第04講-基本與典型電氣控制電路分析與設(shè)計(jì)2概要課件

電氣控制及PLC技術(shù)電氣學(xué)院自動(dòng)化2014年2月1電氣控制及PLC技術(shù)電氣學(xué)院自動(dòng)化1電氣控制及PLC技術(shù)第4講

講解內(nèi)容：

2基本與典型電氣控制電路分析與設(shè)計(jì)

典型電氣控制線路

學(xué)習(xí)說明：本講主要學(xué)習(xí)典型控制線路的設(shè)計(jì)與分析。重點(diǎn)掌握：起保?？刂凭€路、多地點(diǎn)控制線路；三相異步電動(dòng)機(jī)按順序工作的連鎖控制線路；起動(dòng)控制電路：如星形—三角形降壓起起動(dòng)線路；制動(dòng)控制線路：如三相籠型異步電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)控制電路；工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制線路。

2電氣控制及PLC技術(shù)第4講講解內(nèi)容：22基本與典型電氣控制電路分析與設(shè)計(jì)

典型電氣控制線路

組成：兩個(gè)按鈕、接觸器和電動(dòng)機(jī)。作用：?兩個(gè)按鈕：分別對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行導(dǎo)通切換和關(guān)斷切換；?接觸器：使電動(dòng)機(jī)和電源接通且負(fù)責(zé)接通狀態(tài)的保持。一、起、保、?？刂凭€路（基礎(chǔ)）32基本與典型電氣控制電路分析與設(shè)計(jì)

典型電氣控制線路圖3-1電磁式接觸器及其電動(dòng)機(jī)起、保、?？刂凭€路示意圖4圖3-1電磁式接觸器及其電動(dòng)機(jī)起、保、?？刂凭€路示意圖4圖3-2簡(jiǎn)單的起、保、停電氣控制線路5圖3-2簡(jiǎn)單的起、保、停電氣控制線路5起、保、停電氣控制線路控制過程演示6起、保、停電氣控制線路控制過程演示6二、電動(dòng)機(jī)多地點(diǎn)控制線路（例：三地控制的線路）7二、電動(dòng)機(jī)多地點(diǎn)控制線路（例：三地控制的線路）7多地點(diǎn)控制線路用途與功能：

在兩個(gè)或以上對(duì)同一臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行連續(xù)（起動(dòng)、停止）控制。

注意：——控制線路的畫法。接線要點(diǎn)：起動(dòng)按鈕并聯(lián)；停止按鈕串聯(lián)?？刂凭€路主電路兩個(gè)地點(diǎn)（用兩個(gè)顏色表示）8多地點(diǎn)控制線路用途與功能：控制線路主電路兩個(gè)地點(diǎn)（用兩個(gè)上頁圖中未標(biāo)出兩個(gè)地點(diǎn)之間的接線，如若按照“起動(dòng)按鈕并聯(lián)，停止按鈕串聯(lián)”接線，則有兩種接線方式，分別需要“3條連接線”和“4條連接線”，其中以3條連接線為較好，示出如下：多地點(diǎn)控制線路的改進(jìn)3條連接線要領(lǐng)：從起停按鈕接線處引線可節(jié)省一條線。4條連接線9上頁圖中未標(biāo)出兩個(gè)地點(diǎn)之間的接線，如若按照“起動(dòng)按鈕三地控制線路控制過程演示10三地控制線路控制過程演示10電動(dòng)機(jī)多條件起動(dòng)控制電路（與電路）11電動(dòng)機(jī)多條件起動(dòng)控制電路（與電路）11電動(dòng)機(jī)多條件起動(dòng)接線示意電路12電動(dòng)機(jī)多條件起動(dòng)接線示意電路12用兩只雙連開關(guān)在兩地控制一盞燈雙控開關(guān)也稱雙聯(lián)開關(guān)，它一般應(yīng)用在樓梯上下層或走道的兩頭等兩個(gè)不同的地方，能各自獨(dú)立控制同一盞電燈的點(diǎn)亮或熄滅。S1、S2均為1×2單刀雙擲開關(guān)。其中圖(b)接法，因每個(gè)開關(guān)內(nèi)都同時(shí)存在電源的相線與零線，所以安裝時(shí)比較方便，但維修時(shí)需特別注意要謹(jǐn)防相、零線兩端頭短路。（a）（b）（c）13用兩只雙連開關(guān)在兩地控制一盞燈雙控開關(guān)也稱雙聯(lián)開關(guān)，它一般應(yīng)用兩只雙連開關(guān)在兩地控制一盞燈雙控開關(guān)也稱雙聯(lián)開關(guān)，它一般應(yīng)用在樓梯上下層或走道的兩頭等兩個(gè)不同的地方，能各自獨(dú)立控制同一盞電燈的點(diǎn)亮或熄滅。S1、S2均為1×2單刀雙擲開關(guān)。其中圖(b)接法，因每個(gè)開關(guān)內(nèi)都同時(shí)存在電源的相線與零線，所以安裝時(shí)比較方便，但維修時(shí)需特別注意要謹(jǐn)防相、零線兩端頭短路。（a）（b）（c）14用兩只雙連開關(guān)在兩地控制一盞燈雙控開關(guān)也稱雙聯(lián)開關(guān)，它一般應(yīng)1.主電路實(shí)現(xiàn)順序控制2.控制電路實(shí)現(xiàn)順序控制要求兩臺(tái)或幾臺(tái)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)或停止按一定的先后順序來完成的控制方式三、順序、連鎖控制線路順序起動(dòng)同時(shí)停止控制順序起動(dòng)逆序停止控制例如：機(jī)床中要求潤滑電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，主軸電動(dòng)機(jī)才能起動(dòng)151.主電路實(shí)現(xiàn)順序控制2.控制電路實(shí)現(xiàn)順序控制要求兩臺(tái)或幾臺(tái)1.主電路實(shí)現(xiàn)順序控制實(shí)現(xiàn)順序起動(dòng)161.主電路實(shí)現(xiàn)順序控制實(shí)現(xiàn)順序起動(dòng)162.控制電路實(shí)現(xiàn)順序控制（1）：兩電機(jī)只保證起動(dòng)的先后順序，沒有延時(shí)要求。（M1先起，M2再起；M2先?；蛲瑫r(shí)停）

FUKM2FR2ABCFUM13~ABCKM1FR1M23~主電路控制電路FR2FR1KM1KM2SB3SB4KM2KM1SB1SB2KM1172.控制電路實(shí)現(xiàn)順序控制FUKM2FR2ABCFUM1ABC2.控制電路實(shí)現(xiàn)順序控制(2)：兩電機(jī)保證起動(dòng)的先后順序，有延時(shí)要求。（M1起后M2延時(shí)自動(dòng)起；同時(shí)停）SB2KM1KT

KM2

延時(shí)

KM2

M1起動(dòng)KTM2起動(dòng)主電路同前控制電路KTKM2FRKM1SB1SB2KM1KM2KTKM2182.控制電路實(shí)現(xiàn)順序控制SB2KM1KTKM2順序起動(dòng)同時(shí)停止控制或M2單獨(dú)停止特點(diǎn):電氣原理圖：FU1KM1M13～FR1QL1L3L2KM2M23～FR2主電路控制電路KM2FU2FRSB3FRKM1SB1SB4SB2KM1KM2KM1實(shí)現(xiàn)順序起動(dòng)19順序起動(dòng)同時(shí)停止控制或M2單獨(dú)停止特點(diǎn):電氣原理圖：FU1K順序控制過程演示20順序控制過程演示20順序起動(dòng)逆序停止控制FU1KM1M3～FR1QL1L3L2KM2M3～FR2KM2FU2FRSB3FRKM1SB1SB4SB2KM1KM2KM1KM2電氣原理圖：特點(diǎn):主電路控制電路實(shí)現(xiàn)順序起動(dòng)實(shí)現(xiàn)逆序停止21順序起動(dòng)逆序停止控制FU1KM1M3～FR1QL1L3L2K兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)順序起動(dòng)、順序停止電路22兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)順序起動(dòng)、順序停止電路22兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)順序起動(dòng)、順序停止電路接線示意圖23兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)順序起動(dòng)、順序停止電路接線示意圖23四、起動(dòng)控制電路

（一）直接起動(dòng)控制線路適用場(chǎng)合：對(duì)容量較小，并且工作要求簡(jiǎn)單的電動(dòng)機(jī)，如：小型臺(tái)鉆、砂輪機(jī)、冷卻泵的電動(dòng)機(jī)，可用手動(dòng)開關(guān)在動(dòng)力電路中接通電源直接起動(dòng)。1.籠型異步電動(dòng)機(jī)手動(dòng)開關(guān)直接起動(dòng)控制線路24四、起動(dòng)控制電路適用場(chǎng)合：對(duì)容量較小，并且工作要求簡(jiǎn)單的電一般中小型機(jī)床的主電動(dòng)機(jī)采用接觸器直接起動(dòng)2.接觸器直接起動(dòng)控制線路25一般中小型機(jī)床的主電動(dòng)機(jī)采用接觸器直接起動(dòng)2.接觸器（二）籠型異步電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)控制線路原因：容量大于10kW的籠型異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)沖擊電流為額定值的4～7倍，故一般均需采用相應(yīng)措施降低電壓，即減小與電壓成正比的電樞電流，從而在電路中不至于產(chǎn)生過大的電壓降。方法：常用的降壓起動(dòng)方式有定子電路串電阻降壓起動(dòng)、星形—三角形(Y-△)降壓起動(dòng)和自耦變壓器降壓起動(dòng)。降壓原理：丫一?形的降壓起動(dòng)方法是，起動(dòng)時(shí)將電動(dòng)機(jī)定子繞組結(jié)成丫形，這時(shí)加在電動(dòng)機(jī)每相繞組上的電壓為電源電壓額定值的1/3，而其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為?形連接直接起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的1/3。起動(dòng)電流降為?形連接直接起動(dòng)電流的1/3，作用:減小了起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的影響。優(yōu)點(diǎn)：在于星形起動(dòng)電流只是原來三角形接法的1/3，起動(dòng)電流特性好、減小了起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的影響，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低，。缺點(diǎn)：是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)下降為原來三角形接法的1/3，轉(zhuǎn)矩特性差，因而本線路適用于電網(wǎng)電壓380V，額定電壓660V/380V，Y／?接法的電動(dòng)機(jī)輕載起動(dòng)的場(chǎng)合。26（二）籠型異步電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)控制線路原因：容量大于10kW的圖3-7星形—三角形降壓起動(dòng)控制電路27圖3-7星形—三角形降壓起動(dòng)控制電路27星形—三角形降壓起動(dòng)控制過程演示28星形—三角形降壓起動(dòng)控制過程演示28鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)Y－△起動(dòng)電路29鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)Y－△起動(dòng)電路29鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)Y－△起動(dòng)電路接線示意圖30鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)Y－△起動(dòng)電路接線示意圖30(三)定子串電阻降壓起動(dòng)控制電路演示(1)31(三)定子串電阻降壓起動(dòng)控制電路演示(1)31(三)定子串電阻降壓起動(dòng)控制電路演示(2)32(三)定子串電阻降壓起動(dòng)控制電路演示(2)32原因：三相異步電動(dòng)機(jī)從切除電源到完全停止運(yùn)轉(zhuǎn)。由于慣性的關(guān)系，總要經(jīng)過一段時(shí)間，這往往不能適應(yīng)某些生產(chǎn)機(jī)械工藝的要求。如萬能銑床、臥式鏜床、電梯等，為提高生產(chǎn)效率及準(zhǔn)確停位，要求電動(dòng)機(jī)能迅速停車，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)控制。五、制動(dòng)控制電路方法：制動(dòng)方法一般有兩大類

1.機(jī)械制動(dòng)2.電氣制動(dòng)①反接制動(dòng)②能耗制動(dòng)33原因：三相異步電動(dòng)機(jī)從切除電源到完全停止運(yùn)轉(zhuǎn)。由于慣性的關(guān)系工作原理：改變異步電動(dòng)機(jī)定子繞組中的三相電源相序，使定子繞組產(chǎn)生方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。（一）反接制動(dòng)控制線路工作過程：當(dāng)想要停車時(shí)，首先將三相電源切換，然后當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近零時(shí)，再將三相電源切除。注意：電動(dòng)機(jī)正在正方向運(yùn)行時(shí)，如果把電源反接，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速將由正轉(zhuǎn)急速下降到零。如果反接電源不及時(shí)切除，則電動(dòng)機(jī)又要從零速反向起動(dòng)運(yùn)行。如圖3-10(a)、圖3-10(b)所示為反接制動(dòng)的控制線路。34工作原理：改變異步電動(dòng)機(jī)定子繞組中的三相電源相序，使定子繞組（a）（b）圖3-10反接制動(dòng)控制線路

圖3-10(a)圖有這樣一個(gè)問題：在停車期間，如果為了調(diào)整工件，需要用手轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)床主軸時(shí)，速度繼電器的轉(zhuǎn)子也將隨著轉(zhuǎn)動(dòng)，其常開觸點(diǎn)閉合，KM2通電動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)接通電源發(fā)生制動(dòng)作用，不利于調(diào)整工作。圖3-10(b)圖的反接制動(dòng)線路解決了這個(gè)問題：控制線路中停止按鈕使用了復(fù)合按鈕SB1，并在其常開觸點(diǎn)上并聯(lián)了KM2的常開觸點(diǎn)，使KM2能自鎖。這樣在用手轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，雖然KS的常開觸點(diǎn)閉合，但只要不按復(fù)合按鈕SB1，KM2就不會(huì)通電，電動(dòng)機(jī)也就不會(huì)反接于電源，只有按下SB1，KM2才能通電，制動(dòng)電路才能接通。注意：因電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)電流很大，故在主回路中串入電阻R，可防止制動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)繞組過熱。35（a）（b）圖3-10反接制動(dòng)控制線路圖3-10(a)圖反接制動(dòng)控制線路控制過程演示36反接制動(dòng)控制線路控制過程演示36能耗制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)平穩(wěn)。這種制動(dòng)方法是將轉(zhuǎn)子慣性轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，又消耗在轉(zhuǎn)子的制動(dòng)上，所以稱為能耗制動(dòng)。（二）能耗制動(dòng)控制線路能耗制動(dòng)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大小與通入直流電流的大小與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n有關(guān)，同樣轉(zhuǎn)速，電流大，制動(dòng)作用強(qiáng)。一般接入的直流電流為電動(dòng)機(jī)空載電流的3~5倍，過大會(huì)燒壞電動(dòng)機(jī)的定子繞組。電路采用在直流電源回路中串接可調(diào)電阻的方法，調(diào)節(jié)制動(dòng)電流的大小。工作原理：

在三相電動(dòng)機(jī)停車切斷三相交流電源的同時(shí)，將一直流電源引入定子繞組，產(chǎn)生靜止磁場(chǎng)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子由于慣性仍沿原方向轉(zhuǎn)動(dòng)，則轉(zhuǎn)子在靜止磁場(chǎng)中切割磁力線，產(chǎn)生一個(gè)與慣性轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子的制動(dòng)。設(shè)計(jì)方案：1.單向運(yùn)行能耗制動(dòng)控制線路①基本能耗制動(dòng)控制線路②按時(shí)間原則控制線路；③按速度原則控制線路。

2.可逆運(yùn)行能耗制動(dòng)控制線路3.單管能耗制動(dòng)控制線路37能耗制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)平穩(wěn)。這種制動(dòng)方法是將轉(zhuǎn)子慣性轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)1.單向運(yùn)行能耗制動(dòng)控制線路

(1)基本能耗制動(dòng)控制線路381.單向運(yùn)行能耗制動(dòng)控制線路

(1)基本能耗制動(dòng)控制線1.單向運(yùn)行能耗制動(dòng)控制線路

(2)按時(shí)間原則控制線路391.單向運(yùn)行能耗制動(dòng)控制線路

(2)按時(shí)間原則控制線路1.單向運(yùn)行能耗制動(dòng)控制線路

(3)按速度原則控制線路401.單向運(yùn)行能耗制動(dòng)控制線路

(3)按速度原則控制線路單向能耗制動(dòng)線路控制過程演示41單向能耗制動(dòng)線路控制過程演示41能耗制動(dòng)與反接制動(dòng)比較反接制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)電流很大，因此制動(dòng)力矩大，制動(dòng)效果顯著，但在制動(dòng)時(shí)有沖擊，制動(dòng)不平穩(wěn)且能量消耗大。能耗制動(dòng)與反接制動(dòng)相比，制動(dòng)平穩(wěn)，準(zhǔn)確，能量消耗少，但制動(dòng)力矩較弱，特別在低速時(shí)制動(dòng)效果差，并且還需提供直流電源。在實(shí)際使用時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的工作要求選用合適的制動(dòng)方法。42能耗制動(dòng)與反接制動(dòng)比較反接制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)電流很大，因此制動(dòng)力矩六、行程控制實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)自動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制線路分析：（一）工作：1.合刀開關(guān)QS；2.按下啟動(dòng)按鈕SB1；接觸器線圈KM1上電，進(jìn)給，到SQ1切換狀態(tài)，KM2得電，KM1失電復(fù)位；返回，到SQ2切換，循環(huán)往復(fù)。（二）保護(hù)：1.短路保護(hù)FU；2.過載保護(hù)FR；3.自鎖、互鎖保護(hù)；4.PE接地保護(hù)；5.欠壓保護(hù)（接觸器）。43六、行程控制實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)自動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制線路分析：43自動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制線路（限位）44自動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制線路（限位）44行程控制實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)自動(dòng)往返運(yùn)動(dòng)控制線路45行程控制實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)自動(dòng)往返運(yùn)動(dòng)控制線路45行程、時(shí)間控制實(shí)現(xiàn)：

動(dòng)力頭滑臺(tái)鉆孔加工電器自動(dòng)控制線路46行程、時(shí)間控制實(shí)現(xiàn)：

動(dòng)力頭滑臺(tái)鉆孔加工電器自動(dòng)控制線路46機(jī)械運(yùn)動(dòng)的示意圖47機(jī)械運(yùn)動(dòng)的示意圖47電動(dòng)機(jī)可逆運(yùn)行自動(dòng)往返控制電路48電動(dòng)機(jī)可逆運(yùn)行自動(dòng)往返控制電路48電動(dòng)機(jī)自動(dòng)往返控制接線示意圖49電動(dòng)機(jī)自動(dòng)往返控制接線示意圖49行程、時(shí)間控制實(shí)現(xiàn)：

動(dòng)力頭滑臺(tái)鉆孔加工電器自動(dòng)控制線路

快進(jìn)快退無進(jìn)給切削50行程、時(shí)間控制實(shí)現(xiàn)：

動(dòng)力頭滑臺(tái)鉆孔加工電器自動(dòng)控制線路快補(bǔ)充：課后研究

電流控制橫梁自動(dòng)夾緊的線路在龍門刨床上裝有橫梁機(jī)構(gòu)，刀架裝在橫梁上，隨加工件大小不同橫梁需要沿立柱上下移動(dòng)，在加工過程中，橫粱又需要保證夾緊在立柱上不允許松動(dòng)。橫梁的夾緊與放松由夾緊電動(dòng)機(jī)完成。橫梁的狀態(tài)：橫梁在靜止時(shí)，是被機(jī)械杠桿機(jī)構(gòu)夾緊在龍門刨床的立柱上的，要求橫梁運(yùn)動(dòng)時(shí)必須首先放松橫梁。而在橫梁運(yùn)動(dòng)結(jié)束后，自動(dòng)夾緊在立柱上。反映橫梁放松的參量：采用行程開關(guān)SQ來檢測(cè)和控制。反映橫梁夾緊程度的參量：用夾緊電動(dòng)機(jī)的電流來反映夾緊力的大小，因?yàn)楫a(chǎn)生夾緊力后，夾緊力要增大，電流也增大，電流參量反映橫梁夾緊程度，使用電流繼電器來檢測(cè)夾緊電動(dòng)機(jī)的電流值，當(dāng)電流到達(dá)預(yù)定值時(shí)，標(biāo)志夾緊到位，電流繼電器的觸點(diǎn)動(dòng)作，切換電路，夾緊停止，達(dá)到控制目的。

51補(bǔ)充：課后研究

電流控制橫梁自動(dòng)夾緊的線路在龍門刨床上裝有橫粱夾緊裝置示意圖1是橫粱，2是立柱，3是壓塊，4是撞塊

52橫粱夾緊裝置示意圖1是橫粱，2是立柱，3是壓塊，4是撞塊橫粱自動(dòng)夾緊控制線路53橫粱自動(dòng)夾緊控制線路53橫粱自動(dòng)夾緊控制工作分析（參考）按橫梁運(yùn)動(dòng)按鈕SBl后，中間繼電器K通電，其常閉觸點(diǎn)打開，常開觸點(diǎn)閉合，KM2吸合，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)機(jī)械杠桿機(jī)構(gòu)使橫梁放松；放松一定程度后行程開關(guān)SQ按壓合，其常閉觸點(diǎn)打開，KM2釋放，橫梁放松完畢。SQ常開觸點(diǎn)閉合，為橫粱夾緊作準(zhǔn)備。當(dāng)不用橫梁運(yùn)動(dòng)時(shí)，可松開按鈕SBl，中間繼電器K釋放，其常閉觸點(diǎn)閉合，接觸器KM1動(dòng)作，電動(dòng)