第二篇-8电动机的自动控制基础

1、第第8章章 电动机的自动控制基础电动机的自动控制基础 8 -1 控制电器的结构原理和功能控制电器的结构原理和功能 8 -2 电动机的基本保护环节电动机的基本保护环节 8 -3 控制电路的基本控制环节控制电路的基本控制环节 8 -4 可编程序控制器及应用可编程序控制器及应用 内容简介内容简介本章主要讲述继电本章主要讲述继电-接触器控制接触器控制中常用的电器元件和基本控制线中常用的电器元件和基本控制线路，以及可编程序控制器的原理路，以及可编程序控制器的原理及应用。及应用。时间继电器时间继电器热继电器热继电器按钮按钮熔断器熔断器限位开关限位开关接触器接触器组合按钮组合按钮中间继电器中间继电器8 -1

2、 控制电器的结构原理和功能控制电器的结构原理和功能继电继电接触接触器控器控制制控制控制电器电器熔断器熔断器起动器起动器速度继电器速度继电器配电配电电器电器开关开关接触器接触器继电器继电器时间继电器时间继电器电磁式继电器电磁式继电器热继电器热继电器计算机控制器：计算机控制器：PLC、单片机、单片机、PLD原理原理图图电路电路符号符号8.1.1 接触器接触器1）触头系统）触头系统线圈线圈铁芯铁芯衔铁衔铁主触头主触头弹簧弹簧辅助辅助触头触头M3电机电机动作过程动作过程线圈通电线圈通电衔铁被吸合衔铁被吸合触头闭合触头闭合电机接通电机接通电源电源1）触头系统）触头系统2）灭弧装置）灭弧装置（1）栅片灭弧

3、（交流过零不自燃）栅片灭弧（交流过零不自燃）串励磁吹灭弧：串励磁吹灭弧：灭弧线圈与静触头串联，电灭弧线圈与静触头串联，电弧受磁场作用向上转移到灭弧角，降压冷却。弧受磁场作用向上转移到灭弧角，降压冷却。（2）磁吹灭弧装置（直流）磁吹灭弧装置（直流）缺点：缺点：磁吹力与电流平方成正比，小电流灭弧困难磁吹力与电流平方成正比，小电流灭弧困难优点：优点：电流反向，磁吹力不变电流反向，磁吹力不变3）电磁机构）电磁机构交流如前述，直流如下图：交流如前述，直流如下图：IU特点特点: mmRINRF U一定一定I一定一定磁动势磁动势 F=IN 一定一定)(mRF 磁通和磁阻成反比磁通和磁阻成反比 （线圈中没有反

4、电动势）（线圈中没有反电动势）RUI （R 为线圈的电阻）为线圈的电阻）直流电磁铁直流电磁铁直流电磁铁吸合后串联经济电阻来减少电流，延长寿命直流电磁铁吸合后串联经济电阻来减少电流，延长寿命电磁铁吸合过程的分析：电磁铁吸合过程的分析： 在吸合过程中若外加电压在吸合过程中若外加电压不变不变, 则则 基本不变。基本不变。iumRIN 小小 电流小电流小电磁铁吸合后电磁铁吸合后(气隙小）气隙小）mRmR 大大 起动电流大起动电流大 电磁铁吸合前电磁铁吸合前(气隙大）气隙大） 如果气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸不上，线如果气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸不上，线圈中的电流一直很大，将会导致过热，把线圈

5、烧坏。圈中的电流一直很大，将会导致过热，把线圈烧坏。 注意：注意：交流电磁铁交流电磁铁吸力吸力F与气隙与气隙的关系曲线的关系曲线F=f()，称为称为吸力吸力特性特性曲线曲线电流电流I与气隙与气隙的关系曲线的关系曲线I=f()，称为称为电流电流特性特性曲线曲线4）接触器的调整方法）接触器的调整方法吸力吸力反力，吸合；吸力反力，吸合；吸力B， VT2导通，导通，VT1截止截止KAAB空气阻尼式时间继电器空气阻尼式时间继电器（2）空气阻尼式时间继电器）空气阻尼式时间继电器通电延时通电延时常开触头常开触头延时闭合延时闭合 常闭触头常闭触头延时打开延时打开 线圈线圈衔铁衔铁常闭触头常闭触头常开触头常开触

6、头线圈通电线圈通电 衔铁吸合（向下）衔铁吸合（向下） 连杆动作连杆动作 触头动作触头动作动作过程动作过程铁心铁心出气孔出气孔进气孔进气孔橡皮膜橡皮膜伞形活塞伞形活塞3）热继电器）热继电器热继电器是利用电流的热效应而动作的电器。热继电器是利用电流的热效应而动作的电器。发热元件发热元件双金属片双金属片复位按钮复位按钮它主要作用是对电动它主要作用是对电动机实现过载保护。整机实现过载保护。整定电流与电动机的额定电流与电动机的额定电流基本上一致定电流基本上一致 。扣板扣板拉簧拉簧连板连板常闭触头常闭触头热继电器的符号热继电器的符号发热元件发热元件KH常闭触头常闭触头KH感应式感应式按转速大小传递信号按转

7、速大小传递信号的继电器。按结构的不同分为的继电器。按结构的不同分为感应式、离心式等。感应式、离心式等。转轴转轴永久磁铁永久磁铁圆环圆环鼠笼绕组鼠笼绕组摆槌摆槌弹簧弹簧触头触头触头触头4）速度继电器）速度继电器8.1.5 电磁制动器电磁制动器松闸时松闸时制动时制动时控制系统的组成：控制系统的组成： 电器由元件组成，电器用导线连接成电气线路，电器由元件组成，电器用导线连接成电气线路，从而组成继电接触器控制系统。从而组成继电接触器控制系统。常用控制电器：常用控制电器： 各种继电器、接触器、按钮、开关及其它电器，各种继电器、接触器、按钮、开关及其它电器，电动机也是控制系统的一部分电动机也是控制系统的一

8、部分8 -2 电动机的基本保护环节电动机的基本保护环节8.2.1 短路电流保护短路电流保护熔断器：熔断器：瞬时大电流保护，有时限特性瞬时大电流保护，有时限特性8.2.2 过载保护过载保护热继电器：热继电器：热惯性元件，长期过载动作。用于异步电机热惯性元件，长期过载动作。用于异步电机注意：注意：熔断器和热继电器的配合熔断器和热继电器的配合过电流继电器：过电流继电器：提供短路过载保护，无延时。常用于限提供短路过载保护，无延时。常用于限流起动的直流电动机和绕线式异步电动机。流起动的直流电动机和绕线式异步电动机。起货机、锚机高速档广泛采用过电流保护，超过高速起货机、锚机高速档广泛采用过电流保护，超过高

9、速档额定电流时，自动退回到中速档。档额定电流时，自动退回到中速档。8.2.3 零电压保护和欠电压保护零电压保护和欠电压保护按钮按钮作为主令电器的控制线路作为主令电器的控制线路：接触器兼作零接触器兼作零压和欠压保护压和欠压保护吸合电压：吸合电压：0.80.85，释放电压：，释放电压：0.50.7主令控制器主令控制器作为主令电器的控制线路作为主令电器的控制线路：有专用有专用零压和欠压保护零压和欠压保护电压继电器电压继电器8.2.4 缺相保护缺相保护热继电器：热继电器：串接在三相主电路的任意两相，任一相发生串接在三相主电路的任意两相，任一相发生断路，必将使另外两相电流增加。断路，必将使另外两相电流增

10、加。8 -3 控制电路的基本控制环节控制电路的基本控制环节 8.3.1 点动控制点动控制 8.3.2 连续控制连续控制 8.3.3 行程控制行程控制 8.3.4 多地点控制多地点控制 8.3.5 互锁控制互锁控制 8.3.6 连锁控制连锁控制 8.3.7 双位控制双位控制 8.3.8 时间控制时间控制 8.3.9 典型控制电路典型控制电路控制线路图示法控制线路图示法2.接线图接线图:又称安装图。又称安装图。一一.控制线路中电器和元件的图形符号和文字控制线路中电器和元件的图形符号和文字符号符号二二.电气线路图电气线路图电气线路图可分为主电路和辅助（控制）电电气线路图可分为主电路和辅助（控制）电路

11、。可绘制成两种不同的形式：路。可绘制成两种不同的形式：电路图和接电路图和接线图。线图。1.电路图电路图:对分析电气系统的工作原理是对分析电气系统的工作原理是 十分十分方便的。方便的。5.各元件一般按动作顺序从上到下各元件一般按动作顺序从上到下,从左到右依从左到右依次排开。次排开。有直接电联系的导线交叉连接点要用有直接电联系的导线交叉连接点要用小圆圈或黑圆点表示。小圆圈或黑圆点表示。三三.绘制电路图的规定绘制电路图的规定其主要规定归纳如下：其主要规定归纳如下：1. 电机、电器和其他带电部分都应电机、电器和其他带电部分都应按国家标准按国家标准规定的图形符号和文字符号绘制和标注。规定的图形符号和文字

12、符号绘制和标注。2.按主电路和控制电路两部分画出。按主电路和控制电路两部分画出。3.电器都按没通电或不受外力作用时的正电器都按没通电或不受外力作用时的正常状态画出。常状态画出。4.同一电器的不同部件同一电器的不同部件,按其在电路中的作用画按其在电路中的作用画在不同的电路部位上在不同的电路部位上,标以相同的文字符号。标以相同的文字符号。A B CM3触头（触头（KM）打开打开按钮松开按钮松开线圈（线圈（KM）断电断电 电机停转。电机停转。触头（触头（KM）闭合闭合按下按钮按下按钮（SB） 线圈（线圈（KM）通电通电电机转动；电机转动；起动起动按钮按钮8.3.1 点动控制点动控制8.3.2 连续控

13、制连续控制(磁力起动器控制）磁力起动器控制）KRM3KMKMSB2SB1ABCKMFUQSKR自保的作用自保的作用按下按钮按下按钮（SB），），线圈（线圈（KM）通电，通电，电机起动；同时，辅助触头（电机起动；同时，辅助触头（KM）闭合，闭合，即使按钮松开，线圈保持通电状态，电机即使按钮松开，线圈保持通电状态，电机连续运转。连续运转。UU8.3.3 行程控制行程控制8.3.4 多地点控制多地点控制KMSB1甲甲SB2甲甲KMSB1乙乙SB2乙乙乙地乙地甲地甲地控制原则控制原则:起动按钮并联起动按钮并联,停止按钮串联停止按钮串联。8.3.5 互锁控制互锁控制KHKMFSB1KMFSBFKMRKM

14、RKMRKMFSBR正反转双重互锁控制正反转双重互锁控制KMFKMRM3A BCFUQSKH双保险双保险机械互锁（复合按钮）机械互锁（复合按钮）电器互锁（互锁触头）电器互锁（互锁触头）8.3.6 连锁控制连锁控制保证保证两电机两电机起动的先后顺序起动的先后顺序组合式高低压压力继电器组合式高低压压力继电器波波纹纹管管弹簧弹簧摆摆动动板板微动开关微动开关微动开关微动开关8.3.7 双位控制双位控制通常：不论是压力还是温度开关，不论是延时还是不通常：不论是压力还是温度开关，不论是延时还是不延时，如果不加特别说明，一般都是延时，如果不加特别说明，一般都是功能时动作功能时动作。有些图纸有说明：有些图纸有

15、说明：Low Pressure On/ High Temperature Off8.3.8 时间控制（得电延时、断电延时）时间控制（得电延时、断电延时）8.3.9 典型控制电路典型控制电路1）电动机正反转控制电路）电动机正反转控制电路吊艇机控制电路吊艇机控制电路机械制动机械制动手摇柄手摇柄终点限终点限位位2）海淡水柜水位自动控制电路）海淡水柜水位自动控制电路海海(淡淡)水柜水柜(压力压力)自动控制线路自动控制线路3）空压机自动控制电路）空压机自动控制电路冷却水冷却水供气供气残气释放残气释放KTKT4）三相异步电动机）三相异步电动机Y起动控制线路起动控制线路自耦变压器降压起动控制自耦变压器降压起

16、动控制转子电路串电阻起动控制转子电路串电阻起动控制起动过程：起动过程：按按SB2 KM1有电有电 自保自保M起动起动为为KM2通电做准备通电做准备因为因为KI1比比KM2动作快动作快KI1有电有电 KM2无电无电 串入全部电阻串入全部电阻M起动起动(a)能耗制动停车控制能耗制动停车控制反接制动停车控制反接制动停车控制为为防止转速过零后反向起动防止转速过零后反向起动,常采用速度继电器控制常采用速度继电器控制.速度继电器速度继电器直流电动机的起动控制直流电动机的起动控制除了容量很小的直流电动机外，均需要采取适当的除了容量很小的直流电动机外，均需要采取适当的方法来限制起动电流。最常用的方法是在电枢绕

17、组方法来限制起动电流。最常用的方法是在电枢绕组串电阻来限制起动电流。在起动时，为了获得较大串电阻来限制起动电流。在起动时，为了获得较大的起动转矩，要求起动电流在的起动转矩，要求起动电流在I1=（22. 5)In到到I2=（1.21.5)In之间变化。之间变化。直流电动机按时间方式自动起动控制线路直流电动机按时间方式自动起动控制线路交流磁力起动器常见故障原因及排除方法交流磁力起动器常见故障原因及排除方法1、按起动按钮接触器不动作、按起动按钮接触器不动作 原因：断路、卡死、原因：断路、卡死、故障：断路、短路；电气、机械。故障：断路、短路；电气、机械。断路故障：开关、触点、接线端、熔断器断路故障：开

18、关、触点、接线端、熔断器短路故障：线圈、绕组因短路、过载或者机械损短路故障：线圈、绕组因短路、过载或者机械损伤造成的伤造成的2、按下起动按钮，电机动作，放开后停止、按下起动按钮，电机动作，放开后停止原因：自锁触头闭合不好原因：自锁触头闭合不好3、按起动按钮，电动机嗡嗡响但不转、按起动按钮，电动机嗡嗡响但不转原因：断相原因：断相4、按停止按钮，接触器不释放、电机不停、按停止按钮，接触器不释放、电机不停原因：按钮故障、触头熔焊、衔铁卡死、原因：按钮故障、触头熔焊、衔铁卡死、 弹簧故障、弹簧故障、5、接触器嗡嗡叫，线圈过热、接触器嗡嗡叫，线圈过热原因：电压低、线圈断路、短路环断原因：电压低、线圈断路

19、、短路环断8 -4 可编程序控制器可编程序控制器 8.4.1 可编程序控制器的工作原理可编程序控制器的工作原理 8.4.2 FX2n系列系列PLC简介简介 8.4.3 FX2n可编程序控制器基本指令可编程序控制器基本指令 8.4.4 PLC选型选型 8.4.5 梯形图编程的一般要求和常识梯形图编程的一般要求和常识8.4.1 可编程序控制器的工作原理可编程序控制器的工作原理系统组成、工作原理、操作使用都与计算机类似。系统组成、工作原理、操作使用都与计算机类似。早期语言：早期语言：梯形图梯形图语言；后期语言：语言；后期语言：高级高级语言语言用途：用途：工业控制（自动化），为工业控制（自动化），为继

20、电器控制继电器控制替代品替代品1）PLC的基本组成的基本组成CPU、RAM（ROM）、）、I/O、电源、编程器电源、编程器 一.逻辑阶段逻辑阶段就是可以实现继电系统中的一般逻辑性设计。即A常开；B常闭；C线圈。这就对应了PLC中的基本元素了，只不过是阅读的方法不一样罢了.二顺控阶段顺序控制在工业中的应用相当广泛，例如一般性的自动机床它就是一个顺序控制过程. 三汇编阶段该阶段是本质上区别于继电控制系统，是继电控制系统无法实现的，也是提高PLC控制系统功能的根本，称之为汇编阶段，很相象于单片机的汇编语言编程，例如单片机中的传送指令MOV，在PLC中的高级指令中也是一样的功能。这一阶段难度比较大.

21、四特殊阶段特殊阶段就是对特殊功能的系统而言的，例如运动控制，PID温度控制，网络连接等。不同的PLC能实现的功能不一样，有些功能PLC内是集成的而有些是需要外加扩展的，那么就要根据不同的控制对象去选用了。掌握好该阶段是可以大大提高PLC的程序，但是还需掌握PLC以外的其他自动化知识，如伺服，变频器等等. 五网络阶段随着自动化技术的发展由PLC做下位机的应用也十分多见。该阶段主要是学习不同的PLC通信协议和一些通讯指令，如PLC通过编程口控制变频器如西门子的USS协议与变频器进行信息的交换。还有工业以太网和现场总线等如西子的PROFIBUS;AS-i; 等等。CPU随机型：随机型：通用微处理器、

22、单片机芯片、位片式微处理器通用微处理器、单片机芯片、位片式微处理器开关量开关量输出输出形式：继电器输出、可控硅输出、形式：继电器输出、可控硅输出、晶体管输出晶体管输出输入：按钮、开关输入：按钮、开关输出：电磁阀、接触器、继电器输出：电磁阀、接触器、继电器I/O开关量开关量模拟量模拟量开关量开关量输入输入形式：无源触点、晶体管集电极输形式：无源触点、晶体管集电极输出经出经光电隔离光电隔离输入：模拟量传感器输入：模拟量传感器输出：可调电位器、伺服电动机输出：可调电位器、伺服电动机（A） 继电器输出继电器输出最大负载能力最大负载能力2A；最高负载电压交直流最高负载电压交直流250V（B）可控硅输出可控硅输出最大负载能力最大负载能力0.3A；最高负载电压交直流最高负载电压交直流240V（C）晶体管输出晶体管输出最大负载能力最大负载能力0.5A；最高负载电压直流最高负载电压直流30V2）PLC程序的表达方式程序的表达方式运行方式：运行方式：顺序扫描，不断循环顺序扫描，不断循环表达方式：表达方式：字符表达、图符表达字符表达、图符表达编程方式：编程方式：梯形图、指令语句梯形图、指令语句3）PLC的工作方式的工作方式扫描过程扫