电气控制系统的基本环节

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1、1.4 1.4 电气电气控制系统的基本环节 YXSH现代电气自动控制技术1.4.1 异步电动机起动控制电路三相异步电动机结构简单、运行可靠、维修方便。与同容量的直流电机比较，具有体积小、重量轻、转动惯性小的特点。因此得到广泛应用。异步电动机有直接起动和降压起动两种方式。在供电变压器容量足够大时，异步电机可直接起动，否则应采用降压起动方式。1.4 电气控制系统的基本环节 1.4 1.4 电气电气控制系统的基本环节 YXSH现代电气自动控制技术1.4.1.1 直接起动控制电路（1）开关直接起动 起动 电源接通QS置“开” 电动机得电起动停止 QS置“关” 电动机失电自由停止问题 无过载保护；电机起

2、动后，突然停电，来电后会自然起动，可能会造成危险。对小型台钻、冷却泵、砂轮机等，可用开关直 接起动。 1.4 1.4 电气电气控制系统的基本环节 YXSH现代电气自动控制技术如图1-56所示。对中小型普通车床的主电动机采用接触器直接起动。（2）接触器直接起动起动：合QS按SB2KM线圈得电主触头KM （3）闭合 电机起动 辅助常开触 头KM（6） 闭合 自锁（保）1.4 1.4 电气电气控制系统的基本环节 YXSH现代电气自动控制技术SB2+KM通常称KM为自锁触头。其作用是当松开SB2后 ，吸引线圈KM通过其辅助常开触头可以继FR过载保护。续保持通电，此控制电路称为自（保）锁电路。SB2+K

3、M零（欠）压保护。FU短路保护。停止：按SB1KM 电机停1.4 1.4 电气电气控制系统的基本环节 YXSH现代电气自动控制技术（3）逻辑分析法为了便于用逻辑代数描述电路，对电器元件状态的逻辑表示做如下规定：用KA、KM、SQ、SB分别表示继电器、接触器、行程开关 、按钮的常开 （动合）触头；用 、 、 表示其相应的常闭（动断）触头。电路中开关元件的受激状态（如继电器线圈得 电，行程开关受压）为“1” 状态；触头闭合状态为“1”状态，断开状态为“0”状态。例图1-56的控制电路，写出其逻辑表达式： 1.4 1.4 电气电气控制系统的基本环节 YXSH现代电气自动控制技术由表达式可知：只有在F

4、R、SB1都闭合（未受激），并且SB2和KM有任一个闭合（动作）时，KM 才得电。（4）多地点控制在较大的设备上，为方便操作，常要求能在设备的多个地点进行控制。如图1-58所示为三地点控制。图中SB1为急停按钮，用于紧急情况下停车操作。 1.4 1.4 电气电气控制系统的基本环节 YXSH现代电气自动控制技术1.4.1.2 降压起动控制电路 降压起动，就是起动时降低加在电机定子绕组上的电压，来限制起动电流，当电机起动到接近额定转速时，再将电压恢复到额定值。对容量较大的异步电动机，一般都采用降压起动方式。生产设备中最常见用星-三角形降压起动和定子串电阻降压起动。1.4 1.4 电气电气控制系统的

5、基本环节 YXSH现代电气自动控制技术（1）星-三角（Y-）降压起动控制电路这种起动方法仅适用于电机正常运行时绕组为形联接的异步电动机，起动时接成Y形，起动完毕时再自动换接成形运行。KM1 KM3 Y起动 延时KM2 运行1.4 1.4 电气电气控制系统的基本环节 YXSH现代电气自动控制技术（7）起动：QS起动准备SB2KM1（10）KM1 （3） KM3KTKM3 （3）MY起动延时 KM3（8） KT（9） KM2 M运行KM2 （4）（9） KT（自锁）（6）KM2、KM3两个常闭触头分别串入对方线圈电路 中，使KM2、KM3线圈不 能同时得电互锁。1.4 1.4 电气电气控制系统的基

6、本环节 YXSH现代电气自动控制技术星-三角降压起动的优点在于星形起动电流是原来三角形接法的1/3，电路简单，价格便宜。缺点是起动转矩也相应下降为原来三角形接法的1/3，转矩特性差，适用于空载或轻载状态下起动。（2）定子串电阻降压起动控制 起动时在定子电路中串电阻，使绕组电压降低，起动结束后再将电阻短接，电动机在额定电压下正常运行。这种起动方式不受电动机接线形式的限制，设备简单，因而在中小型生产机械中应用较广。1.4 1.4 电气电气控制系统的基本环节 YXSH现代电气自动控制技术SB2KM1KM1 （3）KTM串R起动延时 KT（6）KM2 M全压运行KM2 （3） （6）图1-60（a）

7、起动过程电机在正常运 行期间，KM1、KT一直处于有电状态，这是不必要 的，可改为图1-60（b）形式。 1.4 1.4 电气电气控制系统的基本环节 YXSH现代电气自动控制技术上述降压起动控制电路，都采用了时间继电器延时动作到全压运行的自动切换，这种控制方式称为“按时间原则” 的自动控制 。（3）软起动器（Softstarter） 传统的降压起动控制方式，都存在切换瞬间会出现很高的电流尖峰，产生破坏性的动态转矩，引起的机械振动对电动机转子、轴连接器、中间齿轮以及负载都是非常有害的；起动设备体积庞大，成本高，而且还存在与负载匹配的电动机转矩很难控制等缺点。因此出现了软起动控制器。 1.4 1.

8、4 电气电气控制系统的基本环节 YXSH现代电气自动控制技术图1-61所示为软起动器（Softstarter）原理框图。软起动设备的功率部分由3对正反并联的晶闸管组成，它由控制电路调节加到晶闸管上的触发脉冲的导通角，来控制加到电动机上的电压，使加到电动机上的电压按某一规律慢慢达到全电压。通过适当地设置控制参数，可以使电动机的转矩和电流与负载要求得到较好的匹配。软起动器还有软制动、节电和各种保护功能。 1.4 1.4 电气电气控制系统的基本环节 YXSH现代电气自动控制技术使用软起动器可解决水泵电机起动与停止时管 道内的水压波动问题，其起动电流可降至约（3.54 ）IN，可解决起动时风机传动皮带

9、打滑及轴承应力过大的问题；可减少压缩机、离心机、搅动机等设 备在起动时对齿轮箱及传动皮带的应力，可解决输 送带起动或停止过程中由于颠簸而造成的产品倒跌 及损坏的问题，可减少起动时皮带打滑引起的皮带 磨损及对齿轮箱的应力。国产的软起动器有JRl系列交流电动机软起动控制器， QWJ2系列节电型无触头起动器等。国外生 产的有ABB公司的PS系列软起动器等。 1.4 1.4 电气电气控制系统的基本环节 YXSH现代电气自动控制技术软起动器起动时电压沿斜坡上升，升至全压的 时间可设定在0.560s。软起动器亦有软停止功能，其可调节的斜坡时间在0.5240s。不同起动方法下的起动转矩和起动的电机电压分别如

10、图1-62，1-63所示。1.4 1.4 电气电气控制系统的基本环节 YXSH现代电气自动控制技术用一接触器与软起 动器并联，其目的 是出于安全考虑。正常工作时按下起动 按钮，继电器KA7接通，软起动器工作。在软起动器出现故障时，继电器 K11，接通，驱动接触器KM2接通 ，短接软起动器，将电路切换过来 ，以保证系统的不中断工作。1.4 1.4 电气电气控制系统的基本环节 YXSH现代电气自动控制技术1.4.2 异步电动机正反转控制电路 生产机械工作部件常需要作两个相反方向的运动，大都靠电动机正反转来实现。实现电动机正反转的原理很简单，只要将电动机的三相电源中的任意两相对调（改变相序）就可使电

11、动机反向运转。图1-65为正反转按钮控制的典型电路。在主电路中，KM1、KM2触头接法不同，可改变电源的相序。1.4.2.1 电动机正反转的按钮控制1.4 1.4 电气电气控制系统的基本环节 YXSH现代电气自动控制技术图（a）的工作原理SB2 KM1KM1 （3） M正转 （7） 与KM2互锁反转：先停后起KM1 SB3 KM2 （4） 切断正转电路KM2M反转（8）1.4 1.4 电气电气控制系统的基本环节 YXSH现代电气自动控制技术在生产实践中，为了减少辅助工时，要求直接实现正反转控制。可采用（b）图形式， 用复合按钮代替单触头按钮，并将复合按钮的常闭触头分别串接对方接触器控制电路中（

12、互锁）。即不使用停止按钮过渡而直接控制正反转。但仅用于小容量电机，且拖动的机械装置转动惯量又较小的场合。 1.4 1.4 电气电气控制系统的基本环节 YXSH现代电气自动控制技术1.4.2.2 电动机正反转行程控制在生产实践中，有些生产机械的工作台需要自动往 返运动，它是利用行程开关实现电动机自动正反转的， 通常叫做“行程控制” 原则。 图1-66为行程开关控制的正反转电路。它与按钮控 制正反转电路相似。只是增 加了行程开关的复合触头 SQl、SQ2。这种电路适用于铣床、龙门刨床、组合机床 工作台的正反行程控制。 在控制电路中，行程开 关SQ3、SQ4用作极限位置保护；以防止SQl、SQ2可能

13、失效而引起的事故。 1.4 1.4 电气电气控制系统的基本环节 YXSH现代电气自动控制技术1.4.3 异步电动机制动控制电路 异步电动机从切除电源到停转要有一个过程，需要一段时间。许多生产机械要求停车时精确定位或尽可能减少辅助时间，必须采取制动措施。制动停车的方式有机械制动和电气制动两大类，机械制动是采用机械施闸来实现制动；电气制动是使电动机产生一个与转子原来转动方向相反的力矩来实现制动，常用的电气制动方式有能耗制动和反接制动。 1.4 1.4 电气电气控制系统的基本环节 YXSH现代电气自动控制技术1.4.3.1 能耗制动控制电路能耗制动是指在异步电动机刚切除三相电源之后，在定子绕组中接入

14、直流电源。由于转子切割固定磁场产生制动力矩，使电机的动能转变为电能并消耗在转子的制动上，故称能耗制动。当转于转速为零时，切除直流电源。图1-67（a）、（b）分别是用复合按钮手动控制和用时间继电器自动控制的能耗制动电路。 1.4 1.4 电气电气控制系统的基本环节 YXSH现代电气自动控制技术图（b）制动过程：工作时KM1,KM2 ,KT 。SB1KM1KM1 （3） KM2KTKM2（4） 切断交流电源延时KM2（8） KM2（4）（9） 接通直流电源 切断直流电源能耗制动比较缓 和、平稳、准确、功 耗小，适用于要求制 动平稳和起制动频繁 的场合，但需整流设 备。 1.4 1.4 电气电气控

15、制系统的基本环节 YXSH现代电气自动控制技术1.4.3.2 反接制动控制电路工作时KM1，KR ， KM2 。KR与电机转子同轴连接 ，当转速达到120r/min以上时 ，其常开触头闭合，当制动到 电动机转速小于100r/min时， 触头断开，恢复原位。SB1KM1 KM1 （3） KM2KM2（4）KRKM2（4） （9） M反接制动 n0 切断正转电源1.4 1.4 电气电气控制系统的基本环节 YXSH现代电气自动控制技术反接制动时，转子与旋转磁场的相对转速接近 转子转速的两倍，因此，制动力大，对设备冲击大，若速度继电器动作不可靠时，可能引起的反向再 起动，因此，反接制动方法主要用于不频繁起动、 制动并对停车位置无准确要求而且传动机构能承受 较大冲击的设备中，如铣床、镗床、中型车床等机床。为减小制动电流，在电动机主电路中串接限流 电阻R，可防止制动时电动机绕组过热。反接制动过程的结束由电动机转速来控制,这种 由速度达到一定值而发出转换信号的控制方式称为 “按速度原则” 的自动控制。 1.4 1.4 电气电气控制系统的基本环节 YXSH现代电气自动控制技术1.4.4 双速异步电动机的高低速控制 多速电动机在机床中如车床、铣床、镗床等都有较多应用。常用来改善机床的调速性能和简化机械变速装置。根据电动机转