1、电气控制与PLC 即墨水利水电专科学校即墨水利水电专科学校杨敬宗杨敬宗 教授教授第2章 拖动系统基本控制电路o目的目的：学习由电器元件组成的鼠笼式三相交流异步电动机起、停，正反转，多地，多条件控制电路的基本原理；降压起动控制电路；制动控制电路；变极调速。绕线式异步电动机的控制电路；电液控制技术；直流电动机基本控制电路。o要求要求：领会常用控制电路的设计思想，学会分析基础电路的工作原理，熟记起停、正反转、两地控制等电路的电路结构及特点，并要求能够熟练画出这些电路。第2章 拖动系统基本控制电路o2.1 电气控制线路图的绘制及分析o2.2 全压起动及其主要控制环节o2.3 三相交流异步机降压起动控制
2、电路o2.4 三相交流异步机制动控制电路o2.5 变极调速控制线路o2.6 绕线式异步电动机的控制电路o2.7 电液控制技术o2.8 直流电动机基本控制电路2.1 电气控制线路图的绘制及分析 用以描述电气控制设备电气原理及安装、调试用的工艺性图纸，主要包括电气原理图、电气安装位置图、电气安装接线图和电气安装互连图等。2.1.1 电气线路图2.1.2 电气原理的读图方法2.1.1 电气线路图电气线路图：电气线路图是指描述控制线路接线关系和原理的图纸，分为电气原理图和电气安装接线图。电气原理图的分类：n主：强电流通过部分n辅：控制、照明、指示电气原理图的绘制规则：n主：粗实线n辅：细实线 电气符号
3、画法：n一般垂直放置，也可以逆时针转动90水平放置。n图中电器元件的状态为常态（未压动、未通电）2.1.2 电气原理的读图方法1、查线读图法（常用方法）：按照由主到辅，由上到下，由左到右的原则分析电气原理图。较复杂图形，通常可以化整为零，将控制电路化成几个独立环节的细节分析，然后，再串为一个整体分析。2、逻辑代数法 用逻辑代数描述控制电路的工作关系。2.2 全压起动及其主要控制环节 本节主要描述小型电动机的全压起动及其主要控制环节，（电动机的启动方法和原理已由电机课程进行过理论研究）有起停控制、正反转控制电路、其它环节等。2.2.1 起停控制 2.2.2 正反转控制电路 2.2.3 其它环节2
4、.2.1 起停控制o手动控制操作方法：o 手动合上QS，电动机M工作；手动切断QS，电动机M停止工作。o电路保护措施：FU短路保护o电路优点：控制方法简单、经济、实用。o电路缺点：保护不完善，操作不方便、自动起停控制o主电路主电路：三相电源经QS、FU1、KM的主触点，FR的热元件到电动机三相定子绕组。控制电路控制电路：用两个控制按钮，控制接触器KM线图的通、断电，从而控制电动机（M）启动和停止。起动过程分析起动过程分析：合上QS，按动起动按钮SB1KM线圈通电并自锁M通电工作。KM自锁触点，是指与SB1并联的常开辅助触点，其作用是当按钮SB1闭合后又断开，KM的通电状态保持不变，称为通电状态
5、的自我锁定。停止按钮SB2，用于切断KM线圈电流并打开自锁电路，使主回路的电动机M定子绕组断电停止工作。起停控制电路的保护分析o过载保护过载保护：热继电器FR用于电动机过载时，其在控制电路的常闭触点打开，接触器KM线圈断电，使电动机M停止工作。排除过载故障后，手动使其复位，控制电路可以重新工作。o短路保护短路保护：熔断器组FU1用于主电路的短路保护，FU2用于控制电路的短路保护。o零压保护零压保护：电路失电复上电，不操作起动按钮，KM线圈不会再次自行通电，电动机不会自行起动。oKMKM线圈通电的逻辑表达式：线圈通电的逻辑表达式：2.2.2 正反转控制电路o正反转实现的方法正反转实现的方法：改变
6、电源相序（两根火线对调）。1、正反转基本控制电路：主电路主电路：KM1主触点接通正相序电源M正转。KM2主触点接通反相序电源M反转。控制电路控制电路：SB1控制正转，SB2控制反转，SB3用于停止控制。KM的常闭触点用于互锁控制，即使在接触器故障情况下，也可以保证不发生主电路短路现象。2、按钮联锁功能o图2.2.3的电气操作只能按正、停、反或反、停、正的方式进行操作。电路不能正反、反正操作控制，给设备的操作带来诸多不便。图2.2.4使用按钮连锁，首先使用和常开触点联动的常闭触点的断开对方支路线圈电流，再利用常开触点的闭合接通通电线圈电流。可以很方便地使电动机由正转进入反转，或由反转进入正转。3
7、、工作台自动循环控制o工作台移动机构示意 在工作台的移动机构和固定部件上分别装置的行程开关和档铁（压动行程开关用），当移行机构运动到某一固定位置时，压动行程开关，取代人手接动按钮的功能，实现自动循环控制。o右图SQ1用于正转控制，SQ2用于反转控制，SQ3、SQ4的常闭触点用于极限位置的保护。综合综合 电气原理图中电器元件各部分符号与实际位置无关，可根据原理，将电气符号画在任何需要的电路位置。2.2.3 其它环节1、点动（在长动基础上的点动）用途：适用于电动机短时间调整的操作。按钮操作：SB3常闭触点用来切段自锁电路实现点动。转换开关控制：SA合上，有自锁电路，SB2为长动操作按钮；SA断开，
8、无自锁电路，SB2为点动操作按钮。中间继电器KA控制：按动SB2、KA通电自锁，KM线圈通电，此状态为长动；按动SB3、KM线圈通电，但无自锁电路，为点动操作。2、多地控制 定义：多地控制电路设置多套起、停按钮，分别安装在设备的多个操作位置，故称多地控制。特点：起动按钮的常开触点并联，停止按钮的常闭触点串联。操作：无论操作哪个启动按钮都可以实现电动机的起动；操作任意一个停止按钮都可以打断自锁电路，使电动机停止运行。3、多条件控制o电路用途电路用途：多条件启动控制和多条件停止控制电路，适用于电路的多条件保护。o电路特点电路特点：按钮或开关的常开触点串联，常闭触点并联。多个条件都满足（动作）后，才
9、可以起动或停止。4、顺序控制 用途：用于实现机械设备依次动作的控制要求。主电路顺序控制：KM2串在KM1触点下，故只有M1工作后M2才有可能工作。4、顺序控制o 控制电路的顺序控制：a）KM1的辅助常开触点起自锁和顺控的双重作用。b）单独用一个KM1的辅助常开触点作顺序控制触点。c）M1M2的顺序起动、M2M1的顺序停止控制。顺序停止控制分析：KM2线圈断电，SB1常闭点并联的KM2辅助常开触点断开后，SB1才能起停止控制作用，所以，停止顺序为M2M1。综合综合基本电路的结构特点：1.自锁接触器常开触点与按钮常开触点相并联。2.互锁两个接触器的常闭触点串联在对方线圈的电路中。3.点动无自锁环节
10、。4.多地按钮的常开触点并联、常闭触点串联。5.多条件按钮的常开触点串联、常闭触点并联。2.3 三相交流异步电动机降压起动控制电路o用途用途：三相交流异步电动机的降压起动，用于大容量三相交流异步电动机空载和轻载起动时减小起动电流。o降压启动控制电路降压启动控制电路：Y-起动、自耦补偿起动、延边三角形起动控制电路。o要求要求：熟记Y-起动控制电路结构和工作原理，掌握自耦补偿起动和延边三角形降压起动电路工作原理的分析方法2.3.1 Y-降压起动 o 降压原理：起动时，电动机定子绕组Y连接，运行时连接。Y-降压起动控制电路 主电路分析：KM1、KM3Y起动，KM1、KM2运行。讨论：KM1、KM2、
11、KM3容量关系。Y-降压起动过程分析：按下起动按钮SB2KM1线圈通电自锁 KM3线圈通电-M作Y接起动；KT线圈通电延时KM3线圈断电KM2线圈通电自锁-M作接行。KT线圈断电复位。2.3.2、自耦补偿起动 降压原理降压原理：起动时电动机定子绕组接自耦变压器的次级，运行时电动机定子绕组接三相交流电源，并将自耦变压器从电网切除。主电路主电路：起动时，KM1主触点闭合，自耦变压器投入起动；运行时，KM2主触点闭合，电动机接三相交流电源，KM1主触点断开，自耦变压器被切除。讨论：KM2与KM1的控制要求；KM1主触点的容量。控制电路：控制电路：起动过程分析按动SB2KM1线圈通电自锁电动机M自耦补
12、偿起动；KT线圈通电延时-KA线圈通电自锁KM1、KT线圈断电-KM2线圈通电电动机M全压运行。2.3.3、延边三角形降压起动 o 原理原理：绕组连接67、48、59构成延边三角形接法，绕组连接16、24、35为接法。延边三角形降压起动控制电路 主电路分析主电路分析 KM1、KM3使接点1、2、3接三相电源，67、48、5 9对应端接在一起构成延边三角形接法，用于降压起动。KM1、KM2使接点16、24、35接在一起，构成连接，用于全压运行。控制电路与Y-起动控制电路相同，不再分析。2.4 三相交流异步机制动控制电路o主要内容主要内容：机械抱闸制动，能耗制动，反接制动。o要求要求：了解各种制动
13、方法的实现电路，以及能耗制动限流电阻的计算原则，掌握能耗和反接制动电路的原理分析。o2.4.1 机械制动 1、常用方法：电动抱闸制动、电磁离合器制动（多用于断电制动）。2.4.1 机械制动2、制动原理：制动原理：断电电磁抱闸制动方式：电磁抱闸的电磁线圈通电时，电磁力克服弹簧的作用，闸瓦松开，电动机可以运转。电磁离合器制动方式（结构）电磁离合器的电磁线圈通电，动、静摩擦片分离，无制动作用，电磁线圈断电，在弹簧力的作用下动、静摩擦片间产生足够大的摩擦力而制动。3、控制电路分析控制电路分析 启动时，接触器KM线圈通电时，其主触点接通电动机定子绕组三相电源的同时，电磁线圈YB通电，抱闸（动摩擦片）松开
14、，电动机转动。停止时，接触器KM线圈断电电动机M断电电磁铁线圈YB失电实现抱闸或电磁制动。2.4.2 电气制动 用途：电气制动多用于电动机的快速停车。常用方法有能耗制动和反接制动。1、能耗制动能耗制动制动原理 制动时，在切除交流电源的同时，给三相定子绕组通入直流电流。限流电阻的计算：电路设计时，根据IZ=（1.54）IN的原则，选取直流电流电压等级，以及限流电阻的功率和阻值。主电路 直流电源的获取方法，交流电源（降压）经整流（半波、全波、桥式）。图2.4.3主电路中接触器KM1的主触点闭合时，电动机M作电动工作。接触器KM2主触点用于能耗制动时为定子绕组通入直流电流。控制电路（按时间原则控制）
15、o起动起动：按动起动按钮SB2KM1线圈通电自锁，电动机M作电动运行。o制动制动：按动停车按钮SB1KM1线圈断电复位KM2线圈通电自锁电动机M定子绕组切除交流电源，通入直流电源能耗制动。SB1KT线圈通电延时KM2线圈断电复位KT线圈断电复位。2、反接制动工作原理：反相序电源制动，转速接近零时，切除反相序电源。主电路：KM1电动运行；KM2通入反相序电源，反接制动。限制反接制动电流。控制电路（速度控制原则）起动起动：接动启动按钮SB2KM1通电自锁电动机M通入正相序电源转动。停止停止：按动停车按钮SB1KM1线圈断电复位KM2线圈通电自锁，实现反接制动，转速n接近零时，速度继电器KS常开触点
16、打开KM2线圈断电，反接制动结束。习题o2-17 按速度控制原则设计低压直流供电的能耗制动控制电路。2.5 变极调速控制线路2.5.1 双速电机（鼠笼式三相交流异步电动机）、双速电机的变极方法双速电机的变极方法U1V1W1端接电源，U2V2W2开路，电动机为接法（低速）U1V1W1端短接，U2V2W2端接电源为YY接法（高速）注意注意，变极时，调换相序，以保证变极调速以后，电动机转动方向不变。2.5.1双速电机2、主电路：KM1主触点构成接的低速接法。KM2、KM3用于将U1V1W1端短接，并在UVW端通入三相交流电源，构成YY接的高速接法。3、控制电路 图a电路中，按钮SB1实现低速起动和运
17、行。按钮SB2使KM2、KM3线圈通电自锁，用于实现YY变速起动和运行。图b 电路在高速运行时，先低速起动，后高速（YY）运行，以减少启动电流。4、双速电机控制电路图B分析o选择开关SA合向高速时间继电器KT线圈通电延时KM1线圈通电，电动机M作低速启动。KT延时时间到KM1线圈断电复位KM2、KM3线圈通电电动机M作YY接法高速运行。o选择开关SA合向低速KM1线圈通电，电动机M作低速转动。o选择开关SA合向0位时，电动机停止运行。2.5.2 三速电机控制1、变极原理 三速电机定子有2套绕组，1套可作为接法和YY接法的双速绕组，另1套为Y型接法的中速绕组。2、主电路oKM1主触点（4个）构成
18、低速连接，其中W1U3接到W1点。oKM2主触点构成中速Y连接，此时U3W1断开以避免交流。oKM3、KM4主触点构成高建双星形连接（KM3构成Y点）3、控制电路oSB1用于KM1的起停控制，SB2用于KM2的起停控制，SB3用于KM3和KM4的起停控制。2.6绕线式异步电动机控制电路o电路类型电路类型：起动（调速）和制动控制电路。o电路特点电路特点：绕线电机过流能力弱，故需要设置过流保护装置，实现过流、过载、短路保护功能。o2.6.1 起动控制 绕线式异步机常用的起动控制有转子串电阻分级起动和转子串频频变阻器起动。、电流原则控制转子串电阻分级起动 o 控制原则：电流控制型、电流原则控制转子串
19、电阻分级起动 o主电路：R1R3转子外串电阻；KA1KA3转子电流检测用电流继电器（欠流复位型）；KM1KM3转子电阻的旁路接触器。o控制电路分析 按动起动按钮SB2KM4线圈通电自锁中间继电器KA4线圈通电、转子串全电阻起动。转速n，电流I过流继电器KA1复位KM1线圈通电切除转子电阻R1、I；随着转速n，电流I过流继电器KA2复位KM2线圈通电切除转子电阻R2、I；转速n，电流I过流继电器K3复位KM3线圈通电切除R3，转速n上升直到电动机起动过程结束。2、时间原则控制转子串电阻分级起动 o起动条件起动条件：KM1、KM2、KM3均为原态时，方可起动。o起动过程起动过程：按动SB2KM4线
20、圈自锁电动机M串全电阻起动，同时KT1线圈通电延时KM1线圈通电切除R1，同时KT线圈通电延时KM线圈通电切除R，同时KT3线圈通电延时KM3线圈通电自锁切除R3，KT1，KM1，KT2，KM2，KT3等线圈依次断电复位，启动过程结束。3、转子串频敏变阻器起动控制电路 o频敏变阻器的工作原理：随nf2，转子等效铁耗电阻自动减小，从而达到无级自动切除的目的。o 主电路：KM1引入电源。转子RF为频敏变阻器等效电阻，KM2用于起动结束后切除频敏变阻器RF。绕线式异步电动机通常采用过流继电器进行保护，本图采用热继电器做过载保护。电动机功率及电流很大，热继电器可经电流互感器接入。为提高保护精度，起动时
21、将热元件FR短接，运行时投入。o控制电路起动过程分析：按动SB2KM1线圈通电自锁M串RF起动。同时，KT通电延时时间到，KA线圈通电自锁KM2线圈通电 KT线圈断电复位，转子切除RF，M进入运行状态。2.6.2 绕线机的能耗制动o1、二级起动过程分析：SA合向位置3KM线圈通电M串全电阻起动，同时，KT线圈通电，为制动作准备；KT1线圈通电延时KM1线圈通电切除R1，同时，KT2线圈断电延时KM2线圈通电，电动机转子切除R2，进入运行状态。2、能耗制动过程分析 能耗过程：停车制动时，将SA扳回0位，KM，KM1，KM2线圈均断电，切除电动机交流供电电源；KM线圈断电KM3线圈通电 KM2线圈
22、通电短接转子电阻，电动机M定子绕组通入直流电流，进行能耗制动；KT线圈断电延时时间到KM3线圈断电KM2线圈断电，能耗制动过程结束。3、能耗制动电路保护措施 过流继电器KA13用于过流时切除交流电源；KA4用于直流能耗制动过流时切除直流制动电源；过电压继电器KV用于过压时切除控制电路和电动机M的供电电源。2.7电液控制技术重点重点：液压系统的基础，电液控制的方法难点难点：液压部件的认识要求要求：了解液压系统的控制方法及电磁铁的驱动要求，会简单设计液压控制电路。1、液压系统基础控制部件：电磁阀（YV）：二位二通液压电磁换向阀；三位五通电磁换向阀；YA：电磁线圈（直流）溢流阀（压力阀）；调速阀（节
23、流阀）；单向阀动力部件：液压泵及电动机执行部件：液压缸（活塞），液压马达辅助装置：油箱，油管，过滤器2、液压动力滑台液压系统工作原理：滑台进给工步图 快进：YA1，YA3通电 工进：YA1通电 停止：YA1维通，溢流阀工作 快退：YA2通电控制电路分析o选择开关SA合向自动工作位置的自动循环过程：按动SB1KA1线圈通电自锁YA1、YA3线圈通电，滑台快进；至压下SQ2KA2线圈通电自锁YA3线圈断电，滑台工进；压下SQ3滑台逗留；KT线圈通电延时KA3线圈通电自锁YA1，KA2线圈断电YA2线圈通电，滑台快退；压下SQ1KA3线圈断电YA2线圈断电，滑台在原位停止。循环过程结束。o手动操作：
24、SB2用于工作台手动退回。SA在手动位置时，SB1用于工作台手动进给。2.8直流电动机基本控制电路o重点重点：本节介绍直流电动机的继电器基本控制电路，重点讲解并励直流电动机的起动，正反转控制电路。o难点难点：直流电动机过流能力差，电动机的各种保护思想与交流电动机有所不同。o要求要求：会设计及分析直流电动机的简单控制电路。o1、起动控制电路o2、正、反转控制电路o3、并励电动机能耗制动1、起动控制电路 o主电路直流电动机为并励方式，KM1引入直流电源，KM2，KM3分别用于旁路电枢电阻R1和R2。图a控制电路起动过程分析（QS合上状态）：按动SB2KM1线圈通电自锁，电动机串全电阻启动；同时，K
25、T1线圈通电延时时间到，KM2线圈通电，KT2线圈通电延时切除电枢电阻R1；KT2延时时间到，KM3通电切除电枢电阻R2，电动机M电枢全压运行。改进思路，可以在起动结束，KM3线圈通电，电枢全压运行后切除KT1，KT2，KM等电器的线圈电流。图b控制电路起动过程分析：（QS合上状态）启动过程：按动起动按钮SB2KM1线圈通电自锁 KT1、KT2线圈断电延时；M串全电阻起动；KT1延时时间到KM2线圈通电，切除电枢R1；KT延时时间到KM3线圈通电，切除R2，电动机电枢全压运行。2、正、反转控制电路（电枢电源反接改变转向）正反向起动过程分析：（在QS合上状态下）按动正转按钮SB2KM1线圈通电自
26、锁M串R1、R2正向起动；KT1、KT2线圈断电延时，KT1延时时间到KM3线圈通电切除电枢电阻R1。KT延时时间到KM4线圈通电切除电枢电阻R2，M电枢全压正向运行。反向起动过程：（在QS合上状态下）按动反向按钮SB3KM2线圈通电自锁电动机M串R1、R2反向起动；KT1、KT2线圈断电延时，KT1延时时间到KM3线圈通电切除电枢电阻R1。KT延时时间到KM4线圈通电切除电枢电阻R2，M电枢全压反向运行。3、并励电动机能耗制动（停车）图2.8.3原理原理：停车制动时，切除电枢直流电源电压，并用制动电阻R制将电枢电路短接。能耗制动过程分析能耗制动过程分析：o在电动状态下，KM1、KM3、KM4
27、线圈通电。o按动停车按钮SB1KM1线圈断电切除电枢直流电源oKT1，KT2线圈断电o继电器KA3线圈在电枢电势作用下通电KM2线圈通电制并在电枢端进行能耗制动n、a，继电器KA3线圈电压过低而复位KM2线圈断电切除R制，能耗制动过程结束。图2.2.1 手动起-停控制电路图2.2.2 自动起-停控制电路图2.2.3 正、反转控制电路图2.2.4 按钮联锁正、反转控制电路图2.2.5工作台往复运动示意图图2.2.6 工作台自动循环控制电路图2.2.7 点动控制电路图2.2.8 两地控制电路图2.2.9 多条件控制电路图2.2.10 主电路顺序控制电路图2.2.11 控制电路的顺序控制图2.3.1
28、 定子绕组Y形和形接线图图2.3.2 Y-起动控制电路图2.3.3 自耦变压器绕组示意图图2.3.4 自耦变压器起动控制电路图2.3.5 延边绕组示意图图2.3.6 延边三角形起动控制电路图2.4.1 电磁抱闸控制电路图2.4.2 电磁离合器的动作原理图图2.4.3 半波整流能耗制动控制电路图2.4.4 单向运行的反接制动控制电路图2.5.1/YY双速电动机定子绕组接线图图2.5.2 4/2极的双速交流异步电动机控制电路图2.5.3 三速电动机定子绕组连接图图2.5.4 三速电动机变极调速控制电路图2.6.1 电流控制三级起动控制电路图2.6.2 时间控制转子串电阻起动电路图2.6.3 转子串频敏变阻器起动控制电路图2.6.4 绕线转子三相交流异步电动机能耗制动控制电路图2.7.1 液压系统常见的图形及文字符号图2.7.2 液压动力滑台的液压系统图图2.7.3 液压动力滑台的自动循环控制图图2.8.1 并励直流电动机二级起动控制线路图2.8.2 改变电枢绕组端电压极性的并励直流电动机正反转控制电路图2.8.3 并励直流电动机能耗制动控制线路KM1I KM1KM1KM2KM1KM1KT2KM4KT2KT1KM3KM1SB1R2KM4KA1R1KM3KA2KA3IKT1KA2
