第七节 电气控制线路设计

1第七节电气控制线路设计在大量使用各种各样的生产机械，如车床、铣床、磨床、刨床、钻床、风机、水泵和起重机等，这些生产机械一般是由电动机来拖动的。不同的生产机械，对电动机的控制要求不同。电气控制的主要任务就是实现电动机的起动、制动、正反转和调速等运行方式的控制及对电动机的保护，以满足生产工艺的要求，实现生产过程自动化。电气控制线路是一种由接触器、继电器、按钮和开关等电器元件组成的有触点、断续作用的控制系统，这种控制系统具有控制线路简单、维修方便、便于掌握和价格低廉等优点，在电气控制领域获得广泛的应用。随着微电子技术的发展，生产机械的电气控制逐渐向无触点、弱电化、连续控制和微机控制方向发展。不同生产机械的控制要求是不同的，所要求的控制线路也是千变万化、多种多样，但它们都有一些具有基本规律的基本环节和基本单元所组成，熟悉这些基本的控制环节是掌握电气控制的基础。只要能掌握这些基本的控制环节，再结合具体的生产工艺要求，就不难掌握控制线路的基本分析方法。一、电气控制线路的绘制原则电气控制线路图有两种表示方法，一种是电气原理图，一种是电气安装接线图。1.电气原理图电气原理图是根据电路工作原理，用规定的图形符号和文字符号绘制出来的表示各个电器连接关系的线路图。为了简单清楚地表明电2路功能，将原理图采用电器元件展开的形式绘制。电气原理图根据通过电流的大小可分为主电路和控制电路。电动机、发电机及其相连的电器元件组成的通过大电流的电路称为主电路。接触器、继电器线圈及联锁电路、保护电路、信号电路等通过较小电流的电路称为控制电路。图7-1所示为CW6140车床电气控制线路原理图，其主电路是从三相电源经刀开关、接触器主触点到电动机。控制电路由按钮、接触器线圈、辅助触点、照明灯、照明变压器和保护电器等组成。在绘制电气原理图时，一般应遵循以下原则：1)电气控制线路根据电路通过的电流大小可分为主电路和控制电路。主电路包括从电源到电动机或线路末端的电路，是强电流通过的部分。控制电路一般由按钮、接触器及继电器的线圈和触点等组成。绘制电气原理图时，主电路用粗线条画在原理图的左边或上边，控制电路用细线条画在原理图的右边或下边。2)电气原理图中，所有电器元件的图形、文字符号必须采用国家规定的统一符号。主电路标号一般由文字符号和数字组成。文字符号用以标明主电路中的元件或线路的主要特征，数字标号用以区别电路不同线段。三相交流电源引入线采用L1、L2、L3标号，电源开关之后的三相交流电源主电路分别标U、V、W。控制电路由三位或三位以下的数字组成，交流控制电路的标号一般以主要电器元件线圈为分界，左边用奇数标号，右边用偶数标号。直流控制电路中正极按奇数标号，负极按偶数标号。33)同一电器的不同部分可以不画在一起，但需用同一文字符号标出。4）所有按钮、触点等均按操作前、电路未带电的原始状态画出。5）控制电路原则上按照动作先后顺序排列，两线交叉连接时的电气连接点须用黑点标出。并应做到布局合理、排列均匀、图面清晰、便于看图。6）电气原理图中电器元件的数据和型号，一般用小写字体注在电器代号附近，导线用其截面标注。图7-1CW6140车床电气控制线路原理图7)对于较复杂的电气原理图，为了便于读图分析、避免疏漏，应对图面进行区域划分或电路编号，必要时注明回路用途。2．电气安装接线图电气安装接线图是电气原理图的具体实现形式，它是用规定的图形符号按电器元件的实际位置和实际接线来绘制的，用于电气设备和电器元件的安装、配线或检修电气故障。实际工作中，电气安装接线4图常与电气原理图结合起来使用。图7-2是根据图7-l电气原理图绘制的安装接线图。图中标明了该车床中电源进线，按钮、照明灯、电动机与接触器等电器元件之间的连接关系，也标注了所采用的金属软管连接导线的跟数，截面积。在绘制电气安装接线图时，一般应遵循以下原则：1)电气元件的图形、文字符号应与电气原理图标注一致。同一电器元件的各部件必须画在一起。各电器元件的位置，应与实际安装位置一致。2)要表示出控制板内外各电器元件，控制板内外电器元件的电气连接一般应通过端子排进行，并按电气原理图的接线编号连接。3)走向相同的多根导线可用单线或线束来表示。4)安装接线图中应标明导线的规格、型号、根数、颜色和穿线管的尺寸。总之，安装接线图应画得明确、清楚和容易检查接线有无错漏。另外，在实际工作中，往往还要画出电气元件布置图，以利于电器元件之间的接线安排和电器元件的维修与更换。5图7-2CW6140车床电气安装接线图二、电气控制线路的基本环节1.单方向运行控制线路1.1开关控制线路图7-3所示为采用刀开关直接起动电动机的控制线路。其工作过程是：合上刀开关QS，电动机M通电旋转；断开刀开关QS，电动机6M断电停转。这种电路适用于小型台钻、冷却泵和砂轮机等简单、短时操作的小容量设备中。图中，熔断器FU起短路保护作用。图7-3直接启动控制线路1.2点动控制线路图7-4所示为采用接触器的点动控制线路。主电路由刀开关QS、熔断器FU、交流接触器KM主触点、热继电器FR的热元件及电动机M组成，控制电路由起动按钮SB、接触器KM的线圈、热继电器FR的常闭触点组成。要起动电动机时，合上刀开关QS，按起动按钮SB，接触器KM线圈通电，其常开主触点闭合，电动机M通电旋转。要停止电动机时，松开起动按钮SB，接触器KM线圈断电，其常开主触点断开，电动机M断电停转。从上述情况可看出，要使电动机长期运行，起动按钮SB必须始终按着，否则接触器KM无法长期通电，电动机就不能连续不断地运转。这种依靠起动按钮始终按着电动机才能持续运转的控制线路，称为点动控制线路。这种控制线路用于桥式吊车和绕线机等需要经常点车调整的生产机械上。7图7-4点动控制线路图7-5连续控制线路1.3连续控制线路实际生产过程中，往往要求电动机实现长时间连续转动，这就要求用连续控制线路,如图7-5所示。该电路能实现对电动机起动、停止的自动控制、远距离控制和频繁操作。要起动电动机，合上电源开关QS，按起动按钮SB2，接触器KM线圈通电，其常开主触点闭合，电动机M通电起动。与此同时，并接于起动按钮的接触器常开辅助触点KM也闭合，因此，即使松开按钮SB2，接触器KM线圈也会通过其常开辅助触点继续保持通电，这种依靠接触器自身辅助触点而使其线圈长期通电的环节称为自锁环节，这个起自锁作用的辅助触点，称为自锁触点。要停止电动机，按停止按钮SB1，接触器KM线圈断电，其常开主触点断开，电动机M断电停转。此后，即使松开按钮SB1，使其恢复为闭合状态，接触器KM线圈也不可能再依靠自锁环节而通电了，因为原来闭合的自锁触点早已随着接触器的释放而断开。1.4点动控制与连续控制线路8某些生产机械常常要求既能实现试车调整的点动工作，又能正常连续运转，控制电路如图7-6（a）所示。其中，SB1为连续运转的停止按钮，SB2为连续运转的起动按钮，SB3为点动控制的复合按钮。点动控制时，按复合按钮SB3，它的常开触点闭合，接触器KM线圈通电，其常开主触点闭合，电动机M起动运转，与此同时，复合按钮SB3的常闭触点断开，使接触器KM的自锁环节不起作用。松开点动按钮SB3时，接触器KM线圈断电，其常开主触点断开，电动机M停转。连续运转时，按起动按钮SB2，接触器KM线圈通电，其常开主触点闭合，电动机M起动，与此同时，接触器KM常开辅助触点闭合，起自锁作用，使电动机M连续运转。按停止按钮SB1，接触器KM线圈断电，常开主触点断开，电动机M停转。此线路在点动控制时，如果接触器KM的释放时间大于按钮SB3的恢复时间，则点动结束SB3常闭触点复位时，接触器KM的自锁触点还未断开，使自锁电路继续通电，线路就无法正常工作，这时，需要用图7-6（b）所示的控制线路。点动控制时，按点动按钮SB3，接触器KM线圈通电，常开主触点闭合，电动机M实现点动运行。连续控制时，按起动按钮SB2，中间继电器KA线圈通电，常开触点闭合，使接触器KM线圈通电并自锁，电动机M实现连续运行。停止电动机时，则按下停止按钮SB1，这时中间继电器KA线圈断电，常开触点断开，使接触器KM线圈断电，电动机M停转。9图7-6点动与连续控制线路（a）点动控制电路（b）连续控制电路1.5单方向运行控制线路中的保护环节短路保护：短路时，熔断器FU的熔体熔断而切断电路起保护作用。过载保护：通过热继电器FR实现。当负载过载或电动机缺相运行时，热继电器FR动作，其常闭触点断开，将控制电路切断，接触器KM线圈断电。切断电动机主电路。欠电压、失电压保护：通过接触器KM自锁环节来实现。当电源电压由于某种原因而严重欠电压或失电压时，接触器KM断电释放，电动机M停止转动。当电源电压恢复正常时，接触器线圈不会自行起动，只有再次按下起动按钮后，电动机才能起动。2.正反向运行控制线路有的生产机械要求运动部件实现正反两个方向运动，例如：机床工作台前进与后退、主轴的正转与反转、起重机的上升与下降等等。这就需要拖动生产机械的电动机能够实现正反转控制。根据电机学原理，只要把接到三相异步电动机的三相电源线中任意两相对凋，即可10改变电动机的转向。7-7(a)所示为电动机正反转控制线路。主电路采用了两个接触器，其中接触器KM1控制电动机的正转，接触器KM2控制电动机反转。其工作原理为需要电动机正转时，按正转起动按钮SB2，接触器KM1线圈通电，其常开主触点闭合，电动机M正转，同时常开辅助触点闭合实现自锁。需要电动机反转时，先按停止按钮SB1，接触器KM1断电，常开主触点断开，电动机正转停止，再按反转起动按钮SB3，接触器KM2线圈通电，其常开主触点闭合,电动机M反转，同时常开辅助触点闭合实现自锁。该控制线路存在两个问题：1)两个接触器在任何情况下都不能同时通电，否则会造成主电路电源短路，为此需要采取互锁电路。图7-7(b)所示为具有互锁的可逆控制线路，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，这样任何一个接触器通电后，其自身常闭触点断开，因此，即使按下相反方向的起动按钮，另一个接触器也不会通电，这种利用两个接触器的辅助常闭触点互相控制的方式，称为电气互锁。2)需要电动机改变旋转方向时，必须先按下停止按钮SB1，方可重新起动电动机，这对那些要求电动机频繁改变旋转方向的生产机械来说，是很不方便的。图7-7(c)所示是采用复合按钮实现正反转的。构成了既有接触器互锁又有复合按钮互锁的双重互锁可逆控制线路。控制线路的工作过程利用了复合按钮先断后通的特点，如要求电动机由正转变为反转时，直接按反转起动按钮SB3，这时SB3的常闭触点11先断开，接触器KM1线圈断电，然后其常开触点闭合,接触器KM2线圈通电,其常开主触点及自锁触点闭合,电动机开始反转。图7-7正反转控制线路3.连锁控制线路很多具有多台电动机的设备，常因每台电动机的用途不同而需要按一定的先后顺序来起动，例如，铣床起动时必须先起动主轴电动机，然后才能起动进给电动机，这种互相联系而又互相制约的控制称为联锁控制。实现联锁控制的方法有以下两种：1）当接触器KM1动作后才允许接触器KM2动作，则需将接触器KM1的常开触点串在接触器KM2的线圈电路中，如图7-8（a）所示。这样只有接触器KM1线圈通电，常开触点闭合后，才能通过按钮控制接触器KM2的工作。2)当接触器KM1动作时，不允许接触器KM2动作，则需将接触器KMl的常闭触点串在接触器KM2的线圈电路中，其主电路与图7-8（a）12主电路相同，控制电路如图7-8（b）所示。在接触器KM1动作之前，可以通过按钮控制接触器KM2的工作，一旦接触器KM1线圈通电．接触器KM2就会停止工作。图7-8连锁控制线路4.多点控制线路对于大型生产机械，为了操作方便，需要在几个不同的地方都能进行操作，实现这种要求的电路如图7-9所示。在各个不同的地方安装一套按钮，将各起动按钮的常开触点并联连接，各停止按钮的常闭触点串联连接。这样，在任何一处按起动按钮，接触器线圈都能通电，在任何一处按停止按钮，接触器线圈都能断电。图7-9多点控制线路13三、电气控制线路的一般设