可編程控制器——電氣控制基礎(chǔ).ppt

GE可編程控制器,張曉丹,常用電氣控制基礎(chǔ),第1節(jié) 常用低壓電器,第2節(jié) 電氣控制系統(tǒng)的基本控制環(huán)節(jié)和控制規(guī)律,第3節(jié) 三相異步電動機控制電路,第4節(jié) 電器控制線路的設(shè)計方法,第5節(jié) 梯形圖,第1節(jié) 常用低壓電器,接觸器,刀開關(guān),斷路器,行程開關(guān),熔斷器,主令開關(guān),繼電器,按鈕,氣動閥,電磁閥,電器是對電能的生產(chǎn)、輸送、分配和應(yīng)用起著控制、調(diào)節(jié)、檢測及保護的作用。如開關(guān)、熔斷器、變壓器等都屬于電器。 能夠按照外界指定信號手動或自動地接通和斷開電路，實現(xiàn)對電路控制的電器稱為控制電器。如熔斷器、開關(guān)、電磁鐵等都屬于控制電器。 由控制電器組成的自動控制系統(tǒng),稱為繼電器-接觸器控制系統(tǒng)。,第1節(jié) 常用低壓電器,簡而言之：,電器就是一種能控制電的工具,第1節(jié) 常用低壓電器,一、電器的分類 按工作電壓等級分：高壓電器和低壓電器（交流電壓1200V，直流電壓1500V。） 按動作原理分 ：手動電器和自動電器 按用途分：控制電器、主令電器、保護電器、執(zhí)行電器和配電電器 按工作原理分：電磁式電器和非電量控制電器。 按有無觸點分：有觸點電器和無觸點電器,二、電器的作用 控制作用 保護作用 測量作用 調(diào)節(jié)作用 指示作用 轉(zhuǎn)換作用,如電梯的上下移動、快慢速自動切換與自動停層等,能根據(jù)設(shè)備的特點，對設(shè)備、環(huán)境、以及人身實行自動保護，如電機的過熱保護、電網(wǎng)的短路保護、漏電保護,利用儀表及與之相適應(yīng)的電器，對設(shè)備，電網(wǎng)或其它非電參數(shù)進行測量，如電流、電壓、功率、轉(zhuǎn)速、溫度、濕度等,低壓電器可對一些電量和非電量進行調(diào)整，以滿足用戶的要求，如柴油機油門的調(diào)整、房間溫濕度的調(diào)節(jié)、照度的自動調(diào)節(jié)等,利用低壓電器的控制、保護等功能，檢測出設(shè)備運行狀況與電氣電路工作情況，如絕緣監(jiān)測、保護掉牌指示等,在用電設(shè)備之間轉(zhuǎn)換或?qū)Φ蛪弘娖?、控制電路分時投入運行，以實現(xiàn)功能切換，如勵磁裝置手動與自動的轉(zhuǎn)換，供電的市電與自備電的切換等,三、電磁式控制電器的工作原理 電磁式控制電器一般由兩個部分組成：感測部分（電 磁機構(gòu)）和執(zhí)行機構(gòu)（觸點系統(tǒng)）。 1.電磁機構(gòu)將電磁能轉(zhuǎn)換為機械能并帶動觸頭動作，接通或分斷電路。 組成 原理：線圈通入電流，產(chǎn)生磁場，經(jīng)鐵芯、銜鐵和氣 隙形成回路，產(chǎn)生電磁力，將銜鐵吸向鐵芯。,交流：硅鋼片疊加 直流：整塊鑄鐵或鑄鋼,直動式 轉(zhuǎn)動式,電壓線圈：并聯(lián)在電路中，匝數(shù)多、導線細。 電流線圈：串聯(lián)在電路中，匝數(shù)少、導線粗。 交流線圈：短而粗，有骨架。 直流線圈：細而長，無骨架。,銜鐵沿棱角轉(zhuǎn)動的拍合式鐵心,銜鐵沿軸轉(zhuǎn)動的拍合式鐵心,雙E型直動式鐵心,1-銜鐵 2-鐵心 3-吸引線圈,2.觸頭系統(tǒng)： 通過觸頭的開合控制電路通、斷。觸頭也叫觸點。 類型： 按其所控制的電路分主觸點和輔助觸點。 按其原始狀態(tài)分常開觸點和常閉觸點。 按起結(jié)構(gòu)形式分橋式觸點和指形觸點。 材料：一般采用銅材料制成；對于小容量電器常用銀 質(zhì)材料制成,橋式觸頭,指形觸頭,第1節(jié) 常用低壓電器,組合組合組合開關(guān)開關(guān)開關(guān)分類,低壓配電電器：刀開關(guān)、組合開關(guān)、負荷開關(guān)、熔斷器 低壓保護電器：斷路器、熔斷器、電壓繼電器、電流繼電器、避雷器 低壓控制電器：接觸器、繼電器、控制器 低壓主令電器：按鈕、主令開關(guān)、行程開關(guān)、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān) 低壓執(zhí)行電器：電磁閥、電磁鐵、氣動閥,接觸器，是一種用來自動接通或斷開大電流電路的電器。它可以頻繁地接通或分斷交直流電路，并可實現(xiàn)遠距離控制。其主要控制對象是電動機，也可用于電熱設(shè)備、電焊機、電容器組等其它負載。它還具有低電壓釋放保護功能，接觸器具有控制容量大、過載能力強、壽命長、設(shè)備簡單經(jīng)濟等特點，是電力拖動自動控制線路中使用最廣泛的電器元件。 可分為交流和直流接觸器。,四、接觸器,觸頭系統(tǒng)：主觸頭、輔助觸頭 常開觸頭（動合觸頭） 常閉觸頭（動斷觸頭） 電磁系統(tǒng)：動、靜鐵芯，吸引線圈和反作用彈簧 滅弧系統(tǒng)：滅弧罩及滅弧柵片滅弧 其他部件：包括反作用彈簧、傳動機構(gòu)及外殼等。,1、交流接觸器的結(jié)構(gòu),1-滅弧罩 2-觸頭壓力彈簧片 3-主觸頭 4-反作用彈簧 5-線圈 6-短路環(huán) 7-靜鐵心 8-彈簧 9-動鐵心 10-輔助常開觸頭 11-輔助常閉觸頭,交流接觸器結(jié)構(gòu)圖,滅弧裝置,2、工作原理,線圈加額定電壓，銜鐵吸合，常閉觸頭斷開，常開觸頭閉合；線圈電壓消失，觸頭恢復常態(tài)。,3、 接觸器的符號,五、繼電器,繼電器是根據(jù)某種輸入信號的變化，接通或斷開控制電路，實現(xiàn)自動控制和保護電力拖動裝置的自動切換電器。用于控制小電流電路，觸點額定電流不大于5A，通常接在控制回路中。 繼電器種類： 按輸入信號分可分為電壓繼電器、電流繼電器、時間繼電器、速度繼電器、壓力繼電器等。 按工作原理可分為電磁式、感應(yīng)式、電動式、電子式等。 按輸出形式可分為有觸點繼電器和無觸點繼電器。 按用途可分為控制繼電器、保護繼電器等。,1、電磁式繼電器的結(jié)構(gòu)與工作原理,繼電器是一種根據(jù)特定形式的輸入信號而動作的自動控制電器。 繼電器的結(jié)構(gòu)與接觸器類似。 與接觸器不同的是，繼電器用于通斷控制電路，因此觸頭容量小，無滅弧系統(tǒng)；其動作參數(shù)可調(diào)節(jié)，全部觸頭接于控制電路。 工作原理也與接觸器類似。,1-鐵心 2-旋轉(zhuǎn)棱角 3-釋放彈簧 4-調(diào)節(jié)螺母 5-銜鐵 6-動觸頭 7-靜觸頭 8-非磁性墊片 9-線圈,繼電器的主要特性是輸入輸出特性，又稱 為繼電特性。,X輸入量 Y輸出量,2、電磁式繼電器的特性,X2 - 繼電器吸合值，欲使繼電器動作，輸入量需大于此值。 X1 - 繼電器釋放值，欲使繼電器釋放，輸入量需小于此值。,繼電器符號,（1）電壓繼電器,電壓繼電器的輸入信號是電路的電壓大小，電壓繼電器根據(jù)輸入電壓大小而動作。電壓繼電器分為欠電壓繼電器和過電壓繼電器兩種。 過電壓繼電器-吸合整定值為保護線路額定電壓的1.05-1.2倍，利用其常閉觸點切斷控制電路。 欠電壓繼電器-釋放整定值為線路額定電壓的0.1-0.6倍，利用其常開觸點切斷控制電路。,電壓繼電器的圖形符號和文字符號,DY-20CE系列電壓繼電器,2、電磁式繼電器的類型,線圈并聯(lián)接入主電路 線圈匝數(shù)多，線徑細，阻抗大,（2）電流繼電器 電流繼電器的輸入量是電流，它是根據(jù)輸入電流大小而動作的繼電器。,DL-20C電流繼電器,分類：過電流繼電器、欠電流繼電器 過電流繼電器-吸合整定值：直流（1.1-4）Ie，交流（1.1-4）Ie，利用其常閉觸點切斷控制電路。 欠電流繼電器-釋放整定值：（0.1-0.2）Ie，利用其常開觸點切斷控制電路。欠電流繼電器只有直流產(chǎn)品。,第1節(jié) 常用低壓電器,線圈串聯(lián)接入主電路 線圈匝數(shù)少，線徑粗，阻抗小,電流與電壓繼電器的區(qū)別： 主要是線圈N。 電壓繼電器 ： 多 導線細 檢測負載電壓 并聯(lián)接入電路。 電流繼電器 ： 少 導線粗 檢測負載電流 串聯(lián)接入電路。,中間繼電器符號,4、電磁式 繼電器 的符號,（3）時間繼電器,凡是感測元件通電或斷電后，其觸點要延遲一段時間才動作的電器叫做時間繼電器。時間繼電器在電路中起著控制時間的作用。 分類： 按構(gòu)成原理分：電磁式、空氣阻尼式、電動式和電子式。 按延時方式分：通電延時型和斷電延時型。,空氣阻尼式時間繼電器示意圖及圖形符號,通電延時型,JS7型空氣阻尼式時間繼電器,斷電延時型,空氣阻尼式時間繼電器示意圖及圖形符號,圖示是通電延時繼電器； 線圈位置調(diào)換180度，就是斷電延時繼電器。,（4）中間繼電器,中間繼電器實質(zhì)上是一種電壓繼電器，結(jié)構(gòu)和工作原理與接觸器相同。但它的觸點數(shù)量較多，在電路中主要是擴展觸點的數(shù)量。另外其觸頭的額定電流較大。,JZ7系列中間繼電器,JZY1系列中間繼電器,六、常用非電磁式繼電器,非電磁式繼電器的感測元件接受非電量信號(如：溫度、轉(zhuǎn)速、位移及機械力等)。 常用的非電磁式繼電器有：熱繼電器、速度繼電器、干簧繼電器等。,1、熱繼電器,熱繼電器主要是用于電氣設(shè)備的過載保護，熱繼電器是一種利用電流熱效應(yīng)原理工作的電器，它主要與接觸器配合使用，用于對三相異步電動機的過載保護。,結(jié)構(gòu)：由發(fā)熱元件、雙金屬片和觸頭及動作機構(gòu)等部分組成 。,1-熱元件 2-雙金屬片 3-導板 4-常閉觸頭,雙金屬片式,1電流調(diào)節(jié)凸輪 2a、2b 簧片. 3 手動復位按鈕 4 弓簧 5 主雙金屬片 6 下導板 7 上導板 8 常閉靜觸頭 9 動觸頭 10 杠桿 11 復位調(diào)節(jié)螺釘 12 補償雙金屬片 13 推桿 14 連桿 15 壓簧,熱繼電器的連接：,熱元件串接于電動機的主電路中， 常閉觸點串接于電動機的控制電路 中。,熱繼電器的選擇原則,熱繼電器主要用于電動機的過載保護，使用中應(yīng)考慮電動機 的工作環(huán)境、起動情況、負載性質(zhì)等因素，具體應(yīng)按以下幾 個方面來選擇。 (1)熱繼電器結(jié)構(gòu)型式的選擇：星形接法的電動機可選用兩相或三相結(jié)構(gòu)熱繼電器，三角形接法的電動機應(yīng)選用帶斷相保護裝置的三相結(jié)構(gòu)熱繼電器。 (2)熱繼電器的動作電流整定值一般為電動機額定電流的1.05到1.1倍。 (3)對于重復短時工作的電動機(如起重機電動機)，由于電動機不斷重復升溫，熱繼電器雙金屬片的溫升跟不上電動機繞組的溫升，電動機將得不到可靠的過載保護。因此，不宜選用雙金屬片熱繼電器，而應(yīng)選用過電流繼電器或能反映繞組實際溫度的溫度繼電器來進行保護。,2、速度繼電器,速度繼電器又稱為反接制動繼電器，主要用于三相鼠籠型異步電動機的反接制動控制。它的任務(wù)是當三相電源的相序改變以后，產(chǎn)生與實際轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場，從而產(chǎn)生制動力矩,圖1-17 速度繼電器的原理示意圖及圖形符號,JY-1型速度繼電器,3、干簧繼電器,1.舌簧片 2.線圈 3.玻璃管 4.骨架,干簧繼電器是一種具有密封觸點的非電磁式繼電器。干簧繼電器可以反映電壓、電流、功率以及電流極性等信號，在檢測、自動控制、計算機控制技術(shù)等領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。,七、刀開關(guān)與低壓斷路器 1、低壓刀開關(guān) 刀開關(guān)是手動電器中結(jié)構(gòu)最簡單的一種，主要用作電源隔離開關(guān)，也可用來非頻繁地接通和分斷容量較小的低壓配電線路。 分類： 按刀的級數(shù)分:單極、雙極和三極 按刀的轉(zhuǎn)換方向分為：單投和雙投 按有無熔斷器分：帶熔斷器和不帶熔斷器,(1).開關(guān)板用刀開關(guān)（不帶熔斷器式刀開關(guān)）,(2). 帶熔斷器式刀開關(guān),(3). 負荷開關(guān) 開啟式負荷開關(guān),封閉式負荷開關(guān)（鐵殼開關(guān)）,接線時應(yīng)將電源線接在上端，負載接在下端，這樣拉閘后刀片與電源隔離，可防止意外事故發(fā)生。 安裝時，手柄要向上，不得倒裝或平裝。安裝正確，作用在電弧上的電動力和熱空氣的上升方向一致，就能使電弧迅速拉長而熄滅，反之，兩者方向相反電弧將不易熄滅，嚴重時會使觸頭、刀片燒傷，甚至造成極間短路。另外如果倒裝，手柄可能因自動下落而引起誤動作合閘，將可能造成人身和設(shè)備安全事故。,刀開關(guān)安裝注意事項:,低壓斷路器也稱為自動空氣開關(guān)，可用來接通和分斷負載電路，也可用來控制不頻繁起動的電動機。它功能相當于閘刀開關(guān)、過電流繼電器、失壓繼電器、熱繼電器及漏電保護器等電器部分或全部的功能總和，是低壓配電網(wǎng)中一種重要的保護電器。 低壓斷路器具有多種保護功能(過載、短路、欠電壓保護等)、動作值可調(diào)、分斷能力高、操作方便、安全等優(yōu)點，所以目前被廣泛應(yīng)用。,2、低壓斷路器,特點 當電路發(fā)生短路、過載、欠電壓等故障時， 能夠自動切斷電路，起到保護作用。 結(jié)構(gòu) 主要由觸點系統(tǒng)、操作機構(gòu)和保護元件三部分組成。 原理 主觸點靠操作機構(gòu)（手動或電動）來閉合。 電磁脫扣器起短路保護和過流保護的作用。 欠壓脫扣器起欠壓保護作用。 熱脫扣器起過載保護的作用。,1彈簧 9彈簧 2主觸點 3傳動桿 4鎖扣 5軸 7杠桿 6電磁脫扣器 8銜鐵 10銜鐵 11欠壓脫扣器 12雙金屬片 13發(fā)熱元件,三、低壓斷路器,欠壓脫扣器 正常時， 銜鐵是吸住的；欠壓時， 銜鐵釋放往上而頂開鎖扣。,低壓斷路器 結(jié)構(gòu)示意圖,電磁脫扣器 正常時， 銜鐵是釋放的；短路時， 銜鐵往上吸而頂開鎖扣。,熱脫扣器 正常時， 雙金屬片不彎曲； 過載時， 雙金屬片往上而頂開鎖扣。,（2）低壓斷路器的選擇原則,(1) 斷路器類型的選擇：應(yīng)根據(jù)使用場合和保護要求來選擇。如一般選用塑殼式；短路電流很大選用限流型；額定電流比較大或有選擇性保護要求選框架式；控制和保護含有半導體器件的直流電路應(yīng)選直流快速斷路器等。 (2) 斷路器額定電壓、額定電流應(yīng)大于或等于線路、設(shè)備的正常工作電壓、工作電流。 (3) 斷路器極限通斷能力大于或等于電路最大短路電流。 (4) 欠電壓脫扣器額定電壓等于線路額定電壓。 (5) 過電流脫扣器的額定電流大于或等于線路的最大負載電流。,熔斷器是一種利用物質(zhì)過熱熔化的性質(zhì)制作的保護電器。 熔斷器主要由熔體和安裝熔體的熔管或熔座兩部分組成。 當電路正常即電流為熔體的額定電流時，熔體長期不熔斷； 當電路發(fā)生短路時，熔體能在瞬間熔斷。 當電路發(fā)生嚴重過載時，熔體在較短時間內(nèi)熔斷；,熔斷器的安秒特性,電流與熔斷時間的關(guān)系曲線稱為安秒特性。 流過熔體的電流越大，熔斷所需的時間越短。 Ir為熔體的額定電流即熔體長期不熔斷電流。,八、熔斷器,（1）常用的熔斷器,瓷插式熔斷器：常用于380V以下電壓等級的線路末端，作為支路或電氣設(shè)備的短路保護用。,1熔絲 2動觸頭 3瓷蓋 4石棉帶 5靜觸頭 6瓷座,螺旋式熔斷器：熔體上的上端蓋有一熔斷指示器，一旦熔體熔斷，指示器馬上彈出，可透過瓷帽上的玻璃孔觀察到，常用于機車電氣控制設(shè)備中。500V以下，200A以下。,封閉式熔斷器：分為有填料和無填料兩種。前者500V，1KA以下；后者500V，600A以下。,快速熔斷器：它主要用于半導體整流元件或整流裝置的短路保護。,自復熔斷器：采用金屬鈉作熔體，在常溫下具有較高電導率。當電路發(fā)生短路故障時，短路電流產(chǎn)生高溫使鈉迅速汽化，氣態(tài)鈉呈現(xiàn)高阻態(tài)，從而限制了短路電流。當短路電流消失，溫度下降，金屬鈉恢復原來的良好導電性能。,（2）熔斷器的選擇,熔斷器的安秒特性,熔斷器的動作是靠熔體的熔斷來實現(xiàn)的，當電流較大時，熔體熔斷所需的時間就較短。而電流較小時，熔體熔斷所需用的時間就較長，甚至不會熔斷。因此對熔體來說，其動作電流-動作時間特性即安-秒特性為一反時限特性，如圖所示。,熔斷器只能起到短路保護作用，不能起過載保護作用。如確需在過載保護中使用，必須降低其使用的額定電流，如8A的熔體用于10A的電路中，作短路保護兼作過載保護用，但此時的過載保護特性并不理想。,熔體的額定電流可按以下方法選擇： 保護無啟動過程的平穩(wěn)負載如照明線路、電阻、電爐等時，熔體額定電流略大于或等于負荷電路中的額定電流。 保護單臺長期工作的電動機時，熔體電流可按最大啟動電流選取，也可按下式選?。?保護多臺長期工作的電動機。,熔斷器的選擇（主要依據(jù)負載的保護特性和短路電流的大?。?熔斷器的級間配合：為防止發(fā)生越級熔斷、擴大事故范圍，上、下級(即供電干、支線)線路的熔斷器間應(yīng)有良好配合。,控制系統(tǒng)中，主令電器是一種專門發(fā)布命令、直接或通過電磁式電器間接作用于控制電路的電器，常用來控制電力拖動系統(tǒng)中電動機的起動、停車、調(diào)速及制動等。 常用的主令電器有：控制按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)，萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)、主令控制器及其它主令電器如腳踏開關(guān)、倒順開關(guān)、緊急開關(guān)、鈕子開關(guān)等。,八、主令電器,1、按鈕,按鈕是一種最常用的的主令電器，按鈕為手動控制，用于在控制電路中發(fā)布控制命令。,1.按鈕帽 2.復位彈簧 3.動觸頭 4.常閉靜觸頭 5.常開靜觸頭,按鈕是發(fā)出控制指令和信號的電器開關(guān)，是一種手動且一般自動復位的主令電器。,按鈕結(jié)構(gòu)示意圖,1按鈕帽 2復位彈簧 3動觸頭 4常閉觸頭 5常開觸頭,按鈕的圖形符號及文字符號,1、按鈕,按鈕,LA2、LA4系列按鈕開關(guān),LA19系列按鈕開關(guān),LA18系列按鈕開關(guān),一個按鈕既可作常開按鈕，也可作常閉按鈕。 常開按鈕作起動按鈕，綠色或黑色。 常閉按鈕作停止按鈕，紅色。 在外力作用下，常閉觸點先斷開，常開觸點后閉合。復位時（外力作用消失時），常開觸點先斷開，常閉觸點后閉合。,2、行程開關(guān)（限位開關(guān)）,用于機械設(shè)備運動部件的位置檢測，是利用生產(chǎn)機械某些運動部件的碰撞來發(fā)出控制指令，以控制其運動方向或行程的主令電器。 按運動形式可分為直動式、微動式、滾輪式和組合式等；按觸點的性質(zhì)分為有觸點式和無觸點式。,3、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān),轉(zhuǎn)換開關(guān)是一種多擋位、多觸點、能夠控制多回路的主令電器。用于各種控制設(shè)備中線路的換接、遙控和電流表、電壓表的換相測量等；也可用于控制小容量電動機的起動、換向、調(diào)速。,九、低壓執(zhí)行電器,1、電磁閥 電磁閥是用電磁控制的工業(yè)設(shè)備，用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調(diào)整介質(zhì)的方向、流量、速度和其他的參數(shù)。電磁閥是用電磁的效應(yīng)進行控制，主要的控制方式由繼電器控制。 最常用的是單向閥、安全閥、方向控制閥、速度調(diào)節(jié)閥等。,電磁閥工作原理,電磁閥里有密閉的腔，在不同位置開有通孔，每個孔都通向不同的油管，腔中間是閥，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會被吸引到哪邊，通過控制閥體的移動來擋住或漏出不同的排油的孔，而進油孔是常開的，液壓油就會進入不同的排油管，然后通過油的壓力來推動油缸的活塞，活塞又帶動活塞桿，活塞桿帶動機械裝置動。這樣通過控制電磁鐵的電流通斷就控制了機械運動。,2.電磁鐵,電磁鐵是將電能轉(zhuǎn)化為機械能的一種裝置，利用線圈通電后使鐵心磁化產(chǎn)生的電磁吸力，通過銜鐵操作和牽引裝置完成各種事先擬定的動作。,3.氣動閥,氣動調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)組成。執(zhí)行機構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的推力部件，它按控制信號壓力的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力，推動調(diào)節(jié)機構(gòu)動作。閥體是氣動調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)部件，它直接與調(diào)節(jié)介質(zhì)接觸，調(diào)節(jié)該流體的流量。,由低壓控制電器所組成的控制線路叫做電氣控制線路。,第2節(jié) 電氣控制系統(tǒng)的基本控制環(huán)節(jié)和控制規(guī)律,由于生產(chǎn)機械的種類繁多，所要求的電氣控制線路也是千變?nèi)f化、多種多樣的。但無論是比較簡單的，還是很復雜的電氣控制線路，都是由一些基本環(huán)節(jié)組合而成。本章著重闡明組成這些電氣控制線路的基本規(guī)律和典型線路環(huán)節(jié)。這樣，再結(jié)合具體的生產(chǎn)工藝要求，就不難掌握電氣控制線路的分析和設(shè)計方法。,一、 電氣控制系統(tǒng)的電路圖及繪制原則,電氣控制系統(tǒng)中用國家規(guī)定的統(tǒng)一符號、文字和圖形的形式來表示各電器元件及其相互連接關(guān)系，這就是電氣控制系統(tǒng)的電路圖。,電氣原理圖 電氣安裝圖,根據(jù)電氣設(shè)備的工作原理繪制而成，它具有結(jié)構(gòu)簡單、層次分明；便于研究和分析電路的工作原理等優(yōu)點。,按照電器實際位置和實際接線線路，用給定的符號畫出來的，這種電路圖用于電氣設(shè)備的安裝和維修。,電氣控制系統(tǒng)的電路圖繪制規(guī)律如下：,1元件、器件和設(shè)備的圖形符號和文字符號應(yīng)符合國家規(guī)范。 2主電路和輔助電路分開。 3用平行線繪制，少交叉，并盡可能按照動作順序先后排列。 4原理圖中各電氣元件和部件在控制線路中的位置，應(yīng)根據(jù)便于閱讀的原則安排。,元器件和設(shè)備的可動部分在圖中通常應(yīng)表示成：,觸點為非激勵狀態(tài)，即電器沒有通電和沒有外力作用時觸點的狀態(tài)； 接觸器和電磁式繼電器等系指線圈不加電壓時的觸點狀態(tài)； 按鈕、行程開關(guān)等指未被壓合時觸點狀態(tài)，也就是動合觸點開啟、動斷觸點閉合的狀態(tài)。,為安裝和維護方便，各接線端子應(yīng)編號，規(guī)則見GB4026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。一般主電路用字母加數(shù)字來表示接線端子；輔助電路用數(shù)字編號，以單雙數(shù)區(qū)分電源極性（以每一回路中電壓降為最大的元件為界，如以接觸器的線圈為界）。,舉例：電氣原理圖,刀開關(guān),熔斷器,接觸器,熱繼電器 的熱元件,熱繼電器的常閉觸點,輔助常開觸點,常閉觸頭,常開觸頭,二、 電氣控制系統(tǒng)的基本環(huán)節(jié),1點動控制環(huán)節(jié),電氣原理圖：,工作原理：,用表示有驅(qū)動力，表示無驅(qū)動力。X=1表示常開（動合）觸點X閉合，常閉（動斷）觸點X閉合。X=0表示常開觸點X斷開，常閉觸點X閉合。 SBKMKM =1M 起動 SBKMKM =0M 停止,只有在按下按鈕SB時電動機M才能通電起動運行，故稱為點動控制電路。按鈕SB和接觸器KM的這種組合稱為點動控制環(huán)節(jié)。,2啟保?？刂骗h(huán)節(jié),電氣原理圖：,工作原理：,SB1KMKM=1M 起動 SB2KMKM=0M 停止,接觸器KM的輔助動合觸點稱為自鎖觸點,線路設(shè)有以下幾種保護:,1短路保護 熔斷器 2過載保護 熱繼電器 3欠壓保護和失壓保護 自鎖觸點,1.2.3 電氣控制系統(tǒng)的基本控制規(guī)律,1聯(lián)鎖的控制規(guī)律,（1）互斥聯(lián)鎖,無互鎖,電氣互鎖,機械互鎖,SB1KM1KM1=1M 正轉(zhuǎn) SB3KM1KM1=0M 停止 SB2KM2KM2=1M 反轉(zhuǎn),互斥聯(lián)鎖,SB1KM1KM1=1M 正轉(zhuǎn) KM1 =0 (互鎖) SB2 KM2 不會通電,（2）順序聯(lián)鎖,起動聯(lián)鎖,停止聯(lián)鎖,M1先起動，M2后起動，將KM1常開觸頭串入KM2線圈回路中。,M2先停止，M1后停止，將KM2常開觸頭并在M1停止按鈕旁。,（3）長動與點動聯(lián)鎖,長動與點動聯(lián)鎖是既能正常起保?？刂疲帜苓M行點動控制。,方法二：加中間繼電器（KA）,長動與點動的區(qū)別就在于有無自鎖觸點的作用。,例如：甲、乙兩地同時控制一臺電機。,方法：兩起動按鈕并聯(lián)；兩停車按鈕串聯(lián)。,(4) 多地點控制,甲地,乙地,電氣互鎖規(guī)律：欲使兩接觸器不能同時工作，只需將兩接觸器的常閉觸點互相串入對方的線圈電路中即可。 順序控制規(guī)律：要求甲接觸器得電后，乙接觸器方可得電，只需將甲的常開觸點串在乙的線圈電路中；要求乙接觸器失電后，甲接觸器方可失電，只需將乙的常開觸點并在甲的停車按鈕上。 實現(xiàn)多地控制的原則：控制按鈕的常開觸點并聯(lián)，常閉觸點串聯(lián)。,小結(jié),聯(lián)鎖控制的關(guān)鍵是正確地選擇聯(lián)鎖觸點。,練習題,設(shè)計一個采用兩地操作的既可點動又可連續(xù)運行的電機控制電路。 畫出能自動正反轉(zhuǎn)且具有接觸器和按鈕雙重互鎖的電路。 有兩臺電動機M1、M2，要求只有在M1起動后，M2才允許起動，它們可分別停車或同時停車。,設(shè)計一個采用兩地操作的既可點動又可連續(xù)運行的電機控制電路。,畫出能自動正反轉(zhuǎn)且具有接觸器和按鈕雙重互鎖的電路。,有兩臺電動機M1、M2，要求只有在M1起動后，M2才允許起動，它們可分別停車或同時停車。,控制過程的變化參量很多，通過測量元件反應(yīng)參量的變化，并將這一變化參量反饋回來作用與控制裝置，實現(xiàn)自動控制，這就是參量控制規(guī)律。,2參量的控制規(guī)律,常用的變化參量有行程、時間、速度、電流等,（1）行程控制,利用行程開關(guān)（極限開關(guān)）實現(xiàn)限位控制 。,SB1KM1KM1=1M右移，至右終端位置， SQ2KM1M，停止。,（2）自動循環(huán)控制,正、反轉(zhuǎn)是實現(xiàn)工作臺自動往復循環(huán)的基本環(huán)節(jié)。自動電動機的循環(huán)控制線路如圖所示。 控制線路按照行程控制原則，利用生產(chǎn)機械運動的行程位置實現(xiàn)控制，通常采用限位開關(guān)。 （二）保護：1.短路保護FU；2.過載保護FR；3.自鎖、互鎖保護；4.欠壓保護（接觸器）。,自動循環(huán)控制線路,SQ1、SQ2起往復運動控制作用 SQ3、SQ4起終端限位保護作用,工作過程如下：,合上開關(guān)QK按下按鈕SB2KM1通電M正轉(zhuǎn)，工作臺向前工作臺前進到一定位置，撞塊壓動限位開關(guān)SQ2SQ2常閉觸頭斷開KM1斷電M停止向前 SQ2常開觸頭閉合KM2通電電動機M 改變電源相序而反轉(zhuǎn)，工作臺向后工作臺向后退到一定位置，撞塊壓動限位開關(guān)SQ1SQ1常閉觸頭斷開KM2斷電M停止后退 SQ1常開觸頭閉合KM1通電電動機M又正轉(zhuǎn)，工作臺又向前， 如此往復循環(huán)工作，直至按下停止按鈕SB1KM1（或KM2）斷電電動機停轉(zhuǎn)。 另外，SQ3、SQ4分別為反、正向終端保護限位開關(guān)，防止限位開關(guān)SQ1和SQ2失靈時造成工作臺從床身上沖出的事故。,（3）時間控制,利用時間繼電器實現(xiàn)由降壓起動至全壓運行的切換，即用時間繼電器的延時來控制降壓起動時間。,（4）速度控制,如下圖所示為單向運行電動機反接制動控制電路。利用速度繼電器實現(xiàn)對反接制動的控制。,一旦開始制動時，由控制系統(tǒng)的聯(lián)鎖觸點和速度繼電器的備用的閉合觸點，形成一個電動機相序反接（俗稱倒相）電路，使電動機在反接制動下停車。而當電動機的轉(zhuǎn)速接近零時，速度繼電器的制動常開觸點分斷，從而切斷電源，使電動機制動狀態(tài)結(jié)束。,1.起動性能 起動時定子起動電流與額定電流之比值大約57。起動電流大對線路有影響，將造成較大的電壓降落，影響其他負載正常工作。,2.起動方法 直接起動-小(輕)負載 降壓起動：起動時降低加在電動機定子繞組上的電壓，以減小起動電流，減少對線路電壓的影響，起動后再將電壓恢復到額定電壓。,1.3 三相異步電動機控制電路,例 三相異步電動機的啟動控制電路,Y-起動控制電路,電動機在工作時其定子繞組是聯(lián)接成三角形的，那么在起動時可把它聯(lián)成星形，等到轉(zhuǎn)速接近額定值時再換成三角形。這樣，在起動時就把定子每相繞組上的電壓降到正常工作電壓的 。,星形,三角形,按鈕操作的Y-起動控制電路,時間繼電器延時自動切換的Y-起動控制電路,星形-三角形降壓起動控制的主電路,繞線型異步電動機起動控制電路,三相繞線型異步電動機的轉(zhuǎn)子回路可以通過滑環(huán)外串接可變電阻來減小起動電流，以達到提高轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù)和起動轉(zhuǎn)矩的目的。在一般要求起動轉(zhuǎn)矩較高的場合下 。 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子回路電阻的方法很多，有分段調(diào)節(jié)和連續(xù)調(diào)節(jié)兩種。分段調(diào)節(jié)有時間原則調(diào)節(jié)，電流原則調(diào)節(jié)，速度原則調(diào)節(jié)以及綜合原則調(diào)節(jié)等。連續(xù)調(diào)節(jié)有頻敏變阻器、變阻器、水電阻器調(diào)節(jié)等多種方式。,繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子繞組串附加電阻起動控制,實現(xiàn)方案一: 時間控制，利用時間繼電器延時，將附加電阻逐段切除 二：利用起動過程中電流的變化，用電流繼電器逐段將附加電阻切除。,時間原則轉(zhuǎn)子回路串接電阻起動控制電路,時間原則轉(zhuǎn)子回路串接電阻起動控制電路,電流原則轉(zhuǎn)子回路串接電阻起動控制電路,例1 行程、時間控制實現(xiàn)動力頭滑臺鉆孔加工自動循環(huán)電器控制線路,分析： （一）工作：1.合刀開關(guān)QS；2.按下啟動按鈕SB1；接觸器線圈KM1上電，進給加工開始，到SQ2切換狀態(tài)，時間繼電器KT得電延時開始即進行無進給切削；同時KM1失電復位；KT時間到觸點切換，KM2得電，返回，到SQ1切換，KM2失電，釋放;KM1得電,重復前面的過程. （二）保護：1.短路保護FU；2.過載保護FR；3.自鎖、互鎖保護；4.PE接地保護；5.欠壓保護（接觸器）。,例2 行程、時間控制實現(xiàn)動力頭滑臺鉆孔加工的電器控制線路 (對例2進行改造),分析： （一）工作：1.合刀開關(guān)QS；2.按下啟動按鈕SB1；接觸器線圈KM1上電，進給加工開始，到SQ2切換狀態(tài)，時間繼電器KT得電延時開始即進行無進給切削；同時KM1失電復位；KT時間到觸點切換，KM2得電，返回，到SQ1切換，KM2失電，釋放。 （二）保護：1.短路保護FU；2.過載保護FR；3.自鎖、互鎖保護；4.PE接地保護；5.欠壓保護（接觸器）。,3普通車床的控制電路,前面已經(jīng)對常用的基本電路進行了分析，機床電路就是由這些基本控制電路所組成的。作為基本控制電路的一個綜合應(yīng)用實例，本節(jié)擬對普通車床的控制電路作一簡單介紹。 普通車床的結(jié)構(gòu)如圖 3 - 32 所示，它主要由床身、主軸箱、掛輪箱、溜板箱、進給箱、光杠、絲杠、刀架、尾架等部分組成。 C620-1 型普通車床電氣控制電路如圖所示。對它的要求有： (1) 主軸電動機M1要求正、反轉(zhuǎn)控制，以便加工螺紋。 對于C620-1型普通車床的正、反轉(zhuǎn)是由機械實現(xiàn)的。,普通車床的結(jié)構(gòu)示意圖,(2) 主軸電動機的起動、停止實現(xiàn)自動控制。C620-1型普通車床主軸電動機的容量較小，所以采用直接起動, 停車時采用機械制動。 (3) 在車削加工時，由于溫度高，需要冷卻，為此，設(shè)有一臺冷卻泵電動機M2。冷卻泵電動機只需要單方向運行， 且要求須在主軸電動機起動后方可起動；當主軸電動機停止時，要求冷卻泵電動機也立即停止。 (4) 電路應(yīng)有保護環(huán)節(jié)和安全的局部照明。 C620-1 型普通車床控制電路的工作原理如下:,圖 3 33 C620-1型普通車床電器控制電路,合上刀開關(guān)Q，按下起動按鈕SB2，接觸器KM線圈通電，自鎖觸點閉合自鎖，主軸電動機M1通電旋轉(zhuǎn)。若要使用冷卻， 可合上Q1，冷卻泵電動機M2通電旋轉(zhuǎn)。 需要停止時，按下停止按鈕SB1， KM線圈斷電， 電動機停止。 電路中用熔斷器FU1、FU2、FU3來實現(xiàn)短路保護；用FR1、 FR2來實現(xiàn)過載保護。同時，接觸器KM還具有失壓和欠壓保護的作用。照明變壓器T給照明燈EL提供了一個安全電壓，由開關(guān)Q2、Q3控制。,第4節(jié)電器控制線路的設(shè)計方法,人們希望在掌握了電器控制的基本原則和基本控制環(huán)節(jié)后，不僅能分析生產(chǎn)機械的電器控制線路的工作原理，而且還能根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，設(shè)計電器控制線路。 電器控制線路的設(shè)計方法通常有兩種：經(jīng)驗設(shè)計法和邏輯設(shè)計法。,經(jīng)驗設(shè)計法,經(jīng)驗設(shè)計是根據(jù)生產(chǎn)機械的工藝要求和加工過程，利用各種典型的基本控制環(huán)節(jié)，加以修補、補充、完善，最后得出最佳方案。若沒有典型的控制環(huán)節(jié)可采用，則按照生產(chǎn)機械的工藝要求逐步進行設(shè)計。 經(jīng)驗設(shè)計法比較簡單，但必須熟悉大量的控制線路，掌握多種典型線路的設(shè)計資料，同時具有豐富的實踐經(jīng)驗。 通常是先采用一些典型的基本環(huán)節(jié)，實現(xiàn)工藝基本要求，然后逐步完善其功能，并加上適當?shù)穆?lián)鎖與保護環(huán)節(jié)。,采用經(jīng)驗設(shè)計法，一般應(yīng)注意以下幾個問題： 1. 保護控制線路工作的安全和可靠性,1）線圈的連接。在交流控制線路中，不能串聯(lián)接入兩個電器線圈，如圖所示。即使外加電壓是兩個線圈額定電壓之和，也是不允許的。,不能串聯(lián)接入兩個電器線圈,2）電器觸頭的連接。同一個電器的常開觸頭和常閉觸頭位置靠得很近，不能分別接在電源的不同相上。,電器觸頭的連接,3）線路中應(yīng)盡量減少多個電器元件依次動作后才能接通另一個電器元件，如圖所示。在圖a中，線圈KA3的接通要經(jīng)過KA、KA1、KA2三對常開觸頭。若改為圖b，則每一線圈的通電只需經(jīng)過一對常開觸頭，工作較可靠。,減少多個電器元件依次通電,4）應(yīng)考慮電器觸頭的接通和分斷能力，若容量不夠，可在線路中增加中間繼電器，或增加線路中觸頭數(shù)目。增加接通能力用多觸頭并聯(lián)連接；增加分斷能力用多 觸頭串聯(lián)連接。 5）應(yīng)考慮電器元件觸頭“競爭”問題。同一繼電器的常開觸頭和常閉觸頭有“先斷后合”型和“先合后斷”型。,“先斷后合”型：通電時常閉觸頭先斷開，常開觸頭后閉合；斷電時常開觸頭先斷開，常閉觸頭后閉合。 “先合后斷”型：通電時常開觸頭先閉合，常閉觸頭后斷開；斷電時常閉觸頭先閉合，常開觸頭后斷開。 如果觸頭動作先后發(fā)生“競爭”的話，電路工作則不可靠。,2. 控制線路力求簡單、經(jīng)濟,1）盡量減少觸頭的數(shù)目。盡量減少電器元件和觸頭的數(shù)目，所用的電器、觸頭越少，則越經(jīng)濟，出故障的機會也越少，如圖2-37所示。,2）盡量減少連接導線。將電器元件觸頭的位置合理安排，可減少導線根數(shù)和縮短導線的長度，以簡化接線，如圖所示，起動按鈕和停止按鈕同放置在操作臺上，而接觸器放置在電氣柜內(nèi)。從按鈕到接觸器要經(jīng)過較遠的距離，所以必須把起動按鈕和停止按鈕直接連接，這樣可減少連接線。,不合理,合理,3）控制線路在工作時，除必要的電器元件必須長期通電外，其余電器應(yīng)盡量不長期通電，以延長電器元件的使用壽命和節(jié)約電能。,3. 防止寄生電路,控制線路在工作中出現(xiàn)意外接通的電路叫寄生電路。如圖，電動機正轉(zhuǎn)時過載，則熱繼電器動作時會出現(xiàn)寄生電路，圖中虛線所示，使接觸器KM1不能斷電，起不了保護作用。,寄生電路,4. 應(yīng)具有必要的保護環(huán)節(jié),1）短路保護 在電器控制線路中，通常采用熔斷器或斷路器作短路保護。 2）過流保護 過電流一般比短路電流要小。采用過電流繼電器和接觸器配合使用。 3）過載保護 通常采用熱繼電器作籠型電動機的長期過載保護。 4）零電壓保護 零電壓保護通常采用并聯(lián)在起動按鈕兩端的接觸器的自鎖觸頭