第二章 电气控制线路基础n课程要求与内容n了解常用控制线路基本环节的设计和工作原理； 理解软启动器和新型变频器的应用；理解传统电 气控制线路的分析基础；掌握电动机运行中的点 动、连续运转、正反转、自动循环和调速等基本 控制线路的特点以及各种电器与控制触点的逻辑 关系；掌握电气控制线路中常用的保护环节、实 现方法及简单设计原理。第二章 电气控制线路基础n内容n2.1 电气控制线路图的图形、文字符号及绘制原则n2.2 三相笼型异步电动机的基本控制线路n2.3 三相笼型异步电动机降压启动控制线路n2.4 三相笼型异步电动机制动控制线路n2.5 三相笼型异步电动机速度控制线路n2.6 变频调速与变频器的使用n2.7 电气控制线路的简单设计法n2.8 典型生产机械电气控制线路分析2.1 电气控制线路图的图形、文字符 号及绘制原则n电气控制线路是由许多电器元件按一定的要求连接而成的。 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。n电气控制系统图一般有三种：电气原理图、电器布置图和电 气安装接线图。n各种图有其不同的用途和规定画法，应根据简明易懂的原则 ，采用统一的图形符号、文字符号和标准画法来绘制。n2.1.1 常用电气图形符号和文字符号n电气控制系统图、电气元件的图形符号和文字符号必须符合 国家标准。2.1 电气控制线路图的图形、文字符 号及绘制原则n国家标准局参照国际电工委员会（IEC）颁布的标准， 制定了我国电气设备有关国家标准：GB4278-1984电 气图用图形符号及GB6988-1987 电气制图和 GB7159-1987 电气技术中的文字符号制定通则。n规定从1990年1月1日起，电气控制线路中的图形和文 字符号必须符合最新的国家标准。n一些常用电气图形符号和文字符号如表2-1所示。教材 的P3840页。2.1 电气控制线路图的图形、文字符 号及绘制原则n2.1.2 电气控制线路的绘制原则n重点介绍电气原理图n电气原理图的目的是便于阅读和分析控制线路,应根据结构简 单、层次分明清晰的原则，采用电器元件展开形式绘制。它包 括所有电器元件的导电部分和接线端子，但并不按照电器元件 的实际布置位置来绘制，也不反映电器元件的实际大小。n下面来举例说明电气原理图的规定画法和应注意的事项。n1. 绘制电气原理图时应遵循 的原则n（1）电气原理图一般分为主电路和辅助电路两部分。主电路 是电气控制线路中大电流通过的部分，包括从电源到电机之间 相连的电器元件，一般由组合开关、主熔断器、接触器主触点 、2.1 电气控制线路图的图形、文字符 号及绘制原则n热继电器的热元件和电动机等组成。辅助电路是控制线路中除 主电路以外的电路，其流过的电流比较小。辅助电路包括控制 电路、照明电路、信号电路和保护电路。其中控制电路是由按 钮、接触器和继电器的线圈及辅助触点、热继电器触点、保护 电器触点等组成。n（2）电气原理图中所有电器元件都应采用国家标准中统一的 图形符号和文字符号表示。n（3）电气原理图中电器元件的布局，应根据便于阅读的原则 安排。主电路安排在图面左侧或上方，辅助电路安排在图面右 侧或下方。无论主电路还是辅助电路，均按功能布置，尽可能 按动作顺序从上到下、从左到右排列。2.1 电气控制线路图的图形、文字符 号及绘制原则n（4）电气原理图中，当同一电器元件的不同部件（如线圈、 触点）分散在不同位置时，为了表示是同一元件，要在电器元 件的不同部件处标注统一的文字符号。对于同类器件，要在其 文字符号后加数字序号来区别。如两个接触器，可用KM1、 KM2文字符号区别。n（5）电气原理图中，所有电器的可动部分均按没有通电或没 有外力作用时的状态画出。对于继电器、接触器的触点，按其 线圈不通电时的状态画出；控制器按手柄处于零位时的状态画 出；对于按钮、行程开关等触点，按未受外力作用时的状态画 出。n（6）电气原理图中，应尽量减少线条和避免线条交叉。各导 线之间有电联系时，在导线交点处画实心圆点。根据图面布置2.1 电气控制线路图的图形、文字符号及 绘制原则n需要，可以将图形符号旋转绘制，一般逆时针方向旋转 90，但文字符号不可倒置。2.1 电气控制线路图的图形、文字符 号及绘制原则n2. 图面区域的划分n图纸上方的1、2、3、等数字是图区的编号，它是为了便 于检索电气线路，方便阅读分析从而避免遗漏设置的。n图区编号下方的文字表明它对应的下方元件或电路的功能，使 读者能清楚地知道某个元件或某部分电路的功能，以利于理解 电路的工作原理。n3. 符号位置的索引n符号位置的索引用图号、页次和图区的组合索引法，组成如下 2.1 电气控制线路图的图形、文字符 号及绘制原则n图号是指当某设备的电气原理图按功能多册装订时，每册的编 号，一般用数字表示。n当某一元件相关的各符号元素出现在只有一张图纸的不同图区 时，索引代号只用“图区”表示。n图2-1中接触器KM线圈及继电器KA线圈下方的文字是接触器 KM和继电器KA相应触点的索引。2.2 三相笼型异步电动机的基本控制线路n2. 控制线路的保护环节n（1）短路保护nFU1：主电路的短路保护；FU2：控制线路的短路保护。n（2）过载保护n过载保护由热继电器FR完成。一般来说，热继电器发热元 件的额定电流按电动机额定电流来选取。n（3）欠压和失压保护n图中，依靠接触器本身实现欠压和失压保护。以上三种保 护对于异步电动机正常安全运行是非常重要的。2.2 三相笼型异步电动机的基本控制线路n2.2.2 正反转控制线路2.2 三相笼型异步电动机的基本控制线路n2.2.3 点动控制线路2.2 三相笼型异步电动机的基本控制线路n2.2.4 多点控制线路n常开按钮要并联,常闭按钮要串联.2.2 三相笼型异步电动机的基本控制线路n2.2.5 顺序控制线路n顺序控制线路包括一般顺序和时间顺序启动的控制线路2.2 三相笼型异步电动机的基本控制线路n2.2.6 自动循环控制线路n象利用行程开关实现往复运动控制-行程控制2.3 三相笼型异步电动机降压启动控制线路n较大容量的笼型异步电动机(大于10KW)直接 启动时,电流为其标称额定电流的48倍,启动 电流较大,会对电网产生巨大冲击,所以一般 采用降压方式来启动.n降压启动的方式有:定子电路串电阻(或电抗) 、星形三角形、自耦变压器，软启动器等 方式。n常用的方法是星形三角形降压启动和使用 软启动器。2.3 三相笼型异步电动机降压启动控制线路n2.3.1 星形三角形降压启动控制线路n优点:启动电流小,结构简单,价格底低.缺点:启动转矩小.2.3 三相笼型异步电动机降压启动控制线路n2.3.2 自耦变压器降压启动控制线路n启动时串入自耦变压器,启动结束时自动将其切除.n优点:启动时对电网的电流冲击小,功率损耗小.缺点是:自 耦变压器相对结构复杂,价格较高.2.3 三相笼型异步电动机降压启动控制线路n2.3.3 软启动及其使用n在一些对启动要求较高的场合,可选用软启动装置,它采用了电 力电子启动方法.其主要特点是:具有软启动和软停车功能,启 动电流、启动转矩可调节，另外还具有电动机过载保护等功 能。n1. 软启动器的工作原理2.3 三相笼型异步电动机降压启动控制线路n主要由三相交流调压电路和控制电路构成.n其基本原理是利用晶闸管的移相控制原理,通过控制晶闸管 的触发角,改变其输出电压,达到通过调压方式来控制启动电 流和启动转矩的目的.n控制电路按预定的不同启动方式,通过检测主电路的反馈电 流,控制其输出电压,可以实现不同的启动特性.最终软启动 器输出全压,电动机全压运行.n由于软启动器为电子调压并对电流实时检测,因此还具有对 电动机和软启动器本身的热保护、限制转矩和电流冲击、 三相电源不平衡、缺相、断相等保护功能，并可实时检测 并显示如电流、电压、功率因数等参数。n2. 软启动器的控制功能n(1) 斜坡升压启动方式n在电动机启动过程中,电压从初始值线性逐渐增加,在设定的 时间内达到额定电压.电流属于开环控制.2.3 三相笼型异步电动机降压启动控制线路n(2) 转矩控制及启动电流限制启动方式n特性曲线如图所示。n这种启动方式一般可设定初始力矩Tqo、启动阶段力矩限幅Tli 、力矩斜坡上升时间t1和启动电流限幅Ili。它引入电流反馈， 通过计算间接得到负载转矩，属闭环控制方式。n这种启动方式可以使电动机以最佳的启动加速度、以最快的 时间完成平稳的启动，是应用最多的启动方式。2.3 三相笼型异步电动机降压启动控制线路n（3）电压提升脉冲启动方式n此方式的启动特性曲线如图所示。n此种启动方式一般可设定电压提升脉冲限幅Uli。升压脉冲宽 度一般为5个电源周波，即100ms。在启动开始阶段，晶闸 管在极短时间内按设定升压幅值启动，可得到较大的启动力 矩，此阶段结束后，转入转矩控制及启动电流限制启动。n此启动方法适用于重载并需克服较大静摩擦的启动场合。2.3 三相笼型异步电动机降压启动控制线路n（4）转矩控制软停车方式n当电动机需要停车时，立即切断电源，属自由停车。n但有些场合不允许电动机瞬间停机，如高层建筑、楼宇的 水泵系统，要求电动机逐渐停机，采用软启动器可满足这 一要求。n软停车方式通过调节软启动器的输出电压逐渐降低而切断 电源，这一过程时间较长且大于自由停车时间，故称为软 停车方式。2.3 三相笼型异步电动机降压启动控制线路n（5）制动停车方式n当电动机需要快速停机时，软启动器具有能耗制动功能。n一般可设定制动电流加入的幅值Ili和时间t1,但制动到停车时 间不能设定。2.3 三相笼型异步电动机降压启动控制线路n3. 软启动器的应用举例n产品型号很多，代表性的有：ABB公司的PSA、PSD和PSDH 型，法国TE公司的Altistart46、Altistart48型；德国 SIEMENS公司的3RW22型；英国CT公司的SX型等。n以Altistart46为例：其主要特点有：具有斜坡升压、转矩控 制及启动电流限制、电压提升脉冲三种启动方式；具有转矩 控制软停车、制动停车、自由停车三种停车方式；具有对电 动机和软启动器本身的热保护、限制转矩和电流冲击、三相 电源不平衡、缺相、断相和电动机运行中过流等保护功能并 提供故障输出信号；具有实时检测并显示如电流、电压、功 率因数等参数的功能，并提供模拟输出信号；提供本地端子 控制接口和远程控制RS-485通信接口。n通过人机对话操作盘或通过PC机与通信接口连接，可显示和 修改系统配置、参数。其主要参数设置范围如下：2.3 三相笼型异步电动机降压启动控制线路n启动电流可调节范围：额定值的25倍之间；n启动转矩可调节范围：额定值的0.151.0倍之间；n加速力矩斜坡时间可调节范围：160s；n减速力矩斜坡可调节范围：160s；n制动转矩可调节范围：0100%；n电压提升脉冲幅值可调节范围：50%100%；n电动机运行时过流跳闸值可调节范围：50%300%。2.3 三相笼型异步电动机降压启动控制线路n(1) 电动机单向运行带旁路接触器、软启动、软停车或自 由停车控制线路2.3 三相笼型异步电动机降压启动控制线路n图中虚线框所示为软启动器，其中C和400为软启动器控制电 源进线端子；L1、L2、L3为软启动器主电源进线端子；T1、 T2、T3为连接电动机的出线端子；A1、A2、B1、B2、C1、 C2端子有软启动器三相晶闸管两端分别直接引出。当相对端 子短接时，相当于KM2的主触点闭合时，将软启动器内部晶闸 管短接，但此时软启动器内部的电流检测环节仍起作用，即此 时软启动器对电动机保护功能仍起作用。nPL是软启动器为外部逻辑输入提供的+24V电源；L+为软启动 器逻辑输出部分