第二篇-8电动机自动控制基础

第8章电动机的自动控制基础§8-1控制电器的结构原理和功能§8-2电动机的基本保护环节§8-3控制电路的基本控制环节§8-4可编程序控制器及应用内容简介本章主要讲述继电-接触器控制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及应用。时间继电器热继电器按钮熔断器限位开关接触器组合按钮中间继电器§8-1控制电器的结构原理和功能继电接触器控制控制电器熔断器……起动器……速度继电器……配电电器开关接触器继电器时间继电器电磁式继电器热继电器计算机控制器：PLC、单片机、PLD原理图电路符号8.1.1接触器1）触头系统~~~线圈铁芯衔铁主触头弹簧辅助触头M3~电机动作过程线圈通电衔铁被吸合触头闭合电机接通电源1）触头系统2）灭弧装置（1）栅片灭弧（交流过零不自燃）串励磁吹灭弧：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。（2）磁吹灭弧装置（直流）缺点：磁吹力与电流平方成正比，小电流灭弧困难优点：电流反向，磁吹力不变3）电磁机构交流如前述，直流如下图：IU特点:

一定一定磁动势F=IN一定磁通和磁阻成反比（线圈中没有反电动势）（R

为线圈的电阻）直流电磁铁直流电磁铁吸合后串联经济电阻来减少电流，延长寿命电磁铁吸合过程的分析：在吸合过程中若外加电压不变,则基本不变。iu小电流小电磁铁吸合后(气隙小）

大起动电流大电磁铁吸合前(气隙大）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，把线圈烧坏。注意：交流电磁铁吸力F与气隙δ的关系曲线F=f(δ)，称为吸力特性曲线电流I与气隙δ的关系曲线I=f(δ)，称为电流特性曲线4）接触器的调整方法吸力>反力，吸合；吸力<反力，释放。：使电磁机构可靠释放的最大输入量，称释放值：使电磁机构可靠吸合的最小输入量，称动作值：返回系数，越接近1，越灵敏。对接触器则动作值和释放值的调整：整定反力弹簧松紧、非磁性材料垫片的厚度（气隙的大小）非磁性垫片厚度衔铁闭合后气隙XfXx不变Kf若增加释放后气隙，则Kf下降增加反力弹簧预压力，动作值释放值都增加，动作电流增加，Kf有所减小交直流电磁铁不同：直流电磁铁：属于恒磁势型电磁铁

①.导线细，匝数多，线圈电阻大，保证电流不过大；

②.线圈做成细长形，紧紧靠着铁心，增加散热。

③铁心可用整块软钢制成（也用厚硅钢片，减少启动时的损耗）；稳定工作时，无涡流、磁滞损耗；交流电磁铁：属于恒磁通型电磁铁

①.导线粗，匝数少，线圈电阻小、电抗大；

②.励磁电流（产生磁通的电流）在衔铁吸合前后变化很大（衔铁容易卡住的电磁铁一般不采用交流电磁铁）

③.

铁心用硅钢制成，减少铁耗（或称为铁损）；有短路环

8.1.2主令电器1）按钮开关安装式、防护式、防水式、防腐式、钥匙式等；触头不同分类2）万能转换开关组合开关结构图有自复位式和定位式转轴3）行程开关按钮式转臂式4）主令控制器又称操作开关。它是在控制线路中按预定程序可以频繁切换控制线路的一种手动主令电器。

结构图主令控制器的图示法8.1.3熔断器作用：用于短路保护。熔体额定电流的选择：频繁起动的电机2.电动机主回路（稍大）1.平稳负载（如电灯、电炉）电路符号FU几台电动机共电路=（1.5~2.5)×In(最大的电动机)+∑In(其余电动机)安秒特性tIF8.1.4继电器结构、原理与电磁式接触器相似，不同是继电器无主、辅触头之分，动作灵敏。它也有交流和直流之分。1）电磁式继电器（1）电压继电器：电压线圈匝数多、线径细，并联于电路中。正常电压时，衔铁被吸合。当电压低于某一整定值或为零时，衔铁被释放。（2）电流继电器：电流线圈匝数少、线径粗，串联于电路中。当电流达到某一整定值时，衔铁被吸合或释放。（3）中间继电器：将一个输入信号变为一个或多个输出信号的继电器。其作用是增加触头数量以扩大控制范围；具有以弱控强的开关信号“放大”能力。在较复杂的电路中用作程序控制元件。时间继电器定时类型：电子式阻容式数字式电磁式（空气式）电动式机械式2）时间继电器时间继电器触头类型断电式常闭断电后延时闭合常开断电后延时断开通电式瞬时动作延时动作常闭触点常开触点常开通电后延时闭合常闭通电后延时断开滤波滤波数字式时间继电器采用计数器式延时电路，由输入的信号频率决定延时时间。（1）半导体式时间继电器调整电位器Rw1的阻值可调整延时时间初态:VT1导通，VT2截止C4充电，电位A>B，VT2导通，VT1截止KAAB空气阻尼式时间继电器（2）空气阻尼式时间继电器通电延时常开触头延时闭合常闭触头延时打开线圈衔铁常闭触头常开触头线圈通电衔铁吸合（向下）连杆动作触头动作动作过程铁心出气孔进气孔橡皮膜伞形活塞3）热继电器热继电器是利用电流的热效应而动作的电器。发热元件双金属片复位按钮它主要作用是对电动机实现过载保护。整定电流与电动机的额定电流基本上一致。扣板拉簧连板常闭触头热继电器的符号发热元件KH常闭触头KH感应式按转速大小传递信号的继电器。按结构的不同分为感应式、离心式等。转轴永久磁铁圆环鼠笼绕组摆槌弹簧触头触头4）速度继电器8.1.5电磁制动器松闸时制动时控制系统的组成：

电器由元件组成，电器用导线连接成电气线路，从而组成继电接触器控制系统。常用控制电器：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§8-2电动机的基本保护环节8.2.1短路电流保护熔断器：瞬时大电流保护，有时限特性8.2.2过载保护热继电器：热惯性元件，长期过载动作。用于异步电机注意：熔断器和热继电器的配合过电流继电器：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。起货机、锚机高速档广泛采用过电流保护，超过高速档额定电流时，自动退回到中速档。8.2.3零电压保护和欠电压保护按钮作为主令电器的控制线路：接触器兼作零压和欠压保护吸合电压：0.8～0.85，释放电压：0.5～0.7主令控制器作为主令电器的控制线路：有专用零压和欠压保护——电压继电器8.2.4缺相保护热继电器：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。§8-3控制电路的基本控制环节8.3.1点动控制8.3.2连续控制8.3.3行程控制8.3.4多地点控制8.3.5互锁控制8.3.6连锁控制8.3.7双位控制8.3.8时间控制8.3.9典型控制电路控制线路图示法2.接线图:又称安装图。一.控制线路中电器和元件的图形符号和文字符号二.电气线路图电气线路图可分为主电路和辅助（控制）电路。可绘制成两种不同的形式：电路图和接线图。1.电路图:对分析电气系统的工作原理是十分方便的。5.各元件一般按动作顺序从上到下,从左到右依次排开。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。三.绘制电路图的规定其主要规定归纳如下：1.电机、电器和其他带电部分都应按国家标准规定的图形符号和文字符号绘制和标注。2.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常状态画出。4.同一电器的不同部件,按其在电路中的作用画在不同的电路部位上,标以相同的文字符号。ABCM3~触头（KM）打开按钮松开线圈（KM）断电

电机停转。触头（KM）闭合按下按钮（SB）

线圈（KM）通电电机转动；起动按钮8.3.1点动控制8.3.2连续控制(磁力起动器控制）KRM3~KMKMSB2SB1ABCKMFUQSKR自保的作用按下按钮（SB），线圈（KM）通电，电机起动；同时，辅助触头（KM）闭合，即使按钮松开，线圈保持通电状态，电机连续运转。UU8.3.3行程控制8.3.4多地点控制KMSB1甲SB2甲KMSB1乙SB2乙乙地甲地控制原则:起动按钮并联,停止按钮串联。8.3.5互锁控制KHKMFSB1KMFSBFKMRKMRKMRKMFSBR正反转双重互锁控制KMFKMRM3~ABCFUQSKH双保险机械互锁（复合按钮）电器互锁（互锁触头）8.3.6连锁控制保证两电机起动的先后顺序组合式高低压压力继电器波纹管弹簧摆动板微动开关微动开关8.3.7双位控制通常：不论是压力还是温度开关，不论是延时还是不延时，如果不加特别说明，一般都是功能时动作。有些图纸有说明：LowPressureOn/HighTemperatureOff8.3.8时间控制（得电延时、断电延时）8.3.9典型控制电路1）电动机正反转控制电路吊艇机控制电路机械制动手摇柄终点限位2）海淡水柜水位自动控制电路海(淡)水柜(压力)自动控制线路3）空压机自动控制电路冷却水供气残气释放KTKT4）三相异步电动机Y－Δ起动控制线路自耦变压器降压起动控制转子电路串电阻起动控制起动过程：按SB2KM1有电自保M起动为KM2通电做准备因为KI1比KM2动作快KI1有电KM2无电串入全部电阻M起动(a)能耗制动停车控制反接制动停车控制为防止转速过零后反向起动,常采用速度继电器控制.速度继电器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，为了获得较大的起动转矩，要求起动电流在I1=（2~2.5)In到I2=（1.2~1.5)In之间变化。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1、按起动按钮接触器不动作 原因：断路、卡死、故障：断路、短路；电气、机械。断路故障：开关、触点、接线端、熔断器短路故障：线圈、绕组因短路、过载或者机械损伤造成的2、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3、按起动按钮，电动机嗡嗡响但不转 原因：断相4、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、 弹簧故障、5、接触器嗡嗡叫，线圈过热 原因：电压低、线圈断路、短路环断§8-4可编程序控制器8.4.1可编程序控制器的工作原理8.4.2FX2n系列PLC简介8.4.3FX2n可编程序控制器基本指令8.4.4PLC选型8.4.5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系统组成、工作原理、操作使用都与计算机类似。早期语言：梯形图语言；后期语言：高级语言用途：工业控制（自动化），为继电器控制替代品1）PLC的基本组成CPU、RAM（ROM）、I/O、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...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：通用微处理器、单片机芯片、位片式微处理器开关量输出形式：继电器输出、可控硅输出、晶体管输出输入：按钮、开关输出：电磁阀、接触器、继电器I/O开关量模拟量开关量输入形式：无源触点、晶体管集电极输出经光电隔离输入：模拟量传感器输出：可调电位器、伺服电动机（A）继电器输出最大负载能力2A；最高负载电压交直流250V（B）