电气控制技术 第 3 版 教学课件 ppt 作者李仁 第2章
第2章 电器控制系统,2.1 电器控制电路的绘制原则、图形及文字符号 2.2 鼠笼电动机简单的起、停电器控制电路 2.3 组成电器控制电路的基本规律 2.4 电器控制电路的一般设计方法 2.5 电器控制电路的逻辑设计方法 2.6 常用典型电器控制电路,电器控制电路是用导线将电动机、电器、仪表等电气元件联接起来并实现某种要求的电器电路。电器控制电路应该根据简明易懂的原则，用规定的方法和符号进行绘制。,2.1 电器控制电路的绘制原则、图形及文 字符号,电器控制电路根据通过电流的大小可分为主电路和控制电路。属于前者的是流过大电流的电路，如发电动机的定子和转子等；属于后者的是流过较小电流的电路如接触器、继电器的吸引线圈以及消耗能量较少的信号电路、保护电路、联锁电路等。 电器控制电路的表示方法有两种，一种是安装图，一种是原理图。安装图是按照电器实际位置和实际接线电路，用规定的图形符号画出来的，这种电路便于安装。原理图是根据工作原理而绘制的。 在绘制电器控制原理图时，一般应遵循以下原则： 1）表示导线、信号通路、联结线等的图线都应是交叉和折弯最少的直线。可以水平地布置，或者垂直地布置，也可以采用斜的交叉线。,2）电路或元器件应按功能布置，并尽可能按其工作顺序排列，对因果次序清楚的简图，尤其是电路图和逻辑图，其布局顺序应该是从左到右和从上到下。 3）为了突出或区分某些电路、功能等，导线符号、信号通路、联结线等可采用粗细不同的线条来表示。 4）元器件和设备的可动部分通常应表示在非激励或不工作的状态或位置。 5）所用图形符号应符合GB4728电气图用图形符号的规定。如果采用上述标准中未规定的图形符号时，必须加以说明。当GB4728给出几种形式时，选择符号应遵循以下原则： 应尽可能采用优选形式； 在满足需要的前提下，尽量采用最简单的形式； 在同一图号的图中使用同一种形式。一些常用电气图用图形符号请参考相关文献。 6）同一电器元件的不同部分如线圈和触点均采用同一文字符号标明。电工设备文字符号请参考相关文献。,2.2 鼠笼电动机简单的起、停电器控制电路,笼型电动机起、停的电器控制电路是广泛应用的、也是最基本的控制电路，如图2-1所示。该电路能实现对电动机起动、停止的自动控制、远距离控制、频繁操作，并具有必要的保护，如短路、过载、零压等。,图2-1 笼型电动机起、停电器控制电路,在图2-1的电器控制电路中，交流感应电动机和由其拖动的机械运动系统为控制对象，通过由接触器、熔断器、热继电器和按钮所组成的控制装置对控制对象进行控制。控制装置根据生产工艺过程对控制对象所提出的基本要求实现其控制作用。,起动电动机 合上刀开关S，按起动按钮SB2，接触器KM的吸引线圈带电，其主触点KM吸合，电动机起动。 使电动机停转 按停止按钮SB1，接触器KM的吸引线圈失电，其主触点断开，电动机失电停转。 电路保护环节： 短路保护 短路时通过熔断器FU的熔体熔断切断主电路； 过载保护 通过热继电器KR实现。当负载过载或电动机单相运行时，K动作，其常闭触点将控制电路切断，吸引线圈KM失电，切断电动机主电路； 零压保护 通过接触器KM的自锁触点来实现。当电网电压消失(如停电)而又重新恢复时，要求电动机及其拖动的运 动机构不能自行起动，以确保操作人员和设备的安全。,2.3 组成电器控制电路的基本规律,本节着重通过组成电器控制电路的基本规律按联锁控制的规律和按控制过程中变化参量的规律来阐明如何拟定控制电路。 2.3.1 按联锁控制的规律 联锁控制应用很广，这里通过几个例子来总结其具有普遍意义的规律性。 2.3.1.1 正反向接触器间的联锁控制 各种生产机械常常要求具有上下、左右、前后等相反方向的运动，这就要求电动机能正反向工作。对于交流感应电动机，可借助正反向接触器改变定子绕组相序来实现。其电路如图2-2所示。当误操作同时按正反向按钮SB1和SB2时，若采用图2-2a所示电路，将造成短路故障，如图中虚线所示，因此正反向工作时需要有一种联锁关系。,通常采用图2-2b所示的电路，将其中一个接触器的常闭触点串入另一个接触器线圈电路中，则任一接触器线圈先带电后，即使按下相反方向按钮，另一接触器也无法得电，这种联锁通常称为“互锁”，即二者存在相互制约的关系。图2-2c所示的电路可以实现不按停止按钮，直接按反向按钮就能使电动机反向工作。,图2-2 交流感应电动机正反向工作的电器控制电路,2.3.1.2 实现按顺序工作时的联锁控制,在生产实践中常要求各种运动部件之间能够实现按顺序工作。例如车床主轴转动时要求液压泵先给齿轮箱供油润滑，即要求保证润滑泵电动机起动后主拖动电动机才允许起动，也就是控制对象对控制电路提出了按顺序工作的联锁要求。图2-3a所示是将液压泵电动机接触器KM1的常开触点串入主拖动电动机接触器KM2的线圈电路中来实现的。改用图2-3b的接法可以省去KM1的常开触点，使电路得到简化。,图2-3 主拖动电动机与润滑泵电动机的联锁控制,2.3.1.3 正常工作与点动的联锁控制 某些生产机械常常要求既能够正常起制动，又能够实现调整时的点动工作。 图2-4所示的电路就是将点动按钮SB3的常闭触点作为联锁触点串联在接触器KM的自锁触点电路中。当正常起动按下起动按钮SB2时，接触器KM带电并自保。当点动工作时按下点动按钮SB3，其常开触点闭合，接触器KM通电。但SB3的常闭触点将KM的自锁电路切断，手一离开按钮，接触器KM失电，从而实现了点动控制。,若接触器KM的释放时间大于按钮恢复时间，则点动结束SB3常闭触点复位时，接触器KM的常开触点尚未断开，使接触器自保电路继续通电，电路就无法正常工作。图2-5所示的电路为加入中间继电器的控制电路。长期工作时按下按钮SB2，中间继电器KA带电使接触器带电并自保。点动时由于不能自保从而可靠地实现点动工作。,图2-4 采用点动按钮联锁的点动控制电路,图2-5 采用中间继电器联锁的点动控制电路,2.3.2 按控制过程的变化参量进行控制的规律 由于自动化程度的提高，只用简单的联锁控制已不能满足要求，需要根据工艺过程特点进行控制。这里以钻孔加工过程自动化为例介绍实际生产过程自动化的一个重要的基本规律按控制过程的变化参量进行控制的规律。 图2-6示出钻削加工时刀架的自动循环过程。具体要求如下： （1）自动循环 即刀架能自动地由位置1移动到位置2进行钻削加工并自动退回位置1。,（2）无进给切削 即刀具到达位置2时不再进给，但钻头继续旋转进行无进给切削以提高工件加工精度。 （3）快速停车 当刀架退出后要求快速停车以减少辅助工时。 下面针对控制过程中各自的特殊矛盾，采用不同的控制方法加以解决。,图2-6 刀架的自动循环,2.3.2.1 自动循环 为实现刀架自动循环，对电动机的基本要求仍然是起动、停转和反向控制，所不同的是当刀架运动到位置2时能自动地改变电动机的工作状态。总之控制对象要求控制装置根据控制过程中行程位置来改变或终止控制对象的运动。实现刀架自动循环中，最理想的方法就是由控制装置直接反映控制过程变化参量行程，使刀架在运动到位置2或1时自动发出控制信号进行控制。通常采用直接测量位置信号的元件行程开关来实现这一要求。 采用行程开关直接测量刀架的行程位置，实现钻削加工自动循环，设计出的控制电路如图2-7所示。 设计这类电路时大体遵循以下步骤：,首先设计主电路 因要求电动机实现正反向运转，故采用正反两个接触器KM1和KM2以通断电路和改变电源相序。 确定控制电路的基本部分 如起停按钮及自保环节等。 设计控制电路的特殊部分 在本电路中特殊部分是指自动循环的控制。这里采用行程开关ST1和ST2分别作为与测量刀架运动位置1和2对应的测量元件，由它们给出的控制信号通过接触器作用于控制对象。将ST2的常闭触点串于正向接触器线圈KM1电路中。ST2的常开触点与反向起动按钮并联。 这样，ST2动作，将KM1切断；KM2接通，刀架自动返回。ST1的任务是使电动机在刀架反向运动到位置1时自动停转，故将其常闭触点串联于反向接触器中，刀架退回到位置1，撞块撞击ST1，刀架自动停止运动；,（4）设置必要的保护环节 这里采用了熔断器和热继电器分别实现短路和过载保护。 （5）综合审查与简化设计电路 上述设计是依据各部分的要求局部进行的。组成一个整体控制电路后需要全面考虑，检查其动作是否无误，有无寄生电路，能否进一步减少电器或触点。,图2-7 实现刀架自动循环的控制电路,通过上述例子分析，可以找出其普遍规律。以便对任何按行程控制的自动控制电路都能使用。概括起来就是根据生产工艺要求，用行程作为控制信号，采用行程开关作为测量元件，再将这个变化参量反馈回来作用于控,图2-8 按参量变化进行控制的结构图,制装置，以达到对控制对象进行自动控制的目的。这一过程可用图2-8表示。,2.3.2.2 无进给切削 在上述例子中，为了提高加工精度，当刀架移动到位置2时要求无进给情况下继续切削，短暂时间后刀架再开始退回。这一控制信号严格讲应根据切削表面情况进行控制。但切削表面不易直接测量，因此不得不采用间接参数切削时间来表征无进给切削过程。切削时间可用时间继电器来反映。,采用时间继电器间接测量无进给切削过程的控制电路是在图2-7基础上增加了时间继电器KT1，如图2-9所示(主电路相同不再绘出)。当刀架到达位置2撞压行程开关S2，其常闭触点切断正向接触器KM1，使电动机停止工作刀架不再进给，但钻头继续旋转(其拖动电动机在图2-7与图2-9中均未绘出)进行无进给切削。,图2-9无进给切削的控制电路,同时ST2的常开触点接通时间继电器KT1的线圈，开始计算无进给切削时间。到达预定无进给切削时间后，时间继电器动作，使反向接触器KM2线圈通电吸合，于是刀架开始返回。时间继电器的延时值应根据无进给切削所需要的时间进行调整。 2.3.2.3 快速停车 在上述例子中，为缩短辅助工时提高生产效率，应准确停车以减少超行程，因此对该控制系统还提出了快速停车的要求。对于异步电动机来讲，最简便的方法是采用反接制动。制动时使电源反相序，制动到接近零速时电动机的电源自动切除。检测接近零速的信号以直接反映控制过程的转速信号最为理想，通常采用速度继电器来实现，其电路如图2-10所示。图中电动机的定子经过正、反向接触器KM1或KM2的主触点接入电源。,欲使电动机正向起动，按下正向起动按钮SB2，接触器KM1吸合并自保，电动机正转。当电动机正向运转时，速度继电器正向常闭触点K3F打开，正向常开触点K3F闭合，为制动做好准备。这时由于KM1在反向接触器KM2电路中的互锁触点打开，KM2不会通电。 欲使电动机停转：按下停止按钮SB1，接触器KM1失电释放，反向接触器KM2立即吸合，电动机定子电源反相序，因而是反接制动。转速迅速下降，当转速接近零速(约100r/min)时，速度继电器的正向常开触点K3F断开，KM2断电释放，反接制动结束。 在上述过程中，当电动机转速下降、速度继电器的常开触点K3F断开以后，常闭触点K3F不是立即闭合的。因而KM2有足够的断电时间使铁心释放，其自保触点放开，所以不会造成反接制动后电动机反向起动。,上面阐述了按照联锁控制的规律和按照控制过程变化参量进行控制的基本规律。根据这些基本规律结合生产机械的要求，就可以组成各式各样的电器控制电路。,图2-10 反接制动的电器控制电路,2.4 电器控制电路的一般设计方法,电器控制系统的设计，一般包括确定拖动方案、选择电动机容量和设计电器控制电路。 电器控制电路的设计方法通常有两种： 一种方法是一般设计法，又叫经验设计法。它是根据生产工艺要求，利用各种典型的电路环节，直接设计控制电路。这种设计方法比较简单，但要求设计人员必须熟悉大量的控制电路、掌握多种典型电路的设计资料、同时具有丰富的设计经验。 在设计过程中往往还要经过多次反复地修改、试验，才能使电路符合设计的要求。即使这样，设计出来的电路可能不是最简，所用的电器及触点不一定最
