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1、第二章 电气控制线路基本环节,2.1 电气控制线路的绘制 2.2 三相笼型异步电动机启动 2.3 三相笼型异步电动机正反转控制 2.4 三相异步电动机的制动控制 2.5 其他控制电路 2.6 电气控制系统的保护环节 2.7 电气控制分析基础,电气控制系统是由电气元件按照一定要求联接而成的。电气控制系统图是用图形的方式来表示电气控制系统中的电气元件及其联接关系，图中采用不同的图形符号表示各种电器元件、采用不同的文字符号表示各电器元件的名称、序号或线路的功能、状况和特征，采用不同的线号或接点编号来表示导线与连接等。电气控制系统图表达了生产机械电气控制系统的结构、原理等设计意图，是电气系统安装、调整
2、、使用和维修的重要资料。 一、电气控制系统图中的图形符号和文字符号 电气控制系统图中，电气元件的图形符号和文字符号都有统一的国家标准。近年来，我国采用GB4728-84“电气图用图形符号”、GB6988-87“电气制图”和GB7159-87“电气技术中的文字符号制定通则”等新标准，在绘制电气控制系统图时必须严格遵循。,2.1 电气控制系统图的类型及有关标准,二、电气控制系统图,电气原理图,电器布置图,电气安装接线图,1.电气原理图 用规定的图形符号，按主电路和辅助电路相互分开并依据各电器元件动作顺序等原则所绘制的线路图，称为电气原理图。它包括所有电器元件的导电部件和接线端点，不表示电气元件的形
3、状、大小和安装方式。,某机床的电气控制原理图,1）绘制电气原理图的原则 电气原理图一般分主电路和辅助电路两部分。 电气原理图中，所有电元件都应采用国家统一规定的图形符号和文字符号来表示。 电气原理图中，各个电器元件和部件在控制线路中的位置，应根据便于阅读的原则安排，同一电器元件的各个部件可以不画在一起。 电气原理图中，所有电器的触头都按没有通电和没有受外力作用时的状态绘制。 电气原理图中，无论是主电路还是辅助电路，各电气元件一般按动作顺序从上到下，从左到右依次排序，可水平布置或者垂直布置。 电气原理图中，有直接电联系的交叉导线连接点，要用黑圆点表示。无直接联系的交叉导线连接点不画黑圆点。,2）
4、 原理图区域划分 图区编号可以设置在图的上方或下方，对应图区编号下方或上方表明它对应电路的功能。 3） 符号位置的索引 符号位置的索引用图号、页次和图区编号的组合索引法，索引代号组如下： 当某一元件相关的各符号元素出现在不同图号的图纸上，而当每个图号仅有一页图纸时，索引代号可简化成：,在原理图中相应线圈的下方，给出触头的文字符号，并在其下面注明相应触头的索引代号，对未使用的触头用“”表明，有时也可采用上述省去触头的表示法。 对接触器，上述表示法中各栏的含义如下：,对继电器，上述表示法各栏的含义如下：,是接触器KM相应触头的索引。,例图中 KM1线圈下方的,2.电器元件布置图 电器元件布置图是用
5、来表明电气设备上所有电机、电器的实际位置，为电气控制设备的制造、安装、维修提供必要的档案资料。,某机床的电器元件 布置图,3.电气安装接线图 电气安装接线图是用规定的图形符号，按各电器元件相对位置绘制的实际接线图。 安装接线图是实际接线安装的准则和依据，它清楚地表示各电器元件的相对位置和它们之间的电气连接，安装接线图不仅要把同一个电器的各个部件画在一起，而且各个部件的布置要尽可能符合该电器的实际情况。各电器元件的表示要与原理图一致，以便核对。同一控制柜中的各电器元件之间的连接可以直接进行，不在同一个控制柜内的各电器元件之间的导线连接，必须通过接线端子进行。 安装接线图中，分支导线必须在各电器元
6、件接线端上引出。还应该详细标明导线和所穿管子的型号、规格等。,例如，车床的电气安装接线图,三相鼠笼型异步电动机的启动有两种方式，即直接启动（或称全压启动）和降压启动。 三相鼠笼型异步电动机直接启动方式的启动电流较大，一般可达到额定电流的5-7倍。过大的启动电流一方面会造成电网电压显著下降，一方面电动机的频繁启动会严重发热，加速线圈老化，缩短电动机的寿命，因此直接启动电动机的容量受到一定的限制。 降压启动的实质是，启动时减少加在电动机定子绕组上的电压，以减小启动电流；启动后再将电压恢复到额定电压，电动机进入正常的工作状态。,2.2 三相笼型异步电动机起动,对于起动频繁，允许直接起动电动机容量不大
7、于变压器容量的20%。 对于不经常起动者，直接起动电动机容量不大于变压器容量的30%。 通常对容量小于10kW的笼型异步电动机采用直接起动方法。,额定电压直接加到电动机的定子绕组。,优点：电路简单,缺点：起动电流大,一、全压起动,1.手动控制线路,图所示是一种最简单 的手动单向全电压直接 启动的控制线路,右图为三相笼型异步电动机单向全压直接起动控制电路。,2.接触器自锁控制电路,1） 工作原理 起动过程：,停车过程：,自锁,2） 电路的保护环节,（1）短路保护 由熔断器实现电路短路保护。 （2）过载保护 通过热继电器实现电动机长期过载保护。 （3）欠压和失压保护 由接触器本身的电磁机构实现。
8、欠压保护：是指电机主回路和控制回路供电电压低于电机额定电压时所实施的保护。 失压保护：是指在电机运行时由于外界突然断电后又重新恢复供电时所实施的保护。,3.点动控制电路,点动：操作者按下起动按钮后，电动机起动运转，松开起动按钮时、电动机就停止转动。,图(a)是最基本的点动控制线路。,电动机点动控制电路,图(b)是既可以实现点动又可以实现连续运行的控制线路。,点动：手动开关SA打开,连续工作：合上SA，自锁触头接入，,即可实现连续控制。,图 (c) 复合按钮SB3来实现点动控制 按钮SB2实现连续控制,连续运行：,点动运行：,图 d)是利用中间继电器实现点动的控制线路。,点动运行：,连续运行：,
9、二、降压起动控制,较大容量的笼型异步电动机（大于10kW）因起动电流较大，不允许用全压直接起动，应采用降压起动控制。有时为了减小起动时对机械设备的冲击，即便是允许采用直接起动的电动机，也往往采用降压起动。 降压起动时，先降低加在电动机定子绕组上的电压，待起动后再将电压升高到额定值，使之在正常电压下运行。由于电枢电流和电压成正比，所以降低电压可以减小起动电流，这样不致在电路中产生过大的电压降，减少对线路电压的影响。 三相笼型异步电动机常用的降压起动方法有：定子串电阻（或电抗器）降压起动、星-三角（Y-）降压起动、自耦变压器降压起动及延边三角形降压起动。,1. 定子串电阻降压起动控制 三相笼型异步
10、电动机定子绕阻串接起动电阻时，由于起动电阻的分压，使定子绕组起动电压降低，起动结束后再将电阻短接，使电动机在额定电压下正常运行，可以减小起动电流。这种起动方式不受电动机接线形式的限制，设备简单、经济，在中小型生产机械中应用较广。 自动切换的降压起动电路原理： 合上电源开关QS，接入三相电源，按下SB2，KM1、KT线圈得电吸合并 自锁，电动机串电阻R降压起动，当电动机转速接近额定值时，时间继电器KT动作，其延时闭合的常开触点闭合，KM2线圈得电并自锁。KM2主触点短接电阻R，KM2的常闭触点断开，使KM1、KT线圈断电释放，电动机经KM2主触点在全压下进入稳定正常运转。,自动/手动短接电阻降压
11、起动电路原理： SA为自动/手动选择开关，当SA置于自动时，电路与图a）相同。若SA置于手动时，KT被切除，此时按下起动按钮SB2后，电动机串电阻R降压起动。再按下加速按钮SB3，电阻R被短接，电动机全压运行。,2. 星-三角（Y-）降压起动控制 适用范围 正常运行时，定子绕组接成三角形运转的三相笼型异步电动机，可采用星-三角降压起动。适用于操作较频繁的空载或轻载场合。 原理 起动时，每相绕阻的电压下降到正常工作电压的，故起动电流下降到全压起动时的1/3，但其起动转矩只有全压起动时的1/3。当转速接近额定转速时，将电动机定子绕组改接成三角形，电动机进入正常运行状态。 1）、双接触器控制电路 适
12、用于13kW以下电动机的起动 2）、三接触器控制电路 适用于13kW以上电动机的起动,按下起动按钮SB2， KM1、KT线圈同时通电吸合并自锁，KM1主触点闭合接入电源，电动机星形降压起动。当时间继电器KT动作，KM1线圈断电释放，切断电动机电源；KT延时闭合常开触点闭合，使KM2线圈通电并自锁，常闭触点KM2断开，使KT断电，KM1线圈重新通电吸合，电动机三角形运行。,1）、双接触器控制电路,按下SB2，KM1、KT、KM3线圈同时通电吸合自锁，星形降压起动，当KT动作，KM3线圈断电释放，KM2线圈通电吸合，电动机三角形连接，进入正常运行。,2）、三接触器控制电路,3. 自耦变压器降压起动
13、控制电路,按下SB2，KM1、KT线圈同时得电并自锁，KM1主触点闭合，电动机定子绕组经自耦变压器二次侧供电开始降压起动。当KT动作，使接触器KM1线圈断电，KM1主触点断开，自耦变压器从电网上切除；同时使接触器KM2线圈得电，电动机直接接到电网上，全压运行。,电动机经自耦变压器降压起动时，如自耦变压器的电压变比为K=U1/U21，利用自耦变压器降压起动时的电压为额定电压的1/K，电网供给的起动电流减小到1/K2，由于TU2，此时的起动转矩降为直接起动时的1/K2。所以，自耦变压器降压起动常用于空载或轻载起动。 自耦变压器降压起动的方法适用于正常工作时接成星形或三角形的较大容量电动机，起动转矩
14、可以通过改变自耦变压器抽头的连接位置而改变，缺点是自耦变压器价格较贵，且不允许频繁起动。 常用的自耦变压器起动产品是成套的补偿降压起动器。包括手动、自动操作两种形式。手动操作的补偿器有QJ3、QJ5等型号，自动操作的有XJ01型和CTZ系列等。,降压起动。HL3灭。当KT动作，KA线圈得电并自锁，KM1、KM3、KT线圈断电释放，KM2线圈得电，自耦变压器切除，电动机在额定电压下运行。同时，HL2灭，HL1亮，指示电动机全压正常运行。,合上电源开关QS，HL2亮（从上电至降压期间亮）、HL3亮（上电至未起动期间亮），按下SB2，KM1、KM3、KT线圈得电自锁，,XJ01型补偿降压起动器电路（
15、适用1428kW）,4) 延边三角形降压起动控制电路 延边三角形降压起动是一种既不用增加起动设备，又能提高起动转矩的起动方法。它适用于定子绕组特别设计的异步电动机。,延边三角形电动机定子绕组联结图 电动机绕组有9个接线端。出线头编号分别为： U（U1、U2、U3） V（V1、V2、V3） W（W1、W2、W3） 其中，U3、V3、W3为绕组中间抽头。,按下SB2，KM1、KM2、KT线圈同时得电并自锁，电动机延边三角形降压起动。当电动机转速接近于额定转速时，KT动作，KM1线圈断电释放，KM3线圈通电并自锁，KM3主触点闭合，电动机三角形正常运转。,延边三角形降压起动控制电路,在电动机正反转控
16、制线路中，利用两个接触器的常闭辅助触头互相控制的方法叫做互锁，而两对起互锁作用的触头叫做互锁触头。,2.3 电动机的正、反转控制电路,1、电动机“正-停-反”控制电路,停车：,如图 a）所示：,a）正-停-反电路,2、电动机“正-反-停”控制电路,其控制电路如图所示。,按下SB2,KM1得电自锁,M正转,合QS,正转：,停车：,反转：,按下SB2,KM2得电自锁,M反转,按下SB2,KM1或KM2失电,M停车,互锁,联锁,3.自动往返行程控制电路,右图为自动往返循环控制典型电路。,SQ1为正向转反向行程开关,SQ2为反向转正向行程开关,上述自动往返运动，运动部件每经过一个循环，电动机要进行两次
17、制动过程，会出现较大的制动电流和机械冲击。因此，这种电路只适用于电动机容量较小、循环周期较长、电动机转轴具有足够刚性的拖动系统。另外，在选择接触器的容量时应比一般情况选择的容量大一些。,当三相异步电动机脱离电源，由于惯性，转子要经过一段时间才能完全停止旋转，这不能适应某些生产机械工艺的要求，如对万能铣床、卧式镗床、组合机床等，会造成运动部件停位不准、工作不安全等现象，同时也影响生产效率。 因此，电动机需要进行有效的制动，使之能迅速停车。 一般采取的制动方法有两大类：机械制动和电气制动。 机械制动是利用电磁抱闸等机械装置来强迫电动机迅速停车； 电气制动是使电动机工作在制动状态，使电动机的电磁转矩
18、方向与电动机的旋转方向相反，从而起制动作用。 电气制动控制电路包括反接制动和能耗制动。,2.4 三相异步电动机的制动控制,一、反接制动控制电路 反接制动种类： 倒拉反接制动起重机下放重物； 电源反接制动： *为防止转子降速后反向起动，当转速接近于零时 应迅速切断电源； *转子与突然反向的旋转磁场的相对速度接近于两倍的同步转速，为了减小冲击电流，通常在电动机主电路中串接电阻来限制反接制动电流。 反接制动电阻的接线方法 对称、不对称 反接制动特点是制动迅速，效果好，冲击大，通常仅适用于10kW以下的小容量电动机。,按下SB2，KM1得电，全压起动。速度继电器KS的常开触点闭合，为反接制动作好准备。
19、 停车时，按下停止按钮SB1，KM1断电，由于惯性，电动机的转速还很高，KS依然动作，因SB1按下，KM2得电，电动机反接制动，转速迅速下降，当速度继电器恢复，KM2断电，电动机断电，反接制动结束。,1. 单向运转的反接制动控制电路,按起动SB2，正转KM1得电，电动机正转起动，KS动作，正转常闭触点KS-1断开，常开触点KS-1闭合。为KM2线圈的通电做准备。 按停止按钮SB1，KM1断电，KM2通电，正向反接制动。由于速度继电器的常闭触点KS-1已断开，KM2线圈不自锁。当转速接近于零，正转常开KS-1断开，KM2断电，正反接制动结束。,2.电机可逆运行的反接制动控制电路,电阻R是反接制动
20、电阻，同时也限制起动电流,3.具有限流电阻的可逆反接制动控制电路,工作原理： 按下正转起动按钮SB2，中间继电器KA3得电并自锁，接触器KM1线圈通电，KM1的主触点闭合，定子绕组经电阻R接通正向三相电源，电动机定子绕组串电阻降压起动。 当电动机转速上升到一定值时，KS的正转常开触点KS-1闭合，中间继电器KA1得电并自锁，这时KA1、KA3中间继电器的常开触点全部闭合，接触器KM3线圈得电，KM3主触点闭合，短接电阻R，定子绕组得到额定电压，进入运行。 若按下停止按钮SB1，则KA3、KM1、KM3线圈断电。但此时电动机转速仍然很高，速度继电器KS的正转常开触点KS-1还处于闭合状态，中间继
21、电器KA1线圈仍得电，所以接触器KM1常闭触点复位后，接触器KM2线圈得电，KM2常开主触点闭合，使定子绕组经电阻R获得反向的三相交流电源，电动机进行反接制动。当转速小于100rmin时，KS的正转常开触点KS-1复位， KA1 断电， KM2 断电，反接制动过程结束。,二、能耗制动控制电路 1.单向能耗制动控制电路,正常运行后，按下停止按钮 SB1，KM1断电，切断电动机电源，同时KT得电，KM2得电并自锁，直流电源则接入定子绕组，进行能耗制动。当时间到时常闭触点KT断开，KM2断电，直流电源被切除，同时KM2常开辅助触点复位，时间继电器KT线圈断电，能耗制动结束。,时间原则控制的单向能耗制
22、动控制电路,制动时，按下停止SB1，KM 断电，断开三相电源。此时速度仍然很高，KS的常开触点仍然闭合，KM2能够依靠SB1按钮的按下通电，定子绕组通入直流电，能耗制动。当电动机速度接近零时，KS常开触点复位，KM2断电，能耗制动结束。,速度原则控制的单向能耗制动控制电路,正常正向运转中，按下停止按钮SB1，KM1断电，KM3和KT得电并自锁，KM3常开主触点闭合，直流电源加到定子绕组，电动机进行正向能耗制动。当转速接近零时，时间继电器延时断开的常闭触点KT断开KM3线圈电源。KM3主触点断开直流电源，KM3常开辅助触点复位，KT断电，正向能耗制动结束。,2.电机可逆运行能耗制动控制电路,该电
23、路按时间原则控制,适用于10kW以下制动要求不高的场合。 制动时，按SB1， KM1断电，KT、KM2得电，接入整流电源，经整流二极管V构成回路，电动机制动。当时间继电器的常闭触点断开，KM2断电，直流电源切除，能耗制动结束。,与反接制动相比，能耗制动具有消耗能量少、制动电流小等优点，但需要直流电源，控制电路复杂。 通常能耗制动适用于电动机容量较大和起制动频繁的场合，反接制动适用于容量小而制动要求迅速的场合。,3.无变压器的单管能耗制动控制电路,多地控制 多条件控制 顺序控制,2.5 其他常用控制电路,一、多地控制,定义： 多地控制电路设置多套起、停按钮，分别安装在设备的多个操作位置，故称多地
24、控制。 特点： 起动按钮的常开触点并联，停止按钮的常闭触点串联。 操作： 无论操作哪个启动按钮都可以实现电动机的起动；操作任意一个停止按钮都可以打断自锁电路，使电动机停止运行。,二、多条件控制,用途： 多条件启动控制和多条件停止控制电路，适用于电路的多条件保护。 特点： 按钮或开关的常开触点串联，常闭触点并联。多个条件都满足（动作）后，才可以起动或停止。,三、顺序控制,用途： 用于实现机械设备依次动作的控制要求。 控制方法： 主电路顺序控制 控制电路顺序控制,1.主电路顺序控制： KM2串在KM1触点下，故只有M1工作后M2才有可能工作。,2.控制电路顺序控制,基本电路的结构特点： 1.自锁接
25、触器常开触点与按钮常开触点相并联。 2.互锁两个接触器的常闭触点串联在对方线圈的电路中。 3.点动无自锁环节。 4.多地按钮的常开触点并联、常闭触点串联。 5.多条件按钮的常开触点串联、常闭触点并联。,总结,第八节 电气控制系统的保护环节,一、短路保护 常用的短路保护元件有熔断器和自动开关。 二、过载保护 常用的过载保护元件是热继电器。,当电动机为额定电流时，电动机为额定温度，热继电器不会动作。 1.过载电流较小时，热继电器要经过较长时间才动作， 2.过载电流较大时，热继电器则经过较短时间就会动作。 3.通常1.5倍以内过电流，如果过电流时间短的话，对电动机的影响不大，如果过电流时间长，那么用
26、热继电器进行过载保护。 作短路保护的熔断器熔体的额定电流不能大于4倍热继电器发热元件的额定电流。,三、过电流保护 直流电动机和绕线转子异步电动机控制线路中，过电流继电器也起着短路保护的作用。 过电流的动作值为起动电流的1.2倍。 四、零电压及欠电压保护 为了防止电网失电后恢复供电时电动机自行起动的保护叫做零压保护。在电动机的运行过程中，由于电源电压过分的降低（UN的6080以下）将引起一些电器释放，造成控制系统的不正常工作，因此而设置的保护环节称为欠电压保护。通常采用欠电压继电器或设置专门的零电压继电器来实现。,左图示意了电气控制系统的各种保护环节。 短路保护熔断器FU1和FU2； 过载保护:
27、热继电器FR； 过电流保护:过电流继电器KI1、KI2； 零压保护:中间继电器KA； 欠电压保护:欠电压继电器KV； 互锁保护:KM1和KM2。,弱磁保护一般由串入电动机励磁回路的欠电流继电器来实现的。,五、弱磁和失磁保护,习题二 1、电气原理图中QS、 FU、 KM、 KA、 KI、 KT、 SB、 SQ分别是什么电器元件的文字符号。 2、如何决定异步电动机是否可采用直接起动？ 3、画出采用断电延时型时间继电器控制的异步电动机星形三角形起动控制线路。 4、画出带有热继电器过载保护的笼型异步电动机正常运转的控制线路。 5、什么是反接制动？什么是能耗制动？各有什么特点及适用场合？ 6、为什么在异
28、步电动机脱离电源后，在定子绕组中通入直流电，电动机能迅速停止？,习题二（续） 7设计一个控制线路，要求第一台电动机起动10S后，第二台电动机自动起动，运行5S后，第一台电动机停止并同时使第三台电动机自行起动，再运行 15S后，电动机全部停止。 8有一台四级皮带运输机，分别由M1、 M2、 M2、 M4四台电动机拖动，其动作顺序如下：起动时要求按M1M2M3M4顺序起动。停车时要求按M4M3M2M1顺序停车。上述动作要求有一定时间间隔。 9为两台异步电动机设计一控制线路，其要求如下：两台电动机互不影响的独立操作。能同时控制两台电动机的起动和停止。当一台电动机发生过载时，两台电动机均停止。,习题二（续） 10现有一双速电动机，使按下述要求设计控制线路：分别用两个按钮操作电动机的高速起动和低速起动，用一个总停按钮操作电动机的停止。起动高速时，应先接成低速经延时一段时间后再切换到高速。应有短路保护和过载保护。 11设计一小车运行控制线路，小车有异步电动机拖动，其动作程序如下：小车由甲站（原位SQ1）开始前进，到达乙站（SQ2）后自动停止。在乙站停留2min后继续前进，到达丙站（SQ3）后自动停止。在丙站停留2min后自动返回原位停止。要求在前进和后退途中任意位置都能停止和起动。,