第2章电气控制线路基础详解

1第2章电气控制线路基础PLC编程控制技术—多媒体教学课件2本章内容•电气控制线路图的图形、文字符号及绘制原则•三相笼型异步电动机的基本控制线路•三相笼型异步电动机降压启动控制线路•三相笼型异步电动机制动控制线路•三相笼型异步电动机速度控制线路•变频调速与变频器的使用•电气控制线路的简单设计法3本章重点：1.异步电动机起动、正反转、顺序控制电路的原理本章难点：1.异步电动机起动、正反转、制动、顺序控制电路的设计目的要求：1.掌握异步电动机起动、正反转、制动、顺序控制等基本控制线路的设计及应用42.1电气控制线路的图形、文字符号及绘制原则•什么是电气控制线路？–用导线将电机、电器、仪表等元器件按一定的要求连接起来，并实现某种特定控制要求的电路。•什么是电气控制系统图？–为了表达生产机械电气控制系统的结构、原理等设计意图，便于电气系统的安装、调试、使用和维修，将电气控制系统中各电器元件及其连接线路用一定的图形表达出来，这就是电气控制系统图。5图形符号和文字符号D65图形符号文字符号符号要素一般符号限定符号基本文字符号辅助文字符号补助文字符号通常用于图样或其它文件，用以表示一个设备或概念的图形、标记或字符。用于电气技术领域中技术文件的编制，表示电气设备、装置和元件的名称、功能、状态和特征。2.1电气控制线路的图形、文字符号及绘制原则6D65电气控制系统图电气原理图电气安装图框图电器安装图电气互连图主电路控制电路照明和显示电路电气控制系统图的结构2.1电气控制线路的图形、文字符号及绘制原则7D651.电气原理图主电路接点表示：三相交流电源采用L1、L2、L3标记主电路按U、V、W顺序标记分级电源在U、V、W前加数字1、2、3来标记分支电路在U、V、W后加数字1、2、3来标记控制电路用不多于3位的阿拉伯数字编号8电气原理图示例：9D652.电气安装图电器安装图：表示电气控制系统中各电器元件的实际位置和接线情况。详细绘制出电器元件安装位置。50505050320360线槽端子板FU1FU2KMFRTCFU3FU4CW6132型车床电器位置图101、全压启动控制线路–这是最基本的电动机控制线路。是任何一个电气工程师需要熟记于心的电路。–组成：•主电路•控制线路2.2三相笼型异步电动机的基本控制线路11–工作原理•启动过程•操作过程•重要概念：–自锁–自锁触点•停止过程–控制线路的保护环节•短路保护：FA•过载保护：BB•失压和欠压保护:QA2.2三相笼型异步电动机的基本控制线路12工作原理132、正反转控制线路–生产实际的需要–工作原理–工作过程•基本控制线路•正－停－反•正－反－停重要概念：互锁2.2三相笼型异步电动机的基本控制线路14接触器联锁正反转控制电路153、点动控制线路–生产实际的需要–工作过程2.2三相笼型异步电动机的基本控制线路164、多点控制线路2.2三相笼型异步电动机的基本控制线路17三地控制185、顺序控制线路–生产实际的需要–类型•基于动作先后顺序•基于时间控制–工作过程2.2三相笼型异步电动机的基本控制线路19顺序控制206、自动循环控制线路2.2三相笼型异步电动机的基本控制线路21工作台自动往返控制22•概述–为什么要进行降压启动控制？–降压启动的过程–降压启动方法•定子电路串电阻（或电抗）•星形—三角形•自耦变压器•使用软启动器•使用变频器2.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路231、星形—三角形降压启动控制线路–降压启动原理•启动时将电动机定子绕组接成星形，加在电动机每相绕组上的电压为额定值的1/，Y形连接时，加在电动机定子绕组上的电流是Δ连接时的1/3，从而减小了启动电流对电网的影响。当转速接近额定转速时，定子绕组改接成三角形，使电动机在额定电压下正常运转。–工作过程•主电路为什么像这样连接？•工作过程32.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路242.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路25Y—△降压启动控制26•星形—三角形降压启动控制线路–特点和适用场合•优点：启动电流特性好，结构简单，价格低；•缺点：由于启动转矩也降低到了原来的1/3，所以转矩特性差。•适合于轻载或空载启动的场合。2.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路272、自耦变压器降压启动控制线路–降压启动原理–工作过程2.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路28•自耦变压器降压启动控制线路–特点及适用场合•优点：启动时对电网的电流冲击小，功率损耗小。•缺点：自耦变压器相对结构复杂，价格较高。•这种线路主要用于较大容量的电动机，以减小启动电流对电网的影响。2.3三相笼型异步电动机降压启动控制线路29•概述–为什么要进行制动控制？–制动方法•机械的•电气的–反接制动–能耗制动–使用软启动器或变频器中的制动功能2.4三相笼型异步电动机制动控制线路301、反接制动控制线路–工作原理•切断电源并加入反相序的电源•注意事项–限制冲击电流–及时切除反向电源–特点及适用场合•特点：制动迅速，效果好，冲击大。•适用场合：通常仅适用于10kW以下的小容量电动机。2.4三相笼型异步电动机制动控制线路31单向运行反接制动控制线路2.4三相笼型异步电动机制动控制线路322、能耗制动控制线路–工作原理•所谓能耗制动，就是在电动机脱离三相交流电源之后，定子绕组上加一个直流电压，即通入直流电流，利用转子感应电流与静止磁场的作用以达到制动的目的。–实现方法•根据能耗制动时间控制原则，可用时间继电器进行控制；•也可以根据能耗制动速度原则，用速度继电器进行控制。2.4三相笼型异步电动机制动控制线路33单向运行能耗制动控制线路（1）以时间控制原则进行控制2.4三相笼型异步电动机制动控制线路342.4三相笼型异步电动机制动控制线路（2）以速度原则进行控制35–能耗制动和反接制动的比较•能耗制动比反接制动消耗的能量少，其制动电流也比反接制动电流小得多，但能耗制动的制动效果不及反接制动明显，同时还需要一个直流电源，控制线路相对比较复杂。•能耗制动一般适用于电动机容量较大和启动、制动频繁的场合。反接制动一般适合于电动机容量较小和不频繁制动的场合。2.4三相笼型异步电动机制动控制线路36•概述–电气调速方法•三相笼型异步电动机转速公式：•调速方法–改变p：变极调速－有级调速，简单，适用于要求不高的一般场合。–改变s：滑差电机－已淘汰。–改变f：变频调速－调速性能最好，使用广泛的调速方法。2.5三相笼型异步电动机速度控制线路psfsnn)1(60)1(10371、变极调速控制线路–变极方法2.5三相笼型异步电动机速度控制线路38–双速电动机调速控制线路•主电路的连接•低速启动•高速启动问题：想一想QA3的作用？2.5三相笼型异步电动机速度控制线路39一、变频调速的基本概念–什么是变频调速？–上世纪80年代前，什么因素制约了变频调速的发展？–变频调速的特点2.6变频调速与变频器的使用40二、变频器的类型–工具变流环节分类•交－直－交变频器–大多数变频器都属于交－直－交型•交－交变频器–根据直流电路的滤波方式分类•电压型变频器•电流型变频器2.6变频调速与变频器的使用411、V/f控制–基本概念»开环控制»原因：仅改变频率，将会产生由弱励磁引起的转矩不足或由过励磁引起的磁饱和现象，使电动机功率因数和效率显著下降。»控制机理：改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，在较广范围内调速运转时，电动机的功率因数和效率不下降。这就是控制电压与频率之比，所以称为V/F控制。–特点»它是最简单的一种控制方式，不用选择电动机，通用性优良。»与其他控制方式相比，在低速区内电压调整困难，故调速范围窄，通常在1∶10左右的调速范围内使用。»急加速、减速或负载过大时，抑制过电流能力有限。»不能精密控制电动机实际速度，不适合用于同步运转场合。2.6变频调速与变频器的使用422、矢量控制–基本概念»产生原因：按照直流电动机电枢电流控制思想，使交流异步电动机达到与直流电动机相同的调速性能。»机理：即将供给异步电动机的定子电流在理论上分成两部分：产生磁场的电流分量（磁场电流）和与磁场相垂直、产生转矩的电流分量（转矩电流）。该磁场电流、转矩电流与直流电动机的磁场电流、电枢电流相当。–特点»需要使用电动机参数，一般用做专用变频器。»调速范围在1∶100以上。»速度响应性极高，适合于急加速、减速运转和连续4象限运转，能适用于任何场合。2.6变频调速与变频器的使用43–根据输出电压调制方式分类•PAM方式–脉冲幅值调制（PAM，PulseAmplitudeModulation）•PWM方式–脉冲宽度调制（PWM，PulseWidthModulation）–根据输入电源的相数分类•单相变频器•三相变频器2.6变频调速与变频器的使用443、变频器的组成–主电路–控制电路–保护电路2.6变频调速与变频器的使用454、变频器的主要技术参数–输入侧主要额定数据–输出侧主要额定数据–对变频器设置和调试时的主要参数2.6变频调速与变频器的使用46•变频器的选择–种类选择–容量选择•变频器的主要功能–频率给定功能–升速、降速和制动控制–控制功能–保护功能•变频器的操作方式–数字操作器和数字显示器–远程操作–端子操作2.6变频调速与变频器的使用475、变频调速与变频器的使用–应用举例：Micromaster4402.6变频调速与变频器的使用48•概述–一般设计法：又称为经验设计法。它主要是根据生产工艺要求，利用各种典型的线路环节，直接设计控制电路。–逻辑设计法：它根据生产工艺的要求，利用逻辑代数来分析、设计控制线路。–为什么要对设计方法进行改进？2.7电气控制线路的简单设计法49•简单设计法介绍1、一般设计法的几个主要原则•最大限度地实现生产机械和工艺对电气控制线路的要求。•在满足生产要求的前提下，控制线路力求简单、经济、安全可靠。–尽量减少电器的数量尽量选用相同型号的电器和标准件，以减少备品量，尽量选用标准的、常用的或经过实际考验过的线路和环节。–尽量减少控制线路中电源的种类尽可能直接采用电网电压，以省去控制变压器。2.7电气控制线路的简单设计法50•在满足生产要求的前提下，控制线路力求简单、经济、安全可靠。–尽量缩短连接导线的长度和数量、设计控制线路时，应考虑各个元件之间的实际接线。2.7电气控制线路的简单设计法51•在满足生产要求的前提下，控制线路力求简单、经济、安全可靠。–正确连接触点–正确连接电器的线圈2.7电气控制线路的简单设计法52•在满足生产要求的前提下，控制线路力求简单、经济、安全可靠。–元器件的连接–要注意电器之间的联锁和其他安全保护环节2.7电气控制线路的简单设计法532、逻辑设计法中继电器开关逻辑函数•电气控制线路中的典型控制对象一般形式：»X开»X关»K关开XKXFK)(2.7电气控制线路的简单设计法54电气控制线路中的典型控制对象X开和X关的选择»X开和X关一般要选短信号，这样可以有效防止启/停信号波动的影响，保证了系统的可靠性。2.7电气控制线路的简单设计法55更进一步的表达式：在某些实际应用中，为进一步增加系统的可靠性和安全性，X开和X关往往带有约束条件。）（关约关开约开XXKXXFK)(2.7电气控制线路的简单设计法56–简单设计法1、定义：一般设计法中的重要设计原则和逻辑设计法中的控制对象的开关逻辑函数就组成了简单设计法。2、设计步骤–找出控制对象的开启信号、关断信号；–如果有约束条件，则找出相应的开启约束条件和关断约束条件；–把各种已知信号带入公式中，写出控制对象的逻辑函数（熟练后可省去该步）；–结合一般设计法的设计原则和逻辑函数，画出该控制对象的电气线路图。–最后根据工艺要求做进一步的检查工作。3、关键：简单设计法的核心内容是找出控制对象的开启条件（短信号）和关断条件（短信号）。2.7电气控制线路的简单设计法57•简单设计法应用举例–三台电动机的顺序启停控制•题目分析2.7电气控制线路的简单设计法58•电气控制线路分析基础–电气控制线路分