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1、第第2章章 电气控制线路基础电气控制线路基础2.1 2.1 基本电气控制电路基本电气控制电路2.2 2.2 常用机床的电气控制常用机床的电气控制2.1 2.1 基本电气控制电路基本电气控制电路 电气控制系统：电气控制系统：把各种有触点的接触器，继电把各种有触点的接触器，继电器，按钮，行程开关等电气元件，用导线按一定器，按钮，行程开关等电气元件，用导线按一定方式连接起来组成电气控制电路。方式连接起来组成电气控制电路。 电气控制系统用于实现对电力拖动系统的控制电气控制系统用于实现对电力拖动系统的控制和过程控制。电气控制系统也称和过程控制。电气控制系统也称继电器接触器继电器接触器控制系统。控制系统。
2、 电气图：表达设备的电气控制系统的组成、分析电气图：表达设备的电气控制系统的组成、分析控制系统工作原理以及安装、调试、检修控制系控制系统工作原理以及安装、调试、检修控制系统。统。常用的电气图：常用的电气图：电气原理图、电器元件布置图、电气原理图、电器元件布置图、电气安装接线图电气安装接线图。1. 1.电气原理图电气原理图 电气原理图是表达所有电器元件的导电部件和接电气原理图是表达所有电器元件的导电部件和接线端子之间的相互关系。线端子之间的相互关系。电动机正反向运行控制电路电动机正反向运行控制电路 2. 2.电器元件布置图电器元件布置图 电气元件布置图主要用来表明各种电气元件在机电气元件布置图主
3、要用来表明各种电气元件在机械设备上和电气控制柜中的实际安装位置，为机械械设备上和电气控制柜中的实际安装位置，为机械电气控制设备的制造、安装、维修提供必要的资料。电气控制设备的制造、安装、维修提供必要的资料。3. 3.电器安装接线图电器安装接线图 电气安装接线图是用规定的图形符号，根据原理电气安装接线图是用规定的图形符号，根据原理图，按各电器元件相对位置绘制的实际接线图，它图，按各电器元件相对位置绘制的实际接线图，它清楚地表明了各电器元件的相对位置和它们之间的清楚地表明了各电器元件的相对位置和它们之间的电路连接的详细信息。电路连接的详细信息。机床机床电气电气控制控制继电器继电器控制控制PLC控控
4、制系统制系统低压低压电器电器控制控制电路电路硬件硬件软件软件继电器控制系统与继电器控制系统与PLCPLC控制系统控制系统l实现自动控制所采用的两种不同手段。实现自动控制所采用的两种不同手段。l它们的联系是：它们的联系是：两种方法基本上都可以实现同一种功能。它们的两种方法基本上都可以实现同一种功能。它们的运用都需要运用都需要“门电路门电路”的知识。门电路就是的知识。门电路就是“与与门门”、“非门非门”、“或门或门”之类的知识。之类的知识。采用采用PLCPLC控制，往往在采集输入信号时，可能需控制，往往在采集输入信号时，可能需要用到继电器。在输出控制信号时，还要用继电要用到继电器。在输出控制信号时
5、，还要用继电器做器做“功率放大功率放大”- - PLC控制系统可能包括继电器控制系统可能包括继电器接触控制系统。接触控制系统。继电器控制系统与继电器控制系统与PLCPLC控制系统控制系统l区别：区别： 两种系统的最大差别，是实现控制逻辑所用的硬件不两种系统的最大差别，是实现控制逻辑所用的硬件不同。同。继电器控制系统，其逻辑功能由传统的继电器来完成继电器控制系统，其逻辑功能由传统的继电器来完成的，比如控制时间，就有相应的时间继电器。继电器的的，比如控制时间，就有相应的时间继电器。继电器的动作一般与电磁有关。动作一般与电磁有关。PLCPLC是可编程控制器，它是基于各种是可编程控制器，它是基于各种“
6、门电路门电路”的一种的一种集成式的控制器。其式作状况与计算机更接近些。对于集成式的控制器。其式作状况与计算机更接近些。对于已经接好的线路，可以通过改变已经接好的线路，可以通过改变PCLPCL的程序来改变控制的程序来改变控制逻辑和参数，具有更灵活的运用方式。逻辑和参数，具有更灵活的运用方式。继电器控制系统适用于简单一些的逻辑控制，而继电器控制系统适用于简单一些的逻辑控制，而PLCPLC可可以实现更复杂的逻辑控制。以实现更复杂的逻辑控制。鼠笼式异步电动机控制鼠笼式异步电动机控制图图1 继电器控制系统继电器控制系统图图2 PLC控制的输入输出接线图控制的输入输出接线图图图3 PLC控制的梯形图控制的
7、梯形图主回路（动力回路）主回路（动力回路）:大电流通过的部分，大电流通过的部分，包括从电源到电机之间相连的电器元件。包括从电源到电机之间相连的电器元件。控制回路：控制回路：接触器接触器和继电器线圈等小和继电器线圈等小电流线路；电流线路；启动按钮启动按钮停止按钮停止按钮2.1.1 看懂继电器-接触器原理图11 1）基本原则是按电路画图）基本原则是按电路画图同同一一电电路路中中串串联联的的各各部部件件都都展展开开地地画画在在一一条条线线上。上。全全部部控控制制线线路路分分为为主主回回路路、控控制制回回路路和和辅辅助助回回路路。主主回回路路: :是是电电气气控控制制线线路路中中大大电电流流通通过过的
8、的部部分分，包包括括从从电电源源到到电电机机之之间间相相连连的的电电器器元元件件，一一般般由由QS,FU, QS,FU, FRFR的的热热元元件件(QF)(QF)，KMKM主触点和电动机组成。主触点和电动机组成。控制回路控制回路: :接触器和继电器线圈等小电流线路；接触器和继电器线圈等小电流线路；辅助回路辅助回路: :其他如信号、保护、测量等小电流线路。其他如信号、保护、测量等小电流线路。2.1.1 看懂继电器-接触器原理图 22 2）所所有有的的主主回回路路（或或称称动动力力回回路路）在在图图上上都都用用粗粗线线画画出出，并并且且一一般般都都画画在在图图纸纸的的上上方方或或左左方方。控控制制
9、和和辅辅助助回回路路用用细细线线表表示示，画画在在同同一一张张图图纸纸的的下下方或右方方或右方。3 3）图图中中各各电电器器元元件件均均应应用用国国标标规规定定的的图图形形符符号号和和文字符号文字符号同一电器的各部件（如继电器的线圈和触点）可同一电器的各部件（如继电器的线圈和触点）可以画在不同的位置，但必须采用相同的文字符号以画在不同的位置，但必须采用相同的文字符号表示。为了区分同一电器的各触点或同一类型的表示。为了区分同一电器的各触点或同一类型的各电器，可以用辅助符号或数字序号加以区别。各电器，可以用辅助符号或数字序号加以区别。2.1.1 看懂继电器-接触器原理图34 4）线路图中的所有触点
10、都按其）线路图中的所有触点都按其“正常正常”位置画出位置画出所谓正常位置是指各电器在没有通电或受外力作用时的所谓正常位置是指各电器在没有通电或受外力作用时的状态。例如接触器线圈未通电，主令控制器手柄在零位，状态。例如接触器线圈未通电，主令控制器手柄在零位，按钮未按下时的情况等。按钮未按下时的情况等。 5 5）尽可能减少线条和避免线条交叉）尽可能减少线条和避免线条交叉 各各导导线线之之间间有有电电的的联联系系时时，在在导导线线的的交交点点处处画画一一个个实实心心圆圆点点。根根据据图图面面布布置置的的需需要要，可可以以将将图图形形符符号号旋旋转转9090度度，但文字符号不可倒置。但文字符号不可倒置
11、。2.1.2 常用控制电路1.电动机电动机单向点动、自锁单向点动、自锁控制电路控制电路2.电动机正反向运行控制电路电动机正反向运行控制电路u自动停止控制电路自动停止控制电路u自动自动往返往返控制电路控制电路u自动延时自动延时往返往返控制电路控制电路3.三相笼型异步电动机减压起动控制电路三相笼型异步电动机减压起动控制电路星星-三角三角4.三相绕线转子异步电动机起动控制电路三相绕线转子异步电动机起动控制电路5.三相异步电动机的制动控制电路三相异步电动机的制动控制电路6.典型控制电路典型控制电路1. 单向点动、自锁 “一按（点）就动，一按（点）就动，一松（放）就停一松（放）就停”的的电路称为点动控制
12、电电路称为点动控制电路。点动控制电路常路。点动控制电路常用于调整机床，对刀用于调整机床，对刀操作等。因短时工作，操作等。因短时工作，电路中不设热继电器电路中不设热继电器 单向点动控制电路 单向自锁控制电路依靠接触器自身辅助依靠接触器自身辅助触点而使其线圈保持触点而使其线圈保持通电的现象称为自锁。通电的现象称为自锁。起自锁作用的辅助触起自锁作用的辅助触点，则称为自锁触点点，则称为自锁触点 单向自锁控制电路 单向点动、自锁混合电路（1）（2）SB1-SB1-停止按钮停止按钮SB2-SB2-连续起动按钮连续起动按钮SB3-SB3-点动按钮点动按钮（1）中存在不足：点动时，若KM触头释放时间按钮恢复时
13、间，点动结束，SB3常闭触点复位时，KM常开触点未及时断开，KM继续通电，无法实现点动。2.电动机正反向运行控制电路 1.2 .接触器接触器KM1KM1和和KM2KM2触点不可同时闭合，以免发生相间短路故障。触点不可同时闭合，以免发生相间短路故障。互锁：利用接触器常闭辅助触点互相制约的方法称为互锁。而这两个常闭辅助互锁：利用接触器常闭辅助触点互相制约的方法称为互锁。而这两个常闭辅助触点触点(KM1,KM2)(KM1,KM2)称为互锁触点。称为互锁触点。2 2正一反一停控制电路正一反一停控制电路1.正停反控制电路正停反控制电路2.电动机正反向运行控制电路 3自动停止控制电路2.电动机正反向运行控
14、制电路 4自动往返控制电路2.电动机正反向运行控制电路 5自动延时往返控制电路3.三相笼型异步电动机减压起动控制电路星-三角减压启动u减少启动电流。u异步电动机减压起动方法:星-三角减压启动、定子绕组串电阻减压起动、自耦变压器减压启动Y: Y: 每相绕组每相绕组220V 220V : : 每相绕组每相绕组380V380V 三相笼型异步电动机减压起动控制电路星-三角减压启动uSB2闭合；uKM3主触点闭合，星形起动；uKM2主触点闭合，三角形运行。4.三相绕线转子异步电动机起动控制电路-定子绕组串电阻减压起动u原理：原理：起动时三相定子绕组串起动时三相定子绕组串接电阻接电阻R R，降低定子绕组电
15、压，降低定子绕组电压，以减小起动电流。起动结束应将以减小起动电流。起动结束应将电阻短接。电阻短接。 u刚起动刚起动SB2SB2电流继电器电流继电器KA1KA1，KA2KA2线圈得电线圈得电控制电路中的常闭控制电路中的常闭触点触点KA1KA1，KA2KA2断开断开KM2KM2，KM3KM3不得电，不得电，R1R1，R2R2接入转子电路中。接入转子电路中。u转速升高转速升高电流减小电流减小 KA1KA1释释放放 KM2KM2得电，主触点闭合，切得电，主触点闭合，切除除R1R1 电流增大电流增大转速升高转速升高电流减小电流减小 KA2KA2释放释放 KM3KM3得得电，主触点闭合，切除电，主触点闭合
16、，切除R2R2。5.三相异步电动机的制动控制电路u电气制动：电气制动：反接制动、能耗反接制动、能耗制动、回馈制动制动、回馈制动 u原理：原理：制动时使电动机产生制动时使电动机产生与转子原转向相反的制动转矩。与转子原转向相反的制动转矩。1 1、反接制动、反接制动l原理：原理：改变电动机任意两相改变电动机任意两相电源相序以产生制动转矩。电源相序以产生制动转矩。l特点：特点：设备简单，制动力矩设备简单，制动力矩较大，冲击强烈，准确度不高。较大，冲击强烈，准确度不高。l适用场合：适用场合：要求制动迅速，要求制动迅速，制动不频繁（如各种机床的主制动不频繁（如各种机床的主轴制动）。轴制动）。l启动时，按启
17、动时，按SB2SB2l制动时，按制动时，按SB1SB16.典型控制电路（一）多地点控制（一）多地点控制（二）顺序启动（二）顺序启动(手动手动)KMSB1,SB2：停止按钮：停止按钮SB3,SB4：启动按钮：启动按钮uM1M2uSB2:M1启动启动uSB4:M2启动启动步进控制电路液压控制回路液压控制回路2.1.3组成电气控制电路的基本规律 （）(一一) 按联锁控制的规律按联锁控制的规律联锁控制：电气控制电路中，各电器之间的互相制约、互相联锁控制：电气控制电路中，各电器之间的互相制约、互相配合的控制配合的控制如如：顺序控制，电动机正，反转控制电路，单相顺序控制，电动机正，反转控制电路，单相点动、
18、自锁混合控制电路点动、自锁混合控制电路正确选择联锁触点正确选择联锁触点正确选择联锁触点正确选择联锁触点 关键关键组成电气控制电路的基本规律（二）(二二) 按控制过程的变化参量进行控制的规律按控制过程的变化参量进行控制的规律u星形星形三角形降压起动控制三角形降压起动控制电路时间电路时间作为控制参量。作为控制参量。 u在自动往返控制电路中，选择在自动往返控制电路中，选择运动部件的行程运动部件的行程作为控制参量。作为控制参量。 u反接制动控制电路中，选择反接制动控制电路中，选择速度速度作为控制参量。作为控制参量。 u绕线式异步电动机的控制电路绕线式异步电动机的控制电路 ，选择，选择电流电流作为控制参
19、量。作为控制参量。 u控制过程中选择控制过程中选择电压、压力、温度电压、压力、温度等控制参量进行控制的方等控制参量进行控制的方式分别称为电压原则、压力原则、温度原则式分别称为电压原则、压力原则、温度原则 。按控制过程的变化参量进行控制的关键是正确选择控制参按控制过程的变化参量进行控制的关键是正确选择控制参量、确定控制原则，并选定能反映该控制参量变化的电器量、确定控制原则，并选定能反映该控制参量变化的电器元件。例如按时间原则控制时应选定时间继电器来反映时元件。例如按时间原则控制时应选定时间继电器来反映时间参量的变化间参量的变化 如： 电气控制的保护环节非常多，在电气控制线路中：电气控制的保护环节
20、非常多，在电气控制线路中： 最为常用的是熔断器及断路器最为常用的是熔断器及断路器，应用方法是串联在回路中，应用方法是串联在回路中，其其分断作用分断作用是当线路电流超过其允许最大电流时熔断或跳保护。是当线路电流超过其允许最大电流时熔断或跳保护。（自动空气开关自动空气开关/断路器作用：断路器作用：可实现短路、过载、失压保护可实现短路、过载、失压保护 ）（熔断器作用：熔断器作用：用于短路保护）用于短路保护） 第二类较常用的保护环节第二类较常用的保护环节是电动机保护，如是电动机保护，如热保护继电器热保护继电器，当电动机过载、缺相及三相电流不平衡时跳保护。当电动机过载、缺相及三相电流不平衡时跳保护。 电
21、气控制线路常设有以下保护环节：电气控制线路常设有以下保护环节： 1) 短路保护短路保护 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，使电机和电路中的各种电器设备产生机械性损生强大的电动力，使电机和电路中的各种电器设备产生机械性损坏，因此当电路出现短路电流时，必须迅速而可靠的断开电源。坏，因此当电路出现短路电流时，必须迅速而可靠的断开电源。电气控制常用的保护环节电气控制常用的保护环节图图 (a)为采用熔断器作短路保护的电路。为采用熔断器作短路保护的电路。 当主电机容量较小，当主电机容量较小，其控制电路不需另设熔断器，主电
22、路中熔断器也作为其控制电路不需另设熔断器，主电路中熔断器也作为控制电路的短路保护。控制电路的短路保护。 当主电机容量较大，当主电机容量较大，则控制电路一定要单独设置短路保护熔断器。则控制电路一定要单独设置短路保护熔断器。图图 (b)为采用自动开关作短路保护的电路。为采用自动开关作短路保护的电路。 既作为短路保护，又作为过载保护，其过流线圈用做短路保护。线路出故既作为短路保护，又作为过载保护，其过流线圈用做短路保护。线路出故障时，自动开关动作，事故处理完重新合上开关，线路则重新运行工作。障时，自动开关动作，事故处理完重新合上开关，线路则重新运行工作。低压断路器低压断路器（自动空气断路器自动空气断
23、路器、 自动空气开关、自动空气开关、 自动开关）自动开关）QSQF 2) 过电流保护过电流保护 不正确的启动和过大负载不正确的启动和过大负载，常常引起电动机产生很大的过电，常常引起电动机产生很大的过电流，特别是对频繁启动和正反转重复短时工作的电动机，在其运流，特别是对频繁启动和正反转重复短时工作的电动机，在其运行过程中产生过电流的可能性更大，尽管由此引起的行过程中产生过电流的可能性更大，尽管由此引起的过电流一般过电流一般比短路电流要小比短路电流要小，但对电机的影响比较大，常常会引起电机的内，但对电机的影响比较大，常常会引起电机的内部部件损坏，因此，要进行过电流保护。部部件损坏，因此，要进行过电
24、流保护。 过电流保护一般采用过电流保护一般采用过电流继电器。过电流继电器。过流保护分为定时限过流保护和反时限过流保护。过流保护分为定时限过流保护和反时限过流保护。 1) 继电保护的动作时间固定不变，与短路电流的大小无关，成继电保护的动作时间固定不变，与短路电流的大小无关，成为为定时限过流继电保护定时限过流继电保护。定时限过流继电保护的。定时限过流继电保护的时间是由时间时间是由时间继电器设定继电器设定的，时间继电器在一定的范围内连续可调，使用时的，时间继电器在一定的范围内连续可调，使用时可根据给定时间进行整定。可根据给定时间进行整定。 2) 继电保护的动作时间与短路电流的大小成反比，称为继电保护
25、的动作时间与短路电流的大小成反比，称为反时限反时限过流继电保护过流继电保护。短路电流越大，这种保护动作的时间越短；短。短路电流越大，这种保护动作的时间越短；短路电流越小，保护动作的时间越长。路电流越小，保护动作的时间越长。 定时限过电流保护的动作原理：定时限过电流保护的动作原理：当流过系统的电流值超过过电流保护装置整定的动作值，且经过当流过系统的电流值超过过电流保护装置整定的动作值，且经过一定的时间延时后使保护装置动作，切断故障电路。一定的时间延时后使保护装置动作，切断故障电路。保护过程：保护过程：当电动机启动时，延时继电当电动机启动时，延时继电器器KT的常闭触点闭合着，的常闭触点闭合着，过电
26、流继电器的过电流线圈过电流继电器的过电流线圈不接入电路，这时，虽然启不接入电路，这时，虽然启动电流很大，但过电流保护动电流很大，但过电流保护不动作，启动结束后，不动作，启动结束后，KT的常闭触点经过延时已经断的常闭触点经过延时已经断开，过电流继电器开始起保开，过电流继电器开始起保护作用。护作用。 3) 过载保护过载保护 电动机长期超载运行，其绕组的温升将超过允许值而电动机长期超载运行，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。损坏，所以应设过载保护环节。过载保护一般采用热继电过载保护一般采用热继电器作为保护元件器作为保护元件。热继电器具有反时限特性，由于热惯性。热继电器具有反时限特
27、性，由于热惯性的的关系，关系，热继电热继电器不会受短路器不会受短路电电流的冲流的冲击击而瞬而瞬时动时动作；当作；当有有8-10倍倍额额定定电电流通流通过热继电过热继电器器时时，需，需经经1s-3s动动作，作，这样这样，在在热继电热继电器器动动作前，作前，热继电热继电器的器的发热发热元件可能元件可能已烧坏。所已烧坏。所以，在使用热继电器做过载保护时，还必须装有以，在使用热继电器做过载保护时，还必须装有熔断器或熔断器或过流继电器过流继电器配合使用。配合使用。图图 (a)所示为两相保护，所示为两相保护，适用于保护电动机任一相断线或三相均适用于保护电动机任一相断线或三相均衡过载时。但当三相电源发生严重
28、不平衡或电动机内部短路、绝衡过载时。但当三相电源发生严重不平衡或电动机内部短路、绝缘不良等，有可能使某一相电流比其他两相高，则上述两电路就缘不良等，有可能使某一相电流比其他两相高，则上述两电路就不能可靠进行保护。不能可靠进行保护。图图 (b)为三相保护，为三相保护，可以可靠的保护电动机的各种过载情况。可以可靠的保护电动机的各种过载情况。QSQS 4) 失压保护失压保护 在电动机正常工作时，如果因为电源的关闭而使电动机停转，在电动机正常工作时，如果因为电源的关闭而使电动机停转，那么，在电源电压恢复时，电动机就会自行启动。电动机的自启那么，在电源电压恢复时，电动机就会自行启动。电动机的自启动可能造
29、成人身事故或设备事故。防止电压恢复时电动机自启动动可能造成人身事故或设备事故。防止电压恢复时电动机自启动的保护称失压保护。它是通过并联在启动按钮上的的保护称失压保护。它是通过并联在启动按钮上的接触器的常开接触器的常开触头来实现失压保护触头来实现失压保护的，即自锁控制，如图所示。的，即自锁控制，如图所示。 采用继电器、接触器控制后，电源电压采用继电器、接触器控制后，电源电压85%时，接触器触头自动断开，可避时，接触器触头自动断开，可避免烧坏电机；另外，在电源停电后突然再来电时，可避免电机自动起动而伤人。免烧坏电机；另外，在电源停电后突然再来电时，可避免电机自动起动而伤人。 5) 弱磁保护弱磁保护
30、 直流并励电动机、复励电动机在磁场减弱或磁场消失时，直流并励电动机、复励电动机在磁场减弱或磁场消失时，会引起电动机会引起电动机“飞车飞车”。因此，要加强弱磁保护环节。弱磁继。因此，要加强弱磁保护环节。弱磁继电器的吸合值，一般整定为额定励磁电流的电器的吸合值，一般整定为额定励磁电流的0.8倍。对于调磁倍。对于调磁调速的电机，调速的电机，弱磁继电器弱磁继电器的释放值为最小励磁电流的的释放值为最小励磁电流的0.8倍。倍。 6) 极限保护极限保护 某些直线运动的生产机械常设极限保护，某些直线运动的生产机械常设极限保护，该保护是由行程该保护是由行程开关来实现的开关来实现的。如龙门刨床的刨台，设有前后极限保护；矿井。如龙门刨床的刨台，设有前后极限保护；矿井提升机，设上、下极限保护。温度、压力、液位等在生产过程提升机，设上、下极限保护。温度、压力、液位等在生产过程中可根据生产机械和控制系统的不同要求，设置相应的极限保中可根据生产机械和控制系统的不同要求，设置相应的极限保护环节。护环节。
