第1章 电气控制系统

第1章 电气控制系统概述概述1.1常用低压电器常用低压电器1.2基本控制线路基本控制线路1.3三相交流异步电动机调速控制线路三相交流异步电动机调速控制线路1.6电动机启动控制电动机启动控制1.4三相鼠笼式异步电动机制动控制电路三相鼠笼式异步电动机制动控制电路1.5 1.1 概 述发展历程：继电器接触器（50年代80年代）顺序控制器（70年代 ）1.2 常用低压电器1.2.1 低压电器的基本知识1低压电器的分类v按工作方式工作方式可分为手控电器和自控电器。v按用途用途可分为低压控制电器和低压保护电器。 v按种类种类可分为刀开关、刀形转换开关、熔断器、低压断路器、接触器、继电器、主令电器和自动开关等。 2低压电器的基本结构与特点v 感受部分感受部分: 感受外界的信号，做出有规律的反应 . 由电磁系统组成。执行部分执行部分:根据指令进行电路的接通或切断. 如：触点连同灭弧系统基本结构1.2.2 电气的图形符号和文字符号v 1电气中的图形符号 符号要素。 一般符号。 限定符号。 组成 图形符号的几点问题如下所述。v 所有符号均应按无电压、无外力作用的正常状态。如按钮未按下。v 在图形符号中，某些设备元件有多个图形符号，在选用时，应该尽可能选用优选形。在能够表达其含义的情况下，尽可能采用简单形式，在同一图中使用时，应采用同一形式。图形符号的大小和线条的粗细应基本一致。v 为适应不同需求，可将图形符号根据需要放大和缩小，但各符号相互间的比例应该保持不变。图形符号绘制时方位不是强制的，在不改变符号本身含义的前提下，可将图形符号根据需要旋转或成镜像放置。v 图形符号中导线符号可以用不同宽度的线条表示，以突出和区分某些电路或连接线。一般常将电源或主信号线用加粗的实线表示。J2电气图中的文字符号J电气图中的文字符号用于标明电气设备、装置和元器件的名称、功能状态和特征。（1）基本文字符号（2）辅助文字符号。 表示电气设备装置和元器件以及线路的功能、状态和特征，由英文单词前两个字母组成。如 ：DC（Direct Current）代表直流 IN（Input）:输入； 辅助文字符号放在文字符号的后面组成双字母符号。 单字母符号，如：R ：电阻器；M：电动机双字母符号 。如：RP：电位器；MD：直流电 动机；1.2.3 电气图的分类与作用v电气图包括电气原理图、电气安装和接线图。v1电气原理图图图1-1 1-1 三相鼠笼交流电动机单向运行电气原理图三相鼠笼交流电动机单向运行电气原理图主电路：左侧控制电路：右侧原理图刀开关熔断器接触器触点热继电器起动按钮接触器常开触点停止按钮接触器线圈v2电气安装图v 一般电气元件应放在电气控制柜中，图一般电气元件应放在电气控制柜中，图1-21-2所示为三相鼠笼异所示为三相鼠笼异步电动机可逆运行控制线路安装图。步电动机可逆运行控制线路安装图。 图图1-21-2三相鼠笼异步电动机单向运行控制线路安装图三相鼠笼异步电动机单向运行控制线路安装图在绘制电气安装图时应注意以下几点。（1）按电气原理图的要求，应将动力、控制和信号电路分开布置，并各自安装在相应的位置，以便于操作和维护。（2）电气控制柜中各元件之间，上、下、左、右之间的连线应保持一定的间距，并且应考虑器件的发热和散热因素，应便于布线、接线和检修。（3）给出部分元器件型号和参数。（4）图中的文字符号应与电气原理图和电气设备清单一致。1.2.4 按钮及开关1按钮按钮 作用：改变控制系统工作状态。 包括：按钮、刀开关、行程开关按钮、刀开关、行程开关 图1-3所示为按钮结构示意图及符号。 图图1-3 1-3 按钮结构示意图及符号按钮结构示意图及符号动和触点动断触点v2刀开关v又称为闸刀，用于接通或断开长期工作设备的电源，或又称为闸刀，用于接通或断开长期工作设备的电源，或小容量电动机做频繁启动。小容量电动机做频繁启动。v分类：根据极数，分为单级、双极和三极。分类：根据极数，分为单级、双极和三极。v刀开关结构及图形符号如图1-4所示。图图1-4 1-4 刀开关结构及图形符号刀开关结构及图形符号v 3组合开关v 组合开关又称转换开关，用于非频繁接通断开电路v组合开关的结构及图形符号如图1-5所示。图图1.5组合开关结构图形及符号组合开关结构图形及符号v 4自动开关（低压断路器、空气开关或空气断路器）v频繁通断电路及其对电动机控制；本身具有过载、短路、欠压保护。v自动开关的外形结构及符号如图1-6所示。图1-6 自动开关外形结构及图形符号选择开关时主要考虑：选择开关时主要考虑：1.额定工作电压；2.电流；3.极数；4允许切断及线电流v 5行程开关（限位开关或位置开关）图1-7 行程开关的外形及图形符号主要用于检测工作机械的位置，发出命令以控制其运动方向和行程的长短。做程序控制，自动循环控制，定位，限位及终端保护。分类：分类：1.按结构： 直动式，滚动式，微动式；2.按工作速度：顺动式，慢动式；3.按复位方式：自动复位和非自动复位式。行程开关的选择：1.主要是根据机械位置对结构形式的要求；2.常开常闭触点3.电压种类4.额定电压5电流值v6熔断器图1-8 熔断器的外形及图形符号作用：短路保护。常用熔断器有插入式、管式、螺旋式和填料式。选择熔断器：1.熔断器种类；2.额定电压3.容体额定电流1.2.5 接触器、继电器1.接触器作用：接通或断开交直流电路，分类：a.根据电流性质：直流和交流接触器；b.按灭弧介质：空气式，油浸式，真空式；应用最多的是空气式电磁接触器。图图1-9 接触器结构示意及图形符号接触器结构示意及图形符号接触器触点线圈主触点： 3对；通断大电流辅助触点：2对；通断小电流接触器电磁机构：将电能转换为机械能，通过电磁吸引力 吸引衔铁带动触点动作。 包括铁心，线圈，衔铁，弹簧；执行机构当电流较大时，分断电流瞬间，触点容易产生电弧，造成触点损坏。一般加电弧罩灭弧。接触器选择：1.主触点的额定电压； 2.辅助触点的额定电流； 3.吸引线圈的电压等级；图1-10 中间继电器的外形及图形符号1.继电器作用：控制信号动作；分类：电磁式继电器：中间继电器；电流继电器；电压继电器时间继电器；热继电器（1）电磁继电器继电器电磁触点中间继电器作用中间继电器作用是在电路中进行信号的传递与转换传递与转换，实现多路控制多路控制，小功率控小功率控制信号转换大容量信制信号转换大容量信号。号。 KT KT KT KT KT 线圈 常开延时 常闭延时 常开延时 常闭延时 闭合触点 断开触点 断开触点 闭合触点 图图1-11 1-11 时间继电器图形符号时间继电器图形符号（2）时间继电器一种按时间原则动作的继电器，时间由人设定。分类： 通电延时继电器：线圈通电通电一段时间后，出点动作 断电延时继电器： 断电断电图1-12 热继电器结构示意图 图1-13 热继电器的图形符号 热继电器一般有两个或3个发热元件（电阻丝）。（3）热继电器作用：过载保护。根据两种热膨胀系数不一样的金属片压捍而成。两金属片伸缩率不同而受热弯曲不同，使触点动作。 图1-14 速度继电器图形符号速度继电器主要由转子、定子和触点组成。一般速度继电器的动作转速为120r/min，触点复位转速在100r/min以下。（4）速度继电器用于笼型异步电动机的反接控制。1.3 基本控制线路基本控制线路1.3.1 单向运动控制线路单向运动控制线路电动机拖动运动部件沿着一个方向运动，称为单向运动。图1-15 单向运动控制线路点动控制是指按下按钮时，电动机就得电运转；松开按钮时，电动机就失电停转。按下SB1KM1线圈得电KM1主触头闭合电动机M1起动并连续运转KM1常开触头闭合自锁 1.3.2 多地控制线路图1-17 多地控制线路为使操作人员可以在不同的地方进行启停操作，设计了多地控制线路，如图1-17.1.3.3 双向（可逆）运动控制线路双向控制及电动机既可以正转又可以反转。 也就是改变电源相序。有两种方法：a倒顺开关改变相序；(不频繁正反转的电动机) b利用接触器主触点改变相序。（频繁） v1 按钮互锁正、反转控制按钮互锁正、反转控制v互锁互锁：把常闭触点串联在对方线圈回路，在自身线圈得电的同把常闭触点串联在对方线圈回路，在自身线圈得电的同时，常闭触点断开，阻止对方线圈得电，这种现象称为互锁。时，常闭触点断开，阻止对方线圈得电，这种现象称为互锁。按钮互锁：按钮互锁：按下按钮，切断对方接触器线圈支路，实现互锁。v2接触器互锁正、反转控制线路接触器互锁正、反转控制线路v3双重互锁正、反转控制线路双重互锁正、反转控制线路机械互锁电器互锁双重互锁 1.3.4 顺序控制线路v1同时启动、同时停止控制线路图1-19 同时启动同时停止控制线路按下SB2 KM1主触点闭合KM1线圈得电KM2线圈得电KM2主触点闭合 电动机M1转动KM1辅助触点闭合电动机M1转动KM1、KM2触点自锁M1、M2连续运行A 图：v 2顺序启动、同时停止的控制线路图1-20顺序启动、同时停止的控制线路M1启动后启动后M2再起动。再起动。A图图是通过KM1的自锁自锁来制约KM2线圈得电，只有KM1动作之后，KM2才动作。1图是通过的常开触点实现互锁，来制约线圈得电。自锁自锁互锁v 3同时启动、顺序停止的控制线路图1-21同时启动、顺序停止的控制线路闭闭合合线圈得电线圈得电自锁自锁得电得电v 4通电延时型时间继电器控制线路图图1-22 1-22 通电延时型时间继电器控制线路通电延时型时间继电器控制线路 KA线圈得电按下SB2 KA触点动作KA自锁KT线圈得电延时tKM线圈得电电机转动v 5断电延时型时间继电器控制线路 图1-23 断电延时型时间继电器控制线路按下SB1KA线圈失电KA触点动作（断开）KT线圈失电延时tKT触点断开KM线圈失电时间继电器线圈失电，延时时间继电器线圈失电，延时T时间后，时间后，KT出点动作，出点动作，KM断电断电 1.3.5 行程开关控制线路v 1限位断电控制线路图1-24限位断电控制线路 原理：运动部件碰到SQ，SQ断开，KM线圈失电，电动机停止。2限位通电控制线路 图1-25 限位通电控制线路原理：运动部件碰到SQ，SQ闭合，KM线圈得 电，电动机起动。v 3自动往返循环控制线路v自动往返循环控制线路如图1-26所示。 图1-26 行程开关自动往返循环控制线路工作台在行程开关SQ1和SQ2之间自动往复运动，直到按下停止按钮SB1. 1.4 电动机启动控制1.4.1 定子串电阻启动控制线路1.4.2 电动机的Y启动控制线路1.4.3 自耦变压器降压启动控制线路1.4.4 三相交流绕线式异步电动机的启动控制1.5 三相鼠笼式异步电动机制动控制电路 1.5.1 反接制动控制线路v 图1-33 反接制动控制线路1.6 三相交流异步电动机调速控制线路v1变极调速的工作原理v2三相交流异步电动机手动控制变极调速控制线路v 图1-37为三相交流异步电动机双速定子绕组的结构及接线。图1-38为三相交流异步电动机手动控制变极调速控制线路。 图图1-37 1-37 双速定子绕组的结构及接线双速定子绕组的结构及接线图图1-38 1-38 三相交流异步电动机手动控制变极调速控制线路三相交流异步电动机手动控制变极调速控制线路