工廠電器控制常用方法

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 本章主要內容：nl核心是掌握繼電器、接觸器、按鈕開關等常規(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）按動作性質分類n依據(jù)電器的動作性質可分為自動控制電器和非自動控制電器。 2. 結構及工作原理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構和工作原理。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是按鈕的結構示意圖和圖文符號，圖（a）中1、2是動斷（常閉）觸點，3，4是動合（常開）觸點，5是復位彈簧，6是按鈕帽。圖（b）為圖文符號。SBSB3412243156 （a） 結構示意 （b） 圖文符號圖圖1.1按鈕按鈕（2）接觸器n

3、l 結構及工作原理n接觸器是利用電磁吸力的原理工作的，主要由電磁機構和觸頭系統(tǒng)組成。電磁機構通常包括吸引線圈、鐵心和銜鐵三部分。圖1.2為接觸器的結構示意圖與圖文符號，（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） 結構示意 （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生相位差，那么它們所產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，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備中不可缺少的器件，常用的有刀開關、按鈕、轉換開關、行程開關等。n圖1.5是LW6型萬能轉換開關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，空格表示轉換開關在該位置時此路是斷開的。 圖圖1.5萬能轉換開關萬能轉換開關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構示意圖和圖文符號。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） 結構示意 （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，通過動作機構使觸點動作。如圖1.7所示，（a）圖是熱繼電器的結構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，推動導板3向左推動執(zhí)行機構發(fā)生一定的運動。電流越大，執(zhí)行機構的運動幅度也越大。當電流大到一定程度時，執(zhí)行機構發(fā)生躍變，即觸點發(fā)生動作從而切斷主電路。 321KRKRKR （a） 感受部分結構示意 （b） 圖文符號圖圖1.7熱繼電器熱繼電器n速度

8、繼電器用來感受轉速。它的感受部分主要包括轉子和定子兩大部分，執(zhí)行機構是觸頭系統(tǒng)。當被控電機轉動時，帶動繼電器轉子以同樣速度旋轉而產生電磁轉矩，使定子克服外界反作用力轉動一定角度，轉速越高角度越大。當轉速高于設定值時，速度繼電器的觸點發(fā)生動作，當速度小于這一設定值時，觸點又復原。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 n文字符號 n2. 端子標記 n3. 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?？偪刂葡到y(tǒng)液壓動力系統(tǒng)鋼板存儲冷卻水供應系統(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位置，以及它們之間的電連接關系。它是檢修和查找故障時所需的技術文件，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)學輔助分析法 n1.2.4電機的制動 n

12、1.2.5電機的調速 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 n2. 可逆轉動 n3. 點動控制 n4. 自動往返運動 1.單向旋轉 n三相籠型電動機單向旋轉可用開關或接觸器控制，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，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為籠型感應電動機。L1L2L3QMFU1KMKRPEFU2SB1KMSB2KMKRFU2UVW圖圖1.12單向旋轉單向旋轉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.

13、 可逆轉動 n在實際生產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。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方向。電動機的常用可逆旋轉控制電路如圖1.13所示。L1L2L3QMFU1KM1PEKM2FU2SB1KM1SB2KM2SB1KM1SB2KM2SB3KRFU2KM1KM2圖圖1.13可逆旋轉可逆旋轉3. 點動控制 n生產過程中，不僅要求生產機械運動部件連續(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。SB3為連續(xù)運轉的停止按鈕，SB1為連續(xù)運轉起動按鈕，SB2為點動起動按鈕。

14、L1L2L3QMFU1KMPEUVWKRFU2SB1KMSB3KMFU2SB2SB2KR圖圖1.14點動控制電路點動控制電路4. 自動往返運動 n在實際生產中，常常要求生產機械的運動部件能實現(xiàn)自動往返。因為有行程限制，所以常用行程開關做控制元件來控制電動機的正反轉。圖1.15為電動機往返運行的可逆旋轉控制電路。圖中KM1、KM2分別為電動機正、反轉接觸器，SQ1為反向轉正向行程開關，SQ2為正向轉反向行程開關，SQ3、SQ4分別為正向、反向極限保護用限位開關。 返回本節(jié)返回本節(jié)L1L2L3QMFU1KM1PEKM2KRFU2SB1SB2KM1KM1FU2KM1SQ1SB2SB1KM2KM2KM

15、2SQ2KRSB3SQ2SQ3SQ1SQ4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的三相籠

16、型感應電動機，都可采用Y-D降壓起動。起動時，定子繞組先接成Y聯(lián)結，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。當轉速接近額定轉速時，將電動機定子繞組改成D聯(lián)結，電動機進入正常運行。這種方法簡便、經濟，可用在操作較頻繁的場合，但其起動轉矩只有全壓起動時的1/3，Y系列電動機起動轉矩為額定轉矩的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成。圖圖1.17Y-D起動起動返回本節(jié)返回本節(jié)L1L2L3QMFU1KM1PEU1V1W1KM2KRKM1FU2SB1KM1W2U2V2KM3K

17、M3KM2KTKRKM2KM3KM1KTKTSB2123456789FU2.1.2.3數(shù)學輔助分析法 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”。“與”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

18、點KA1、KA2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”n（2）“或”運算（邏輯加）n邏輯代數(shù)中運算符號“+”讀作“或”?！盎颉边\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

19、制線路實例）控制線路實例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”。“非”運算的真值表如表1.4所示。它表示了事物相互矛盾的兩個對立面之間的關系。這種規(guī)律的因果規(guī)律稱為“非”邏輯關系。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，

20、故實現(xiàn)了非運算。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成的網(wǎng)絡上，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。原理是通過開關網(wǎng)絡使線圈的兩端短接（線圈不通電）

21、或不予短接（線圈通電），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為電動機單向旋轉電機反接制動控制電路。當電動機轉速接近零時應迅速切斷三相電源，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速變化，并將速度繼電器調整在n130r/min時觸點動作，而當nKM1SB1KM2KVKM1SB2KM1SB2KM2KRFU2KV1.2.5電機的調速 n圖1.23是D-YY反轉向方案變極調速電動機接線方

22、法及控制電路。它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，構成D聯(lián)結。若將三個首尾端相接構成一個中性點N，而將各繞組中間抽頭接電源，構成YY聯(lián)結。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電機變極調速電機變極調速(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 V

23、3 W3FU2SB1KTKM2KM1KM1KTKTKM3KM1KTSB2KM3KM2KM1KM3KM2FU2（b）控制電路圖圖1.23電機變極調速電機變極調速(b)1.2.6順序控制 n順序控制是指以預先規(guī)定好的時間或條件為依據(jù)，按預先規(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用和控應用和控制系統(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L1L2L3FU1MKSMnnQKM1KM