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,第二章 电器控制基础,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。,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, 是大电流通过的部分，一般用粗线条绘在原
2、理图的左侧（或上部）。,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。,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置。,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
3、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)。,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）。,三. 电器设备接线图它是根据原理图，配合安装要求来绘制的， 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
4、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。,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;,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:保护环节和控制环节。,常用保护环节有：短路、过流、过载、过压、失压(零压)、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
5、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。,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. 过电流保护,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
6、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。,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U40-70%UN时) 。,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”。,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
7、。由于此线路操作时多了一个动作，故不太方便。,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。,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。,2. 联锁与互锁控制生产设备或自动生产线都由许多运动部件组成，不同运动部件之间既相互联系又相互制约。例如，车
8、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。,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。,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。,先动作优先控制电路: 若先按下SB1, KM1线
9、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。,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。,4. 多地点与多条件控制对于有些机械和生产设备，为了便于操作，常常要求在两个或两个以上的地点都能进行操作。,5. 顺序控制,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。,2-3 鼠笼式异步电
10、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 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),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1015；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2030。若不满足条件，则必须采用减压起动。,笼型异步电动机降压起动，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
11、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。,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 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,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。,图(b)的控制线路虽然简单,但缺点是: 在
12、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。,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。,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
13、近额定转速时，再将电动机定子绕组连成形，电动机进入正常运行。因此 Y降压起动适合于正常工作时三相定子绕组接成形的三相笼型异步电动机。 而功率在 4kW以上的三相笼型异步电动机的定子绕组, 在正常工作时都接成三角形，对这种电动机就可采用Y降压起动方式。,Y 降压起动原理：,2-4 异步电动机的正反转控制线路,2-4 异步电动机的正反转控制线路,2-4 异步电动机的正反转控制线路,2-4 异步电动机的正反转控制线路,图(a)为电动机“正停反”控制线路。其缺点是操作不方便。,2-4 异步电动机的正反转控制线路,在实际中可能出现这样的情况，由于负载短路或大电流长期作用，接触器的主触点被强烈的电弧“烧焊
14、”在一起，或者接触器的机构失灵，使衔铁卡住总在吸合状态，这都可能使主触点不能断开，这时，如果另一接触器动作就会造成电源短路事故。因此控制线路必须具有双重互锁功能。由于图(b)线路操作方便,安全可靠，故被广泛应用。,2-4 异步电动机的正反转控制线路,2-4 异步电动机的正反转控制线路,2-4 异步电动机的正反转控制线路,2-4 异步电动机的正反转控制线路,应用2 动力头的自动循环控制,二.电动机正反转自动循环控制,2-4 异步电动机的正反转控制线路,KM3和KM4接触器的辅助动合触点，分别起自锁作用，这样能保障动力头和都能确实退到原位。,由于生产设备可转动部分具有机械惯性，因此三相异步电动机从
15、切除电源、利用机械摩擦等阻力使其自然停车，总要经历一段时间，而这往往不能适应许多机械设备的工艺要求。例如万能铣床、卧式镗床、组合机床等机械设备的主轴都要求能迅速停车和准确定位，这就要求对电动机进行制动控制，迫使其立即停车。,2-5 异步电动机制动控制线路,电动机制动的方法一般有两类：,2-5 异步电动机制动控制线路,电气制动 实质上是在电动机停车过程中，产生一个与转子原来旋转方向相反的电磁制动转矩，迫使电动机转速迅速下降。,机械制动 就是利用电磁铁操纵机械装置进行的制动。例如电磁抱闸制动器（在吊车、卷扬机、电梯设备上常用）等，可使电动机在切断电源后迅速停转。,2-5 异步电动机制动控制线路,一
16、.能耗制动控制线路方法：在切断电动机的三相交流电源后，立即在定子绕组中通入一个直流电源，以产生一个恒定的磁场，而因惯性旋转的转子绕组则切割磁力线产生感应电流，继而产生与惯性转动方向相反的电磁转矩，对转子起到制动作用。当电动机转速降至零时，再切除直流电源。,这种消耗转子的机械能，并将其转化成电能，从而产生制动力的制动方法，称为能耗制动法。,两种单向能耗制动控制线路: 复合按钮手动控制 时间继电器自动控制,能耗制动主电路,能耗制动作用的强弱与通入直流电流的大小和制动开始时电动机的转速有关，在同样的转速下，电流越大，制动作用越强。该电流的大小可由可调电阻来调节。该电流一般取为电动机额定电流的2-3倍
17、。,复合按钮手动制动控制线路在停车时,要按下按钮SB1,一直到制动结束才放开按钮.,复合按钮手动控制,时间继电器自动制动控制线路 延时时间的控制可由电动机功率和拖动情况来决定,时间继电器自动控制,能耗制动特点：制动转矩随电动机的惯性转速下降而减小，故制动平稳且能量消耗小，但是制动力较弱，特别是低速时尤为突出，另外控制系统需附加直流电源装置。一般在重型机床中常与电磁抱闸配合使用，先能耗制动，待转速降至一定值时，再令抱闸动作，可有效实现准确、快速停车。能耗制动一般用于制动要求平稳准确、电动机容量大和起制动频繁的场合，如磨床、龙门刨床及组合机床的主轴定位等等。,2-5 异步电动机制动控制线路,二.反
18、接制动控制线路电动机反接制动的方法为：要停车时，将电动机上的三相电源相序切换，使之产生一个与转子惯性转动方向相反的转矩，电机的转速就会迅速下降，当转速接近零时，再将电源切除。,2-5 异步电动机制动控制线路,问题是：如果将正在正向运行的电动机的电源一反接，其转速就会由正转急剧降到零，若反接电源不及时切除，电机又会从零速反向起动运行。,如何在电动机转速降为零时及时切除电源呢？控制电路采用了速度继电器来完成，速度继电器转子与电动机的轴同轴相连，电动机的转速即反映为速度继电器转子的转速。速度继电器的工作原理是：当速度继电器的转子转速大于120rpm时，其触点动作; 而当转速小于100rpm时，其触点
19、复位。,2-5 异步电动机制动控制线路,另外，由于反接制动时旋转磁场与转子的相对速度很大，接近两倍的同步转速，因此电流很大，所以对于鼠笼式电动机，常在定子电路中串接电阻；对于绕线式电动机，则在转子电路中串接电阻，此电阻称为反接制动电阻。可三相均衡串接，也可两相串接，两相串接电阻的阻值应为三相串接的1.5倍。,2-5 异步电动机制动控制线路,下面介绍反接制动的控制线路:,当电动机在运转时，速度继电器的常开触点闭合，为KM2的得电作好准备。制动时按SB1, KM2得电制动, 当 n100rpm时, 则KS打开, 制动过程结束。,双向起动反接制动控制线路,电动机反接制动方式的优点是：制动力大，效果显著。缺点是：制动准确性差，制动过程冲击力大，易损坏传动部件，而且使电网供给的电磁功率与拖动系统的机械功率全部转变为电动机转子的热损耗，其能量损耗大，故应限制反接制动次数。一般用于系统惯性较大，制动要求迅速，起制动不频繁的场合。如铣床、镗床、中型车床等主轴的制动。,2-5 异步电动机制动控制线路,
