電氣控制與三菱PLC控制技術(shù) 課件 第2章　基本繼電控制電路

2.1電機的點動控制電路2.2電機的長動控制電路2.3既能點動又能長動的控制電路2.4可逆旋轉(zhuǎn)控制電路2.5自動循環(huán)控制電路2.6星形-三角形(Y-△)降壓啟動控制電路2.1電機的點動控制電路電動機在各領(lǐng)域的應(yīng)用極其廣泛，許多電動機在電網(wǎng)的允許下可以直接啟動。要啟動一個電動機，最簡單的辦法就是用一個刀開關(guān)。當(dāng)?shù)堕_關(guān)合上時電動機就運轉(zhuǎn)，刀開關(guān)斷開時電動機就停止。隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，這種簡單粗獷的控制方法很不安全，也不能實現(xiàn)自動控制，因此在現(xiàn)在的工業(yè)生產(chǎn)中，越來越多地使用繼電器控制電路。在設(shè)備控制中，常常需要電動機處于短時重復(fù)工作狀態(tài)，如機床工作臺的快速移動、電梯檢修、電動葫蘆的操作等，均需按操作者的意圖實現(xiàn)靈活控制，即讓電動機運行多久就運行多久，能夠完成這個要求的控制稱為點動控制。圖2-1為最簡單的點動控制電路，此電路由按鈕和接觸器構(gòu)成。當(dāng)按下啟動按鈕SB時，接觸器KM線圈通電，主動合觸點閉合，電動機啟動運轉(zhuǎn)。當(dāng)按SB的手抬起時，KM線圈失電，接觸器銜鐵在彈簧的作用下復(fù)位，使主動合觸點斷開，電動機停止運轉(zhuǎn)。此電路在電動葫蘆的操作、機床刀架、橫梁、立柱等快速移動場合中得到廣泛應(yīng)用。2.2電機的長動控制電路在生產(chǎn)實踐中，有時不僅要進行點動控制，更多的是需要長動控制，即按下啟動按鈕，手抬起后，電動機要保持持續(xù)運轉(zhuǎn)而不關(guān)閉。這些電路一般會使用啟動按鈕和停止按鈕來控制電動機。圖2-2為電動機單向旋轉(zhuǎn)的長動控制電路圖。要想做到使電動機保持長動，就需要使用接觸器上的輔助常開觸點，將此觸點并聯(lián)在啟動按鈕SB1上。在合上刀開關(guān)QS后，按下SB1使接觸器得電，隨著接觸器主觸點的閉合，其常開輔助觸點也隨之閉合；當(dāng)斷開SB1時，因電流可以通過此觸點而使接觸器主觸點繼續(xù)吸合，使電路保持原來狀態(tài)，故稱此電路為自鎖電路。在圖2-2所示的控制電路中，還存在著三重電路保護措施，這些保護措施能使電動機安全工作。(1)短路保護：電路中用熔斷器FU作短路保護。當(dāng)出現(xiàn)短路故障時，熔斷器在大電流的作用下熔斷，電動機停止。在安裝時注意將熔斷器靠近電源，即刀開關(guān)下邊，以擴大保護范圍。(2)過載保護：用熱繼電器FR作電動機的長期過載保護。出現(xiàn)過載時，雙金屬片受熱彎曲而使其動斷觸點斷開，KM失電釋放，電動機停止。因熱繼電器不屬于瞬時動作的電器，故在電動機啟動時不動作。(3)失(欠)壓保護：由自動復(fù)位按鈕和自鎖觸點共同完成。當(dāng)失(欠)壓時，KM釋放，電動機停止，一旦電壓恢復(fù)，電動機不會自行啟動，防止發(fā)生人身和設(shè)備事故。2.3既能點動又能長動的控制電路能夠?qū)崿F(xiàn)既能點動又能長動控制功能的電路很多，這里僅介紹采用復(fù)合式按鈕(這里稱為點動按鈕)構(gòu)成的電路，如圖2-3所示。需要點動時，按點動按鈕SB2，KM接通，電動機啟動；當(dāng)手抬起時，KM失電釋放，電動機停止。需要長期工作時，按下啟動按鈕SB1，停止時按下停止按鈕SB3即可。此電路同時也使用FU進行短路保護和使用FR進行過載保護，使電動機能安全工作。2.4可逆旋轉(zhuǎn)控制電路在工程中需要電動機正反轉(zhuǎn)的設(shè)備很多，如電梯、橋式起重機等。由電動機原理可知，要實現(xiàn)電動機的正反轉(zhuǎn)的目的，只要將電動機的任意兩根線對調(diào)即可。要使電動機可逆旋轉(zhuǎn)，可用兩只接觸器的主觸點把主電路的任意兩相對換，再用兩只啟動按鈕控制兩只接觸器通電，用一只停止按鈕控制接觸器失電；同時要考慮兩只接觸器不能同時通電，以免造成電源間短路，為此采用動斷觸點加在對應(yīng)的電路中，稱為互鎖觸點；其他的與單向旋轉(zhuǎn)電路相同，如圖2-4所示。

工作時，合上刀開關(guān)QS，將電源引入。以電機正轉(zhuǎn)為例，按下正向按鈕SB1，正向接觸器KM1線圈通電，其主動合觸點閉合，使電機正向運轉(zhuǎn)，同時自鎖觸點閉合形成自鎖。KM1得電時，其動斷觸點即互鎖觸點斷開，切斷了反轉(zhuǎn)通路，防止誤按反向啟動按鈕而造成電源短路現(xiàn)象。這種利用主觸點和輔助觸點互相制約工作狀態(tài)的方法形成一個基本控制環(huán)節(jié)——?互鎖環(huán)節(jié)。

如果想反轉(zhuǎn)，先按下停止按鈕SB3，使KM1線圈失電釋放，電動機停止，然后再按下反向啟動按鈕SB2，電動機才能反轉(zhuǎn)。由此可見，以上電路的工作流程是正轉(zhuǎn)→停止→反轉(zhuǎn)→停止→正轉(zhuǎn)→…的過程。由于正反轉(zhuǎn)的變換必須停止后才能進行，所以非生產(chǎn)時間多，效率低。為了縮短輔助時間，采用復(fù)合式按鈕控制，可以從正轉(zhuǎn)直接過渡到反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)到正轉(zhuǎn)的變化也可以直接進行，并且此電路實現(xiàn)了雙互鎖，即接觸器觸點的電氣互鎖和控制按鈕的機械互鎖，使電路的可靠性得到了提高。該電路如圖2-5所示。電路的工作原理與圖2-4類似。2.5自動循環(huán)控制電路在實踐中，常有按行程進行往返控制的要求，如混凝土攪拌機的提升與降位、磨床工作臺的往復(fù)磨削運動、龍門刨床工作臺的自動往復(fù)等，這些控制的實質(zhì)就是電動機的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)控制。如果運動部件需在兩個方向上往返運動，拖動它的電動機應(yīng)能正反轉(zhuǎn)，而能實現(xiàn)自動往返就要用到行程開關(guān)作為檢測元件。圖2-6(a)為自動往返控制電路圖，其中的限位開關(guān)安裝位置如圖2-6(b)所示。行程開關(guān)SQ1的動斷觸點串接在正轉(zhuǎn)控制電路中，把另一個行程開關(guān)SQ2的動斷觸點串接在反轉(zhuǎn)控制電路中，而SQ3、SQ4用于兩個方向的終點限位保護。工作時，合上電源開關(guān)QS，按下正向啟動按鈕SB1時，正向接觸器KM1線圈通電，其觸點動作，主動合觸點閉合，使電動機正向運轉(zhuǎn)并帶動往返運動的部件向左移動。當(dāng)左移到設(shè)定位置時，運動部件上安裝的撞塊(擋鐵)碰撞左側(cè)安裝的限位開關(guān)SQ1，使它的動斷觸點斷開，動合觸點閉合，KM1失電釋放，反向接觸器KM2線圈通電，其觸點動作，電動機反轉(zhuǎn)并帶動運動部件向右移動。當(dāng)移動到設(shè)定位置時，撞塊碰撞右側(cè)安裝的限位開關(guān)SQ2，觸點動作，使KM2失電釋放，KM1又一次重新通電，部件又左移。如此這般自動往返運動，直到按下停止按鈕SB3為止。一旦SQ1和SQ2發(fā)生故障，可通過SQ3和SQ4做終端保護。2.6星形-三角形(Y-△)降壓啟動控制電路電動機采用全電壓直接啟動時，控制電路簡單，維護方便。但是，并不是所有的電動機在任何情況下都可以采用全電壓啟動。這是因為在電源變壓器容量不是足夠大時，異步電動機的啟動電流較大，致使變壓器二次電壓大幅度下降，這樣不但會減小電動機本身的啟動轉(zhuǎn)矩，拖長啟動時間，甚至使電動機無法啟動，同時還影響同一供電網(wǎng)絡(luò)中其他設(shè)備的正常工作。為此，需利用啟動設(shè)備將電源電壓適當(dāng)降低后加到電動機定子繞組上啟動，以減小啟動電流，當(dāng)電動機轉(zhuǎn)速上升到一定值后，再變換成額定電壓運行，使電動機達到額定的轉(zhuǎn)速和輸出額定功率，這種方法稱為電動機的降壓啟動。電動機降壓啟動的方法很多，常用的有定子繞組串電阻(電抗)降壓啟動、自耦變壓器降壓啟動、星形-三角形(Y-△)降壓啟動、延邊三角形降壓啟動等。盡管方法不同，但其目的都是為了限制啟動電流，減小供電網(wǎng)絡(luò)因電動機啟動所造成的電壓降。一般降低電壓后的啟動電流為電動機額定電流的2～3倍。星形-三角形(Y-△)降壓啟動是較為常用的啟動方法。所謂星形-三角形(Y-△)降壓啟動，是指啟動時，先把三相鼠籠式異步電動機定子三相繞組做成星形(Y)接法，等電動機轉(zhuǎn)速升高到一定值后再改成三角形(△)連接。因此，這種降壓啟動方法只能用于正常運行時作三角形接法的電動機上。其連接線路圖如圖2-7所示。啟動時將電動機定子三相繞組的末端U2、V2、W2連成一個公共點，三相電源L1、L2、L3分別接電動機定子三相繞組的首端U1、V1、W1供電。電動機以星形接法啟動，加在每相定子繞組上的電壓為電源線電壓開平方后的三分之一(約57.7%)，啟動電流為直接啟動的三分之一，啟動轉(zhuǎn)矩也同樣減小到直接啟動的三分之一。因此，啟動電流較小。所以，這種方式只能工作在空載或輕載啟動的場合。當(dāng)電動機定子為三角形接法時，加在電動機定子每相繞組上的電壓即為線電壓，電動機全壓正常運行。采用Y-△降壓啟動的優(yōu)點是所需設(shè)備簡單、成本低，因而獲得了較為廣泛的應(yīng)用。此法只能用于啟動正常運行時為三角形接法的電動機。比如，功率在4?kW及以上，正常運行時為三角形接法的三相鼠籠異步電動機可采用此法啟動。Y-△啟動，實際上是以犧牲功率為代價來換取較低的啟動電流，所以是否采用Y-△啟動，除了要考慮電動機功率的大小，還要看是什么樣的負載。一般在啟動時負載輕、運行時負載重的情況下可優(yōu)先考慮采用Y-△啟動。圖2-8所示的就是一種采用時間繼電器自動控制的Y-△降壓啟動的電路圖。啟動時，合上刀開關(guān)QS，按下啟動按鈕SB1，接觸器KMY和時間繼電器KT