继电接触控制线路的组成

继电接触控制线路的组成 教 案 第二章 继电接触控制线路的组成 本章首先介绍电气图纸的类型、国家标准及电气原理图的绘制原则然后介绍组成电器控制线路的基本规律以及交直流电动机起动、运行、制动、调速和生产机械的行程控制线路介绍电器联锁、保护环节以及电气控制线路的操作。本章内容是电气控制线路和的基础。 第一节 电气图形符号及控制线路绘制规则 一、电气控制系统图 为了方便电气元件的安装、接线、运行与维护将电气控制系统中各电器元件的关系用一定的图形表示出来这种图就是电气控制系统图。按用途和表达方式的不同电气控制系统图分为以下几种 1、电气系统图和框图 2、电气原理图 3、电器布置图 4、电气安装接线图 5、功能图 6、电气元件明细表 二、电气图的图形符号和文字符号 电气系统图中电气元件的图形符号和文字符号必须有统一的标准我国规定自1990年1月1日起统一采用国家新标准不准使用旧的标准。 一图形符号 通常用于图样或其他文件以表示一个设备或概念的图形、标记或字符统称为图形符号。它由一般符号、符号要素、限定符号等组成。 l、一般符号 用以表示一类产品或此类产品特征的一种通常很简单的符号称为一般符号如电机的一般符号为“”“”号用M代替可表示电动机用G代替时表示发电机。 2、符号要素 3、限定符号 二文字符号 文字符号适用于电气技术领域中文件的编制也可表示在电气设备、装置和元器件上或其近旁以标明电气设备、装置和元器件的名称、功能和特征。文字符号分为基本文字符号单字母或双字母和辅助文字符号。文字符号用大写正体拉丁字母。 1、基本文字符号 基本文字符号有单字母与双字母符 、辅助文字符号、辅助文字符号是用以表示电气设备、装置和元器件以号两种。 2 及线路的功能、状态和特征的 。 3、补充文字符号的原则 1在不违备国家标准原则的条件下可采用国际标准中规定的电气技术文字符号。 2在优先采用标准中规定的单字母符号、双字母符号和辅助文字符号的前提下可补充标准中未列出的双字母符号和辅助文字符号。 3文字符号应按有关电气名词术语国家标准或专业标准中规定的英文术语缩写而成。基本文字符号不得超过两个字母辅助文字符号一般不能超过三个字母。 4因拉丁字母“I”和“O”易同阿拉伯数字“l”和“0”混淆不允许单独作为文字符号使用。 三线路和三相电气设备端标记 线路采用字母、数字、符号及其组合标记。三相交流电源采用L1、L2、L3标记中性线采用N标记。电源开关之后的三相交流电源主电路分别按U、V、W顺序标记。 三、电气原理图的绘制规则 系统图和框图对于从整体上理解系统或装置的组成和主要特征无疑是十分重要的。然而要达到详细理解电气作用原理进行电气接线分析和计算电路特性还必须有另外一种图这就是电气原理图。下面以图2-1所示的电气原理图为例介绍电气原理图的绘制原则、图幅分区以及标注方法。 一电气原理图的绘制原则 l、电气原理图一般分主电路主回路和辅助电路辅助回路两部分。 、控制系统内的全部电机、电器和其他器械的带电部件都应在原理图中表示出来。 、原理图中各电气元件不画实际的外形图而采用国家规定的统一标准图形符号文字符号也要符合国家标准规定。 、原理图中各个电气元件和部件在控制线路中的位置应根据便于阅读的原则安排同一电气元件的各个部件可以不画在一起。例如接触器、继电器的线圈和触点可以不画在一起。 、图中元件、器件和设备的可动部分都按没有通电和没有外力作用时的状态画出。 图2-1 三相笼型异步电动机可逆运行电气原理图 、原理图的绘制应布局合理、排列均匀. 、电气元件应按功能布置并尽可能按工作顺序排列其布局顺序应该是从上到下从左到右。 、电气原理图中有直接联系的交叉导线连接要用黑圆点表示无直接联系的交叉 导线连接点不画黑圆点。 二图幅分区及符号位置索引 图幅分区的方法是在图的边框处竖边方向用大写拉丁字母横边方向用阿拉怕数宇编号顺序应从左上角开始。图幅分区式样如图2-2 所示。 图2-2 图幅分区示例 图幅分区以后相当于在图上建立了一个坐标。项目和连接线的位置可用如下方式表示 1、用行的代号拉丁字母表示 2、用列的代号阿拉伯数字表示 3、用区的代号表示。区的代号为字母和数字的组合且字母在左数字在右。 三电气原理图中技术数据的标注 电气元件的数据和型号一般用小号字体注在电器代号下面。例如图中FR下面的数据表示热继电器动作电流值的范围和整定值的标注图中的1.5 mm??、1 mm??字样表明该导线的截面积。 第二节 基本控制线路 任何一个复杂的控制电路仔细分析后就会发现它们总是由一些最基本的控制环节组成。因此掌握了这些基本环节在组成复杂的电气控制系统时只需要按设备环境及设备要求合理选择不同的基本环节再对基本环节进行有机地组合和完善即可。下面介绍一些基本的常用的控制环节。 1、点动控制 动作过程分析合上电源开关QS按下按钮SB按钮动合触头闭合接触器KM线圈得电铁心中产生磁通接触器KM的衔铁在电磁吸力的作用下迅速带动常开触头闭合三相电源接通电动机起动。当按钮SB松开时按钮动合触头断开接触器KM线圈失电在复位弹簧的作用下触点断开电动机停止转动。由于在按钮按下时电动机才转动按钮松开时电动机停止因此称该电路为点动电路。 点动控制的使用场所点动控制电路常用于短时工作制电气设备或需精定位场合如门窗的启闭控制或吊车吊钩移动控制等。点动控制基本环节一般是在接触器线圈中串接常开控制按钮在实际控制线路中有时也用继电器常开触头代替按钮控制。 图2-3 电动机的点动控制电路 、自锁控制 点动控制电路设备在连续工作时就显得十分不便为此应该设计一种能自动保持按钮动作状态的电路这就是自锁自保电路。 图 电动机的自锁控制电路 a没有停止按钮b停止优先c起动优先d另一种停止优先 自锁控制的使用实例三相笼型异步电动机直接起动、自由停车的电气控制线路。 图25 电动机的直接控制电路 3、异地控制 在大型设备中为了操作方便常常要求能在多个地点进行控制。图26所示为一台三相异步电动机的两地控制线路。图中两个起动按钮是并联的当按下任一处起动按钮接触器线圈都能通电并自锁各停止按钮是串联的当按下任一处停止按钮后都能使接触器线圈断电电动机停转。 图26 三相电动机的异地控制电路 由此可以得出普遍结论欲使几个电器都能控制接触器通电则几个电器的动合触点应并联接到该接触器的起动按钮欲使几个电器都能控制某个接触器断电则几个电器的动断触点应串联接到该接触器的线圈电路中。 4、互锁控制 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够正、反向运转。对于三相交流电动机将三相交流电的任意两相对换即可改变定子绕组相序实现电动机反转。图27是三相笼型异步电动机正、反转控制线路图中KM1、KM2分别为正、反转接触器其主触点接线的相序不同KM1按U—V—W相序接线KM2按V—U—W相序接线即将U、V两相对调所以两个接触器分别工作时电动机的旋转方向不一样实现电动机的可逆运转。 图27 电动机的正反转控制电路 互锁控制的使用实例图27所示控制线路虽然可以完成正反转的控制任务但这个线路有重大缺陷按下正转按钮SB2后KM1通电并且自锁接通正序电源电动机正转。若发生错误操作在电动机正转时按下反转按钮SB3KM2通电并自锁此时在主电路中将发生U、V两相电源短路事故。 为了避免上述事故的发生就要求保证两个接触器不能同时工作。必须相互制约这种在同一时间里两个接触器只允许一个工作的制约控制 作用称为互锁或联锁。图28为带互锁保护的正、反转控制线路两个接触器的动断辅助触点串入对方线圈这样当按下正转起动按钮SB2时正转接触器KM1线圈通电主触点闭合电动机正转与此同时由于KM1的动断辅助触点断开而切断了反转接触器KM2的线圈电路。此时再按反转起动按钮SB3也不会使反转接触器的线圈通电工作。同理在反转接触器KM2动作后也保证了正转接触器KM1的线圈电路不能再工作。 这种由接触器常闭动断辅助触点构成的互锁线路称为电气互锁。 图28 带互锁保护的正、反转控制线路 但是图28所示的接触器联锁正反转控制线路也有个缺点即是在正转过程中要求反转时必须先按下停止按钮SB1让KM1线圈断电联锁触点KM1闭合这样才能按反转按钮使电动机反转这给操作带来了不方便。为了解决这个问在生产上常采用复式按钮触点构成的机械互线路如图29所示。 图29中保留了由接触器动断触点组成的电气互锁并添加了由按钮SB2和SB3的动断触点组成的机械联锁。这样当电动机由正转变为反转时只需按下反转按钮SB3便会通过SB3的动断触点先断开KM1电路KM1失电互锁触点复位闭合继续下按SB3KM2线圈接通控制实现了电动 注意机械互锁与电气互机反转当电动机由反转变为正转时按下SB原理与前一样。 锁不能互相代替。当主电路中正转接触器的触点发生熔焊即静触点和动触点烧蚀在一起现象时即使接触器线圈断电触点也不能复位机械互锁不?芏 鞔耸敝荒芸康缙 ニ 拍鼙苊夥醋 哟テ魍ǖ缡怪鞔サ惚蘸隙 斐傻缭炊搪贰?图29 双重联锁的电动机正反转控制电路 这种线路既能实现电动机直接正反转的要求又保证了电路可靠地工作这种电路广泛应用在电力拖动控制系统中。 5、顺序控制 车床主轴转动时要求油泵先给润滑油主轴停止后油泵方可停止润滑即要求油泵电动机先起动主轴电动机后起动主轴电动机停止后才允许油泵电动机停止实现这种控制功能的电路就是顺序控制电路。在生产实践中根据生产工艺的要求经常要求各种运动部件之间或生产机械之间能够按顺序工作图2-10所示就是车床的顺序控制电路。 图210 三相电动机的顺序控制电路 、行程控制 常用的行程控制有以下两种 在图211中安装了行程开关SQF和SQZ将它们的动断触点串接在电动机正反转接触器KMF和KMR的线圈回路中。当按下正转按钮SBF时正转接触器KMF通电电动机正转此时吊车上升到达顶点时吊车撞块顶撞行程开关SQF其动断触点断开使接触器线圈KMF断电于是电动机停转吊车不再上升此时应有抱闸将电动机转轴抱住以免重物滑下。此时即使再误按SBR接触器线圈KMR也不会通电从而保证吊车不会运行超过SQF所在的极限位置。 当按下反转按钮SBR时反转接触器KMR通电电动机反转吊车下降到达下端终点时顶撞行程开关SQZ电动机停转吊车不再下降。 图211 用于限位的行程控制 a控制线路 b限位开关位置 自动往复行程控制 7、时间控制 在生产中经常需要按一定的时间间隔来对生产机械进行控制例如电动机的降压起动需要一定的时间然后才能加上额定电压在一条自动线中的多台电动机常需要分批起动在第一批电动机起动后需经过一定时间才能起动第二批等等。这类自动控制称为时间控制。时间控制通常是利用时间继电器来实现的。 8、速度控制 在生产中有时需要按电动机或生产机械的转轴的转速变化来对电动机进行控制例如在电动机的反接制动中要求在电动机转速下降到接近零时能及时地将电源断开以免电动机反方向转动。这类自动控制称为速度控制。速度控制通常是利用速度继电器来实现的。 第三节 几种典型的电动机控制线路 在各种生产机械中电动机的控制电路有起动、停止和调速本节重点讲述电动机的各种起动、停止和调速电路。 一、三相异步电动机起动控制线路 一直接 起动 直接起动亦称为全电压起动电动机容量在10kW以下者一般采用全电压直接起动方式。 图2-13 单向全电压起动控制线路 a开关直接起动b接触器直接起动 二降压起动 对于大容量的电动机为了限制电动机的起动电流在电动机起动时必须采取措施。常用的电动机的降压起动电路有以下几种 、星—三角降压起动控制电路 凡是正常运行时定于绕组接成三角形的笼型异步电动机可采用星—三角的降压起动方法来达到限制起动电流的目的。Y系列的笼型异步电动机4.0kw以上者均为三角形接法都可以采用星—三角起动的方法。 降压起动的工作原理 图2-14 电动机定子绕组星—三角接线示意图 a星—三角接法b星形接法c三角形接法 星—三角—?降压起动控制线路的工作情况 图2-15为笼型异步电动机星—三角—?降压起动的控制线路。当合上刀开关QS以后按下起动按钮SB2接触器KM1线圈、KM2线圈以及通电延时型时间继电器KT线圈通电电动机接成星形起动同时通过KM1的动合辅助触点自锁时间继电器开始定时。当电动机接近于额定转速即时间继电器KT延时时间已到KT的延时断开动断触点断开切断KM2线圈电路KM2断电释放其主触点和辅助触点复位同时KT的延时动合触点闭合使KM3线圈通电并自锁主触点闭合电动机接成三角形运行。时间继电器KT线圈也因KM3动断触点断开而失电时间继电器复位为下一次起动做好准备。图中的KM2、KM3动断触点是互锁控制、防止KM2、KM3线圈同时得电而造成电源短路。 图2-15 电动机的星—三角—?降压起动控制电路 、自耦变压器降压起动控制电路 图2-16所示为自耦变压器降压起动控制线路。在起动时将自耦变压器接入降压以降低起动电流当电动机转速达到正常值后再将自耦变压器切除。KM1、KM2为降压接触器KM3为正常运行接触器KT为时间继电器KA为中间继电器。 图2-16 自耦变压器降压起动控制电路 3、定子串电阻降压起动控制电路 图2-17a是根据起动所需时间利用时间继电器控制切除降压电阻的当合上刀开关QS按下起动按钮SB2时KM1立即通电吸合使电动机定子在串接电阻R的情况下起动与此同时时间继电器KT通电开始计时当达到时间继电器的整定值时常开触点闭合使KM2通电吸合KM2的主触点闭合将起动电阻短接电动机在额定电压下进入稳定正常运转。图2-17b的不同之处是在完成起动后KM1和KT退出工作节能同时也延长了器件的使用寿? ?图2-17 定子串电阻降压起动控制线路 4、延边三角形降压起动控制电路 图219是延边三角形降压起动控制电路KM1为线路接触器KM2为三角形联结接触器KM3为延边三角形联结接触器。 起动时合上电源开关后按下起动按钮SB2后KM1、KM3线圈通电并自锁此时通过KM3的主触点将电动机定子绕组的6与7、5与9、4与8连在一起电动机定于绕组的1、2、3接线端接电源此时电动机按延边三角形接线同时时间继电器KT线圈通电经过一段延时当电动机转速接近额定转速时KT常闭触点断开KM3线圈断电主触点断开同时KT常开触点闭合接触器KM2通电并自锁KM2的主触点及KM1的主触点将电动机定子绕组的1与6、2与4、3与5连在一起电动机接成三角形正常运转。 图2-19 延边三角形降压起动控制电路 三软起动 软起动是近年来随着电子技术的发展而出现的新技术起动时通过软起动器一种晶闸管调压装置使电压从某一较低值逐渐上升至额定值起动后再用旁路接触器KM一种电磁开关 图2-20软起动电路 图2-21对直接起动、?起动、软起动三种起动方法进行了比较。图2-21a中软起动从额定电压的10至60开始沿斜坡逐渐上升至全压斜坡曲线除起始点可调外上升的时间也是可调例如从05S至60S之间的这样可以根据应用场合选择最合适的斜坡曲线从图2-21b中则可看出在软起动起动过程中电磁转矩的变化比 较平稳因而这种起动方式不仅降低了电网的负担同时也减小了对机械设备的冲击可延长机械设备的使用寿命。此外软起动器一般还具有节能功能和保护功能可将电动机电压调节至与实际负载相适应使功率因数和效率得到改善其内部的电子保护器能防止电动机因过载而发热。由于软起动器具有这些优点所以它虽然出现的时间不长却已在水泵、鼓风机、压缩机、传送带等设备中得到大量应用并有取代其他降压起动的趋势。 图2-21不同起动方式下电动机电压和转矩的比较 a电压图 b转矩图 直接起动?起动软起动 四绕线式电动机的起动 三相绕线型异步电动机较直流电动机结构简单维护方便调速和起动性能比笼型异步电动机优越。有些生产机械虽不要求调速但要求较大的起动力矩和较小的起动电流笼型异步电动机不能满足这种起动性能的要求在这种情况下可采用绕线型异步电动机起动通过滑环在转子绕组中串接外加设备达到减小起动电流增大起动转矩及调速的目的。 、 转子电路串接电阻起动 图2-23所示为转子电路串电阻起动控制线路电路的工作过程如下 1起动前的准备 图2-23 绕线式异步电动机转子串电阻起动控制电路 电动机启动控制 电动机调速 2、转子电路串接频敏变阻器起动 绕线型异步电动控制 电动机停车控制 保护环节 机转子串电阻的起动方法由于在起动过程中逐渐切除转子电阻在切除的瞬间电流及转矩会突然增大产生一定的机械冲击力。如果想减小电流的冲击必须增加电阻的级数这将使控制线路复杂工作不可靠而且起动电阻体积较大。 频敏变阻器的阻抗能够随着电动机转速的上升、转子电流频率的减小而自动减小所以它是绕线型异步电动机较为理想的一种起动装置常用于较大容量的绕线型异步电动机的起动控制。 图2-25所示为绕线型异步电动机转子串频敏变阻器起动控制线路。 图2-25 绕线式异步电动机转子串频敏变阻器起动控制电路 二、三相异步电动机制动控制线路 电动机制动停车的方式有机械制动和电气制动两种机械制动是机械抱闸制动包括电磁抱闸电气制动有反接制动、耗能制动等。 一机械制动 电动机在断电后利用机械装置使电动机迅速停转的措施称为机械制动。 1、电磁抱闸的基本组成 、机械制动控制电路分析 二能耗制动 电动机能耗制动就是把在运动过程中储存在转子中的机械能转变为电能又消耗在转子电阻上的一种制动方法。 图228为按时间原则控制的笼型异步电动机能耗制动控制线路。 图228 按时间原则控制的电动机能耗制动控制电路 图229为按速度原则控制的正反转耗制动控制线路。 图229 按速度原则控制的可逆能耗制动控制电路 能耗制动的特点是制动电流较小能量损耗小制动准确但它需要直流电源制动速度较慢所以它适用于要求平稳制动的场合。 二反接制动 三相笼型异步电动机反接制动是依靠改变定子绕组中的电源相序使定子绕组旋转磁场反向转子受到与旋转方向相反的制动力矩作用而迅速停车。 1、单向反接制动控制线路 图230为三相笼型异步电动机单向运转、反接制动的控制线路。 图230 按速度原则控制的单向运行反接制动控制电路 2、电动机双向运转、反接制动控制线路 图2-31为笼型异步电动机降压?鸲 赡嬖诵蟹唇又贫 刂葡呗贰?图2-31 电动机的可逆运行反接制动控制电路 本章小结 本章首先介绍电气图纸的类型、国家标准及电气原理图的绘制原则然后介绍组成电器控制线路的基本规律以及交直流电动机起动、运行、制动、调速和生产机械的行程控制线路介绍电器联锁、保护环节以及电气控制线路的操作方法。本章内容是电气控制线路设计和分析的基础。 本章介绍了常用的低压电器及继电器接触器控制线路的基本环节。 2电气控制系统图主要有电气原理图、电气元件布置图、电气安装接线图等为了正确绘制和阅读分析这些图纸必须掌 握各类图纸的规定画法及国家标准。 3电动机在起动控制中应注意避免过大的起动电流对电网及传动机械的冲击作用小容量电动机通常在10kW以内允许采用全电压直接起动控制方式大容量或起动负载大的场合应采用减压起动星形——三角形换接、自耦变压器减压起动等方式。起动过程中的状态换接通常采用时间继电器控制。 4电动机运行中的点动、连续运转、正反转、自动循环以及变极变速控制等单元线路通常是采用各种主令电器、各种控制电器及控制触点按一定逻辑关系的不同组合来实现的. 5常用的制动方式有能耗制动和反接制动制动控制线路设计应考虑限制制动电流和避免反向再起动。前者是通入直流电流产生制动转矩采用时间继电器进行控制的后者是在主电路中串入限流电阻采用速度继电器进行控制的。 复习思考题 、控制电路图共有几种它们之间有什么区别结合实际说明每种电路图的用途 、电气原理图的绘制有哪些原则 、电动机共有哪些基本的控制环节 、分析下列控制电路的工作情况