图形符号,文字符号,符号要素,一般符号,限定符号,基本文字符号,辅助文字符号,补助文字符
3、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。,用于电气技术领域中技术文件的编制，表示电气设备、装置和元件的名称、功能、状态和特征。,2.1 电气控制线路的图形、文字符号及绘制原则,BEA Confidential.|6,D,6,5,电气控制系统图的结构,2.1 电气控制线路的图形、文字符号及绘制原则,BEA Confidential.|7,D,6,5,电气原理图,主电路接点表示：,三相交流电源采用L1、L2、L3标记主电路按U、V、W顺序标记分级电源在U、V、W前加数字1、2、3来标记分支电路在U、V、W后加数字1、2、3来标记控制电路用不多于3位的阿拉伯数字编号,B
4、EA Confidential.|8,电气原理图示例：,BEA Confidential.|9,D,6,5,2.电气安装图,电器安装图：,表示电气控制系统中各电器元件的实际位置和接线情况。,详细绘制出电器元件安装位置。,BEA Confidential.|10,全压启动控制线路这是最基本的电动机控制线路。是任何一个电气工程师需要熟记于心的电路。组成：主电路控制线路,2.2 三相笼型异步电动机的基本控制线路,BEA Confidential.|11,全压启动控制线路工作原理启动过程操作过程重要概念：自锁自锁触点停止过程控制线路的保护环节短路保护：FA过载保护：BB失压和欠压保护:QA,2.2 三
5、相笼型异步电动机的基本控制线路,BEA Confidential.|12,工作原理,BEA Confidential.|13,正反转控制线路生产实际的需要工作原理工作过程基本控制线路正停反重要概念：互锁正反停,2.2 三相笼型异步电动机的基本控制线路,BEA Confidential.|14,接触器联锁正反转控制电路,BEA Confidential.|15,点动控制线路生产实际的需要工作过程,2.2 三相笼型异步电动机的基本控制线路,BEA Confidential.|16,多点控制线路,2.2 三相笼型异步电动机的基本控制线路,BEA Confidential.|17,三地控制,BEA C
6、onfidential.|18,顺序控制线路生产实际的需要类型基于动作先后顺序基于时间控制工作过程,2.2 三相笼型异步电动机的基本控制线路,BEA Confidential.|19,顺序控制,BEA Confidential.|20,自动循环控制线路,2.2 三相笼型异步电动机的基本控制线路,BEA Confidential.|21,工作台自动往返控制,BEA Confidential.|22,概述为什么要进行降压启动控制？降压启动的过程降压启动方法定子电路串电阻（或电抗）星形三角形自耦变压器使用软启动器使用变频器,2.3 三相笼型异步电动机降压启动控制线路,BEA Confidential
7、.|23,星形三角形降压启动控制线路降压启动原理启动时将电动机定子绕组接成星形，加在电动机每相绕组上的电压为额定值的1/，Y形连接时，加在电动机定子绕组上的电流是连接时的1/3，从而减小了启动电流对电网的影响。当转速接近额定转速时，定子绕组改接成三角形，使电动机在额定电压下正常运转。工作过程 主电路为什么像这样连接？工作过程,2.3 三相笼型异步电动机降压启动控制线路,BEA Confidential.|24,2.3 三相笼型异步电动机降压启动控制线路,BEA Confidential.|25,Y降压启动控制,BEA Confidential.|26,星形三角形降压启动控制线路特点和适用场合优
8、点：启动电流特性好，结构简单，价格低；缺点：由于启动转矩也降低到了原来的1/3，所以转矩特性差。适合于轻载或空载启动的场合。,2.3 三相笼型异步电动机降压启动控制线路,BEA Confidential.|27,自耦变压器降压启动控制线路降压启动原理工作过程,2.3 三相笼型异步电动机降压启动控制线路,BEA Confidential.|28,自耦变压器降压启动控制线路特点及适用场合优点：启动时对电网的电流冲击小，功率损耗小。缺点：自耦变压器相对结构复杂，价格较高。这种线路主要用于较大容量的电动机，以减小启动电流对电网的影响。,2.3 三相笼型异步电动机降压启动控制线路,BEA Confide
9、ntial.|29,概述为什么要进行制动控制？制动方法机械的电气的反接制动能耗制动使用软启动器或变频器中的制动功能,2.4 三相笼型异步电动机制动控制线路,BEA Confidential.|30,反接制动控制线路工作原理切断电源并加入反相序的电源注意事项限制冲击电流及时切除反向电源特点及适用场合特点：制动迅速，效果好，冲击大。适用场合：通常仅适用于10 kW以下的小容量电动机。,2.4 三相笼型异步电动机制动控制线路,BEA Confidential.|31,反接制动控制线路单向运行反接制动控制线路工作过程讲解,2.4 三相笼型异步电动机制动控制线路,BEA Confidential.|32
10、,能耗制动控制线路工作原理所谓能耗制动，就是在电动机脱离三相交流电源之后，定子绕组上加一个直流电压，即通入直流电流，利用转子感应电流与静止磁场的作用以达到制动的目的。实现方法根据能耗制动时间控制原则，可用时间继电器进行控制；也可以根据能耗制动速度原则，用速度继电器进行控制。,2.4 三相笼型异步电动机制动控制线路,BEA Confidential.|33,能耗制动控制线路单向运行能耗制动控制线路 以时间控制原则进行控制；以速度原则进行控制。,2.4 三相笼型异步电动机制动控制线路,BEA Confidential.|34,能耗制动控制线路能耗制动和反接制动的比较能耗制动比反接制动消耗的能量少，
11、其制动电流也比反接制动电流小得多，但能耗制动的制动效果不及反接制动明显，同时还需要一个直流电源，控制线路相对比较复杂。能耗制动一般适用于电动机容量较大和启动、制动频繁的场合。反接制动一般适合于电动机容量较小和不频繁制动的场合。,2.4 三相笼型异步电动机制动控制线路,BEA Confidential.|35,概述电气调速方法三相笼型异步电动机转速公式：调速方法改变p：变极调速有级调速，简单，适用于要求不高的一般场合。改变s：滑差电机已淘汰。改变f：变频调速调速性能最好，使用广泛的调速方法。,2.5 三相笼型异步电动机速度控制线路,BEA Confidential.|36,变极调速控制线路变极方
12、法,2.5 三相笼型异步电动机速度控制线路,BEA Confidential.|37,变极调速控制线路双速电动机调速控制线路主电路的连接低速启动高速启动问题：想一想QA3的作用？,2.5 三相笼型异步电动机速度控制线路,BEA Confidential.|38,变频调速的基本概念什么是变频调速？上世纪80年代前，什么因素制约了变频调速的发展？变频调速的特点,2.6 变频调速与变频器的使用,BEA Confidential.|39,变频器的类型工具变流环节分类交直交变频器大多数变频器都属于交直交型 交交变频器根据直流电路的滤波方式分类 电压型变频器电流型变频器,2.6 变频调速与变频器的使用,B
13、EA Confidential.|40,变频器的类型根据控制方式分类V/f控制基本概念开环控制原因：仅改变频率，将会产生由弱励磁引起的转矩不足或由过励磁引起的磁饱和现象，使电动机功率因数和效率显著下降。控制机理：改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，在较广范围内调速运转时，电动机的功率因数和效率不下降。这就是控制电压与频率之比，所以称为V/F控制。特点它是最简单的一种控制方式，不用选择电动机，通用性优良。与其他控制方式相比，在低速区内电压调整困难，故调速范围窄，通常在110左右的调速范围内使用。急加速、减速或负载过大时，抑制过电流能力有限。不能精密控制电动机实际速度，不适合
14、用于同步运转场合。,2.6 变频调速与变频器的使用,BEA Confidential.|41,变频器的类型根据控制方式分类矢量控制基本概念产生原因：按照直流电动机电枢电流控制思想，使交流异步电动机达到与直流电动机相同的调速性能。机理：即将供给异步电动机的定子电流在理论上分成两部分：产生磁场的电流分量（磁场电流）和与磁场相垂直、产生转矩的电流分量（转矩电流）。该磁场电流、转矩电流与直流电动机的磁场电流、电枢电流相当。特点需要使用电动机参数，一般用做专用变频器。调速范围在1100以上。速度响应性极高，适合于急加速、减速运转和连续4象限运转，能适用于任何场合。,2.6 变频调速与变频器的使用,BEA
15、 Confidential.|42,变频器的类型根据输出电压调制方式分类PAM方式脉冲幅值调制（PAM，Pulse Amplitude Modulation）PWM方式脉冲宽度调制（PWM，Pulse Width Modulation）根据输入电源的相数分类单相变频器三相变频器,2.6 变频调速与变频器的使用,BEA Confidential.|43,变频器的组成主电路控制电路保护电路,2.6 变频调速与变频器的使用,BEA Confidential.|44,变频器的主要技术参数输入侧主要额定数据 输出侧主要额定数据 对变频器设置和调试时的主要参数,2.6 变频调速与变频器的使用,BEA Co
16、nfidential.|45,变频器的选择种类选择容量选择变频器的主要功能频率给定功能升速、降速和制动控制控制功能保护功能变频器的操作方式数字操作器和数字显示器 远程操作 端子操作,2.6 变频调速与变频器的使用,BEA Confidential.|46,变频调速与变频器的使用应用举例：Micromaster 440应用举例,2.6 变频调速与变频器的使用,BEA Confidential.|47,概述一般设计法：又称为经验设计法。它主要是根据生产工艺要求，利用各种典型的线路环节，直接设计控制电路。逻辑设计法：它根据生产工艺的要求，利用逻辑代数来分析、设计控制线路。为什么要对设计方法进行改进？
17、简单设计法介绍一般设计法的几个主要原则最大限度地实现生产机械和工艺对电气控制线路的要求。在满足生产要求的前提下，控制线路力求简单、经济、安全可靠。尽量减少电器的数量 尽量选用相同型号的电器和标准件，以减少备品量，尽量选用标准的、常用的或经过实际考验过的线路和环节。尽量减少控制线路中电源的种类 尽可能直接采用电网电压，以省去控制变压器。,2.7 电气控制线路的简单设计法,BEA Confidential.|48,简单设计法介绍一般设计法的几个主要原则在满足生产要求的前提下，控制线路力求简单、经济、安全可靠。尽量缩短连接导线的长度和数量、设计控制线路时，应考虑各个元件之间的实际接线。,2.7 电气
18、控制线路的简单设计法,BEA Confidential.|49,简单设计法介绍一般设计法的几个主要原则在满足生产要求的前提下，控制线路力求简单、经济、安全可靠。正确连接触点 正确连接电器的线圈,2.7 电气控制线路的简单设计法,BEA Confidential.|50,简单设计法介绍一般设计法的几个主要原则在满足生产要求的前提下，控制线路力求简单、经济、安全可靠。元器件的连接 要注意电器之间的联锁和其他安全保护环节,2.7 电气控制线路的简单设计法,BEA Confidential.|51,简单设计法介绍逻辑设计法中继电器开关逻辑函数电气控制线路中的典型控制对象一般形式：X开X关K,2.7 电
19、气控制线路的简单设计法,BEA Confidential.|52,简单设计法介绍逻辑设计法中继电器开关逻辑函数电气控制线路中的典型控制对象X开和X关的选择X开和X关一般要选短信号，这样可以有效防止启/停信号波动的影响，保证了系统的可靠性。,2.7 电气控制线路的简单设计法,BEA Confidential.|53,简单设计法介绍逻辑设计法中继电器开关逻辑函数电气控制线路中的典型控制对象更进一步的表达式：在某些实际应用中，为进一步增加系统的可靠性和安全性，X开和X关往往带有约束条件。对约束条件的说明,2.7 电气控制线路的简单设计法,BEA Confidential.|54,简单设计法介绍简单设
20、计法定义：一般设计法中的重要设计原则和逻辑设计法中的控制对象的开关逻辑函数就组成了简单设计法。设计步骤找出控制对象的开启信号、关断信号；如果有约束条件，则找出相应的开启约束条件和关断约束条件；把各种已知信号带入公式中，写出控制对象的逻辑函数（熟练后可省去该步）；结合一般设计法的设计原则和逻辑函数，画出该控制对象的电气线路图。最后根据工艺要求做进一步的检查工作。关键：简单设计法的核心内容是找出控制对象的开启条件（短信号）和关断条件（短信号）。,2.7 电气控制线路的简单设计法,BEA Confidential.|55,简单设计法应用举例三台电动机的顺序启停控制题目分析,2.7 电气控制线路的简单
21、设计法,BEA Confidential.|56,电气控制线路分析基础电气控制线路分析的内容与要求设备说明书设备工作原理，技术性能指标；各操作元器件的用途即功能；电气控制要求；与机械部分的联锁。电气控制原理图阅读分析电气原理图的方法与步骤分析主电路；分析控制电路分析辅助电路；分析联锁与保护环节；总体检查。,2.8 典型生产机械电气控制线路分析,BEA Confidential.|57,C650车床电气控制线路分析卧式车床的用途卧式车床是一种应用极为广泛的金属切削加工机床，主要用来加工各种回转表面、螺纹和端面，并可通过尾架进行钻孔、铰孔和攻螺纹等切削加工。组成床身主轴刀架溜板箱尾架,2.8 典型
22、生产机械电气控制线路分析,BEA Confidential.|58,C650车床电气控制线路分析车床的主要结构和运动形式主运动进给运动电气制动正反转速度调节（机械方法）冷却液供给电动机快速移动电动机,2.8 典型生产机械电气控制线路分析,BEA Confidential.|59,C650车床电气控制线路分析电力拖动及控制要求主电动机MA1完成主轴主运动和溜板箱进给运动的驱动，电动机采用直接启动的方式启动，可正反两个方向旋转，并可进行正反两个旋转方向的电气停车制动。为加工调整方便，还应具有点动功能。电动机MA2拖动冷却泵，在加工时提供切削液，采用直接启动及停止方式，并且为连续工作状态。主电动机和
23、冷却泵电动机应具有必要的短路和过载保护。快速移动电动机MA3拖动刀架快速移动。可根据使用需要随时手动控制启停。应具有安全的局部照明装置。,2.8 典型生产机械电气控制线路分析,BEA Confidential.|60,C650车床电气控制线路分析电气控制线路分析主电路分析控制电路分析主电动机正反转启动与点动控制主电动机反接制动控制快速移动和冷却泵电动机的控制辅助电路,2.8 典型生产机械电气控制线路分析,BEA Confidential.|61,2.8 典型生产机械电气控制线路分析,BEA Confidential.|62,小结,1.本章重点讲述了电动机的启动、制动、调速等控制线路。2.掌握电
24、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、电势原则、行程原则、频率原则。5.掌握电力拖动系统中的保护环节 常用的联锁保护：电气联锁和机械联锁，常用的互锁环节：动作顺序联锁环节、电气元件与机械动作的联锁。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，弱磁保护及超速保护等。,BEA Confidential.|63,主要内容回顾要求掌握典型控制环节的设计和使用自锁互锁点动顺序控制约束条件的使用时间继电器的使用三相笼型异步电动机基本控制线路变频调速以及变频器的基本概念会使用简单设计法设计简单的控制线路,电气控制线路基础,本章小结,
