04講-基本與典型電氣控制電路分析與設(shè)計(jì)

1、電氣控制及PLC技術(shù)制作：電氣學(xué)院 楊霞1電氣控制及PLC技術(shù) 第4講 講解內(nèi)容： 2 基本與典型電氣控制電路分析與設(shè)計(jì) 典型電氣控制線路 學(xué)習(xí)說明：本講主要學(xué)習(xí)典型控制線路的設(shè)計(jì)與分析。重點(diǎn)掌握：起保停控制線路、多地點(diǎn)控制線路；三相異步電動(dòng)機(jī)按順序工作的連鎖控制線路；起動(dòng)控制電路：如星形三角形降壓起起動(dòng)線路；制動(dòng)控制線路：如三相籠型異步電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)控制電路；工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制線路。 22 基本與典型電氣控制電路分析與設(shè)計(jì)典型電氣控制線路 組成：兩個(gè)按鈕、接觸器和電動(dòng)機(jī)。作用： 兩個(gè)按鈕：分別對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行導(dǎo)通切換和關(guān)斷切換； 接觸器：使電動(dòng)機(jī)和電源接通且負(fù)責(zé)接通狀態(tài)的保持。一、起、保、?？刂?/p>

2、線路（基礎(chǔ)）3圖3-1 電磁式接觸器及其電動(dòng)機(jī)起、保、停控制線路示意圖4圖3-2 簡(jiǎn)單的起、保、停電氣控制線路5起、保、停電氣控制線路控制過程演示6二、電動(dòng)機(jī)多地點(diǎn)控制線路（例：三地控制的線路）7 多地點(diǎn)控制線路用途與功能： 在兩個(gè)或以上對(duì)同一臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行連續(xù)（起動(dòng)、停止）控制。 注意： 控制線路的畫法。接線要點(diǎn)： 起動(dòng)按鈕并聯(lián)；停止按鈕串聯(lián)。控制線路主電路兩個(gè)地點(diǎn)（用兩個(gè)顏色表示）8 上頁(yè)圖中未標(biāo)出兩個(gè)地點(diǎn)之間的接線，如若按照“起動(dòng)按鈕并聯(lián)，停止按鈕串聯(lián)”接線，則有兩種接線方式，分別需要“3條連接線”和“4條連接線”，其中以3條連接線為較好，示出如下： 多地點(diǎn)控制線路的改進(jìn)3條連接線要領(lǐng)

3、： 從起停按鈕接線處引線可節(jié)省一條線。4條連接線9三地控制線路控制過程演示10電動(dòng)機(jī)多條件起動(dòng)控制電路（與電路） 11電動(dòng)機(jī)多條件起動(dòng)接線示意電路 12用兩只雙連開關(guān)在兩地控制一盞燈雙控開關(guān)也稱雙聯(lián)開關(guān)，它一般應(yīng)用在樓梯上下層或走道的兩頭等兩個(gè)不同的地方，能各自獨(dú)立控制同一盞電燈的點(diǎn)亮或熄滅。S1、S2均為12單刀雙擲開關(guān)。其中圖(b)接法，因每個(gè)開關(guān)內(nèi)都同時(shí)存在電源的相線與零線，所以安裝時(shí)比較方便，但維修時(shí)需特別注意要謹(jǐn)防相、零線兩端頭短路。 （a）（b）（c）13用兩只雙連開關(guān)在兩地控制一盞燈雙控開關(guān)也稱雙聯(lián)開關(guān)，它一般應(yīng)用在樓梯上下層或走道的兩頭等兩個(gè)不同的地方，能各自獨(dú)立控制同一盞電燈

4、的點(diǎn)亮或熄滅。S1、S2均為12單刀雙擲開關(guān)。其中圖(b)接法，因每個(gè)開關(guān)內(nèi)都同時(shí)存在電源的相線與零線，所以安裝時(shí)比較方便，但維修時(shí)需特別注意要謹(jǐn)防相、零線兩端頭短路。 （a）（b）（c）141.主電路實(shí)現(xiàn)順序控制2.控制電路實(shí)現(xiàn)順序控制要求兩臺(tái)或幾臺(tái)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)或停止按一定的先后順序來完成的控制方式三、順序、連鎖控制線路順序起動(dòng)同時(shí)停止控制順序起動(dòng)逆序停止控制例如：機(jī)床中要求潤(rùn)滑電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，主軸電動(dòng)機(jī)才能起動(dòng)151.主電路實(shí)現(xiàn)順序控制實(shí)現(xiàn)順序起動(dòng)162.控制電路實(shí)現(xiàn)順序控制（1）：兩電機(jī)只保證起動(dòng)的先后順序，沒有延時(shí)要求。（M1先起，M2再起；M2先停或同時(shí)停） FUKM2FR2ABCFU

5、M13ABCKM1FR1M23主電路控制電路FR2FR1KM1KM2SB3SB4KM2KM1SB1SB2KM1172.控制電路實(shí)現(xiàn)順序控制(2)：兩電機(jī)保證起動(dòng)的先后順序，有延時(shí)要求。（M1起后M2延時(shí)自動(dòng)起；同時(shí)停）SB2 KM1 KT KM2 延時(shí) KM2 M1起動(dòng)KT M2起動(dòng)主電路同前控制電路KTKM2FRKM1SB1SB2KM1KM2KTKM218順序起動(dòng)同時(shí)停止控制或M2單獨(dú)停止特點(diǎn):電氣原理圖：FU1KM1M13FR1QL1L3L2KM2M23FR2主電路控制電路KM2FU2FRSB3FRKM1SB1SB4SB2KM1KM2KM1實(shí)現(xiàn)順序起動(dòng)19 順序控制過程演示20順序起動(dòng)逆序

6、停止控制FU1KM1M3FR1QL1L3L2KM2M3FR2KM2FU2FRSB3FRKM1SB1SB4SB2KM1KM2KM1KM2電氣原理圖：特點(diǎn):主電路控制電路實(shí)現(xiàn)順序起動(dòng)實(shí)現(xiàn)逆序停止21兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)順序起動(dòng)、順序停止電路 22兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)順序起動(dòng)、順序停止電路接線示意圖 23四、起動(dòng)控制電路 （一）直接起動(dòng)控制線路適用場(chǎng)合：對(duì)容量較小，并且工作要求簡(jiǎn)單的電動(dòng)機(jī)，如：小型臺(tái)鉆、砂輪機(jī)、冷卻泵的電動(dòng)機(jī)，可用手動(dòng)開關(guān)在動(dòng)力電路中接通電源直接起動(dòng)。1.籠型異步電動(dòng)機(jī)手動(dòng)開關(guān)直接起動(dòng)控制線路24 一般中小型機(jī)床的主電動(dòng)機(jī)采用接觸器直接起動(dòng)2.接觸器直接起動(dòng)控制線路25（二）籠型異步電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)控制

7、線路原因：容量大于10kW的籠型異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)沖擊電流為額定值的47倍，故一般均需采用相應(yīng)措施降低電壓，即減小與電壓成正比的電樞電流，從而在電路中不至于產(chǎn)生過大的電壓降。方法：常用的降壓起動(dòng)方式有定子電路串電阻降壓起動(dòng)、星形三角形(Y-)降壓起動(dòng)和自耦變壓器降壓起動(dòng)。降壓原理：丫一形的降壓起動(dòng)方法是，起動(dòng)時(shí)將電動(dòng)機(jī)定子繞組結(jié)成丫形，這時(shí)加在電動(dòng)機(jī)每相繞組上的電壓為電源電壓額定值的1/3，而其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為形連接直接起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的1/3。起動(dòng)電流降為形連接直接起動(dòng)電流的1/3，作用:減小了起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的影響。優(yōu)點(diǎn)：在于星形起動(dòng)電流只是原來三角形接法的1/3，起動(dòng)電流特性好、減小了起動(dòng)電流對(duì)

8、電網(wǎng)的影響，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低，。缺點(diǎn)：是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)下降為原來三角形接法的1/3，轉(zhuǎn)矩特性差，因而本線路適用于電網(wǎng)電壓380V，額定電壓660V/380V，Y接法的電動(dòng)機(jī)輕載起動(dòng)的場(chǎng)合。 26圖3-7星形三角形降壓起動(dòng)控制電路27三相異步電動(dòng)機(jī)接線盒內(nèi)部接線圖 28三相異步電動(dòng)機(jī)星型接法（注：粗線為短接片） 29三相異步電動(dòng)機(jī)三角形接法（注：粗線為短接片） 30星形三角形降壓起動(dòng)控制過程演示31鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)Y起動(dòng)電路 32鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)Y起動(dòng)電路接線示意圖33(三)定子串電阻降壓起動(dòng)控制電路演示(1)34(三)定子串電阻降壓起動(dòng)控制電路演示(2)同學(xué)們找一找：該演示有個(gè)動(dòng)作沒表現(xiàn)出來？

9、35原因：三相異步電動(dòng)機(jī)從切除電源到完全停止運(yùn)轉(zhuǎn)。由于慣性的關(guān)系，總要經(jīng)過一段時(shí)間，這往往不能適應(yīng)某些生產(chǎn)機(jī)械工藝的要求。如萬能銑床、臥式鏜床、電梯等，為提高生產(chǎn)效率及準(zhǔn)確停位，要求電動(dòng)機(jī)能迅速停車，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)控制。五、制動(dòng)控制電路方法：制動(dòng)方法一般有兩大類 1.機(jī)械制動(dòng) 2.電氣制動(dòng) 反接制動(dòng) 能耗制動(dòng)36工作原理：改變異步電動(dòng)機(jī)定子繞組中的三相電源相序，使定子繞組產(chǎn)生方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。（一）反接制動(dòng)控制線路工作過程：當(dāng)想要停車時(shí)，首先將三相電源切換，然后當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近零時(shí)，再將三相電源切除。注意：電動(dòng)機(jī)正在正方向運(yùn)行時(shí)，如果把電源反接，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速將由正

10、轉(zhuǎn)急速下降到零。如果反接電源不及時(shí)切除，則電動(dòng)機(jī)又要從零速反向起動(dòng)運(yùn)行。如圖3-10(a)、圖3-10(b)所示為反接制動(dòng)的控制線路。37（a）（b）圖3-10 反接制動(dòng)控制線路 圖3-10(a)圖有這樣一個(gè)問題：在停車期間，如果為了調(diào)整工件，需要用手轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)床主軸時(shí)，速度繼電器的轉(zhuǎn)子也將隨著轉(zhuǎn)動(dòng)，其常開觸點(diǎn)閉合，KM2通電動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)接通電源發(fā)生制動(dòng)作用，不利于調(diào)整工作。圖3-10(b)圖的反接制動(dòng)線路解決了這個(gè)問題：控制線路中停止按鈕使用了復(fù)合按鈕SB1，并在其常開觸點(diǎn)上并聯(lián)了KM2的常開觸點(diǎn)，使KM2能自鎖。這樣在用手轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，雖然KS的常開觸點(diǎn)閉合，但只要不按復(fù)合按鈕SB1，KM2就

11、不會(huì)通電，電動(dòng)機(jī)也就不會(huì)反接于電源，只有按下SB1，KM2才能通電，制動(dòng)電路才能接通。注意：因電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)電流很大，故在主回路中串入電阻R，可防止制動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)繞組過熱。38反接制動(dòng)控制線路控制過程演示39能耗制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)平穩(wěn)。這種制動(dòng)方法是將轉(zhuǎn)子慣性轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，又消耗在轉(zhuǎn)子的制動(dòng)上，所以稱為能耗制動(dòng)。（二）能耗制動(dòng)控制線路能耗制動(dòng)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大小與通入直流電流的大小與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n有關(guān)，同樣轉(zhuǎn)速，電流大，制動(dòng)作用強(qiáng)。一般接入的直流電流為電動(dòng)機(jī)空載電流的35倍，過大會(huì)燒壞電動(dòng)機(jī)的定子繞組。電路采用在直流電源回路中串接可調(diào)電阻的方法，調(diào)節(jié)制動(dòng)電流的大小。工作原理： 在三相電動(dòng)機(jī)停車切斷

12、三相交流電源的同時(shí)，將一直流電源引入定子繞組，產(chǎn)生靜止磁場(chǎng)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子由于慣性仍沿原方向轉(zhuǎn)動(dòng)，則轉(zhuǎn)子在靜止磁場(chǎng)中切割磁力線，產(chǎn)生一個(gè)與慣性轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子的制動(dòng)。設(shè)計(jì)方案：1. 單向運(yùn)行能耗制動(dòng)控制線路 基本能耗制動(dòng)控制線路 按時(shí)間原則控制線路； 按速度原則控制線路。 2. 可逆運(yùn)行能耗制動(dòng)控制線路 3. 單管能耗制動(dòng)控制線路401. 單向運(yùn)行能耗制動(dòng)控制線路(1) 基本能耗制動(dòng)控制線路411. 單向運(yùn)行能耗制動(dòng)控制線路(2) 按時(shí)間原則控制線路421. 單向運(yùn)行能耗制動(dòng)控制線路(3) 按速度原則控制線路43單向能耗制動(dòng)線路控制過程演示44能耗制動(dòng)與反接制動(dòng)比較反接制動(dòng)時(shí)，制

13、動(dòng)電流很大，因此制動(dòng)力矩大，制動(dòng)效果顯著，但在制動(dòng)時(shí)有沖擊，制動(dòng)不平穩(wěn)且能量消耗大。能耗制動(dòng)與反接制動(dòng)相比，制動(dòng)平穩(wěn)，準(zhǔn)確，能量消耗少，但制動(dòng)力矩較弱，特別在低速時(shí)制動(dòng)效果差，并且還需提供直流電源。在實(shí)際使用時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的工作要求選用合適的制動(dòng)方法。45六、行程控制實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)自動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制線路 分析：（一）工作：1.合刀開關(guān)QS；2.按下啟動(dòng)按鈕SB1；接觸器線圈KM1上電，進(jìn)給，到SQ1切換狀態(tài)，KM2得電，KM1失電復(fù)位；返回，到SQ2切換，循環(huán)往復(fù)。（二）保護(hù)：1.短路保護(hù)FU；2.過載保護(hù)FR；3.自鎖、互鎖保護(hù)；4.PE接地保護(hù)；5.欠壓保護(hù)（接觸器）。 46自動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制線路

14、（限位）47行程控制實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)自動(dòng)往返運(yùn)動(dòng)控制線路48行程、時(shí)間控制實(shí)現(xiàn)：動(dòng)力頭滑臺(tái)鉆孔加工電器自動(dòng)控制線路49機(jī)械運(yùn)動(dòng)的示意圖 50電動(dòng)機(jī)可逆運(yùn)行自動(dòng)往返控制電路 51電動(dòng)機(jī)自動(dòng)往返控制接線示意圖 52行程、時(shí)間控制實(shí)現(xiàn)：動(dòng)力頭滑臺(tái)鉆孔加工電器自動(dòng)控制線路 快進(jìn)快退無進(jìn)給切 削53補(bǔ)充：課后研究電流控制 橫梁自動(dòng)夾緊的線路在龍門刨床上裝有橫梁機(jī)構(gòu)，刀架裝在橫梁上，隨加工件大小不同橫梁需要沿立柱上下移動(dòng)，在加工過程中，橫粱又需要保證夾緊在立柱上不允許松動(dòng)。橫梁的夾緊與放松由夾緊電動(dòng)機(jī)完成。橫梁的狀態(tài)：橫梁在靜止時(shí)，是被機(jī)械杠桿機(jī)構(gòu)夾緊在龍門刨床的立柱上的，要求橫梁運(yùn)動(dòng)時(shí)必須首先放松橫梁。而在橫

15、梁運(yùn)動(dòng)結(jié)束后，自動(dòng)夾緊在立柱上。反映橫梁放松的參量：采用行程開關(guān)SQ來檢測(cè)和控制。反映橫梁夾緊程度的參量：用夾緊電動(dòng)機(jī)的電流來反映夾緊力的大小，因?yàn)楫a(chǎn)生夾緊力后，夾緊力要增大，電流也增大，電流參量反映橫梁夾緊程度，使用電流繼電器來檢測(cè)夾緊電動(dòng)機(jī)的電流值，當(dāng)電流到達(dá)預(yù)定值時(shí)，標(biāo)志夾緊到位，電流繼電器的觸點(diǎn)動(dòng)作，切換電路，夾緊停止，達(dá)到控制目的。 54橫粱夾緊裝置示意圖 1是橫粱，2是立柱，3是壓塊，4是撞塊 55橫粱自動(dòng)夾緊控制線路 56橫粱自動(dòng)夾緊控制工作分析（參考）按橫梁運(yùn)動(dòng)按鈕SBl后，中間繼電器K通電，其常閉觸點(diǎn)打開，常開觸點(diǎn)閉合，KM2吸合，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)機(jī)械杠桿機(jī)構(gòu)使橫梁放松；放松

16、一定程度后行程開關(guān)SQ按壓合，其常閉觸點(diǎn)打開，KM2釋放，橫梁放松完畢。SQ常開觸點(diǎn)閉合，為橫粱夾緊作準(zhǔn)備。當(dāng)不用橫梁運(yùn)動(dòng)時(shí)，可松開按鈕SBl，中間繼電器K釋放，其常閉觸點(diǎn)閉合，接觸器KM1動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，開始夾緊。此時(shí)行程開關(guān)SQ釋放，但KM1通過中間繼電器K及自鎖觸點(diǎn)仍然通電，繼續(xù)夾緊。隨著夾緊電動(dòng)機(jī)電流越來越大，大到一定值時(shí)，電流繼電器KA動(dòng)作，其常閉觸點(diǎn)打開，KM1失電，夾緊停止。 57作業(yè)：分析下列a、b、c控制工作過程特點(diǎn)？圖2-7 兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)順序起動(dòng)控制線路58作業(yè)答案（參考） 圖2-7a 所示控制線路的特點(diǎn)是：KM2的線圈接在KM1自鎖觸頭后面，這就保證了M1起動(dòng)后，M2才能起動(dòng)的順序控制要求。 圖2-7b 所示控制電路的特點(diǎn)是：在KM2的線圈回路中串接了KM1的常開觸頭。顯然，KM1不吸合，即使按下SB2，KM2也不能吸合，這就保證了只有M1電機(jī)起動(dòng)后，M2電機(jī)才能起動(dòng)。停止按鈕SB3控制兩