項目三 任務(wù)3 三相異步電動機自動往復(fù)循環(huán)控制

項目三：送料小車的前進、后退電氣控制123三相異步電動機的正反轉(zhuǎn)控制電氣互鎖正反轉(zhuǎn)電路的安裝調(diào)試三相異步電動機自動往復(fù)循環(huán)控制問題與思考任務(wù)3.三相異步電動機自動往復(fù)循環(huán)控制1.實際工作中，有時要求工作機械持續(xù)進行自動往復(fù)循環(huán)運動，這能用電氣控制來實現(xiàn)嗎？2.請應(yīng)用三相異步電動機正反轉(zhuǎn)的電氣控制思路，嘗試設(shè)計能滿足電動機自動往復(fù)循環(huán)運動的電氣控制方案，要求畫出電氣原理圖和安裝接線圖。提示1.電動機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)的切換信號由哪個設(shè)備發(fā)出？2.正、反轉(zhuǎn)切換信號怎樣傳遞到電動機？一、必備知識——位置開關(guān)及行程控制

1.位置開關(guān)簡介定義：作用：按結(jié)構(gòu)分類：利用運動部件的位置切換電路，來控制運動部件的運動方向和行程長短的主令電器?？刂七\動部件的運動方向、行程，或者進行位置保護。行程開關(guān)：接近開關(guān)：機械結(jié)構(gòu)、接觸式、有觸頭、靠機械按壓工作電氣結(jié)構(gòu)、非接觸式、無觸頭、靠傳感器工作2.行程開關(guān)（微動開關(guān)）

滾動式（旋轉(zhuǎn)式）（1）結(jié)構(gòu)及工作原理主要組成：利用運動部件上的擋鐵或撞塊，碰壓行程開關(guān)的可動部件，而使其觸頭動作。一旦機械壓力消失，觸頭就會復(fù)位。操作機構(gòu)、觸頭系統(tǒng)和外殼。工作原理：直動式（按鈕式）常閉觸頭觸頭彈簧常開觸頭復(fù)位彈簧頂桿動觸頭靜觸頭（3）行程開關(guān)的圖形和文字符號（2）行程開關(guān)的選擇a.根據(jù)觸點數(shù)目及機械位置對開關(guān)的要求來選擇；b.根據(jù)操作頻率來選擇：每小時1200~2400次；c.根據(jù)機電壽命來選擇：10W~100W次。a)動合觸頭b)動斷觸頭c)復(fù)合式觸頭國內(nèi)通用文字符號：SQ，國際文字符號：ST。2.行程開關(guān)（微動開關(guān)）

3.接近開關(guān)（無觸頭開關(guān)）接近開關(guān)以非接觸式的電磁信號作為輸入信號。接近開關(guān)按工作原理分類：1）高頻振蕩型，用以檢測各種金屬體，最常用。2）電容型，用以檢測各種導(dǎo)電或不導(dǎo)電的液體或固體。3）光電型，用以檢測所有不透光的物質(zhì)。4）超聲波型，用以檢測不透過超聲波的物質(zhì)。5）電磁感應(yīng)型，用以檢測導(dǎo)磁或不導(dǎo)磁的金屬。電容型電磁感應(yīng)型光電型對射式超聲波型高頻振蕩型★高頻振蕩型接近開關(guān)基本工作原理：高頻振蕩型接近開關(guān)是一種有開關(guān)量輸出的位置傳感器。檢測元件由檢測線圈和高頻振蕩器組成，加電后檢測線圈產(chǎn)生一個交變的電磁場?；窘Y(jié)構(gòu)：檢測元件﹑檢波單元﹑放大單元﹑整形單元和輸出單元等。反之，當(dāng)金屬物件遠離作用區(qū)時，振蕩器又開始振蕩。檢測電路能檢測到振蕩器的狀態(tài)變化，并把這種變化轉(zhuǎn)換為一個開關(guān)量信號輸出。當(dāng)金屬物體接近電磁場時，金屬表面的磁通密度發(fā)生變化而產(chǎn)生感應(yīng)電流——渦流，渦流產(chǎn)生的磁通總是與檢測線圈的磁通方向相反。由于渦流的作用，使檢測線圈能耗增加，振幅降低，以至振蕩器停振。接近開關(guān)的靈敏度受被檢測物體的形狀、大小、有無鍍層，被檢測物體與接近開關(guān)的相對移動方向及其檢測距離等多種因素的影響。檢測距離也稱為動作距離，是指接近開關(guān)剛好動作時，感辨頭與檢測體之間的距離。接近開關(guān)有工作穩(wěn)定可靠、使用壽命長、重復(fù)定位精度高、操作頻率高、動作迅速、不損傷工件表面等優(yōu)點?！锔哳l振蕩型接近開關(guān)行程開關(guān)是工作臺自動往復(fù)循環(huán)運動中的關(guān)鍵設(shè)備。行程開關(guān)SQ1、SQ2、SQ3、SQ4安裝在床身的兩端。SQ1、SQ2安裝在內(nèi)側(cè)，SQ3、SQ4安裝在外側(cè)。SQ3、SQ4作限位保護。當(dāng)SQ1或SQ2失靈時，由安裝在其后的SQ3或SQ4及時切斷電動機電源，使電動機停轉(zhuǎn)，工作臺停止運動。由SQ1、SQ2控制電動機的正反轉(zhuǎn)，帶動工作臺自動往返。二、行程開關(guān)的應(yīng)用1）按下正轉(zhuǎn)起動按鈕SB2，電動機正轉(zhuǎn)，工作臺右行前進。2）撞塊碰到SQ2時，電動機反轉(zhuǎn)使工作臺左行后退。3）撞塊碰到SQ1時，電動機再次正轉(zhuǎn)，工作臺又右行前進。4）如此自動往復(fù)循環(huán)運動，直到按下停止按鈕SB1為止。5）若起初按下的是反轉(zhuǎn)起動按鈕SB3，電動機先反轉(zhuǎn)帶工作臺左行再正轉(zhuǎn)帶工作臺右行，仍能自動往復(fù)循環(huán)運動。6）工作臺正在向某方向運動時，按下相反方向的起動按鈕，電動機就會帶動工作臺向相反反向運動。二、行程開關(guān)的應(yīng)用機床工作臺自動往復(fù)循環(huán)運動的電氣控制要求：★電動機自動往復(fù)運動控制線路請同學(xué)們分析電路的工作過程，找出其保護措施。機械互鎖電氣互鎖限位保護FU作短路保護FR作長期過載保護起動按鈕與接觸器配合作欠壓失壓保護SQ3和SQ4作限位保護分析如下接線示意圖，判斷圖中電動機能實現(xiàn)何種控制，并畫出對應(yīng)的電氣原理圖。三、識圖與作圖電動機運行到位，自動回程。三、識圖與作圖對應(yīng)電氣原理圖：1）最大限度滿足生產(chǎn)機械和生產(chǎn)工藝對電氣控制的要求。1.電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計原則2）在滿足控制要求的前提下，力求使電氣控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、合理、便于操作、維修方便、安全可靠，不盲目追求自動化水平和各種控制參數(shù)的高指標(biāo)。3）正確、合理地選用電器元件，確保電氣控制系統(tǒng)正常工作，同時考慮技術(shù)進步，造型美觀等。4）為適應(yīng)生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進的需要，設(shè)備能力應(yīng)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ?。四、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)知識2.電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容圖樣通常有電氣原理圖、電器元件布置圖、安裝接線圖、控制面板圖等。電氣控制系統(tǒng)設(shè)計包括電氣原理圖設(shè)計和電氣工藝設(shè)計兩部分，就是根據(jù)控制要求，設(shè)計和編制出電氣設(shè)備制造和使用維修中必備的圖樣和資料等。資料主要有元器件清單及設(shè)備使用說明書等。1)電氣原理圖設(shè)計內(nèi)容①擬訂電氣設(shè)計任務(wù)書，明確設(shè)計要求。②選擇電力拖動方案和控制方式。繼電-接觸器控制、PLC控制系統(tǒng)、工業(yè)控制計算機系統(tǒng)③確定電動機的類型、型號、容量、轉(zhuǎn)速等。④設(shè)計電氣控制原理圖。⑤選擇電器元件，擬定元器件清單。⑥編寫設(shè)計計算說明書。電氣原理圖設(shè)計是為滿足生產(chǎn)機械及其工藝要求，而進行的電氣控制電路的設(shè)計，設(shè)計內(nèi)容包括：2.電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容2）電氣工藝設(shè)計內(nèi)容①根據(jù)設(shè)計出的電氣原理圖，選定所需的電器元件，設(shè)計電氣設(shè)備的總體配置，繪制電氣控制系統(tǒng)的總裝配圖和總接線圖。電氣工藝設(shè)計是為電氣控制裝置的制造、使用、運行及維護的需要而進行的生產(chǎn)施工設(shè)計，設(shè)計內(nèi)容有：②繪制各組件電器元件布置圖與安裝接線圖，表明各電器元件的安裝方式和接線方式。③編寫使用維護說明書。總圖應(yīng)反映出電動機、執(zhí)行電器、電器柜各組件、操作臺布置、電源以及檢測元器件的分布情況，各部分之間的接線關(guān)系及連接方式，以便指導(dǎo)安裝、調(diào)試及日常維護。1）最大限度地滿足生產(chǎn)機械加工工藝的要求2）對控制電路電流和電壓的要求應(yīng)盡量減少控制電路中的電流、電壓種類，控制電壓應(yīng)選擇標(biāo)準(zhǔn)電壓等級?？刂齐娐奉愋统Ｓ玫碾妷褐?V電源設(shè)備較簡單的交流電力傳動的控制電路交流380、220不用控制電源變壓器較復(fù)雜的交流電力傳動的控制電路110（127）、48采用控制電源變壓器照明及信號指示電路48、24、6采用控制電源變壓器直流電力傳動的控制電路直

流220、110整流器或直流發(fā)電機直流電磁鐵及電磁離合器的控制電路48、24、12整流器3.電氣控制電路設(shè)計的一般要求常用電氣控制電路電壓等級表圖a)和圖b)所示電路控制功能完全相同，但圖a)的設(shè)計比圖b)合理。控制按鈕安裝在操作臺上，其它電器元件安裝在電氣柜內(nèi)，電氣柜內(nèi)外的電器元件的連接需要經(jīng)過接線端子。因此，圖a)需要從操作臺連3根線到接線端子，再從接線端子連3根線到電氣柜內(nèi)的元件，共需6根長導(dǎo)線，而圖b)則需要4*2=8根長導(dǎo)線。②盡量縮短連接導(dǎo)線的長度，盡量減少導(dǎo)線數(shù)量。3）控制電路力求簡單、經(jīng)濟①盡量減少所使用的電器元件的品種、數(shù)量與規(guī)格，以減少備用品數(shù)量。a.合并同類觸頭b.利用轉(zhuǎn)換觸頭c.利用半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娦院喜⒍鴣淼挠|頭的容量，應(yīng)大于兩個接觸器的線圈電流之和。利用具有轉(zhuǎn)換觸頭的中間繼電器，將其常開觸頭和常閉觸頭合并成一對轉(zhuǎn)換觸頭。利用二極管的單向?qū)щ娦詼p少觸頭。僅適用于直流控制電路，要注意二極管的方向與電源的極性不能接反。d.利用邏輯電路法③盡量減少電器元件所使用的觸點數(shù)目通電電器的數(shù)量越少，越利于節(jié)能，還能減少元器件出故障的機會。三相籠型異步電動機定子串電阻降壓起動控制控制電路a)和b)都能完成電動機定子串電阻降壓起動。不同點：在起動結(jié)束時，控制電路b)能及時讓KM1和KT退出運行，而控制電路a)卻不能，所以b)比a)的設(shè)計要合理。④盡量減少通電電器的數(shù)量A.兩個交流電器的線圈不能串聯(lián)，可以并聯(lián)。線圈串聯(lián)時，每個線圈上所分配的電壓與線圈阻抗成正比。由于制造上的原因，型號和批次完全相同的兩個電器的線圈阻抗總有差別，在線圈同時通電時，二者的銜鐵不會同時吸合。圖a）錯誤，圖b）正確。4）確保電路工作的安全性和可靠性①正確連接電器元件的線圈若KM1的銜鐵先吸合，則KM1的線圈電感量顯著增加，KM1線圈上的電壓降增大，從而使KM2線圈電壓減小而達不到動作值。但是，KM2線圈上的電流會增大，可能使KM2線圈過熱而燒毀。多個接觸器線圈并聯(lián)時，各線圈上的電壓都相等，不論哪個接觸器的銜鐵先吸合，兩個接觸器都能正常吸合。B.兩個電感量相差懸殊的直流電壓線圈，不能直接并聯(lián)。圖a）錯誤，圖b）正確。YA是大電感量電磁鐵線圈，K為小電感量電壓繼電器線圈。圖a)中，當(dāng)KM觸頭斷開時，繼電器K很快釋放，但是電磁鐵線圈YA會產(chǎn)生很大的自感電動勢，加在繼電器線圈K上，會使繼電器線圈K達到動作值而重新吸合，造成了繼電器K誤動作。當(dāng)YA的自感電動勢降低后繼電器K才再次釋放。圖b)在KM觸頭斷開時，電磁鐵線圈YA產(chǎn)生的自感電動勢對繼電器線圈K無影響，繼電器K不會發(fā)生誤動作。①正確連接電器元件的線圈圖a）中，限位開關(guān)SQ的常閉觸頭和常開觸頭分別接在電源的不同電位點，由于兩觸頭相距很近，任一個觸頭由接通變?yōu)閿嚅_時產(chǎn)生的電弧，都可能在兩觸頭間形成飛弧而造成電源短路。此外，兩觸頭絕緣不好也會造成電源短路。圖b）中，限位開關(guān)SQ的兩個觸頭接在一起（等電位），即便產(chǎn)生飛弧也不會造成電源短路。結(jié)論：設(shè)計電氣控制電路時，同一電器元件的不同觸頭應(yīng)盡可能接到等電位點或接到同一相。通常將接觸器、繼電器以及執(zhí)行電器的線圈一端接于電源一側(cè)，而其控制觸頭則通過線圈的另一端接于電源另一側(cè)。②正確連接電器元件的觸頭另外，行程開關(guān)安裝在生產(chǎn)機械上，接觸器安裝在電氣柜內(nèi)。安裝接線時，電路a）要從生產(chǎn)機械引4根長導(dǎo)線到電氣柜，而電路b）只需引3根長導(dǎo)線到電氣柜。寄生電路：在控制電路的工作過程中，不是因誤操作而意外接通的電路。圖a）錯誤在電機正轉(zhuǎn)時，若發(fā)生過載使FR動作，則產(chǎn)生寄生電路，使兩個交流電壓線圈串聯(lián)，KM1不能釋放，KM2線圈中有電流但因電壓達不到動作值而不會動作，不但起不到過載保護作用，而且也容易使KM2的繞組過熱而燒毀。寄生電路圖b）正確③防止出現(xiàn)寄生電路若電機反轉(zhuǎn)時發(fā)生過載，亦會出現(xiàn)同類情況。圖a)中，多個觸頭閉合才能接通繼電器KA2、KA3線圈，只要有一對觸頭接觸不良，電路就不能正常工作，而且觸頭K、KA1上流過的電流較大，可靠性低。圖b)中，每個繼電器線圈由一對觸頭控制，可靠性提高，故障檢查也較為方便。若要增加觸頭的接通能力，可用多個常開觸頭并聯(lián)；若要增加觸頭的分?jǐn)嗄芰?，可用多個常閉觸頭串聯(lián)。若觸頭容量不夠，可借助中間繼電器來增加觸頭的容量。⑤應(yīng)充分考慮繼電器觸頭的接通與分?jǐn)嗄芰Α＂芎侠聿贾每刂朴|頭，盡量避免許多電器元件依次動作才能接通另一個電器元件的現(xiàn)象。⑥避免發(fā)生電路的“競爭”和“冒險”當(dāng)控制電路狀態(tài)改變時，常常伴隨著電器元件觸頭狀態(tài)的變化。由于每種電器元件的動作時間并不相同，對于時序電路而言，可能發(fā)生不按時序動作的情況，觸頭爭先吸合，就會得到不同的輸出狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為電路的“競爭”?！案偁帯迸c“冒險”都會造成控制電路不按要求工作而引起控制失靈。對于開關(guān)電路而言，由于電器元件的釋放延時作用，也會出現(xiàn)開關(guān)元件不按要求的邏輯功能輸出，這種現(xiàn)象稱為電路的“冒險”。消除“競爭”與“冒險”的措施：1）應(yīng)選用動作時間小的電器元件。2）當(dāng)電器元件的動作時間影響到控制電路的動作程序時，可借助時間繼電器來控制，以清晰反映元器件的動作時間及相互配合關(guān)系。圖a)為時間繼電器的反身關(guān)閉電路，存在觸點競爭現(xiàn)象。結(jié)論：在繼電器、接觸器的控制電路中，不得通過自身的觸點來切斷自身的線圈。圖b)為無競爭的正確電路。它引入一個中間繼電器，靠中間繼電器的觸點復(fù)位來切斷時間繼電器的線圈，避免了觸頭競爭。對頻繁操作的可逆控制電路，正、反向接觸器之間要采用雙重互鎖，以確保電路的安全運行。⑦采用電氣互鎖與機械互鎖構(gòu)成的雙重互鎖⑥避免發(fā)生電路的“競爭”和“冒險”常用的保護有漏電保護、短路、長期過載、過電流、過電壓、欠電壓與零電壓、弱磁、超速與限位保護等。比如：短路保護a.用熔斷器FU作短路保護時，主電路中必須裝設(shè)熔斷器。b.用低壓斷路器QF作短路保護時，兼有短路保護和長期過載保護的雙重作用。當(dāng)電動機容量較小時，主電路的熔斷器可兼作控制電路的短路保護。當(dāng)電動機容量較大時，控制電路必須單獨設(shè)置熔斷器。5）具有完善的保護環(huán)節(jié)電氣控制電路中應(yīng)設(shè)置完善的保護環(huán)節(jié)，以便在電路發(fā)生事故時，能保證操作人員、電氣設(shè)備、生產(chǎn)機械的安全，并能有效防止事故的擴大。必要時，還應(yīng)設(shè)置各種故障指示燈。電路中使用低壓斷路器QF時，可以不用再安裝熔斷器和熱繼電器。如果同時又安裝了熔斷器和熱繼電器，則起到雙保險的作用。①在進行電氣控制電路的安裝與配線時，電器元件應(yīng)留有備用觸頭，必要時還應(yīng)留有備用元件。②為檢修方便，應(yīng)設(shè)置電氣隔離，避免帶電檢修。③為調(diào)試方便，控制方式應(yīng)操作簡單，可采用轉(zhuǎn)換控制方式，如從自動控制轉(zhuǎn)換到手動控制等。④設(shè)置多地控制，便于在生產(chǎn)機械旁進行調(diào)試。⑤當(dāng)操作回路較多時，如：既要求正反轉(zhuǎn)又要求調(diào)速時，不宜用許多按鈕，而應(yīng)采用主令控制器來控制。6）力求操作、維護、檢修與調(diào)試方便兩種常用的設(shè)計方法：經(jīng)驗設(shè)計法和邏輯設(shè)計法。（一）經(jīng)驗設(shè)計法經(jīng)驗設(shè)計法又稱分析設(shè)計法，是根據(jù)工藝要求選擇一些成熟的典型基本環(huán)節(jié)，而后再逐步完善其功能，并適當(dāng)配置聯(lián)鎖和保護等環(huán)節(jié)，使其組合成一個整體，成為滿足控制要求的完整電路。若沒有合適的典型環(huán)節(jié)，可以根據(jù)工藝要求自行設(shè)計，采用邊分析邊畫圖的方法，不斷增加電器元件和控制觸點，以滿足給定的工作條件和要求。4.電氣控制電路的設(shè)計方法和步驟1）經(jīng)驗設(shè)計法的特點①設(shè)計方法簡單易于掌握，使用廣泛。②設(shè)計人員必須掌握和熟悉大量的典型控制環(huán)節(jié)和控制電路，同時具有豐富的設(shè)計經(jīng)驗。③初步設(shè)計出的控制電路可能有多種，需要認(rèn)真比較分析，反復(fù)修改簡化，甚至需要進行模擬實驗來驗證。④設(shè)計速度較慢，且不宜獲得最佳設(shè)計方案。（一）經(jīng)驗設(shè)計法①設(shè)計主電路②設(shè)計控制電路的基本環(huán)節(jié)③設(shè)計控制電路的特殊環(huán)節(jié)④分析可能出現(xiàn)的故障，加入保護環(huán)節(jié)。通常要有短路、過載、過流、過壓、零壓、限位等保護。仔細(xì)檢查電氣控制電路動作是否正確，關(guān)鍵環(huán)節(jié)可做必要的實驗，進一步完善和簡化電路。主要考慮電動機起動、點動、正反轉(zhuǎn)、制動及調(diào)速等要求。根據(jù)設(shè)計出的主電路來設(shè)計控制電路的基本環(huán)節(jié)。⑤綜合審核2）經(jīng)驗設(shè)計法的基本步驟根據(jù)各部分運動要求的配合及聯(lián)鎖關(guān)系，來確定控制參量，必要時加入信號指示、照明等電路。（二）邏輯設(shè)計法利用邏輯代數(shù)這一數(shù)學(xué)工具，從生產(chǎn)工藝出發(fā)，考慮控制電路中邏輯變量的關(guān)系，設(shè)計出符合要求的控制電路。①設(shè)計出的電路，既符合工藝要求，電路也最合理、工作可靠、經(jīng)濟合理。1）邏輯設(shè)計法的特點②設(shè)計過程比較復(fù)雜。③特別適合于復(fù)雜電路的設(shè)計。首先要對電氣元件的線圈、觸頭的狀態(tài)做邏輯規(guī)定，然后按照電氣控制線路的連接關(guān)系列出邏輯函數(shù)表達式，再用邏輯代數(shù)的基本定律和運算法則進行化簡，使之成為最簡的“與”、“或”關(guān)系式，最后根據(jù)最簡式畫出的電路結(jié)構(gòu)圖，就是最簡電路圖。啟保停控制電路

觸頭串聯(lián)表示邏輯與，用乘法；觸頭并聯(lián)表示邏輯或，用加法；常開觸頭就用其文字符號表示；常閉觸頭用文字符號上面加一短橫線表示，即邏輯“非”。以執(zhí)行元件為輸出邏輯變量，以檢測信號及中間元件為輸入邏輯變量，就可以寫出控制電路的邏輯函數(shù)表達式。啟保停控制電路的邏輯函數(shù)表達式為：②觸頭的狀態(tài)③電路的邏輯函數(shù)表達式2）對電器元件所做的邏輯規(guī)定①線圈的狀態(tài)KA=1，表示KA線圈處于通電狀態(tài)；KA=0，表示KA線圈處于斷電狀態(tài)。④利用邏輯關(guān)系化簡電路用邏輯函數(shù)表達的電路，可用邏輯代數(shù)的基本定律和運算法則進行化簡，使之成為最簡的“與、或”關(guān)系式，根據(jù)最簡式畫出的