電氣控制技術第二章

第2章繼電器接觸器控制系統(tǒng)的基本電路2.1電氣控制線路的繪制2.2三相異步電動機的起動控制線路

2.4三相異步電動機的制動控制線路

2.5三相異步電動機的調速控制線路

2.6其他典型控制線路2.3三相異步電動機正反轉控制線路2/5/2023電氣控制線路是用導線將電機、電器、儀表等電器元件按一定的要求和方法聯(lián)系起來，并能實現(xiàn)某種功能的電氣線路。2.1.1常用電氣圖的圖形符號和文字符號(表2.1)2.1.2電氣線路圖電氣控制線路圖表示方法：安裝接線圖、電氣原理圖電氣原理圖是用來表示電路各電氣元件中導電部件的聯(lián)接關系和工作原理的圖。2.1電氣控制的繪制2/5/2023繪制電氣原理圖的原則：（1）圖中所有的元器件都應采用國家統(tǒng)一規(guī)定的圖形符號和文字符號。（2）電氣原理圖的組成電氣原理圖由主電路和輔助電路組成。（3）在原理圖中，同一個電路的不同部分分散圖中，為了表示同一個元件，要在電器的不同部分使用同一文字符號（4）所以電器的可動部分均以自然狀態(tài)畫出（5）原理圖中應盡可能減少線條和避免線條交叉2/5/20232.1.3閱讀和分析電路圖的方法常用兩種方法：查線讀圖法、邏輯代數(shù)方法（1）查線讀圖法1）了解生產(chǎn)工藝與執(zhí)行電器的關系例:車床主軸轉動時，要求油泵先給齒輪箱供油潤滑。2/5/2023圖2.1主拖動電機與潤滑泵電機的聯(lián)鎖控制2/5/20232）分析主電路首先分析電動機電路中有哪些觸點、電阻等、再根據(jù)組合規(guī)律看是否正反轉、是否有制動、是否有調速。3）分析控制電路根據(jù)主電路找控制電路中相關的控制環(huán)節(jié)以及環(huán)節(jié)中的相互聯(lián)系。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。其缺點是分析復雜線路時易出錯，敘述也較冗長。2/5/2023

2.2三相異步電動機的起動控制線路2.2.1鼠籠式異步電動機全壓起動控制特點——結構簡單、價格便宜、堅固耐用。組成——控制線路——繼電器、接觸器、按鈕等；電路的保護環(huán)節(jié)（a）短路保護——熔斷器；（b）過載保護——熱繼電器；（c）欠壓、失壓保護——接觸器本身。2/5/2023（1）單向長動控制圖2.2鼠籠式電機單向運行電氣控制線路2/5/2023起動——合上QS,引入三相電源。按下SB2，交流接觸器KM的吸引線圈通電，接觸器主觸頭閉合，電動機運轉。與SB2并聯(lián)的KM閉合，使接觸器吸引線圈經(jīng)兩條路通電。當SB2復位時，接觸器KM的線圈仍通過其觸頭通電，保持電動機運行。停止——運轉則按SB1，KM斷電釋放，其常開主觸頭切斷三相電源，電動機停止運轉。松開SB1

后接觸器線圈不能通過自鎖觸頭通電，因其已隨接觸器的斷電而斷開。2/5/2023概念：

自鎖——依靠接觸器（繼電器）自身輔助觸頭而使其線圈保持通電的現(xiàn)象。

互鎖——依靠兩個接觸器（繼電器）的輔助常閉觸頭起相互控制作用，即一個接通時，利用其常閉輔助觸頭的斷開來鎖住對方線圈的電路。這種利用兩個接觸器（繼電器）的常閉觸點互相控制的方法叫互鎖象。2/5/2023欠壓、失壓保護的優(yōu)點1、防止電壓嚴重下降時電動機低壓運行；2、避免電動機同時起動造成的電壓嚴重降；3、防止電源電壓恢復時，電動機突然起動運轉造成設備和人身事故。2/5/2023（2）單向點動控制圖2.3實現(xiàn)點動的控制線路2/5/2023工作原理：點動（a）起動：QS＋——SB＋——KM＋——M＋停止：SB－——KM－——M－工作原理：連動（b）起動：QS＋——SB2

＋——KA＋——KM＋——M＋點動起動：QS＋—SB3

＋—KM＋—M＋停止：SB1－——KM－——M－2/5/2023（2）單向點動控制圖2.3實現(xiàn)點動的控制線路2/5/2023工作原理：點動（C）起動：QS＋

Q－——SB2＋——KM＋

——M＋停止：SB2－——KM－

——M－工作原理：連動（C）起動：QS＋——Q＋——SB2±——KM＋

——M＋停止：SB1±——KM－——M－2/5/2023工作原理：點動（d）起動：QS＋——SB3＋——KM＋

——M＋停止：SB3－——KM－

——M－工作原理：連動（d）起動：QS＋——SB2±——KM＋

——M＋停止：SB1±——KM－——M－2/5/2023結論由以上分析可知：點動與連續(xù)控制的區(qū)別：主要在自鎖觸頭上。點動：無自鎖觸點，點動按鈕兼起停止作用。連續(xù)：必須有自鎖，并另設停止按鈕。兩者結合構成既有點動又有連續(xù)的控制電路2/5/20232.2.2鼠籠式異步電動機降壓起動控制電動機全壓起動時，起動電流可達額定電流的4－7倍。一般：10KW以下可直接起動，10KW以上根據(jù)以下經(jīng)驗公式來評估。滿足公式，可直接起動，否則采用降壓起動。2/5/2023常用的降壓起動的方法：定子電路串電阻(電抗）降壓起動自耦變壓器減壓起動Y—Δ減壓起動Δ—Δ減壓起動等

2/5/2023（1）定子電路串電阻(電抗）降壓起動

1）線路設計思想

在電動機起動過程中，常在三相定子電路中串電子或電抗來降低定子繞組上的電壓，使電動機在降低了的電壓下起動，以達到限制起動電流的目的。

2）典型線路介紹

a、手動控制

b、自動控制2/5/2023圖2.4定子串電阻降壓起動控制線路(a)手動控制運行線路(b)自動控制運行線路2/5/2023串電阻起動的優(yōu)點：結構簡單，成本低、動作可靠，提高了功率因數(shù)，有利于保證電網(wǎng)質量。缺點：起動電流隨定子電壓成正比下降，而起動轉矩則按電壓下降比例的平方倍下降。能量消耗大。僅適用中小容量電機起動。結論：2/5/2023（2）自耦變壓器降壓起動控制線路1）線路設計思想

在自耦變壓器降壓起動的控制線路中，限制電動機起動電流是依靠自耦變壓器的降壓作用來實現(xiàn)的。自耦變壓器的初級和電源相接，自耦變壓器的次級與電動機相連。2）典型線路介紹2/5/2023圖2.5定子串自耦變壓器降壓起動控制線路2/5/2023與串電阻相比優(yōu)點：在獲得同樣起動轉距的情況下，采用自耦變壓器降壓起動從電網(wǎng)獲取的電流比采用電阻降壓起動要小的多，對電網(wǎng)沖擊小，功率損耗小。缺點：自耦變壓器價格較貴，相對電阻結構復雜，體積龐大。適合容量大，正常運行為星形接法的電動機。結論：2/5/2023（3）Y—Δ降壓起動控制線路1）線路設計思想

在起動時將電動機定子繞組接成星形，每相繞組承受的電壓為電源的相電壓（220V），減小了起動電流對電網(wǎng)的影響。而在起動后期則按預先整定的時間換接成三角形接法，每相繞組承受的電壓為電源的線電壓（380V），電動機進入正常運行。2）典型線路介紹2/5/20232/5/2023優(yōu)點：定子繞組星形接法時，起動電流為直接采用三角形接法的1/3，因而起動電流特性好，線路簡單，投資少。缺點：起動轉距也相應下降為三角形接法的1/3，轉距特性差。本線路適合輕載或空載起動的場合。結論：2/5/2023（4）Δ—Δ降壓起動控制線路1）線路設計思想

在電動機起動時，將電動機定子繞組一部分接成星形，另一部分接成三角形。待起動結束后，再轉換成三角形接法，其轉換過程仍按照時間原則來控制。2/5/20232）典型線路介紹2/5/2023圖2.8△-△降壓起動控制線路2/5/2023優(yōu)點：起動轉距比采用Y－△降壓起動大，并且可以在一定的范圍內選擇，也不需要專門的起動設備，結構簡單。缺點：與自耦變壓器降壓起動時的最高轉距相比，還存在著較大的差距，三角形接線的電動機引出線多，制造費時，在一定程度上限制了它的使用。結論：2/5/2023結論：起動轉距比采用Y－△降壓起動大，并且可以在一定范圍內進行選擇，也不需要專門的起動設備，結構簡單。單與自耦變壓器降壓起動時的最高轉距相比，還存在較大的差距；且引出線多，制造費時，在一定程度上限制了使用范圍。2/5/20232.2.3繞線式異步電動機起動控制線路在大、中容量電動機重載起動時，增大起動轉距和限制起動電流兩者之間的矛盾十分突出。利用上述的鼠籠式異步電動機降壓起動，也難以解決這個問題。為此常采用繞線式異步電動機。

繞線式異步電動機優(yōu)點：可以在轉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，提高轉子電路的功率因數(shù)和增加起動轉距的目的2/5/2023繞線式異步電動機轉子串接對稱電阻后，其人為特性如圖：圖2.9轉子串接對稱電阻時的人為特性2/5/2023（1）線路設計思想轉子繞組串電阻后，起動時轉子電流減小。但由于轉子加入電阻，轉子功率因數(shù)提高，只要電阻值大小選擇合適，轉子電流的有功分量增大，電動機的起動轉距也增大，從而具有良好的起動特性。線路的設計思想，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。2/5/2023（2）典型線路介紹圖2.10按時間原則組成的繞線式異步電動機起動控制線路2/5/20232/5/20232.2.4用電子式軟起動器進行起動控制線路

傳統(tǒng)異步電動機起動特點：控制電路簡單，起動轉距不可調，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賭轉。2/5/2023當電動機軟起動結束后，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分斷，然后再由軟起動器對電動機進行軟停車。（1）軟起動器與旁路接觸器2/5/2023（2）單臺軟起動器起動多臺電動機2/5/20232.3三相異步電動機的正反轉控制線路2.3.1電動機可逆運行的手動控制線路（1）線路設計思想可逆運行控制線路，實質上是兩個方向相反的單向運行電路的組合。為此，采用兩個交流接觸器分別給電動機定子送人A、B、C相序和C、B、A相序的電源。（2）典型線路介紹2/5/20231）“正－停－反“手動控制圖2.14電動機可逆運行控制線路(a)輔助觸頭作聯(lián)鎖(b)按鈕作聯(lián)鎖2/5/20232）“正－反－?！笔謩涌刂茍D2.15電動機“正-反-停”手動控制線路2/5/20232.3.2電動機可逆運行的自動控制線路（1）線路設計思想自動控制的電動機可逆運行電路，可按行程控制原則來設計。實質上就是利用行程開關來檢測機件往返運動的位置，自動發(fā)出控制信號，進而控制電動機的正反轉，使機件往復運動。2/5/2023（2）典型線路介紹下圖是一個刀架自動循環(huán)的控制電路，行程開關SQ1和SQ2安裝在指定位置。2/5/2023圖2.16刀架自動循環(huán)的控制線路2/5/2023圖2.17自動往復循環(huán)控制線路2/5/20233.4三相異步電動機的制動控制線路在實際生產(chǎn)中，為了保證工作設備的可靠性和人身安全，為了實現(xiàn)快速、準確停車，縮短輔助時間，提高生產(chǎn)效率，對要求停轉的電動機采取措施，強迫其迅速停車，這叫“制動”2/5/20232/5/20232.4.1電磁機械制動（1）電磁抱閘制動線路設計思想：利用外加的機械作用力，使電動機迅速停止轉動。由于這個外力的機械作用力，是靠電磁制動閘緊緊抱住與電動機同軸的制動輪來產(chǎn)生的，所以叫做電磁抱閘制動。又分為：斷電電磁抱閘制動和通電電磁抱閘制動2/5/20231）斷電電磁抱閘制動

1是電磁鐵，2是制動閘，3是制動輪，4是彈簧這種斷電抱閘制動的結構形式，在電磁鐵線圈一旦斷電或未通電時電動機都處于制動狀態(tài)，故稱為斷電制動方式。2/5/20232）通電電磁抱閘制動圖2.19通電電磁抱閘制動控制線路2/5/2023圖2.20電磁離合器制動控制線路（2）電磁離合器制動線路2/5/20232.4.2反接制動控制線路（1）線路設計思想利用改變電動機電源電壓相序，使電動機迅速停止轉動的一種電氣制動方法。（2）典型線路介紹2/5/20231）單向反接制動控制線路圖2.22電機單向反接制動控制線路2/5/2023圖2.23可逆運行的反接制動控制線路2）可逆反接制動線路2/5/2023結論：上圖可逆反接制動的缺點是：當停車檢修時，檢修人員認為地轉動電動機轉子，如果轉速達到100r/m左右，KA－Z或KA－F的常開觸點就有可能閉合，從而使KM1或KM2接通得電，電動機因短時接通而引起意外事故。下圖克服了上圖的缺點，在線路中間增加了一個中間繼電器KA，不會因電動機轉子的人為轉動，導致電動機意外接通而引起事故。

2/5/2023圖2.24可逆反接制動控制線路2/5/2023圖2.25定子串對稱電阻可逆反接制動控制線路2/5/20232.4.3能耗制動控制線路（1）線路設計思想該線路的設計思想是在電動機脫離三相交流電源以后，立即將直流電源接入定子繞組，利用轉子感應電流與靜止磁場的作用產(chǎn)生制動轉距，從而達到制動目的。（2）典型線路介紹2/5/20231）單向能耗制動控制線路按時間原則控制的單向能耗制動圖2.26按時間原則控制的單向能耗制動控制線路2/5/2023圖2.27按速度原則控制的單向能耗制動控制線路按速度原則控制的單向能耗制動控制2/5/2023圖2.28按時間原則控制的可逆運行能耗制動控制線路2)可逆運行能耗制動控制按時間原則控制的可逆能耗制動2/5/2023圖2.29按速度原則控制的可逆能耗制動控制線路按速度原則控制的單向能耗制動控制2/5/2023結論：能耗制動的優(yōu)點：把電動機轉子所儲存的動能轉變?yōu)殡娔?，且又消耗在電動機轉子的制動上，與反接制動相比，能量損耗少。在制動時磁場靜止不動，不會產(chǎn)生有害的反轉，停車準確，制動過程平穩(wěn)。缺點：需要整流電路，制動速度較反接制動慢些。適用電動機容量較大，要求制動平穩(wěn)頻繁的場合。2/5/20232.5三相異步電動機的調速控制線路2.5.1變更極對數(shù)的調速控制線路（1）線路設計思想2/5/2023（2）變更繞組極對數(shù)原理常用的變極調速方法有兩種：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；另一種是在定子上設置不同極對數(shù)的兩套互相獨立的繞組。以雙速為例2/5/2023圖2.30雙速電動機定子繞組接線示意圖(a)△/YY變換(b)Y/YY變換2/5/2023（3）典型線路介紹1)雙速電動機控制線路

圖2.31雙速電動機調速控制線路2/5/2023雙投開關Q合向“低速”，KM3得電，電動機接成三角形，低速運轉雙投開關Q合向置于“空擋”，電動機停轉。雙投開關Q合向置于“高速”，時間繼電器KT得電，其瞬動常開觸點閉合，使KM3線圈得電，繞作接成三角形，電動機低速起動。經(jīng)過一段時間延時，KT的常開觸點延時閉合，常閉觸點延時斷開，使KM3失電，KM2和KM1線圈得電，定子繞組接線自動從三角形切換為雙星形，電動機高速運轉。工作原理：2/5/20232）三速電動機控制線路2/5/20232/5/2023工作原理：

如組合開關SA的手柄扳在位置2，按下起動按鈕SB2，HL1亮，KM1、KM2吸合，電動機第一套繞組D1D2D3接向電源連成三角形，呈8極，電動機低速起動。同時KT1得電。經(jīng)過一段時間，D1D2D3失電，電動機第二套繞組D7D8D9接向電源，電動機呈6極。再經(jīng)一段時間，D4D5D6接電源，電動機呈4極高速運轉。2/5/20233.6其他的典型控制線路3.6.1多地點控制線路

多地點控制是指在兩地或兩個以上地點進行的控制操作，多用于規(guī)模較大的設備，為了操作方便常要求能在多個地點進行操作。2/5/20232.6.2順序起?？刂凭€路

具有多臺電動機拖動的機械設備，在操作時為了保證設備的運行和工藝過程的順利進行，對電動機的起