第二章 电气控制的基本环节与规律,由于生产机械的种类繁多，所要求的电气控制线路也是千变万化、多种多样的。但无论是比较简单的，还是很复杂的电气控制线路，都是由一些基本环节组合而成。本章着重阐明组成这些电气控制线路的基本规律和典型线路环节。这样，再结合具体的生产工艺要求，就不难掌握电气控制线路的分析和设计方法。,第一节 电气控制系统的电路图及绘制原则,电气控制系统中用国家规定的统一符号、文字和图形的形式来表示各电器元件及其相互连接关系，这就是电气控制系统的电路图。,电气原理图 电气安装图,根据电气设备的工作原理绘制而成，它具有结构简单、层次分明；便于研究和分析电路的工作原理等优点。,按照电器实际位置和实际接线线路，用给定的符号画出来的，这种电路图用于电气设备的安装和维修。,电气控制系统的电路图绘制规律如下：,1元件、器件和设备的图形符号和文字符号应符合 国家规范。 2主电路和辅助电路分开。 3用平行线绘制，少交叉，并尽可能按照动作顺序先后排列。 4原理图中各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。,5元器件和设备的可动部分在图中通常应表示成：,触点为非激励状态，即电器没有通电和没有外力作用时触点的状态； 接触器和电磁式继电器等系指线圈不加电压时的触点状态； 按钮、行程开关等指未被压合时触点状态，也就是动合触点开启、动断触点闭合的状态。,6为安装和维护方便，各接线端子应编号，规则见GB4026电器接线端子的识别和用字母数字符号标志接线端子的通则。一般主电路用字母加数字来表示接线端子；辅助电路用数字编号，以单双数区分电源极性（以每一回路中电压降为最大的元件为界，如以接触器的线圈为界）。,举例：电路原理图,图2-1a为三相交流电动机的起停控制电路原理图,图2-1a三相交流电动机的起停控制电路电原理图,返回,图2-1b三相交流电动机的起停控制电路安装接线图,第二节、 电气控制的基本环节,1、点动控制环节 图2-2 用表示有驱动力，表示无驱动力；X=1表示动合触点X闭合，X=0表示动合触点X断开。 SBKMKM =1M 起动 SBKMKM =0M 停止,小结:通过分析，可看出图2-2所示电路，只有在按下按钮SB时电动机M才能通电起动运行，故称为点动控制电路。按钮SB和接触器KM的这种组合称为点动控制环节。,2、起保停控制环节 图2-1,SB1KMKM=1M 起动 SB2KMKM=0M 停止,接触器KM的辅助动合触点称为自锁触点,图2-1线路设有以下几种保护:,1短路保护 熔断器FU1 2过载保护 热继电器FR 3欠压保护和失压保护 自锁触点 实现,返回,结束,返回,第三节 电气控制的基本控制规律,一、联锁控制规律,（一）、互斥联锁,电动机正反转 图2-3,SB1KM1KM1=1M 正转 SB3KM1KM1=0M 停止 SB2KM2KM2=1M 反转,L1、L3 线路短路,互斥联锁,SB1KM1KM1=1M 正转 =0 (互锁) SB2 KM2 不会通电,（二）、顺序联锁,1.起动联锁 a）,2.停止联锁 b）,M1先起动，M2后起动，将KM1常开触头串入KM2线圈回路中。,M2先停止，M1后停止，将KM2常开触头并在M1停止按钮旁。,（三）、长动与点动联锁,长动与点动联锁是既能正常起保停控制，又能进行点动控制。,方法二：加中间继电器（KA）,长动与点动的区别就在于有无自锁触点的作用。,例如：甲、乙两地同时控制一台电机。,方法：两起动按钮并联；两停车按钮串联。,(四)、多地点控制,甲地,乙地,电器互锁规律：欲使两接触器不能同时工作，只需将两接触器的常闭触点互相串入对方的线圈电路中即可。 顺序控制规律：要求甲接触器得电后，乙接触器方可得电，只需将甲的常开触点串在乙的线圈电路中；要求乙接触器失电后，甲接触器方可失电，只需将乙的常开触点并在甲的停车按钮上。 实现多地控制的原则：控制按钮的常开触点并联，常闭触点串联。,小结,联锁控制的关键是正确地选择联锁触点。,二、参量控制规律,控制过程的变化参量很多，通过测量元件反应参量的变化，并将这一变化参量反馈回来作用与控制装置，实现自动控制，这就是参量控制规律。,常用的变化参量有行程、时间、速度、电流等,（一）行程控制,利用行程开关（极限开关）实现限位控制 。,SB1KM1KM1=1M右移，至右终端位置， SQ2KM1M，停止。,（二）时间控制,利用时间继电器实现由降压起动至全压运行的切换，即用时间继电器的延时来控制降压起动时间。,（三）速度控制,图2-10所示为单向运行电动机反接制动控制电路。利用速度继电器实现对反接制动的控制。,（四）液位控制,图2-11所示为建筑物生活水箱水位自动控制电路。通过水位控制器实现水泵的起停控制。,液位传感器（SL1低水位，SL2高水位,（五）压力控制,图2-12所示为建筑物消防喷淋系统中恒压泵的控制电路。利用压力继电器实现对泵的自动启停。,第四节 三相异步电动机控制电路,1.起动性能 起动时定子起动电流与额定电流之比值大约57。 起动电流大对线路有影响，将造成较大的电压降落，影响其他负载正常工作。,2.起动方法 直接起动-小(轻)负载 降压起动,一、降压起动控制电路,（一）自耦降压起动控制电路,时间继电器延时自动切换的自耦降压起动控制电路 图2-13,自耦降压起动控制电路的基本要求,（1）不允许存在全电压直接起动的可能。 （2）降压起动完毕后，不允许在自耦变压器二次侧电压或经自耦变压器部分绕组降压后的电压下起动。,（3）投入全电压运转后，不得存在自耦变压器再次接入主电路的可能，以防止自耦变压器部分绕组短路而另一部分绕组过电压运行。 （4）在可能的情况下，尽量减少和避免电动机二次涌流（指第二次接入交流电网时过渡过程所产生的冲击电流）的冲击。,（二）Y-起动控制电路,电动机在工作时其定子绕组是联接成三角形的，那么在起动时可把它联成星形，等到转速接近额定值时再换成三角形。这样，在起动时就把定子每相绕组上的电压降到正常工作电压的 。,星形,三角形,时间继电器延时自动切换的Y-起动控制电路,图2-14,Y-起动控制电路基本要求,（1）不得存在全电压起动的可能。 （2）Y形与形接法接触器之间必须有互锁以防短路现象的发生。 （3）对有可能长期处于轻载的电动机，控制电路应考虑电动机能长期在Y形接法下工作的可能。,（三）延边形起动控制电路,这一电路的设计思想是兼取星形连接与三角形连接的优点，以期完成更为理想的启动过程。其转换过程仍按照时间原则来控制。如前所述，星形启动有很多优点，但不足的是启动转矩太小。设想如果能兼取星形接法启动电流小，而三角形接法启动转矩大的优点，可在启动时将电动机定子绕组的一部分接成星形，而另一部分接成三角形，在启动结束以后，再换接成三角形接法，这就是所谓延边三角形启动方式。,延边三角形/三角形电动机绕组连接,图2-15是时间继电器延时自动切换的延边形起动控制电路,（四）定子串电阻降压起动控制电路 如图2-9所示。,（五）软启动,由于传统的降压启动设备存在许多缺点，因此现在出现了电子控制的软启动器。图2-16所示为软启动器(Soft starter)原理示意图。,图2-17 不同起动方法下的起动转矩和起动时的电机电压,二、制动控制电路,因为电动机的转动部分有惯性，所以把电源切断后，电动机还会继续转动一定时间而后停止。为了缩短辅助工时，提高生产机械的生产效率，并为了安全起见，往往要求电动机能够迅速停车和反转。这就需要对电动机制动。对电动机制动，也就是要求它的转矩与转子的转动方向相反。这时的转矩称为制动转矩。,（一）机械制动控制电路,1断电抱闸 如图2-18所示。 注意:本图中电磁抱闸装置应为断电抱闸型 2通电抱闸 如图2-19所示。,图2-18 机械制动控制电路,图2-19 通电抱闸制动控制电路,（二）反接制动控制电路,1单向运行的反接制动控制电路 如图2-10所示。 2可逆运行的反接制动控制电路 如图2-20所示。 图2-21为具有限流电阻的反接制动控制电路。 图2-22所示为限流电阻在起动过程和制动过程中都起作用的反接制动控制电路。,图2-20 反接制动控制电路,图2-21具有限流电阻的反接制动控制电路,图2-22 限流电阻在起动和制动中都起作用的反接制动控制电路,（三）能耗制动控制电路,1按时间整定控制的能耗制动控制电路，如图2-23所示。 2按速度整定控制的能耗制动控制电路，如图2-24所示。,能耗制动的控制线路的设计思想是制动时在定子绕组中任意两相通入直流电流，形成固定磁场，它与旋转着的转子中的感应电流相互作用，从而产生制动转矩。,图2-23 按时间整定控制的能耗制动控制电路,图2-24 按速度整定控制的能耗制动控制电路,第五节 三相异步电动机的调速电路,一、异步电动机调速原理 调速即速度调节，是指在电力拖动系统中人为地改变电动机的转速，以满足工作机械的不同转速要求。调速是通过改变电动机的参数或电源电压等方法来改变电动机的机械特性，从而改变它与负载机械特性的交点，使得电动机的稳定转速改变。,由三相异步电动机的转速公式可知，三相异步电动机的调速方法主要有变极对数调速、变转差率调速及变频调速三种。 其中变转差率的方法可通过调定子电压、改变转子电路中的电阻以及采用串级调速、电磁转差离合器调速等来实现。改变转子电路电阻的调速方法只适用于绕线转子异步电动机。变频调速和串级调速比较复杂将在专门的课程中讲授。,双速电动机定子绕组端子编号,二、双速电动机控制电路,双速电动机调速控制电路,一般的三相异步电动机极对数是不能随意改变的，必须选用双速或多速电动机。变极对数仅适用于三相笼型异步电动机。,三、 电动机变频调速控制,只要连续改变f，就可以实现平滑调速。但变频调速时要注意变频与调压的配合。通常分基频(电源额定频率)以下调速和基频以上调速。,图2-27 U/f=常数的变频调速机械特性 图2-28 U=Us 变频调速机械特性曲线,