1、济南大学控制科学与工程学院电气控制技术电气控制技术第第11讲讲济南大学控制科学与工程学院2011-04-08济南大学控制科学与工程学院回顾：回顾：p 电气控制电路的设计方法 以龙门刨床横梁自动移动和夹紧为例p一般设计方法 先用一些典型电路环节拼凑起来实现某些基本要求，然后根据生产工艺要求逐步完善其功能，并加以适当的联锁与保护环节。步骤（1）设计主电路；（2）设计基本控制电路；（3）选择控制参量确定控制原则；（4）设计联锁保护环节；（5）电路的完善和校核。济南大学控制科学与工程学院p 逻辑设计方法（设计控制电路）将控制电路中的继电器、接触器线圈的通、断，触点的断开、闭合等看成逻辑变量，并根据控制
2、要求将它们之间的关系用逻辑函数关系式来表达，然后再运用逻辑函数基本公式和运算规律进行简化，根据最简式画出相应的电路结构图，最后再作进一步的检查和完善，即能获得需要的控制电路。步骤（1）充分研究加工工艺过程，作出工作循环图或工作示意图 （2）按工作循环图作出执行元件及检测元件状态表；（3）根据状态表，设置中间记忆元件，并列写中间记忆元件 及执行元件逻辑函数式；（4）根据逻辑函数式建立电路结构图；（5）进一步完善电路，增加必要的连锁、保护等辅助环节，检查电路是否符合原控制要求，有无寄生回路，是否存 在触点竞争现象等。济南大学控制科学与工程学院本课主要内容：本课主要内容：n2.6 常用典型电气控制电
3、路常用典型电气控制电路n2.6.1 笼型异步电动机的起动控制电路n2.6.2 笼型异步电动机的制动与反转控制电路n2.5.3 调速控制电路济南大学控制科学与工程学院2.6.1 笼型异步电动机的起动控制电路笼型异步电动机的起动控制电路直接起动 中小容量电动机中小容量电动机降压起动大容量电动机大容量电动机串电阻起动自耦变压器起动星-三角起动延边三角形起动通常规定：电源容量在180kVA以上，电动机容量在7kW以下的三相异步电动机可直接起动。判断电动机能否直接起动的经验公式：344stNISIP电源容量电源容量kVA电动机容量电动机容量kW允许电动机直接起动的电压降规定：允许电动机直接起动的电压降规
4、定：电动机在启动瞬间造成的电网电压降不电动机在启动瞬间造成的电网电压降不大于电源电压大于电源电压正常值的正常值的10%，对于不常，对于不常启动的电动机可放宽到启动的电动机可放宽到15%。济南大学控制科学与工程学院 直接起动的控制电路中小容量的异步电动机中小容量的异步电动机可以采用直接起动方式，可以采用直接起动方式，不会引起电源电压下降不会引起电源电压下降超过规定范围。超过规定范围。定子绕组直接接在交流定子绕组直接接在交流电源上，电动机在额定电源上，电动机在额定电压下起动。电压下起动。济南大学控制科学与工程学院 直接起动的控制电路中小容量的异步电动机中小容量的异步电动机可以采用直接起动方式，可以
5、采用直接起动方式，不会引起电源电压下降不会引起电源电压下降超过规定范围。超过规定范围。定子绕组直接接在交流定子绕组直接接在交流电源上，电动机在额定电源上，电动机在额定电压下起动。电压下起动。济南大学控制科学与工程学院 串电阻起动的控制电路q三相定子中串入电阻，降低定子绕组电压启动q启动后，切掉电阻，直接将电源电压加在定子绕组上优点：按时间原则切除电阻，优点：按时间原则切除电阻，动作可靠；减压起动提高了功动作可靠；减压起动提高了功率因数，有利于电网质量，电率因数，有利于电网质量，电阻价格低廉、结构简单。阻价格低廉、结构简单。缺点：电阻上功率损耗大。缺点：电阻上功率损耗大。通常仅在中小容量电动机不
6、经通常仅在中小容量电动机不经常起停时采用这种方式。常起停时采用这种方式。起动过程起动过程济南大学控制科学与工程学院注：该起动方法中的电阻一般采用由电阻丝绕制的板式电阻或铸注：该起动方法中的电阻一般采用由电阻丝绕制的板式电阻或铸铁电阻，电阻功率大、通流能力强，但由于起动过程中能量损耗铁电阻，电阻功率大、通流能力强，但由于起动过程中能量损耗较大，往往改成电抗器，只是电抗器价格较高，使成本变高。较大，往往改成电抗器，只是电抗器价格较高，使成本变高。济南大学控制科学与工程学院 自耦变压器降压起动,又称为补偿器降压起动,可用抽头调节自耦变压器的变比以改变起动电流和启动转矩大小。自耦变压器起动的控制电路q
7、起动时自动串入自耦变压器q起动后，自动切除。起动过程起动过程优点：和串电阻起动相比，在同样的起动转矩时，对电网的电流冲击小；功率损耗小。缺点：自耦变压器相对电阻结构复杂，价格较贵。主要用于起动较大容量的电动机，以减小起动电流对电网的影响。济南大学控制科学与工程学院思考：图中3KM接通带电时，KT、1KM的闭合顺序有何不同？济南大学控制科学与工程学院星-三角降压起动的控制电路q起动时将定子绕组接成星形，每相定子绕组上的电压为额定电压的 。q起动后，按预定的时间换接成三角形接法。13起动过程起动过程优点：起动电流特性好；结构简单，价格便宜。缺点：起动转矩特性差。适用于380V的星形-三角形连接的电
8、动机轻载起动场合。济南大学控制科学与工程学院延边三角形降压起动的控制电路q起动时定子绕组的一部分接成星形，另一部分接成三角形。q起动后，按预定的时间换接成三角形接法。济南大学控制科学与工程学院起动过程起动过程优点：延边三角形起动的优点与星一三角形接法相比，兼顾了二者优点，与自耦变压器接法相比，结构简单，因而这种降压起动的方式得到越来越广泛的应用。济南大学控制科学与工程学院 综合以上几种起动线路，可见一般均采用时间继电器，采用时间继电器，按照时间原则切换电压按照时间原则切换电压实现降压起动。由于这种电路工作可靠；受外界因素如负载、飞轮转动惯量以及电网电压变化时的影响较小；电路及时间继电器的结构都
9、比较简单，因而在电动机起动控制电路中多采用时间控制其起动过程。串电阻降压起动、自耦变压器降压起动串电阻降压起动、自耦变压器降压起动Y-降压起动、降压起动、延边三角形降压起动延边三角形降压起动济南大学控制科学与工程学院2.6.2 笼型异步电动机的制动与反转控制电路笼型异步电动机的制动与反转控制电路n鼠笼异步电机制动方式q电气制动n反接制动n能耗制动n再生发电制动q机械制动n电磁机械抱闸制动济南大学控制科学与工程学院反接制动与反转的控制电路反接制动与反转的控制电路q设计思想：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
10、度继电器来实现。q工作原理：已讲过。q注意事项：反接制动电流较大；两类情况：电动机容量较大时,需在定子回路串电阻减小电流；容量较小时可以不串制动电阻。q特点：由于反接制动采用了速度继电器，按转速原则进行制动控制，其制动效果较好，使用也较方便。鼠笼电动机制动常采用这一方式济南大学控制科学与工程学院反接制动的电气控制电路速度继电器正向常开触点济南大学控制科学与工程学院设计思想：根据左手定则确定出转子电流和恒定磁场作用所产生的转矩方向与转子转速方向相反，故为制动转矩，此时，电机把原来储存的动能或重物的位能吸收后变成电能消耗在转子电路中。能耗制动就是将运行中的电动机，从交流电源上切除并立即接通直流电源
11、，在定子绕组接通直流电源时，直流电流会在定子内产生一个静止的直流磁场，转子因惯性在磁场内旋转，并在转子导体中产生感应电势有感应电流流过，并与恒定磁场相互作用消耗电动机转子惯性能量产生制动力矩，使电动机迅速减速，最后停止转动。能耗制动的控制电路济南大学控制科学与工程学院 能耗制动的控制电路q工作原理：一种能耗制动单元一种能耗制动单元制动电阻，调节制动电流的大小济南大学控制科学与工程学院3 3、特点：能耗制动与反接制、特点：能耗制动与反接制动相比，由于制动是利用转子动相比，由于制动是利用转子中的储能进行的，所以能量损中的储能进行的，所以能量损耗小耗小;制动电流较小，制动准制动电流较小，制动准确，适
12、合于要求平稳制动的场确，适合于要求平稳制动的场合。但要求有直流电源；但速合。但要求有直流电源；但速度较反接制动要慢。度较反接制动要慢。能耗制动的控制电路济南大学控制科学与工程学院 电磁机械报闸制动电磁机械报闸制动n制动时制动时,接通制动电磁铁的线圈接通制动电磁铁的线圈,通过机械抱闸制动电动机通过机械抱闸制动电动机.n有时与能耗制动同时使用有时与能耗制动同时使用,以弥补能耗制动的缺点以弥补能耗制动的缺点.济南大学控制科学与工程学院在一般的异步交流电动机传动中，电动机大都处于电动状态，电动机需要向电网吸收能量，但是由于负载的不同，在有些负由于负载的不同，在有些负载需要电动机快速制动，或者负载具有一
13、定的位置势能时，异载需要电动机快速制动，或者负载具有一定的位置势能时，异步电动机就有可能处于发电状态。步电动机就有可能处于发电状态。如果电动机直接接到电网时，电机发出的电向电网回馈，但是这样对电网有较大的影响，如果电机由变频器拖动时，由于变频器有中间储能环节，其储能是有限的，故电机发电状态时对变频器有较大的威胁。变频器在处理电机的再生发电时，有多种制动方法，如能耗制动、储能制动、回馈制动等。对能耗制动方法，电机发出的电会白白的浪费，同时能耗电阻会经常损坏；储能制动方法中储能也是有限的，同样对变频器有威胁，能量回馈是处理再生发电的好方法，又是制动的好方法。它保证了变频器的安全、节约了能量、同时增
14、强了电机的制动功能。再生发电制动济南大学控制科学与工程学院n 由电动机原理可知改变极对数可改变电动机的转速（见公式：n=(1s)60f/P），多速电动机就是通过改变电动机定子绕组的接线方式而得到不同的极对数，从而达到不同速度的目的。双速、三速电动机是变极调速中最常用的两种形式。n在电器控制电路中，对鼠笼式交流电动机在电器控制电路中，对鼠笼式交流电动机的调速，常采用多速机实现，而对绕线式的调速，常采用多速机实现，而对绕线式交流电机则可在转子中分级串电阻实现。交流电机则可在转子中分级串电阻实现。2.6.3 调速控制电路调速控制电路济南大学控制科学与工程学院2.6.3 调速控制电路调速控制电路（一）
15、多速机的控制线路（一）多速机的控制线路 设计思想：通过改变电机绕组的接线方式来达到调速的目设计思想：通过改变电机绕组的接线方式来达到调速的目的（改变极对数）。速度的调节，即接线方式的改变，也是采的（改变极对数）。速度的调节，即接线方式的改变，也是采用时间继电器按时间原则来完成的。用时间继电器按时间原则来完成的。多速电机一般有双速、三速、四速。多速电机一般有双速、三速、四速。双速电机定子装有一套绕组，三速、四速则为二套绕组。双速电机定子装有一套绕组，三速、四速则为二套绕组。双速电动机三相绕组连接图如图所示。图双速电动机三相绕组连接图如图所示。图a为三角形（四极为三角形（四极、低速）与双星形（二极
16、、高速）接法；图、低速）与双星形（二极、高速）接法；图b为星形（四极、为星形（四极、低速）与双星形（二极、高速）接法。低速）与双星形（二极、高速）接法。济南大学控制科学与工程学院双速电动机调速控制电路如图所示双速电动机调速控制电路如图所示济南大学控制科学与工程学院济南大学控制科学与工程学院n 双速电动机控制线路工作过程如下：n 合上电源开关QF按下SB2 KM1线圈得电 KM1主触头闭合 电动机作“”连接，低速运行 KA线圈得电 KA自锁触头闭合自保 KA常开触头闭合 KT线圈得电并延时 KT的延时断开触头断开 KM1线圈失电 KM1主触头断开（低速停止）KT的延时闭合触头闭合 KM3线圈得电
17、 KM3常开触头闭合 KM2线圈得电 KM2主触头闭合 电动机作双“Y”连接，KM3主触头闭合 高速运行 济南大学控制科学与工程学院 双速电动机调速的优点是可以适应不同负载性双速电动机调速的优点是可以适应不同负载性质的要求，需要恒功率调速时可采用三角形质的要求，需要恒功率调速时可采用三角形-双星形双星形电机，恒转矩调速时用星形电机，恒转矩调速时用星形-双星形电机，线路简单双星形电机，线路简单、维修方便。、维修方便。缺点是有级调速且价格较贵。多速机调速有一缺点是有级调速且价格较贵。多速机调速有一定使用价值，通常使用时与机械变速配合使用，以定使用价值，通常使用时与机械变速配合使用，以扩大其调应范围
18、。扩大其调应范围。济南大学控制科学与工程学院q三速电动机的控制三速电动机的控制n 三速电动机为一多速电动机，其调速为改变磁极对数的调速过程。三速电动机控制线路工作过程如下：济南大学控制科学与工程学院低速中高速低速：接线中速：Y接线高速：双Y接线济南大学控制科学与工程学院n 合上电源开关合上电源开关QFq（1）低速运行）低速运行 KM1常开触头闭合 KA线圈得电并自保按SB1 KM1线圈得电 KM1自锁触头闭合 KM1主触头闭合 电机作连接，低速运行 KM2线圈得电 KM2主触头闭合 济南大学控制科学与工程学院q（2）中、高速运行）中、高速运行按SB2 KM1线圈失电 低速停止运行 KM2线圈失
19、电 KM3线圈得电 KM3自锁触头闭合 KM3主触头闭合 电机单Y连接，中速运行 KT线圈得电，并开始延时，当延时时间到 KT 断开 KM3线圈失电 中速停止运行 KT 闭合 KM4、KM5线圈得电并自保 电机作双Y连接，高速运行 KA线圈失电济南大学控制科学与工程学院q（3）停止运行）停止运行 KM4自锁触头断开 按SB KM4线圈失电 KM4主触头断开 电机停止 KM5线圈失电KM5主触头断开济南大学控制科学与工程学院（二）绕线式电动机转子串电阻的调速控制线路（二）绕线式电动机转子串电阻的调速控制线路 绕线式电动机可以在转子串电阻起动，以减小绕线式电动机可以在转子串电阻起动，以减小起动电流
20、；也可以在转了中串人不同的电阻值运转起动电流；也可以在转了中串人不同的电阻值运转，使电动机工作在不同的人为特性上，以获得不同，使电动机工作在不同的人为特性上，以获得不同的转速，实观调速的目的。分段串电阻通常可用主的转速，实观调速的目的。分段串电阻通常可用主令控制器来实现。令控制器来实现。(三三)其他调速方式其他调速方式 可控硅调压调速可控硅调压调速变频调速变频调速滑差电机调速等滑差电机调速等济南大学控制科学与工程学院n 第一，看电路图中的说明和备注，有助于了解该电路的具体作用。n第二，分清电气控制线路中的主电路、控制电路、辅助电路、交流电路和直流电路。n第三，从主电路入手，根据每台电动机和执行器件的控制要求去分析控制功能。n第四，将电气原理图、接线图和布置安装图结合起来，进一步研究电路的整体控制功能。济南大学控制科学与工程学院n常用典型电气控制电路常用典型电气控制电路n笼型异步电动机的起动控制电路 直接起动、降压起动（串电阻、自耦变压器降压起动、Y-、延边三角形）n笼型异步电动机的制动与反转控制电路 电气制动（反接制动、能耗制动、再生发电制动）机械制动n调速控制电路 多速机（改变接线，从而改变极对数）：双速机、三速机课堂回顾：课堂回顾：
