继电接触电气控制系统.ppt

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1、第2章电气控制系统的典型线路,电气控制线路能实现对电动机的启动、停止、点动、正反转、制动等运行方式的控制，以及必要的保护，满足生产工艺要求，实现生产过程自动化。在现代化的控制中采用了许多新的控制装置和电器元件，如MP、MC、PC、晶闸管等用以实现复杂的生产过程的自动控制。但目前在我国，电器控制仍是应用最基本、最广泛的。本章着重阐明组成电器控制线路的基本原则和基本环节以及三相异步电机的启、制动电气控制线路的设计方法。,本章内容,2.1 电气控制系统的电路图及绘制 原则 2.2 电气控制的基本环节及规律 2.3 三相异步电动机的启动控制 2.4 三相异步电动机的制动控制 思考题与习题,2.1 电气

2、控制系统的电路图及绘制原则,由按钮、开关、接触器、继电器等有触点的低压控制电器所组成的控制线路叫做电气控制线路。电器控制线路的表示方法:电气原理图、安装接线图和电器布置图3种。,2.1.1 国家标准局参照国际电工委员会(IEC)公布的有关文件，制定了我国电气设备有关国家标准，采用新的图形和文字符号及回路标号，颁布了GB/T4728-2000电气简图用图形符号；GB6988-87电气制图；GB7159-87电气技术中的文字符号制定通则。,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,主电路标号由文字符号和数字组成。文字符号用以标明主电路的元件或线路的主要特征；数字标号用以区别电路不同线段。三相交流电源

3、引入线采用L1、L2、L3标号；电源开关之后的三相交流电源主电路分别标U、V、W。控制电路由3位以上的数字组成，交流控制电路的标号一般以主要压降元件(如电器元件线圈)为分界，左侧用奇数标号，右侧是偶数标号。直流控制电路中正极按奇数标号，负极按偶数标号。,表2-1 常用电气图形、文字符号表,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,KT,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,继电器,KU,相应线圈符号,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原

4、则,文字符号,ZD,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,2.1.2 电气原理图 电气原理图是根据工作原理而绘制的，具有结构简单、层次分明、便于研究和分析电路的工作原理等优点。,绘制电气原理图应遵循以下原则。(1)电器控制线路根据电路通过的电流大小可分为主电路和控制电路。主电路包括从电源到电动机的电路，是强电流通过的部分，一般画在原理图的左边。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、继电器的触点等组成，一般画在原理图的右边。,(2)表示导线、信号通路、连接线等的图线都应是不交叉或

5、折弯最少的直线。可以水平布置，也可以垂直布置。(3)电气原理图中，所有电器元件的图形、文字符号必须采用国家统一标准。,(4)为了突出和区分某些电路，导线和连接线等可采用粗细不同的连接线来表示。(5)采用电器元件展开图的画法。同一电器元件的各部可以不画在一起，但需用同一文字符号标出。若有多个同一种类的电器元件。可在文字符号后加上数字序号的下标，如SB1、SB2、KA1、KA2等。,(6)所有按钮、触头均按没有外力作用和没有通电时的原始状态画出。(7)控制电路的分支线路原则上按照动作先后顺序排列，两线交叉连接时的电气连接点须用黑点标出。,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,图2.1 笼型电动机

6、连续运转控制线路的电气原理图,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,电气原理图坐标图示法分为轴坐标标注和横坐标标注两种方法。1)轴坐标标注法 首先根据线路的繁简程度以及线路中各部分线路的性质、作用和特点，将线路分为交、直流主电路，交、直流控制电路及辅助电路等。,图2.2 造纸机辅助传动两个张紧器轴坐标图示法电气原理图,图2.2为造纸机辅助传动两个张紧器轴坐标图示法电气原理图，图中根据线路性质、作用和特点分为交流主电路、交流控制电路、交流辅助电路和直流控制电路四部分。为便于标注坐标，将线路各电器元件均按纵向画法排列。每一条纵向线路为一线路单元，而每一个线路单元给定一个轴坐标，并用数字表示。这样

7、每一线路单元中的各电器元件具有同一轴坐标。,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,在对线路单元进行坐标标号时，为标明各线路性质、作用和特点，往往对同一系统的线路单元用一定的数字来标注轴坐标。,在图2.2中，交流主电路轴坐标标号为100108;交流控制电路轴坐标为200211;直流控制电路轴坐标标号为300309;直流辅助电路轴坐标标号为400406;,在轴坐标202标号的线路单元中有SB1，KM1电器元件。在选定坐标系统与给定坐标后，下一步就是标注图示坐标。为了阅读，查找方便，可在线路图下方标注“正序图示坐标”和“逆序图示坐标”。,正序图示坐标一般标注在含有接触器或继电器线圈的线路单元的下方

8、。在图2.2中标注了KM1-KM4的正序图示坐标，在该线路单元的下方标注该继电器或接触器各触头分布位置。如接触器KM1在线路中用了4对常开触头、1对常闭触头，它们分别位于102、102、102、402、204号线路单元中。这样，各对触头的位置和作用就一目了然了。,逆序图示坐标一般标在各线路单元的下方，用来标注该线路单元中的触头和受控制线圈所在的轴坐标号。如在图2.2中的202线路单元中含有按钮SB1、KM1的三对主触头，其中元件KM1线圈在202线路单元,常闭辅助触点在204线路单元中，(对于按钮SB1、SB2因不受其他单元元件的控制，故无需标注)。,由上可知，正序图示坐标是以线圈为据找触头，

9、而逆序图示坐标则是以触头为据找线圈。图示坐标的标注采用与否，可根据线路图的繁简程度决定。线路简单、一目了然的，正、逆图示坐标均可不标注；线路不算很复杂的，一般只标注正序图示坐标即可；比较复杂的线路，可根据需要标注正、逆序图示坐标。线路越复杂，越能体现标注坐标的优越性。,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,2)横坐标标注法 采用横坐标标注法，线路上的各电器元件均按横向画法排列。各电器元件线圈的右侧，由上到下标明各支路的序号1，2，并在该电器元件线圈旁标明其常开触头(标在横线上方)、常闭触头(标在横线下方)在电路中所在支路的标号，以便阅读和分析电路时查找。,例如接触器KM1常开触头在主电路有3

10、对，控制回路2支路中有一对；而KM2、KM3所实现的是点动控制功能。常开触头在主电路各有3对，常闭触头KM2在控制电路4支路中有1对，常闭触头KM3在控制电路3支路中有1对。,图2.3 多电机状态控制横坐标图法电气原理图,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,(b)图2.3(续),2.1.3 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。它为安装电气设备、电器元件之间进行配线及检修电气故障等提供了必要的依据。图2.4为图2.3(a)中笼型电动机正反转控制的安装接线图。,2.1 电气控制系统的电路图及绘制原则,图2.

11、4 笼型电动机正反转控制的安装接线图,在绘制安装接线图时一般应遵循以下原则。(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)不在同一控制柜或操作台上的电器元件的电气连接必须通过端子排进行。各电器元件的文字符号及端子编号应与原理图一致，并按原理图的接线进行连接。,(3)走向相同的多根导线可用单线表示，但线径不同的导线例外。(4)画连接导线时，应标明导线的规格、型号、根数等规格要求，以便施工人员顺利施工。,2.2 电气控制的基本环节及规律,任何简单或复杂的电气控制回路均由一系列基本环节所组成，包括点动控制、连续控制、自锁控制、

12、互锁控制、多地点控制、顺序控制和自动循环控制等诸多环节，下面就上述环节的结构及规律作详细介绍。,自锁控制互锁控制顺序控制工作正常与点动连锁控制多点控制连锁控制自动循环控制,一、起动、自锁控制,依靠接触器自身辅助触点而使其线圈保持通电的现象-自锁为什么加自锁？为什么用点动开关？,3。2。1,工作过程,合上QS，按下SB2，KM线圈吸合，KM 主触点闭合，电动机运转。KM辅助常开触点闭合，自锁。按下SB1，KM线圈断电，主触点、辅助触点断开，电动机停止。自锁另一作用：实现欠压和失压保护,3。2。1,二、互锁控制,控制要求：正、反转；如何实现？缺点：正转时按下SB3，会发生什么事情？,3。2。2,解

13、决办法,加电气互锁-在同一时间里两个接触器只允许一个工作的控制作用称为互锁（联锁）。有什么缺点？当电机正转时要求反转，如何操作？,3。2。3,解决办法,复合联锁（电气联锁+机械联锁）正、反转控制,3。2。4,控制规律,当要求甲接触器工作时，乙接触器就不能工作，此时应在乙接触器的线圈电路中串入甲接触器的动断触点。当要求甲接触器工作时乙接触器不能工作，而乙接触器工作时甲接触器不能工作，此时应在两个接触器的线圈电路中互串入对方的动断触点。,三、顺序控制,控制要求：例如：车床要求油泵电机M1先起动，主轴电机M2后起动；停车时要求顺序相反。,3。2。5,控制规律,当要求甲接触器工作后方允许乙接触器工作，

14、则在乙接触器线圈电路中串入甲接触器的动合触点。当要求乙接触器线圈断电后方允许甲接触器线圈断电，则将乙接触器的动合触点并联在甲接触器的停止按钮两端。,四、正常工作与点动联锁,控制要求：电动机既能正常连续运行，又能点动控制。如何实现？,3。2。6,五、多点控制连锁控制,结论：1、多点控制起动按钮并联；2、多点控制制动按钮串联；两地控制。三点控制如何实现？,3。2。7,六、自动循环控制,控制要求：机床冷却油泵自动循环供液。,图2-21,控制过程,表2-8,2.3三相异步电动机起动控制线路,笼型异步电动机起动控制线路三相绕线转子感应电动机起动控制线路异步电动机软起动控制,笼型异步电动机起动控制线路,为

15、限制电动机起动电流，常采用降压起动的方法：起动时将定子绕组电压降低，起动结束后，电动机全压运行。降压起动的方法有：串电阻起动、串电抗器起动、自耦变压器降压起动、星三角降压起动。,一、定子线路串电阻降压起动,工作过程,表2-4,定子绕组所串联的电阻阻值如何确定呢？其功率如何选取？,二、星三角降压起动,工作原理：电动机在启动时，如果将定子绕组接成星形，则电动机每相绕组承受的电压为额定电压的，起动电流为三角形联接时起动电流的1/3。,3。3。2,3。3。3,工作过程,表2-3,自耦变压器降压起动控制线路,1、自耦变压器降压起动原理 自耦变压器按星形联结，起动时将电动机的定子绕组接到自耦变压器的二次侧

16、,电动机定子绕组经自耦变压器供电做降压起动。起动完毕时，自耦变压器被切除，额定电压直接加到电动机定子绕组上，电动机进行全压运行。,星形联结自耦变压器原理,自耦变压器降压起动控制线路,三相绕线转子感应电动机起动控制线路,1、转子绕组串电阻起动控制线路1）起动准备(0位)2）起动过程(3位)3）调速控制(1或2)4）停车控制(0位)5）保护环节(0),转子绕组串频敏变阻器起动,频敏变阻器-三相电抗器 频敏变阻器实质是一个铁损非常大的三相阻抗器，它的阻抗能够随着电动机的转速的上升、转子电流频率的下降而自动减小。频敏变阻器的三个绕组按星形联结串接在转子电路中。它是绕线转子感应电动机较理想的起动装置。,

17、转子绕组串频敏变阻器起动原理,f1-电源频率；f2-转子电流频率；s-转差率；n-电动机转速；f2=sf1当n=0时，则s=1，f2=f1；当 转速n 时，则s，f2，X。,由于X、R f22，起动开始时，频敏变阻器的等效阻抗很大，可以限制电动机的起动电流。随着电动机转速升高，转子电流频率f2降低，等效阻抗减小，从而达到自动改变电动机转子阻抗的目的，平滑无级起动。电动机正常运行时，转子电流频率f2很低，其阻抗很小。另一方面，从转矩来看，在起动过程中，转子等效阻抗与转子回路感应电动势都是由大到小，实现了近似恒转矩的起动特性。,控制线路,频敏变阻器的调整,频敏变阻器在使用前，应根据需要结合现场进行

18、调整，以便发挥产品的作用。1、改变线圈匝数，从而改变频敏变阻器的等效阻抗，最终起到调整电动机起动电流和起动转矩的作用。若电动机起动电流太大、起动太快，应增加匝数；反之，则减小匝数。2、磁路调整，增加上轭与铁心间的气隙,以便减小机械冲击和电流冲击。,异步电动机软起动简介,交流电动机的软件起动是指利用软起动器输出的电压按一定规律上升，被控制的电动机电压由起始电压平滑地上升到全压，其转速由零平滑地加速到额定转速的全过程。交流电动机的软件制动是指电动机在制动过程中，软起动器输出的电压平滑地降到零，其转速相应地由额定值平滑地减至零的全过程。,异步电动机软起动器,软起动器的功能特点：1、避免了电动机起动和

19、制动过程中电流、电压的急剧变化。2、起动和制动过程，可实现无触点控制，起动器使用寿命长，故障率低。3、集相序、缺相、过热、过电流和过载的检测与保护于一身，安全可靠，功能强大。以最小电压（电流）获得最佳转矩。,常用异步电动机起动器,1、JDRQ系列：微电脑全数字自动控制的交流电机软件起动器，适用于普通的笼型感应电动机软起动和软件制动。2、CDJR系列：数字式电动机软起动器，应用于5.5500kW电动机的起动及制动，可替代星三角形起动、电抗器起动、自耦变压器起动设备。,机械制动：机械抱闸制动；电气制动：能耗制动(以时间变化量）、反接制动（以转速为变化量）；,2.4 三相异步电动机的制动,能耗制动原

20、理,电动机定子绕组切断三相电源后，迅速在定子两相绕组间接通直流电源。感应电流与直流电产生的固定磁场相互作用，产生的电磁转矩方向与电动机转子转动方向相反，起到制动作用。特点：是制动准确、平稳，但需要额外的直流电源。,能耗制动控制线路,按速度原则控制的可逆运行能耗制动,2反接制动,电动机停车时将三相电源中的任意两相对调，使电动机产生的旋转磁场改变方向，电磁转矩方向也随之改变，成为制动转矩。注意：当电动机转速接近为零时，要及时自动断开电动机电源，防止电动机反转。特点：简单，制动效果好，但由于反接时旋转磁场与转子间的相对运动加快，因而电流较大。对于功率较大的电动机制动时必须在定子电路（鼠笼式）或转子电

21、路（绕线式）中接入电阻，用以限制电流。,单向运行反接制动控制线路,可逆运行反接制动控制线路,三相绕线转子感应电动机制动控制线路,一、以时间为变化参量控制起动起动和能耗制动控制线路,二、反接制动控制线路,2.5三相调速异步电动机控制线路,1、三相笼型感应电动机的变极调速；2、电磁滑差离合器调速；3、变频调速；,笼型多速感应电动机控制线路,问题1、何为异步电动机？电动机在正常运转时，其转速n总是稍低于同步转速no，因而称为异步电动机。又因为产生电磁转矩的电流是电磁感应所产生的，所以也称为感应电动机。,问题2、何为异步电动机的转差率？,异步电动机同步转速和转子转速的差值与同步转速之比称为转差率，用s

22、表示，即：,转差率是异步电动机的一个重要参数。异步电动机在额定负载下运行时的转差率约为1%6%。,问题3、频率、同步转速、磁极对数之间的关系？,磁场转速(同步转速n0)与电流频率有关，改变电流频率可以改变磁场转速。对两极(一对磁极)磁场，电流变化一周，则磁场旋转一周。同步转速no与磁场磁极对数p的关系为：,举 例,笼型多速感应电动机控制线路,变极调速原理：当电网频率固定以后，三相异步电动机的同步转速与它的磁极对数成反比。因此，只要改变定子绕组磁极对数p,就能改变同步转速，从而改变转子转速。但是，在改变定子极数时，转子极数也必须同时改变。而笼型转子本身没有固定的极数，它的极数由定子极数确定，不用

23、改接。,需要说明的是，因磁极对数只能是按1、2、3、的规律变化，所以用这种方法调速，电动机的转速不能连续、平滑地进行调节。并且，变极调速的电机，其速度改变的比值为2：1。需要注意的是，在变级调速的同时必须要改变电源的相序，以保持高速和低速时的转向相同，否则电动机就会反转。,、电磁滑差离合器调速电动机控制线路,请问：自动档汽车有没有机械变速箱？有没有离合器？它是如何实现变速的？,1、何为电磁滑差离合器调速？,将异步电动机转轴和生产机械转轴做软性连接以传递功率的一种装置。异步电动机利用电磁滑差离合器调速，可以获得均匀平滑的调速特性即无级调速的特性。,2、电磁滑差离合器的结构组成,主动部分：用铸钢制

24、成的电枢，通过联轴节与电动机做硬性连接，电动机带动电枢转动；从动部分：即磁极部分，由铁心和励磁绕组两部分组成，绕组可通过滑环和电刷接到直流电源或晶闸管整流电源上。磁级部分通过联轴节与生产机械做硬性连接。,电磁滑差离合器原理图,2、电磁滑差离合器工作原理,电动机带动电枢旋转，电枢切割磁极的磁感应线，在电枢内感应出涡流，涡流再与磁极相互作用产生转矩，带动磁极跟随电枢而旋转，从而带着生产机械转动起来。其原理与异步电动机工作原理相同，即电枢转速与磁极转速不能相同，否则电枢就不能切割磁极的磁感应线，就不能产生涡流，也就不会产生电磁转矩带动生产机械转动。,从电磁滑差离合器的工作原理可以看出：1）磁极励磁电

25、流为零时，不论电机是否转动，从动部分都不会带动生产机械转动；2）负载一定时，通过调节励磁电流的大小，可以调节从动部分的转速；3）通过调整调速电动机的转速，可以调节从动部分即生产机械的转速。,电磁滑差离合器机械特性曲线,3、电磁滑差离合器的机械特性,当从动部分的转轴带有一定的负载时，励磁电流的大小决定了转速的高低。励磁电流愈大，转速愈高；反之，励磁电流愈小，转速愈低。但是，电磁滑差离合器的机械特性较软，稳定性差，工程中常采用带转速负反馈的闭环调速系统提高其机械特性。,4、自动换极的电磁调速异步电动机控制线路,其总体思路是：当电动机定子绕组为双星形联结（磁极少），电动机做高速运行时，如果电磁离合器

26、由于励磁电流减小下降到600r/min以下时，通过控制线路使得电动机定子绕组变为三角形联结（磁极多），低速运行，以提高电动机的效率。如果电动机定子绕组为三角形联结（磁极多）做低速运行时，而电磁离合器的磁极励磁电流大，使得从动部分的转速上升到600r/min以上时，若想进一步提高转速，使得电动机变为双星形联结。但是应注意，变极时电动机电源要进行换相接线，以保证转向相同。,自动换极的电磁调速异步电动机控制线路见P102页图2.5.5.,变频调速控制线路,问题1：何为变频调速？变频调速是将电网电压提供的恒压恒频交流电变换为变压变频的交流电，然后通过改变异步电动机的供电频率来调节异步电动机的同步转速，

27、从而实现异步电动机的无级调速。,问题2、变频原则？,因为电动机每级气隙主磁通受到电源频率的影响，所以实际调速控制时要保持定子电压与其频率之比为一常数这一原则。这也是制造变频器的基本原则。,问题3、什么是变频器？,采用模块化结构，集数字电子技术、计算机技术和现代自动控制技术于一体，实现交流电动机智能调速的装置，简称变频器VVVF。,问题4、变频器的特点？,转矩大、精度高、噪声低、功能全、运行可靠、操作简单、维护方便、节约能源。,问题5、变频器的分类,通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器、三相变频器等。通用变频器既可以驱动通用型交流电动机又可以提供多种功能，适用于不同性质的负载。,

28、问题6、变频器的构成,变频器通过整流器、滤波器、逆变器和控制电路，把固定频率、固定电压的电网电源，转换为变压变频的交流电源做为电动机的调速运行电源。,问题7：变频器各部分电路的组成及其功能,1、整流电路：由三相全波整流桥组成。其功能是把外部的工频电源进行整流，给逆变电路和控制电路提供一个合适的直流电压源或电流源。2、直流中间电路（滤波电路）：对整流电路的输出信号进行整流平滑，以保证逆变电路和控制电路有一个高质量的直流电源。直流中间电路还包括电动机的制动电路及其它辅助电路。,3、逆变电路：在控制电路的作用下，将平滑整流电路输出的直流电源转换为电压和频率都任意可调的交流电源，作为变频器的输出电源提

29、供给电动机。4、控制电路：包括主控电路、信号检测电路、门极触发电路、外部接口电路、保护电路等部分。其功能是检测、接收、控制、发送信号，以达到控制、调速及保护电动机的目的。,问题8：变频器的规格参数都有哪些？,1、变频器的容量用三个参数来表示：1）所适用的电动机的功率，是以标准的4极电动机为参照对象，在变频器的额定输出电流限度内，变频器可以拖动的电动机的功率来表示的。对于极数大于4的电动机，选择较大容量的变频器。2）变频器的额定电流，是指变频器连续运行时，允许输出的电流。3）变频器的额定容量，是指额定输出电流与额定输出电压下的三相视在功率。,2、变频器的输出电压：根据所适用的电动机的额定电压选择

30、或调整。常用交流电动机的额定电压有220V、380V。,3、变频器的最高输出频率：50Hz、60Hz、120Hz、240Hz。频率高则转速高，但转矩变小。,4、变频器的保护 主要考虑变频器在运行时产生较大的热量，采用风扇强制冷却或安装在便于散热的环境。如果全封闭安装，要考虑采用具有冷却用热交换装置的独立盘上，即变频柜。,5、变频器不停机选用件 由于生产工艺的要求，如果生产线要求不停机或瞬时停车后进行电源切换，可以选择变频器不停机选用件或再启动功能控制器。,6、瞬时过载能力 通用变频器的瞬时过载能力为每分钟150%额定电流或每分钟120%额定电流。由此可见，电动机在使用变频器后，其过载能力常常不

31、能得到发挥，受到限制。,关于变频器的接线问题,不同厂家、不同型号的变频器其输入和输出端子的接线方法各不相同，使用时必需仔细查阅产品说明书。,二、行程控制线路,可逆行程利用行程开关来实现,自动往返循环控制,行程控制应用举例,一、钻孔加工过程自动控制,二、加热炉自动上料的控制要求,1、电动机M1正转，打开炉门；2、电动机M2正转，推料机前进送料进炉；3、电动机M2反转，推料机退回；4、电动机M1反转，关闭炉门。,2、控制线路,三、横梁自动升降控制线路,控制要求：1、要有两台可以正反转运行的电动机，其中一台用以配合夹紧装置实现横梁的夹紧与放松；另一台用以完成横梁的上下移动。2、只有工作台停止工作，横梁才可以移动；3、横梁上下移动可以实现点动控制，以便于准确调整加工位置；4、可以自动完成横梁放松-移动-自动夹紧全过程；5、横梁升降应有极限保护。,横梁自动升降主线路,上升、下降电动机 夹紧、放松电动机,横梁自动升降控制线路,SO1、SQ2为 夹紧与放松 限位开关；SQ3、SQ4为 横梁升降极 限开关；KM5、KM6 的动断触点为 工作台与横梁 的联锁触点，工作台运动 时，KM4线圈 不能通电。,