2第二章 基本控制電路

電氣控制與 PLC 浙江麗水職業(yè)技術(shù)學院 趙 洪 第 2章 基本控制電路 目的 ： 學習由電器元件組成的鼠籠式三相交流異步電動機起、停，正反轉(zhuǎn)，多地，多條件控制電路的基本原理；降壓起動控制電路；制動控制電路；變極調(diào)速。繞線式異步電動機的控制電路；電液控制技術(shù)；直流電動機基本控制電路。 要求 ： 領(lǐng)會常用控制電路的設(shè)計思想，學會分析基礎(chǔ)電路的工作原理，熟記起停、正反轉(zhuǎn)、兩地控制等電路的電路結(jié)構(gòu)及特點，并要求能夠熟練畫出這些電路。 第 2章 基本控制電路 2.1 電氣控制線路圖的繪制及分析 2.2 全壓起動及其主要控制環(huán)節(jié) 2.3 三相交流異步機降壓起動控制電路 2.4 三相交流異步機制動控制電路 2.5 變極調(diào)速控制線路 2.6 繞線式異步電動機的控制電路 2.7 電液控制技術(shù) 2.8 直流電動機基本控制電路 2.1 電氣控制線路圖的繪制及分析 用以描述電氣控制設(shè)備電氣原理及安裝、調(diào)試用的工藝性圖紙，主要包括電氣原理圖、電氣安裝位置圖、電氣安裝接線圖和電氣安裝互連圖等。 2.1.1 電氣線路圖 2.1.2 電氣原理的讀圖方法 2.1.1 電氣線路圖 電氣線路圖： 電氣線路圖是指描述控制線路接線關(guān)系和原理的圖紙，分為電氣原理圖和電氣安裝接線圖。 電氣原理圖的分類： 主：強電流通過部分 輔：控制、照明、指示 電氣原理圖的繪制規(guī)則： 主：粗實線 輔：細實線 電氣符號畫法： 一般垂直放置，也可以逆時針轉(zhuǎn)動 90水平放置。 圖中電器元件的狀態(tài)為常態(tài)（未壓動、未通電 ） 2.1.2 電氣原理的讀圖方法 1、查線讀圖法（常用方法）： 按照由主到輔，由上到下，由左到右的原則分析電氣原理圖。較復雜圖形，通常可以化整為零，將控制電路化成幾個獨立環(huán)節(jié)的細節(jié)分析，然后，再串為一個整體分析。 2、邏輯代數(shù)法 用邏輯代數(shù)描述控制電路的工作關(guān)系。 2.2 全壓起動及其主要控制環(huán)節(jié) 本節(jié)主要描述小型電動機的全壓起動及其主要控制環(huán)節(jié)，（電動機的啟動方法和原理已由電機課程進行過理論研究）有起?？刂啤⒄崔D(zhuǎn)控制電路、其它環(huán)節(jié)等。 2.2.1 起?？刂?2.2.2 正反轉(zhuǎn)控制電路 2.2.3 其它環(huán)節(jié) 2.2.1 起?？刂?手動控制操作方法： 手動合上 QS，電動機 M工作；手動切斷 QS，電動機 M停止工作。 電路保護措施： FU 短路保護 電路優(yōu)點：控制方法簡單、經(jīng)濟、實用。 電路缺點：保護不完善，操作不方便 、自動起?？刂?主電路 ： 三相電源經(jīng) QS、 FU1、 KM的主觸點， FR的熱元件到電動機三相定子繞組。 控制電路 ： 用兩個控制按鈕，控制接觸器 KM線圖的通、斷電，從而控制電動機（ M）啟動和停止。 起動過程分析 ： 合上 QS，按動起動按鈕 SB1 KM線圈通電并自鎖 M通電工作。 KM自鎖觸點，是指與 SB1并聯(lián)的常開輔助觸點，其作用是當按鈕 SB1閉合后又斷開， KM的通電狀態(tài)保持不變，稱為通電狀態(tài)的自我鎖定。 停止按鈕 SB2，用于切斷 KM線圈電流并打開自鎖電路，使主回路的電動機 M定子繞組斷電停止工作。 起停控制電路的保護分析 過載保護 ： 熱繼電器 FR用于電動機過載時，其在控制電路的常閉觸點打開，接觸器 KM線圈斷電，使電動機 M停止工作。排除過載故障后，手動使其復位，控制電路可以重新工作。 短路保護 ： 熔斷器組 FU1用于主電路的短路保護， FU2用于控制電路的短路保護。 零壓保護 ： 電路失電復上電，不操作起動按鈕， KM線圈不會再次自行通電，電動機不會自行起動。 KM線圈通電的邏輯表達式： 2.2.2 正反轉(zhuǎn)控制電路 正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)的方法 ：改變電源相序（兩根火線對調(diào)）。 1、正反轉(zhuǎn)基本控制電路： 主電路 ： KM1主觸點接通正相序電源 M正轉(zhuǎn)。 KM2主觸點接通反相序電源 M反轉(zhuǎn)。 控制電路 ： SB1控制正轉(zhuǎn)， SB2控制反轉(zhuǎn)， SB3用于停止控制。 KM的常閉觸點用于互鎖控制，即使在接觸器故障情況下，也可以保證不發(fā)生主電路短路現(xiàn)象。 2、按鈕聯(lián)鎖功能 圖 2.2.3的電氣操作只能按正、停、反或反、停、正的方式進行操作。電路不能正反、反正操作控制，給設(shè)備的操作帶來諸多不便。 圖 2.2.4使用按鈕連鎖，首先使用和常開觸點聯(lián)動的常閉觸點的斷開對方支路線圈電流，再利用常開觸點的閉合接通通電線圈電流?？梢院芊奖愕厥闺妱訖C由正轉(zhuǎn)進入反轉(zhuǎn)，或由反轉(zhuǎn)進入正轉(zhuǎn)。 3、工作臺自動循環(huán)控制 工作臺 移動機構(gòu)示意 在工作臺的移動機構(gòu)和固定部件上分別裝置的行程開關(guān)和檔鐵（壓動行程開關(guān)用），當移行機構(gòu)運動到某一固定位置時，壓動行程開關(guān)，取代人手接動按鈕的功能，實現(xiàn)自動循環(huán)控制。 右圖 SQ1用于正轉(zhuǎn)控制， SQ2用于反轉(zhuǎn)控制， SQ3、 SQ4的常閉觸點用于極限位置的保護。 綜合 電氣原理圖中電器元件各部分符號與實際位置無關(guān)，可根據(jù)原理，將電氣符號畫在任何需要的電路位置。 2.2.3 其它環(huán)節(jié) 1、點動 （在長動基礎(chǔ)上的點動） 用途：適用于電動機短時間調(diào)整的操作。 按鈕操作： SB3常閉觸點用來切段自鎖電路實現(xiàn)點動。 轉(zhuǎn)換開關(guān)控制： SA合上，有自鎖電路， SB2為長動操作按鈕； SA斷開，無自鎖電路， SB2為點動操作按鈕。 中間繼電器 KA控制：按動 SB2、 KA通電自鎖， KM線圈通電，此狀態(tài)為長動；按動 SB3、 KM線圈通電，但無自鎖電路，為點動操作。 2、多地控制 定義： 多地控制電路設(shè)置多套起、停按鈕，分別安裝在設(shè)備的多個操作位置，故稱多地控制。 特點： 起動按鈕的常開觸點并聯(lián)，停止按鈕的常閉觸點串聯(lián)。 操作： 無論操作哪個啟動按鈕都可以實現(xiàn)電動機的起動；操作任意一個停止按鈕都可以打斷自鎖電路，使電動機停止運行。 3、多條件控制 電路用途 ： 多條件啟動控制和多條件停止控制電路，適用于電路的多條件保護。 電路特點 ： 按鈕或開關(guān)的常開觸點串聯(lián)，常閉觸點并聯(lián)。多個條件都滿足（動作）后，才可以起動或停止。 4、順序控制 用途： 用于實現(xiàn)機械設(shè)備依次動作的控制要求。 主電路順序控制： KM2串在 KM1觸點下，故只有 M1工作后 M2才有可能工作。 4、順序控制 控制電路的順序控制： a） KM1的輔助常開觸點起自鎖和順控的雙重作用。 b）單獨用一個 KM1的輔助常開觸點作順序控制觸點。 c） M1 M2的順序起動、 M2 M1的順序停止控制。 順序停止控制分析： KM2線圈斷電， SB1常閉點并聯(lián)的 KM2輔助常開觸點斷開后， SB1才能起停止控制作用，所以，停止順序為 M2 M1。 綜合 基本電路的結(jié)構(gòu)特點： 1.自鎖 接觸器常開觸點與按鈕常開觸點相并聯(lián)。 2.互鎖 兩個接觸器的常閉觸點串聯(lián)在對方線圈的電路中。 3.點動 無自鎖環(huán)節(jié)。 4.多地 按鈕的常開觸點并聯(lián)、常閉觸點串聯(lián)。 5.多條件 按鈕的常開觸點串聯(lián)、常閉觸點并聯(lián)。 2.3 三相交流異步電動機降壓起動控制電路 用途 ： 三相交流異步電動機的降壓起動，用于大容量三相交流異步電動機空載和輕載起動時減小起動電流。 降壓啟動控制電路 ： Y- 起動、自耦補償起動、延邊三角形起動控制電路。 要求 ： 熟記 Y- 起動控制電路結(jié)構(gòu)和工作原理，掌握自耦補償起動和延邊三角形降壓起動電路工作原理的分析方法 2.3.1 Y- 降壓起動 降壓原理： 起動時，電動機定子繞組 Y連接，運行時連接。 Y- 降壓起動控制電路 主電路分析： KM1、 KM3 Y起動， KM1、 KM2 運行。 討論： KM1、 KM2、 KM3容量關(guān)系。 Y- 降壓起動過程分析： 按下起動按鈕 SB2 KM1線圈通電自鎖 KM3線圈通電 -M作 Y接起動； KT線圈通電延時 KM3線圈斷電 KM2線圈通電自鎖 -M作接行。 KT線圈斷電復位。 2.3.2、自耦補償起動 降壓原理 ：起動時電動機定子繞組接自耦變壓器的次級，運行時電動機定子繞組接三相交流電源，并將自耦變壓器從電網(wǎng)切除。 主電路 ：起動時， KM1主觸點閉合，自耦變壓器投入起動；運行時， KM2主觸點閉合，電動機接三相交流電源， KM1主觸點斷開，自耦變壓器被切除。 討論： KM2與 KM1的控制要求； KM1主觸點的容量。 控制電路： 起動過程分析 按動 SB2 KM1線圈通電自鎖 電動機 M自耦補償起動； KT線圈通電延時 -KA線圈通電自鎖 KM1、 KT線圈斷電 -KM2線圈通電 電動機 M全壓運行。 2.3.3、延邊三角形降壓起動 原理 ：繞組連接 67、 48、 59構(gòu)成延邊三角形接法，繞組連接 16、 24、 35為接法。 延邊三角形降壓起動控制電路 主電路分析 KM1、 KM3使接點 1、 2、 3接三相電源， 67 、 48、 5 9對應(yīng)端接在一起構(gòu)成延邊三角形接法，用于降壓起動。 KM1、 KM2使接點 16、 24、 35接在一起，構(gòu)成連接，用于全壓運行。 控制電路與 Y- 起動控制電路相同，不再分析。 2.4 三相交流異步機制動控制電路 主要內(nèi)容 ： 機械抱閘制動，能耗制動，反接制動。 要求 ： 了解各種制動方法的實現(xiàn)電路，以及能耗制動限流電阻的計算原則，掌握能耗和反接制動電路的原理分析。 2.4.1 機械制動 1、常用方法： 電動抱閘制動 、電磁離合器制動 （多用于斷電制動）。 2.4.1 機械制動 2、 制動原理： 斷電電磁抱閘制動方式： 電磁抱閘的電磁線圈通電時，電磁力克服彈簧的作用，閘瓦松開，電動機可以運轉(zhuǎn)。 電磁離合器制動方式 （結(jié)構(gòu)） 電磁離合器的電磁線圈通電，動、靜摩擦片分離，無制動作用，電磁線圈斷電，在彈簧力的作用下動、靜摩擦片間產(chǎn)生足夠大的摩擦力而制動。 3、 控制電路分析 啟動時，接觸器 KM線圈通電時，其主觸點接通電動機定子繞組三相電源的同時，電磁線圈 YB通電，抱閘（動摩擦片）松開，電動機轉(zhuǎn)動。 停止時，接觸器 KM線圈斷電 電動機M斷電 電磁鐵線圈 YB失電 實現(xiàn)抱閘或電磁制動。 2.4.2 電氣制動 用途： 電氣制動多用于電動機的快速停車。常用方法有能耗制動和反接制動。 1、 能耗制動 制動原理 制動時，在切除交流電源的同時，給三相定子繞組通入直流電流。 限流電阻的計算： 電路設(shè)計時，根據(jù) IZ=（ 1.5 4） IN的原則，選取直流電流電壓等級，以及限流電阻的功率和阻值。 主電路 直流電源的獲取方法，交流電源（降壓）經(jīng)整流（半波、全波、橋式）。 圖 2.4.3主電路中接觸器 KM1的主觸點閉合時，電動機 M作電動工作。 接觸器 KM2主觸點用于能耗制動時為定子繞組通入直流電流。 控制電路（按時間原則控制） 起動 ： 按動起動按鈕 SB2KM1線圈通電自鎖，電動機 M作電動運行。 制動 ： 按動停車按鈕 SB1KM1線圈斷電復位 KM2線圈通電自鎖 電動機 M定子繞組切除交流電源，通入直流電源能耗制動。 SB1KT 線圈通電延時 KM2線圈斷電復位 KT線圈斷電復位。 2、反接制動 工作原理： 反相序電源制動，轉(zhuǎn)速接近零時，切除反相序電源。 主電路： KM1電動運行； KM2通入反相序電源，反接制動。 限制反接制動電流。 控制電路 （速度控制原則） 起動 ：接動啟動按鈕 SB2KM1通電自鎖 電動機 M通入正相序電源轉(zhuǎn)動。 停止 ：按動停車按鈕 SB1KM1線圈斷電復位 KM2線圈通電自鎖，實現(xiàn)反接制動，轉(zhuǎn)速 n接近零時，速度繼電器 KS常開觸點打開 KM2線圈斷電，反接制動結(jié)束。 習題 2-17 按速度控制原則設(shè)計低壓直流供電的能耗制動控制電路。 2.5 變極調(diào)速控制線路 2.5.1 雙速電機（鼠籠式三相交流異步電動機） 、 雙速電機的變極方法 U1V1W1端接電源， U2V2W2開路，電動機為接法（低速） U1V1W1端短接， U2V2W2端接電源為 YY接法（高速） 注意 ，變極時，調(diào)換相序，以保證變極調(diào)速以后，電動機轉(zhuǎn)動方向不變。 2.5.1 雙速電機 2、主電路 ： KM1主觸點構(gòu)成接的低速接法。 KM2、 KM3用于將 U1V1W1端短接，并在 U V W端通入三相交流電源，構(gòu)成 YY接的高速接法。 3、控制電路 圖 a電路中，按鈕 SB1實現(xiàn)低速起動和運行。按鈕 SB2使 KM2、 KM3線圈通電自鎖，用于實現(xiàn) YY變速起動和運行。 圖 b 電路在高速運行時，先低速起動，后高速（ YY）運行，以減少啟動電流。 4、雙速電機控制電路圖 B分析 選擇開關(guān) SA合向高速 時間繼電器 KT線圈通電延時 KM1線圈通電，電動機 M作低速啟動。 KT延時時間到 KM1線圈斷電復位 KM2、 KM3線圈通電 電動機 M作 YY接法高速運行。 選擇開關(guān) SA合向低速 KM1線圈通電，電動機 M作低速轉(zhuǎn)動。 選擇開關(guān) SA合向 0位時，電動機停止運行。 2.5.2 三速電機控制 1、變極原理 三速電機定子有 2套繞組， 1套可作為接法和 YY接法的雙速繞組，另 1套為 Y型接法的中速繞組。 2、主電路 KM1主觸點（ 4個）構(gòu)成低速連接，其中 W1U3接到 W1點。 KM2主觸點構(gòu)成中速 Y連接，此時 U3W1斷開以避免交流。 KM3、 KM4主觸點構(gòu)成高建雙星形連接（ KM3構(gòu)成 Y點） 3、控制電路 SB1用于 KM1的起?？刂?， SB2用于 KM2的起?？刂?，SB3用于 KM3和 KM4的起?？刂?。 2.6繞線式異步電動機控制電路 電路類型 ：起動（調(diào)速）和制動控制電路。 電路特點 ：繞線電機過流能力弱，故需要設(shè)置過流保護裝置，實現(xiàn)過流、過載、短路保護功能。 2.6.1 起動控制 繞線式異步機常用的起動控制有轉(zhuǎn)子串電阻分級起動和轉(zhuǎn)子串頻頻變阻器起動。 、電流原則控制轉(zhuǎn)子串電阻分級起動 控制原則：電流控制型 、電流原則控制轉(zhuǎn)子串電阻分級起動 主電路： R1 R3轉(zhuǎn)子外串電阻； KA1 KA3轉(zhuǎn)子電流檢測用電流繼電器（欠流復位型）； KM1 KM3轉(zhuǎn)子電阻的旁路接觸器。 控制電路分析 按動起動按鈕 SB2KM4線圈通電自鎖 中間繼電器 KA4線圈通電、轉(zhuǎn)子串全電阻起動。 轉(zhuǎn)速 n，電流 I過流繼電器 KA1復位 KM1線圈通電 切除轉(zhuǎn)子電阻 R1、I； 隨著轉(zhuǎn)速 n，電流 I過流繼電器KA2復位 KM2線圈通電 切除轉(zhuǎn)子電阻 R2、 I； 轉(zhuǎn)速 n，電流 I過流繼電器 K 3復位 KM3線圈通電 切除 R3，轉(zhuǎn)速n上升直到電動機起動過程結(jié)束。 2、時間原則控制轉(zhuǎn)子串電阻分級起動 起動條件 ： KM1、 KM2、 KM3均為原態(tài)時，方可起動。 起動過程 ： 按動 SB2KM4 線圈自鎖 電動機 M串全電阻起動，同時 KT1線圈通電延時 KM1線圈通電 切除 R1，同時 KT 線圈通電延時 KM 線圈通電 切除 R ，同時KT3線圈通電延時 KM3線圈通電自鎖 切除 R3， KT1， KM1， KT2， KM2，KT3等線圈依次斷電復位，啟動過程結(jié)束。 3、轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動控制電路 頻敏變阻器的工作原理： 隨 nf2，轉(zhuǎn)子等效鐵耗電阻自動減小，從而達到無級自動切除的目的。 主電路： KM1引入電源。轉(zhuǎn)子 RF為頻敏變阻器等效電阻， KM2用于起動結(jié)束后切除頻敏變阻器 RF。 繞線式異步電動機通常采用過流繼電器進行保護，本圖采用熱繼電器做過載保護。 電動機功率及電流很大，熱繼電器可經(jīng)電流互感器接入。為提高保護精度，起動時將熱元件 FR短接，運行時投入。 控制電路起動過程分析： 按動 SB2KM1線圈通電自鎖 M串RF起動。同時， KT通電延時 時間到，KA線圈通電自鎖 KM2線圈通電 KT線圈斷電復位，轉(zhuǎn)子切除 RF， M進入運行狀態(tài)。 2.6.2 繞線機的能耗制動 1、二級起動過程分析： SA合向位置 3KM線圈通電 M串全電阻起動，同時， KT線圈通電，為制動作準備； KT1線圈通電延時 KM1線圈通電 切除 R1，同時， KT2線圈斷電延時 KM2線圈通電，電動機轉(zhuǎn)子切除 R2，進入運行狀態(tài)。 2、能耗制動過程分析 能耗過程： 停車制動時，將 SA扳回 0位， KM， KM1， KM2線圈均斷電，切除電動機交流供電電源； KM線圈斷電 KM3線圈通電 KM2線圈通電短接轉(zhuǎn)子電阻， 電動機 M定子繞組通入直流電流，進行能耗制動； KT線圈斷電延時時間到 KM3線圈斷電 KM2線圈斷電，能耗制動過程結(jié)束。 3、能耗制動電路保護措施 過流繼電器 KA1 3用于過流時切除交流電源； KA4用于直流能耗制動過流時切除直流制動電源；過電壓繼電器 KV用于過壓時切除控制電路和電動機 M的供電電源。 2.7電液控制技術(shù) 重點 ：液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)，電液控制的方法 難點 ：液壓部件的認識 要求 ：了解液壓系統(tǒng)的控制方法及電磁鐵的驅(qū)動要求，會簡單設(shè)計液壓控制電路。 1、液壓系統(tǒng)基礎(chǔ) 控制部件： 電磁閥（ YV）：二位二通液壓電磁換向閥；三位五通電磁換向閥； YA：電磁線圈（直流） 溢流閥（壓力閥）；調(diào)速閥（節(jié)流閥）；單向閥 動力部件：液壓泵及電動機 執(zhí)行部件：液壓缸（活塞），液壓馬達 輔助裝置：油箱，油管，過濾器 2、液壓動力滑臺 液壓系統(tǒng)工作原理： 滑臺進給工步圖 快進： YA1， YA3通電 工進： YA1通電 停止： YA1維通，溢流閥工作 快退： YA2通電 控制電路分析 選擇開關(guān) SA合向自動工作位置的自動循環(huán)過程： 按動 SB1KA1 線圈通電自鎖 YA1、 YA3線圈通電，滑臺快進；至壓下 SQ2KA2 線圈通電自鎖 YA3線圈斷電，滑臺工進；壓下 SQ3 滑臺逗留； KT線圈通電延時 KA3線圈通電自鎖 YA1，KA2線圈斷電 YA2