第2章第2講和第3講_典型電氣控制系統(tǒng)分析.ppt

1、1,現代電器與PLC技術第2章,第二講 講解內容： 2.3 三相籠型異步電動機降壓啟動控制線路 2.4三相籠型異步電動機制動控制線路 學習說明： 本講主要學習典型控制線路的設計與分析。重點掌握： 降壓起動控制電路：如星形三角形降壓啟動線路等； 制動控制線路：如三相籠型異步電動機反接制動控制電路； 軟啟動器的使用。,2,2.3三相籠型異步電動機降壓啟動控制線路,原因：容量大于10kW的籠型異步電動機直接起動時，起動沖擊電流為額定值的47倍，故一般均需采用相應措施降低電壓，即減小與電壓成正比的電樞電流，從而在電路中不至于產生過大的電壓降。,方法：常用的降壓起動方式有星形三角形(Y-)降壓起動、定子

2、電路串電阻降壓起動和自耦變壓器降壓起動。,3,2.3.1星形三角形降壓啟動控制線路,降壓原理：丫一形的降壓起動方法是，起動時將電動機定子繞組結成丫形，這時加在電動機每相繞組上的電壓為電源電壓額定值的 ，而其起動轉矩為形連接直接起動轉矩的1/3。起動電流降為形連接直接起動電流的13，作用:減小了起動電流對電網的影響。,優(yōu)點：在于星形起動電流只是原來三角形接法的1/3，起動電流特性好、結構簡單、價格低。,缺點：是起動轉矩也相應下降為原來三角形接法的1/3，轉矩特性差，因而本線路適用于電網電壓380V，額定電壓660V/380V，Y接法的電動機輕載起動的場合。,設計思想：按時間原則控制啟動過程。,定

3、子繞組為三角形接法的電動機,啟動時,將三角形接法的定子繞組接成星形,啟動結束后,在將星形繞組接成三角形運行.降壓啟動的目的就是降低啟動電流, 采用這種方法啟動,啟動電流降低多上呢?,4,星形三角形降壓起動控制電路,5,2.3.2定子串電阻降壓啟動控制線路,降壓原理：起動時將電動機定子繞組串上電阻，啟動結束將電阻切除.作用:減小了起動電流對電網的影響。,優(yōu)點：控制線路簡單；啟動過程平滑；不受定子繞組的接法的限制。,缺點：啟動轉矩下降大；電能損耗大。,設計思想：按時間原則控制啟動過程。,6,2.3.2定子串電阻降壓起動控制電路,7,2.3.2定子串電阻降壓起動控制電路(背),8,2.3.3自耦變壓

4、器降壓啟動控制線路,降壓原理：啟動時利用自耦變壓器降低加到電動機定子繞組上的電壓，啟動結束后將自耦變壓器切除。作用:減小了起動電流對電網的影響。,優(yōu)點：優(yōu)點：啟動電流較??；不受定子繞組接法的限制。,缺點：啟動設備體積大，笨重。價格高， 維修不方便。,設計思想：按時間原則控制啟動過程。,9,圖2-18 自偶變壓器減壓起動控制線路,M 3,L1,L2,L3,FU,KM2,KM1,FR,KT KM1 KM3 KM2,KT,FR SB1,SB2,KT,KM3,T,(,(,KT,KM2,KM2,KM2,10,2.3.3、軟啟動器及其應用,結構： 1)三相交流調壓電路 2)控制電路 控制原理：利用晶閘管的

5、移相控制原理，通過控制晶閘管的導通角，改變輸出電壓，達到通過調壓方式來控制啟動電流和啟動轉矩的目的。,1、軟啟動器的工作原理,11,電流負反饋的作用:,*將主回路的電流反饋到控制回路，根據不同的啟動方式，通過微處理器改變軟啟動器的輸出電壓，實現不同的啟動特性。 *通過電流負反饋，檢測主回路的電流，對電動機和軟啟動器起到過載、缺相、斷相、三相負荷不平衡、限制轉矩和電流沖擊等保護。 *實時監(jiān)測負載電流、電壓、功率因數等。,2.3.3、軟啟動器及其應用（續(xù)）,軟啟動器的特點：具有軟啟動和軟停車功能，啟動電流和啟動轉矩可調節(jié)，另外，還具有電動機過載保護等功能。,12,2、軟啟動器的控制功能,斜坡升壓啟

6、動方式 轉矩控制及啟動電流限制啟動方式 電壓提升脈沖啟動方式 轉矩控制軟停車方式 制動停車方式,2.3.3、軟啟動器及其應用（續(xù)）,13,1）斜坡升壓啟動方式,設定參數： 初始電壓: 啟動時間: 特點：電動機電壓線性逐漸增加，在設定時間內達到額定值。 適用范圍：一臺軟啟動器控制多臺電動機啟動或電動機的功率遠低于軟啟動器額定功率的應用場合。,斜坡升壓啟動方式特性曲線:,Uq0,Ue,t1,U,t,0,14,2）轉矩控制及啟動電流限制啟動方式,參數設定： 啟動初始力矩: 啟動階段力矩限幅: 力矩斜坡上升時間: 啟動電流限幅: 特點：啟動時間短，啟動過程平穩(wěn)。在多種場合使用。,轉矩控制及啟動電流限制

7、啟動特性曲線:,n,T,I,U,t,0,t1,15,3）電壓提升脈沖啟動方式,設定參數： 電壓提升脈沖: 升壓脈沖寬度: 特點：啟動轉矩大。適用于重載啟動,電壓提升脈沖啟動特性曲線：,t,0,n,U,I,16,4）轉矩控制軟停車方式,參數設定： 電動機的減速時間: 特點：停車時間可調節(jié),減速平滑。,特性曲線:,n,T,t,0,17,5）制動停車方式,參數設定 ： 制動電流加入的幅值： 制動電流加入的時間： 特點：該制動方式為能耗制動，制動迅速。,特性曲線：,n,IL1,18,3、軟啟動器的應用舉例,軟啟動器接線端子的作用： L1、L2、L3：軟啟動器主電源進線端 T1、T2、T3：連接電動機的

8、出線端 A1、A2、B1、B2、C1、C2：啟動結束短接可控硅 C、400：軟啟動器控制電源進線端 PL：軟啟動器為外部信號提供的+24V的電源 L+：軟啟動器邏輯輸出部分的外接輸入電源 STOP：接軟停車信號 RUN：接軟啟動信號,19,STOP、RUN的接線方式： 三線制：脈沖型信號，直接與啟動按鈕和停止按鈕相連。 兩線制：高電平輸入信號。 通信遠程控制 ：PL與STOP 端短接 。 軟啟動器內部輸出繼電器定義 KF1：可編程輸出繼電器 KF1的功能設置： 故障繼電器：軟啟動器控制電源接通。KF1的常開觸點就閉合，當軟啟動器發(fā)生故障KF1常開觸點斷開。 隔離繼電器：軟啟動器接收到啟動信號，

9、KF1閉合，當軟啟動器軟停車結束時，或在自由停車模式下接受到了停車信號或在軟啟動器發(fā)生故障時，KF1才斷開。 KF2：啟動結束繼電器 KF2的功能： 啟動結束KF2閉合。 軟啟動器出現故障或接收到停車信號KF2斷開。,3、軟啟動器的應用舉例（續(xù)）,20,1）電動機單向運行、軟啟動、軟停車或自由停車控制線路,KA1:隔離繼電器；KA2：啟動結束繼電器,QA0,QA1,QA2,FA1,FA2,SF3,QA1,QA2,KF1,KF1,KF2,KF2,SF2,SF1,圖2-20,21,2）單臺軟啟動器啟動多臺電動機控制線路 KA1:隔離繼電器；KA2：啟動結束繼電器,A,B,TA,QB,FA,FA1,

10、FA2,QA1,QA11,QA12,QA21,QA22,BB1,BB2,KF1,KF2,C,400,L1,L2,L3,T2,T3,T1,STOP,RUN,PL,L+,SF5,MA1,MA2,圖2-21,22,2）單臺軟啟動器啟動多臺電動機控制線路 KA1:隔離繼電器；KA2：啟動結束繼電器,BB1,BB2,SF1,SF2,SF11,SF12,SF21,SF22,QA1,QA1,QA11,QA12,QA21,QA22,KF3,KF4,KF5,QA11,QA21,KF1,KF2,QA21,QA22,KF4,KF3,QA21,QA11,QA12,KF4,QA11,KF3,QA21,QA11,圖2-2

11、1續(xù),23,原因：三相異步電動機從切除電源到完全停止運轉。由于慣性的關系，總要經過一段時間，這往往不能適應某些生產機械工藝的要求。如萬能銑床、臥式鏜床、電梯等，為提高生產效率及準確停位，要求電動機能迅速停車，對電動機進行制動控制。,2.4三相籠型異步電動機制動控制電路,方法：制動方法一般有兩大類 1.機械制動 2.電氣制動 反接制動 能耗制動,24,工作原理：改變異步電動機定子繞組中的三相電源相序，使定子繞組產生方向相反的旋轉磁場，從而產生制動轉矩，實現制動。反接制動要求在電動機轉速接近零時及時切斷反相序的電源，以防止電動機反向起動。,2.4.1反接制動控制線路,工作過程：當想要停車時，首先將

12、三相電源切換，然后當電動機轉速接近零時，再將三相電源切除。控制線路就是要實現這一過程。,注意：電動機正在正方向運行時，如果把電源反接，電動機轉速將由正轉急速下降到零。如果反接電源不及時切除，則電動機又要從零速反向起動運行。如圖2-22 (a)、圖2-22(b)所示為反接制動的控制線路。,25,（a）,（b）,圖2-22 電動機單向運行反接制動控制線路,如圖2-21 反接制動的控制線路。,26,圖2-22 (a)圖有這樣一個問題：在停車期間，如果為了調整工件，需要用手轉動機床主軸時，速度繼電器的轉子也將隨著轉動，其常開觸點閉合，KM2通電動作，電動機接通電源發(fā)生制動作用，不利于調整工作。,存在問

13、題與解決方案,圖2-22(b)圖的反接制動線路解決了這個問題：控制線路中停止按鈕使用了復合按鈕SB1，并在其常開觸點上并聯了KM2的常開觸點，使KM2能自鎖。這樣在用手轉動電動機時，雖然KS的常開觸點閉合，但只要不按復合按鈕SB1，KM2就不會通電，電動機也就不會反接于電源，只有按下SB1，KM2才能通電，制動電路才能接通。,注意：因電動機反接制動電流很大，故在主回路中串入電阻R，可防止制動時電動機繞組過熱。,27,圖2-23具有反接制動電阻的可逆運行反解制動控制線路,28,定義:能耗制動時，制動轉矩隨電動機的慣性轉速下降而減小，因而制動平穩(wěn)。這種制動方法將轉子慣性轉動的機械能轉換成電能，又消

14、耗在轉子的制動上，所以稱為能耗制動。 能耗制動的制動轉矩大小與通入直流電流的大小與電動機的轉速n有關，同樣轉速，電流大，制動作用強。一般接入的直流電流為電動機空載電流的35倍，過大會燒壞電動機的定子繞組。電路采用在直流電源回路中串接可調電阻的方法，調節(jié)制動電流的大小。 工作原理： 在三相電動機停車切斷三相交流電源的同時，將一直流電源引入定子繞組，產生靜止磁場。電動機轉子由于慣性仍沿原方向轉動，則轉子在靜止磁場中切割磁力線，產生一個與慣性轉動方向相反的電磁轉矩，實現對轉子的制動。 設計方案：1. 單向運行能耗制動控制線路 按時間原則控制線路； 按速度原則控制線路。 2. 可逆運行能耗制動控制線路

15、,2.4.2能耗制動控制線路,29,1. 單向運行能耗制動控制線路(1) 按時間原則控制線路。,圖2-24以時間原則控制的單向能耗制動線路,30,(2) 按速度原則控制線路。,圖2-25以速度原則控制的單向能耗制動線路,31,2.按時間原則控制的可逆運行能耗制動控制線路,圖2-26以時間原則控制的可逆運行能耗制動線路,32,能耗制動與反接制動比較,反接制動時，制動電流很大，因此制動力矩大，制動效果顯著，但在制動時有沖擊，制動不平穩(wěn)且能量消耗大。 能耗制動與反接制動相比，制動平穩(wěn)，準確，能量消耗少，但制動力矩較弱，特別在低速時制動效果差，并且還需提供直流電源。 在實際使用時，應根據設備的工作要求

16、選用合適的制動方法。,33,2.5三相異步電動機的調速控制線路,改變生產機械工作速度的方法： 機械調速:電動機的轉速不變、利用變速器調速 。 電氣調速:改變電動機的轉速。,電氣調速的基本概念: 電動機的轉速：,改變電動機轉速的方法 ： 1、改變極對數 變極調速 2、改變轉差率 串級調速 3、改變電源頻率 變頻調速,34,變極調速的原理,(a)四極繞組展開圖,(b)二極繞組展開圖,(c)三角形雙星形轉換,(d)星形雙星形轉換,圖2-24雙速電機改變極對數的原理,2.5三相異步電動機的調速控制線路（續(xù)）,35,2.5三相異步電動機的調速控制線路（續(xù)）,圖2-27,36,2.6變頻調速與變頻器的使用

17、,2.6.1變頻調速的基本概念 變頻調速定義:改變電動機供電電壓的頻率實現對交流電動機的速度控制。 變頻調速的特點：連續(xù)改變標準電動機（如籠型異步電動機）的轉速；通過電子回路改變電動機定子電源的相序，改變電動機的轉速方向。 2.6.2變頻器的類型 1.根據變流環(huán)節(jié)分類: 交-直-交變頻器、交-交變頻器 2.根據直流電路的濾波方式分: 電壓型變頻器、電流型變頻器 3.根據控制方式分: V/F控制、矢量控制 4.根據輸出電壓調制方式分: PAM方式、PWM方式,37,2.6變頻調速與變頻器的使用,2.6.3交直-交變頻器的組成,電源,電動機,38,2.6變頻調速與變頻器的使用,2.6.3變頻調速的

18、主要技術參數 1.輸入側的主要額定數據 額定電壓、額定頻率 2.輸出側的主要額定數據 額定電壓、額定電流、額定容量、匹配電動機容量、輸出頻率范圍 3.對變頻器設置和調試時的主要參數: 控制方式、頻率給定方式、加減速時間、頻率上下限 2.6.4變頻器的選擇 1.種類的選擇：普通型的變頻器、高性能的變頻器、專用變頻器 2.容量選擇:變頻器的額定電流應大于拖動系統(tǒng)在運行過程中的最大電流.,39,2.6變頻調速與變頻器的使用,2.6.5變頻器的主要功能 1.頻率給定功能 頻率設定方式:面板設定方式、外接給定方式、通信接口方式 2.升速、降速和制動控制 （1）升速和降速功能 （2）制動控制 3.控制功能

19、 4.保護功能 2.6.6變頻器的操作方式 1.數字操作器和數字顯示器 2.遠程操作 3.端子操作,40,2.6變頻調速與變頻器的使用,2.6.7變頻器應用舉例,正轉,反轉,反向 點動,正向 點動,41,2.7 電氣控制線路的簡單設計法,（一）電氣控制系統(tǒng)設計的基本內容 1.確定拖動方案 2.選擇電動機容量 3.設計電氣控制線路。 （二）電氣控制線路的設計內容 1.設計主電路 2.設計控制電路 （三）電氣控制線路的設計方法 1.一般設計法-經驗設計法 2.邏輯設計法 3.簡單設計法,2.7.1 概述,42,1.一般設計法-經驗設計法 電氣控制線路的設計內容包括主電路、控制電路的設計。 （1）電

20、氣控制線路的設計步驟 主電路控制電路 反復審核。 （2）一般設計法-經驗設計法的設計方法 根據生產機械的要求，選用典型環(huán)節(jié)，將它們有機的組合起來，并加以補充修改，綜合成所需的控制電路。 沒有典型環(huán)節(jié)，可以根據工藝要求自行設計，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。,設計方法介紹,43,優(yōu)點：能獲得理想、經濟的方案，所用元件數量少，各元件能充分發(fā)揮作用，當給定條件變化時，能指出電路相應變化的內在規(guī)律，在設計復雜控制線路時，更顯方便。 缺點：由于這種方法設計難度較大，整個設計過程較復雜，還要涉及一些新概念，因此，在一般常規(guī)設計中，很少單獨采用,利用邏輯代數

21、這一數學工具來進行電路設計，即根據生產機械的拖動要求及工藝要求，將執(zhí)行元件需要的工作信號以及安全電氣的接通與斷開狀態(tài)看成邏輯變量，并根據控制要求將它們之間的關系用邏輯函數關系式來表達，然后再運用邏輯函數基本公式和運算規(guī)律進行簡化，使之成為需要的最簡“與、或”關系式，根據最簡式畫出相應的電路結構圖，最后再作進一步的檢查和完善，即能獲得需要的控制線路。,2.邏輯設計法,44,1.簡單設計法的設計原則 （1）最大限度滿足生產機械和工藝對電氣控制的要求。 （2）在滿足控制要求的前提下，設計方案應力求簡單、經濟、不宜盲目追求自動化和高指標。 盡量減少電器的數量。 盡量減少控制線路中電源的種類。 盡量縮短

22、連接導線的長度和數量。 正確連接觸點。 正確連接電器的線圈 元器件的連接。應盡量減少多個元件依次通電后才接通另一個電器元件的情況。,2.7.2 簡單設計法介紹,45,2.簡單設計法的設計步驟 1）分析工藝要求； 2）根據工藝要求找出控制對象的開啟信號、關斷信號； 3）如果有約束條件找出開啟信號約束條件和關斷約束條件； 4）結合一般設計法的設計原則和邏輯函數，畫出該控制對象的電氣控制線路圖； 5）最后根據工藝要求做進一步的查找工作。 3.簡單設計法的特點 1）設計方法簡單易于掌握，使用廣泛。 2）要求設計者有一定的設計經驗，需要反復修改圖紙，設計速度較慢。 3）設計出的電路不固定，一般需要進行模

23、擬實驗。 4）不宜獲得最佳設計方案。,46,開啟信號約束條件: 當要求幾個條件同時滿足時，電器元件的線圈才得電，可采用幾個常開觸點與電器元件的線圈串聯。 在幾個條件中，只要其中一個條件成立，所控制的線圈就得電，可用幾個常開觸點并聯。 關斷約束條件: 在幾個條件中，只要其中一個條件成立，所控制的電器線圈就將斷電，可用幾個常閉觸點串聯。 當要求幾個條件同時存在時，線圈才斷電，可用幾個常閉觸點并聯。,47,1.選用典型環(huán)節(jié)。 2.合理設計電路：必要時，可以使用邏輯代數化簡電路，優(yōu)化電路結構。 設計電氣原理圖時，還要考慮工程施工的要求。 (盡量縮短連接導線的長度和數量),圖2-26控制電路,例如（雙控

24、） 圖2-26b與圖2-26a相比，具有節(jié)省連接導線，可靠性高。,3.設計時注意事項,48, 減少控制觸點，提高可靠性 (元器件的連接。應盡量減少多個元件依次通電后才接通另一個電器元件的情況。),（a）（b） 圖2-27 控制電路,例如: 圖2-27a電路中，繼電器線圈電流需要依次流過多個觸點。 圖2-27b的控制電路每一個繼電器線圈電流僅流過一個觸點，可靠性得到提高。,49,正確連接線圈(正確連接電器的線圈),圖2-31 線圈的連接,具體應注意以下幾方面： 電壓線圈通常不串聯使用，即使是兩個同型號電壓線圈也不能采用串聯施加額定電壓之和，以免電壓分配不勻引起工作不可靠，如圖2-31所示。 對于

25、電感較大的電器線圈，例如電磁閥、電磁鐵或直流電機勵磁線圈等則不宜與相同電壓等級的接觸器或中間繼電器直接并聯工作，否則在接通或斷開電源時會造成后者的誤動作。,50,注意避免出現寄生回路 在控制線路的動作過 程中，如果出現不是由于誤操作而產生的意外接通的電路，稱為寄生線路。圖2-32所示為電動機可逆運行控制線路，FR為熱繼電器保護觸點。為了節(jié)省觸點，顯示電動機工作狀態(tài)的指示燈HLR和HLL采用圖中所示的接法，正常情況下線路能完成起動、正反轉及停止操作。但在運行中電動機過載，FR觸點斷開就會出現如圖中虛線所示的寄生線路，使接觸器不能可靠釋放而得不到過載保護。如果將FR觸點位置移接到SB1上端就可避免

26、產生寄生回路。,圖232寄生回路,51,2.7.3 簡單設計法設計舉例,題目要求：三臺電動機MA1、MA2、MA3，要求啟動順序為：MA1先啟動，經T1后自動啟動MA2，再經T2后自動啟動MA3； 停車要求：先停MA3，經T3后再停MA2、再經T4后停MA1。 通過分析工藝要求找出開啟信號和關斷信號 開啟信號: MA1QA1啟動信號為啟動按鈕， MA2QA2啟動信號為時間繼電器延時閉合常開觸點。 MA3QA3啟動信號為另一時間繼電器延時閉合常開觸點。 關斷信號：MA3QA3關斷信號為停止按鈕 MA2QA2關斷信號為時間繼電器延時斷開常閉觸點。 MA1QA1關斷信號為另一時間繼電器延時斷開常閉觸

27、點。,52,3、找出啟動約束條件和關斷約束條件。（無） 4、根據我們前面所學的典型的控制線路進行設計。 5、最后根據工藝要求做進一步的查找工作， 如加上保護和互鎖環(huán)節(jié)。,53,三臺電動機順序啟、停控制電路原理圖,54,2.8.1電氣控制線路分析基礎 分析電氣控制線路的步驟： 閱讀設備說明書 閱讀電氣控制原理圖 閱讀設備說明書所了解的內容 ： 了解設備的組成及工作原理、設備傳動系統(tǒng)的類型及驅動方式、主要技術性能、規(guī)格和運動要求。 電氣傳動方式、電動機、執(zhí)行電器的數目、規(guī)格型號、安裝位置、用途及控制要求。 設備的使用方法、各操作手柄、開關、旋鈕、指示裝置的布置及其在控制線路中的作用的。 與機械、液

28、壓部分直接關聯的電器（行程開關、電磁閥、電磁離合器、傳感器等）的位置、工作狀態(tài)及其與機械、液壓部分的關系，在控制中的作用。,2.8典型生產機械電氣控制線路分析,55,電氣原理圖的閱讀分析方法與步驟 原理圖閱讀分析的基本原則： 化整為零、順藤摸瓜、先主后輔、 集零為整、安全保護、全面檢查。 常用方法是： 查線分析法 化整為零的原則以某一對象開始 從電源開始，自上而下，自左而右，逐一分析其接通斷開關系，并區(qū)分出主令信號、聯鎖條件、保護要求。,2.8.1電氣控制線路分析基礎（續(xù)）,56,1）分析主電路 類型、工作方式，起動、轉向、調速、制動等控制 要求與保護要求等。 2）分析控制電路 從電源和主令信

29、號開始，經過邏輯判斷，寫出控制 流程。 3）分析輔助電路 執(zhí)行元件的工作狀態(tài)顯示、電源顯示、參數測定、 照明和故障報警等。 4）分析聯鎖與保護環(huán)節(jié)。 5）分析特殊控制環(huán)節(jié) 計數、檢測、晶閘管、調溫等 6）總體檢查 集零為整檢查整個控制線路。,2.8.1電氣控制線路分析基礎（續(xù)）,57,（1）主要結構和運動形式 （2）拖動方式與控制要求 1）主電機 MA1（30kW） 2）冷卻電機 MA2 3）快速移動電機 MA3 4）局部照明、保護、聯鎖。,2.8.2C650臥式車床電氣控制線路分析,58,2.8.2C650臥式車床電氣控制線路分析,59,習題與思考題,3-1 如何決定籠型異步電動機是否可采用直接起動法？ 3-2 長動和點動的區(qū)別是什么？ 3-3 籠型異步電動機是如何改變轉動方向的？ 3-4 什么叫能耗制動？什么叫反接制動？各有什么特點及適用場合？ 3-5