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电气控制线路图


电气控制与PLC

即墨水利水电专科学校 杨敬宗 教授

第2章 拖动系统基本控制电路
目的: 目的 学习由电器元件组成的鼠笼式三相交流异步电动机 起、停,正反转,多地,多条件控制电路的基本原理; 降压起动控制电路;制动控制电路;变极调速。绕线式 异步电动机的控制电路;电液控制技术;直流电动机基 本控制电路。 要求: 要求 领会

常用控制电路的设计思想,学会分析基础电路 的工作原理,熟记起停、正反转、两地控制等电路的电 路结构及特点,并要求能够熟练画出这些电路。

第2章 拖动系统基本控制电路
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 电气控制线路图的绘制及分析 全压起动及其主要控制环节 三相交流异步机降压起动控制电路 三相交流异步机制动控制电路 变极调速控制线路 绕线式异步电动机的控制电路 电液控制技术 直流电动机基本控制电路

2.1 电气控制线路图的绘制及 分析
用以描述电气控制设备电气原理及安 装、调试用的工艺性图纸,主要包括电气 原理图、电气安装位置图、电气安装接线 图和电气安装互连图等。 2.1.1 电气线路图 2.1.2 电气原理的读图方法

2.1.1 电气线路图
电气线路图: 电气线路图是指描述控制线路接线关系和原 理的图纸,分为电气原理图和电气安装接线图。 电气原理图的分类:
主:强电流通过部分 辅:控制、照明、指示

电气原理图的绘制规则:
主:粗实线 辅:细实线

电气符号画法:
一般垂直放置,也可以逆时针转动90水平放置。 图中电器元件的状态为常态(未压动、未通电……)

2.1.2 电气原理的读图方法
1、查线读图法(常用方法): 按照由主到辅,由上到下,由左到右的原则 分析电气原理图。较复杂图形,通常可以化整为 零,将控制电路化成几个独立环节的细节分析, 然后,再串为一个整体分析。 2、逻辑代数法 用逻辑代数描述控制电路的工作关系。

2.2 全压起动及其主要控制环节
本节主要描述小型电动机的全压起动及其 主要控制环节,(电动机的启动方法和原理 已由电机课程进行过理论研究)有起停控制、 正反转控制电路、其它环节等。 2.2.1 起停控制 2.2.2 正反转控制电路 2.2.3 其它环节

2.2.1 起停控制
手动控制操作方法: 手动合上QS,电动机M 工作;手动切断QS,电动 机M停止工作。 电路保护措施: FU——短路保护 电路优点:控制方法简单、 经济、实用。 电路缺点:保护不完善, 操作不方便

2、自动起停控制
主电路: 主电路

三相电源经QS、FU1、KM的主触点,FR 的热元件到电动机三相定子绕组。
控制电路: 控制电路

用两个控制按钮,控制接触器KM线图 的通、断电,从而控制电动机(M)启动 和停止。
起动过程分析: 起动过程分析

合上QS,按动起动按钮SB1—>KM线圈 通电并自锁->M通电工作。 KM自锁触点,是指与SB1并联的常开辅 助触点,其作用是当按钮SB1闭合后又断 开,KM的通电状态保持不变,称为通电状 态的自我锁定。 停止按钮SB2,用于切断KM线圈电流并 打开自锁电路,使主回路的电动机M定子 绕组断电停止工作。

起停控制电路的保护分析

过载保护: 过载保护
热继电器FR用于电动机过载时,其在控制电路的常闭触点打 开,接触器KM线圈断电,使电动机M停止工作。排除过载故障后, 手动使其复位,控制电路可以重新工作。

短路保护: 短路保护
熔断器组FU1用于主电路的短路保护,FU2用于控制电路的短 路保护。

零压保护: 零压保护
电路失电复上电,不操作起动按钮,KM线圈不会再次自行通 电,电动机不会自行起动。

KM线圈通电的逻辑表达式: KM线圈通电的逻辑表达式: 线圈通电的逻辑表达式

2.2.2 正反转控制电路
正反转实现的方法:改变电源相序 正反转实现的方法 (两根火线对调)。 1、正反转基本控制电路: 主电路: 主电路 KM1主触点接通正相序电源—M正转。 KM2主触点接通反相序电源—M反转。 控制电路: 控制电路 SB1控制正转,SB2控制反转,SB3 用于停止控制。 KM的常闭触点用于互锁控制,即使 在接触器故障情况下,也可以保证不 发生主电路短路现象。

2、按钮联锁功能

图2.2.3的电气操作只能按正、停、反或反、停、正的方式进行操作。电 路不能正反、反正操作控制,给设备的操作带来诸多不便。 图2.2.4使用按钮连锁,首先使用和常开触点联动的常闭触点的断开对 方支路线圈电流,再利用常开触点的闭合接通通电线圈电流。可以很方 便地使电动机由正转进入反转,或由反转进入正转。

3、工作台自动循环控制

工作台移动机构示意 在工作台的移动机构和固 定部件上分别装置的行程开关 和档铁(压动行程开关用), 当移行机构运动到某一固定位 置时,压动行程开关,取代人 手接动按钮的功能,实现自动 循环控制。 右图SQ1用于正转控制,SQ2用 于反转控制,SQ3、SQ4的常闭 触点用于极限位置的保护。

综合
电气原理图中电器元件各部分符号与实 际位置无关,可根据原理,将电气符号画在 任何需要的电路位置。

2.2.3 其它环节

1、点动(在长动基础上的点动)
用途:适用于电动机短时间调整的操作。 ① 按钮操作:SB3常闭触点用来切段自锁电路实现点动。 ② 转换开关控制:SA合上,有自锁电路,SB2为长动操作按钮;SA断开,无自 锁电路,SB2为点动操作按钮。 ③ 中间继电器KA控制:按动SB2、KA通电自锁,KM线圈通电,此状态为长动; 按动SB3、KM线圈通电,但无自锁电路,为点动操作。

2、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。

3、多条件控制
电路用途: 电路用途 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。 电路特点: 电路特点 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。

4、顺序控制

用途: 用于实现机械设备依次 动作的控制要求。 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。

4、顺序控制

② 控制电路的顺序控制: a)KM1的辅助常开触点起自锁和顺控的双重作用。 b)单独用一个KM1的辅助常开触点作顺序控制触点。 c)M1—>M2的顺序起动、M2->M1的顺序停止控制。 顺序停止控制分析:KM2线圈断电,SB1常闭点并联的KM2辅助常开触点断开 后,SB1才能起停止控制作用,所以,停止顺序为M2->M1。

综合
基本电路的结构特点: 1.自锁——接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。

2.3 三相交流异步电动机降压 起动控制电路
用途: 用途 三相交流异步电动机的降压起动,用于大容量三相交 流异步电动机空载和轻载起动时减小起动电流。 降压启动控制电路: 降压启动控制电路 Y-△起动、自耦补偿起动、延边三角形起动控制电路。 要求: 要求 熟记Y-△起动控制电路结构和工作原理,掌握自耦补 偿起动和延边三角形降压起动电路工作原理的分析方法

2.3.1 Y-△ 降压起动

① 降压原理: 起动时,电动机定子绕组Y连接,运行时△连接。

Y-△ 降压起动控制电路

② 主电路分析:KM1、KM3——Y起动,KM1、KM2——△运行。 讨论:KM1、KM2、KM3容量关系。 ③ Y-△ 降压起动过程分析: 按下起动按钮SB2—>KM1线圈通电自锁 —>KM3线圈通电--M作Y接起动;

—>KT线圈通电延时—>KM3线圈断电->KM2线圈通电自锁----M作△接行。 —>KT线圈断电复位。

2.3.2、自耦补偿起动

① 降压原理 降压原理:起动时电动机定子绕组接自耦变压器的次级,运行时电动机定子绕组接三 相交流电源,并将自耦变压器从电网切除。 ② 主电路 主电路:起动时,KM1主触点闭合,自耦变压器投入起动;运行时,KM2主触点闭合, 电动机接三相交流电源,KM1主触点断开,自耦变压器被切除。 讨论: KM2与KM1的控制要求; KM1主触点的容量。 ③ 控制电路:起动过程分析 控制电路: 按动SB2->KM1线圈通电自锁->电动机M自耦补偿起动; ->KT线圈通电延时-->KA线圈通电自锁->KM1、KT线圈断电-->KM2线圈通电-> 电动机M全压运行。

2.3.3、延边三角形降压起动

① 原理 原理:绕组连接67、48、59构成延边三角形 接法,绕组连接16、24、35为△接法。

延边三角形降压起动控制电路

② 主电路分析 KM1、KM3使接点1、2、3接三相电源,67 、 48、 5 9对应端接在一 起构成延边三角形接法,用于降压起动。 KM1、KM2使接点16、24、35接在一起,构成△连接,用于全压运行。

控制电路与Y-△起动控制电路相同,不再分析。

2.4 三相交流异步机制动控制电路
主要内容: 主要内容 机械抱闸制动,能耗制动,反接制动。 要求: 要求 了解各种制动方法的实现电路,以及能耗制动限流电 阻的计算原则,掌握能耗和反接制动电路的原理分析。 2.4.1 机械制动 1、常用方法: 电动抱闸制动 、电磁离合器制动 (多用于断电制 动)。

2.4.1 机械制动
2、制动原理: 制动原理: 制动原理 断电电磁抱闸制动方式: 电磁抱闸的电磁线圈通电时,电磁力克 服弹簧的作用,闸瓦松开,电动机可以运 转。 电磁离合器制动方式(结构) 电磁离合器的电磁线圈通电,动、静摩 擦片分离,无制动作用,电磁线圈断电, 在弹簧力的作用下动、静摩擦片间产生足 够大的摩擦力而制动。 3、控制电路分析 控制电路分析 启动时,接触器KM线圈通电时,其主 触点接通电动机定子绕组三相电源的同时, 电磁线圈YB通电,抱闸(动摩擦片)松开, 电动机转动。 停止时,接触器KM线圈断电—>电动机 M断电—>电磁铁线圈YB失电—>实现抱闸或 电磁制动。

2.4.2 电气制动
用途: 电气制动多用于电动机的快速停车。常用方法有能耗制动和反接制动。 1、能耗制动 能耗制动 ①制动原理 制动时,在切除交流电源的同时,给三相定子绕组通入直流电流。

②限流电阻的计算:
电路设计时,根据IZ=(1.5~4)IN的原则,选取直流电流电压等级, 以及限流电阻的功率和阻值。 ③主电路 直流电源的获取方法,交流电源(降压)经整流(半波、全波、桥式)。 图2.4.3主电路中接触器KM1的主触点闭合时,电动机M作电动工作。 接触器KM2主触点用于能耗制动时为定子绕组通入直流电流。

④控制电路(按时间原则控制)
起动: 起动 按动起动按钮SB2→KM1 线圈通电自锁,电动机M 作电动运行。 制动: 制动 按动停车按钮SB1→KM1 线圈断电复位→KM2线圈 通电自锁→电动机M定子 绕组切除交流电源,通入 直流电源能耗制动。 SB1→KT线圈通电延时 →KM2线圈断电复位→KT 线圈断电复位。

2、反接制动
①工作原理: 反相序电源制动,转速接 近零时,切除反相序电源。 ②主电路: KM1电动运行;KM2通入反 相序电源,反接制动。
R限制反接制动电流。
③控制电路 (速度控制原则)

起动:接动启动按钮SB2→KM1 起动 通电自锁→电动机M通入正相 序电源转动。 停止:按动停车按钮SB1→KM1 停止 线圈断电复位→KM2线圈通电 自锁,实现反接制动,转速n 接近零时,速度继电器KS常 开触点打开→KM2线圈断电, 反接制动结束。

习题
2-17 按速度控制原则设计低压直流供电的能 耗制动控制电路。

2.5 变极调速控制线路

2.5.1 双速电机(鼠笼式三相交流异步电动机) 1、双速电机的变极方法 双速电机的变极方法 U1V1W1端接电源, U2V2W2开路,电动机为△接法(低速) U1V1W1端短接,U2V2W2端接电源为YY接法(高速) 注意,变极时,调换相序,以保证变极调速以后,电动机转动方向不变。 注意

2.5.1 双速电机

2、主电路 : KM1主触点构成△接的低速接法。 KM2、KM3用于将U1V1W1端短接,并在U2V2W2端通入三相交流电源,构成YY接 的高速接法。 3、控制电路 图a电路中,按钮SB1实现低速起动和运行。按钮SB2使KM2、KM3线圈通电自锁,用 于实现YY变速起动和运行。 图b 电路在高速运行时,先低速起动,后高速(YY)运行,以减少启动电流。

4、双速电机控制电路图B分析

选择开关SA合向高速→时间继电器KT线圈通电延时→KM1线圈通电, 电动机M作低速启动。 KT延时时间到→KM1线圈断电复位→KM2、KM3 线圈通电→电动机M作YY接法高速运行。 选择开关SA合向低速→KM1线圈通电,电动机M作低速转动。 选择开关SA合向0位时,电动机停止运行。

2.5.2 三速电机控制

1、变极原理 三速电机定子有2套绕组,1套可作为△接法和YY接法的双速绕组,另1 套为Y型接法的中速绕组。 2、主电路 KM1主触点(4个)构成低速连接,其中W1U3接到W1点。 KM2主触点构成中速Y连接,此时U3W1断开以避免交流。 KM3、KM4主触点构成高建双星形连接(KM3构成Y点)

3、控制电路

SB1用于KM1的起停控制,SB2用于KM2的起停控制, SB3用于KM3和KM4的起停控制。

2.6绕线式异步电动机控制电路
电路类型:起动(调速)和制动控制电路。 电路类型 电路特点:绕线电机过流能力弱,故需要设置过流保护装 电路特点 置,实现过流、过载、短路保护功能。 2.6.1 起动控制 绕线式异步机常用的起动控制有转子串电阻分级起动和 转子串频频变阻器起动。 1、电流原则控制转子串电阻分级起动
①控制原则:电流控制型

1、电流原则控制转子串电阻分级起动
②主电路: R1~R3转子外串电阻; KA1~KA3转子电流检测用电流继电 器(欠流复位型);KM1~KM3转子 电阻的旁路接触器。 ③控制电路分析 按动起动按钮SB2→KM4线圈通电 自锁→中间继电器KA4线圈通电、转 子串全电阻起动。 转速n↑,电流I↓→过流继电器KA1复 位→KM1线圈通电→切除转子电阻R1、 I↑; 随着转速n↑,电流I↓→过流继电器 KA2复位→KM2线圈通电→切除转子 电阻R2、I↑; 转速n↑,电流I↓→过流继电器KA3 复位→KM3线圈通电→切除R3,转速 n上升直到电动机起动过程结束。

2、时间原则控制转子串电阻分级起动
起动条件: 起动条件 KM1、KM2、KM3均为 原态时,方可起动。 起动过程: 起动过程 按动SB2→KM4线圈自 锁→电动机M串全电阻 起动,同时KT1线圈通 电延时→KM1线圈通电 →切除R1,同时KT2线 圈通电延时→KM2线圈 通电→切除R2,同时 KT3线圈通电延时→KM3 线圈通电自锁→切除R3, KT1,KM1,KT2,KM2, KT3等线圈依次断电复 位,启动过程结束。

3、转子串频敏变阻器起动控制电路
频敏变阻器的工作原理: 随n↑→f2↓,转子等效铁耗电阻自动减 小,从而达到无级自动切除的目的。 ①主电路: KM1引入电源。转子RF为频敏变阻器 等效电阻,KM2用于起动结束后切除频 敏变阻器RF。 绕线式异步电动机通常采用过流继电 器进行保护,本图采用热继电器做过载 保护。 电动机功率及电流很大,热继电器可 经电流互感器接入。为提高保护精度, 起动时将热元件FR短接,运行时投入。 ②控制电路起动过程分析: 按动SB2→KM1线圈通电自锁→M串 RF起动。同时,KT通电延时→时间到, KA线圈通电自锁→KM2线圈通电 → KT线圈断电复位,转子切除RF, M进 入运行状态。

2.6.2 绕线机的能耗制动

1、二级起动过程分析: SA合向位置3→KM线圈通电→M串全电阻起动,同时,KT线圈通电,为制动作准备;KT1 线圈通电延时→KM1线圈通电→切除R1,同时,KT2线圈断电延时→KM2线圈通电,电动机 转子切除R2,进入运行状态。

2、能耗制动过程分析

能耗过程: 停车制动时,将SA扳回0位,KM,KM1,KM2线圈均断电,切除电动机交流供电电源;KM线 圈断电→KM3线圈通电→ KM2线圈通电短接转子电阻, 电动机M定子绕组通入直流电流,进行 能耗制动; KT线圈断电延时时间到→KM3线圈断电→KM2线圈断电,能耗制动过程结束。 3、能耗制动电路保护措施 过流继电器KA1~3用于过流时切除交流电源;KA4用于直流能耗制动过流时切除直流制动电源; 过电压继电器KV用于过压时切除控制电路和电动机M的供电电源。

2.7电液控制技术
重点:液压系统的基础,电液控制的方法 重点 难点:液压部件的认识 难点 要求:了解液压系统的控制方法及电磁铁的 要求 驱动要求,会简单设计液压控制电路。

1、液压系统基础

①控制部件: 电磁阀(YV):二位二通液压电磁换向阀;三位五通电磁换向阀; YA:电磁线圈(直流) 溢流阀(压力阀);调速阀(节流阀);单向阀 ②动力部件:液压泵及电动机 ③执行部件:液压缸(活塞),液压马达 ④辅助装置:油箱,油管,过滤器

2、液压动力滑台

①液压系统工作原理:

滑台进给工步图

快进:YA1,YA3通电 工进:YA1通电 停止:YA1维通,溢流阀工作 快退:YA2通电

②控制电路分析
选择开关SA合向自动工作位置的 自动循环过程: 按动SB1→KA1线圈通电自锁 →YA1、YA3线圈通电,滑台快进; 至压下SQ2→KA2线圈通电自锁 →YA3线圈断电,滑台工进;压 下SQ3→滑台逗留;KT线圈通电 延时→KA3线圈通电自锁→YA1, KA2线圈断电→YA2线圈通电,滑 台快退;压下SQ1→KA3线圈断电 →YA2线圈断电,滑台在原位停 止。循环过程结束。 手动操作: SB2用于工作台手动退回。 SA在手动位置时,SB1用于工 作台手动进给。

2.8直流电动机基本控制电路
重点:本节介绍直流电动机的继电器基本控制电 重点 路,重点讲解并励直流电动机的起动,正反转控 制电路。 难点:直流电动机过流能力差,电动机的各种保 难点 护思想与交流电动机有所不同。 要求:会设计及分析直流电动机的简单控制电路。 要求 1、起动控制电路 2、正、反转控制电路 3、并励电动机能耗制动

1、起动控制电路

主电路直流电动机为并励方式,KM1引入直流电源,KM2,KM3分别用于旁路电枢电阻R1和R2。 ①图a控制电路起动过程分析(QS合上状态): 按动SB2→KM1线圈通电自锁,电动机串全电阻启动;同时,KT1线圈通电延时→时间到,KM2 线圈通电,KT2线圈通电延时→切除电枢电阻R1;KT2延时时间到,→KM3通电→切除电枢电阻 R2,电动机M电枢全压运行。 改进思路,可以在起动结束,KM3线圈通电,电枢全压运行后切除KT1,KT2,KM2等电器的 线圈电流。

②图b控制电路起动过程分析:(QS合上状态) 启动过程: 按动起动按钮SB2→KM1线 圈通电自锁→ KT1、KT2线圈 断电延时;M串全电阻起动; KT1延时时间到→KM2线圈 通电,切除电枢R1; KT2延时时间到→KM3线圈 通电,切除R2,电动机电枢 全压运行。

2、正、反转控制电路(电枢电源反接改变转向)

①正反向起动过程分析:(在QS合上状态下) 按动正转按钮SB2→KM1线圈通电自锁→M串R1、R2正向起动; KT1、KT2线圈断电延时,KT1延时时间到→KM3线圈通电→切除电 枢电阻R1。KT2延时时间到→KM4线圈通电→切除电枢电阻R2,M 电枢全压正向运行。

②反向起动过程:(在QS合上状态下)

按动反向按钮SB3→KM2线圈通电自锁→电动机M串R1、R2反向起动;KT1、 KT2线圈断电延时,KT1延时时间到→KM3线圈通电→切除电枢电阻R1。KT 2延时时间到→KM4线圈通电→切除电枢电阻R2,M电枢全压反向运行。

3、并励电动机能耗制动(停车) 图2.8.3
原理:停车制动时,切除电枢直流电源电压,并用 原理 制动电阻R制将电枢电路短接。 能耗制动过程分析: 能耗制动过程分析 在电动状态下,KM1、KM3、KM4线圈通电。 按动停车按钮SB1→KM1线圈断电→切除电枢直流 电源 →KT1,KT2线圈断电 →继电器KA3线圈在电枢电势作用下通电→KM2线 圈通电→R制并在电枢端进行能耗制动→n↓、 Ea ↓,继电器KA3线圈电压过低而复位→KM2线 圈断电→切除R制,能耗制动过程结束。

图2.2.1 手动起-停控制电路

图2.2.2 自动起-停控制电路

图2.2.3 正、反转控制电路

图2.2.4 按钮联锁正、反转控制 电路

图2.2.5工作台往复运动示意图

图2.2.6 工作台自动循环控制电 路

图2.2.7 点动控制电路

图2.2.8 两地控制电路

图2.2.9 多条件控制电路

图2.2.10 主电路顺序控制电路

图2.2.11 控制电路的顺序控制

图2.3.1 定子绕组Y形和△形接线


图2.3.2 Y-△起动控制电路

图2.3.3 自耦变压器绕组示意图

图2.3.4 自耦变压器起动控制电 路

图2.3.5 延边绕组示意图

图2.3.6 延边三角形起动控制电 路

图2.4.1 电磁抱闸控制电路

图2.4.2 电磁离合器的动作原理 图

图2.4.3 半波整流能耗制动控制 电路

图2.4.4 单向运行的反接制动控 制电路

图2.5.1 △/YY双速电动机定子绕
组接线图

图2.5.2 4/2极的双速交流异步电 动机控制电路

图2.5.3 三速电动机定子绕组连接 图

图2.5.4 三速电动机变极调速控制 电路

图2.6.1 电流控制三级起动控制电 路

图2.6.2 时间控制转子串电阻起动 电路

图2.6.3 转子串频敏变阻器起动控 制电路

图2.6.4 绕线转子三相交流异步电 动机能耗制动控制电路

图2.7.1 液压系统常见的图形及文 字符号

图2.7.2 液压动力滑台的液压系统 图

图2.7.3 液压动力滑台的自动循环 控制图

图2.8.1 并励直流电动机二级起动 控制线路

图2.8.2 改变电枢绕组端电压极性 的并励直流电动机正反转控制电路

图2.8.3 并励直流电动机能耗制动 控制线路
QS + R1 KM3 KA2 I> KA1 I< SB1 KM1 I> KA1 I< KA2 SB2 R KM2 M R


R2 VD

KM4

KA3 KM1 KT1

KM1 KT2



KM1

KM1

KA3

KM1

KM2

KT1

KT2

KM3

KM4


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