電力拖動基本控制電路分析

1、電力拖動基本控制電路分析維修電工高級工培訓(xùn)維修電工高級工培訓(xùn)第一單元第一單元 電氣控制基礎(chǔ)知識電氣控制基礎(chǔ)知識 電力拖動是電動機拖動生產(chǎn)機械運轉(zhuǎn)的統(tǒng)稱。它通常由電動機、控制電路、保護電器與生產(chǎn)機械及傳動裝置組成。電動機在按照生產(chǎn)機械的要求運轉(zhuǎn)時，需要一定的電氣裝置組成控制電路。由于生產(chǎn)機械的動作各有不同，它所要求的控制電路也不一樣，但各種控制電路總是由一些基本控制環(huán)節(jié)組成。電力拖動常用的基本控制電路有電動機起動控制、改變電動機的轉(zhuǎn)動方向控制（正、反轉(zhuǎn)）、改變電動機的轉(zhuǎn)動速度控制（調(diào)速）、電動機的順序控制、電動機的制動控制等。一、電氣控制系統(tǒng)圖的分類一、電氣控制系統(tǒng)圖的分類 電氣控制系統(tǒng)是由電氣

2、設(shè)備及電氣元件按照一定的控制要求連接而成。為了表達電氣控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、工作原理及安裝、調(diào)試、維修等技術(shù)要求，需要用統(tǒng)一的工程語言即用工程圖的形式來表達，這種工程圖是一種電氣圖，叫做電氣控制系統(tǒng)圖。 電氣控制系統(tǒng)圖一般有三種：電氣原理圖、電氣安裝接線圖和電氣元件位置圖。原理圖主要用于閱讀和分析其工作原理，安裝接線圖主要用于安裝和檢修電氣設(shè)備，元件位置圖主要用于電器元件的布置和安裝。在實際中，原理圖、接線圖和位置圖要結(jié)合起來使用。 1、電氣原理圖、電氣原理圖 電氣原理圖又稱電路圖，是根據(jù)生產(chǎn)機械運動形式對電氣控制系統(tǒng)的要求，采用國家統(tǒng)一規(guī)定的電氣圖形符號和文字符號，按照電氣設(shè)備和電器的工作順序

3、，詳細表示電路、設(shè)備或成套裝置的全部基本組成和連接關(guān)系，而不考慮其實際位置的一種簡圖。圖1所示為CW6140普通車床電氣控制原理圖。電氣原理圖能充分表達電氣設(shè)備和電器的用途、作用和工作原理，是電氣線路安裝、調(diào)試和維修的理論依據(jù)。圖圖1 CW6140普通車床電氣控制原理圖普通車床電氣控制原理圖 (1) 原理圖一般分電源電路、主電路、控制電路和輔助電路四部分來繪制 電源電路畫成水平線，三相交流電源相序L1、L2、L3自上而下依次畫出，中線N和保護接地線PE依次畫以相線之下。直流電源的“”端畫在上邊，“”極畫在下邊。電源開關(guān)要水平畫出。 主電路是從電源向用電設(shè)備供電的路徑，由主熔斷器、接觸器的主觸點

4、、熱繼電器的熱元件以及電動機等組成。主電路通過的是電動機的工作電流，電流較大。主電路要垂直電源電路畫在原理圖的左側(cè)。 控制電路是指控制主電路工作狀態(tài)的電路；輔助電路一般包括信號電路和照明電路等。信號電路是指顯示主電路工作狀態(tài)的電路；照明電路是指實現(xiàn)機床設(shè)備局部照明的電路。這些電路由繼電器和接觸器的線圈、繼電器的觸點、接觸器的輔助觸點、主令電器的觸點、信號燈和照明燈等電器元件組成，通過的電流都較小，一般不超過5A。畫控制電路和輔助電路圖時，控制電路和輔助電路要跨接在兩根電源線之間，一般按照控制電路、信號電路和照明電路的順序依次垂直畫在主電路圖的右側(cè)，且電路中的耗能元件（如接觸器和繼電器的線圈、信

5、號燈、照明燈等）要畫在電路圖的下方，與下邊電源線相連，而電器的觸點要畫在耗能元件與上邊電源線之間。為讀圖方便，一般應(yīng)按照自左至右，自上而下的排列來表示操作順序。 (2) 原理圖中，各電器的觸點位置都按電路未通電或電器未受外力作用時的常態(tài)位置畫出。分析原理時，應(yīng)從觸點的常態(tài)位置出發(fā)。 (3) 原理圖中各電器元件不畫實際的外形圖，而是采用國家標(biāo)準中統(tǒng)一規(guī)定的電氣圖形符號和文字符號來表示。 (4) 原理圖中，同一電器的各元件不按它們的實際位置畫在一起，而是按其在線路中所起作用分別畫在不同的電路中，但它們的動作卻是相互關(guān)聯(lián)的，必須標(biāo)以相同的文字符號。如圖1中的交流接觸器KM的線圈畫在控制電路中，而三對

6、常開主觸點則畫在主電路中。若線圈得電，主觸點隨即動作，因此，均標(biāo)以相同的文字符號KM，來表示它們屬于同一個接觸器的元件。若圖中相同的電器較多時，需要在電器文字符號后面加注不同的數(shù)字，以示區(qū)別，如圖1中SB1、SB2或Q1、Q2等。 (5) 畫原理圖，電路用平行線繪制，盡量減少線條和避免線條交叉，并盡可能按照動作順序排列，便于閱讀。對交叉而不連接的導(dǎo)線在交叉處不加黑圓點；對“”形連接點（有直接電聯(lián)系的導(dǎo)線交叉連接點），必須要用小黑圓點表示；對“T”形連接點處則可不加。 (6) 為安裝檢修方便，在電氣原理圖中各元件的連接導(dǎo)線往往予以編號，即對電路中的各個接點用字母或數(shù)字編號。 主電路的電氣連接點一

7、般用一個字母和一個一位或二位的數(shù)字標(biāo)號，如在電源開關(guān)的出線端按相序依次編號為L11、L12、L13。編號的順序是從上至下、從左至右依次進行，標(biāo)號的方法是經(jīng)過一個元件就變一個號，如L21、L22、L23，L31、L32、L33等。單臺三相交流電動機（或設(shè)備）的三根引出線按相序依次編號為U、V、W。對于多臺電動機引出線的編號，為了不致引起誤解和混淆，可在字母前用不同的數(shù)字加以區(qū)別，如1U、1V、1W，2U、2V、2W等。 控制電路和輔助電路編號按“等電位”原則以從上至下、從左至右的順序用數(shù)字依次編號，每經(jīng)過一個電器元件后，編號要依次遞增?？刂齐娐肪幪柕钠鹗紨?shù)字必須是1，其它輔助電路編號的起始數(shù)字依

8、次遞增100，如照明電路編號從101開始，信號電路編號從201開始等。 (7) 各元件在圖中還要標(biāo)有位置編號，以便尋找對應(yīng)的元件。對電路或分支電路可用數(shù)字編號表示其位置。數(shù)字編號應(yīng)按從左到右或自上而下的順序排列。如果某些元件符號之間有相關(guān)功能或因果關(guān)系的，還應(yīng)表示出它們之間的關(guān)系，如圖1所示，圖中接觸器KM線圈下面豎線的左邊有3個2，表示在2號位置上有它的三副主觸頭；第二條豎線左邊有一個5，表示在5號位置上有一副常開輔助觸頭；第二條豎線右邊表示常閉輔助觸頭的位置（本圖中沒有常閉觸頭）。2、電氣安裝接線圖、電氣安裝接線圖 安裝接線圖是根據(jù)電氣設(shè)備和電器元件的實際位置和安裝情況繪制的，只用來表示電

9、氣設(shè)備和電器元件的位置、配線方式和接線方式，而不明顯表示電氣動作原理。圖2所示為CW6140普通車床電氣接線圖。這種圖對于實際安裝、接線、調(diào)整和檢修工作是很方便的，但從接線圖來了解復(fù)雜的線路工作原理較為困難。圖2 CW6140普通車床電氣控制接線圖3、電氣元件位置圖、電氣元件位置圖 電氣元件位置圖是根據(jù)電器元件在控制板上的實際安裝位置，采用簡化的外形符號（如正方形、矩形、圓形等）而繪制的一種簡圖。它不表達各電器的具體結(jié)構(gòu)、作用、接線情況以及工作原理，主要用于電器元件的布置和安裝。圖中各電器的文字符號必須與原理圖和接線圖的標(biāo)注相一致。 二、電氣控制原理圖的閱讀與分析方法二、電氣控制原理圖的閱讀與

10、分析方法 在閱讀電氣原理圖時，首先應(yīng)了解被控對象對電力拖動的要求，了解被控對象有哪些運動部件，這些運動部件是如何運動的，各個運動之間是否有相互制約的關(guān)系；并要熟悉電氣原理圖的繪圖規(guī)則以及電氣元件的圖形符號。在此基礎(chǔ)上采取先看主電路，后分析控制電路及輔助電路的步驟來看圖。通過控制電路的分析，掌握主電路中電器的動作規(guī)律，根據(jù)主電路的動作要求，進一步加深對控制電路的理解。最后通過輔助電路的分析，全面了解電氣原理圖的工作原理。1、閱讀主電路的步驟、閱讀主電路的步驟 (1) 首先看本設(shè)備所用的電源。 一般生產(chǎn)機械所用的電源通常都是380V、50Hz的三相交流電源。對需采用直流電源的設(shè)備，往往都是采用直流

11、發(fā)電機供電或采用整流裝置。 (2) 分析主電路中有幾臺電動機，分清各電動機的用途。 目前，一般生產(chǎn)機械中所用電動機以籠型異步電動機為主，但繞線式異步電動機、直流電動機、同步電動機也有著各種應(yīng)用。所以，在分析有幾臺電動機的同時，還要注意電動機的類別。 (3) 分清各臺電動機的動作要求。 如起動方式、是否有正反轉(zhuǎn)，調(diào)速及制動的要求，各臺電動機之間是否相互有制約關(guān)系（可通過控制電路來進行分析）。 (4) 掌握主電路中所用的控制電器及保護電器的動作過程及作用。 在電氣設(shè)備運行的過程中，要掌握主電路中各電器元件的動作順序，分清哪些電器元件先動作，哪些后動作。并要掌握每一個電器元件的作用。 (5) 了解主

12、電路中電器元件的規(guī)格等。2、閱讀控制電路和輔助電路、閱讀控制電路和輔助電路 由于生產(chǎn)機械設(shè)備的類型各不相同，它們對電力拖動的控制要求也不相同，所以在電氣原理圖上會表現(xiàn)各不相同的控制電路和輔助電路。 分析控制電路時，首先應(yīng)分析控制電路的電源電壓。通常的生產(chǎn)機械設(shè)備，如僅有一臺電動機拖動或較少電動機拖動的設(shè)備，控制電路較簡單，為減少電源種類，控制電路電壓常采用交流380V，可直接由主電路引入。對于采用多臺電動機拖動且控制要求又較復(fù)雜的設(shè)備，也有采用由控制變壓器供電的交流110V、交流220V控制電壓或由整流裝置供電的直流控制電壓等。其次要了解控制電路中所采用的各種繼電器、接觸器的用途，如果采用了一

13、些特殊結(jié)構(gòu)的繼電器，還應(yīng)了解它們的動作原理。最后，就可以結(jié)合主電路的具體動作要求，對控制電路的動作過程進行分析。 控制電路總是按動作順序畫在兩條水平線或兩條垂直線之間的。因此，也就可以從左到右或從上到下來進行分析。對復(fù)雜的控制電路，還可將它分成幾個功能來分析，如起動部分、制動部分、循環(huán)部分等。對于控制電路的分析，必須隨時結(jié)合主電路的動作要求來進行，只有全面了解主電路對控制電路的要求以后，才能真正掌握控制電路的動作原理，不可孤立地看待各部分的動作原理，而應(yīng)注意各個動作之間是有互相制約的關(guān)系，如電動機正、反轉(zhuǎn)之間應(yīng)設(shè)有聯(lián)鎖等。 以常見的交流籠型電動機控制電路起動過程為例，對控制電路的分析過程一般分

14、為以下四步： (1) 按下起動按鈕。 (2) 分析按下起動按鈕后，哪些繼電器或接觸器的線圈得電動作。 (3) 分析這些繼電器或接觸器線圈得電后，其主觸點或輔助觸點的動作情況。 (4) 根據(jù)主觸點或輔助觸點的動作情況，分析這些動作后的觸點在電路中的具體作用。 輔助電路一般比較簡單，它常包含有照明和信號部分，其電壓一般由控制變壓器提供。照明通常為白熾燈，電壓為24V或36V；信號是指示生產(chǎn)機械動作狀態(tài)的，工作過程中可使操作者隨時觀察，掌握機器工作運轉(zhuǎn)的狀況，通常以綠燈或白燈指示工作正常，以紅燈指示出現(xiàn)故障。 上面所介紹的讀圖方法和步驟，只是一般的通用方法，平時需通過對具體線路的分析來逐步掌握。三、

15、對電氣控制電路的要求三、對電氣控制電路的要求1、短路保護、短路保護2、過載保護、過載保護3、欠壓保護、欠壓保護4、失壓保護、失壓保護第二單元第二單元 電動機全壓起動控制電路電動機全壓起動控制電路 電動機全壓起動是通過開關(guān)或接觸器，將額定電壓直接加在電動機定子繞組上的一種起動方式。這種起動方法的優(yōu)點是所需電氣設(shè)備少，線路簡單。缺點是起動電流大，一般起動電流為額定電流的47倍，故適用于直接起動容量較小的電動機。 一般規(guī)定電源容量在180KVA以上，對于7kW以下的三相異步電動機可采用直接起動。 也可根據(jù)電源容量，采用下面經(jīng)驗公式來確定是否允許電動機直接起動： 式中：Ist 電動機起動電流（A）；

16、IN 電動機額定電流（A）。 不滿足上述條件就必須采用降壓起動法，以限制起動電流。電動機容量電源變壓器容量443NstII一、電動機正向運轉(zhuǎn)控制電路一、電動機正向運轉(zhuǎn)控制電路 正向運轉(zhuǎn)控制線路只能使電動機朝一個方向旋轉(zhuǎn)，帶動生產(chǎn)機械的運動部件朝一個方向運動。1、點動正轉(zhuǎn)控制電路、點動正轉(zhuǎn)控制電路2、具有電動機過載保護的自鎖正轉(zhuǎn)控制、具有電動機過載保護的自鎖正轉(zhuǎn)控制電路電路3、點動與連續(xù)混合控制的正轉(zhuǎn)控制電路、點動與連續(xù)混合控制的正轉(zhuǎn)控制電路4、多地控制的電動機正轉(zhuǎn)控制電路、多地控制的電動機正轉(zhuǎn)控制電路二、電動機正反轉(zhuǎn)控制電路二、電動機正反轉(zhuǎn)控制電路 許多生產(chǎn)機械往往要求運動部件可以正、反兩個方

17、向運動，如機床工作臺的前進與后退，主軸的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，起重機的上升與下降等，這就要求電動機能正、反雙向旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)。正、反轉(zhuǎn)控制電路是通過改變通入電動機定子繞組的三相交流電源相序，即把接入電動機的三相交流電源進線中的任意兩根接線對調(diào)后，就能實現(xiàn)改變電動機旋轉(zhuǎn)方向的目的。 1、接觸器聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路、接觸器聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路2、按鈕聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路、按鈕聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路3、雙重聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路、雙重聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路 4、自動往返控制電路、自動往返控制電路 有些生產(chǎn)機械，如萬能銑床等要求工作臺在一定距離內(nèi)能自動往返，以便對工件進行連續(xù)加工，而實現(xiàn)這種控制要求所依靠的主要電器是位置

18、開關(guān)（又稱限位開關(guān)或行程開關(guān)）。圖示為由位置開關(guān)控制的工作臺自動往返運動示意圖。圖 工作臺自動往返行程控制電路 第三單元第三單元 電動機降壓起動控制電路電動機降壓起動控制電路 前面介紹的三相異步電動機和各種控制電路均為全壓起動電路。三相異步電動機全壓起動時，起動電流一般為額定電流的47倍。在電力變壓器容量不夠大而電動機功率較大時，全壓起動將導(dǎo)致電源變壓器的輸出電壓下降，這不僅會使電動機的起動轉(zhuǎn)矩減小，導(dǎo)致電動機起動困難，而且還會影響同一供電線路中其它電器設(shè)備的正常工作。因此，較大容量的電動機需要采用降壓起動。 降壓起動是將電源電壓適當(dāng)降低后，再加到電動機定子繞組上進行起動，當(dāng)電動機起動后，再使

19、電壓恢復(fù)到額定值。降壓起動的目的在于減小起動電流，但由于電動機轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，所以降壓起動也將導(dǎo)致電動機的起動轉(zhuǎn)矩大為降低。因此，降壓起動僅適用于空載或輕載下的起動。 常見的降壓起動方法有四種：定子繞組中串聯(lián)電阻降壓起動，自耦變壓器降壓起動，星形三角形降壓起動和延邊三角形降壓起動。一、定子繞組串聯(lián)電阻降壓一、定子繞組串聯(lián)電阻降壓起動控制電路起動控制電路 定子繞組串聯(lián)電阻降壓起動是指在電動機起動時，在電動機的定子繞組與電源之間串聯(lián)電阻，由于電阻上產(chǎn)生電壓降，使加在電動機繞組上的電壓低于電源電壓，待起動后，再將串聯(lián)的電阻短接，電動機便在額定電壓下正常運行。定子繞組串聯(lián)電阻的降壓起動控制電路

20、有接觸器控制和時間繼電器自動控制等兩種形式。1、按鈕、按鈕-接觸器控制電路接觸器控制電路2、時間繼電器自動控制電路、時間繼電器自動控制電路二、自耦變壓器降壓起動控制電路二、自耦變壓器降壓起動控制電路 自耦變壓器降壓起動是指電動機起動時利用自耦變壓器來降低加在電動機定子繞組上的起動電壓；待電動機起動后，再使電動機與自耦變壓器脫離，從而在全壓下正常運行。這種降壓起動分為手動控制和自動控制兩種。 1、手、手動控制動控制補償器補償器降壓控降壓控制電路制電路2、自動控制補償器降壓控制電路、自動控制補償器降壓控制電路三、星形三角形（三、星形三角形（Y）降壓起動控）降壓起動控制電路制電路 星形三角形降壓起動

21、是指電動機起動時，把定子繞組接成星形接法，以降低起動時加到定子繞組上的電壓，限制起動電流；待電動機起動后，再把定子繞組改接成三角形接法，使電動機全壓運行。凡是在正常運行時定子繞組作三角形連接的異步電動機，均可采用這種降壓起動方法。 電動機起動時，將電動機定子繞組接成星形，加在每相定子繞組上的起動電壓只有三角形接法的1/ ，起動電流為三角形接法的1/3，起動轉(zhuǎn)矩也只有三角形接法的1/3，所以這種降壓起動方法，只適用于輕載或空載下起動。31、手動控制、手動控制Y降壓起動降壓起動2、按鈕和接觸器控制、按鈕和接觸器控制Y降壓起動控降壓起動控制電路制電路3、時間繼電器自動控制、時間繼電器自動控制Y降壓起

22、動降壓起動控制電路控制電路QX313型Y自動起動器控制電路 四、延邊三角形降壓起動控制電路四、延邊三角形降壓起動控制電路 延邊三角形降壓起動的方法是在每相定子繞組中引出一個抽頭，電動機起動時將一部分定子繞組接成形，另一部分定子繞組接成形，使整個繞組接成延邊三角形，待電動機起動后，再將電動機定子繞組改接成三角形，使電動機全壓運行。 電動機定子繞組作延邊三角形接線時，每相定子繞組所承受的電壓大于形接法時的相電壓，而小于形接法時的相電壓。并且電動機每相繞組電壓的大小可隨電動機繞組抽頭（U3、V3、W3）位置的改變而調(diào)節(jié)，從而克服了降壓起動時起動電壓偏低、起動轉(zhuǎn)矩偏小的缺點。但采用延邊三角形起動的電動

23、機需要有九個出線端，故這種起動方式適用于JO3系列三相籠形異步電動機。延邊三角形降壓起動電動機定子繞組連接示意圖 延邊三角形降壓起動控制電路 第四單元第四單元 電動機順序控制電路和變電動機順序控制電路和變極調(diào)速極調(diào)速 一、電動機的順序控制電路一、電動機的順序控制電路 在裝有多臺電動機的生產(chǎn)機械上，各電動機所起的作用是不相同的，有時需按一定順序起動，才能保證操作過程的合理性及工作的安全可靠。對一臺電動機起動后另一臺電動機才能起動的控制方式叫做電動機的順序控制。實現(xiàn)順序控制的方法有兩種：一種是主電路的順序控制，另一種是控制電路的順序控制。1、主電路的順序控制、主電路的順序控制2、控制電路的順序控制（一）、控制電路的順序控制（一）2、控制電路的順序控制（二）、控制電路的順序控制（二）二、籠形異步電動機的變極調(diào)速二、籠形異步電動機的變極調(diào)速 一般機床的電動機只有一種速度，但在有些機床中，如T68型鏜床和M1342A型萬能外圓磨床的主軸，要得到較寬的調(diào)速范圍，就采用了雙速電機來傳動，有的機床還采用了三速和四速