電氣控制與可編程控制器技術(shù).ppt

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第二章電氣控制線路的基本控制規(guī)律與分析方法 2 1繪制電氣控制線路的規(guī)則與分析方法2 2電氣控制的基本控制環(huán)節(jié)2 3三相交流電動機的啟動控制2 4三相異步電動機制動控制2 5電動機的可逆運行2 6三相異步電動機調(diào)速控制2 7電氣控制線路中的保護主令電器 北京工商大學(xué) 2 1繪制電氣控制線路的若干規(guī)則 電氣控制線路是用導(dǎo)線將電機 繼電器 接觸器等電氣元件按一定的要求和方法連接起來 并能實現(xiàn)某種控制功能的線路 電氣控制線路圖是將各電氣元件的連接用圖來表達 各種電氣元件用不同的圖形符號表示 并用不同的文字符號來說明其所代表電氣元件的名稱 用途 主要特征及編號等 控制線路圖必須清楚地表達生產(chǎn)設(shè)備電氣控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 原理等設(shè)計意圖 并且以便于進行電氣元件的安裝 調(diào)整 使用和維修為原則 因此 電氣控制線路應(yīng)根據(jù)簡明易懂的原則 采用統(tǒng)一規(guī)定的圖形符號 文字符號和標(biāo)準(zhǔn)畫法來進行繪制 一 電氣控制線路圖和常用符號電氣控制線路的表示方法有兩種 安裝圖和原理圖 一 常用電氣圖形符號和文字符號在繪制電氣線路圖時 電氣元件的圖形符號和文字符號必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定 所用圖形符號符合GB4728 電氣圖用圖形符號 有關(guān)規(guī)定 表2 2為電氣設(shè)備常用文字符號和中英文名稱表 所用文字符號符合GB7159 87 電氣技術(shù)中的文字符號制訂通則 的規(guī)定 二 電氣原理圖電氣原理圖一般分為主電路和輔助電路兩個部分 主電路是電氣控制線路中強電流通過的部分 是由電機以及與它相連接的電氣元件如組合開關(guān) 接觸器的主觸點 熱繼電器的熱元件 熔斷器等組成的線路 輔助電路中通過的電流較小 包括控制電路 照明電路 信號電路及保護電路 其中 控制電路是由按鈕 繼電器和接觸器的吸引線圈和輔助觸點等組成 電氣原理圖能夠清楚地表明電路的功能 對于分析電路的工作原理十分方便 1 繪制電氣原理圖的原則根據(jù)簡單清晰的原則 原理圖采用電氣元件展開的形式繪制 繪制電氣原理圖應(yīng)遵循以下原則 1 所有電機 電器等元件都應(yīng)采用國家統(tǒng)一規(guī)定的圖形符號和文字符號來表示 2 主電路用粗實線繪制在圖的左側(cè)或上方 輔助電路用細實線繪制在圖的右側(cè)或下方 3 無論是主電路還是輔助電路或其元件 均應(yīng)按功能布置 各元件盡可能按動作順序從上到下 從左到右排列 4 在原理圖中 同一電路的不同部分 如線圈 觸點 應(yīng)根據(jù)便于閱讀的原則安排在圖中 為了表示是同一元件 要在電器的不同部分使用同一文字符號來標(biāo)明 對于同類電器 必須在名稱后或下標(biāo)加上數(shù)字序號以區(qū)別 如KM1 KM2等 5 所有電器的可動部分均以自然狀態(tài)畫出 所謂自然狀態(tài)是指各種電器在沒有通電和沒有外力作用時的狀態(tài) 對于接觸器 電磁式繼電器等是指其線圈未加電壓 觸點未動作 控制器按手柄處于零位時的狀態(tài)畫 按鈕 行程開關(guān)觸點按不受外力作用時的狀態(tài)畫 6 原理圖上應(yīng)盡可能減少線條和避免線條交叉 各導(dǎo)線之間有電的聯(lián)系時 在導(dǎo)線的交點處畫一個實心圓點 根據(jù)圖面布置的需要 可以將圖形符號旋轉(zhuǎn)90o 180o或45o繪制 一般來說 原理圖的繪制要求是層次分明 各電氣元件以及它們的觸點安排要合理 并保證電氣控制線路運行可靠 節(jié)省連接導(dǎo)線 以及施工 維修方便 2 圖面區(qū)域的劃分為了便于檢索電氣線路 方便閱讀電氣原理圖 應(yīng)將圖面劃分為若干區(qū)域 圖區(qū)的編號一般寫在圖的下部 圖的上方設(shè)有用途欄 用文字注明該欄對應(yīng)電路或元件的功能 以利于理解原理圖各部分的功能及全電路的工作原理 例如 圖2 1為CM6132普通車床電氣原理圖 在圖2 1中圖面劃分為18個圖區(qū) 圖2 1CM6132普通車床電氣原理圖 三 電氣安裝圖電氣安裝圖是用來表示電氣控制系統(tǒng)中各電氣元件的實際安裝位置和接線情況 它有電器位置圖和互連圖兩部分 1 電器位置圖電器位置圖詳細繪制出電氣設(shè)備零件的安裝位置 圖中各電氣元件的代號應(yīng)與有關(guān)電路圖對應(yīng)的元器件代號相同 2 電氣互連圖電氣互連圖是用來表明電氣設(shè)備各單元之間的連接關(guān)系 它清楚地表示了電氣設(shè)備外部元件的相對位置及它們之間的電氣連接 是實際安裝接線的依據(jù) 二 閱讀和分析電氣控制路線圖的方法閱讀電氣線路圖的方法主要有三種 查線讀圖法 邏輯代數(shù)法和狀態(tài)圖示法 一 查線讀圖法查線讀圖法又稱直接讀圖法或跟蹤追擊法 查線讀圖法是按照線路根據(jù)生產(chǎn)過程的工作步驟依次讀圖 查線讀圖法按照以下步驟進行 1 了解生產(chǎn)工藝與執(zhí)行電器的關(guān)系在分析電氣線路之前 應(yīng)該熟悉生產(chǎn)機械的工藝情況 充分了解生產(chǎn)機械要完成哪些動作 這些動作之間又有什么聯(lián)系 然后進一步明確生產(chǎn)機械的動作與執(zhí)行電器的關(guān)系 必要時可以畫出簡單的工藝流程圖 給分析電氣線路提供方便 例如 車床主軸轉(zhuǎn)動時 要求油泵先給齒輪箱供油潤滑 即應(yīng)保證在潤滑泵電動機起動后才允許主拖動電動機起動 對控制線路提出了按順序工作的聯(lián)鎖要求 圖2 2為主拖動電動機M1與潤滑油泵電機M2的聯(lián)鎖控制線路圖 其中潤滑泵電動機是拖動油泵供油的 2 分析主電路在分析電氣線路時 一般應(yīng)先從電動機著手 根據(jù)主電路中有哪些控制元件的主觸點 電阻等大致判斷電動機是否有正反轉(zhuǎn)控制 制動控制和調(diào)速要求等 查線讀圖法是分析電氣原理圖的最基本方法 其直觀性強 容易掌握 因而得到廣泛的采用 1 查線讀圖法使用的分析符號 表示電器受外界激勵信號而動作 表示外界信號撤消 電器恢復(fù)初始位置 表示電器間動作順序 或因果關(guān)系 表示電器延時動作 2 查線讀圖法分析步驟 1 分析主電路 從主電路 一般為電動機回路 看 有哪些控制元件的主觸點和附加元件 根據(jù)其組合規(guī)律大致可知電路 電動機 的工作情況 2 分析控制電路 由主電路的控制元件主觸點文字符號 找到有關(guān)的控制環(huán)節(jié)以及它們之間的聯(lián)系 將控制線路按功能不同劃分成若干局部控制線路來進行分析 從按動操作按鈕開始閱讀線路 分析電路的動作 看執(zhí)行元件 主觸點 將如何動作 3 分析輔助電路 輔助電路包括執(zhí)行元件的工作狀態(tài)顯示 電源顯示 參數(shù)測定 照明和故障報警等部分 4 分析連鎖與保護環(huán)節(jié) 5 分析特殊控制環(huán)節(jié) 在某些控制線路中 還設(shè)置了一些與主電路 控制電路關(guān)系不密切 相對獨立的某些特殊環(huán)節(jié) 如產(chǎn)品計數(shù)裝置 自動檢測系統(tǒng) 晶閘管觸發(fā)電路 自動調(diào)溫裝置等 6 總體檢查 從整體角度進一步檢查和理解各控制環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系 以達到清楚的理解原理圖中每一個電氣元器件的作用 工作過程及主要參數(shù) 例 電動機單向起?？刂凭€路 1 起動 SB2 KM 自鎖 M 2 停止 SB1 KM M 圖2 2車床主電路和控制線路圖 例如 在圖2 2所示的電氣線路的主電路中 主拖動電動機M1電路主要由接觸器KM2的主觸點和熱繼電器FR1組成 從圖中可以斷定 主拖動電動機M1采用全壓直接起動方式 熱繼電器FR1作電動機M1的過載保護 由熔斷器FU作短路保護 油泵電動機M2電路由接觸器KM1的主觸點和熱繼電器FR2組成 該電動機也是采用直接起動方式 并由熱繼電器FR2作其過載保護 由熔斷器FU作其短路保護 3 分析控制電路通常對控制電路按照由上往下或由左往右依次閱讀 可以按主電路的構(gòu)成情況 把控制電路分解成與主電路相對應(yīng)的幾個基本環(huán)節(jié) 一個環(huán)節(jié)一個環(huán)節(jié)地分析 然后把各環(huán)節(jié)串起來 首先 記住各信號元件 控制元件或執(zhí)行元件的原始狀態(tài) 然后 設(shè)想按動了操作按鈕 線路中有哪些元件受控動作 這些動作元件的觸點又是如何控制其他元件動作的 進而查看受驅(qū)動的執(zhí)行元件有何運動 再繼續(xù)追查執(zhí)行元件帶動機械運動時 會使哪些信號元件狀態(tài)發(fā)生變化 然后再查對線路信號元件狀態(tài)變化時執(zhí)行元件如何動作 在讀圖過程中 特別要注意相互的聯(lián)系和制約關(guān)系 直至將線路全部看懂為止 例如 圖2 2電氣線路的主電路 可以分成電動機M1和M2兩個部分 其控制電路也可相應(yīng)地分解成兩個基本環(huán)節(jié) 其中 停止按鈕SB1和啟動按鈕SB2 熱繼電器觸點FR2 接觸器KM1構(gòu)成直接啟動電路 不考慮接觸器KM1的常開觸點 接觸器KM2 熱繼電器觸點FR1 按鈕SB3和SB4也構(gòu)成電動機直接啟動電路 這兩個基本環(huán)節(jié)分別控制電動機M2和M1 其控制過程如下 合上刀閘開關(guān)QS 按啟動按鈕SB2 接觸器KM1吸引線圈得電 其主觸點KM1閉合 油泵電動機M2啟動 同時 KM1的一個輔助觸點對啟動按鈕SB2自鎖閉合 使電動機M2正常運轉(zhuǎn) 另一個串在KM2線圈電路中的輔助觸點閉合 為KM2通電作好準(zhǔn)備 按下停止按鈕SB1 接觸器KM1的吸引線圈失電 KM1主觸點斷開 油泵電動機M2失電停轉(zhuǎn) 同理 可以分析主拖動電動機M1的起?？刂凭€路 工藝上要求M1必須在油泵電動機M2正常運行后才能啟動工作 因此 應(yīng)將油泵電動機接觸器KM1的一個常開輔助觸點串入主拖動電動機接觸器KM2的線圈電路中 以實現(xiàn)只有接觸器KM1通電后 KM2才能通電的順序控制 即只有在油泵電動機M2啟動后主拖動電動機M1才能啟動 查線讀圖法的優(yōu)點是直觀性強 容易掌握 因而得到廣泛采用 其缺點是分析復(fù)雜線路時容易出錯 敘述也較長 1 起動 SB2 KM1 自鎖 M2 2 起動 SB4 KM2 自鎖 M1 3 停止 SB3 KM2 M1 4 停止 SB1 KM1 M2 M1 二 邏輯代數(shù)分析法電氣控制中常用的繼電器 接觸器 開關(guān)等電器元件一般只有兩個工作狀態(tài) 因而可采用邏輯代數(shù)描述 分析 設(shè)計電氣控制電路 在邏輯代數(shù)中 把兩個對立的物理狀態(tài)的量稱為邏輯變量如 繼電器線圈的得電或失電 開關(guān)的閉合或斷開 行程開關(guān)的受壓和未受壓 觸頭的吸合和釋放 1 輸入邏輯變量 表征觸頭狀態(tài)的邏輯變量 2 輸出邏輯變量 表征受控元件線圈的邏輯變量 3 邏輯函數(shù) 輸入 輸出變量的相互關(guān)系 用數(shù)字語言表達就是函數(shù)關(guān)系 稱輸出變量是各輸入變量的邏輯函數(shù) 邏輯代數(shù)是一種二值代數(shù) 其輸入變量和輸出變量只有 1 和 0 兩種取值 1 電器元件的邏輯表示電氣控制系統(tǒng)由開關(guān)量構(gòu)成時 電路狀態(tài)與邏輯函數(shù)式之間存在對應(yīng)關(guān)系 為將電路狀態(tài)用邏輯函數(shù)式的方式描述出來 通常作出如下規(guī)定 1 邏輯原變量 分別表示繼電器 接觸器 行程開關(guān)KA KM SQ 的常開 動合 觸頭 用邏輯反變量 分別表示繼電器 接觸器 行程開關(guān)的常閉 動斷 觸頭 2 電路中開關(guān)元件受激狀態(tài) 如繼電器線圈得電 行程開關(guān)受壓狀態(tài) 為 1 狀態(tài) 開關(guān)元件的原始狀態(tài) 如繼電器線圈失電 行程開關(guān)未受壓狀態(tài) 為 0 狀態(tài) 觸頭的閉合狀態(tài)為 1 狀態(tài) 觸頭的斷開狀態(tài)為 0 狀態(tài) 1 對于輸出變量狀態(tài)KA 1繼電器線圈處于通電狀態(tài)KA 0繼電器線圈處于斷電狀態(tài)其它繼電器 接觸器線圈及輸出設(shè)備類似 2 對于輸入變量狀態(tài)KA 1繼電器常開觸頭處于吸合狀態(tài)KA 0繼電器常開觸頭處于斷開狀態(tài) 1繼電器常閉觸頭處于閉合狀態(tài) 0繼電器常閉觸頭處于斷開狀態(tài) SB 0按鈕常開觸頭處于斷開狀態(tài)SB 1按鈕常開觸頭處于閉合狀態(tài) 0按鈕常閉觸頭處于斷開狀態(tài) 1按鈕常閉觸頭處于閉合狀態(tài)其它觸頭類似 fL A B 2 電路狀態(tài)的邏輯表達式觸頭的串聯(lián)關(guān)系用邏輯 與 表示 fL fL A B 觸頭的并聯(lián)關(guān)系用邏輯 或 表示 電動機單向起?？刂凭€路及其邏輯代數(shù)表達式 SB2 KM f M QS FU2 KM f KM SB1 FR 電動機單向起?？刂凭€路及其邏輯代數(shù)表達式 SB2 KM f M FU KM f KM SB1 FR M3 分析 f KM SB1 SB2 KM 因為 SB1 1 當(dāng)SB2 1則f KM 1 1 0 1 1f M QS FU2 KM 1 1 1 1 FR FR 1 3 電路化簡的邏輯法1 用邏輯函數(shù)表達的電路可按邏輯代數(shù)的基本定律和運算法則進行化簡 化簡的基本公式 化簡前后電路等效 功能相同 實際應(yīng)用中應(yīng)使用簡化電路以節(jié)省觸點 降低成本 例 2 例 f KM KA1 KA2 KA3 KA2 KA3 KA1 KA2 KA3 KA2 KA3 KA1 KA1 KA2 KA3 KA2 KA3 KA1 KA2 KA3 KA1 KA2 1 KA3 KA3 1 KA2 KA1 KA2 KA3 也可通過卡諾圖化簡 3 特點 1 邏輯代數(shù)分析法是通過對電路邏輯表達式運算來分析電路工作情況的 其關(guān)鍵是正確寫出電路的邏輯表達式 2 邏輯表達式給出了執(zhí)行機構(gòu)工作的條件 各種電器元件之間的聯(lián)系和制約關(guān)系在邏輯表達式中一目了然 3 通過對邏輯函數(shù)的具體運算 電路的控制功能一般不會遺漏或看錯 4 實際應(yīng)用中 應(yīng)將所有的繼電器 接觸器線圈的邏輯表達式一起寫出 綜合分析 才能正確讀通電氣原理圖 5 此方法的主要缺點是對于復(fù)雜的電氣線路 其邏輯表達式很繁瑣 冗長 三 過程圖示法 狀態(tài)圖示法 電氣控制線路對機械設(shè)備的控制過程 實際是指機械設(shè)備完成動作的各種程序 也就是各種動作對時間的相互關(guān)系 1 若以縱坐標(biāo)表示各控制電器的工作狀態(tài) 通電為高電平 1 斷電為低電平 0 簡稱縱軸為 狀態(tài)坐標(biāo)軸 2 以橫坐標(biāo)表示控制作用時間 即可表示控制過程的全部程序 簡稱橫軸為 時間坐標(biāo)軸 或 程序作標(biāo)軸 3 對每一電器建立一直角坐標(biāo)系 有了坐標(biāo)就可以畫出各種電器動作狀態(tài)對時間的關(guān)系 也就畫出了一幅繼電接觸線路控制過程圖 4 狀態(tài)圖的畫法是 用查線讀圖法分析線路 一邊讀圖 一邊畫 依次將控制電器的工作狀態(tài)畫出 即控制過程圖也就畫出來了 5 特點 用圖形表達直觀性和邏輯性強 這種分析方法就叫做過程圖示法 以電動機單向起停控制線路為例 按下SB2起動 SB2狀態(tài)表示 1 接觸器KM吸合 電動機起動運行 畫出控制過程圖如下 按下SB1停止 SB1狀態(tài)表示 0 電動機停止 接觸器KM釋放 北京工商大學(xué) 信息工程學(xué)院 2 2電氣控制的基本控制環(huán)節(jié) 異步電動機起 停 保護電氣控制線路是廣泛應(yīng)用的 也是最基本的控制線路 以三相交流異步電動機和由其拖動的機械運動系統(tǒng)為控制對象 通過由接觸器 熔斷器 熱繼電器和按鈕等所組成的控制裝置對控制對象進行控制 如圖2 4所示 該線路能實現(xiàn)對電動機起動 停止的自動控制 并具有必要的保護 一 啟動電動機和自鎖環(huán)節(jié) 圖2 4簡單的起 停 保護控制線路 一 線路的工作原理1 起動合上QS刀開關(guān) 準(zhǔn)備狀態(tài) 按下起動按鈕SB2 交流接觸器KM線圈得電 KM主觸頭閉合 電動機得電起動運轉(zhuǎn) 同時 與SB2并聯(lián)的KM常開觸頭閉合 自鎖 手松開SB2復(fù)位時 KM線圈由于自鎖繼續(xù)得電 電機繼續(xù)運轉(zhuǎn) 自鎖 依靠接觸器自身輔助觸頭使其線圈保持通電的現(xiàn)象 起自鎖作用的輔助觸頭稱為自鎖觸頭 符號表示 QS SB2 KM M KM自鎖 2 停止按下SB1 KM線圈失電 KM的主觸頭斷開 切斷電源 電機停轉(zhuǎn) 手松開 SB1復(fù)位閉合時 KM線圈由于其自鎖觸頭已經(jīng)斷開而不能繼續(xù)通電 符號表示 SB1 KM M 電動機單向起?？刂凭€路邏輯代數(shù)表達式 SB2 KM f M FU KM f KM SB1 FR M3 分析 f KM SB2 KM 1 當(dāng)SB2 1因為 1 則f KM 1 1 0 1 1f M FU2 KM 1 1 12 當(dāng) 0則f KM 0 0 1 1 0f M 1 0 0 FR 二 電路的幾種保護1 短路保護熔斷器FU起短路保護作用 熔斷器FU不能起過載保護作用 為保證電動機正常起動 熔斷器的額定電流根據(jù)電動機起動電流大小選擇 2 過載保護熱繼電器具有過載保護作用 熱繼電器的熱慣性比較大 即使熱元件流過幾倍的額定電流 熱繼電器也不會立即動作 因此在電動機起動時間不太長的時間下 熱繼電器是經(jīng)得起電動機起動電流的沖擊而不動作的 只有在電動機長時間過載下FR才動作 斷開控制電路到 使接觸器線圈斷電釋放 其主觸頭斷開主電路 電動機停止運轉(zhuǎn) 實現(xiàn)過載保護 3 欠壓保護和失壓保護依靠接觸器自身的電磁機構(gòu)可實現(xiàn)欠壓保護和失壓保護 條件是主電路與控制電路共用同一電源 當(dāng)電源電壓由于某種原因而嚴(yán)重欠壓或失壓時 接觸器的電磁吸力就不夠了 其銜鐵自行釋放 常開觸頭斷開主電路 電動機停止運轉(zhuǎn) 常開輔助觸頭斷開自鎖 當(dāng)電源電壓恢復(fù)正常時 接觸器線圈也不能自行通電 必須重新按下起動按鈕SB2后 電動機才能重新啟動 三 詳細分析1 啟動電動機按起動按鈕SB2 接觸器KM的吸引線圈得電 主觸點KM閉合 電動機起動 同時 KM輔助常開觸點閉合 當(dāng)松手?jǐn)嚅_SB2起動按鈕后 吸引線圈KM繼續(xù)保持通電 故電動機不會停止 電路中接觸器KM的輔助常開觸點并聯(lián)于起動按鈕SB2稱為 自鎖 環(huán)節(jié) 自鎖 環(huán)節(jié)一般是由接觸器KM的輔助常開觸點與主令電器的常開觸點并聯(lián)組成 這種由接觸器 繼電器 本身的觸點來使其線圈長期保持通電的環(huán)節(jié)叫 自鎖 環(huán)節(jié) 自鎖 環(huán)節(jié)具有對命令的 記憶 功能 當(dāng)起動命令下達后 能保持長期通電 而當(dāng)停機命令或停電出現(xiàn)后不會自啟動 自鎖環(huán)節(jié)不僅常用于電路的啟 ?？刂?而且凡是需要 記憶 的控制都可以經(jīng)常運用自鎖環(huán)節(jié) 2 停止電動機按停止按鈕SB1 接觸器KM的吸引線圈失電 KM主觸點斷開 電動機失電停轉(zhuǎn) 同時 KM輔助觸點斷開 消除自鎖電路 清除 記憶 3 線路保護環(huán)節(jié)線路保護環(huán)節(jié)包括短路保護 過載保護 欠壓和零壓保護等 短路保護 短路時通過熔斷器FUl的熔體熔斷來切斷電路 使電動機立即停轉(zhuǎn) 過載保護 通過熱繼電器FR實現(xiàn) 當(dāng)負載過載或電動機單相運行時 FR動作 其常閉觸點FR控制電路斷開 KM吸引線圈失電來切斷電動機主電路使電動機停轉(zhuǎn) 欠壓保護 通過接觸器KM的自鎖觸點來實現(xiàn) 當(dāng)電源停電或者電源電壓嚴(yán)重下降 使接觸器KM由于鐵心吸力消失或減小而釋放 這時電動機停轉(zhuǎn) 接觸器輔助常開觸點KM斷開并失去自鎖 欠壓保護可以防止電壓嚴(yán)重下降時電動機在負載情況下的低壓運行 避免電動機同時啟動而造成電壓的嚴(yán)重下降 防止電源電壓恢復(fù)時 電動機突然起動運轉(zhuǎn) 造成設(shè)備和人身事故 二 互鎖控制和順序起動互鎖控制是指生產(chǎn)機械或自動生產(chǎn)線不同的運動部件之間互相聯(lián)系又互相制約 又稱為聯(lián)鎖控制 例如 機械加工車床的主軸起動必須先讓油泵電機起動使齒輪箱有充分的潤滑油 龍門刨床的工作臺運動時不允許刀架移動等等都是互鎖控制 互鎖也可以起到順序控制的作用 稱為順序聯(lián)鎖控制 其控制原則為 1 要求甲接觸器動作后乙接觸器方能動作 則需將甲接觸器的常開觸點串聯(lián)在乙接觸器的線圈電路中 車床主軸轉(zhuǎn)動時要求油泵先起動后主拖動電動機才允許起動 也就是對控制線路提出了按順序工作的互鎖要求 圖 是順序啟動控制線路 圖 a 是將油泵電機接觸器 的常開觸點串入主拖動電動機接觸器KM2的線圈電路中來實現(xiàn)的 只有當(dāng)KM1先起動 KM2才能起動 這就是 與 的關(guān)系 互鎖起到了順序控制的作用 圖2 5 a 順序起動順序停止控制線路 b 簡化電路 圖2 5 b 的接法可以省去KM1的常開觸點 使線路得到簡化 2 如果在互鎖控制中 需要當(dāng)KM1動作后不允許KM2動作 則將KMl的常閉觸點串聯(lián)于KM2的線圈電路中 這就是 非 的關(guān)系 三 多地點控制線路多地點控制必須在每個地點有一組啟停按鈕 所有各組按鈕的連接原則必須是 常開啟動按鈕要并聯(lián) 常閉停止按鈕應(yīng)串聯(lián) 圖2 6就是實現(xiàn)三地控制的控制電路 圖中SB Q1和SB T1 SB Q2和SB T2 SB Q3和SB T3為一組 裝在一起 固定于生產(chǎn)設(shè)備的3個地方 起動按鈕SB Q1 SB Q2和SB Q3并聯(lián) 停止按鈕SB T1 SB T2和SB T3串聯(lián) 圖2 6三地控制的控制電路 在大型生產(chǎn)設(shè)備上 為使操作人員在不同方位均能進行起 停操作 常常要求組成多地控制線路 多地控制線路只需多用幾個起動按鈕和停止按鈕 無需增加其它電器元件 典型電路如圖起動 常開 按鈕應(yīng)并聯(lián) 停止 常閉 按鈕應(yīng)串聯(lián) 分別裝在幾個地方 四 步進控制線路在一些簡易的順序控制裝置中 加工順序按照一定的程序依次轉(zhuǎn)換 依靠步進控制線路完成 圖2 7為采用中間繼電器組成的順序控制3個程序的步進控制線路 其中Q1 Q2 Q3的 得電 和 失電 表征某一程序的開始和結(jié)束 分別代表第一至第三程序的加工執(zhí)行電路 每個加工過程的順序分別由信號SQ1 SQ2 SQ3來進行控制 保證只有一個程序在工作 不至引起混亂 圖2 7順序控制3個程序的步進控制線路 2 3三相交流電動機的啟動控制 三相異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單 運行可靠 堅固耐用 價格便宜 維修方便等一系列優(yōu)點 因此 在工礦企業(yè)中異步電動機得到廣泛的應(yīng)用 三相異步電動機的控制線路大多由接觸器 繼電器 閘刀開關(guān) 按鈕等有觸點電器組合而成 通常對于三相異步電動機的起動有全壓直接起動方式和降壓起動方式 一 鼠籠式異步電動機全壓起動控制在變壓器容量允許的情況下 鼠籠式異步電動機應(yīng)該盡可能采用全壓直接起動 即起動時將電動機的定子繞組直接接在交流電源上 電機在額定電壓下直接起動 直接起動既可以提高控制線路的可靠性 又可以減少電器的維修工作量 1 單向長動控制線路三相鼠籠電動機單方向長時間轉(zhuǎn)動控制是一種最常用 最簡單的控制線路 能實現(xiàn)對電動機的起動 停止的自動控制 單向長動控制的電路圖即為前面圖2 4所示的起 保 停電路 2 單向點動控制線路生產(chǎn)機械在正常工作時需要長動控制 但在試車或進行調(diào)整工作時 就需要點動控制 點動控制也叫短車控制或點車控制 例如橋式吊車需要經(jīng)常作調(diào)整運動 點動控制是必不可少的 點動的含義是 操作者按下起動按鈕后 電動機起動運轉(zhuǎn) 松開按鈕時 電動機就停止轉(zhuǎn)動 即點一下 動一下 不點則不動 如圖2 8 a 是最基本的點動控制線路 b 是采用中間繼電器KA實現(xiàn)點動與長動的控制線路 圖2 8 a 點動控制線路圖 b 點動和長動控制線路 由圖 分析可知 點動控制與長動控制的區(qū)別主要在自鎖觸點上 點動控制電路沒有自鎖觸點 由點動按鈕兼起停止按鈕作用 因而點動控制不另設(shè)停止按鈕 與此相反 長動控制電路 必須設(shè)有自鎖觸點 還要另設(shè)停止按鈕 二 三相鼠籠式異步電動機降壓起動鼠籠式異步電動機采用全壓直接起動時 控制線路簡單 但是異步電動機的全壓起動電流一般可達額定電流的4 7倍 過大的起動電流會降低電動機壽命 使變壓器二次電壓大幅度下降 會減小電動機本身的起動轉(zhuǎn)矩 甚至使電動機無法起動 過大的電流還會引起電源電壓波動 影響同一供電網(wǎng)路中其它設(shè)備的正常工作 判斷一臺電動機能否全壓起動的一般規(guī)定是 電動機容量在10kW以下者 可直接起動 10kW以上的異步電動機是否允許直接起動 要根據(jù)電動機容量和電源變壓器容量的經(jīng)驗公式來估計 式中 Iq 電動機全電壓起動電流 A Ie 電動機額定電流 A 若計算結(jié)果滿足上述經(jīng)驗公式 一般可以全壓起動 否則應(yīng)考慮采用降壓起動 有時 為了限制和減少起動轉(zhuǎn)矩對機械設(shè)備的沖擊作用 允許全壓起動的電動機 也多采用降壓起動方式 1 自耦變壓器降壓起動控制線路自耦變壓器又稱為起動補償器 電動機起動時 定子繞組得到的電壓是自耦變壓器的二次電壓 一旦起動完畢 自耦變壓器便被切除 電動機進入全電壓運行 自耦變壓器的次級一般有3個抽頭 可得到3種數(shù)值不等的電壓 使用時可根據(jù)起動電流和起動轉(zhuǎn)矩的要求靈活選擇 自耦變壓器降壓起動控制線路如圖2 9所示 自耦變壓器降壓起動的原理是 采用時間繼電器來完成自耦變壓器的降壓起動過程的切除 由于時間繼電器的延時可以較為準(zhǔn)確的整定 當(dāng)時間繼電器延時時間到 切除自耦變壓器 結(jié)束起動過程 這種使用時間繼電器控制線路中各電器的動作順序 稱為時間原則控制線路 在自耦變壓器降壓起動過程中 起動電流與起動轉(zhuǎn)矩的比值按變比平方倍降低 因此 從電網(wǎng)取得同樣大小的起動電流 采用自耦變壓器降壓起動比采用電阻降壓起動產(chǎn)生較大的起動轉(zhuǎn)矩 這種起動方法常用于容量較大 正常運行為Y形連接法的電動機 其缺點是自耦變壓器價格較貴 結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜 體積龐大 不允許頻繁操作 圖2 9自耦變壓器降壓起動控制線路圖 2 Y 降壓起動控制線路Y 降壓起動是在起動時將電動機定子繞組接成Y形 每相繞組承受的電壓為電源的相電壓 220V 在起動結(jié)束時換接成三角形接法 每相繞組承受的電壓為電源線電壓 380V 電動機進入正常運行 凡是正常運行時定子繞組接成三角形的鼠籠式異步電動機 均可采用這種線路 Y 降壓起動的自動控制線路如圖2 10所示 圖2 10Y 降壓起動控制線路圖 三相鼠籠式異步電動機采用Y 降壓起動的優(yōu)點是定子繞組Y形接法時 起動電壓為直接采用 接法時的 起動電流為三角形接法時的1 3 因而起動電流特性好 線路較簡單 投資少 其缺點是起動轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)下降為三角形接法的1 3 轉(zhuǎn)矩特性差 本線路適用于輕載或空載起動的場合 應(yīng)當(dāng)強調(diào)指出 Y 連接時要注意其旋轉(zhuǎn)方向的一致性 三 繞線式異步電動機起動控制在大 中容量電動機的重載起動時 增大起動轉(zhuǎn)矩和限制起動電流兩者之間的矛盾十分突出 三相繞線式電動機的突出優(yōu)點是可以在轉(zhuǎn)子繞組中串接外加電阻或頻敏變阻器進行起動 由此達到減小起動電流 提高轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)和增加起動轉(zhuǎn)矩的目的 一般在要求起動轉(zhuǎn)矩較高的場合 繞線式異步電動機的應(yīng)用非常廣泛 例如橋式起重機吊鉤電動機 卷揚機等 轉(zhuǎn)子繞組串接電阻起動 只要電阻值大小選擇合適 減小的轉(zhuǎn)子電流中有功分量增大 轉(zhuǎn)子功率因數(shù)可以提高 電動機的起動轉(zhuǎn)矩也增大 從而具有良好的起動特性 繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串接對稱電阻后 其人為特性如圖2 11所示 圖2 11轉(zhuǎn)子串接對稱電阻時的人為特性 1 轉(zhuǎn)子串接電阻起動控制線路在電動機起動過程中 串接的起動電阻級數(shù)愈多 電動機起動時的轉(zhuǎn)矩波動就愈小 起動愈平滑 起動電阻被逐段的切除 電動機轉(zhuǎn)速不斷升高 最后進入正常運行狀態(tài) 設(shè)計思想 這種控制線路既可按時間原則組成控制線路 也可按電流原則組成控制線路 1 按時間原則組成的繞線式異步電動機起動控制線路圖2 12為按時間原則的繞線式異步電動機起動控制線路 依靠時間繼電器的依次動作短接起動電阻 實現(xiàn)起動控制 圖2 12按時間原則的繞線式異步電動機起動控制線路 2 按電流原則組成的繞線式異步電動機起動控制線路按電流原則起動控制是指通過欠電流繼電器的釋放值設(shè)定進行控制 利用電動機起動時轉(zhuǎn)子電流的變化來控制轉(zhuǎn)子串接電阻的切除 圖2 13為按電流原則組成的繞線式異步電動機起動控制線路 圖中 KI1 KI2 KI3為電流繼電器 這3個繼電器線圈的吸合電流相同 但釋放電流不一樣 KI1釋放電流 KI2釋放電流 KI3釋放電流 圖2 13按電流原則的繞線式異步電動機起動控制線路 圖2 13中的中間繼電器KA是為了保證起動時接入全部電阻而設(shè)計的 因為剛起動時 若無KA 電流從零開始 KI1 KI2 KI3都未動作 全部電阻都被短接 電動機處于直接起動狀態(tài) 增加了KA 從KM線圈得電到KA的常開觸點閉合需要一段時間 這段動作時間能保證電流沖擊到最大值 使KI1 KI2 KI3全部吸合 接于控制電路中的常閉觸點全部斷開 從而保證電動機全電阻起動 2 轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器起動控制線路轉(zhuǎn)子串接電阻起動控制在繞線式異步電動機起動過程中逐段減小電阻時 電流與轉(zhuǎn)矩是成躍變狀態(tài)變化 電流與轉(zhuǎn)矩突然增大會產(chǎn)生一定的機械沖擊 而且分段級數(shù)越多時控制線路越復(fù)雜 工作可靠性越低 若改用頻敏變阻器 frequencysensituerheostat 來替代起動電阻 其好處是頻敏變阻器的阻抗能夠隨著轉(zhuǎn)子電流頻率的下降自動減小 所以它是繞線異步電動機較為理想的起動設(shè)備 常用于較大容量的繞線式異步電動機的起動控制中 如空氣壓縮機等 頻敏變阻器是一個鐵心損耗很大的三相電抗器 它由數(shù)片E形硅鋼片疊成 外面再套上繞組 采用Y形接線 將其串入繞線異步電動機轉(zhuǎn)子回路中 相當(dāng)于接入一個鐵損較大的電抗器 在電動機開始起動時 轉(zhuǎn)速n 0 轉(zhuǎn)子頻率最高 頻敏變阻器的阻抗最大 隨著轉(zhuǎn)子頻率的減小 其繞組電抗和鐵心損耗決定的等效阻抗也隨著減小 隨著電動機轉(zhuǎn)速的提高 自動平滑地減小阻抗值 從而限制起動電流 由于頻敏變阻器的等效電阻和電抗同步變化 因此轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)基本不變 從而得到大致恒定的起動轉(zhuǎn)矩 圖2 14為采用頻敏變阻器的起動控制線路 可實現(xiàn)手動和自動兩種控制 自動控制的線路工作原理為 當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)SA扳到 自動 位置時 按下SB2起動按鈕 接觸器KM1得電 電動機串入頻敏變阻器起動 同時 時間繼電器KT得電 時間繼電器KT經(jīng)過一段時間延時 KT常開觸點閉合 中間繼電器KA得電閉合實現(xiàn)自鎖 KA常開觸點閉合 KM2線圈得電 KM2常開觸點閉合 將頻敏變阻器短接 KM2常閉觸點斷開 KT失電 電動機在額定電壓下運行 圖2 14采用頻敏變阻器的起動控制線路 手動控制的線路工作原理為 當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)SA扳到 手動 位置時 時間繼電器KT不起作用 利用按鈕SB3手動控制 使中間繼電器KA和接觸器KM2動作 從而控制電動機的起動到正常運轉(zhuǎn) 頻敏變阻器有四個接頭可以調(diào)整匝數(shù) 上下鐵心之間也可以調(diào)整空氣氣隙 在使用中如果遇到下列情況 可以調(diào)整匝數(shù)和氣隙 1 起動電流過大 起動太快 應(yīng)增加匝數(shù) 使阻抗變大 減小起動電流 同時起動轉(zhuǎn)矩減小 起動過程變慢 2 起動時力矩過大 有機械沖擊 應(yīng)增加氣隙 使起動電流略增加 而起動轉(zhuǎn)矩略減小 從而使穩(wěn)定運行時的轉(zhuǎn)速有所提高 圖2 14采用頻敏變阻器的起動控制線路 四 固態(tài)降壓起動器前述的傳統(tǒng)異步電機的起動方式的共同特點是控制電路簡單 但起動轉(zhuǎn)矩固定不可調(diào) 起動過程中存在較大的沖擊電流 使被拖動負載受到較大的機械沖擊 且易受電網(wǎng)電壓波動的影響 一旦出現(xiàn)電網(wǎng)電壓波動 會造成起動困難甚至使電機堵轉(zhuǎn) 停機時幾種起動方法都是瞬間停電 也將會造成劇烈的電網(wǎng)電壓波動和機械沖擊 為克服上述缺點 人們研制了固態(tài)降壓起動器 固態(tài)降壓起動器 SoftStarter 是一種集電機軟起動 軟停車 輕載節(jié)能和多種保護功能于一體的新穎電機控制裝置 1 固態(tài)降壓起動器的工作原理固態(tài)降壓起動器由電動機的起?？刂蒲b置和軟起動控制器組成 其核心部件是軟起動控制器 它是由功率半導(dǎo)體器件和其它電子元器件組成的 目前市場上的產(chǎn)品分為固態(tài)降壓起動器和軟起動控制器兩種 軟起動控制器是利用電力電子技術(shù)與自動控制技術(shù)將強弱電結(jié)合 其主要結(jié)構(gòu)是一組串接于電源與被控電機之間的三相反并聯(lián)晶閘管及其電子控制電路 利用晶閘管移相控制三相反并聯(lián)晶閘管的導(dǎo)通角 使被控電機的輸入電壓按不同的要求而變化 從而實現(xiàn)不同的起動功能 起動時 使晶閘管的導(dǎo)通角從0開始 逐漸前移 電機的端電壓從零開始 按預(yù)設(shè)函數(shù)關(guān)系逐漸上升 直至達到滿足起動轉(zhuǎn)矩而使電動機順利起動 這就是軟起動控制器的工作原理 軟起動控制器的主電路原理圖如圖2 15所示 軟起動控制器一般并聯(lián)接觸器來實現(xiàn)軟起動和軟停車 如圖2 15所示 在軟起動控制器兩端并聯(lián)接觸器K 當(dāng)電動機軟起動結(jié)束后 K合上 運行電流將通過K送至電動機 若要求電動機軟停車 一旦發(fā)出停車信號 先將K分?jǐn)?然后再由軟起動器對電動機進行軟停車 該電路有如下優(yōu)點 在電動機運行時可以避免軟起動器產(chǎn)生的諧波 軟起動器僅在起動 停車時工作 可以避免長期運行使晶閘管發(fā)熱 延長了使用壽命 一旦軟起動器發(fā)生故障 可由并聯(lián)的接觸器作為應(yīng)急備用 圖2 15軟起動控制器的主電路原理 2 軟起動控制器的工作特性 1 起動特性異步電動機在軟起動過程中 軟起動控制器是通過控制 角來調(diào)節(jié)電機定子上的平均電壓來限制起動電流和轉(zhuǎn)矩的 隨著 角減小 起動電流和轉(zhuǎn)矩逐漸增加 轉(zhuǎn)速也逐漸增加 一般軟起動控制器可以通過設(shè)定得到不同的起動特性 以滿足不同負載特性的要求 常用的起動方法有斜坡恒流升壓起動和脈沖階躍起動 斜坡恒流升壓起動是在晶閘管的移相電路中引入電機電流反饋使電機在起動過程中保持恒流 起動平穩(wěn) 脈沖階躍起動在起動開始極短時間內(nèi) 晶閘管以較大電流導(dǎo)通 經(jīng)過一段時間后回落 再按原設(shè)定值線性上升 進入恒流起動狀態(tài) 2 減速軟?？刂苽鹘y(tǒng)的控制方式都是通過瞬間停電完成的 但有許多應(yīng)用場合 不允許電機瞬間關(guān)機 例如 高層建筑 樓宇的水泵系統(tǒng) 如果瞬間停機 會產(chǎn)生巨大的 水錘 效應(yīng) 使管道甚至水泵遭到損壞 為減少和防止 水錘 效應(yīng) 需要電機逐漸停機 采用軟起動控制器能滿足這一要求 軟起動控制可以實現(xiàn)減速軟?？刂?當(dāng)電動機需要停機時 不是立即切斷電動機的電源 而是通過調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角 從全導(dǎo)通狀態(tài)逐漸地減小 從而使電動機的端電壓逐漸降低而切斷電源的 這一過程時間較長故稱為軟停控制 停車的時間根據(jù)實際需要可在0 120s范圍內(nèi)調(diào)整 3 節(jié)能特性軟起動控制器可以根據(jù)電動機功率因數(shù)的高低 自動判斷電動機的負載率 當(dāng)電動機處于空載或負載率很低時 通過相位控制使晶閘管的導(dǎo)通角發(fā)生變化 從而改變輸入電動機的功率 以達到節(jié)能的目的 4 制動特性當(dāng)電動機需要快速停機時 軟起動控制器具有能耗制動功能 能耗制動功能即當(dāng)接到制動命令后 軟起動控制器改變晶閘管的觸發(fā)方式 使交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?然后在關(guān)閉主電路后 立即將直流電壓加到電動機定子繞組上 利用轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流與靜止磁場的作用達到制動的目的 3 固態(tài)降壓起動器的應(yīng)用在工業(yè)自動化程度要求比較高的場合 為了便于控制和應(yīng)用 往往將軟起動控制器 斷路器和控制電路組成一個較完整的電動機控制中心 MCC 以實現(xiàn)電動機的軟起動 軟停車 故障保護 報警 自動控制等功能 同時具有運行和故障狀態(tài)監(jiān)視 接觸器操作次數(shù) 電機運行時間和觸點彈跳監(jiān)視 試驗等輔助功能 另外還可以附加通信單元 圖形顯示操作單元和編程器單元等并可直接與通信總線聯(lián)網(wǎng) 一些工廠有多臺電動機需要起動 可以使用一臺軟起動控制器對多臺電動機進行軟起動 以節(jié)約資金投入 圖2 16一臺軟起動器對兩臺電動機起動 停機 2 4三相異步電動機制動控制 三相異步電動機從切斷電源到安全停止轉(zhuǎn)動 由于慣性的關(guān)系總要經(jīng)過一段時間 影響了勞動生產(chǎn)率 在實際生產(chǎn)中 為了實現(xiàn)快速 準(zhǔn)確停車 縮短時間 提高生產(chǎn)效率 對要求停轉(zhuǎn)的電動機強迫其迅速停車 必須采取制動措施 三相異步電動機的制動方法分為兩類 機械制動和電氣制動 機械制動有電磁抱閘制動 電磁離合器制動等 電氣制動有反接制動 能耗制動 回饋制動等 一 電磁抱閘制動和電磁離合器制動機械制動的設(shè)計思想是利用外加的機械作用力 使電動機迅速停止轉(zhuǎn)動 機械制動有電磁抱閘制動 電磁離合器制動等 1 電磁抱閘制動電磁抱閘制動是靠電磁制動閘緊緊抱住與電動機同軸的制動輪來制動的 電磁抱閘制動方式的制動力矩大 制動迅速停車準(zhǔn)確 缺點是制動越快沖擊振動越大 電磁抱閘制動有斷電電磁抱閘制動和通電電磁抱閘制動 斷電電磁抱閘制動在電磁鐵線圈一旦斷電或未接通時 電動機都處于抱閘制動狀態(tài) 例如電梯 吊車 卷揚機等設(shè)備 斷電電磁抱閘制動線路如圖2 17所示 圖2 17斷電電磁抱閘制動線路圖 為了避免電動機在起動前瞬時出現(xiàn)轉(zhuǎn)子被掣住不轉(zhuǎn)的短路運行狀態(tài) 在電路設(shè)計時使接觸器KM2先得電 使得電磁鐵線圈YA先通電松開制動閘后 電動機才能接通電源 通電電磁抱閘制動控制則是在平時制動閘總是在松開的狀態(tài) 通電后才抱閘 例如象機床等需要經(jīng)常調(diào)整加工件位置的設(shè)備 往往采用 2 電磁離合器制動電磁離合器制動是采用電磁離合器來實現(xiàn)制動的 電磁離合器體積小 傳遞轉(zhuǎn)矩大 制動方式比較平穩(wěn)且迅速 并可以安裝在機床等的機械設(shè)備內(nèi)部 二 反接制動控制線路1 線路設(shè)計思想反接制動是一種電氣制動方法 通過改變電動機電源電壓相序使電動機制動 由于電源相序改變 定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場方向也與原方向相反 而轉(zhuǎn)子仍按原方向慣性旋轉(zhuǎn) 于是在轉(zhuǎn)子電路中產(chǎn)生相反的感應(yīng)電流 轉(zhuǎn)子要受到一個與原轉(zhuǎn)動方向相反的力矩的作用 從而使電動機轉(zhuǎn)速迅速下降 實現(xiàn)制動 在反接制動時 轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場的相對速度接近于2倍同步轉(zhuǎn)速 所以定子繞組中的反接制動電流相當(dāng)于全電壓直接起動時電流的2倍 為避免對電動機及機械傳動系統(tǒng)的過大沖擊 一般在10kw以上電動機的定子電路中串接對稱電阻或不對稱電阻 以限制制動轉(zhuǎn)矩和制動電流 這個電阻稱為反接制動電阻 如圖2 18 a b 所示為定子電路中串接對稱電阻或不對稱電阻 圖2 18 a 定子電路中串接對稱電阻 b 定子電路中串接不對稱電阻 2 典型線路介紹反接制動的關(guān)健是采用按轉(zhuǎn)速原則進行制動控制 因為當(dāng)電動機轉(zhuǎn)速接近零時 必須自動地將電源切斷 否則電動機會反向起動 因此 采用速度繼電器來檢測電動機的轉(zhuǎn)速變化 當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到接近零時 100r min 由速度繼電器自動切斷電源 反接制動控制線路分為單向反接制動控制線路和可逆反接制動控制線路 1 單向反接制動的控制線路單向反接制動的控制線路如圖2 19所示 其中KS為速度繼電器 圖2 19單向反接制動線路圖 2 2 可逆反接制動控制線路電動機可逆運行的反接制動控制線路如圖2 20所示 由于速度繼電器的觸點具有方向性 所以電動機的正向和反向制動分別由速度繼電器的兩對常開觸點KS Z KS F來控制 該線路在電動機正反轉(zhuǎn)起動和反接制動時在定子電路中都串接電阻 限流電阻R起到了在反接制動時限制制動電流 在起動時限制起動電流的雙重限流作用 操作方便 具有觸點 按鈕雙重聯(lián)鎖 運行安全 可靠 是一個較完善的控制線路 圖2 20電動機可逆運行的反接制動控制線路 三 能耗制動控制線路1 線路設(shè)計思想能耗制動是一種應(yīng)用廣泛的電氣制動方法 當(dāng)電動機脫離三相交流電源以后 立即將直流電源接入定子的兩相繞組 繞組中流過直流電流 產(chǎn)生了一個靜止不動的直流磁場 此時電動機的轉(zhuǎn)子切割直流磁通 產(chǎn)生感生電流 在靜止磁場和感生電流相互作用下 產(chǎn)生一個阻礙轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的制動力矩 因此電動機轉(zhuǎn)速迅速下降 從而達到制動的目的 當(dāng)轉(zhuǎn)速降至零時 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與磁場之間無相對運動 感生電流消失 電動機停轉(zhuǎn) 再將直流電源切除 制動結(jié)束 2 典型線路介紹能耗制動可以采用時間繼電器與速度繼電器兩種控制形式 圖2 21為按時間原則控制的單向能耗制動控制線路 線路原理 按起動按鈕SB2 接觸器KM1得電投入工作 使電動機正常運行 KM1與KM2互鎖 接觸器KM2和時間繼電器KT不得電 按下停止按鈕SB1 KM1線圈失電 主觸點斷開 電動機脫離三相交流電源 KM1輔助觸點閉合 KM2與KT線圈相繼得電 KM2主觸點閉合 將經(jīng)過整流后的直流電壓接至電機兩相定子繞組上開始能耗制動 圖2 21按時間原則的單向能耗制動控制線路 當(dāng)轉(zhuǎn)子速度接近零時 時間繼電器KT的常閉觸點延時斷開 使接觸器KM2線圈和KT線圈相繼失電 切斷能耗制動的直流電流 切斷電源制動結(jié)束 從能量角度看 能耗制動是把電動機轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)所儲存的動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?且又消耗在電動機轉(zhuǎn)子的制動上 與反接制動相比 能量損耗少 制動停車準(zhǔn)確 所以 能耗制動適用于電動容量大 要求制動平穩(wěn)和起動頻繁的場合 但制動速度較反接制動慢一些 能耗制動需要整流電路 不過 隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展 半導(dǎo)體整流器件的大量使用 直流電源已成為不難解決的問題了 2 5電動機的可逆運行 電動機的可逆運行就是正反轉(zhuǎn)控制 在生產(chǎn)實際中 往往要求控制線路能對電動機進行正 反轉(zhuǎn)的控制 例如 機床主軸的正反轉(zhuǎn) 工作臺的前進與后退 起重機起吊重物的上升與下放 以及電梯的升降等 由三相異步電動機轉(zhuǎn)動原理可知 若要電動機逆向運行 只需將接于電動機定子的三相電源線中的任意兩相對調(diào)一下即可 與反接制動的原理相同 電動機可逆運行控制線路 實質(zhì)上是兩個方向相反的單向運行電路的組合 并且在這兩個方向相反的單向運行電路中加設(shè)必要的聯(lián)鎖 一 電動機可逆運行的手動控制根據(jù)電動機可逆運行操作順序的不同 有 正 停 反 手動控制電路與 正 反 停 手動控制電路 1 正 停 反 手動控制電路 正 停 反 控制電路是指電動機正向運轉(zhuǎn)后要反向運轉(zhuǎn) 必須先停下來再反向 圖2 22為電動機 正 停 反 手動控制線路 KM2為正轉(zhuǎn)接觸器 KM3為反轉(zhuǎn)接觸器 圖2 22 正 停 反 手動控制線路 線路工作原理為 按下正向起動按鈕SB2 接觸器KM2得電吸合 其常開主觸點將電動機定子繞組接通電源 相序為U V W 電動機正向起動運行 按停止按鈕SB1 KM2失電釋放 電動機停轉(zhuǎn) 按反向起動按鈕SB3 KM3線圈得電主觸點吸合 其常開觸點將相序為W V U的電源接至電動機 電動機反向起動運行 再按停止按鈕SB1 電動機停轉(zhuǎn) 由于采用了KM2 KM3的常閉輔助觸點串入對方的接觸器線圈電路中 形成互鎖 因此 當(dāng)電動機正轉(zhuǎn)時 即使誤按反轉(zhuǎn)按鈕SB3 反向接觸器KM3也不會得電 要電動機反轉(zhuǎn) 必須先按停止按鈕 再按反向按鈕 2 正 反 停 手動控制電路在實際生產(chǎn)過程中 為了提高勞動生產(chǎn)率 常要求電動機能夠直接實現(xiàn)正 反向轉(zhuǎn)換 利用復(fù)合按鈕可構(gòu)成 正 反 停 控制線路 如圖2 23所示 線路工作原理為 若需電動機反轉(zhuǎn) 不必按停止按鈕SB1 直接按下反轉(zhuǎn)按鈕SB3 使KM2線圈失電觸點釋放 KM3線圈得電觸點吸合 電動機先脫離電源 停止正轉(zhuǎn) 然后又反向起動運行 反之亦然 圖2 23 正 反 停 手動控制線路 二 電動機可逆運行的自動控制自動控制的電動機可逆運行電路 可按行程控制原則來設(shè)計 按行程控制原則又稱為位置控制 就是利用行程開關(guān)來檢測往返運動位置 發(fā)出控制信號來控制電動機的正反轉(zhuǎn) 使機件往復(fù)運動 圖2 24 a 為工作臺自動循環(huán)的原理圖 行程開關(guān)SQ1和SQ2安裝在指定位置 工作臺下面的擋鐵壓到行程開關(guān)SQ1就向左移動 壓到行程開關(guān)SQ2就向右移動 圖2 24 b 為工作臺自動循環(huán)的控制線路 圖2 24 a 工作臺自動循環(huán)原理圖 圖2 24 b 工作臺自動循環(huán)的控制線路 在控制電路中 行程開關(guān)SQ3 SQ4為極限位置保護 是為了防止SQ1 SQ2可能失效引起事故而設(shè)的 SQ4和SQ3分別安裝在電動機正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時運動部件的行程極限位置 如果SQ2失靈 運動部件繼續(xù)前行壓下SQ4后 KMl失電而使電動機停止 這種限位保護的行程開關(guān)在位置控制電路中必須設(shè)置 2 6三相異步電動機調(diào)速控制 異步電動機調(diào)速常用來改善機床的調(diào)速性能和簡化機械變速裝置 根據(jù)異步電動機轉(zhuǎn)速公式 2 2 式中 s 為轉(zhuǎn)差率 f 為電源頻率 P 為定子極對數(shù) 由上式可知 三相異步電動機的調(diào)速可通過改變定子電壓頻率f 定子極對數(shù)P和轉(zhuǎn)差率s來實現(xiàn) 具體歸納為變頻調(diào)速 變極調(diào)速 調(diào)壓調(diào)速 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 串級調(diào)速和電磁調(diào)速等調(diào)速方法 1 變極調(diào)速通常變更繞組極對數(shù)的調(diào)速方法簡稱為變極調(diào)速 變極調(diào)速是通過改變電動機定子繞組的外部接線來改變電動機的極對數(shù) 鼠籠式異步電動機轉(zhuǎn)子繞組本身沒有固定的級數(shù) 改變鼠籠式異步電動機定子繞組的極數(shù)以后 轉(zhuǎn)子繞組的級數(shù)能夠隨之變化 繞線式異步電動機的定子繞組極數(shù)改變以后 它的轉(zhuǎn)子繞組必須重新組合 往往無法實現(xiàn) 所以 變更繞組極對數(shù)的調(diào)速方法一般僅適用于鼠籠式異步電動機 鼠籠式異步電動機常用的變極調(diào)速方法有兩種 1 一種是改變定子繞組的接法 即變更定子繞組每相的電流方向 2 另一種是在定子上設(shè)置具有不同極對數(shù)的兩套互相獨立的繞組 又使每套繞組具有變更電流方向的能力 變極調(diào)速是有級調(diào)速 速度變換是階躍式的 用變極調(diào)速方式構(gòu)成的多速電動機一般有雙速 三速 四速之分 這種調(diào)速方法簡單 可靠 成本低 因此在有級調(diào)速能夠滿足要求的機械設(shè)備中 廣泛采用多速異步電動機作為主拖動電機如鏜床 銑床等 1 雙速電動機 雙速電動機 YY調(diào)速控制線路雙速電動機 YY接法的三相定子繞組接線示意圖如圖2 25所示 應(yīng)當(dāng)強調(diào)指出 當(dāng)把電動機定子繞組的 接線變更為YY接線時 接線的電源相序必須反相 從而保證電動機由低速變?yōu)楦咚贂r旋轉(zhuǎn)方向一致 YY接線屬于恒功率調(diào)速 圖2 26為雙速電動機 YY調(diào)速控制線路 圖2 25雙速電動機 YY三相定子繞組接線圖 圖2 26雙速電動機調(diào)速控制線路 這種先低速起動 經(jīng)一定延時后自動切換到高速運行的控制 目的是限制起動電流 雙速電動機Y YY接法的接線變換雙速電動機Y YY接法的接線變換如圖2 27 電機極數(shù)四極 二極變換 對應(yīng)電動機的低速和高速 它屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 圖2 27雙速電動機Y YY三相定子繞組接線圖 2 三速異步電動機一般三速電動機的定子繞組具有兩套繞組 其中一套繞組可連接成 YY 另一套繞組連接成Y 如圖2 28 a 所示 假設(shè)將D1 D2 D3接電源時 電動機具有8個極 將D4 D5 D6接電源而D1 D2 D3互相短接時 電動機具有4個極 若再將D7 D8 D9接線端接電源時 電動機為6個極 故將不同的端頭接向電源 電動機便有8 6 4三種級別磁極的轉(zhuǎn)速 對應(yīng)的轉(zhuǎn)速由低速變?yōu)楦咚?當(dāng)只有單獨一套繞組工作時 D7 D8 D9接電源 由于另一套 YY接法的繞組置身于旋轉(zhuǎn)磁場中 在其 接線的線圈中肯定要流過環(huán)流電流 為避免環(huán)流產(chǎn)生 一般設(shè)法將繞組接成開口的三角形 如圖2 28 b 所示 圖2 28 a 三速電動機的雙定子繞組三速變換 圖2 28 b 三速電動機的 定子繞組不接電源時為防止環(huán)流 應(yīng)將繞組接成開口的三角形 2 變頻調(diào)速由式 2 2 可見 變頻調(diào)速就是改變異步電動機的供電頻率f 利用電動機的同步轉(zhuǎn)速隨頻率變化的特性進行調(diào)速 在交流異步電動機的諸多調(diào)速方法中 變頻調(diào)速的性能最好 調(diào)速范圍大 穩(wěn)定性好 運行效率高 采用通用變頻器對鼠籠式異步電動機進行調(diào)速控制 由于使用方便 可靠性高并且經(jīng)濟效益顯著 所以逐步得到推廣應(yīng)用 3 變轉(zhuǎn)差率S調(diào)速變轉(zhuǎn)差率調(diào)速包括調(diào)壓調(diào)速 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 串級調(diào)速和電磁調(diào)速等調(diào)速方法 在電力拖動控制系統(tǒng)已作介紹 調(diào)壓調(diào)速是異步電機調(diào)速系統(tǒng)中比較簡便的一種 就是改變定子外加電壓來改變電機在一定輸出轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速 調(diào)壓調(diào)速目前主要通過調(diào)整晶閘管的觸發(fā)角來改變異步電動機端電壓進行調(diào)速 這種調(diào)速方式僅用于小容量電動機 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速是在繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子外電路上接可變電阻 通過對可變電阻的調(diào)節(jié)來改變電動機機械特性斜率實現(xiàn)調(diào)速 電機轉(zhuǎn)速可以有級調(diào)速 也可以無級調(diào)速 其結(jié)構(gòu)簡單 價格便宜 但轉(zhuǎn)差功率損耗在電阻上 效率隨轉(zhuǎn)差率增加等比下降 故這種方法目前一般不被采用 電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速是在鼠籠式異步電動機和負載之間串接電磁轉(zhuǎn)差離合器 電磁耦合器 通過調(diào)節(jié)電磁轉(zhuǎn)差離合器的勵磁來改變轉(zhuǎn)差率進行調(diào)速 這種調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)適用于調(diào)速性能要求不高的小容量傳動控制場合 串級調(diào)速就是在繞線式異步電動機的轉(zhuǎn)子側(cè)引入控制變量如附加電動勢來改變電動機的轉(zhuǎn)速進行調(diào)速 基本原理是在繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子側(cè)通過二極管或晶閘管整流橋 將轉(zhuǎn)差頻率交流電變?yōu)橹绷麟?再經(jīng)可控逆變器獲得可調(diào)的直流電壓作為調(diào)速所需的附加直流電動勢 將轉(zhuǎn)差功率變換為機械能加以利用或使其反饋回電源而進行調(diào)速 2 7電氣控制線路中的保護主令電器 電氣控制系統(tǒng)對國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活的影響都很大 為了提高電氣控制系統(tǒng)運行的可靠和安全性 在電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計與運行中 都必須考慮到系統(tǒng)有發(fā)生故障和不正常工作情況的可能性 電氣系統(tǒng)故障可能引起下列嚴(yán)重后果 1 短路電流通過短路點燃起電弧 使電氣設(shè)備燒壞甚至燒毀 嚴(yán)重時會引發(fā)火災(zāi) 2 短路電流通過故障設(shè)備和非故障設(shè)備時 產(chǎn)生熱和電動力的作用 致使其絕緣遭到損壞或縮短使用壽命 3 造成電網(wǎng)電壓下降 波及其它用戶和設(shè)備 使正常工作和生產(chǎn)遭到破壞甚至使事故擴大 造成整個配電系統(tǒng)癱瘓 4 最常見的不正常工作情況是過負荷 長時間過負荷會使載流設(shè)備和絕緣的溫度升高 而使絕緣加速老化或設(shè)備遭受損壞 甚至引起故障 電氣控制線路在事故情況下 應(yīng)能保證操作人員 電氣設(shè)備 生產(chǎn)機械的安全 并能有效地制止事故的擴大 為此 在電氣控制電路中應(yīng)采取一定的保護措施 以避免因誤操作而發(fā)生事故 完善的保護環(huán)節(jié)包括過載 短路 過流 過壓 失壓等保護環(huán)節(jié) 有時還應(yīng)設(shè)有合閘 斷開 事故 安全等必須的指示信息 下面從電氣設(shè)備角度討論電氣故障的類型以及相應(yīng)的保護 一 電流型保護電氣元件在正常工作中 通過的電流一般在額定電流以內(nèi) 短時間內(nèi) 只要溫升允許 超過額定電流也是可以的 這就是各種電氣設(shè)備或電氣元件根據(jù)其絕緣情況條件的不同 具有不同的過載能力的原因 電氣元件由于電流過大引起損壞的根本原因是溫升超過絕緣材料的承受能力 電流型保護的基本原理是 將保護電器檢測的信號 經(jīng)過變換或放大后去控制被保護對象 當(dāng)電流達到整定值時保護電器動作 電流型保護主要有過流 過載 短路和斷相幾種 如圖2 29所示 圖2 29控制電路的欠壓 過流 過載 短路保護 1 短路保護絕緣損壞 負載短接 接線錯誤等故障 都可能產(chǎn)生短路現(xiàn)象而使電氣設(shè)備損壞 短路保護的常用方法是采用熔斷器FU 短路的瞬時故障電流可達到額定電流的幾倍到幾十倍 短路保護要求具有瞬動特性 即要求在很短時間內(nèi)切斷電源 如圖2 29電路中的FUl 在對主電路采用三相四線制或?qū)ψ儔浩鞑捎弥悬c接地的三相三線制的供電電路中 必須采用三相短路保護 FU2是當(dāng)主電機容