電氣控制技術(shù)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(jī)的起動控制線路

2.4三相異步電動機(jī)的制動控制線路

2.5三相異步電動機(jī)的調(diào)速控制線路

2.6其他典型控制線路2.3三相異步電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制線路2/5/2023電氣控制線路是用導(dǎo)線將電機(jī)、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(shí)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(dǎo)電部件的聯(lián)接關(guān)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(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）在原理圖中，同一個(gè)電路的不同部分分散圖中，為了表示同一個(gè)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(yīng)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(guān)系例:車床主軸轉(zhuǎn)動時(shí)，要求油泵先給齒輪箱供油潤滑。2/5/2023圖2.1主拖動電機(jī)與潤滑泵電機(jī)的聯(lián)鎖控制2/5/20232）分析主電路首先分析電動機(jī)電路中有哪些觸點(diǎn)、電阻等、再根據(jù)組合規(guī)律看是否正反轉(zhuǎn)、是否有制動、是否有調(diào)速。3）分析控制電路根據(jù)主電路找控制電路中相關(guān)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(diǎn)是直觀性強(qiáng)，容易掌握，因而得到廣泛采用。其缺點(diǎn)是分析復(fù)雜線路時(shí)易出錯(cuò)，敘述也較冗長。2/5/2023

2.2三相異步電動機(jī)的起動控制線路2.2.1鼠籠式異步電動機(jī)全壓起動控制特點(diǎn)——結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、堅(jiān)固耐用。組成——控制線路——繼電器、接觸器、按鈕等；電路的保護(hù)環(huán)節(jié)（a）短路保護(hù)——熔斷器；（b）過載保護(hù)——熱繼電器；（c）欠壓、失壓保護(hù)——接觸器本身。2/5/2023（1）單向長動控制圖2.2鼠籠式電機(jī)單向運(yùn)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(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。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(dāng)SB2復(fù)位時(shí)，接觸器KM的線圈仍通過其觸頭通電，保持電動機(jī)運(yùn)行。停止——運(yùn)轉(zhuǎn)則按SB1，KM斷電釋放，其常開主觸頭切斷三相電源，電動機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。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(gè)接觸器（繼電器）的輔助常閉觸頭起相互控制作用，即一個(gè)接通時(shí)，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(gè)接觸器（繼電器）的常閉觸點(diǎn)互相控制的方法叫互鎖象。2/5/2023欠壓、失壓保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)1、防止電壓嚴(yán)重下降時(shí)電動機(jī)低壓運(yùn)行；2、避免電動機(jī)同時(shí)起動造成的電壓嚴(yán)重降；3、防止電源電壓恢復(fù)時(shí)，電動機(jī)突然起動運(yùn)轉(zhuǎn)造成設(shè)備和人身事故。2/5/2023（2）單向點(diǎn)動控制圖2.3實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動的控制線路2/5/2023工作原理：點(diǎn)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(diǎn)動起動：QS＋—SB3

＋—KM＋—M＋停止：SB1－——KM－——M－2/5/2023（2）單向點(diǎn)動控制圖2.3實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動的控制線路2/5/2023工作原理：點(diǎn)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(diǎn)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(jié)論由以上分析可知：點(diǎn)動與連續(xù)控制的區(qū)別：主要在自鎖觸頭上。點(diǎn)動：無自鎖觸點(diǎn)，點(diǎn)動按鈕兼起停止作用。連續(xù)：必須有自鎖，并另設(shè)停止按鈕。兩者結(jié)合構(gòu)成既有點(diǎn)動又有連續(xù)的控制電路2/5/20232.2.2鼠籠式異步電動機(jī)降壓起動控制電動機(jī)全壓起動時(shí)，起動電流可達(dá)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(yàn)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(shè)計(jì)思想

在電動機(jī)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(jī)在降低了的電壓下起動，以達(dá)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(yùn)行線路(b)自動控制運(yùn)行線路2/5/2023串電阻起動的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)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(zhì)量。缺點(diǎn)：起動電流隨定子電壓成正比下降，而起動轉(zhuǎn)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(jī)起動。結(jié)論：2/5/2023（2）自耦變壓器降壓起動控制線路1）線路設(shè)計(jì)思想

在自耦變壓器降壓起動的控制線路中，限制電動機(jī)起動電流是依靠自耦變壓器的降壓作用來實(shí)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(jī)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(diǎn)：在獲得同樣起動轉(zhuǎn)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(diǎn)：自耦變壓器價(jià)格較貴，相對電阻結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大。適合容量大，正常運(yùn)行為星形接法的電動機(jī)。結(jié)論：2/5/2023（3）Y—Δ降壓起動控制線路1）線路設(shè)計(jì)思想

在起動時(shí)將電動機(jī)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(yù)先整定的時(shí)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(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行。2）典型線路介紹2/5/20232/5/2023優(yōu)點(diǎn)：定子繞組星形接法時(shí)，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(diǎn)：起動轉(zhuǎn)距也相應(yīng)下降為三角形接法的1/3，轉(zhuǎn)距特性差。本線路適合輕載或空載起動的場合。結(jié)論：2/5/2023（4）Δ—Δ降壓起動控制線路1）線路設(shè)計(jì)思想

在電動機(jī)起動時(shí)，將電動機(jī)定子繞組一部分接成星形，另一部分接成三角形。待起動結(jié)束后，再轉(zhuǎn)換成三角形接法，其轉(zhuǎn)換過程仍按照時(shí)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(diǎn)：起動轉(zhuǎn)距比采用Y－△降壓起動大，并且可以在一定的范圍內(nèi)選擇，也不需要專門的起動設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單。缺點(diǎn)：與自耦變壓器降壓起動時(shí)的最高轉(zhuǎn)距相比，還存在著較大的差距，三角形接線的電動機(jī)引出線多，制造費(fèi)時(shí)，在一定程度上限制了它的使用。結(jié)論：2/5/2023結(jié)論：起動轉(zhuǎn)距比采用Y－△降壓起動大，并且可以在一定范圍內(nèi)進(jìn)行選擇，也不需要專門的起動設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單。單與自耦變壓器降壓起動時(shí)的最高轉(zhuǎn)距相比，還存在較大的差距；且引出線多，制造費(fèi)時(shí)，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(jī)起動控制線路在大、中容量電動機(jī)重載起動時(shí)，增大起動轉(zhuǎn)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(jī)降壓起動，也難以解決這個(gè)問題。為此常采用繞線式異步電動機(jī)。

繞線式異步電動機(jī)優(yōu)點(diǎn)：可以在轉(zhuǎn)子繞組中串接外加電阻或頻敏變阻器進(jìn)行起動，由此達(dá)到減小起動電流，提高轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)和增加起動轉(zhuǎn)距的目的2/5/2023繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串接對稱電阻后，其人為特性如圖：圖2.9轉(zhuǎn)子串接對稱電阻時(shí)的人為特性2/5/2023（1）線路設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)子繞組串電阻后，起動時(shí)轉(zhuǎn)子電流減小。但由于轉(zhuǎn)子加入電阻，轉(zhuǎn)子功率因數(shù)提高，只要電阻值大小選擇合適，轉(zhuǎn)子電流的有功分量增大，電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)距也增大，從而具有良好的起動特性。線路的設(shè)計(jì)思想，既可按時(shí)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(shí)間原則組成的繞線式異步電動機(jī)起動控制線路2/5/20232/5/20232.2.4用電子式軟起動器進(jìn)行起動控制線路

傳統(tǒng)異步電動機(jī)起動特點(diǎn)：控制電路簡單，起動轉(zhuǎn)距不可調(diào)，起動過程中存在較大的沖擊電流，使被拖動負(fù)載受到較大的機(jī)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(jī)賭轉(zhuǎn)。2/5/2023當(dāng)電動機(jī)軟起動結(jié)束后，K合上，運(yùn)行電流將通過K送至電動機(jī)。若要求電動機(jī)軟停車，一旦發(fā)出停車信號，先將K分?jǐn)?，然后再由軟起動器對電動機(jī)進(jìn)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(jī)2/5/20232.3三相異步電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制線路2.3.1電動機(jī)可逆運(yùn)行的手動控制線路（1）線路設(shè)計(jì)思想可逆運(yùn)行控制線路，實(shí)質(zhì)上是兩個(gè)方向相反的單向運(yùn)行電路的組合。為此，采用兩個(gè)交流接觸器分別給電動機(jī)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(jī)可逆運(yùn)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－停”手動控制圖2.15電動機(jī)“正-反-?！笔謩涌刂凭€路2/5/20232.3.2電動機(jī)可逆運(yùn)行的自動控制線路（1）線路設(shè)計(jì)思想自動控制的電動機(jī)可逆運(yùn)行電路，可按行程控制原則來設(shè)計(jì)。實(shí)質(zhì)上就是利用行程開關(guān)來檢測機(jī)件往返運(yùn)動的位置，自動發(fā)出控制信號，進(jìn)而控制電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)，使機(jī)件往復(fù)運(yùn)動。2/5/2023（2）典型線路介紹下圖是一個(gè)刀架自動循環(huán)的控制電路，行程開關(guān)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(fù)循環(huán)控制線路2/5/20233.4三相異步電動機(jī)的制動控制線路在實(shí)際生產(chǎn)中，為了保證工作設(shè)備的可靠性和人身安全，為了實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確停車，縮短輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，對要求停轉(zhuǎn)的電動機(jī)采取措施，強(qiáng)迫其迅速停車，這叫“制動”2/5/20232/5/20232.4.1電磁機(jī)械制動（1）電磁抱閘制動線路設(shè)計(jì)思想：利用外加的機(jī)械作用力，使電動機(jī)迅速停止轉(zhuǎn)動。由于這個(gè)外力的機(jī)械作用力，是靠電磁制動閘緊緊抱住與電動機(jī)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(jié)構(gòu)形式，在電磁鐵線圈一旦斷電或未通電時(shí)電動機(jī)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(shè)計(jì)思想利用改變電動機(jī)電源電壓相序，使電動機(jī)迅速停止轉(zhuǎn)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(jī)單向反接制動控制線路2/5/2023圖2.23可逆運(yùn)行的反接制動控制線路2）可逆反接制動線路2/5/2023結(jié)論：上圖可逆反接制動的缺點(diǎn)是：當(dāng)停車檢修時(shí)，檢修人員認(rèn)為地轉(zhuǎn)動電動機(jī)轉(zhuǎn)子，如果轉(zhuǎn)速達(dá)到100r/m左右，KA－Z或KA－F的常開觸點(diǎn)就有可能閉合，從而使KM1或KM2接通得電，電動機(jī)因短時(shí)接通而引起意外事故。下圖克服了上圖的缺點(diǎn)，在線路中間增加了一個(gè)中間繼電器KA，不會因電動機(jī)轉(zhuǎn)子的人為轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致電動機(jī)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(shè)計(jì)思想該線路的設(shè)計(jì)思想是在電動機(jī)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(zhuǎn)子感應(yīng)電流與靜止磁場的作用產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)距，從而達(dá)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(shí)間原則控制的單向能耗制動圖2.26按時(shí)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(shí)間原則控制的可逆運(yùn)行能耗制動控制線路2)可逆運(yùn)行能耗制動控制按時(shí)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(jié)論：能耗制動的優(yōu)點(diǎn)：把電動機(jī)轉(zhuǎn)子所儲存的動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，且又消耗在電動機(jī)轉(zhuǎn)子的制動上，與反接制動相比，能量損耗少。在制動時(shí)磁場靜止不動，不會產(chǎn)生有害的反轉(zhuǎn)，停車準(zhǔn)確，制動過程平穩(wěn)。缺點(diǎn)：需要整流電路，制動速度較反接制動慢些。適用電動機(jī)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(jī)的調(diào)速控制線路2.5.1變更極對數(shù)的調(diào)速控制線路（1）線路設(shè)計(jì)思想2/5/2023（2）變更繞組極對數(shù)原理常用的變極調(diào)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(shè)置不同極對數(shù)的兩套互相獨(dú)立的繞組。以雙速為例2/5/2023圖2.30雙速電動機(jī)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(jī)控制線路

圖2.31雙速電動機(jī)調(diào)速控制線路2/5/2023雙投開關(guān)Q合向“低速”，KM3得電，電動機(jī)接成三角形，低速運(yùn)轉(zhuǎn)雙投開關(guān)Q合向置于“空擋”，電動機(jī)停轉(zhuǎn)。雙投開關(guān)Q合向置于“高速”，時(shí)間繼電器KT得電，其瞬動常開觸點(diǎn)閉合，使KM3線圈得電，繞作接成三角形，電動機(jī)低速起動。經(jīng)過一段時(shí)間延時(shí)，KT的常開觸點(diǎn)延時(shí)閉合，常閉觸點(diǎn)延時(shí)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(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)。工作原理：2/5/20232）三速電動機(jī)控制線路2/5/20232/5/2023工作原理：

如組合開關(guān)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(jī)第一套繞組D1D2D3接向電源連成三角形，呈8極，電動機(jī)低速起動。同時(shí)KT1得電。經(jīng)過一段時(shí)間，D1D2D3失電，電動機(jī)第二套繞組D7D8D9接向電源，電動機(jī)呈6極。再經(jīng)一段時(shí)間，D4D5D6接電源，電動機(jī)呈4極高速運(yùn)轉(zhuǎn)。2/5/20233.6其他的典型控制線路3.6.1多地點(diǎn)控制線路

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

具有多臺電動機(jī)拖動的機(jī)械設(shè)備，在操作時(shí)為了保證設(shè)備的運(yùn)行和工藝過程的順利進(jìn)行，對電動機(jī)的起