電氣控制與PLC：第2章 電氣控制電路基礎(chǔ)

1、1,第2章 電氣控制電路基礎(chǔ),2,第2章 電氣控制電路基礎(chǔ),圖樣是工程界交流的語言 電氣圖：根據(jù)國家電氣制圖標(biāo)準(zhǔn)GB4728規(guī)定的圖形符號、文字符號以及規(guī)定的畫法，用工程圖的形式，將電氣設(shè)備及電氣元件按照一定的控制要求連接，表達(dá)設(shè)備電氣控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、工作原理及安裝、調(diào)試、維修等技術(shù)要求等,分類： 電路圖（電氣原理圖）（設(shè)計、分析用） 電氣元件布置圖 電氣接線圖,3,第2章 電氣控制電路基礎(chǔ),2.1電氣控制系統(tǒng) 2.1.1電氣原理圖 根據(jù)電氣控制系統(tǒng)的工作原理，將電氣控制系統(tǒng)中各電氣元件及其連接關(guān)系用電氣元件展開的形式繪制出來，不按電氣元件實(shí)際布置和形狀大小來繪制，用于分析研究系統(tǒng)的組成和

2、工作原理,電氣原理圖包括： 主電路：設(shè)備的驅(qū)動電路，包括從電源到用 電設(shè)備的電路，是強(qiáng)電流通過的部分。 控制電路：由各種電器的線圈、常開、常閉觸 點(diǎn)等組合構(gòu)成的控制邏輯電路，是 弱電流通過的部分。 信號、照明電路 保護(hù)電路,SB1,SB1,KM,KM,FR,M,FU,L1L2L3,4,第2章 電氣控制電路基礎(chǔ),繪制電氣原理圖的基本規(guī)則,5,第2章 電氣控制電路基礎(chǔ),a b,圖2.2 區(qū)位圖號含義及觸點(diǎn)位置表示含義,圖區(qū)、觸點(diǎn)位置索引,區(qū)位圖號含義及觸點(diǎn)位置表示含義,6,第2章 電氣控制電路基礎(chǔ),2.1.2電氣元件布置圖 電器設(shè)備和元器件的布置應(yīng)注意以下幾個方面,1）體積大和較重的電器設(shè)備、元器

3、件應(yīng)安裝在電器安裝板的下方，而發(fā)熱元器件應(yīng)安裝在上方。 （2）強(qiáng)電、弱電應(yīng)分開，弱電要加以屏蔽防止外界干擾。 （3）需要經(jīng)常維護(hù)、檢修、調(diào)整的電氣元件安裝位置不宜過高或過低。 （4）電氣元件的布置應(yīng)考慮整齊、美觀、對稱。外形尺寸與結(jié)構(gòu)類似的電器應(yīng)安裝在一起，以利安裝和配線。 （5）布置圖根據(jù)設(shè)備的復(fù)雜程度可集中繪制在一張圖紙上，控制柜、操作臺的電氣元件布置圖也可以分別繪出,7,第2章 電氣控制電路基礎(chǔ),2.2 電路的邏輯關(guān)系,電氣控制系統(tǒng)的狀態(tài)可分為工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)，因 此，可以利用邏輯函數(shù)描述系統(tǒng)組成和工作過程,系統(tǒng)的邏輯函數(shù)描述：器件描述、電路描述 器件描述 a）觸點(diǎn)表達(dá) 動作狀態(tài) 不

4、動作狀態(tài) 常開觸點(diǎn) KM、KA、SQ 1 0 常閉觸點(diǎn) KM、KA、SQ 0 1 b）線圈 通電 斷電 KM、KA 1 0,8,第2章 電氣控制電路基礎(chǔ),2. 電路描述,觸點(diǎn)連接邏輯函數(shù)描述： 并聯(lián)狀態(tài)-邏輯加（“或”） 串聯(lián)狀態(tài)-邏輯乘（“與”） 電路邏輯函數(shù)描述： 每個耗能元件，均有自己的邏輯函數(shù)表達(dá)式 舉例,9,第2章 電氣控制電路基礎(chǔ),2.3三相異步電動機(jī)的啟動控制,三相籠型異步電動機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、堅固耐用 等一系列優(yōu)點(diǎn)獲得了廣泛的應(yīng)用。它的控制線路大都由繼電器、 接觸器、按鈕等有觸點(diǎn)電器組成,異步電動機(jī)的啟動有兩個特點(diǎn)： 1、啟動電流大 一般籠型異步電動機(jī)啟動電流約為額定電

5、流的47倍。 2、啟動轉(zhuǎn)矩小 對電動機(jī)啟動的主要要求 （1）有足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩 （2）在滿足啟動轉(zhuǎn)矩要求的前提下，啟動電流越小越好,不同類型與容量的異步電動機(jī)可采取,減壓啟動,直接啟動,10,第2章 電氣控制電路基礎(chǔ),1、開關(guān)控制直接啟動 電路保護(hù)措施： FU短路保護(hù) 優(yōu)點(diǎn)： 控制方法簡單、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用。 缺點(diǎn)： 操作不方便、不安全，無過載、零壓等保護(hù)措施，不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制和自動控制 適用于不頻繁啟動的小容量電動機(jī),如小型臺鉆、砂輪機(jī)、冷卻泵等,2.3.2三相異步電動機(jī)的全壓啟動（直接啟動控制電路,滿足下列關(guān)系則可直接啟動,11,第2章 電氣控制電路基礎(chǔ),接觸器控制直接啟動 主電路： 三相電源

6、經(jīng)QS、FU2、KM的主觸點(diǎn)，F(xiàn)R的熱元件到電動機(jī)三相定子繞組。 控制電路： 用兩個控制按鈕，控制接觸器KM線圖的通、斷電，從而控制電動機(jī)（M）啟動和停止。 啟停過程： 合上QS，按動啟動按鈕SB2KM線圈通電并自鎖M通電工作。 KM自鎖觸點(diǎn)，是指與SB2并聯(lián)的常開輔助觸點(diǎn)，其作用是當(dāng)按鈕SB2閉合后又?jǐn)嚅_，KM的通電狀態(tài)保持不變，稱為通電狀態(tài)的自我鎖定。 停止按鈕SB1，用于切斷KM線圈電流并打開自鎖電路，使主回路的電動機(jī)M定子繞組斷電停止工作,自鎖-依靠接觸器自身輔助觸頭而使其線圈保持通電,13,第2章 電氣控制電路基礎(chǔ),2.3.3三相異步電動機(jī)的降壓啟動 定子串電阻降壓啟動控制電路,原理

7、： 電動機(jī)在啟動時在三相定子繞組中串接電阻，使電動機(jī)定子繞組電壓降低，以限制啟動電流。啟動結(jié)束后再將電阻短接，使電動機(jī)在額定電壓下正常運(yùn)行。 主電路： KM1實(shí)現(xiàn)串電阻啟動 KM2實(shí)現(xiàn)全壓運(yùn)行,14,第2章 電氣控制電路基礎(chǔ),低速運(yùn)行(三角形接線)： KM1閉合，KM2 、KM3 斷開 高速運(yùn)行（雙星形接線）： KM2 、KM3 閉合，KM1斷開,注意：定子繞組極數(shù)改變后，其相序方向和原來相序相反。因此在變極時，主電路中必須保證電動機(jī)任意兩個出線端同時對調(diào)，以保持高速和低速時的轉(zhuǎn)向相同,Y 降壓啟動,15,第2章 電氣控制電路基礎(chǔ),自耦變壓器降壓啟動,在自耦變壓器減壓起 動的控制線路中，電動機(jī)

8、 啟動電流的限制是依靠自 耦變壓器的降壓作用來實(shí) 現(xiàn)的。啟動時，電動機(jī)定 子繞組得到的電壓是自耦 變壓器的二次電壓，待電 動機(jī)轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時， 自耦變壓器便被短接，此 時電源電壓即額定電壓直 接加于定子繞組，電動機(jī) 進(jìn)入全電壓正常工作,16,第2章 電氣控制電路基礎(chǔ),2.4三相異步電動機(jī)的運(yùn)行控制,2.4.2 多臺電動機(jī)順序控制 對于一些大中型機(jī)床、起重運(yùn)輸機(jī)械等生產(chǎn)設(shè)備，常要求操作人員在不同方位進(jìn)行操作與控制，這時就需要組成多地點(diǎn)控制線路,對于重要、大型的設(shè)備，為了保證其操作安全，往往需幾個操作者都發(fā)出命令，即滿足多個條件后設(shè)備才允許開始工作，這需要多條件控制電路,a)多地點(diǎn),b)多條件

9、,17,第2章 電氣控制電路基礎(chǔ),2.4.3電動機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制,工作原理 將接至電動機(jī)的 三相電源進(jìn)線中的 任意兩相對調(diào)，即 可使電動機(jī)反轉(zhuǎn)。 主電路 KM1，KM2換相序。 互鎖 KM1，KM2若同時 動作，將引起電源 相間短路，要加互 鎖,18,第2章 電氣控制電路基礎(chǔ),2.4.4雙速異步電動機(jī)的控制,實(shí)際生產(chǎn)中的機(jī)械設(shè)備，往往有調(diào)速的要求,電動機(jī)轉(zhuǎn)速,電動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的三個參數(shù)：f-調(diào)頻、s-轉(zhuǎn)差調(diào)速、p-變級調(diào)速 f、s調(diào)速為無級調(diào)速，p 為有級調(diào)速,變速電動機(jī)一般有雙速、三速、四速等之分，與普通電動機(jī)不同的是，變速電動機(jī)的定子備有一套或多套繞組，改變接法就可改變電動機(jī)的磁極對數(shù)，進(jìn)而

10、改變轉(zhuǎn)速。雙速電動機(jī)三相繞組連接圖如下,19,第2章 電氣控制電路基礎(chǔ),2.5三相異步電動機(jī)的制動控制,用于迅速停車或準(zhǔn)確定位，實(shí)現(xiàn)切斷電源后，克服慣性，迫使電動機(jī)迅速停轉(zhuǎn)的功能。實(shí)質(zhì)就是給電動機(jī)一個與轉(zhuǎn)動方向相反的制動轉(zhuǎn)矩。 常用制動方式： 機(jī)械制動：機(jī)械抱閘、液壓或氣壓制動 電氣制動：反接制動、能耗制動等 2.5.1機(jī)械制動 機(jī)械制動：就是用外加的機(jī)械作用力使電動機(jī)在斷電后轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動的一種方法。 應(yīng)用較多的機(jī)械制動裝置是電磁制動器，它主要由電磁鐵和制動器兩部分組成。電磁鐵包括鐵芯、銜鐵和線圈三部分；制動器由閘輪、閘瓦、杠桿和彈簧等部分組成,20,第2章 電氣控制電路基礎(chǔ),電磁抱閘斷電

11、制動控制,21,第2章 電氣控制電路基礎(chǔ),斷電制動控制方式在起重機(jī)械上被廣泛采用，不僅能準(zhǔn)確定位，同時還可防止突然停電時重物自行墜落。 缺點(diǎn)：不經(jīng)濟(jì)；停止時手動調(diào)整工件困難,1、反接制動 制動原理,切斷三相電源-接通反向啟動電源（產(chǎn)生反向啟動力矩） -制動-轉(zhuǎn)速為零時切斷電源,制動手段： 利用接觸器的主觸點(diǎn)接入 反向電路； 利用速度繼電器判定零速，切斷電源；（可用時間繼電器嗎,定子,轉(zhuǎn)子,動觸點(diǎn),n,當(dāng)電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與旋轉(zhuǎn)方向相反時，便進(jìn)入電氣制動狀態(tài)。 電氣制動有反接制動、能耗制動、反饋制動等，鼠籠式異步電動 機(jī)常用的電氣制動方法是反接制動和能耗制動。 2.5.2電氣制動,22,第2章 電

12、氣控制電路基礎(chǔ),復(fù)合停止按鈕SB1動合觸點(diǎn)上并聯(lián)KM2的自鎖觸點(diǎn)。停車期間，用手轉(zhuǎn)動機(jī)床主軸調(diào)整工件位置時，速度繼電器的轉(zhuǎn)子 隨著轉(zhuǎn)動，若不按停止按鈕SB1，KM2就不會得電，電動機(jī)就不會反接于電源。 反接制動電流約為啟動電流的兩倍，主電路制動回路中串入限流電阻R，防止制動時對電網(wǎng)的沖擊和電動機(jī)繞組過熱。電動機(jī)容量較小且制動不是很頻繁的正反轉(zhuǎn)控制電路中，可以不加限流電阻,23,第2章 電氣控制電路基礎(chǔ),2、能耗制動 制動原理： 切斷三相電源-定子繞組接入直流電源（產(chǎn)生磁場）-慣性轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子切割磁力線（產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩）-制動 這種制動方法是將在運(yùn)動過程中儲存在轉(zhuǎn)子中的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能，又消耗在轉(zhuǎn)子

13、的制動上，因此稱為能耗制動,能耗制動控制電路：三相籠型異步電動機(jī)切斷三相電源的同時，定子繞組接通直流電源，轉(zhuǎn)子原來儲存的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，消耗在轉(zhuǎn)子回路的電阻上，轉(zhuǎn)速為零時再將其切除。 主電路：變壓器TC和整流器提供制動直流電源，KM2為制動接觸器,控制電路(a)：手動控制：停車時按下SB1按鈕，制動結(jié)束時放開。 電路簡單，操作不便,控制電路(b)：根據(jù)電動機(jī)帶負(fù)載制動過程時間長短設(shè)定時間繼電器KT的定時值，實(shí)現(xiàn)制動過程的自動控制,制動作用強(qiáng)弱與通入直流電流的大小和電動機(jī)的轉(zhuǎn)速有關(guān)，在同樣的轉(zhuǎn)速下電流越大制動作用越強(qiáng)，電流一定時轉(zhuǎn)速越高制動力矩越大。 一般取直流電流為電動機(jī)空載電流的34倍，過

14、大會使定子過熱。 可調(diào)節(jié)整流器輸出端的可變電阻RP，得到合適的制動電流,24,2.6 電液控制系統(tǒng),液壓傳動系統(tǒng)由于其特有的優(yōu)點(diǎn)，如易獲得較大力矩、運(yùn)動傳遞平穩(wěn)均勻、調(diào)節(jié)控制方便等，在機(jī)械制造、工程、建筑、礦山等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。當(dāng)液壓傳動系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)相結(jié)合組成電液聯(lián)合控制系統(tǒng)時，即用電氣控制電路控制液壓傳動系統(tǒng)，再由液壓傳動系統(tǒng)驅(qū)動運(yùn)動部件完成規(guī)定動作，這樣就能很方便地實(shí)現(xiàn)由多種工作程序組合的自動工作循環(huán)控制，廣泛應(yīng)用于組合機(jī)床、自動化機(jī)床、機(jī)械加工自動線、數(shù)控機(jī)床等設(shè)備上。電磁閥,25,第2章 電氣控制電路基礎(chǔ),26,第2章 電氣控制電路基礎(chǔ),液壓系統(tǒng)的組成部分,動力部件： 液壓泵

15、 執(zhí)行部件： 液壓缸 液壓馬達(dá) 控制部件: 壓力控制閥 流量控制閥 方向控制閥 輔助裝置： 油箱，油管，過濾器,控制對象 -油泵電動機(jī)、電磁換向閥,27,第2章 電氣控制電路基礎(chǔ),液壓動力滑臺是典型的電液控制裝置，它是組合機(jī)床上實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動的 一種通用部件，配上動力頭和不同的主軸箱可以對工件完成鉆、擴(kuò)、鉸、鏜、 刮端面、倒角、銑削以及攻螺紋等加工工序。 動力滑臺由液壓缸驅(qū)動，該電液控制系統(tǒng)的分析可分為三步： （1）工作循環(huán)圖分析，確定工步順序、每步的工作內(nèi)容以及各工步轉(zhuǎn)換主令； （2）液壓系統(tǒng)分析，對照液壓系統(tǒng)原理圖，確定每工步中應(yīng)通電的電磁閥線 圈，結(jié)合分析結(jié)果和工作循環(huán)圖中給出的條件列出電磁鐵動作順序表。 （3）控制電路分析，對照電磁鐵動作順序表，逐步分析電路如何在轉(zhuǎn)換主令 的控制下完成電磁