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1、第二章 电器控制基础 1 2 1 电器控制线路图 的基本概念和绘制 电器控制原理 电路 图 电器设备安装图 电器设备接线图 n2 一 电器控制原理图 电器控制原理图 表示电器控制线路 图的工作原理 各电器元件导电部件的作 用及其相互关系 而不考虑各电器元件实 际安装的位置和实际连线情况 n3 n4 n5 1 电器控制线路根据电路通过的电流大 小分为主电路和控制电路两大部分 控制电路 指通过弱小电流的电路 它包括接触器 和继电器的线圈 接触器的辅助触头 继电器和其它控制 电器的触头等 还包括信号 保护和各种联锁电路 一般 用细线条绘在原理图的右侧 或下部 主电路 包括从电源到电动机的电路 是大电
2、流通 过的部分 一般用粗线条绘在原理图的左侧 或上部 绘制电器控制原理图应遵循的原则 n6 3 同一电器元件的各部分分别绘在它 们完成作用的地方 但需用同一文字符号标 出 若有多个同一种类的电器元件 可在文 字符号的后面加上数字序号的下标 如KM1 KM2等 2 控制线路的全部触点都要按 平常 即未通电或未受外力作用时 状态绘 出 n7 5 控制电路的分支线路上 各电器元 部件原则上是按照动作的先后顺序 自左 而右 从上而下的排列 原理图上应尽可 能减少线条和避免线条交叉 两线交叉连 接时在连接点处需用黑点标出 4 对具有循环运动的机构 应给出工 作循环图 如行程开关等应绘出动作程序 和动作位
3、置 n8 二 电器设备安装图 表示各种电器在生产设备和电器控制柜中实 际的安装位置 主要有控制柜 控制板 操纵台 等电器设备具体布置图 安装图是电器设备安装和维修时必备的资料 在绘制时 均用粗实线画出简单轮廓 留出线 槽和备用面积 图中不标尺寸 n9 特点 1 同一电器元件的各部件 例如触点和线圈 必须画在一起 各电器元件的位置应与实际安装 的位置一致 2 各电器元件的安装位置由生产设备的结构和 工作要求决定 如电动机要与被拖动的机械部件 在一起 行程开关应放在要取的信号的地方 操 作元件放在便于操纵的地方 一般电器元件应放 在控制柜内 n10 n11 三 电器设备接线图 它是根据原理图 配合
4、安装要求来绘制的 用来表示各电器元件之间实际接线情况 电器设备接线图为各电器元件的配线 检 修和施工提供了方便 实际工作时一般要与电 器控制原理图配合使用 n12 绘制电器设备接线图的主要规定 图中文字符号 元件连接顺序 线路号码编制都 必须与原理图一致 不在同一控制柜或配电屏上的电器元件的电气连 接 必须通过端子板进行 端子板的编号应与原 图一致 并按原理图的接线进行连接 同一电器元件的各个部件应画在一起 走向相同的多根导线可用单线表示 画连接导线 时 应标明导线的规格 型号 根数和穿线管的 尺寸 n13 n14 2 2 电器控制线路的基本电路 在电器控制线路中 常用的基本电路主要有 保护环
5、节和控制环节 为了保护电网 电动机 控制电器以及其它 电路元件 消除不正常工作时的有害影响 避免 因误操作而发生事故 在自动控制系统中应具有 尽可能完善的保护环节 一 电器控制系统基本保护环节 n15 常用保护环节有 短路 过流 过载 过压 失压 欠压 弱磁 超速和极限保护 等 1 短路保护 当电路发生短路时 短路电流会引起电器设 备绝缘损坏和产生强大的电动力 从而使电机和 电路中的各种电器设备产生机械性损坏 因此当 电路中出现短路时 必须迅速可靠地断开电源 n16 方法一 采用熔断器 作短路保护的电路 在对主电 路采用三相四线制或对变压器 采用中点接地的三相三线制的 供电电路中 必须采用三相
6、短 路保护 若主电路容量较小 其控制电路不需要另外设置熔 断器 若主电路容量较大 则 控制电路一定要单独设置短路 保护的熔断器 KM FR3 M 3 FU1 QS FU2 n17 M 3 KM QF 方法二 采用自动开 关既作为短路保护 同时又作 为过载保护的电路 自动开关 的过流线圈用作短路保护 热 元件则用作过载保护 当线 路出现故障时 自动开关断开 待事故处理完毕后 重新合 上开关使线路重新工作 n18 对于直流电动机和绕线 式异步电动机的限流起动 过流保护元件是过流继电器 KA 串联于主电路的隔离开 关QS与接触器KM的主触点之 间 KA的动作值一般定为1 2 倍的电动机起动电流 2
7、过电流保护 n19 3 过载保护 当电动机长期超载运行时 其绕组的温升将超 过允许值而损坏 所以应设过载保护环节 此保护 元件多采用热继电器 热继电器具有反时限特性 但因热惯性的关系 热继 电器不会受短路电流的冲击而瞬时动作 例如当有8 10 倍的额定电流通过热继电器时 需经1 3秒的时间才能动 作 这样在热继电器动作前 就可能使热继电器的发热元 件先烧坏 所以在使用热继电器作过载保护时 还必须 将熔断器与热继电器配合使用 n20 n21 4 失压 或零压 保护 电动机正常工作时 如果因 电源电压的消失而使电动机停转 那么电源电压恢复时 电动机 就会自行起动 并可造成人身伤 害事故或设备损坏
8、防止电压恢 复时电动机自行起动的保护称为 失压保护 KM SB2 KM SB1 自锁 触点 当U 25 UN时 n22 5 欠压保护 在电动机正常运转的过程中 如果电压过分 降低 将会引起一些电器释放 造成控制线路工 作的失调 甚至可能造成事故 因此当电源电压 降到一定允许值以下时 必须切断电源 这就是 欠电压保护 一般常采用电磁式电压继电器实现 欠压 以及失压 保护 当U 40 70 UN时 n23 当控制电路直接连接到电源的两条相线 之间或连接到相线和中性线之间且中性线不接地 或通过高阻抗接地情况时 必须采用双极开关来 进行 起动 和 停止 控制 以防止意外开动设 备 避免人身伤害和机械损
9、坏 6 预防接地故障产生误操作的保 护 n24 n25 二 电器控制系统基本的控制环节 1 长动与点动控制 若生产设备在正常 的加工过程中 是处于 长期工作状态的 则称 之为 长动 n26 除了长动状态以外 生产设备 还有一种调整工作状态 例如机床 在作加工准备时的对刀 这一工作 状态对电动机的控制要求是一点一 动 这种动作常称为 点动 或 点车 n27 但在实际工作中 生产设备往往既要求点动 又要能长期连续工作 即长动 采用选择开关S来 选择工作状态 S打开 时为点动工作 S闭合 时为长动工作 由于此 线路操作时多了一个动 作 故不太方便 n28 但在实际工作中 生产设备往往既要求点动 又要
10、能长期连续工作 即长动 当按动按钮SB1时为长动工作 而按复合按钮SB2时为点动工作 但此线路的可靠性不高 如果KM 的释放动作缓慢 将因SB2的动断 触点过早闭合 使KM继续自锁而得 电 并使电动机长动工作 n29 但在实际工作中 生产设备往往既要求点动 又要能长期连续工作 即长动 为消除上述缺点 图中采用中间 继电器K进行连锁控制 当按SB1时 通过K 接通KM且K自锁 使电动机长动工作 若按 SB2时 由于没有接通K 所以不能将KM自锁 仅能点动工作 且当电动机已经起动长 动工作后 若再按点动按钮SB2 SB2将不 能再起作用 n30 2 联锁与互锁控制 生产设备或自动生产线都由许多运动
11、部件组 成 不同运动部件之间既相互联系又相互制约 例如 车床的主轴必须在油泵电动机起动使齿轮 箱充分润滑后才能起动 又如 龙门刨床的工作 台运动时不允许刀架移动等 这种既互相联系又 互相制约的控制称为联锁控制 n31 n32 互锁控制 实际上 也是一种联锁控制 之 所以这样称谓 是为了 强调触点之间的互锁作 用 例如常常有这样的 要求 两台电动机M1和 M2不能同时接通 KM1和KM2的两对动断 触点称为 互锁 触点 n33 3 优先控制 优先控制电路实际上也是一种互锁控制电路 通常分为先动作优先和后动作优先 先动作优先控制电路是指其工作状态为 无 论哪一台设备先动作 其它设备则都不能动作 后
12、动作优先控制电路是指其工作状态为 多台设 备 只要任一台工作 前面所有已动作的设备自 动停止工作 n34 先动作优先控制电路 若先按下SB1 KM1线圈 得电 并自锁 电动机M1 工作 此时KM1的动合 触点闭合 使中间继电 器 KA 的线圈得电 其动 断触点则断开KM2和KM3 的线圈电路 故在KM1 未断电之前 其它接触 器都不能工作 n35 后动作优先控制电路 若先按下SB1 KM1线圈得电 并自锁 使电动机M1工作 此时若再按下SB2 则KM2线 圈得电并自锁 使电动机M2 工作 且KM2的所有动断触 点断开 从而使KM1断电 n36 4 多地点与多条件控制 对于有些机械和生产设备 为
13、了便于操作 常常要求在两个或两个以上的地点都能进行操作 n37 n38 5 顺序控制 n39 n40 6 工作循环自动控制 某些生产机械要求在一定范围内能自 动往复运行 n41 由行程开 关控制的 工作台自 动循环控 制线路 SQ1 SQ2SQ4 SQ3 工作台 后退前进 n42 由于反复循环的行程控制 电动机在每经过 一个自动往复行程控制 都要进行两次反接制动 过程 会受到较大的制动电流和机械冲击 因此 这种电路只适用于对小容量电动机的控制 行程控制是机床和自动生产线应用最为广泛 的控制方式之一 n43 2 3 鼠笼式异步电动机的起动控制线路 三相异步电动机的工作原理 定子线圈通三相交流电
14、产生旋转磁场 相当于转子切割 磁力线运动 在转子回路中产生 感应电流 带电导体在旋转磁场 中受到电磁力 产生电磁转矩 转子转动 方向与旋转磁场同向 N S TC n n44 电动机的主要起动特性 起动电流 IST 4 7 IN 笼型异步电动机的起动方式 1 全压直接起动 2 降压起动 n45 一台电动机可否直接起动 应根据起动的次 数 电网的容量和电动机的容量来决定 一般规 定 起动时供电母线上的电压降落不得超过额定 电压的10 15 起动时变压器的短时过载不 超过最大允许值 即电动机的最大容量不超过变 压器容量的20 30 若不满足条件 则必须 采用减压起动 n46 笼型异步电动机降压起动
15、是指起动时先 降低加在电动机定子绕组上的电压 当电动机 的转速接近额定值时 再将电压恢复到额定值 使之在全电压下运行 由于此方法降低了起 动电压 起动电流也降低 起动转矩也随之减 小 因此 降压起动只适用于起动时负载转矩 不大的情况 如轻载或空载 由于机床电动 机一般都为空载起动 所以常采用降压起动方 式 n47 常用方式 定子串电阻或电抗器降压起动 Y 降压起动 笼型异步电动机的起动方式 1 全压直接起动 常用方式 采用刀开关直接起动 采用接触器直接起动 2 降压起动 n48 QF 图 a 刀开 关直接起 动线路 图 b 接触器直接 起动控制线路 把接触器KM 熔断 器FU 热继电器 FR
16、和按 钮SB1和SB2组装成一个控 制装置 叫电磁起动器 一 全压直接起动 n49 二 降压起动 1 定子串电阻 或电抗器 降压起动 所谓定子串电阻降压起动 就是在电动机起 动过程中 利用串联电阻来减小定子绕组的电压 以达到限制起动电流的目的 一旦起动完 毕 再将电阻短接 电动机进入全电压正常运行 状态 n50 图 b 的控制线路 虽然简单 但缺点是 在电动机正常运行时 只要接触器KM2得电即 可 可是这时除了KM2 得电 时间继电器 KT 和接触器KM1在正常运 行过程中 也始终通 电 这样不仅电路耗 能大 而且也对KT KM1 不利 同时增加了电 路的故障点 降低电 路的可靠性 n51 n52 定子串电阻降压起动方式 由于不受电动机 定子绕组接线形式的限制 起动过程平滑 设备 简单 成本低廉 因而在中小型生产机械中应用 较广 机床中也常采用这种方式减小点动及制动 时的电流 缺点是 每次起动都要在起动电阻上 消耗大量的电能 若采用电抗器代替电阻器 则 所需设备费较贵 且体积大 n53 2 Y 降压起动 Y 降压起动法 是指电动机起动时定子绕 组先连成Y 形 接入三相交流电源 待转速接
