電氣控制原理圖設(shè)計

1、第1章 工廠電氣控制初步 n1.1 工廠常用電器 n1.2基本控制電路 n1.3控制系統(tǒng)實例 本章主要內(nèi)容：nl核心是掌握繼電器、接觸器、按鈕開關(guān)等常規(guī)控制電器的動作執(zhí)行特點，由此對一般繼電接觸控制電路進行熟練分析和設(shè)計。l l工廠常用電器工廠常用電器l l基本控制電路基本控制電路l l控制系統(tǒng)實例控制系統(tǒng)實例返回本章首頁返回本章首頁1.1 工廠常用電器 n1.1.1工廠電器基本知識 n1.1.2工廠常用電器 n1.1.3電氣圖形 返回本章首頁返回本章首頁1.1.1工廠電器基本知識 n1. 分類n（1）按適用的電壓范圍分類n分為低壓電器和高壓電器。 n（2）低壓電器按所控制的對象分類n根據(jù)其控

2、制的對象分為低壓配電電器和低壓控制電器。 n（3）按所起作用分類n依據(jù)電器所起的作用可分為控制電器和保護電器。 n（4）按動作性質(zhì)分類n依據(jù)電器的動作性質(zhì)可分為自動控制電器和非自動控制電器。 2. 結(jié)構(gòu)及工作原理n下面分別以控制按鈕和接觸器為例介紹手動電器和自動電器的結(jié)構(gòu)和工作原理。n（1）按鈕n按鈕是手動控制電器的一種，用來發(fā)出信號和接通或斷開控制電路。圖1.1是按鈕的結(jié)構(gòu)示意圖和圖文符號，圖（a）中1、2是動斷（常閉）觸點，3，4是動合（常開）觸點，5是復(fù)位彈簧，6是按鈕帽。圖（b）為圖文符號。SBSB3412243156 （a） 結(jié)構(gòu)示意 （b） 圖文符號圖圖1.1按鈕按鈕（2）接觸器n

3、l 結(jié)構(gòu)及工作原理n接觸器是利用電磁吸力的原理工作的，主要由電磁機構(gòu)和觸頭系統(tǒng)組成。電磁機構(gòu)通常包括吸引線圈、鐵心和銜鐵三部分。圖1.2為接觸器的結(jié)構(gòu)示意圖與圖文符號，（a）圖中，1、2，3、4是靜觸點，5、6是動觸點，7、8是吸引線圈，9、10分別是動、靜鐵心，11是彈簧。（b）圖中，1、2之間是常閉觸點，3、4之間是常開觸點，7、8之間是線圈。1234567891011KMKMKM341278 （a） 結(jié)構(gòu)示意 （b）圖文符號圖圖1.2接觸器接觸器電磁鐵特點 n根據(jù)吸引線圈通電電流的性質(zhì)分類，電磁鐵分為直流電磁鐵和交流電磁鐵。通常采用短路環(huán)來解決交流電磁鐵的振動問題。短路環(huán)的示意圖如圖1.

4、3所示，其中1為短路環(huán)，2為鐵心。短路環(huán)起到磁通分相的作用，把極面上的交變磁通分成兩個交變磁通，并且使這兩個磁通之間產(chǎn)生相位差，那么它們所產(chǎn)生的吸力間也有一個相位差，這樣，兩部分吸力就不會同時達到零值，當然合成后的吸力就不會有零值的時刻，如果使合成后的吸力在任一時刻都大于彈簧拉力，就消除了振動。12圖圖1.3短路環(huán)短路環(huán)滅弧 n常用的滅弧方法有：拉長電弧、冷卻電弧和將電弧分段。n對于電弧較弱的接觸器，只采用滅弧罩即可。電弧較強的接觸器，常采用滅弧柵熄弧。圖1.4是滅弧柵的機構(gòu)圖。圖中1是滅弧室，2和5分別為動、靜觸點，3 為金屬柵片，4為電弧。滅弧柵是數(shù)片鋼片制成的柵狀裝置，當觸點斷開發(fā)生電弧

5、時，電弧進入柵片內(nèi)，被分割為數(shù)段，迅速熄滅。15432圖圖1.4滅弧柵滅弧柵返回本節(jié)返回本節(jié)1.1.2工廠常用電器 n手動控制電器 n任何設(shè)備都需要操縱者給予一定的指令，才能完成規(guī)定的控制。手動控制電器是自動控制設(shè)備中不可缺少的器件，常用的有刀開關(guān)、按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、行程開關(guān)等。n圖1.5是LW6型萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)的圖形符號和觸點合斷表。圖形符號中有6 個回路，3個擋位連線下有黑點“”的，表示這條電路是接通的。在觸點合斷表中用“”表示被接通的電路，空格表示轉(zhuǎn)換開關(guān)在該位置時此路是斷開的。 圖圖1.5萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)123456觸點號12 3 4 5 6 2. 自動控制電器n（1）接觸器n（2

6、）中間繼電器 n（3）時間繼電器 n（4）熱繼電器 n（5）速度繼電器 n圖1.6為空氣阻尼式通電延時型時間繼電器的結(jié)構(gòu)示意圖和圖文符號。它是利用空氣阻尼的原理來獲得延時的。主要由電磁系統(tǒng)、氣室及觸點系統(tǒng)組成。n工作原理：在圖1.6（a）中當線圈11通電時，電磁力克服彈簧14的反作用拉力而迅速將銜鐵向上吸合，銜鐵13帶動杠桿15立即使1、2常閉觸點分斷，3、4常開觸點閉合。 1234567891011121314151617181920212223KTKTKT5678910 （a） 結(jié)構(gòu)示意 （b） 圖文符號圖圖1.6空氣阻尼通電延時型時間繼電器空氣阻尼通電延時型時間繼電器n熱繼電器的測量元件

7、通常采用雙金屬片，由兩種具有不同線膨脹系數(shù)的金屬碾壓而成。主動層采用膨脹系數(shù)較高的鐵鎳鉻合金，被動層采用膨脹系數(shù)很小的鐵鎳合金。當雙金屬片受熱后將向被動層方向彎曲，當彎曲到一定程度時，通過動作機構(gòu)使觸點動作。如圖1.7所示，（a）圖是熱繼電器的結(jié)構(gòu)中感受部分的示意圖，（b）圖為圖文符號。n在圖1-7（a）中發(fā)熱元件2通電發(fā)熱后，主雙金屬片1受熱向左彎曲，推動導(dǎo)板3向左推動執(zhí)行機構(gòu)發(fā)生一定的運動。電流越大，執(zhí)行機構(gòu)的運動幅度也越大。當電流大到一定程度時，執(zhí)行機構(gòu)發(fā)生躍變，即觸點發(fā)生動作從而切斷主電路。 321KRKRKR （a） 感受部分結(jié)構(gòu)示意 （b） 圖文符號圖圖1.7熱繼電器熱繼電器n速度

8、繼電器用來感受轉(zhuǎn)速。它的感受部分主要包括轉(zhuǎn)子和定子兩大部分，執(zhí)行機構(gòu)是觸頭系統(tǒng)。當被控電機轉(zhuǎn)動時，帶動繼電器轉(zhuǎn)子以同樣速度旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使定子克服外界反作用力轉(zhuǎn)動一定角度，轉(zhuǎn)速越高角度越大。當轉(zhuǎn)速高于設(shè)定值時，速度繼電器的觸點發(fā)生動作，當速度小于這一設(shè)定值時，觸點又復(fù)原。速度繼電器常用于電機的降壓起動和反接制動，其圖文符號如圖1.8所示。nKVnKVKV圖圖1.8速度繼電器圖文符號速度繼電器圖文符號3. 保護電器n保護電器包括熱繼電器、熔斷器、電磁脫扣器等。n熱繼電器是利用電流的熱效應(yīng)來切斷電路的保護電器，它在控制電路中，用作電動機的過載保護，既能保證電動機不超過容許的過載，有可以最大限

9、度地保證電動機的過載能力。當然，首先要保證電動機的正常起動。返回本節(jié)返回本節(jié)1.1.3電氣圖形 1. 文字符號 2. 端子標記 3. 電氣圖形 1. 文字符號 表表1.1字母符號含義字母符號含義2. 端子標記 n電氣圖中各電器的接線端子用規(guī)定的字母數(shù)字符號標記。按國家標準GB402683電器接線端子的識別和用字母數(shù)字符號標志接線端子的通則規(guī)定：n三相交流電源的引入線用L1、L2、L3、N、PE標記。直流系統(tǒng)電源正、負極、中間線分別用L+、L與M標記。三相動力電器的引出線分別按U、V、W順序標記。 3. 電氣圖形 n常用的電氣圖有系統(tǒng)圖、框圖、電路圖、位置圖和接線圖等。n通常，系統(tǒng)圖用于描述系統(tǒng)

10、或成套裝置，如圖1.9所示。框圖用于描述分系統(tǒng)或設(shè)備。國家標準GB6988.386電氣制圖 系統(tǒng)圖和框圖中，具體規(guī)定了繪制系統(tǒng)圖和框圖的方法，并闡述了它的用途。總控制系統(tǒng)液壓動力系統(tǒng)鋼板存儲冷卻水供應(yīng)系統(tǒng)壓縮空氣系統(tǒng)軋鋼機配電系統(tǒng)電源進線材料進入圖圖1.9系統(tǒng)圖系統(tǒng)圖n位置圖用來表示成套裝置、設(shè)備中各個項目位置的一種圖。例如，圖1.10為某工廠電器位置圖，圖中詳細地繪制出了電氣設(shè)備中每個電器元件的相對位置，圖中各電器元件的文字代號必須與相關(guān)電路圖中電器元件的代號相同。FU1FU2KMFRTCFU3FU4線槽50505050320360圖圖1.10位置圖位置圖n接線圖是電氣裝備進行施工配線、敷線

11、和校線工作時所應(yīng)依據(jù)的圖樣之一。它必須符合電器裝備的電路圖的要求，并清晰地表示出各個電器元件和裝備的相對安裝與敷設(shè)位置，以及它們之間的電連接關(guān)系。它是檢修和查找故障時所需的技術(shù)文件，如圖1.11所示。在國家標準GB6988.586電氣制圖 接線圖和接線表中詳細規(guī)定了編制接線圖的規(guī)則。QSMM8078ELSB305121U12SB2SB1HLPEXT30.75mm2 50.75mm2 31mm2 Q132.5mm2 32.5mm2 圖圖1.11接線圖接線圖返回本節(jié)返回本節(jié)1.2基本控制電路 n1.2.1直接起動控制電路 n1.2.2降壓起動 n1.2.3數(shù)學(xué)輔助分析法 n1.2.4電機的制動 n

12、1.2.5電機的調(diào)速 n1.2.6順序控制 返回本章首頁返回本章首頁1.2.1直接起動控制電路 n單向旋轉(zhuǎn) n可逆轉(zhuǎn)動 n點動控制 n自動往返運動 1.單向旋轉(zhuǎn) n三相籠型電動機單向旋轉(zhuǎn)可用開關(guān)或接觸器控制，圖1.12為接觸器控制電路。n接觸器控制電路圖中，Q為開關(guān)，F(xiàn)U1、FU2為主電路與控制電路的熔斷器，KM為接觸器，KR為熱繼電器，SB1、SB2分別為起動按鈕與停止按鈕，M為籠型感應(yīng)電動機。L1L2L3QMFU1KMKRPEFU2SB1KMSB2KMKRFU2UVW圖圖1.12單向旋轉(zhuǎn)單向旋轉(zhuǎn)n其中的保護環(huán)節(jié)為：n1）短路保護。 n2）過載保護。 n3）欠壓保護。 2. 可逆轉(zhuǎn)動 n在實

13、際生產(chǎn)中常需要運動部件實現(xiàn)正反兩個方向的運動，這就要求拖動電動機能做正反兩方向的運轉(zhuǎn)。從電機原理可知，改變電動機三相電源相序即可改變電動機旋轉(zhuǎn)方向。電動機的常用可逆旋轉(zhuǎn)控制電路如圖1.13所示。L1L2L3QMFU1KM1PEKM2FU2SB1KM1SB2KM2SB1KM1SB2KM2SB3KRFU2KM1KM2圖圖1.13可逆旋轉(zhuǎn)可逆旋轉(zhuǎn)3. 點動控制 n生產(chǎn)過程中，不僅要求生產(chǎn)機械運動部件連續(xù)運動，還需要點動控制。圖1.14為電動機點動控制電路。圖中的控制電路既可實現(xiàn)點動控制，又可實現(xiàn)連續(xù)運轉(zhuǎn)。SB3為連續(xù)運轉(zhuǎn)的停止按鈕，SB1為連續(xù)運轉(zhuǎn)起動按鈕，SB2為點動起動按鈕。 L1L2L3QMF

14、U1KMPEUVWKRFU2SB1KMSB3KMFU2SB2SB2KR圖圖1.14點動控制電路點動控制電路4. 自動往返運動 n在實際生產(chǎn)中，常常要求生產(chǎn)機械的運動部件能實現(xiàn)自動往返。因為有行程限制，所以常用行程開關(guān)做控制元件來控制電動機的正反轉(zhuǎn)。圖1.15為電動機往返運行的可逆旋轉(zhuǎn)控制電路。圖中KM1、KM2分別為電動機正、反轉(zhuǎn)接觸器，SQ1為反向轉(zhuǎn)正向行程開關(guān)，SQ2為正向轉(zhuǎn)反向行程開關(guān)，SQ3、SQ4分別為正向、反向極限保護用限位開關(guān)。 返回本節(jié)返回本節(jié)L1L2L3QMFU1KM1PEKM2KRFU2SB1SB2KM1KM1FU2KM1SQ1SB2SB1KM2KM2KM2SQ2KRSB3

15、SQ2SQ3SQ1SQ4圖圖1.15往返運行往返運行1.2.2降壓起動 n1. 自耦變壓器起動法n圖1.16是采用自動控制自耦變壓器降壓起動的控制電路。是由交流接觸器、熱繼電器、時間繼電器、按鈕和自耦變壓器等元件組成。圖中KM1為正常運轉(zhuǎn)接觸器，KM2為降壓起動接觸器，KA為起動中間繼電器，KT為降壓起動時間繼電器。 圖圖1.16自耦變壓器降壓起動自耦變壓器降壓起動L1L2L3QMFU1KM1PEKM2KRFU2SB1KRTKM1KM2FU2KM2KAKM2SB2KTKTKAKAKAKM1123456789n2. Y-D起動法n凡是正常運行時三相定子繞組接成三角形運轉(zhuǎn)的三相籠型感應(yīng)電動機，都可

16、采用Y-D降壓起動。起動時，定子繞組先接成Y聯(lián)結(jié)，接入三相交流電源，起動電流下降到全壓起動時的1/3，對于Y系列電動機直接起動時起動電流為額定電流IN的5.57倍。當轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時，將電動機定子繞組改成D聯(lián)結(jié)，電動機進入正常運行。這種方法簡便、經(jīng)濟，可用在操作較頻繁的場合，但其起動轉(zhuǎn)矩只有全壓起動時的1/3，Y系列電動機起動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的1.42.2倍。圖1.17為用于13kW以上電動機的起動電路，由三個接觸器和一個時間繼電器構(gòu)成。圖圖1.17Y-D起動起動返回本節(jié)返回本節(jié)L1L2L3QMFU1KM1PEU1V1W1KM2KRKM1FU2SB1KM1W2 U2 V2KM3KM3KM2KT

17、KRKM2KM3KM1KTKTSB2123456789FU2.1.2.3數(shù)學(xué)輔助分析法 n用繼電接觸控制線路表示邏輯代數(shù)的基本運算n 邏輯函數(shù)與繼電接觸控制線路圖 1. 用繼電接觸控制線路表示邏輯代數(shù)的基本運算 n（1）“與”運算（邏輯乘）n邏輯代數(shù)中運算符號“”或“”讀作“與”?！芭c”運算的真值表如表1.2所示。 表表1.2與運算與運算n實現(xiàn)邏輯乘的器件叫做“與”門，它的邏輯符號如圖1.18（a）所示，圖1.18（b）顯示出了繼電控制線路中“與”運算的實例，它表示觸點的串聯(lián)。若規(guī)定觸點接通為“1”，斷開為“0”，線圈通電為“1”，斷電為“0”，則可以寫出KMKA1KA2，只有觸點KA1、KA

18、2均接通，接觸器線圈KM能通電。ABJKA1KA2KM（a）邏輯符號）邏輯符號（b）控制線路實例）控制線路實例圖圖1.18邏輯邏輯“與與”（2）“或”運算（邏輯加）n邏輯代數(shù)中運算符號“+”讀作“或”。“或”運算的真值表如表1.3所示。 表表1.3或運算或運算n實現(xiàn)邏輯乘的器件叫做“或”門，它的邏輯符號如圖1.19（a）所示，圖1.19（b）顯示出了繼電控制線路中“或”運算的實例，它表示觸點的并聯(lián)，可寫成KMKA1KA2，當觸點KA1或KA2接通，或者KA1和KA2多接通時，接觸器線圈都可通電。圖圖1.19邏輯邏輯“或或”+ABJKA1KA1KM（a）邏輯符號）邏輯符號（b）控制線路實例）控制

19、線路實例n（3）“非”運算（邏輯非）n邏輯代數(shù)中“非”運算的符號用變量上面的短橫線表示，讀作“非”?！胺恰边\算的真值表如表1.4所示。它表示了事物相互矛盾的兩個對立面之間的關(guān)系。這種規(guī)律的因果規(guī)律稱為“非”邏輯關(guān)系。表表1.4 非運算非運算n實現(xiàn)邏輯“非”的器件叫做“非”門，它的邏輯符號如圖1.20（a）所示，圖1.20（b）示出了繼電控制線路中“非”運算的實例，通常稱KA為原變量，為反變量，它們是一個變量的兩種形式，如同一個繼電器的一對常開、常閉觸點，在向各自相補的狀態(tài)切換時同步動作。圖（b）中，觸點KA的取值與線圈KM的取值相同，而KM1與繼電器的常閉觸點的取值相同，所以，故實現(xiàn)了非運算。

20、AJKA1KMKMFKM1 （a）邏輯符號 （b）控制線路實例圖圖1.20邏輯邏輯“非非”2. 邏輯函數(shù)與繼電接觸控制線路圖 n（1）邏輯函數(shù) n（2）邏輯圖和繼電接觸控制線路圖 由繼電接觸控制線路圖寫出邏輯函數(shù) 由邏輯函數(shù)畫出繼電接觸控制線路 n圖1.21（a）為一個最簡單的起-保-停線路，接觸器線圈是串接在由觸點構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)上，然后與電源相接，是一個串聯(lián)電路。它的邏輯函數(shù)是：n圖1.21（b）為圖（a）的反演電路，實現(xiàn)的邏輯功能完全相同，接觸器線圈與觸點網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)，所以圖（b）是并聯(lián)電路。圖中所接的電阻R是限流電阻，防止電源短路。原理是通過開關(guān)網(wǎng)絡(luò)使線圈的兩端短接（線圈不通電）或不予短接（線圈

21、通電），來控制線圈。所以串聯(lián)電路是直接控制原理，并聯(lián)電路是旁路控制原理。 圖圖1.21串聯(lián)和并聯(lián)繼電接觸控制線路串聯(lián)和并聯(lián)繼電接觸控制線路返回本節(jié)返回本節(jié)SB1SB2KMKMRKMSB2SB1KM （a） （b）1.2.4電機的制動 n圖1.22為電動機單向旋轉(zhuǎn)電機反接制動控制電路。當電動機轉(zhuǎn)速接近零時應(yīng)迅速切斷三相電源，否則電動機將反向起動。為此采用速度繼電器來檢測電動機的轉(zhuǎn)速變化，并將速度繼電器調(diào)整在n130r/min時觸點動作，而當nKM1SB1KM2KVKM1SB2KM1SB2KM2KRFU2KV1.2.5電機的調(diào)速 n圖1.23是D-YY反轉(zhuǎn)向方案變極調(diào)速電動機接線方法及控制電路。它

22、是通過改變定子繞組的半相繞組電流方向來實現(xiàn)變極的。將三相繞組的首尾端依次相接，構(gòu)成一個封閉三角形，從首端引出線接電源，中間抽頭懸空著，構(gòu)成D聯(lián)結(jié)。若將三個首尾端相接構(gòu)成一個中性點N，而將各繞組中間抽頭接電源，構(gòu)成YY聯(lián)結(jié)。使每相的兩個半相繞組并聯(lián)，從而使其中一個半相繞組電流方向反了，于是電動機極對數(shù)減小一半，即pD=2pYY。 圖圖1.23電機變極調(diào)速電機變極調(diào)速(a)返回本節(jié)返回本節(jié)L1L2L3U1V1W1U3V3W3U2V2W3L1L2L3U3V3W3U1U2V1V2W1W2（a）電機接線方法）電機接線方法L1L2L3QMFU1KM1PEKM2KM3U1 V1 W1U3 V3 W3FU2S

23、B1KTKM2KM1KM1KTKTKM3KM1KTSB2KM3KM2KM1KM3KM2FU2（b）控制電路圖圖1.23電機變極調(diào)速電機變極調(diào)速(b)1.2.6順序控制 n順序控制是指以預(yù)先規(guī)定好的時間或條件為依據(jù)，按預(yù)先規(guī)定好的動作次序，對控制過程各階段順序地進行自動控制。圖1.24是順序控制原理圖，其中G1G4分別表示第一至第四程序的執(zhí)行電路，可根據(jù)每一程序的具體要求設(shè)計，K1K4分別表示G1G4程序執(zhí)行完成時發(fā)出的控制信號，SB5、SB6分別為起動和停止按鈕。圖圖1.24順序控制原理圖順序控制原理圖返回本節(jié)返回本節(jié)SB5SB6KM5KM1KM2G1KM1K1KM1KM2KM3G2KM2K2KM2KM3KM4G3KM3K3KM3KM4KM5G4KM4K4KM4KM5KM51.3控制系統(tǒng)實例 n1.3.1主軸和進給電動機的控制 n1.3.2 快速移動 n1.3.3工作臺或主軸箱與主軸機動進給聯(lián)鎖 返回本章首頁返回本章首頁下面以鏜下面以鏜床為例，床為例，分析其控分析其控制線路的制線路的應(yīng)用和控應(yīng)用和控制系統(tǒng)的制系統(tǒng)的組成。圖組成。圖1.25為鏜為鏜床電氣控床電氣控制原理圖。制原理圖。圖圖1.25T68鏜床控制原理圖鏜床控制原理圖L1L2L3FU1MKSMnnQK