plc講義第二章 電氣線路基礎(chǔ)

電氣控制線路圖的圖形、文字符號及繪制原則三相籠型異步電動機的基本控制線路三相籠型異步電動機降壓啟動控制線路三相籠型異步電動機制動控制線路三相籠型異步電動機速度控制線路變頻調(diào)速與變頻器的使用電氣控制線路的簡單設(shè)計法典型生產(chǎn)機械電氣控制線路分析第二章電氣控制線路基礎(chǔ)第一節(jié)電氣控制系統(tǒng)圖

常用的電氣控制系統(tǒng)圖有電氣原理圖、電器布置圖與安裝接線圖。一、電氣圖常用的圖形符號、文字符號和接線端子標記二、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(guān)系和工作原理的圖。例：CW6132型普通車床電氣原理圖圖2-1CW6132型普通車床電氣原理圖（一）繪制電氣原理圖的原則：1．圖中所有的元器件都應(yīng)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．主電路繪制在圖面的左側(cè)或上方。輔助電路用繪制在圖面的右側(cè)或上方。

A、按功能布置，按動作順序排列。

B、對因果次序清楚的簡圖（電路圖和邏輯圖），應(yīng)從左到右，從上到下。（一）繪制電氣原理圖的原則：4．原理圖中電氣元件的畫法

5．電氣原理圖中電氣觸頭的畫法

電路圖中所有電器元件一般不畫出實際的外形圖，而采用國家標準規(guī)定的圖形符號和文字符號表示，同一電器的各個部件可根據(jù)需要畫在不同的地方，但必須用相同的文字符號標注。所有電器的圖形符號均按無電壓、無外力作用下的正常狀態(tài)畫出，即按通電前的狀態(tài)繪制。6．線路連接點、交叉點的繪制

7．原理圖的繪制要層次分明，各電器元件及觸頭的安排要合理，既要做到所用元件、觸頭最少，耗能最少，又要保證電路運行可靠，節(jié)省連接導線以及安裝、維修方便。（二）關(guān)于電氣原理圖圖面區(qū)域的劃分

為了便于確定原理圖的內(nèi)容和組成部分在圖中的位置，常在圖紙上分區(qū)。豎邊方面用大寫拉丁字母編號，橫邊用阿拉伯數(shù)字編號。（一）繪制電氣原理圖的原則：（三）繼電器、接觸器觸頭位置的索引

電氣原理圖中，在繼電器、接觸器線圈的下方注有該繼電器、接觸器相應(yīng)觸點所在圖中位置的索引代號，索引代號用圖面區(qū)域號表示。（四）電氣圖中技術(shù)數(shù)據(jù)的標注

電氣圖中各電氣元器件和型號，常在電氣原理圖中電器元件文字符號下方標注出來。三、電器布置圖

電器元件布置圖是用來表明電氣原理圖中各元器件的實際安裝位置，可視電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜程度采取集中繪制或單獨繪制。電器元件的布置應(yīng)注意以下幾方面：1）體積大和較重的電器元件應(yīng)安裝在電器安裝板的下方，而發(fā)熱元件應(yīng)安裝在電器安裝板的上面。2）強電、弱電應(yīng)分開，弱電應(yīng)屏蔽，防止外界干擾。3）需要經(jīng)常維護、檢修、調(diào)整的電器元件安裝位置不宜過高或過低。4）電器元件的布置應(yīng)考慮整齊、美觀、對稱。外形尺寸與結(jié)構(gòu)類似的電器安裝在一起，以利安裝和配線。5）電器元件布置不宜過密，應(yīng)留有一定間距。如用走線槽，應(yīng)加大各排電器間距，以利布線和維修。例：CW6132型車床控制盤電器布置圖圖2-2CW6132型車床控制盤電器布置圖例：CW6132型車床電氣設(shè)備安裝布置圖圖2-3CW6132型車床電氣設(shè)備安裝布置圖四、安裝接線圖

安裝接線圖主要用于電器的安裝接線、線路檢查、線路維修和故障處理，通常接線圖與電氣原理圖和元件布置圖一起使用。電氣接線圖的繪制原則是：1）各電氣元件均按實際安裝位置繪出，元件所占圖面按實際尺寸以統(tǒng)一比例繪制。2）一個元件中所有的帶電部件均畫在一起，并用點劃線框起來，即采用集中表示法。3）各電氣元件的圖形符號和文字符號必須與電氣原理圖一致，并符合國家標準。4）各電氣元件上凡是需接線的部件端子都應(yīng)繪出，并予以編號，各接線端子的編號必須與電氣原理圖上的導線編號相一致。

5）繪制安裝接線圖時，走向相同的相鄰導線可以繪成一股線。例：電氣安裝接線圖圖2-4CW6132型車床電氣互連圖全壓啟動控制線路這是最基本的電動機控制線路。是任何一個電氣工程師需要熟記于心的電路。組成：主電路控制線路2.2三相籠型異步電動機的基本控制線路全壓啟動控制線路工作原理啟動過程操作過程重要概念：自鎖自鎖觸點停止過程控制線路的保護環(huán)節(jié)短路保護：FA過載保護：BB失壓和欠壓保護:QA正反轉(zhuǎn)控制線路基本控制線路（不能使用）正－停－反重要概念：互鎖正－反－停點動控制線路多點控制線路順序控制線路自動循環(huán)控制線路第三節(jié)三相異步電動機的降壓起動控制為什么要采用降壓起動？

較大容量的電機啟動時，啟動電流較大（約為額度電流的4-8倍，會對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊。對中、小容量電動機采用直接啟動，對大容量的電動機（電動機的容量超過動力變壓器容量的25％或公共變壓器容量的5％）采用降壓啟動。降壓起動的方法降壓起動的方法有定子電路串電阻（或電抗）、星形-三角形、自耦變壓器和使用軟起動器等。常用的方法是星形-三角形降壓起動和使用軟起動器。一、星形—三角形起動控制星形—三角形起動的優(yōu)點：簡單，動作可靠，星形起動時電流為三角形起動的1/3。缺點：起動時的轉(zhuǎn)矩小，只適用于空載或輕載場合。二、自耦變壓器減壓起動控制圖2-14XJ01系列自耦減壓起動電路圖自耦變壓器降壓啟動控制線路特點及適用場合優(yōu)點：啟動時對電網(wǎng)的電流沖擊小，功率損耗小。缺點：自耦變壓器相對結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格較高。這種線路主要用于較大容量的電動機，以減小啟動電流對電網(wǎng)的影響。使用場合及特點在一些對啟動要求較高的場合，可選用軟啟動裝置，它采用電子啟動方法。主要特點是：具有軟啟動和軟停車功能，啟動電流、啟動轉(zhuǎn)矩可調(diào)節(jié)，另外還具有對電動機和軟啟動器本身的熱保護、限制轉(zhuǎn)矩和電流沖擊、三相電源不平衡、缺相、斷相等保護功能和實時檢測并顯示如電流、電壓、功率因數(shù)等參數(shù)的功能。原理：利用晶閘管的移相控制原理，通過控制晶閘管的導通角，改變其輸出電壓，達到通過調(diào)壓方式來控制啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩。

三、軟啟動器及使用軟啟動器的控制功能斜坡升壓啟動方式此種啟動方式一般可設(shè)定啟動初始電壓Uqo和啟動時間t1。這種啟動方式關(guān)閉電流反饋，屬開環(huán)控制方式，在電動機啟動過程中，電壓線性逐漸增加，在設(shè)定的時間內(nèi)達到額定電壓。轉(zhuǎn)矩控制及啟動電流限制啟動方式此種啟動方式一般可設(shè)定啟動初始力矩Tqo、啟動階段力矩限幅TLI、力矩斜坡上升時間t1和啟動電流限幅ILI。這種啟動方式引入電流反饋，通過計算間接得到負載轉(zhuǎn)矩，屬閉環(huán)控制方式。由于控制目標為轉(zhuǎn)矩，故軟啟動器輸出電壓為非線性上升。此種控制方式可以使電動機以最佳的啟動加速度、以最快的時間完成平穩(wěn)的啟動，是應(yīng)用最多的啟動方式。軟啟動器的控制功能電壓提升脈沖啟動方式此種啟動方式一般可設(shè)定電壓提升脈沖限幅ULI。升壓脈沖寬度一般為5個電源周波，即100ms。在啟動開始階段，晶閘管在極短時間內(nèi)按設(shè)定升壓幅值啟動，可得到較大的啟動轉(zhuǎn)矩，此階段結(jié)束后，轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)矩控制及啟動電流限制啟動。該啟動方法適用于重載并需克服較大靜摩擦的啟動場合。轉(zhuǎn)矩控制軟停車方式能耗制動方式使用舉例：TE的Altistart46具有通用軟啟動器的各種功能電動機單向運行，帶旁路接觸器、軟啟動、軟停車或自由停車控制線路端子功能L1/L2/L3,A1/A2/A3,T1/T2/T3,A2/B2/C2PLSTOP,RUNC,400KF1,KF2輸出繼電器的作用單臺軟啟動器啟動多臺電機舉例注意外部旁路的區(qū)別KF1,KF2輸出繼電器的作用在一臺電動機啟動結(jié)束后，軟啟動器被外部旁路。對它來說，這是不正常狀態(tài)，所以KF1和KF2都斷開。第四節(jié)三相異步電動機的制動控制一、電動機單向反接制動控制圖2-19電動機單向反接制動控制電路為什么要對制動進行控制？二、電動機可逆運行反接制動控制圖2-17電動機可逆運行反接制動控制電路工作原理所謂能耗制動，就是在電動機脫離三相交流電源之后，定子繞組上加一個直流電壓，即通入直流電流，利用轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流與靜止磁場的作用以達到制動的目的。實現(xiàn)方法根據(jù)能耗制動時間控制原則，可用時間繼電器進行控制；也可以根據(jù)能耗制動速度原則，用速度繼電器進行控制。三、電動機能耗制動控制三、電動機單向運行能耗制動控制圖2-18電動機單向運行能耗制動控制電路能耗制動和反接制動的比較能耗制動比反接制動消耗的能量少，其制動電流也比反接制動電流小得多，但能耗制動的制動效果不及反接制動明顯，同時還需要一個直流電源，控制線路相對比較復(fù)雜。能耗制動一般適用于電動機容量較大和啟動、制動頻繁的場合。反接制動一般適合于電動機容量較小和不頻繁制動的場合。由三相異步電動機轉(zhuǎn)速公式：

S為轉(zhuǎn)差率，f1供電頻率，p1為級對數(shù)第五節(jié)三相異步電動機的調(diào)速控制調(diào)速方法改變p：變極調(diào)速－有級調(diào)速，簡單，適用于要求不高的一般場合。改變s：滑差電機－已淘汰。改變f：變頻調(diào)速－調(diào)速性能最好，使用廣泛的調(diào)速方法。第五節(jié)三相異步電動機的調(diào)速控制一、三相籠型電動機變極調(diào)速控制圖2-21雙速電動機三相繞組連接圖圖2-22雙速電動機變極調(diào)速控制電路第六節(jié)變頻調(diào)速與變頻器的使用

變頻器1、變頻器的分類1）按變頻的原理分有：2）交—直—交變頻器的分類：電壓型和電流型

交—交變頻器和交—直—交變頻器。圖2-26電壓型變頻器基本結(jié)構(gòu)2．交—直—交變頻器

交—直—交變頻器主要由整流調(diào)壓、濾波及逆變?nèi)糠纸M成圖2-27交—直—交變頻器的組成根據(jù)控制方式分類V/f控制基本概念開環(huán)控制原因：僅改變頻率，將會產(chǎn)生由弱勵磁引起的轉(zhuǎn)矩不足或由過勵磁引起的磁飽和現(xiàn)象，使電動機功率因數(shù)和效率顯著下降?？刂茩C理：改變頻率的同時控制變頻器輸出電壓，使電動機的磁通保持一定，在較廣范圍內(nèi)調(diào)速運轉(zhuǎn)時，電動機的功率因數(shù)和效率不下降。這就是控制電壓與頻率之比，所以稱為V/F控制。特點它是最簡單的一種控制方式，不用選擇電動機，通用性優(yōu)良。與其他控制方式相比，在低速區(qū)內(nèi)電壓調(diào)整困難，故調(diào)速范圍窄，通常在1∶10左右的調(diào)速范圍內(nèi)使用。急加速、減速或負載過大時，抑制過電流能力有限。不能精密控制電動機實際速度，不適合用于同步運轉(zhuǎn)場合。矢量控制基本概念產(chǎn)生原因：按照直流電動機電樞電流控制思想，使交流異步電動機達到與直流電動機相同的調(diào)速性能。機理：即將供給異步電動機的定子電流在理論上分成兩部分：產(chǎn)生磁場的電流分量（磁場電流）和與磁場相垂直、產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量（轉(zhuǎn)矩電流）。該磁場電流、轉(zhuǎn)矩電流與直流電動機的磁場電流、電樞電流相當。特點需要使用電動機參數(shù)，一般用做專用變頻器。調(diào)速范圍在1∶100以上。速度響應(yīng)性極高，適合于急加速、減速運轉(zhuǎn)和連續(xù)4象限運轉(zhuǎn)，能適用于任何場合。根據(jù)輸出電壓調(diào)制方式分類PAM方式脈沖幅值調(diào)制（PAM，PulseAmplitudeModulation）PWM方式脈沖寬度調(diào)制（PWM，PulseWidthModulation）根據(jù)輸入電源的相數(shù)分類單相變頻器三相變頻器變頻器的組成主電路控制電路保護電路變頻器的主要技術(shù)參數(shù)輸入側(cè)主要額定數(shù)據(jù)輸出側(cè)主要額定數(shù)據(jù)對變頻器設(shè)置和調(diào)試時的主要參數(shù)變頻器的選擇種類選擇容量選擇變頻器的主要功能頻率給定功能升速、降速和制動控制控制功能保護功能變頻器的操作方式數(shù)字操作器和數(shù)字顯示器遠程操作端子操作變頻調(diào)速與變頻器的使用應(yīng)用舉例：Micromaster440應(yīng)用舉例概述

電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計一般包括：1）確定拖動方案；2）選擇電機容量；3）設(shè)計電氣控制線路；電氣控制線路的設(shè)計方法：1）一般設(shè)計法（經(jīng)驗設(shè)計方法）；2）邏輯設(shè)計法

一般方法設(shè)計控制線路的幾個原則

1、最大限度地實現(xiàn)生產(chǎn)機械和工藝對電氣控制線路的要求2、在滿足生產(chǎn)要求的前提下，控制線路力求簡單、經(jīng)濟

第七節(jié)電氣控制線路的設(shè)計方法

3）盡量縮減電氣的數(shù)量，盡可能選用同型號的標準件4）減少不必要的觸點以簡化線路5）應(yīng)考慮電器元件觸點“競爭”問題。同一繼電器的常開和常閉觸點有“現(xiàn)斷后合”和“先合后斷”型。1）盡量選用標準的、常用的或經(jīng)過實際考驗過的線路和環(huán)節(jié)。2）盡量縮短連接導線的數(shù)量和長度。6）盡量減少多個元件一次通電動作后才接通另一個電器元件的情況3、保證控制線路工作的可靠和安全

1）正確連接電器的觸點

2）正確連接電器的線圈，線圈不能串聯(lián)

3）在控制線路中應(yīng)避免出現(xiàn)寄生電路，如圖所示

4）正反向接觸器之間要有電氣聯(lián)鎖和機械聯(lián)鎖5）設(shè)計的線路應(yīng)能適應(yīng)當?shù)仉娋W(wǎng)情況6）用小容量繼電器的觸點來控制大容量接觸器的線圈時，要計算繼電器觸點斷開和接通能力是否足夠。7）完善的保護環(huán)節(jié)：過載、短路、過流、過壓、矢壓等保護環(huán)節(jié)，合用、斷開、事故、安全的指示信號。

4、應(yīng)盡量使操作和維修方便

1電氣控制線路邏輯設(shè)計中的有關(guān)規(guī)定

二、電氣控制線路邏輯設(shè)計法

1、對于繼電器、接觸器、電磁閥等元件，線圈通電狀態(tài)規(guī)定為“1”，失電狀態(tài)規(guī)定為“0”2、觸點閉合狀態(tài)規(guī)定為“1”，斷開狀態(tài)規(guī)定為“0”3、繼電器、接觸器的觸點與線圈在原理圖上采用同一字符命名，例如K，則線圈用K表示，常開觸點用K表示，常閉觸點K用表示。4、構(gòu)成線圈通斷的條件是：供電電源；與線圈相連接的觸點所處的狀態(tài)2邏輯運算法則

1、邏輯與―觸點串聯(lián)邏輯表達式：

2、邏輯或－觸點并聯(lián)邏輯表達式：邏輯表達式：

3、邏輯非（1）交換律AB=BAA+B=B+A（2）結(jié)合律A(BC)=(AB)CA+(B+C)=(A+B)+C（3）分配律A(B+C)=AB+ACA+BC=(A+B)(A+C)（4）吸收律A+AB=A（5）重