搜索
第二章电气控制基本电路【内容提要】电气控制电路也称电器控制电路或继电接触控制电路，是指有常用的低压电器（开关、按钮、断路器、接触器、继电器）组成的控制电路，属于开关逻辑电路，通过本章学习，了解和掌握常见的电气控制电路原理。本次课程主要内容：控制电路的基本逻辑概念三相交流异步电动机的基本控制电路控制电路的基本逻辑概念控制电路的基本组成输入元件是控制电路的输入逻辑变量，分为主令元件（按钮、开关）和检测元件（行程开关、接近开关、继电器等）中间逻辑元件是控制电路的中间逻辑变量，用于对电路中变量进行逻辑变换或记忆。有中间继电器、时间继电器、计数器等输出执行元件是对电路控制结果的执行，分有记忆（接触器、继电器等）和无记忆（信号灯、报警器、电磁铁、电动机等）两种。输入元件中间逻辑元件输出执行元件控制电器的状态和值0状态：开关电器未受外力的状态。1状态：开关电器受外力而动作的状态。控制电器的状态控制电器的值开关、接点断开时值为0。开关、接点接通时值为1。常开常闭接点0状态下值为0,1状态下值为1的开关称常开开关（接点）。0状态下值为1,1状态下值为0的开关称常闭开关（接点）。得电、失电状态对于中间逻辑元件和输出元件：失电状态下值为0,有记忆元件的接点断开（值为0）。得电状态下值为1,有记忆元件的接点接通（值为1）。控制电器的逻辑表达式每个控制电器可以看成一个变量，不同电器的连接可以用逻辑表达式表示组合电路：控制结果仅与输入变量的当前状态有关。（组合电路的设计和化简方法见数电课程。）时序电路：也称记忆电路，含有记忆元件，控制结果不仅与输入变量的当前值有关，也与记忆元件的历史值有关。在控制电路中绝大多数为时序电路。例：基本逻辑电路类型三相交流异步电动机的基本控制电路鼠笼型电动机的直接起动控制电路鼠笼型异步电动机的起动有直接起动（全压起动）和降压起动两种。三相交流异步电动机有鼠笼型和绕线型两种：鼠笼型优点：结构简单、坚固耐用、维护方便、价格便宜占拖动设备的85%左右。缺点：直接起动时起动电流大，降压起动时起动转矩小，不适合用于起动转矩要求较高的场合。绕线型优点：可以通过外接可变电阻来减小起动电流，达到提高转子电路功率因数和起动转矩的目的，广泛应用于起动转矩要求较高的场合。异步电动机起动电流是额定电流的4-7倍，过大的起动电流会造成电网电压显著下降，同时频繁起动会造成发热严重，加速线圈老化，缩短电动机寿命，直接起动方式电路简单、可靠，但是起动电流较大，因此常用于小型电动机（10KW以下），而对于容量、起动电流较大的电动机则一般选择降压起动为宜。单相直接起动控制电路1、主电路由电源开关、保护元件、接触器主触点及电动机组成。2、电源开关可以用刀开关、隔离开关、断路器等。3、控制电路为停止优先电路。电动机停止后再来电不会重新启动，以保安全。4、电压可直接取单相电压380V，也可根据要求用220V或127V，安全要求较高的还可以通过变压器降至36V。5、电路的保护包括：熔断器或断路器短路保护，熔断器额定电流取电动机额定电流的1.5-2.5倍。断路器脱扣电流应大于电动机起动电流；热继电器的过载保护；接触器的失压和欠压保护。多地点起动停止控制电路1、出现多地点控制同一个电动机时，可以采用图（1）和图（2）所示电路。2、图（1）电路采用停止优先方式，停止按钮串联，起动按钮并联。3、图（2）的优点是个控制点之间的连线较少。但各控制点之间不存在停止优先的特点。点动控制电路连动控制：当按下起动按钮后，因为存在自锁，电动机能够维持运行，该控制方式为连动控制。点动控制：有时候，需要通过按钮对电动机进行短时操作调整，称为点动控制。电路（1）通过选择开关，选择是否启用自锁功能，如果断开自锁则为点动方式。电路（2）通过利用常开与常闭开关组合，在点动时断开自锁，回复时先断开电路，然后接通自锁，使自锁无法工作，实现点动控制。该电路需注意组合开关工作方式。电路（3）利用中间继电器，点动用SB3，连动用SB1。互锁控制电路常用的互锁有输入互锁和输出互锁。互锁主要用于控制电路中有两路或多路输出时保证其中一路输出。正反转直接起动控制电路1、正反转，改变电源的相序就可以改变旋转方向。2、利用两个接触器可以实现电源相序的改变。3、电动机不允许既正转又反转，因此必须设置互锁。4、互锁也可以消除正反转互换时产生的电弧损坏触点，并防止主触点因电弧熔焊在一起时，反向起动时造成短路。鼠笼型电动机的降压起动控制电路常见的降压起动控制电路有定子串电阻、星形-三角形换接、自耦变压器、延边三角形起动等对于容量、起动电流较大的电动机一般选择降压起动。起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，以减小起动电流，起动后在恢复到额定电压。定子串电阻降压起动控制电路1、控制电路2相比较电路1来说，可以避免KM1和KT长期通电，但需要注意竞争情况2、低压电动机的起动电阻常用板式电阻或铸铁电阻。高压电动机中，为节省能源，常用电抗器替代电阻自耦变压器降压起动控制电路（1）1、工厂常用成品自耦变压器起动器，也叫补偿器，有自动和手动两种。2、由于起动电流与起动转矩的比值按变比平方降低，从电网取得相同电流，可以获得更大转矩，因此采用自耦变压器可以比电阻起动获得更大转矩。3、电路中如果去掉KM1和KM2的互锁，也能实现互锁功能，因为，KT本身的常开常闭触点具有互锁功能。但为了防止触头被电弧熔焊在一起造成短路，该互锁不宜去掉。改变抽头位置，可以获得不同的起动电压，适合于大容量电动机。4、缺点是价格较贵，不允许频繁启动。自耦变压器降压起动控制电路（2）1、主电路采用了两个常闭触点，适用于不频繁启动。2、通常一个接触器有三个主触点，两个常开、两个常闭辅助触点。一般允许将辅助触点用于主电路，除非容量允许或辅助触点并联使用。改接线降压起动控制电路常见电路有星形-三角形起动、延边三角形-三角形起动、星形-延边三角形-三角形起动等。1、电动机绕组有星形、三角形、延边三角形三种接法，相电压在220V-380V之间。2、一般功率在4KW以上的电动机均为三角形接线，其降压起动方式可以通过改变三相绕组接法获得。其优点是不需特殊的降压设备。3、采用星形接法时，起动电流是三角形接法的1/3，起动转矩也只有三角形接法的1/3，因此适用于空载或轻载起动。星形-三角形降压起动电路1、起动时由接触器KM1、KM2将电动机三相绕组接成星形接法降压起动，起动后期，断开KM2，接通KM3，成三角形接法。2、热继电器FR有三种接法：1起动时无电流，工作时流过相电流，按相电流整定；2起动时为线电流，工作时为相电流，按相电流整定，不宜频繁起动；3起动和工作时均为线电流，按线电流整定。3、KM1有两种接法：1流过相电流，电流较小，2、3流过线电流。接触器容量较大。4、KM2有三种接法：1为Y形接法，起动时流过线电流，断开相电压；2为V形接法，起动流过线电流，断开线电压；3为三角形接法，起动流过相电流，断开线电压。Y型接法使用较多，V形较少，三角形触点电流小，一个触点因故障断开时，相当于V型接线，仍可使用。延边三角形-三角形降压起动电路星形-三角形、延边三角形-三角形降压起动控制电路图1无竞争，但KT带电；图2KT不带电，但存在竞争，不可靠；图3没有竞争，KT也不带电，是一种较好的电路；图4仅KM2接法不同，与图3类似。星形-延边三角形-三角形降压起动电路1、电路实现两级降压起动，使起动更加平滑。2、KM2、KM3、KM4分别用于绕组的星形、延边三角形、三角形接线。绕线型异步电动机的起动控制电路时间原则转子回路串接电阻起动控制电路1、转子绕组串接三相电阻，接成星形。开始全部接入，逐段短接。2、短接方式有平衡短接法和不平衡短接法。平衡短接法的三相电阻同时短接，不平衡短接法为轮流短接。通常凸轮控制器按不平衡短接设计，起动电阻用接触器短接时，全部采用平衡短接法。电流原则转子回路串接电阻起动控制电路1、利用转子电流变化控制电阻切除。2、KI1、KI2、KI3为欠电流继电器，三者吸合电流相同，但释放电流不同。KI1最大，KI3最小。3、控制电路1有一定缺陷，一是KM2、KM3在起动结束后已经不起作用，但仍带电；二是如果KM2-KM4主触点因故障断不开，会造成直接起动；三是由中间继电器KA延缓KM2-KM4回路的通电时间不可靠。控制电路2没有上述问题。转子回路串接频敏变阻器起动控制电路1、利用电阻切换，起动时由于逐段减小电阻，电流和转矩会突然增大，造成机械冲击力，起动电路复杂，工作不可靠，能耗大，控制箱体积大。2、采用频敏变阻器，起动转矩大，起动电流小，工作平稳，控制电路简单，常用于较大容量绕线式异步电机起动控制。3、频敏变阻器阻抗随转子电流频率的下降自动减小。转速为零时，转子电动势频率最高（50HZ），转速增加后，转子感应电动势逐步减小，频率也减小，使得串联阻抗变小，正常工作状态，频率很小，因而阻抗很小。4、RF系列频敏变阻器可用于绕线式电阻的偶然起动或重复起动。对于重复起动，串接变阻器后不必用接触器等短接设备；对于偶然起动，可以用一只接触器，在起动后将频敏变阻器短接。