电机控制及PLC

1、电机控制与PLC 第2章 拖动系统基本控制电路o目的目的： 学习由电器元件组成的鼠笼式三相交流异步电动机起、停，正反转，多地，多条件控制电路的基本原理；降压起动控制电路；制动控制电路；变极调速。绕线式异步电动机的控制电路；电液控制技术；直流电动机基本控制电路。o要求要求： 领会常用控制电路的设计思想，学会分析基础电路的工作原理，熟记起停、正反转、两地控制等电路的电路结构及特点，并要求能够熟练画出这些电路。第2章 拖动系统基本控制电路o2.1 电气控制线路图的绘制及分析o2.2 全压起动及其主要控制环节o2.3 三相交流异步机降压起动控制电路o2.4 三相交流异步机制动控制电路o2.5 变极调速

2、控制线路o2.6 绕线式异步电动机的控制电路o2.7 电液控制技术o2.8 直流电动机基本控制电路2.1 电气控制线路图的绘制及分析 用以描述电气控制设备电气原理及安装、调试用的工艺性图纸，主要包括电气原理图、电气安装位置图、电气安装接线图和电气安装互连图等。2.1.1 电气线路图2.1.2 电气原理的读图方法2.1.1 电气线路图电气线路图： 电气线路图是指描述控制线路接线关系和原理的图纸，分为电气原理图和电气安装接线图。电气原理图的分类：n主：强电流通过部分n辅：控制、照明、指示电气原理图的绘制规则：n主：粗实线n辅：细实线 电气符号画法：n一般垂直放置，也可以逆时针转动90水平放置。n图

3、中电器元件的状态为常态（未压动、未通电）2.1.2 电气原理的读图方法1、查线读图法（常用方法）： 按照由主到辅，由上到下，由左到右的原则分析电气原理图。较复杂图形，通常可以化整为零，将控制电路化成几个独立环节的细节分析，然后，再串为一个整体分析。2、逻辑代数法 用逻辑代数描述控制电路的工作关系。2.2 全压起动及其主要控制环节 本节主要描述小型电动机的全压起动及其主要控制环节，（电动机的启动方法和原理已由电机课程进行过理论研究）有起停控制、正反转控制电路、其它环节等。 2.2.1 起停控制 2.2.2 正反转控制电路 2.2.3 其它环节2.2.1 起停控制o手动控制操作方法：o 手动合上Q

4、S，电动机M工作；手动切断QS，电动机M停止工作。o电路保护措施： FU短路保护o电路优点：控制方法简单、经济、实用。o电路缺点：保护不完善，操作不方便、自动起停控制o主电路主电路： 三相电源经QS、FU1、KM的主触点，FR的热元件到电动机三相定子绕组。 控制电路控制电路： 用两个控制按钮，控制接触器KM线图的通、断电，从而控制电动机（M）启动和停止。 起动过程分析起动过程分析： 合上QS，按动起动按钮SB1KM线圈通电并自锁M通电工作。 KM自锁触点，是指与SB1并联的常开辅助触点，其作用是当按钮SB1闭合后又断开，KM的通电状态保持不变，称为通电状态的自我锁定。 停止按钮SB2，用于切断

5、KM线圈电流并打开自锁电路，使主回路的电动机M定子绕组断电停止工作。起停控制电路的保护分析o过载保护过载保护： 热继电器FR用于电动机过载时，其在控制电路的常闭触点打开，接触器KM线圈断电，使电动机M停止工作。排除过载故障后，手动使其复位，控制电路可以重新工作。o短路保护短路保护： 熔断器组FU1用于主电路的短路保护，FU2用于控制电路的短路保护。o零压保护零压保护： 电路失电复上电，不操作起动按钮，KM线圈不会再次自行通电，电动机不会自行起动。oKMKM线圈通电的逻辑表达式：线圈通电的逻辑表达式：2.2.2 正反转控制电路o正反转实现的方法正反转实现的方法：改变电源相序（两根火线对调）。1、

6、正反转基本控制电路： 主电路主电路： KM1主触点接通正相序电源M正转。 KM2主触点接通反相序电源M反转。控制电路控制电路： SB1控制正转，SB2控制反转，SB3用于停止控制。 KM的常闭触点用于互锁控制，即使在接触器故障情况下，也可以保证不发生主电路短路现象。2、按钮联锁功能o图2.2.3的电气操作只能按正、停、反或反、停、正的方式进行操作。电路不能正反、反正操作控制，给设备的操作带来诸多不便。 图2.2.4使用按钮连锁，首先使用和常开触点联动的常闭触点的断开对方支路线圈电流，再利用常开触点的闭合接通通电线圈电流。可以很方便地使电动机由正转进入反转，或由反转进入正转。3、工作台自动循环控

7、制o工作台移动机构示意 在工作台的移动机构和固定部件上分别装置的行程开关和档铁（压动行程开关用），当移行机构运动到某一固定位置时，压动行程开关，取代人手接动按钮的功能，实现自动循环控制。o右图SQ1用于正转控制，SQ2用于反转控制，SQ3、SQ4的常闭触点用于极限位置的保护。综合综合 电气原理图中电器元件各部分符号与实际位置无关，可根据原理，将电气符号画在任何需要的电路位置。 2.2.3 其它环节1、点动（在长动基础上的点动） 用途：适用于电动机短时间调整的操作。 按钮操作：SB3常闭触点用来切段自锁电路实现点动。 转换开关控制：SA合上，有自锁电路，SB2为长动操作按钮；SA断开，无自锁电路

8、，SB2为点动操作按钮。 中间继电器KA控制：按动SB2、KA通电自锁，KM线圈通电，此状态为长动；按动SB3、KM线圈通电，但无自锁电路，为点动操作。 2、多地控制 定义： 多地控制电路设置多套起、停按钮，分别安装在设备的多个操作位置，故称多地控制。 特点： 起动按钮的常开触点并联，停止按钮的常闭触点串联。 操作： 无论操作哪个启动按钮都可以实现电动机的起动；操作任意一个停止按钮都可以打断自锁电路，使电动机停止运行。3、多条件控制o电路用途电路用途： 多条件启动控制和多条件停止控制电路，适用于电路的多条件保护。o电路特点电路特点： 按钮或开关的常开触点串联，常闭触点并联。多个条件都满足（动作

9、）后，才可以起动或停止。4、顺序控制 用途： 用于实现机械设备依次动作的控制要求。 主电路顺序控制： KM2串在KM1触点下，故只有M1工作后M2才有可能工作。4、顺序控制o 控制电路的顺序控制： a）KM1的辅助常开触点起自锁和顺控的双重作用。b）单独用一个KM1的辅助常开触点作顺序控制触点。c）M1M2的顺序起动、M2M1的顺序停止控制。 顺序停止控制分析：KM2线圈断电，SB1常闭点并联的KM2辅助常开触点断开后，SB1才能起停止控制作用，所以，停止顺序为M2M1。综合综合基本电路的结构特点：1.自锁接触器常开触点与按钮常开触点相并联。2.互锁两个接触器的常闭触点串联在对方线圈的电路中。

10、3.点动无自锁环节。4.多地按钮的常开触点并联、常闭触点串联。5.多条件按钮的常开触点串联、常闭触点并联。2.3 三相交流异步电动机降压起动控制电路o用途用途： 三相交流异步电动机的降压起动，用于大容量三相交流异步电动机空载和轻载起动时减小起动电流。o降压启动控制电路降压启动控制电路： Y-起动、自耦补偿起动、延边三角形起动控制电路。o要求要求： 熟记Y-起动控制电路结构和工作原理，掌握自耦补偿起动和延边三角形降压起动电路工作原理的分析方法2.3.1 Y- 降压起动 o 降压原理： 起动时，电动机定子绕组Y连接，运行时连接。 Y- 降压起动控制电路 主电路分析：KM1、KM3Y起动，KM1、K

11、M2运行。 讨论：KM1、KM2、KM3容量关系。 Y- 降压起动过程分析： 按下起动按钮SB2KM1线圈通电自锁 KM3线圈通电-M作Y接起动； KT线圈通电延时KM3线圈断电KM2线圈通电自锁-M作接行。 KT线圈断电复位。2.3.2、自耦补偿起动 降压原理降压原理：起动时电动机定子绕组接自耦变压器的次级，运行时电动机定子绕组接三相交流电源，并将自耦变压器从电网切除。 主电路主电路：起动时，KM1主触点闭合，自耦变压器投入起动；运行时，KM2主触点闭合，电动机接三相交流电源，KM1主触点断开，自耦变压器被切除。 讨论： KM2与KM1的控制要求； KM1主触点的容量。 控制电路：控制电路：

12、起动过程分析按动SB2KM1线圈通电自锁电动机M自耦补偿起动； KT线圈通电延时-KA线圈通电自锁KM1、KT线圈断电-KM2线圈通电电动机M全压运行。2.3.3、延边三角形降压起动 o 原理原理：绕组连接67、48、59构成延边三角形接法，绕组连接16、24、35为接法。延边三角形降压起动控制电路 主电路分析主电路分析 KM1、KM3使接点1、2、3接三相电源，67 、 48、 5 9对应端接在一起构成延边三角形接法，用于降压起动。 KM1、KM2使接点16、24、35接在一起，构成连接，用于全压运行。 控制电路与Y-起动控制电路相同，不再分析。2.4 三相交流异步机制动控制电路o主要内容主

13、要内容： 机械抱闸制动，能耗制动，反接制动。o要求要求： 了解各种制动方法的实现电路，以及能耗制动限流电阻的计算原则，掌握能耗和反接制动电路的原理分析。o2.4.1 机械制动 1、常用方法： 电动抱闸制动 、电磁离合器制动 （多用于断电制动）。2.4.1 机械制动2、制动原理：制动原理：断电电磁抱闸制动方式： 电磁抱闸的电磁线圈通电时，电磁力克服弹簧的作用，闸瓦松开，电动机可以运转。电磁离合器制动方式（结构） 电磁离合器的电磁线圈通电，动、静摩擦片分离，无制动作用，电磁线圈断电，在弹簧力的作用下动、静摩擦片间产生足够大的摩擦力而制动。3、控制电路分析控制电路分析 启动时，接触器KM线圈通电时，

14、其主触点接通电动机定子绕组三相电源的同时，电磁线圈YB通电，抱闸（动摩擦片）松开，电动机转动。 停止时，接触器KM线圈断电电动机M断电电磁铁线圈YB失电实现抱闸或电磁制动。2.4.2 电气制动 用途： 电气制动多用于电动机的快速停车。常用方法有能耗制动和反接制动。1、能耗制动能耗制动制动原理 制动时，在切除交流电源的同时，给三相定子绕组通入直流电流。 限流电阻的计算： 电路设计时，根据IZ=（1.54）IN的原则，选取直流电流电压等级，以及限流电阻的功率和阻值。主电路 直流电源的获取方法，交流电源（降压）经整流（半波、全波、桥式）。 图2.4.3主电路中接触器KM1的主触点闭合时，电动机M作电

15、动工作。 接触器KM2主触点用于能耗制动时为定子绕组通入直流电流。控制电路（按时间原则控制） o起动起动： 按动起动按钮SB2KM1线圈通电自锁，电动机M作电动运行。o制动制动： 按动停车按钮SB1KM1线圈断电复位KM2线圈通电自锁电动机M定子绕组切除交流电源，通入直流电源能耗制动。 SB1KT线圈通电延时KM2线圈断电复位KT线圈断电复位。2、反接制动工作原理： 反相序电源制动，转速接近零时，切除反相序电源。主电路： KM1电动运行；KM2通入反相序电源，反接制动。 限制反接制动电流。控制电路 （速度控制原则） 起动起动：接动启动按钮SB2KM1通电自锁电动机M通入正相序电源转动。 停止停

16、止：按动停车按钮SB1KM1线圈断电复位KM2线圈通电自锁，实现反接制动，转速n接近零时，速度继电器KS常开触点打开KM2线圈断电，反接制动结束。习题o2-17 按速度控制原则设计低压直流供电的能耗制动控制电路。 2.5 变极调速控制线路2.5.1 双速电机（鼠笼式三相交流异步电动机）、双速电机的变极方法双速电机的变极方法U1V1W1端接电源， U2V2W2开路，电动机为接法（低速）U1V1W1端短接，U2V2W2端接电源为YY接法（高速）注意注意，变极时，调换相序，以保证变极调速以后，电动机转动方向不变。2.5.1双速电机2、主电路 ： KM1主触点构成接的低速接法。 KM2、KM3用于将U

17、1V1W1端短接，并在UVW端通入三相交流电源，构成YY接的高速接法。3、控制电路 图a电路中，按钮SB1实现低速起动和运行。按钮SB2使KM2、KM3线圈通电自锁，用于实现YY变速起动和运行。 图b 电路在高速运行时，先低速起动，后高速（YY）运行，以减少启动电流。4、双速电机控制电路图B分析o选择开关SA合向高速时间继电器KT线圈通电延时KM1线圈通电，电动机M作低速启动。 KT延时时间到KM1线圈断电复位KM2、KM3线圈通电电动机M作YY接法高速运行。o选择开关SA合向低速KM1线圈通电，电动机M作低速转动。o选择开关SA合向0位时，电动机停止运行。2.5.2 三速电机控制1、变极原理

18、 三速电机定子有2套绕组，1套可作为接法和YY接法的双速绕组，另1套为Y型接法的中速绕组。2、主电路oKM1主触点（4个）构成低速连接，其中W1U3接到W1点。oKM2主触点构成中速Y连接，此时U3W1断开以避免交流。oKM3、KM4主触点构成高建双星形连接（KM3构成Y点）3、控制电路oSB1用于KM1的起停控制，SB2用于KM2的起停控制，SB3用于KM3和KM4的起停控制。2.6绕线式异步电动机控制电路o电路类型电路类型：起动（调速）和制动控制电路。o电路特点电路特点：绕线电机过流能力弱，故需要设置过流保护装置，实现过流、过载、短路保护功能。o2.6.1 起动控制 绕线式异步机常用的起动

19、控制有转子串电阻分级起动和转子串频频变阻器起动。 、电流原则控制转子串电阻分级起动 o 控制原则：电流控制型 、电流原则控制转子串电阻分级起动 o主电路： R1R3转子外串电阻； KA1KA3转子电流检测用电流继电器（欠流复位型）；KM1KM3转子电阻的旁路接触器。o控制电路分析 按动起动按钮SB2KM4线圈通电自锁中间继电器KA4线圈通电、转子串全电阻起动。 转速n，电流I过流继电器KA1复位KM1线圈通电切除转子电阻R1、I； 随着转速n，电流I过流继电器KA2复位KM2线圈通电切除转子电阻R2、I； 转速n，电流I过流继电器K3复位KM3线圈通电切除R3，转速n上升直到电动机起动过程结束

20、。2、时间原则控制转子串电阻分级起动 o起动条件起动条件： KM1、KM2、KM3均为原态时，方可起动。o起动过程起动过程： 按动SB2KM4线圈自锁电动机M串全电阻起动，同时KT1线圈通电延时KM1线圈通电切除R1，同时KT线圈通电延时KM线圈通电切除R，同时KT3线圈通电延时KM3线圈通电自锁切除R3， KT1，KM1，KT2，KM2，KT3等线圈依次断电复位，启动过程结束。3、转子串频敏变阻器起动控制电路 o频敏变阻器的工作原理： 随nf2，转子等效铁耗电阻自动减小，从而达到无级自动切除的目的。o 主电路： KM1引入电源。转子RF为频敏变阻器等效电阻，KM2用于起动结束后切除频敏变阻器

21、RF。 绕线式异步电动机通常采用过流继电器进行保护，本图采用热继电器做过载保护。 电动机功率及电流很大，热继电器可经电流互感器接入。为提高保护精度，起动时将热元件FR短接，运行时投入。o控制电路起动过程分析： 按动SB2KM1线圈通电自锁M串RF起动。同时，KT通电延时时间到，KA线圈通电自锁KM2线圈通电 KT线圈断电复位，转子切除RF， M进入运行状态。2.6.2 绕线机的能耗制动o1、二级起动过程分析： SA合向位置3KM线圈通电M串全电阻起动，同时，KT线圈通电，为制动作准备；KT1线圈通电延时KM1线圈通电切除R1，同时，KT2线圈断电延时KM2线圈通电，电动机转子切除R2，进入运行

22、状态。2、能耗制动过程分析 能耗过程： 停车制动时，将SA扳回0位，KM，KM1，KM2线圈均断电，切除电动机交流供电电源；KM线圈断电KM3线圈通电 KM2线圈通电短接转子电阻， 电动机M定子绕组通入直流电流，进行能耗制动； KT线圈断电延时时间到KM3线圈断电KM2线圈断电，能耗制动过程结束。3、能耗制动电路保护措施 过流继电器KA13用于过流时切除交流电源；KA4用于直流能耗制动过流时切除直流制动电源；过电压继电器KV用于过压时切除控制电路和电动机M的供电电源。2.7电液控制技术重点重点：液压系统的基础，电液控制的方法难点难点：液压部件的认识要求要求：了解液压系统的控制方法及电磁铁的驱动

23、要求，会简单设计液压控制电路。1、液压系统基础控制部件： 电磁阀（YV）：二位二通液压电磁换向阀；三位五通电磁换向阀； YA：电磁线圈（直流） 溢流阀（压力阀）；调速阀（节流阀）；单向阀动力部件：液压泵及电动机执行部件：液压缸（活塞），液压马达辅助装置：油箱，油管，过滤器2、液压动力滑台液压系统工作原理： 滑台进给工步图 快进：YA1，YA3通电 工进：YA1通电 停止：YA1维通，溢流阀工作 快退：YA2通电控制电路分析o选择开关SA合向自动工作位置的自动循环过程： 按动SB1KA1线圈通电自锁YA1、YA3线圈通电，滑台快进；至压下SQ2KA2线圈通电自锁YA3线圈断电，滑台工进；压下SQ

24、3滑台逗留；KT线圈通电延时KA3线圈通电自锁YA1，KA2线圈断电YA2线圈通电，滑台快退；压下SQ1KA3线圈断电YA2线圈断电，滑台在原位停止。循环过程结束。o手动操作： SB2用于工作台手动退回。 SA在手动位置时，SB1用于工作台手动进给。2.8直流电动机基本控制电路o重点重点：本节介绍直流电动机的继电器基本控制电路，重点讲解并励直流电动机的起动，正反转控制电路。o难点难点：直流电动机过流能力差，电动机的各种保护思想与交流电动机有所不同。o要求要求：会设计及分析直流电动机的简单控制电路。o1、起动控制电路o2、正、反转控制电路o3、并励电动机能耗制动1、起动控制电路 o主电路直流电动

25、机为并励方式，KM1引入直流电源，KM2，KM3分别用于旁路电枢电阻R1和R2。图a控制电路起动过程分析（QS合上状态）： 按动SB2KM1线圈通电自锁，电动机串全电阻启动；同时，KT1线圈通电延时时间到，KM2线圈通电，KT2线圈通电延时切除电枢电阻R1；KT2延时时间到，KM3通电切除电枢电阻R2，电动机M电枢全压运行。 改进思路，可以在起动结束，KM3线圈通电，电枢全压运行后切除KT1，KT2，KM等电器的线圈电流。图b控制电路起动过程分析：（QS合上状态）启动过程： 按动起动按钮SB2KM1线圈通电自锁 KT1、KT2线圈断电延时；M串全电阻起动； KT1延时时间到KM2线圈通电，切除

26、电枢R1； KT延时时间到KM3线圈通电，切除R2，电动机电枢全压运行。2、正、反转控制电路（电枢电源反接改变转向）正反向起动过程分析：（在QS合上状态下） 按动正转按钮SB2KM1线圈通电自锁M串R1、R2正向起动；KT1、KT2线圈断电延时，KT1延时时间到KM3线圈通电切除电枢电阻R1。KT延时时间到KM4线圈通电切除电枢电阻R2，M电枢全压正向运行。反向起动过程：（在QS合上状态下） 按动反向按钮SB3KM2线圈通电自锁电动机M串R1、R2反向起动；KT1、KT2线圈断电延时，KT1延时时间到KM3线圈通电切除电枢电阻R1。KT延时时间到KM4线圈通电切除电枢电阻R2，M电枢全压反向运行。3、并励电动机能耗制动（停车）图2.8.3原理原理：停车制动时，切除电枢直流电源电压，并用制动电阻R制将电枢电路短接。能耗制动过程分析