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(dòng)機(jī)的啟動(dòng)控制2 4三相異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)控制2 5電動(dòng)機(jī)的可逆運(yùn)行2 6三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制2 7電氣控制線路中的保護(hù)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(jī) 繼電器 接觸器等電氣元件按一定的要求和方法連接起來(lái) 并能實(shí)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(lái)表達(dá) 各種電氣元件用不同的圖形符號(hào)表示 并用不同的文字符號(hào)來(lái)說(shuō)明其所代表電氣元件的名稱 用途 主要特征及編號(hào)等 控制線路圖必須清楚地表達(dá)生產(chǎn)設(shè)備電氣控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 原理等設(shè)計(jì)意圖 并且以便于進(jìn)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(jiǎn)明易懂的原則 采用統(tǒng)一規(guī)定的圖形符號(hào) 文字符號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)畫(huà)法來(lái)進(jìn)行繪制 一 電氣控制線路圖和常用符號(hào)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(hào)和文字符號(hào)在繪制電氣線路圖時(shí) 電氣元件的圖形符號(hào)和文字符號(hào)必須符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定 所用圖形符號(hào)符合GB4728 電氣圖用圖形符號(hào) 有關(guān)規(guī)定 表2 2為電氣設(shè)備常用文字符號(hào)和中英文名稱表 所用文字符號(hào)符合GB7159 87 電氣技術(shù)中的文字符號(hào)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(gè)部分 主電路是電氣控制線路中強(qiáng)電流通過(guò)的部分 是由電機(jī)以及與它相連接的電氣元件如組合開(kāi)關(guān) 接觸器的主觸點(diǎn) 熱繼電器的熱元件 熔斷器等組成的線路 輔助電路中通過(guò)的電流較小 包括控制電路 照明電路 信號(hào)電路及保護(hù)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(diǎn)等組成 電氣原理圖能夠清楚地表明電路的功能 對(duì)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(jiǎn)單清晰的原則 原理圖采用電氣元件展開(kāi)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(jī) 電器等元件都應(yīng)采用國(guó)家統(tǒng)一規(guī)定的圖形符號(hào)和文字符號(hào)來(lái)表示 2 主電路用粗實(shí)線繪制在圖的左側(cè)或上方 輔助電路用細(xì)實(shí)線繪制在圖的右側(cè)或下方 3 無(wú)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(dòng)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(diǎn) 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(hào)來(lái)標(biāo)明 對(duì)于同類電器 必須在名稱后或下標(biāo)加上數(shù)字序號(hào)以區(qū)別 如KM1 KM2等 5 所有電器的可動(dòng)部分均以自然狀態(tài)畫(huà)出 所謂自然狀態(tài)是指各種電器在沒(méi)有通電和沒(méi)有外力作用時(shí)的狀態(tài) 對(duì)于接觸器 電磁式繼電器等是指其線圈未加電壓 觸點(diǎn)未動(dòng)作 控制器按手柄處于零位時(shí)的狀態(tài)畫(huà) 按鈕 行程開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)按不受外力作用時(shí)的狀態(tài)畫(huà) 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(shí) 在導(dǎo)線的交點(diǎn)處畫(huà)一個(gè)實(shí)心圓點(diǎn) 根據(jù)圖面布置的需要 可以將圖形符號(hào)旋轉(zhuǎn)90o 180o或45o繪制 一般來(lái)說(shuō) 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(diǎn)安排要合理 并保證電氣控制線路運(yùn)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(hào)一般寫(xiě)在圖的下部 圖的上方設(shè)有用途欄 用文字注明該欄對(duì)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(chē)床電氣原理圖 在圖2 1中圖面劃分為18個(gè)圖區(qū) 圖2 1CM6132普通車(chē)床電氣原理圖 三 電氣安裝圖電氣安裝圖是用來(lái)表示電氣控制系統(tǒng)中各電氣元件的實(shí)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(xì)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(hào)應(yīng)與有關(guān)電路圖對(duì)應(yīng)的元器件代號(hào)相同 2 電氣互連圖電氣互連圖是用來(lái)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(duì)位置及它們之間的電氣連接 是實(shí)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(guò)程的工作步驟依次讀圖 查線讀圖法按照以下步驟進(jìn)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(jī)械的工藝情況 充分了解生產(chǎn)機(jī)械要完成哪些動(dòng)作 這些動(dòng)作之間又有什么聯(lián)系 然后進(jìn)一步明確生產(chǎn)機(jī)械的動(dòng)作與執(zhí)行電器的關(guān)系 必要時(shí)可以畫(huà)出簡(jiǎn)單的工藝流程圖 給分析電氣線路提供方便 例如 車(chē)床主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 要求油泵先給齒輪箱供油潤(rùn)滑 即應(yīng)保證在潤(rùn)滑泵電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后才允許主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng) 對(duì)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(dòng)電動(dòng)機(jī)M1與潤(rùn)滑油泵電機(jī)M2的聯(lián)鎖控制線路圖 其中潤(rùn)滑泵電動(dòng)機(jī)是拖動(dòng)油泵供油的 2 分析主電路在分析電氣線路時(shí) 一般應(yīng)先從電動(dòng)機(jī)著手 根據(jù)主電路中有哪些控制元件的主觸點(diǎn) 電阻等大致判斷電動(dòng)機(jī)是否有正反轉(zhuǎn)控制 制動(dòng)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(qiáng) 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(hào) 表示電器受外界激勵(lì)信號(hào)而動(dòng)作 表示外界信號(hào)撤消 電器恢復(fù)初始位置 表示電器間動(dòng)作順序 或因果關(guān)系 表示電器延時(shí)動(dòng)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(dòng)機(jī)回路 看 有哪些控制元件的主觸點(diǎn)和附加元件 根據(jù)其組合規(guī)律大致可知電路 電動(dòng)機(jī) 的工作情況 2 分析控制電路 由主電路的控制元件主觸點(diǎn)文字符號(hào) 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(lái)進(jìn)行分析 從按動(dòng)操作按鈕開(kāi)始閱讀線路 分析電路的動(dòng)作 看執(zhí)行元件 主觸點(diǎn) 將如何動(dòng)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(cè)定 照明和故障報(bào)警等部分 4 分析連鎖與保護(hù)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(duì)獨(dú)立的某些特殊環(huán)節(jié) 如產(chǎn)品計(jì)數(shù)裝置 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng) 晶閘管觸發(fā)電路 自動(dòng)調(diào)溫裝置等 6 總體檢查 從整體角度進(jìn)一步檢查和理解各控制環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系 以達(dá)到清楚的理解原理圖中每一個(gè)電氣元器件的作用 工作過(guò)程及主要參數(shù) 例 電動(dòng)機(jī)單向起?？刂凭€路 1 起動(dòng) SB2 KM 自鎖 M 2 停止 SB1 KM M 圖2 2車(chē)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(dòng)電動(dòng)機(jī)M1電路主要由接觸器KM2的主觸點(diǎn)和熱繼電器FR1組成 從圖中可以斷定 主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)M1采用全壓直接起動(dòng)方式 熱繼電器FR1作電動(dòng)機(jī)M1的過(guò)載保護(hù) 由熔斷器FU作短路保護(hù) 油泵電動(dòng)機(jī)M2電路由接觸器KM1的主觸點(diǎn)和熱繼電器FR2組成 該電動(dòng)機(jī)也是采用直接起動(dòng)方式 并由熱繼電器FR2作其過(guò)載保護(hù) 由熔斷器FU作其短路保護(hù) 3 分析控制電路通常對(duì)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(duì)應(yīng)的幾個(gè)基本環(huán)節(jié) 一個(gè)環(huán)節(jié)一個(gè)環(huán)節(jié)地分析 然后把各環(huán)節(jié)串起來(lái) 首先 記住各信號(hào)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(dòng)了操作按鈕 線路中有哪些元件受控動(dòng)作 這些動(dòng)作元件的觸點(diǎn)又是如何控制其他元件動(dòng)作的 進(jìn)而查看受驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行元件有何運(yùn)動(dòng) 再繼續(xù)追查執(zhí)行元件帶動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí) 會(huì)使哪些信號(hào)元件狀態(tài)發(fā)生變化 然后再查對(duì)線路信號(hào)元件狀態(tài)變化時(shí)執(zhí)行元件如何動(dòng)作 在讀圖過(guò)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(dòng)機(jī)M1和M2兩個(gè)部分 其控制電路也可相應(yīng)地分解成兩個(gè)基本環(huán)節(jié) 其中 停止按鈕SB1和啟動(dòng)按鈕SB2 熱繼電器觸點(diǎn)FR2 接觸器KM1構(gòu)成直接啟動(dòng)電路 不考慮接觸器KM1的常開(kāi)觸點(diǎn) 接觸器KM2 熱繼電器觸點(diǎn)FR1 按鈕SB3和SB4也構(gòu)成電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)電路 這兩個(gè)基本環(huán)節(jié)分別控制電動(dòng)機(jī)M2和M1 其控制過(guò)程如下 合上刀閘開(kāi)關(guān)QS 按啟動(dòng)按鈕SB2 接觸器KM1吸引線圈得電 其主觸點(diǎn)KM1閉合 油泵電動(dòng)機(jī)M2啟動(dòng) 同時(shí) KM1的一個(gè)輔助觸點(diǎn)對(duì)啟動(dòng)按鈕SB2自鎖閉合 使電動(dòng)機(jī)M2正常運(yùn)轉(zhuǎn) 另一個(gè)串在KM2線圈電路中的輔助觸點(diǎn)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(diǎn)斷開(kāi) 油泵電動(dòng)機(jī)M2失電停轉(zhuǎn) 同理 可以分析主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)M1的起停控制線路 工藝上要求M1必須在油泵電動(dòng)機(jī)M2正常運(yùn)行后才能啟動(dòng)工作 因此 應(yīng)將油泵電動(dòng)機(jī)接觸器KM1的一個(gè)常開(kāi)輔助觸點(diǎn)串入主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)接觸器KM2的線圈電路中 以實(shí)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(dòng)機(jī)M2啟動(dòng)后主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)M1才能啟動(dòng) 查線讀圖法的優(yōu)點(diǎn)是直觀性強(qiáng) 容易掌握 因而得到廣泛采用 其缺點(diǎn)是分析復(fù)雜線路時(shí)容易出錯(cuò) 敘述也較長(zhǎng) 1 起動(dòng) SB2 KM1 自鎖 M2 2 起動(dòng) 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(kāi)關(guān)等電器元件一般只有兩個(gè)工作狀態(tài) 因而可采用邏輯代數(shù)描述 分析 設(shè)計(jì)電氣控制電路 在邏輯代數(shù)中 把兩個(gè)對(duì)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(kāi)關(guān)的閉合或斷開(kāi) 行程開(kāi)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(yǔ)言表達(dá)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(kāi)關(guān)量構(gòu)成時(shí) 電路狀態(tài)與邏輯函數(shù)式之間存在對(duì)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(lái) 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(kāi)關(guān)KA KM SQ 的常開(kāi) 動(dòng)合 觸頭 用邏輯反變量 分別表示繼電器 接觸器 行程開(kāi)關(guān)的常閉 動(dòng)斷 觸頭 2 電路中開(kāi)關(guān)元件受激狀態(tài) 如繼電器線圈得電 行程開(kāi)關(guān)受壓狀態(tài) 為 1 狀態(tài) 開(kāi)關(guān)元件的原始狀態(tài) 如繼電器線圈失電 行程開(kāi)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(kāi)狀態(tài)為 0 狀態(tài) 1 對(duì)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(duì)于輸入變量狀態(tài)KA 1繼電器常開(kāi)觸頭處于吸合狀態(tài)KA 0繼電器常開(kāi)觸頭處于斷開(kāi)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(kāi)狀態(tài) SB 0按鈕常開(kāi)觸頭處于斷開(kāi)狀態(tài)SB 1按鈕常開(kāi)觸頭處于閉合狀態(tài) 0按鈕常閉觸頭處于斷開(kāi)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(dá)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(dòng)機(jī)單向起?？刂凭€路及其邏輯代數(shù)表達(dá)式 SB2 KM f M QS FU2 KM f KM SB1 FR 電動(dòng)機(jī)單向起停控制線路及其邏輯代數(shù)表達(dá)式 SB2 KM f M FU KM f KM SB1 FR M3 分析 f KM SB1 SB2 KM 因?yàn)?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(jiǎn)的邏輯法1 用邏輯函數(shù)表達(dá)的電路可按邏輯代數(shù)的基本定律和運(yùn)算法則進(jìn)行化簡(jiǎn) 化簡(jiǎn)的基本公式 化簡(jiǎn)前后電路等效 功能相同 實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)使用簡(jiǎn)化電路以節(jié)省觸點(diǎn) 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(guò)卡諾圖化簡(jiǎn) 3 特點(diǎn) 1 邏輯代數(shù)分析法是通過(guò)對(duì)電路邏輯表達(dá)式運(yùn)算來(lái)分析電路工作情況的 其關(guān)鍵是正確寫(xiě)出電路的邏輯表達(dá)式 2 邏輯表達(dá)式給出了執(zhí)行機(jī)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(dá)式中一目了然 3 通過(guò)對(duì)邏輯函數(shù)的具體運(yùn)算 電路的控制功能一般不會(huì)遺漏或看錯(cuò) 4 實(shí)際應(yīng)用中 應(yīng)將所有的繼電器 接觸器線圈的邏輯表達(dá)式一起寫(xiě)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(diǎn)是對(duì)于復(fù)雜的電氣線路 其邏輯表達(dá)式很繁瑣 冗長(zhǎng) 三 過(guò)程圖示法 狀態(tài)圖示法 電氣控制線路對(duì)機(jī)械設(shè)備的控制過(guò)程 實(shí)際是指機(jī)械設(shè)備完成動(dòng)作的各種程序 也就是各種動(dòng)作對(duì)時(shí)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(jiǎn)稱縱軸為 狀態(tài)坐標(biāo)軸 2 以橫坐標(biāo)表示控制作用時(shí)間 即可表示控制過(guò)程的全部程序 簡(jiǎn)稱橫軸為 時(shí)間坐標(biāo)軸 或 程序作標(biāo)軸 3 對(duì)每一電器建立一直角坐標(biāo)系 有了坐標(biāo)就可以畫(huà)出各種電器動(dòng)作狀態(tài)對(duì)時(shí)間的關(guān)系 也就畫(huà)出了一幅繼電接觸線路控制過(guò)程圖 4 狀態(tài)圖的畫(huà)法是 用查線讀圖法分析線路 一邊讀圖 一邊畫(huà) 依次將控制電器的工作狀態(tài)畫(huà)出 即控制過(guò)程圖也就畫(huà)出來(lái)了 5 特點(diǎn) 用圖形表達(dá)直觀性和邏輯性強(qiáng) 這種分析方法就叫做過(guò)程圖示法 以電動(dòng)機(jī)單向起?？刂凭€路為例 按下SB2起動(dòng) SB2狀態(tài)表示 1 接觸器KM吸合 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)運(yùn)行 畫(huà)出控制過(guò)程圖如下 按下SB1停止 SB1狀態(tài)表示 0 電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)起 停 保護(hù)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(dòng)機(jī)和由其拖動(dòng)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)為控制對(duì)象 通過(guò)由接觸器 熔斷器 熱繼電器和按鈕等所組成的控制裝置對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制 如圖2 4所示 該線路能實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng) 停止的自動(dòng)控制 并具有必要的保護(hù) 一 啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)和自鎖環(huán)節(jié) 圖2 4簡(jiǎn)單的起 停 保護(hù)控制線路 一 線路的工作原理1 起動(dòng)合上QS刀開(kāi)關(guān) 準(zhǔn)備狀態(tài) 按下起動(dòng)按鈕SB2 交流接觸器KM線圈得電 KM主觸頭閉合 電動(dòng)機(jī)得電起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn) 同時(shí) 與SB2并聯(lián)的KM常開(kāi)觸頭閉合 自鎖 手松開(kāi)SB2復(fù)位時(shí) KM線圈由于自鎖繼續(xù)得電 電機(jī)繼續(xù)運(yùn)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(hào)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(kāi) 切斷電源 電機(jī)停轉(zhuǎn) 手松開(kāi) SB1復(fù)位閉合時(shí) KM線圈由于其自鎖觸頭已經(jīng)斷開(kāi)而不能繼續(xù)通電 符號(hào)表示 SB1 KM M 電動(dòng)機(jī)單向起停控制線路邏輯代數(shù)表達(dá)式 SB2 KM f M FU KM f KM SB1 FR M3 分析 f KM SB2 KM 1 當(dāng)SB2 1因?yàn)?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(hù)1 短路保護(hù)熔斷器FU起短路保護(hù)作用 熔斷器FU不能起過(guò)載保護(hù)作用 為保證電動(dòng)機(jī)正常起動(dòng) 熔斷器的額定電流根據(jù)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流大小選擇 2 過(guò)載保護(hù)熱繼電器具有過(guò)載保護(hù)作用 熱繼電器的熱慣性比較大 即使熱元件流過(guò)幾倍的額定電流 熱繼電器也不會(huì)立即動(dòng)作 因此在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間不太長(zhǎng)的時(shí)間下 熱繼電器是經(jīng)得起電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流的沖擊而不動(dòng)作的 只有在電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載下FR才動(dòng)作 斷開(kāi)控制電路到 使接觸器線圈斷電釋放 其主觸頭斷開(kāi)主電路 電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn) 實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù) 3 欠壓保護(hù)和失壓保護(hù)依靠接觸器自身的電磁機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)欠壓保護(hù)和失壓保護(hù) 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(shí) 接觸器的電磁吸力就不夠了 其銜鐵自行釋放 常開(kāi)觸頭斷開(kāi)主電路 電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn) 常開(kāi)輔助觸頭斷開(kāi)自鎖 當(dāng)電源電壓恢復(fù)正常時(shí) 接觸器線圈也不能自行通電 必須重新按下起動(dòng)按鈕SB2后 電動(dòng)機(jī)才能重新啟動(dòng) 三 詳細(xì)分析1 啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)按起動(dòng)按鈕SB2 接觸器KM的吸引線圈得電 主觸點(diǎn)KM閉合 電動(dòng)機(jī)起動(dòng) 同時(shí) KM輔助常開(kāi)觸點(diǎn)閉合 當(dāng)松手?jǐn)嚅_(kāi)SB2起動(dòng)按鈕后 吸引線圈KM繼續(xù)保持通電 故電動(dòng)機(jī)不會(huì)停止 電路中接觸器KM的輔助常開(kāi)觸點(diǎn)并聯(lián)于起動(dòng)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(kāi)觸點(diǎn)與主令電器的常開(kāi)觸點(diǎn)并聯(lián)組成 這種由接觸器 繼電器 本身的觸點(diǎn)來(lái)使其線圈長(zhǎng)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(duì)命令的 記憶 功能 當(dāng)起動(dòng)命令下達(dá)后 能保持長(zhǎng)期通電 而當(dāng)停機(jī)命令或停電出現(xiàn)后不會(huì)自啟動(dòng) 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(yùn)用自鎖環(huán)節(jié) 2 停止電動(dòng)機(jī)按停止按鈕SB1 接觸器KM的吸引線圈失電 KM主觸點(diǎn)斷開(kāi) 電動(dòng)機(jī)失電停轉(zhuǎn) 同時(shí) KM輔助觸點(diǎn)斷開(kāi) 消除自鎖電路 清除 記憶 3 線路保護(hù)環(huán)節(jié)線路保護(hù)環(huán)節(jié)包括短路保護(hù) 過(guò)載保護(hù) 欠壓和零壓保護(hù)等 短路保護(hù) 短路時(shí)通過(guò)熔斷器FUl的熔體熔斷來(lái)切斷電路 使電動(dòng)機(jī)立即停轉(zhuǎn) 過(guò)載保護(hù) 通過(guò)熱繼電器FR實(shí)現(xiàn) 當(dāng)負(fù)載過(guò)載或電動(dòng)機(jī)單相運(yùn)行時(shí) FR動(dòng)作 其常閉觸點(diǎn)FR控制電路斷開(kāi) KM吸引線圈失電來(lái)切斷電動(dòng)機(jī)主電路使電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn) 欠壓保護(hù) 通過(guò)接觸器KM的自鎖觸點(diǎn)來(lái)實(shí)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(shí)電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn) 接觸器輔助常開(kāi)觸點(diǎn)KM斷開(kāi)并失去自鎖 欠壓保護(hù)可以防止電壓嚴(yán)重下降時(shí)電動(dòng)機(jī)在負(fù)載情況下的低壓運(yùn)行 避免電動(dòng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng)而造成電壓的嚴(yán)重下降 防止電源電壓恢復(fù)時(shí) 電動(dòng)機(jī)突然起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn) 造成設(shè)備和人身事故 二 互鎖控制和順序起動(dòng)互鎖控制是指生產(chǎn)機(jī)械或自動(dòng)生產(chǎn)線不同的運(yùn)動(dòng)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(jī)械加工車(chē)床的主軸起動(dòng)必須先讓油泵電機(jī)起動(dòng)使齒輪箱有充分的潤(rùn)滑油 龍門(mén)刨床的工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)不允許刀架移動(dòng)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(dòng)作后乙接觸器方能動(dòng)作 則需將甲接觸器的常開(kāi)觸點(diǎn)串聯(lián)在乙接觸器的線圈電路中 車(chē)床主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)要求油泵先起動(dòng)后主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)才允許起動(dòng) 也就是對(duì)控制線路提出了按順序工作的互鎖要求 圖 是順序啟動(dòng)控制線路 圖 a 是將油泵電機(jī)接觸器 的常開(kāi)觸點(diǎn)串入主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)接觸器KM2的線圈電路中來(lái)實(shí)現(xiàn)的 只有當(dāng)KM1先起動(dòng) KM2才能起動(dòng) 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(dòng)順序停止控制線路 b 簡(jiǎn)化電路 圖2 5 b 的接法可以省去KM1的常開(kāi)觸點(diǎn) 使線路得到簡(jiǎn)化 2 如果在互鎖控制中 需要當(dāng)KM1動(dòng)作后不允許KM2動(dòng)作 則將KMl的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)于KM2的線圈電路中 這就是 非 的關(guān)系 三 多地點(diǎn)控制線路多地點(diǎn)控制必須在每個(gè)地點(diǎn)有一組啟停按鈕 所有各組按鈕的連接原則必須是 常開(kāi)啟動(dòng)按鈕要并聯(lián) 常閉停止按鈕應(yīng)串聯(lián) 圖2 6就是實(shí)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(gè)地方 起動(dòng)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(jìn)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(gè)起動(dòng)按鈕和停止按鈕 無(wú)需增加其它電器元件 典型電路如圖起動(dòng) 常開(kāi) 按鈕應(yīng)并聯(lián) 停止 常閉 按鈕應(yīng)串聯(lián) 分別裝在幾個(gè)地方 四 步進(jìn)控制線路在一些簡(jiǎn)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(jìn)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(gè)程序的步進(jìn)控制線路 其中Q1 Q2 Q3的 得電 和 失電 表征某一程序的開(kāi)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(gè)加工過(guò)程的順序分別由信號(hào)SQ1 SQ2 SQ3來(lái)進(jìn)行控制 保證只有一個(gè)程序在工作 不至引起混亂 圖2 7順序控制3個(gè)程序的步進(jìn)控制線路 2 3三相交流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)控制 三相異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 運(yùn)行可靠 堅(jiān)固耐用 價(jià)格便宜 維修方便等一系列優(yōu)點(diǎn) 因此 在工礦企業(yè)中異步電動(dòng)機(jī)得到廣泛的應(yīng)用 三相異步電動(dòng)機(jī)的控制線路大多由接觸器 繼電器 閘刀開(kāi)關(guān) 按鈕等有觸點(diǎn)電器組合而成 通常對(duì)于三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)有全壓直接起動(dòng)方式和降壓起動(dòng)方式 一 鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)控制在變壓器容量允許的情況下 鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)該盡可能采用全壓直接起動(dòng) 即起動(dòng)時(shí)將電動(dòng)機(jī)的定子繞組直接接在交流電源上 電機(jī)在額定電壓下直接起動(dòng) 直接起動(dòng)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(zhǎng)動(dòng)控制線路三相鼠籠電動(dòng)機(jī)單方向長(zhǎng)時(shí)間轉(zhuǎn)動(dòng)控制是一種最常用 最簡(jiǎn)單的控制線路 能實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 停止的自動(dòng)控制 單向長(zhǎng)動(dòng)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(diǎn)動(dòng)控制線路生產(chǎn)機(jī)械在正常工作時(shí)需要長(zhǎng)動(dòng)控制 但在試車(chē)或進(jìn)行調(diào)整工作時(shí) 就需要點(diǎn)動(dòng)控制 點(diǎn)動(dòng)控制也叫短車(chē)控制或點(diǎn)車(chē)控制 例如橋式吊車(chē)需要經(jīng)常作調(diào)整運(yùn)動(dòng) 點(diǎn)動(dòng)控制是必不可少的 點(diǎn)動(dòng)的含義是 操作者按下起動(dòng)按鈕后 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn) 松開(kāi)按鈕時(shí) 電動(dòng)機(jī)就停止轉(zhuǎn)動(dòng) 即點(diǎn)一下 動(dòng)一下 不點(diǎn)則不動(dòng) 如圖2 8 a 是最基本的點(diǎn)動(dòng)控制線路 b 是采用中間繼電器KA實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)與長(zhǎng)動(dòng)的控制線路 圖2 8 a 點(diǎn)動(dòng)控制線路圖 b 點(diǎn)動(dòng)和長(zhǎng)動(dòng)控制線路 由圖 分析可知 點(diǎn)動(dòng)控制與長(zhǎng)動(dòng)控制的區(qū)別主要在自鎖觸點(diǎn)上 點(diǎn)動(dòng)控制電路沒(méi)有自鎖觸點(diǎn) 由點(diǎn)動(dòng)按鈕兼起停止按鈕作用 因而點(diǎn)動(dòng)控制不另設(shè)停止按鈕 與此相反 長(zhǎng)動(dòng)控制電路 必須設(shè)有自鎖觸點(diǎn) 還要另設(shè)停止按鈕 二 三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)采用全壓直接起動(dòng)時(shí) 控制線路簡(jiǎn)單 但是異步電動(dòng)機(jī)的全壓起動(dòng)電流一般可達(dá)額定電流的4 7倍 過(guò)大的起動(dòng)電流會(huì)降低電動(dòng)機(jī)壽命 使變壓器二次電壓大幅度下降 會(huì)減小電動(dòng)機(jī)本身的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 甚至使電動(dòng)機(jī)無(wú)法起動(dòng) 過(guò)大的電流還會(huì)引起電源電壓波動(dòng) 影響同一供電網(wǎng)路中其它設(shè)備的正常工作 判斷一臺(tái)電動(dòng)機(jī)能否全壓起動(dòng)的一般規(guī)定是 電動(dòng)機(jī)容量在10kW以下者 可直接起動(dòng) 10kW以上的異步電動(dòng)機(jī)是否允許直接起動(dòng) 要根據(jù)電動(dòng)機(jī)容量和電源變壓器容量的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)估計(jì) 式中 Iq 電動(dòng)機(jī)全電壓起動(dòng)電流 A Ie 電動(dòng)機(jī)額定電流 A 若計(jì)算結(jié)果滿足上述經(jīng)驗(yàn)公式 一般可以全壓起動(dòng) 否則應(yīng)考慮采用降壓起動(dòng) 有時(shí) 為了限制和減少起動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)機(jī)械設(shè)備的沖擊作用 允許全壓起動(dòng)的電動(dòng)機(jī) 也多采用降壓起動(dòng)方式 1 自耦變壓器降壓起動(dòng)控制線路自耦變壓器又稱為起動(dòng)補(bǔ)償器 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí) 定子繞組得到的電壓是自耦變壓器的二次電壓 一旦起動(dòng)完畢 自耦變壓器便被切除 電動(dòng)機(jī)進(jìn)入全電壓運(yùn)行 自耦變壓器的次級(jí)一般有3個(gè)抽頭 可得到3種數(shù)值不等的電壓 使用時(shí)可根據(jù)起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求靈活選擇 自耦變壓器降壓起動(dòng)控制線路如圖2 9所示 自耦變壓器降壓起動(dòng)的原理是 采用時(shí)間繼電器來(lái)完成自耦變壓器的降壓起動(dòng)過(guò)程的切除 由于時(shí)間繼電器的延時(shí)可以較為準(zhǔn)確的整定 當(dāng)時(shí)間繼電器延時(shí)時(shí)間到 切除自耦變壓器 結(jié)束起動(dòng)過(guò)程 這種使用時(shí)間繼電器控制線路中各電器的動(dòng)作順序 稱為時(shí)間原則控制線路 在自耦變壓器降壓起動(dòng)過(guò)程中 起動(dòng)電流與起動(dòng)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(dòng)電流 采用自耦變壓器降壓起動(dòng)比采用電阻降壓起動(dòng)產(chǎn)生較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 這種起動(dòng)方法常用于容量較大 正常運(yùn)行為Y形連接法的電動(dòng)機(jī) 其缺點(diǎn)是自耦變壓器價(jià)格較貴 結(jié)構(gòu)相對(duì)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(dòng)控制線路圖 2 Y 降壓起動(dòng)控制線路Y 降壓起動(dòng)是在起動(dòng)時(shí)將電動(dòng)機(jī)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(dòng)結(jié)束時(shí)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(dòng)機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行 凡是正常運(yùn)行時(shí)定子繞組接成三角形的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī) 均可采用這種線路 Y 降壓起動(dòng)的自動(dòng)控制線路如圖2 10所示 圖2 10Y 降壓起動(dòng)控制線路圖 三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)采用Y 降壓起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是定子繞組Y形接法時(shí) 起動(dòng)電壓為直接采用 接法時(shí)的 起動(dòng)電流為三角形接法時(shí)的1 3 因而起動(dòng)電流特性好 線路較簡(jiǎn)單 投資少 其缺點(diǎn)是起動(dòng)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(dòng)的場(chǎng)合 應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)指出 Y 連接時(shí)要注意其旋轉(zhuǎn)方向的一致性 三 繞線式異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制在大 中容量電動(dòng)機(jī)的重載起動(dòng)時(shí) 增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和限制起動(dòng)電流兩者之間的矛盾十分突出 三相繞線式電動(dòng)機(jī)的突出優(yōu)點(diǎn)是可以在轉(zhuǎn)子繞組中串接外加電阻或頻敏變阻器進(jìn)行起動(dòng) 由此達(dá)到減小起動(dòng)電流 提高轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)和增加起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的目的 一般在要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較高的場(chǎng)合 繞線式異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用非常廣泛 例如橋式起重機(jī)吊鉤電動(dòng)機(jī) 卷?yè)P(yáng)機(jī)等 轉(zhuǎn)子繞組串接電阻起動(dòng) 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(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也增大 從而具有良好的起動(dòng)特性 繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串接對(duì)稱電阻后 其人為特性如圖2 11所示 圖2 11轉(zhuǎn)子串接對(duì)稱電阻時(shí)的人為特性 1 轉(zhuǎn)子串接電阻起動(dòng)控制線路在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中 串接的起動(dòng)電阻級(jí)數(shù)愈多 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)就愈小 起動(dòng)愈平滑 起動(dòng)電阻被逐段的切除 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不斷升高 最后進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài) 設(shè)計(jì)思想 這種控制線路既可按時(shí)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(shí)間原則組成的繞線式異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制線路圖2 12為按時(shí)間原則的繞線式異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制線路 依靠時(shí)間繼電器的依次動(dòng)作短接起動(dòng)電阻 實(shí)現(xiàn)起動(dòng)控制 圖2 12按時(shí)間原則的繞線式異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制線路 2 按電流原則組成的繞線式異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制線路按電流原則起動(dòng)控制是指通過(guò)欠電流繼電器的釋放值設(shè)定進(jìn)行控制 利用電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子電流的變化來(lái)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(dòng)機(jī)起動(dòng)控制線路 圖中 KI1 KI2 KI3為電流繼電器 這3個(gè)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(dòng)機(jī)起動(dòng)控制線路 圖2 13中的中間繼電器KA是為了保證起動(dòng)時(shí)接入全部電阻而設(shè)計(jì)的 因?yàn)閯偲饎?dòng)時(shí) 若無(wú)KA 電流從零開(kāi)始 KI1 KI2 KI3都未動(dòng)作 全部電阻都被短接 電動(dòng)機(jī)處于直接起動(dòng)狀態(tài) 增加了KA 從KM線圈得電到KA的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合需要一段時(shí)間 這段動(dòng)作時(shí)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(diǎn)全部斷開(kāi) 從而保證電動(dòng)機(jī)全電阻起動(dòng) 2 轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器起動(dòng)控制線路轉(zhuǎn)子串接電阻起動(dòng)控制在繞線式異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中逐段減小電阻時(shí) 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(huì)產(chǎn)生一定的機(jī)械沖擊 而且分段級(jí)數(shù)越多時(shí)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(lái)替代起動(dòng)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(dòng)減小 所以它是繞線異步電動(dòng)機(jī)較為理想的起動(dòng)設(shè)備 常用于較大容量的繞線式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制中 如空氣壓縮機(jī)等 頻敏變阻器是一個(gè)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中 相當(dāng)于接入一個(gè)鐵損較大的電抗器 在電動(dòng)機(jī)開(kāi)始起動(dòng)時(shí) 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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高 自動(dòng)平滑地減小阻抗值 從而限制起動(dòng)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(dòng)轉(zhuǎn)矩 圖2 14為采用頻敏變阻器的起動(dòng)控制線路 可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制 自動(dòng)控制的線路工作原理為 當(dāng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA扳到 自動(dòng) 位置時(shí) 按下SB2起動(dòng)按鈕 接觸器KM1得電 電動(dòng)機(jī)串入頻敏變阻器起動(dòng) 同時(shí) 時(shí)間繼電器KT得電 時(shí)間繼電器KT經(jīng)過(guò)一段時(shí)間延時(shí) KT常開(kāi)觸點(diǎn)閉合 中間繼電器KA得電閉合實(shí)現(xiàn)自鎖 KA常開(kāi)觸點(diǎn)閉合 KM2線圈得電 KM2常開(kāi)觸點(diǎn)閉合 將頻敏變阻器短接 KM2常閉觸點(diǎn)斷開(kāi) KT失電 電動(dòng)機(jī)在額定電壓下運(yùn)行 圖2 14采用頻敏變阻器的起動(dòng)控制線路 手動(dòng)控制的線路工作原理為 當(dāng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA扳到 手動(dòng) 位置時(shí) 時(shí)間繼電器KT不起作用 利用按鈕SB3手動(dòng)控制 使中間繼電器KA和接觸器KM2動(dòng)作 從而控制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)到正常運(yùn)轉(zhuǎn) 頻敏變阻器有四個(gè)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(dòng)電流過(guò)大 起動(dòng)太快 應(yīng)增加匝數(shù) 使阻抗變大 減小起動(dòng)電流 同時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩減小 起動(dòng)過(guò)程變慢 2 起動(dòng)時(shí)力矩過(guò)大 有機(jī)械沖擊 應(yīng)增加氣隙 使起動(dòng)電流略增加 而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩略減小 從而使穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速有所提高 圖2 14采用頻敏變阻器的起動(dòng)控制線路 四 固態(tài)降壓起動(dòng)器前述的傳統(tǒng)異步電機(jī)的起動(dòng)方式的共同特點(diǎn)是控制電路簡(jiǎn)單 但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩固定不可調(diào) 起動(dòng)過(guò)程中存在較大的沖擊電流 使被拖動(dòng)負(fù)載受到較大的機(jī)械沖擊 且易受電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響 一旦出現(xiàn)電網(wǎng)電壓波動(dòng) 會(huì)造成起動(dòng)困難甚至使電機(jī)堵轉(zhuǎn) 停機(jī)時(shí)幾種起動(dòng)方法都是瞬間停電 也將會(huì)造成劇烈的電網(wǎng)電壓波動(dòng)和機(jī)械沖擊 為克服上述缺點(diǎn) 人們研制了固態(tài)降壓起動(dòng)器 固態(tài)降壓起動(dòng)器 SoftStarter 是一種集電機(jī)軟起動(dòng) 軟停車(chē) 輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置 1 固態(tài)降壓起動(dòng)器的工作原理固態(tài)降壓起動(dòng)器由電動(dòng)機(jī)的起?？刂蒲b置和軟起動(dòng)控制器組成 其核心部件是軟起動(dòng)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(chǎng)上的產(chǎn)品分為固態(tài)降壓起動(dòng)器和軟起動(dòng)控制器兩種 軟起動(dòng)控制器是利用電力電子技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)將強(qiáng)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(jī)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(jī)的輸入電壓按不同的要求而變化 從而實(shí)現(xiàn)不同的起動(dòng)功能 起動(dòng)時(shí) 使晶閘管的導(dǎo)通角從0開(kāi)始 逐漸前移 電機(jī)的端電壓從零開(kāi)始 按預(yù)設(shè)函數(shù)關(guān)系逐漸上升 直至達(dá)到滿足起動(dòng)轉(zhuǎn)矩而使電動(dòng)機(jī)順利起動(dòng) 這就是軟起動(dòng)控制器的工作原理 軟起動(dòng)控制器的主電路原理圖如圖2 15所示 軟起動(dòng)控制器一般并聯(lián)接觸器來(lái)實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)和軟停車(chē) 如圖2 15所示 在軟起動(dòng)控制器兩端并聯(lián)接觸器K 當(dāng)電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)結(jié)束后 K合上 運(yùn)行電流將通過(guò)K送至電動(dòng)機(jī) 若要求電動(dòng)機(jī)軟停車(chē) 一旦發(fā)出停車(chē)信號(hào) 先將K分?jǐn)?然后再由軟起動(dòng)器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行軟停車(chē) 該電路有如下優(yōu)點(diǎn) 在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)可以避免軟起動(dòng)器產(chǎn)生的諧波 軟起動(dòng)器僅在起動(dòng) 停車(chē)時(shí)工作 可以避免長(zhǎng)期運(yùn)行使晶閘管發(fā)熱 延長(zhǎng)了使用壽命 一旦軟起動(dòng)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(dòng)控制器的主電路原理 2 軟起動(dòng)控制器的工作特性 1 起動(dòng)特性異步電動(dòng)機(jī)在軟起動(dòng)過(guò)程中 軟起動(dòng)控制器是通過(guò)控制 角來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)定子上的平均電壓來(lái)限制起動(dòng)電流和轉(zhuǎn)矩的 隨著 角減小 起動(dòng)電流和轉(zhuǎn)矩逐漸增加 轉(zhuǎn)速也逐漸增加 一般軟起動(dòng)控制器可以通過(guò)設(shè)定得到不同的起動(dòng)特性 以滿足不同負(fù)載特性的要求 常用的起動(dòng)方法有斜坡恒流升壓起動(dòng)和脈沖階躍起動(dòng) 斜坡恒流升壓起動(dòng)是在晶閘管的移相電路中引入電機(jī)電流反饋使電機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中保持恒流 起動(dòng)平穩(wěn) 脈沖階躍起動(dòng)在起動(dòng)開(kāi)始極短時(shí)間內(nèi) 晶閘管以較大電流導(dǎo)通 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后回落 再按原設(shè)定值線性上升 進(jìn)入恒流起動(dòng)狀態(tài) 2 減速軟停控制傳統(tǒng)的控制方式都是通過(guò)瞬間停電完成的 但有許多應(yīng)用場(chǎng)合 不允許電機(jī)瞬間關(guān)機(jī) 例如 高層建筑 樓宇的水泵系統(tǒng) 如果瞬間停機(jī) 會(huì)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(jī)逐漸停機(jī) 采用軟起動(dòng)控制器能滿足這一要求 軟起動(dòng)控制可以實(shí)現(xiàn)減速軟?？刂?當(dāng)電動(dòng)機(jī)需要停機(jī)時(shí) 不是立即切斷電動(dòng)機(jī)的電源 而是通過(guò)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(dòng)機(jī)的端電壓逐漸降低而切斷電源的 這一過(guò)程時(shí)間較長(zhǎng)故稱為軟?？刂?停車(chē)的時(shí)間根據(jù)實(shí)際需要可在0 120s范圍內(nèi)調(diào)整 3 節(jié)能特性軟起動(dòng)控制器可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的高低 自動(dòng)判斷電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率 當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于空載或負(fù)載率很低時(shí) 通過(guò)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(dòng)機(jī)的功率 以達(dá)到節(jié)能的目的 4 制動(dòng)特性當(dāng)電動(dòng)機(jī)需要快速停機(jī)時(shí) 軟起動(dòng)控制器具有能耗制動(dòng)功能 能耗制動(dòng)功能即當(dāng)接到制動(dòng)命令后 軟起動(dòng)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(dòng)機(jī)定子繞組上 利用轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流與靜止磁場(chǎng)的作用達(dá)到制動(dòng)的目的 3 固態(tài)降壓起動(dòng)器的應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化程度要求比較高的場(chǎng)合 為了便于控制和應(yīng)用 往往將軟起動(dòng)控制器 斷路器和控制電路組成一個(gè)較完整的電動(dòng)機(jī)控制中心 MCC 以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng) 軟停車(chē) 故障保護(hù) 報(bào)警 自動(dòng)控制等功能 同時(shí)具有運(yùn)行和故障狀態(tài)監(jiān)視 接觸器操作次數(shù) 電機(jī)運(yùn)行時(shí)間和觸點(diǎn)彈跳監(jiān)視 試驗(yàn)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(tái)電動(dòng)機(jī)需要起動(dòng) 可以使用一臺(tái)軟起動(dòng)控制器對(duì)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行軟起動(dòng) 以節(jié)約資金投入 圖2 16一臺(tái)軟起動(dòng)器對(duì)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)起動(dòng) 停機(jī) 2 4三相異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)控制 三相異步電動(dòng)機(jī)從切斷電源到安全停止轉(zhuǎn)動(dòng) 由于慣性的關(guān)系總要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間 影響了勞動(dòng)生產(chǎn)率 在實(shí)際生產(chǎn)中 為了實(shí)現(xiàn)快速 準(zhǔn)確停車(chē) 縮短時(shí)間 提高生產(chǎn)效率 對(duì)要求停轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)強(qiáng)迫其迅速停車(chē) 必須采取制動(dòng)措施 三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方法分為兩類 機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng) 機(jī)械制動(dòng)有電磁抱閘制動(dòng) 電磁離合器制動(dòng)等 電氣制動(dòng)有反接制動(dòng) 能耗制動(dòng) 回饋制動(dòng)等 一 電磁抱閘制動(dòng)和電磁離合器制動(dòng)機(jī)械制動(dòng)的設(shè)計(jì)思想是利用外加的機(jī)械作用力 使電動(dòng)機(jī)迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng) 機(jī)械制動(dòng)有電磁抱閘制動(dòng) 電磁離合器制動(dòng)等 1 電磁抱閘制動(dòng)電磁抱閘制動(dòng)是靠電磁制動(dòng)閘緊緊抱住與電動(dòng)機(jī)同軸的制動(dòng)輪來(lái)制動(dòng)的 電磁抱閘制動(dòng)方式的制動(dòng)力矩大 制動(dòng)迅速停車(chē)準(zhǔn)確 缺點(diǎn)是制動(dòng)越快沖擊振動(dòng)越大 電磁抱閘制動(dòng)有斷電電磁抱閘制動(dòng)和通電電磁抱閘制動(dòng) 斷電電磁抱閘制動(dòng)在電磁鐵線圈一旦斷電或未接通時(shí) 電動(dòng)機(jī)都處于抱閘制動(dòng)狀態(tài) 例如電梯 吊車(chē) 卷?yè)P(yáng)機(jī)等設(shè)備 斷電電磁抱閘制動(dòng)線路如圖2 17所示 圖2 17斷電電磁抱閘制動(dòng)線路圖 為了避免電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)前瞬時(shí)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子被掣住不轉(zhuǎn)的短路運(yùn)行狀態(tài) 在電路設(shè)計(jì)時(shí)使接觸器KM2先得電 使得電磁鐵線圈YA先通電松開(kāi)制動(dòng)閘后 電動(dòng)機(jī)才能接通電源 通電電磁抱閘制動(dòng)控制則是在平時(shí)制動(dòng)閘總是在松開(kāi)的狀態(tài) 通電后才抱閘 例如象機(jī)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(dòng)電磁離合器制動(dòng)是采用電磁離合器來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)的 電磁離合器體積小 傳遞轉(zhuǎn)矩大 制動(dòng)方式比較平穩(wěn)且迅速 并可以安裝在機(jī)床等的機(jī)械設(shè)備內(nèi)部 二 反接制動(dòng)控制線路1 線路設(shè)計(jì)思想反接制動(dòng)是一種電氣制動(dòng)方法 通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源電壓相序使電動(dòng)機(jī)制動(dòng) 由于電源相序改變 定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(gè)與原轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的力矩的作用 從而使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降 實(shí)現(xiàn)制動(dòng) 在反接制動(dòng)時(shí) 轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì)速度接近于2倍同步轉(zhuǎn)速 所以定子繞組中的反接制動(dòng)電流相當(dāng)于全電壓直接起動(dòng)時(shí)電流的2倍 為避免對(duì)電動(dòng)機(jī)及機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的過(guò)大沖擊 一般在10kw以上電動(dòng)機(jī)的定子電路中串接對(duì)稱電阻或不對(duì)稱電阻 以限制制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和制動(dòng)電流 這個(gè)電阻稱為反接制動(dòng)電阻 如圖2 18 a b 所示為定子電路中串接對(duì)稱電阻或不對(duì)稱電阻 圖2 18 a 定子電路中串接對(duì)稱電阻 b 定子電路中串接不對(duì)稱電阻 2 典型線路介紹反接制動(dòng)的關(guān)健是采用按轉(zhuǎn)速原則進(jìn)行制動(dòng)控制 因?yàn)楫?dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近零時(shí) 必須自動(dòng)地將電源切斷 否則電動(dòng)機(jī)會(huì)反向起動(dòng) 因此 采用速度繼電器來(lái)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化 當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到接近零時(shí) 100r min 由速度繼電器自動(dòng)切斷電源 反接制動(dòng)控制線路分為單向反接制動(dòng)控制線路和可逆反接制動(dòng)控制線路 1 單向反接制動(dòng)的控制線路單向反接制動(dòng)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(dòng)線路圖 2 2 可逆反接制動(dòng)控制線路電動(dòng)機(jī)可逆運(yùn)行的反接制動(dòng)控制線路如圖2 20所示 由于速度繼電器的觸點(diǎn)具有方向性 所以電動(dòng)機(jī)的正向和反向制動(dòng)分別由速度繼電器的兩對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)KS Z KS F來(lái)控制 該線路在電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)起動(dòng)和反接制動(dòng)時(shí)在定子電路中都串接電阻 限流電阻R起到了在反接制動(dòng)時(shí)限制制動(dòng)電流 在起動(dòng)時(shí)限制起動(dòng)電流的雙重限流作用 操作方便 具有觸點(diǎn) 按鈕雙重聯(lián)鎖 運(yùn)行安全 可靠 是一個(gè)較完善的控制線路 圖2 20電動(dòng)機(jī)可逆運(yùn)行的反接制動(dòng)控制線路 三 能耗制動(dòng)控制線路1 線路設(shè)計(jì)思想能耗制動(dòng)是一種應(yīng)用廣泛的電氣制動(dòng)方法 當(dāng)電動(dòng)機(jī)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(guò)直流電流 產(chǎn)生了一個(gè)靜止不動(dòng)的直流磁場(chǎng) 此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子切割直流磁通 產(chǎn)生感生電流 在靜止磁場(chǎng)和感生電流相互作用下 產(chǎn)生一個(gè)阻礙轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的制動(dòng)力矩 因此電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降 從而達(dá)到制動(dòng)的目的 當(dāng)轉(zhuǎn)速降至零時(shí) 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與磁場(chǎng)之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng) 感生電流消失 電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn) 再將直流電源切除 制動(dòng)結(jié)束 2 典型線路介紹能耗制動(dòng)可以采用時(shí)間繼電器與速度繼電器兩種控制形式 圖2 21為按時(shí)間原則控制的單向能耗制動(dòng)控制線路 線路原理 按起動(dòng)按鈕SB2 接觸器KM1得電投入工作 使電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行 KM1與KM2互鎖 接觸器KM2和時(shí)間繼電器KT不得電 按下停止按鈕SB1 KM1線圈失電 主觸點(diǎn)斷開(kāi) 電動(dòng)機(jī)脫離三相交流電源 KM1輔助觸點(diǎn)閉合 KM2與KT線圈相繼得電 KM2主觸點(diǎn)閉合 將經(jīng)過(guò)整流后的直流電壓接至電機(jī)兩相定子繞組上開(kāi)始能耗制動(dòng) 圖2 21按時(shí)間原則的單向能耗制動(dòng)控制線路 當(dāng)轉(zhuǎn)子速度接近零時(shí) 時(shí)間繼電器KT的常閉觸點(diǎn)延時(shí)斷開(kāi) 使接觸器KM2線圈和KT線圈相繼失電 切斷能耗制動(dòng)的直流電流 切斷電源制動(dòng)結(jié)束 從能量角度看 能耗制動(dòng)是把電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)所儲(chǔ)存的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?且又消耗在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的制動(dòng)上 與反接制動(dòng)相比 能量損耗少 制動(dòng)停車(chē)準(zhǔn)確 所以 能耗制動(dòng)適用于電動(dòng)容量大 要求制動(dòng)平穩(wěn)和起動(dòng)頻繁的場(chǎng)合 但制動(dòng)速度較反接制動(dòng)慢一些 能耗制動(dòng)需要整流電路 不過(guò) 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(wèn)題了 2 5電動(dòng)機(jī)的可逆運(yùn)行 電動(dòng)機(jī)的可逆運(yùn)行就是正反轉(zhuǎn)控制 在生產(chǎn)實(shí)際中 往往要求控制線路能對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正 反轉(zhuǎn)的控制 例如 機(jī)床主軸的正反轉(zhuǎn) 工作臺(tái)的前進(jìn)與后退 起重機(jī)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)原理可知 若要電動(dòng)機(jī)逆向運(yùn)行 只需將接于電動(dòng)機(jī)定子的三相電源線中的任意兩相對(duì)調(diào)一下即可 與反接制動(dòng)的原理相同 電動(dòng)機(jī)可逆運(yùn)行控制線路 實(shí)質(zhì)上是兩個(gè)方向相反的單向運(yùn)行電路的組合 并且在這兩個(gè)方向相反的單向運(yùn)行電路中加設(shè)必要的聯(lián)鎖 一 電動(dòng)機(jī)可逆運(yùn)行的手動(dòng)控制根據(jù)電動(dòng)機(jī)可逆運(yùn)行操作順序的不同 有 正 停 反 手動(dòng)控制電路與 正 反 停 手動(dòng)控制電路 1 正 停 反 手動(dòng)控制電路 正 停 反 控制電路是指電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)轉(zhuǎn)后要反向運(yùn)轉(zhuǎn) 必須先停下來(lái)再反向 圖2 22為電動(dòng)機(jī) 正 停 反 手動(dòng)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(dòng)控制線路 線路工作原理為 按下正向起動(dòng)按鈕SB2 接觸器KM2得電吸合 其常開(kāi)主觸點(diǎn)將電動(dòng)機(jī)定子繞組接通電源 相序?yàn)閁 V W 電動(dòng)機(jī)正向起動(dòng)運(yùn)行 按停止按鈕SB1 KM2失電釋放 電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn) 按反向起動(dòng)按鈕SB3 KM3線圈得電主觸點(diǎn)吸合 其常開(kāi)觸點(diǎn)將相序?yàn)閃 V U的電源接至電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)反向起動(dòng)運(yùn)行 再按停止按鈕SB1 電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn) 由于采用了KM2 KM3的常閉輔助觸點(diǎn)串入對(duì)方的接觸器線圈電路中 形成互鎖 因此 當(dāng)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí) 即使誤按反轉(zhuǎn)按鈕SB3 反向接觸器KM3也不會(huì)得電 要電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn) 必須先按停止按鈕 再按反向按鈕 2 正 反 停 手動(dòng)控制電路在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中 為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率 常要求電動(dòng)機(jī)能夠直接實(shí)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(dòng)機(jī)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(diǎn)釋放 KM3線圈得電觸點(diǎn)吸合 電動(dòng)機(jī)先脫離電源 停止正轉(zhuǎn) 然后又反向起動(dòng)運(yùn)行 反之亦然 圖2 23 正 反 停 手動(dòng)控制線路 二 電動(dòng)機(jī)可逆運(yùn)行的自動(dòng)控制自動(dòng)控制的電動(dòng)機(jī)可逆運(yùn)行電路 可按行程控制原則來(lái)設(shè)計(jì) 按行程控制原則又稱為位置控制 就是利用行程開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)往返運(yùn)動(dòng)位置 發(fā)出控制信號(hào)來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn) 使機(jī)件往復(fù)運(yùn)動(dòng) 圖2 24 a 為工作臺(tái)自動(dòng)循環(huán)的原理圖 行程開(kāi)關(guān)SQ1和SQ2安裝在指定位置 工作臺(tái)下面的擋鐵壓到行程開(kāi)關(guān)SQ1就向左移動(dòng) 壓到行程開(kāi)關(guān)SQ2就向右移動(dòng) 圖2 24 b 為工作臺(tái)自動(dòng)循環(huán)的控制線路 圖2 24 a 工作臺(tái)自動(dòng)循環(huán)原理圖 圖2 24 b 工作臺(tái)自動(dòng)循環(huán)的控制線路 在控制電路中 行程開(kāi)關(guān)SQ3 SQ4為極限位置保護(hù) 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(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件的行程極限位置 如果SQ2失靈 運(yùn)動(dòng)部件繼續(xù)前行壓下SQ4后 KMl失電而使電動(dòng)機(jī)停止 這種限位保護(hù)的行程開(kāi)關(guān)在位置控制電路中必須設(shè)置 2 6三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制 異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速常用來(lái)改善機(jī)床的調(diào)速性能和簡(jiǎn)化機(jī)械變速裝置 根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)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(duì)數(shù) 由上式可知 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速可通過(guò)改變定子電壓頻率f 定子極對(duì)數(shù)P和轉(zhuǎn)差率s來(lái)實(shí)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(jí)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(duì)數(shù)的調(diào)速方法簡(jiǎn)稱為變極調(diào)速 變極調(diào)速是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)定子繞組的外部接線來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù) 鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組本身沒(méi)有固定的級(jí)數(shù) 改變鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的極數(shù)以后 轉(zhuǎn)子繞組的級(jí)數(shù)能夠隨之變化 繞線式異步電動(dòng)機(jī)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(wú)法實(shí)現(xiàn) 所以 變更繞組極對(duì)數(shù)的調(diào)速方法一般僅適用于鼠籠式異步電動(dòng)機(jī) 鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)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(duì)數(shù)的兩套互相獨(dú)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(jí)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(dòng)機(jī)一般有雙速 三速 四速之分 這種調(diào)速方法簡(jiǎn)單 可靠 成本低 因此在有級(jí)調(diào)速能夠滿足要求的機(jī)械設(shè)備中 廣泛采用多速異步電動(dòng)機(jī)作為主拖動(dòng)電機(jī)如鏜床 銑床等 1 雙速電動(dòng)機(jī) 雙速電動(dòng)機(jī) YY調(diào)速控制線路雙速電動(dòng)機(jī) 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(qiáng)調(diào)指出 當(dāng)把電動(dòng)機(jī)定子繞組的 接線變更為YY接線時(shí) 接線的電源相序必須反相 從而保證電動(dòng)機(jī)由低速變?yōu)楦咚贂r(shí)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(dòng)機(jī) YY調(diào)速控制線路 圖2 25雙速電動(dòng)機(jī) YY三相定子繞組接線圖 圖2 26雙速電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制線路 這種先低速起動(dòng) 經(jīng)一定延時(shí)后自動(dòng)切換到高速運(yùn)行的控制 目的是限制起動(dòng)電流 雙速電動(dòng)機(jī)Y YY接法的接線變換雙速電動(dòng)機(jī)Y YY接法的接線變換如圖2 27 電機(jī)極數(shù)四極 二極變換 對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)的低速和高速 它屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 圖2 27雙速電動(dòng)機(jī)Y YY三相定子繞組接線圖 2 三速異步電動(dòng)機(jī)一般三速電動(dòng)機(jī)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(shí) 電動(dòng)機(jī)具有8個(gè)極 將D4 D5 D6接電源而D1 D2 D3互相短接時(shí) 電動(dòng)機(jī)具有4個(gè)極 若再將D7 D8 D9接線端接電源時(shí) 電動(dòng)機(jī)為6個(gè)極 故將不同的端頭接向電源 電動(dòng)機(jī)便有8 6 4三種級(jí)別磁極的轉(zhuǎn)速 對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速由低速變?yōu)楦咚?當(dāng)只有單獨(dú)一套繞組工作時(shí) 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(chǎng)中 在其 接線的線圈中肯定要流過(guò)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(kāi)口的三角形 如圖2 28 b 所示 圖2 28 a 三速電動(dòng)機(jī)的雙定子繞組三速變換 圖2 28 b 三速電動(dòng)機(jī)的 定子繞組不接電源時(shí)為防止環(huán)流 應(yīng)將繞組接成開(kāi)口的三角形 2 變頻調(diào)速由式 2 2 可見(jiàn) 變頻調(diào)速就是改變異步電動(dòng)機(jī)的供電頻率f 利用電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速隨頻率變化的特性進(jìn)行調(diào)速 在交流異步電動(dòng)機(jī)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(yùn)行效率高 采用通用變頻器對(duì)鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制 由于使用方便 可靠性高并且經(jīng)濟(jì)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(jí)調(diào)速和電磁調(diào)速等調(diào)速方法 在電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)已作介紹 調(diào)壓調(diào)速是異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中比較簡(jiǎn)便的一種 就是改變定子外加電壓來(lái)改變電機(jī)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(guò)調(diào)整晶閘管的觸發(fā)角來(lái)改變異步電動(dòng)機(jī)端電壓進(jìn)行調(diào)速 這種調(diào)速方式僅用于小容量電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速是在繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子外電路上接可變電阻 通過(guò)對(duì)可變電阻的調(diào)節(jié)來(lái)改變電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性斜率實(shí)現(xiàn)調(diào)速 電機(jī)轉(zhuǎn)速可以有級(jí)調(diào)速 也可以無(wú)級(jí)調(diào)速 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 價(jià)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(dòng)機(jī)和負(fù)載之間串接電磁轉(zhuǎn)差離合器 電磁耦合器 通過(guò)調(diào)節(jié)電磁轉(zhuǎn)差離合器的勵(lì)磁來(lái)改變轉(zhuǎn)差率進(jìn)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(dòng)控制場(chǎng)合 串級(jí)調(diào)速就是在繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)引入控制變量如附加電動(dòng)勢(shì)來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)速 基本原理是在繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)通過(guò)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(dòng)勢(shì) 將轉(zhuǎn)差功率變換為機(jī)械能加以利用或使其反饋回電源而進(jìn)行調(diào)速 2 7電氣控制線路中的保護(hù)主令電器 電氣控制系統(tǒng)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(yùn)行的可靠和安全性 在電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)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(guò)短路點(diǎn)燃起電弧 使電氣設(shè)備燒壞甚至燒毀 嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)火災(zāi) 2 短路電流通過(guò)故障設(shè)備和非故障設(shè)備時(shí) 產(chǎn)生熱和電動(dòng)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(kuò)大 造成整個(gè)配電系統(tǒng)癱瘓 4 最常見(jiàn)的不正常工作情況是過(guò)負(fù)荷 長(zhǎng)時(shí)間過(guò)負(fù)荷會(huì)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(jī)械的安全 并能有效地制止事故的擴(kuò)大 為此 在電氣控制電路中應(yīng)采取一定的保護(hù)措施 以避免因誤操作而發(fā)生事故 完善的保護(hù)環(huán)節(jié)包括過(guò)載 短路 過(guò)流 過(guò)壓 失壓等保護(hù)環(huán)節(jié) 有時(shí)還應(yīng)設(shè)有合閘 斷開(kāi) 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(hù) 一 電流型保護(hù)電氣元件在正常工作中 通過(guò)的電流一般在額定電流以內(nèi) 短時(shí)間內(nèi) 只要溫升允許 超過(guò)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(guò)載能力的原因 電氣元件由于電流過(guò)大引起損壞的根本原因是溫升超過(guò)絕緣材料的承受能力 電流型保護(hù)的基本原理是 將保護(hù)電器檢測(cè)的信號(hào) 經(jīng)過(guò)變換或放大后去控制被保護(hù)對(duì)象 當(dāng)電流達(dá)到整定值時(shí)保護(hù)電器動(dòng)作 電流型保護(hù)主要有過(guò)流 過(guò)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(guò)流 過(guò)載 短路保護(hù) 1 短路保護(hù)絕緣損壞 負(fù)載短接 接線錯(cuò)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(hù)的常用方法是采用熔斷器FU 短路的瞬時(shí)故障電流可達(dá)到額定電流的幾倍到幾十倍 短路保護(hù)要求具有瞬動(dòng)特性 即要求在很短時(shí)間內(nèi)切斷電源 如圖2 29電路中的FUl 在對(duì)主電路采用三相四線制或?qū)ψ儔浩鞑捎弥悬c(diǎn)接地的三相三線制的供電電路中 必須采用三相短路保護(hù) FU2是當(dāng)主電機(jī)容