电气控制与PLC技术课件第2章汇编

1、Ch2 电气控制线路基本环节 2.1 电气系统图概述 2.2 电动机起动控制线路2.3 电动机正反转控制线路2.4 电动机制动控制线路2.5 多速电动机速度控制线路2.6 电液控制系统2.7 控制线路的其它基本环节本章要求1.能读懂简单的控制电路原理图、能设计简单的控制电路。2.掌握自锁、联锁的作用和方法。3.掌握常用基本控制环节的组成、作用和工作过程（如电动机起动、停止、正反转等控制） 。4.掌握过载、短路和失压保护的作用和方法。2.1 电气系统图概述电气控制线路：将各种有触点的继电器、接触器、按钮、行程开关等电器元件，按一定方式连接起来组成的控制线路。作用：实现对电力拖动系统的起动、反向、

2、制动和调速控制及相应的保护功能，满足生产工艺要求，实现生产加工自动化。 为了表达电气控制系统的设计意图，便于分析系统工作原理以及安装、调试和检修控制系统，必须采用统一的图形符号和文字符号来表达。电气原理图电气设备安装图电气设备接线图 电气系统图一、电气原理图 电气原理图表示电气控制线路的工作原理以及各电器元件的作用和相互关系，而不考虑各电路元件的实际安装位置和实际连线情况。电气原理图一般由主电路、控制电路、照明电路、信号指示电路和保护电路等几部分组成。 1电气原理图绘制规则 （1）电气控制线路分为主电路和控制电路。主电路用粗实线绘出，而控制电路用细实线画出。一般主电路画在左侧，控制电路画在右侧

3、。 （2）电气控制线路内的所有电机、电器和其它元件的通电部分均应在原理图中画出； （3）电器元件的各部件不按实际位置画出，而是以阅读和分析线路工作原理的需求为主画出； （4）同一电器的不同部件可画在线路的不同地方，但为了表示是同一元件，电器的不同部件要用同一文字符号来表示； （5）图中电器的各个部件，均以“常态”画出，即以电器未受激时的状态画出； （6）在原理图中，若有几个同一种类的电器，在表示名称的文字符号后加上一个数字序号，以示区别； （7）控制线路的各分支线路，基本上按动作顺序由上而下平行排列，两根以上的导线联接处要用黑点标明。 2电气原理图的阅读方法 （1）了解电路中所用到的各个电器元

4、件及电器元件的各导电部件在电路中的位置。对于复杂的控制线路，应首先阅读电气元件目录表。 （2）先看主电路，再看控制电路，最后再看照明、信号指示及保护电路。 （3）总体检查：化整为零，集零为整。 二、电气设备安装图 表示各种电气设备在机床机械设备和电气控制柜的实际安装位置。各电气元件的安装位置是由机床的结构和工作要求决定的，如电动机要和被拖动的机械部件在一起，行程开关应放在要取得信号的地方，操作元件要放在操作方便的地方，一般电气元件应放在控制柜内。 三、电气设备接线图 表示各电气设备之间实际接线情况。绘制接线图时应把各电器元件的各个部分（如触点与线圈）应画在一起；文字符号、元件连接顺序、线路号码

5、编制都必须与电气原理图一致。电气设备安装图和接线图是用于安装接线、检查维修和施工的。 2.2 电动机起动控制线路直接起动降压起动起动方式一、直接起动控制线路 直接起动也称全压起动或满压起动。直接给电动机加上它所需要的额定电压的起动方式就是直接起动。直接起动条件：对于中小型笼型异步电动机，在电源容量足够大时，可以采用直接起动方式。具体条件：是否可采用直接起动，要看电动机与变压器容量之间的比例而定。对于不经常起动的异步电动机，其容量应小于变压器容量的30%；对于频繁起动的异步电动机，其容量应小于变压器容量的20%。1.刀开关直接起动FUQS3M适用于冷却泵、小型台钻、砂轮机刀开关直接起动线路该电路

6、有何问题？（1）无过载保护；（2）无失压（零压）保护：若突然停电，来电后会自起动动，可能造成危险。（a）结构图3熔断器FU交流接触器KM刀开关QS按扭SBSB1SB235热继电器FRM4212.接触器直接起动主电路控制电路SB1KMSB2FRKM FRKMFUQS3M.熔断器热继电器的热元件开关接触器主触头起动按钮停止按钮接触器线圈接触器辅助触头热继电器常闭触头(b)原理图(1) 电路合上开关QS起动KM辅助触头闭合，自锁。按下起动按钮SB2 , KM线圈通电，KM主触头闭合， 电动机运转。KMFRKM.KMSB1SB2.控制电路通电转动主电路 FR3MFUQS（2） 控制原理自锁利用自身常开

7、辅助触头，维持线圈通电的控制作用称为自锁。停车转动 停转FRKM.SB1SB2KM.控制电路通电主电路 FRFUQS3M断电KMKM线圈断电电动机停转。KM辅助触头断开，取消自锁。按下停止按钮SB1主触头（KM）断开失压或欠压保护控制电路SB1KMSB2FRKM FRKMFUQS3M.热继电器过载保护熔断器短路保护接触器热继电器常闭触头主电路控制电路三保护电路：短路保护、过载保护、失压或欠压保护。 该电路具备三种完善的保护环节: 1) 短路保护 通过FU实现。 2) 过载保护 通过FR实现。 3) 失压与欠压保护 通过自锁触点KM实现。 FUQ3M 从保护环节的设置来看, 可以与右侧刀开关控制

8、的电机直接起停的控制线路进行比较。 在刀开关控制的电机直接起停的控制线路当中, 保护环节设置的不完善, 但该电路简单、经济、起动快。 试分析下列电路能否正常工作？FRKMKMSB1SB2.(a)FRKMKMSB1SB2.KM.(b)FRKMSB1SB2.(c)KMFRKMKMSB1SB2.(d)对自锁环节的两点注意:1) 自锁用的是常开辅助触点。2) 自锁只能锁住起动按钮。二、降压起动控制线路直接起动: 控制线路简单、经济、操作方便。但对容量较大的电动机，起动电流大（电动机的起动电流为额定电流的47倍），电网电压波动大。降压起动: 起动时将电源电压适当降低，起动完毕后再将电压恢复到额定值运行，

9、以减小起动电流对电网和电动机本身的冲击。起动电流大的危害：（1）供电线路本身损耗增大；（2）引起供电电压瞬时突然下降，从而影响接在同一电源上其它电气设备的正常工作。1.Y-降压起动控制线路 只适用于正常工作时定子绕组为三角形联接的电动机。方法: 起动时，先将定子绕组接成星形，使每相绕组电压为额定电压的 ，起动完成后再恢复成三角形接法，使电动机在额定电压下正常运行。特点: 起动设备成本低，方法简单，容易操作，但起动转矩只有额定转矩的13.降压起动方法: Y-降压起动；定子串电阻降压起动；自耦变压器降压起动等。SB1KM2-1SB2FRKM1-1FUQS3M.3FRKM3-1KM1-2KM1KTK

10、T-1KT-2KM3KM3-2KM2-2KM2KM2-3Y-降压起动线路1如何解决？ 要求控制电路中两个接触器KMY与KM 不能同时得电，否则主电路中出现三相电源短路事故。 在同一时间内，两个接触器只允许其中一个通电工作的控制作用，称为“联锁”。利用接触器的触点实现联锁控制称电气联锁。主电路对控制电路的要求：加“联锁（互锁）”环节。对联锁环节的两点注意:1) 联锁用的是常闭辅助触点；2) 联锁触点的联接。SB1KM2SB2FRKM1FUQS3M.3FRKM2KM1KM1KTKTKTKM2KM2Y-降压起动线路2KM1.KM22.定子串电阻降压起动控制线路SB1KM2SB2FRKM1FUQS3M

11、3FRKM1KM1KTKTKM2R电动机起动后KM1和KT一直得电，是不必要的！该电路问题？FRKTKM2KM2SB1SB2KM1KM1KTKM2Y-和定子串电阻降压起动控制线路都采用了时间继电器的延时动作实现从降压起动到全压运行的自动切换，这种控制方式称为按时间原则的自动控制。延时时间长短可根据起动过程所需时间整定。KM22.3 电动机正反转控制线路 将电动机接到电源的任意两根线对调一下，即可使电动机反转。需要用两个接触器来实现这一要求。用途：用于生产机械改变运动方向，如工作台的前进、后退，电梯的上升、下降等。方法：利用两个接触器改变电动机定子绕组的电源相序。 当正转接触器工作时，电动机正转

12、； 当反转接触器工作时，将电动机接到电源的任意两根联线对调一下，电动机反转。一、电动机正反转线路相序的概念: 1)正相序: AB C AB 2)负相序: AC B AC SB2和SB3决不允许同时按下，否则造成电源短路事故。3MFRFUKM1.KM2FRQSKM1SB1SB2KM1正转触头正转接触器正转按钮SB3KM2KM2.反转接触器反转按钮反转触头KM2KM1按下SB2SB1KM1“联锁”触头 缺点： 改变转向时必须先按停止按钮。解决措施：在控制电路中加入机械联锁。KM2SB2KM1KM1SB3KM2KM2.通电断开断电电机正转闭合正转反转停止机械联锁电气联锁利用复合按钮的触头实现联锁控制

13、称为：机械联锁KM1KM1SB3SB1KM2SB2KM1KM2KM2KM1KM1SB3SB1KM2SB2KM1KM2KM2当电机正转时，按下反转按钮SB3先断开断电复位通电停止正转闭合后闭合电机反转工作原理:二、正反转自动循环线路3MFRFUKM1KM2QS.3工作台MSQ1SQ3SQ2SQ4前进，M正转后退，M反转行程控制：控制某些机械的行程，当运动部件到达一定行程位置时利用行程开关进行控制。行程控制实质为电机的正反转控制，只是在行程的终端要加行程开关。原位终点极限位置保护正传反转KM2KM1KM1SB1SB2KM1SB3KM2KM2FRSQ2SQ4SQ1SQ3 控制电路龙门刨床工作台自动正

14、反向控制线路即为这样，用行程开关SQ1、SQ3作主令信号进行自动转换，SQ2、SQ4用于限位保护。正传反转三、动力头自动循环控制线路动力头IM1SQ2SQ1动力头M2SQ3SQ4工作循环：动力头I由位置b移动到a停下；动力头II由位置c移动到d停下；动力头I和II同时退回原位停止。c d a b3M1FR1FUKM1KM3QS.3动力头行程控制线路主电路33M2KM4KM2FR2动力头行程控制线路控制电路KM3KM4KM1SBKM1KM3KM2FRSQ2KM4SQ4KM3KM1SQ1KM2SQ3KM4去掉KM3或KM4，可以吗？I:ba;II:cd;I和II同时退回原位。小结：自动往复循环控制

15、线路，对于有触点的电器，要采用行程控制原则，用行程开关进行切换，以控制运动方向。行程开关的常开触点与相应的起动按钮并联，常闭触点作为互锁触点。既能准确变换运动方向又使运行安全可靠。电气控制的基本方法：通过按钮发布命令；由接触器执行对电路的控制；继电器用以测量和反映控制过程中各个量的变化（如，热继电器反映被控对象温度的变化，在达到设定温度时发出控制信号使KM断电，实现对电动机的保护）。2.4 电动机制动控制线路许多生产机械，要求能迅速停车和准确定位，即能够对电动机进行制动。制动机械制动：电气制动：电气制动实质上是使电动机产生一个与原来转子的转动方向相反的制动转矩。电气制动能耗制动：切除三相电源的

16、同时将定子绕组接通直流电源，转速为0时切除直流电源。反接制动：改变定子绕组外接三相电源的相序，产生与转子转动方向相反的转矩。采用机械抱闸或液压装置制动能耗制动和反接制动一、能耗制动控制线路整流电路.3MFRKM1QSFU1SB1KM1SB2FRKM1KM1KM2.KM2FU2TKM2RPKM2缺点：无自锁，手动。图（a）能耗制动结束后，应及时切除直流电源，否则会烧损定子绕组。.3MFRKM1QSFU1SB1KM1FRKM1KTKM2KM2.KM2FU2TKM2RPKM1KTSB2KM2图（b）正常运行：按SB2KM1通电KM1接通电机电源KM2接通直流电源制动开始KT控制切断直流电源时间断电延

17、时断开通电通电断电断电延时继电器SB1KM1SB2FRKM1KTKTKM1KM2KM1主触头闭合电机运转常开闭合常闭断开KM2 断电自锁图（c）KM1接通电机电源KM2接通直流电源制动开始KT控制切断直流电源时间断电延时断开通电通电断电SB1KM1SB2FRKM1KTKTKM1KM2断电通电断电制动时：按SB1KM2通电制动开始KM1断电、KT断电KM1主触头断开电机脱离三相电源KM1常闭闭合KM1常开断开图（c）二、反接制动控制线路3MFRFUKM1KM2QS.RKSSB1KM1SB2KM1KM1KM2KM2FRKS对称电阻制动接法可同时限制制动电流和转矩，而非对称制动电阻接法只能限制制动转

18、矩，未加制动电阻的相仍有较大电流。停车时为调整工件，手动转动主轴时BV常开闭合，KM2得电制动，不利于调整。限流电阻防止绕组过热！nSB1KM1SB2KM1KM1KM2KM2FRKSKM2能耗制动：制动准确、平稳、能量消耗小，但制动力较弱，且需要直流电源。适用于要求制动准确平稳的场合。反接制动：定子电流大，制动效果显著，但制动过程有冲击，对传动部件有害，能量消耗较大，适用于不太经常制动的设备。n2.5 多速电动机速度控制线路转速：调速方法：1）变 调速； 2）变 调速； 3）变 调速。 多速电动机可以提供多个转速，目前在机械设备中应用较多，本节讨论双速电动机的高低速控制线路。 双速电动机是由改

19、变定子绕组的磁极对数来改变其转速的（属于变极调速）。 双速电动机定子绕组常见接法有 /YY和Y/YY两种。双速电动机定子绕组接线图如下：P=2P=1P=2P=1KMlKMHKMHKMH.D1D5D2D4D3D6适用于功率较小的电动机。主电路SB1KMlSB2KMlKMlKMHS低速KMH控制电路KMH高速图（a）KMHKMlKMlSB1SB2KMlSB3KMHKMH图（b）低速高速KMlKMH.D1D5D2D4D3D6KM适用于较大容量的电动机。主电路KMHKMlKMlKMKT低速高速控制电路KTKMKMHFRKTKTS低速高速2.6 电液控制系统 液压传动系统与电气控制系统组合在一起就构成了

20、电液控制系统，目前在组合机床、自动化机床、生产自动线、数控机床等都有非常广泛的应用。 液压传动系统容易获得很大的力矩，运动传递平稳、均匀、准确可靠，控制方便，易于实现自动化。一、电磁换向阀液压传动系统由四部分组成：（1）动力装置（液压泵）；（2）执行机构（液压缸或液压马达）；（3）控制调节装置（溢流阀、节流阀、换向阀等）；（4）辅助装置（油箱、油管、滤油器、压力计等）； 在液压传动系统中，电磁换向阀用来改变液路的通断，实现由液动执行机构带动的运动部件的起、停、换向、变速等工艺要求。 电磁换向阀利用电磁铁推动滑阀移动来控制液流流动方向。其结构图和符号图为：1-阀体 2-阀芯 3-弹簧 4-电磁铁

21、 5-推杆ABPO(a)断电ABPO(b)得电ABOP(a)-二位二通 (b)-二位三通 (c)-二位四通 (d)-三位四通 (e)-三位五通 靠近弹簧符号的方框是它的常态，即线圈断电时的状态；靠近线圈符号的方格是线圈得电时的状态。电磁换向阀图形符号的规定和含义：方框内的箭头“”表示该位置上油路处于接通 状态。用方框“”表示阀芯可变的位数，有几个方框就 表示几位。方框内的符号“”或“”表示该通路被阀芯封 住，即该油路不通。一个方框上边、下边与外部连接的接口，称为油路的 通路数，即几通。一般，阀与系统供油路连接的进油口用字母P表示； 阀与系统回油路连接的回油口用字母O表示；而阀与 执行元件连接的

22、工作油口则用字母A、B表示。二、液压动力头控制线路 动力头是既能完成进给运动，又能同时完成刀具切削运动的动力部件。 液压动力头的自动循环由控制线路控制液压系统来实现。 自动工作循环：动力头快进、工作进给、快速退回原位。 SQ1SB1SQ3SQ4快进工进快退工作流程图如下：动力头电磁铁快进工进快退停止YA1YA2YA3转换主令SB1SQ3SQ4SQ1原位终点+：得电 ：断电YA1YGYA2YBM31UYV1YV2YA32ULSQ3SQ4SQ1液压缸液压泵动力头油箱油管节流阀溢流阀油箱YA2SB2SQlK3K3K2S向前前进SB1YAlSQ1YA3K1K3K1K1SQ3K2K2SQ4K3K3快进工

23、进快退12一次工作进给液压控制线路YA2SB2SQlK3KTK2S动力头向前SB1YAlSQ1YA3K1KTK1K1SQ3K2K2SQ4K3K3动力头快进延时停留动力头快退12具有“延时”停留的控制线路KTKT三、半自动车床刀架纵进、横进、快退控制线路 机械联锁电气联锁利用复合按钮的触头实现联锁控制称为：机械联锁KM1KM1SB3SB1KM2SB2KM1KM2KM22.7 控制线路的其它基本环节点动：按下按钮时，电动机起动工作；松开按钮，电动机停止工作。长动：电动机连续不断的工作。“长动”，非“常动”！触头（KM）打开松开按钮线圈（KM）断电 电机停转。触头（KM）闭合按下按钮（SB） 线圈（

24、KM）通电电机转动；SBFRKM FRKMFUQS3M一、点动与长动 按下起动按钮SB2，电动机运转，松开起动按钮 SB2，电动机继续连续运行。点动按钮SB3的作用：(1) 使接触器线圈KM通电；(2) 使线圈KM不能自锁。KMSB2FRKMSB1SB3SB2：长动SB3：点动方法一：加复合按钮后闭合先断开按下SB3闭合电机运转点动时：自锁触头不起作用通电KMFRSB2SB1KMSB3松开SB3电机停转实现点动用途: 试车、检修以及车床主轴的调整等。KMSB2FRKMSB1SB3先断开后复位断开断电方法二：加开关M3ABCKMFU按下SB2SB1KMSB2FRKM线圈KM通电电动机连续运转按下

25、SB2电机运转松开SB2电机停转SB2：点动(开关S打开)SB2：长动（开关S闭合）FRS点动与长动的区别是控制电路能否自锁。方法三：加中间继电器M3ABCKMFU按下SB2SB3KSB1KSB2FRKMK线圈K通电电动机连续运转SB2：连续运行（长动）FR按下SB3松开SB3电机停转SB3：点动电机运转以下控制电路能否实现即能点动、又能连续运行 思考不能点动！KMSB1KMSB2FRSBKM1FUQSKM2M1M233.SBSB1KM1KM1SB2KM2KM2按SB1通电闭合再按SB2闭合通电闭合闭合1. 顺序起，同时停M1转动M2转动.二、顺序控制起动顺序: M1M2转动转动M13这样的顺

26、序控制是否合理？ 两电机应要有独立的电源；这样接，主触头(KM1)的负荷过重。KM1KM2思考M23QS1FU1QS2FU2FR1FR2KM1FUQSKM2M1M233.SB1SB2KM1KM1SB4KM2KM22. 顺序起，逆序停.KM2SB3KM1起动顺序为: M1M2停止顺序为: M2M1闭合闭合起动起动?闭合3. 顺序起，顺序停KM1FUQSKM2M1M233.SB1SB2KM1KM1SB4KM2KM2.KM1SB3KM1起动与停止顺序均为: M1M2如何实现？顺序控制的控制原则：后通电的电器电路里要串联先通电电器的常开触点。后断电的电器电路里的断电触点要并联先断电电器的常开触点。同时

27、通（断）电的电器，要在这些电器的公共通路中串接接通（切断）它们的触点。互锁（联锁） 在同一时间内，两个接触器只允许一个通电工作的控制作用，称为“互锁”，也称“联锁”。联锁有电气联锁和机械联锁。联锁的控制规律：当要求甲接触器工作而乙接触器不能工作时，应在乙接触器的线圈电路中串入甲接触器的常闭触头。当要求甲接触器工作时乙接触器不能工作，而乙接触器工作时甲接触器不能工作，此时应在两个接触器的线圈电路中互串入对方的常闭触头。顺序控制线路的几种情况: 1) 按某一顺序起动； 2) 按某一顺序停止； 3) 按同一顺序起动和停止； 4) 按某一顺序起动, 按另一顺序停止； 5) 两台电机，同时工作，不允许单

28、独工作； 6) 两台电机，单独工作，不允许同时工作。SB1SB3SB5SB2SB4SB6KMKM三、多点控制（1）要求多处地点能够分别起动和停止一台电机。方法：起动按钮并联， 停止按钮串联。SB1SB3SB5SB4SB6KMKMSB2（2）要求多处地点同时具备起动信号后才能起动一台电机。方法：起动按钮串联，停止按钮串联。四、工作循环自动控制电动机的保护一、短路保护（1）熔断器保护；（2）自动开关保护。二、过载保护（1）热继电器保护；（2）自动开关保护。 电气控制系统必须要有各种保护措施。保护环节是电气控制系统不可缺少的组成部分，利用它来保护电动机、电网、电气控制设备以及人身安全等。三、过电流保护 过电流保护广泛应用于直流电动机或绕线转子异步电动机。 过电流保护通过过电流继电器实现。四、零电压（失压）与欠压保护