plc讲义第二章 电气线路基础

电气控制线路图的图形、文字符号及绘制原则三相笼型异步电动机的基本控制线路三相笼型异步电动机降压启动控制线路三相笼型异步电动机制动控制线路三相笼型异步电动机速度控制线路变频调速与变频器的使用电气控制线路的简单设计法典型生产机械电气控制线路分析第二章电气控制线路基础第一节电气控制系统图

常用的电气控制系统图有电气原理图、电器布置图与安装接线图。一、电气图常用的图形符号、文字符号和接线端子标记二、电气原理图

电气原理图是用来表示电路各电气元件中导电部件的联接关系和工作原理的图。例：CW6132型普通车床电气原理图图2-1CW6132型普通车床电气原理图（一）绘制电气原理图的原则：1．图中所有的元器件都应采用国家统一规定的图形符号和文字符号。2．电气原理图的组成电气原理图由主电路和辅助电路组成。3．主电路绘制在图面的左侧或上方。辅助电路用绘制在图面的右侧或上方。

A、按功能布置，按动作顺序排列。

B、对因果次序清楚的简图（电路图和逻辑图），应从左到右，从上到下。（一）绘制电气原理图的原则：4．原理图中电气元件的画法

5．电气原理图中电气触头的画法

电路图中所有电器元件一般不画出实际的外形图，而采用国家标准规定的图形符号和文字符号表示，同一电器的各个部件可根据需要画在不同的地方，但必须用相同的文字符号标注。所有电器的图形符号均按无电压、无外力作用下的正常状态画出，即按通电前的状态绘制。6．线路连接点、交叉点的绘制

7．原理图的绘制要层次分明，各电器元件及触头的安排要合理，既要做到所用元件、触头最少，耗能最少，又要保证电路运行可靠，节省连接导线以及安装、维修方便。（二）关于电气原理图图面区域的划分

为了便于确定原理图的内容和组成部分在图中的位置，常在图纸上分区。竖边方面用大写拉丁字母编号，横边用阿拉伯数字编号。（一）绘制电气原理图的原则：（三）继电器、接触器触头位置的索引

电气原理图中，在继电器、接触器线圈的下方注有该继电器、接触器相应触点所在图中位置的索引代号，索引代号用图面区域号表示。（四）电气图中技术数据的标注

电气图中各电气元器件和型号，常在电气原理图中电器元件文字符号下方标注出来。三、电器布置图

电器元件布置图是用来表明电气原理图中各元器件的实际安装位置，可视电气控制系统复杂程度采取集中绘制或单独绘制。电器元件的布置应注意以下几方面：1）体积大和较重的电器元件应安装在电器安装板的下方，而发热元件应安装在电器安装板的上面。2）强电、弱电应分开，弱电应屏蔽，防止外界干扰。3）需要经常维护、检修、调整的电器元件安装位置不宜过高或过低。4）电器元件的布置应考虑整齐、美观、对称。外形尺寸与结构类似的电器安装在一起，以利安装和配线。5）电器元件布置不宜过密，应留有一定间距。如用走线槽，应加大各排电器间距，以利布线和维修。例：CW6132型车床控制盘电器布置图图2-2CW6132型车床控制盘电器布置图例：CW6132型车床电气设备安装布置图图2-3CW6132型车床电气设备安装布置图四、安装接线图

安装接线图主要用于电器的安装接线、线路检查、线路维修和故障处理，通常接线图与电气原理图和元件布置图一起使用。电气接线图的绘制原则是：1）各电气元件均按实际安装位置绘出，元件所占图面按实际尺寸以统一比例绘制。2）一个元件中所有的带电部件均画在一起，并用点划线框起来，即采用集中表示法。3）各电气元件的图形符号和文字符号必须与电气原理图一致，并符合国家标准。4）各电气元件上凡是需接线的部件端子都应绘出，并予以编号，各接线端子的编号必须与电气原理图上的导线编号相一致。

5）绘制安装接线图时，走向相同的相邻导线可以绘成一股线。例：电气安装接线图图2-4CW6132型车床电气互连图全压启动控制线路这是最基本的电动机控制线路。是任何一个电气工程师需要熟记于心的电路。组成：主电路控制线路2.2三相笼型异步电动机的基本控制线路全压启动控制线路工作原理启动过程操作过程重要概念：自锁自锁触点停止过程控制线路的保护环节短路保护：FA过载保护：BB失压和欠压保护:QA正反转控制线路基本控制线路（不能使用）正－停－反重要概念：互锁正－反－停点动控制线路多点控制线路顺序控制线路自动循环控制线路第三节三相异步电动机的降压起动控制为什么要采用降压起动？

较大容量的电机启动时，启动电流较大（约为额度电流的4-8倍，会对电网产生冲击。对中、小容量电动机采用直接启动，对大容量的电动机（电动机的容量超过动力变压器容量的25％或公共变压器容量的5％）采用降压启动。降压起动的方法降压起动的方法有定子电路串电阻（或电抗）、星形-三角形、自耦变压器和使用软起动器等。常用的方法是星形-三角形降压起动和使用软起动器。一、星形—三角形起动控制星形—三角形起动的优点：简单，动作可靠，星形起动时电流为三角形起动的1/3。缺点：起动时的转矩小，只适用于空载或轻载场合。二、自耦变压器减压起动控制图2-14XJ01系列自耦减压起动电路图自耦变压器降压启动控制线路特点及适用场合优点：启动时对电网的电流冲击小，功率损耗小。缺点：自耦变压器相对结构复杂，价格较高。这种线路主要用于较大容量的电动机，以减小启动电流对电网的影响。使用场合及特点在一些对启动要求较高的场合，可选用软启动装置，它采用电子启动方法。主要特点是：具有软启动和软停车功能，启动电流、启动转矩可调节，另外还具有对电动机和软启动器本身的热保护、限制转矩和电流冲击、三相电源不平衡、缺相、断相等保护功能和实时检测并显示如电流、电压、功率因数等参数的功能。原理：利用晶闸管的移相控制原理，通过控制晶闸管的导通角，改变其输出电压，达到通过调压方式来控制启动电流和启动转矩。

三、软启动器及使用软启动器的控制功能斜坡升压启动方式此种启动方式一般可设定启动初始电压Uqo和启动时间t1。这种启动方式关闭电流反馈，属开环控制方式，在电动机启动过程中，电压线性逐渐增加，在设定的时间内达到额定电压。转矩控制及启动电流限制启动方式此种启动方式一般可设定启动初始力矩Tqo、启动阶段力矩限幅TLI、力矩斜坡上升时间t1和启动电流限幅ILI。这种启动方式引入电流反馈，通过计算间接得到负载转矩，属闭环控制方式。由于控制目标为转矩，故软启动器输出电压为非线性上升。此种控制方式可以使电动机以最佳的启动加速度、以最快的时间完成平稳的启动，是应用最多的启动方式。软启动器的控制功能电压提升脉冲启动方式此种启动方式一般可设定电压提升脉冲限幅ULI。升压脉冲宽度一般为5个电源周波，即100ms。在启动开始阶段，晶闸管在极短时间内按设定升压幅值启动，可得到较大的启动转矩，此阶段结束后，转入转矩控制及启动电流限制启动。该启动方法适用于重载并需克服较大静摩擦的启动场合。转矩控制软停车方式能耗制动方式使用举例：TE的Altistart46具有通用软启动器的各种功能电动机单向运行，带旁路接触器、软启动、软停车或自由停车控制线路端子功能L1/L2/L3,A1/A2/A3,T1/T2/T3,A2/B2/C2PLSTOP,RUNC,400KF1,KF2输出继电器的作用单台软启动器启动多台电机举例注意外部旁路的区别KF1,KF2输出继电器的作用在一台电动机启动结束后，软启动器被外部旁路。对它来说，这是不正常状态，所以KF1和KF2都断开。第四节三相异步电动机的制动控制一、电动机单向反接制动控制图2-19电动机单向反接制动控制电路为什么要对制动进行控制？二、电动机可逆运行反接制动控制图2-17电动机可逆运行反接制动控制电路工作原理所谓能耗制动，就是在电动机脱离三相交流电源之后，定子绕组上加一个直流电压，即通入直流电流，利用转子感应电流与静止磁场的作用以达到制动的目的。实现方法根据能耗制动时间控制原则，可用时间继电器进行控制；也可以根据能耗制动速度原则，用速度继电器进行控制。三、电动机能耗制动控制三、电动机单向运行能耗制动控制图2-18电动机单向运行能耗制动控制电路能耗制动和反接制动的比较能耗制动比反接制动消耗的能量少，其制动电流也比反接制动电流小得多，但能耗制动的制动效果不及反接制动明显，同时还需要一个直流电源，控制线路相对比较复杂。能耗制动一般适用于电动机容量较大和启动、制动频繁的场合。反接制动一般适合于电动机容量较小和不频繁制动的场合。由三相异步电动机转速公式：

S为转差率，f1供电频率，p1为级对数第五节三相异步电动机的调速控制调速方法改变p：变极调速－有级调速，简单，适用于要求不高的一般场合。改变s：滑差电机－已淘汰。改变f：变频调速－调速性能最好，使用广泛的调速方法。第五节三相异步电动机的调速控制一、三相笼型电动机变极调速控制图2-21双速电动机三相绕组连接图图2-22双速电动机变极调速控制电路第六节变频调速与变频器的使用

变频器1、变频器的分类1）按变频的原理分有：2）交—直—交变频器的分类：电压型和电流型

交—交变频器和交—直—交变频器。图2-26电压型变频器基本结构2．交—直—交变频器

交—直—交变频器主要由整流调压、滤波及逆变三部分组成图2-27交—直—交变频器的组成根据控制方式分类V/f控制基本概念开环控制原因：仅改变频率，将会产生由弱励磁引起的转矩不足或由过励磁引起的磁饱和现象，使电动机功率因数和效率显著下降。控制机理：改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，在较广范围内调速运转时，电动机的功率因数和效率不下降。这就是控制电压与频率之比，所以称为V/F控制。特点它是最简单的一种控制方式，不用选择电动机，通用性优良。与其他控制方式相比，在低速区内电压调整困难，故调速范围窄，通常在1∶10左右的调速范围内使用。急加速、减速或负载过大时，抑制过电流能力有限。不能精密控制电动机实际速度，不适合用于同步运转场合。矢量控制基本概念产生原因：按照直流电动机电枢电流控制思想，使交流异步电动机达到与直流电动机相同的调速性能。机理：即将供给异步电动机的定子电流在理论上分成两部分：产生磁场的电流分量（磁场电流）和与磁场相垂直、产生转矩的电流分量（转矩电流）。该磁场电流、转矩电流与直流电动机的磁场电流、电枢电流相当。特点需要使用电动机参数，一般用做专用变频器。调速范围在1∶100以上。速度响应性极高，适合于急加速、减速运转和连续4象限运转，能适用于任何场合。根据输出电压调制方式分类PAM方式脉冲幅值调制（PAM，PulseAmplitudeModulation）PWM方式脉冲宽度调制（PWM，PulseWidthModulation）根据输入电源的相数分类单相变频器三相变频器变频器的组成主电路控制电路保护电路变频器的主要技术参数输入侧主要额定数据输出侧主要额定数据对变频器设置和调试时的主要参数变频器的选择种类选择容量选择变频器的主要功能频率给定功能升速、降速和制动控制控制功能保护功能变频器的操作方式数字操作器和数字显示器远程操作端子操作变频调速与变频器的使用应用举例：Micromaster440应用举例概述

电气控制系统的设计一般包括：1）确定拖动方案；2）选择电机容量；3）设计电气控制线路；电气控制线路的设计方法：1）一般设计法（经验设计方法）；2）逻辑设计法

一般方法设计控制线路的几个原则

1、最大限度地实现生产机械和工艺对电气控制线路的要求2、在满足生产要求的前提下，控制线路力求简单、经济

第七节电气控制线路的设计方法

3）尽量缩减电气的数量，尽可能选用同型号的标准件4）减少不必要的触点以简化线路5）应考虑电器元件触点“竞争”问题。同一继电器的常开和常闭触点有“现断后合”和“先合后断”型。1）尽量选用标准的、常用的或经过实际考验过的线路和环节。2）尽量缩短连接导线的数量和长度。6）尽量减少多个元件一次通电动作后才接通另一个电器元件的情况3、保证控制线路工作的可靠和安全

1）正确连接电器的触点

2）正确连接电器的线圈，线圈不能串联

3）在控制线路中应避免出现寄生电路，如图所示

4）正反向接触器之间要有电气联锁和机械联锁5）设计的线路应能适应当地电网情况6）用小容量继电器的触点来控制大容量接触器的线圈时，要计算继电器触点断开和接通能力是否足够。7）完善的保护环节：过载、短路、过流、过压、矢压等保护环节，合用、断开、事故、安全的指示信号。

4、应尽量使操作和维修方便

1电气控制线路逻辑设计中的有关规定

二、电气控制线路逻辑设计法

1、对于继电器、接触器、电磁阀等元件，线圈通电状态规定为“1”，失电状态规定为“0”2、触点闭合状态规定为“1”，断开状态规定为“0”3、继电器、接触器的触点与线圈在原理图上采用同一字符命名，例如K，则线圈用K表示，常开触点用K表示，常闭触点K用表示。4、构成线圈通断的条件是：供电电源；与线圈相连接的触点所处的状态2逻辑运算法则

1、逻辑与―触点串联逻辑表达式：

2、逻辑或－触点并联逻辑表达式：逻辑表达式：

3、逻辑非（1）交换律AB=BAA+B=B+A（2）结合律A(BC)=(AB)CA+(B+C)=(A+B)+C（3）分配律A(B+C)=AB+ACA+BC=(A+B)(A+C)（4）吸收律A+AB=A（5）重