项目三 任务3 三相异步电动机自动往复循环控制

项目三：送料小车的前进、后退电气控制123三相异步电动机的正反转控制电气互锁正反转电路的安装调试三相异步电动机自动往复循环控制问题与思考任务3.三相异步电动机自动往复循环控制1.实际工作中，有时要求工作机械持续进行自动往复循环运动，这能用电气控制来实现吗？2.请应用三相异步电动机正反转的电气控制思路，尝试设计能满足电动机自动往复循环运动的电气控制方案，要求画出电气原理图和安装接线图。提示1.电动机正转、反转的切换信号由哪个设备发出？2.正、反转切换信号怎样传递到电动机？一、必备知识——位置开关及行程控制

1.位置开关简介定义：作用：按结构分类：利用运动部件的位置切换电路，来控制运动部件的运动方向和行程长短的主令电器。控制运动部件的运动方向、行程，或者进行位置保护。行程开关：接近开关：机械结构、接触式、有触头、靠机械按压工作电气结构、非接触式、无触头、靠传感器工作2.行程开关（微动开关）

滚动式（旋转式）（1）结构及工作原理主要组成：利用运动部件上的挡铁或撞块，碰压行程开关的可动部件，而使其触头动作。一旦机械压力消失，触头就会复位。操作机构、触头系统和外壳。工作原理：直动式（按钮式）常闭触头触头弹簧常开触头复位弹簧顶杆动触头静触头（3）行程开关的图形和文字符号（2）行程开关的选择a.根据触点数目及机械位置对开关的要求来选择；b.根据操作频率来选择：每小时1200~2400次；c.根据机电寿命来选择：10W~100W次。a)动合触头b)动断触头c)复合式触头国内通用文字符号：SQ，国际文字符号：ST。2.行程开关（微动开关）

3.接近开关（无触头开关）接近开关以非接触式的电磁信号作为输入信号。接近开关按工作原理分类：1）高频振荡型，用以检测各种金属体，最常用。2）电容型，用以检测各种导电或不导电的液体或固体。3）光电型，用以检测所有不透光的物质。4）超声波型，用以检测不透过超声波的物质。5）电磁感应型，用以检测导磁或不导磁的金属。电容型电磁感应型光电型对射式超声波型高频振荡型★高频振荡型接近开关基本工作原理：高频振荡型接近开关是一种有开关量输出的位置传感器。检测元件由检测线圈和高频振荡器组成，加电后检测线圈产生一个交变的电磁场。基本结构：检测元件﹑检波单元﹑放大单元﹑整形单元和输出单元等。反之，当金属物件远离作用区时，振荡器又开始振荡。检测电路能检测到振荡器的状态变化，并把这种变化转换为一个开关量信号输出。当金属物体接近电磁场时，金属表面的磁通密度发生变化而产生感应电流——涡流，涡流产生的磁通总是与检测线圈的磁通方向相反。由于涡流的作用，使检测线圈能耗增加，振幅降低，以至振荡器停振。接近开关的灵敏度受被检测物体的形状、大小、有无镀层，被检测物体与接近开关的相对移动方向及其检测距离等多种因素的影响。检测距离也称为动作距离，是指接近开关刚好动作时，感辨头与检测体之间的距离。接近开关有工作稳定可靠、使用寿命长、重复定位精度高、操作频率高、动作迅速、不损伤工件表面等优点。★高频振荡型接近开关行程开关是工作台自动往复循环运动中的关键设备。行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4安装在床身的两端。SQ1、SQ2安装在内侧，SQ3、SQ4安装在外侧。SQ3、SQ4作限位保护。当SQ1或SQ2失灵时，由安装在其后的SQ3或SQ4及时切断电动机电源，使电动机停转，工作台停止运动。由SQ1、SQ2控制电动机的正反转，带动工作台自动往返。二、行程开关的应用1）按下正转起动按钮SB2，电动机正转，工作台右行前进。2）撞块碰到SQ2时，电动机反转使工作台左行后退。3）撞块碰到SQ1时，电动机再次正转，工作台又右行前进。4）如此自动往复循环运动，直到按下停止按钮SB1为止。5）若起初按下的是反转起动按钮SB3，电动机先反转带工作台左行再正转带工作台右行，仍能自动往复循环运动。6）工作台正在向某方向运动时，按下相反方向的起动按钮，电动机就会带动工作台向相反反向运动。二、行程开关的应用机床工作台自动往复循环运动的电气控制要求：★电动机自动往复运动控制线路请同学们分析电路的工作过程，找出其保护措施。机械互锁电气互锁限位保护FU作短路保护FR作长期过载保护起动按钮与接触器配合作欠压失压保护SQ3和SQ4作限位保护分析如下接线示意图，判断图中电动机能实现何种控制，并画出对应的电气原理图。三、识图与作图电动机运行到位，自动回程。三、识图与作图对应电气原理图：1）最大限度满足生产机械和生产工艺对电气控制的要求。1.电气控制系统的设计原则2）在满足控制要求的前提下，力求使电气控制系统简单、经济、合理、便于操作、维修方便、安全可靠，不盲目追求自动化水平和各种控制参数的高指标。3）正确、合理地选用电器元件，确保电气控制系统正常工作，同时考虑技术进步，造型美观等。4）为适应生产的发展和工艺的改进的需要，设备能力应留有适当的裕量。四、电气控制系统设计的基础知识2.电气控制系统设计的基本内容图样通常有电气原理图、电器元件布置图、安装接线图、控制面板图等。电气控制系统设计包括电气原理图设计和电气工艺设计两部分，就是根据控制要求，设计和编制出电气设备制造和使用维修中必备的图样和资料等。资料主要有元器件清单及设备使用说明书等。1)电气原理图设计内容①拟订电气设计任务书，明确设计要求。②选择电力拖动方案和控制方式。继电-接触器控制、PLC控制系统、工业控制计算机系统③确定电动机的类型、型号、容量、转速等。④设计电气控制原理图。⑤选择电器元件，拟定元器件清单。⑥编写设计计算说明书。电气原理图设计是为满足生产机械及其工艺要求，而进行的电气控制电路的设计，设计内容包括：2.电气控制系统设计的基本内容2）电气工艺设计内容①根据设计出的电气原理图，选定所需的电器元件，设计电气设备的总体配置，绘制电气控制系统的总装配图和总接线图。电气工艺设计是为电气控制装置的制造、使用、运行及维护的需要而进行的生产施工设计，设计内容有：②绘制各组件电器元件布置图与安装接线图，表明各电器元件的安装方式和接线方式。③编写使用维护说明书。总图应反映出电动机、执行电器、电器柜各组件、操作台布置、电源以及检测元器件的分布情况，各部分之间的接线关系及连接方式，以便指导安装、调试及日常维护。1）最大限度地满足生产机械加工工艺的要求2）对控制电路电流和电压的要求应尽量减少控制电路中的电流、电压种类，控制电压应选择标准电压等级。控制电路类型常用的电压值/V电源设备较简单的交流电力传动的控制电路交流380、220不用控制电源变压器较复杂的交流电力传动的控制电路110（127）、48采用控制电源变压器照明及信号指示电路48、24、6采用控制电源变压器直流电力传动的控制电路直

流220、110整流器或直流发电机直流电磁铁及电磁离合器的控制电路48、24、12整流器3.电气控制电路设计的一般要求常用电气控制电路电压等级表图a)和图b)所示电路控制功能完全相同，但图a)的设计比图b)合理。控制按钮安装在操作台上，其它电器元件安装在电气柜内，电气柜内外的电器元件的连接需要经过接线端子。因此，图a)需要从操作台连3根线到接线端子，再从接线端子连3根线到电气柜内的元件，共需6根长导线，而图b)则需要4*2=8根长导线。②尽量缩短连接导线的长度，尽量减少导线数量。3）控制电路力求简单、经济①尽量减少所使用的电器元件的品种、数量与规格，以减少备用品数量。a.合并同类触头b.利用转换触头c.利用半导体二极管的单向导电性合并而来的触头的容量，应大于两个接触器的线圈电流之和。利用具有转换触头的中间继电器，将其常开触头和常闭触头合并成一对转换触头。利用二极管的单向导电性减少触头。仅适用于直流控制电路，要注意二极管的方向与电源的极性不能接反。d.利用逻辑电路法③尽量减少电器元件所使用的触点数目通电电器的数量越少，越利于节能，还能减少元器件出故障的机会。三相笼型异步电动机定子串电阻降压起动控制控制电路a)和b)都能完成电动机定子串电阻降压起动。不同点：在起动结束时，控制电路b)能及时让KM1和KT退出运行，而控制电路a)却不能，所以b)比a)的设计要合理。④尽量减少通电电器的数量A.两个交流电器的线圈不能串联，可以并联。线圈串联时，每个线圈上所分配的电压与线圈阻抗成正比。由于制造上的原因，型号和批次完全相同的两个电器的线圈阻抗总有差别，在线圈同时通电时，二者的衔铁不会同时吸合。图a）错误，图b）正确。4）确保电路工作的安全性和可靠性①正确连接电器元件的线圈若KM1的衔铁先吸合，则KM1的线圈电感量显著增加，KM1线圈上的电压降增大，从而使KM2线圈电压减小而达不到动作值。但是，KM2线圈上的电流会增大，可能使KM2线圈过热而烧毁。多个接触器线圈并联时，各线圈上的电压都相等，不论哪个接触器的衔铁先吸合，两个接触器都能正常吸合。B.两个电感量相差悬殊的直流电压线圈，不能直接并联。图a）错误，图b）正确。YA是大电感量电磁铁线圈，K为小电感量电压继电器线圈。图a)中，当KM触头断开时，继电器K很快释放，但是电磁铁线圈YA会产生很大的自感电动势，加在继电器线圈K上，会使继电器线圈K达到动作值而重新吸合，造成了继电器K误动作。当YA的自感电动势降低后继电器K才再次释放。图b)在KM触头断开时，电磁铁线圈YA产生的自感电动势对继电器线圈K无影响，继电器K不会发生误动作。①正确连接电器元件的线圈图a）中，限位开关SQ的常闭触头和常开触头分别接在电源的不同电位点，由于两触头相距很近，任一个触头由接通变为断开时产生的电弧，都可能在两触头间形成飞弧而造成电源短路。此外，两触头绝缘不好也会造成电源短路。图b）中，限位开关SQ的两个触头接在一起（等电位），即便产生飞弧也不会造成电源短路。结论：设计电气控制电路时，同一电器元件的不同触头应尽可能接到等电位点或接到同一相。通常将接触器、继电器以及执行电器的线圈一端接于电源一侧，而其控制触头则通过线圈的另一端接于电源另一侧。②正确连接电器元件的触头另外，行程开关安装在生产机械上，接触器安装在电气柜内。安装接线时，电路a）要从生产机械引4根长导线到电气柜，而电路b）只需引3根长导线到电气柜。寄生电路：在控制电路的工作过程中，不是因误操作而意外接通的电路。图a）错误在电机正转时，若发生过载使FR动作，则产生寄生电路，使两个交流电压线圈串联，KM1不能释放，KM2线圈中有电流但因电压达不到动作值而不会动作，不但起不到过载保护作用，而且也容易使KM2的绕组过热而烧毁。寄生电路图b）正确③防止出现寄生电路若电机反转时发生过载，亦会出现同类情况。图a)中，多个触头闭合才能接通继电器KA2、KA3线圈，只要有一对触头接触不良，电路就不能正常工作，而且触头K、KA1上流过的电流较大，可靠性低。图b)中，每个继电器线圈由一对触头控制，可靠性提高，故障检查也较为方便。若要增加触头的接通能力，可用多个常开触头并联；若要增加触头的分断能力，可用多个常闭触头串联。若触头容量不够，可借助中间继电器来增加触头的容量。⑤应充分考虑继电器触头的接通与分断能力。④合理布置控制触头，尽量避免许多电器元件依次动作才能接通另一个电器元件的现象。⑥避免发生电路的“竞争”和“冒险”当控制电路状态改变时，常常伴随着电器元件触头状态的变化。由于每种电器元件的动作时间并不相同，对于时序电路而言，可能发生不按时序动作的情况，触头争先吸合，就会得到不同的输出状态，这种现象称为电路的“竞争”。“竞争”与“冒险”都会造成控制电路不按要求工作而引起控制失灵。对于开关电路而言，由于电器元件的释放延时作用，也会出现开关元件不按要求的逻辑功能输出，这种现象称为电路的“冒险”。消除“竞争”与“冒险”的措施：1）应选用动作时间小的电器元件。2）当电器元件的动作时间影响到控制电路的动作程序时，可借助时间继电器来控制，以清晰反映元器件的动作时间及相互配合关系。图a)为时间继电器的反身关闭电路，存在触点竞争现象。结论：在继电器、接触器的控制电路中，不得通过自身的触点来切断自身的线圈。图b)为无竞争的正确电路。它引入一个中间继电器，靠中间继电器的触点复位来切断时间继电器的线圈，避免了触头竞争。对频繁操作的可逆控制电路，正、反向接触器之间要采用双重互锁，以确保电路的安全运行。⑦采用电气互锁与机械互锁构成的双重互锁⑥避免发生电路的“竞争”和“冒险”常用的保护有漏电保护、短路、长期过载、过电流、过电压、欠电压与零电压、弱磁、超速与限位保护等。比如：短路保护a.用熔断器FU作短路保护时，主电路中必须装设熔断器。b.用低压断路器QF作短路保护时，兼有短路保护和长期过载保护的双重作用。当电动机容量较小时，主电路的熔断器可兼作控制电路的短路保护。当电动机容量较大时，控制电路必须单独设置熔断器。5）具有完善的保护环节电气控制电路中应设置完善的保护环节，以便在电路发生事故时，能保证操作人员、电气设备、生产机械的安全，并能有效防止事故的扩大。必要时，还应设置各种故障指示灯。电路中使用低压断路器QF时，可以不用再安装熔断器和热继电器。如果同时又安装了熔断器和热继电器，则起到双保险的作用。①在进行电气控制电路的安装与配线时，电器元件应留有备用触头，必要时还应留有备用元件。②为检修方便，应设置电气隔离，避免带电检修。③为调试方便，控制方式应操作简单，可采用转换控制方式，如从自动控制转换到手动控制等。④设置多地控制，便于在生产机械旁进行调试。⑤当操作回路较多时，如：既要求正反转又要求调速时，不宜用许多按钮，而应采用主令控制器来控制。6）力求操作、维护、检修与调试方便两种常用的设计方法：经验设计法和逻辑设计法。（一）经验设计法经验设计法又称分析设计法，是根据工艺要求选择一些成熟的典型基本环节，而后再逐步完善其功能，并适当配置联锁和保护等环节，使其组合成一个整体，成为满足控制要求的完整电路。若没有合适的典型环节，可以根据工艺要求自行设计，采用边分析边画图的方法，不断增加电器元件和控制触点，以满足给定的工作条件和要求。4.电气控制电路的设计方法和步骤1）经验设计法的特点①设计方法简单易于掌握，使用广泛。②设计人员必须掌握和熟悉大量的典型控制环节和控制电路，同时具有丰富的设计经验。③初步设计出的控制电路可能有多种，需要认真比较分析，反复修改简化，甚至需要进行模拟实验来验证。④设计速度较慢，且不宜获得最佳设计方案。（一）经验设计法①设计主电路②设计控制电路的基本环节③设计控制电路的特殊环节④分析可能出现的故障，加入保护环节。通常要有短路、过载、过流、过压、零压、限位等保护。仔细检查电气控制电路动作是否正确，关键环节可做必要的实验，进一步完善和简化电路。主要考虑电动机起动、点动、正反转、制动及调速等要求。根据设计出的主电路来设计控制电路的基本环节。⑤综合审核2）经验设计法的基本步骤根据各部分运动要求的配合及联锁关系，来确定控制参量，必要时加入信号指示、照明等电路。（二）逻辑设计法利用逻辑代数这一数学工具，从生产工艺出发，考虑控制电路中逻辑变量的关系，设计出符合要求的控制电路。①设计出的电路，既符合工艺要求，电路也最合理、工作可靠、经济合理。1）逻辑设计法的特点②设计过程比较复杂。③特别适合于复杂电路的设计。首先要对电气元件的线圈、触头的状态做逻辑规定，然后按照电气控制线路的连接关系列出逻辑函数表达式，再用逻辑代数的基本定律和运算法则进行化简，使之成为最简的“与”、“或”关系式，最后根据最简式画出的电路结构图，就是最简电路图。启保停控制电路

触头串联表示逻辑与，用乘法；触头并联表示逻辑或，用加法；常开触头就用其文字符号表示；常闭触头用文字符号上面加一短横线表示，即逻辑“非”。以执行元件为输出逻辑变量，以检测信号及中间元件为输入逻辑变量，就可以写出控制电路的逻辑函数表达式。启保停控制电路的逻辑函数表达式为：②触头的状态③电路的逻辑函数表达式2）对电器元件所做的逻辑规定①线圈的状态KA=1，表示KA线圈处于通电状态；KA=0，表示KA线圈处于断电状态。④利用逻辑关系化简电路用逻辑函数表达的电路，可用逻辑代数的基本定律和运算法则进行化简，使之成为最简的“与、或”关系式，根据最简式画出的