工廠電氣控制技術 第三版方承遠張振國編著機械工業出版社 緒論 一 工廠電氣控制技術 課程的性質和任務性質 實踐性強的專業課 內容 電機 其他執行電器為控制對象 介紹電氣控制的基本原理 線路 程序及控制裝置的設計方法 目標 1 電氣控制線路 程序 技術資料的閱讀分析能力 2 電氣控制線路 程序的設計能力 任務 1 熟練掌握常用控制電器 電氣控制線路的構成 原理及用途 獨立分析和設計能力 2 掌握可編程序控制器 PLC 的基本構成 工作原理 特點及其應用發展情況 3 掌握小型PLC的硬件構成 工作原理 編程語言 指令系統與編程方法 4 掌握PLC控制系統的設計方法 設計過程 步驟 PLC模塊選擇方法 應用程序設計與調試方法等 二 電氣控制技術的發展控制方法 手動自動控制功能 簡單復雜操作方式 笨重輕巧控制原理 有觸點硬接線繼電器微處理器的軟件控制方式 集中拖動順序控制DCS網絡現場總線以太網新技術 綜合應用電子技術 檢測技術 計算機技術 自動控制理論 M23 YA M33 M 3 反轉 正轉 停 SA5 FU1 FU2 KM312 KM29 KM415 R U1 V1 W1 FR17 KS 5 5kW1410r min 1 5kW1410r min U2 V2 W2 FR213 快速進給 0 125kW2790r min KM619 KM518 KM17 U3 V3 W3 FR37 150VA380 127V 60VA380 36V FU EL T QS L1 L2 L3 31 關 SA4 開 32 主電路 第一章繼電接觸器邏輯控制基礎 意義 繼電器 接觸器控制技術是進代先進電氣控制基礎 低壓電器 電力拖動自動控制系統的基本組成元件 介紹 常用低壓電器元件的用途 類型 符號 選用四方面 舉例 電氣線路的閱讀分析方法 第一節電器的基本知識一 電器的定義及分類 一 電器的定義 凡是自動或手動接通和斷開電路 以及能實現對電路或非電對象切換 控制 保護 檢測 變換和調節目的的電氣元件統稱為電器 二 電器的分類1 按工作電壓等級分類 1 低壓電器 交流AC1200V 直流DC 1500V 2 按用途分類 1 控制電器 用于各種控制電路和控制系統的電器 2 主令電器 用于各種控制系統中發送控制指令的電器 3 保護電器 用于保護電路及用電設備的電器 4 配電電器 用于電能的輸送和分配的電器 5 執行電器 用于完成某種動作或傳動功能的電器 3 按工作原理分類 1 電磁式電器 依據電磁原理來工作的電器 2 非電類控制電器 電器的工作是靠外力或某種非電物理量的變化而動作的電器 二 電磁式電器的工作原理與結構特點組成 感測部分 電磁結構 觸頭系統 執行部分 一 電磁結構作用 將電磁能量轉換為機械能量 帶動觸頭動作 完成接通和分斷電路 組成 吸引線圈 鐵心 銜鐵等 1 常用的磁路結構 圖1 1 1 銜鐵沿棱角轉動的拍合式鐵心 廣泛應用于直流電器中 2 銜鐵沿軸轉動的拍合式鐵心 應用觸點容量較大的交流電器中 3 銜鐵直線運動的雙E形直動式鐵心 多用于交流接觸器 繼電器中 2 吸引線圈作用 將電能轉換成磁場能量 注意 結構 交 直流 熱的產生 圖1 1常用的磁路結構 線圈自然狀態 沒有電 圖1 1常用的磁路結構 線圈通電 圖1 1常用的磁路結構 機械運動 圖1 1常用的磁路結構通電后動作情況 機械運動 二 電磁吸力與吸力特性電磁吸力 1 1 式中F t 電磁吸力 單位為N B 氣隙中磁感應強度 單位為T S 磁極截面積 單位為m2 固定鐵心與銜鐵之間的氣隙 直流電磁鐵時B 恒定值 交流電磁鐵時B Bmsin t 1 2 將式1 2代入式1 1整理得式中 電磁吸力最大值 電磁吸力平均值 吸力特性 吸力F t與鐵心間隙 的特性曲線 圖1 2 直流電磁鐵 曲線1 勵磁電流I 與氣隙 無關 動作過程為 恒磁通勢 F 2 1 Rm2 1 2吸力大小 隨 陡峭 交流電磁鐵 曲線2 設線圈電壓U不變 則U E 4 44f N U 4 44fN 由磁路定律 NI Rm勵磁電流I 與氣隙 成正比 動作過程為 近似恒磁通 吸力大小 隨 平坦 圖1 2電磁鐵的吸力特性1 直流電磁鐵吸力特性2 交流電磁鐵吸力特性3 反力特性 1 2 3 F 0 分析曲線形狀為什么 三 反力特性和返回系數反力特性 反作用力Fr與氣隙 的關系曲線 圖1 2曲線3 注意 吸合 保證吸力特性位于反力特性上方 釋放 下方 返回系數 反映靈敏度的參數 釋放電壓Ure 或電流Ire 與吸合電壓Uat 或電流Iat 或 四 交流電磁機構上短路環的作用 圖1 3交流電磁機構實際吸力曲線 t Fat F 交流分量 FFatmF0Fr0 最大值交流分量反力 由上述公式可知交流電磁鐵的吸力是一個兩倍電源頻率的周期量 即恒定分量 F0 最大吸力Fat的一半 交變分量 F0cos2 t F0 所以Fat 0 FatmFat的結果有時0則Fat F0 F0cos2 t F0 1 銜鐵2 鐵心3 線圈4 短路環圖1 4交流電磁鐵的短路環 三 電器的觸點系統和電弧 一 電器的觸點系統作用 起接通和分斷電路 結構型式 1 橋式觸點 圖1 5a b 2 指形觸點 圖1 5c 圖1 5觸點的結構型式 運動過程 用力按下 運動過程結束 產生摩擦動作 產生摩擦動作 二 電弧的產生及滅弧方法I U 大到某一數值時產生電弧 U 12 20V間 I 幾百mA間 原因 觸頭氣體在電場作用下電離放電 游離現象 結果 產生高溫 發出強光 觸頭燒毀 常用的滅弧方法 1 電動力滅弧 圖1 6 應用 一般交流電路中 圖1 6電動力滅弧示意圖 2 磁吹滅弧 圖1 7 應用 直流電路中 圖1 7磁吹滅弧示意圖1 次吹線圈2 絕緣套3 鐵心4 引弧角5 導磁夾板6 滅弧罩7 動觸頭8 靜觸頭 3 窄縫滅弧 圖1 8 應用 交 直流電路中 圖1 8窄縫滅弧示意圖 4 柵片滅弧 圖1 9 應用 高壓電路中 圖1 9柵片滅弧示意圖 第二節常用低壓電器常用 開關 熔斷器 主令電器 接觸器和各種繼電器一 開關電器開關 應用于配電線路作電源的隔離 保護與控制 一 刀開關應用 在低壓電路中 作為不頻繁接通 斷開電路 原理 依靠手動來實現觸刀插入插座與脫離插座的控制電路的通 斷 參數 額定電壓 額定電流 通斷能力 動穩定電流 熱穩定電流 類型 大電流刀開關 負荷開關 熔斷器式刀開關 選擇 使額定電壓 額定電流 電路的額定電壓 額定電流注意 安裝手柄向上 電源接上端 負載接下端 產品 HD14 HD17 HS13 HK2 HH4 HR3 型號含義 0不帶滅弧罩帶有滅弧罩板前接線板后接線極數額定電流中央手柄側面正向操作中央杠桿操作側面手柄HD單投刀開關HS雙極刀開關 圖形符號及文字符號如圖1 10 圖1 10刀開關的符號a 單極b 雙極c 三極 QS 或 a b c QS QS 二 轉換開關應用 在電氣設備中 作為非頻繁接通 斷開電路 換接電源和負載 測量三相電壓以及控制小容量感應電動機 原理 依靠轉動手柄 使動觸頭與兩側靜觸頭接通和斷開電路 參數 額定電壓 額定電流 通斷能力 動穩定電流 熱穩定電流 類型 單極 雙極和多極 選擇 使額定電壓 額定電流 電路的額定電壓 額定電流產品 HZ5 HZ10 HZ15 轉換開關的結構示意圖 圖1 11轉換開關的結構示意圖 L1L2L3 UVW 圖形符號及文字符號如圖1 12 圖1 12轉換開關的符號a 單極b 三極 QS a b QS 三 斷路器 自動開關 應用 在低壓電氣中 作為非頻繁接通 斷開電路 換接電源和負載 在電路發生短路 過載或欠壓等故障時 能自動分斷故障電路 是保護電器 原理 依靠手動或電動合閘 觸頭閉合后 自有脫扣機構將觸頭鎖在合閘位置上 保護 過電流 欠壓 熱 分勵 自由脫扣 參數 額定電壓 額定電流 極數 脫扣器類型 整定電流范圍 分斷能力 動作時間 類型 單極 雙極和多極 圖1 13斷路器工作原理圖 L1L2L3 主觸頭 自由脫扣機構 過電流脫扣器 分勵脫扣器 熱脫扣器 欠電壓脫扣器 按鈕 負載 L1 L2 L3無電時的斷開狀態 L1L2L3 主觸頭 自由脫扣機構 過電流脫扣器 分勵脫扣器 熱脫扣器 欠電壓脫扣器 按鈕 負載 L1 L2 L3有電的斷開狀態 L1L2L3 主觸頭 自由脫扣機構 過電流脫扣器 分勵脫扣器 熱脫扣器 欠電壓脫扣器 按鈕 負載 接通狀態 斷路器過電流脫扣動作 L1L2L3 主觸頭 自由脫扣機構 過電流脫扣器 分勵脫扣器 熱脫扣器 欠電壓脫扣器 按鈕 運動 負載 斷路器過電流脫扣動作 L1L2L3 主觸頭 自由脫扣機構 過電流脫扣器 分勵脫扣器 熱脫扣器 欠電壓脫扣器 按鈕 脫開 負載 選擇 使額定電壓 額定電流 電路的額定電壓 通斷能力 電路的最大短路電流 場合和保護要求 產品 DZ10 DZ15 C45N S060等 調整 1 過載整定電流 使用電流 注意動作時間2 過電流脫扣器整定電流 正常尖峰電流3 欠電壓脫扣器的額定電壓 電路電壓4 級間保護的配合滿足系統要求 避免越級跳閘 圖形符號及文字符號如圖1 14 圖1 14斷路器的符號 QF 四 漏電保護斷路器應用 防止觸電 安裝在電表和熔斷器后 原理 電流互感器作用原理 保護 漏電流自動斷電 參數 額定電壓 額定電流 極數 額定漏電動作電流 額定頻率 額定漏動作電時間 類型 單極 雙極和多極 原理圖1 15 原理圖如圖1 15 圖1 15DZL18 20型漏電保護斷路器原理圖 ab SBR TC C1R1 C2R2 R3 R4 LN b a V KA KA 二 熔斷器 一 熔斷器的用途應用 配電線路的嚴重過載和短路保護 二 熔斷器的結構及工作原理原理 通過流過電路的過大電流產生的熱效應熔斷熔絲 安秒特性曲線 而斷開和保護電路 熔斷器的安秒特性曲線見圖1 18 圖1 18熔斷器的安秒特性曲線 0IminI IN t 熔斷區 正常工作區 過載區 三 熔斷器的類型與技術參數1 插入式 RC1A系列 低壓分支電路 I小民用2 螺旋管式 RL6用于機床 RLS2用于整流 晶閘管3 封閉管式 RT12有填料 無填料 快速 低壓電網4 新型 1 自復式 RZ1不能切斷電源 與斷路器配合使用 2 高分斷能力 NT應用電氣裝置 配電設備 四 熔斷器的選擇1 類型 線路要求 使用場合 安裝條件 適用范圍 2 額定電壓 使額定電壓 線路的額定電壓 3 額定電流 熔體的額定電流與負載相匹配 1 阻性負載熔體額定電流略 電路的額定電流 2 電機負載單臺電機Ifu 1 5 2 5 IN多臺電機Ifu 1 5 2 5 INmax IN式中IN 電機額定電流 INmax 容量最大的一臺電機額定電流 IN 其它電機額定電流的總和 3 電容負載設備中熔體的額定電流 1 6倍電容額定電流 4 配電系統中主回路熔體的額定電流 支路熔體的額定電流 4 額定分斷能力額定分斷能力 電路中可能最大故障電流5 選擇保護特性分支故障時 故障點最近處動作熔斷器的圖形符號及文字符號如圖1 19 圖1 19熔斷器的符號 FU 總結 應用 配電線路的嚴重過載和短路保護 原理 通過流過電路的過大電流產生的熱效應熔斷熔絲 安秒特性曲線 而斷開和保護電路 參數 額定電壓 額定電流 熔體額定電流 額定分斷能力 類型 插入式 螺旋管式 封閉管式 自復式 高分斷能力 產品 RL1A RLS2 RM10 RT12 RS3 RZ1等等 三 主令電器應用 在控制系統中專用于發布控制指令電器 一 控制按鈕應用 在低壓控制電路中用于發布手動控制指令 選擇 使額定電壓 額定電流 電路的額定電壓 額定電流 結構示意圖見圖1 20圖形符號及文字符號如圖1 21 圖1 20按鈕結構示意圖 圖1 21按鈕符號a 常開觸點b 常閉觸點C 復式觸點 SB a b c SB SB 二 位置開關應用 在低壓控制電路中 用于實現順序控制 定位控制和位置狀態的檢測 1 行程開關 限位開關 工作 利用運動部件碰撞來發出指令 應用 運動方向 行程大小 位置保護 選擇 使額定電壓 額定電流 電路的額定電壓 額定電流 注意 復位方式 觸點數量等 類型 直動 滾動直動 杠桿單 雙輪旋轉式 滾動擺桿可調式 杠桿可調式 產品 LXW5 LX9 LXK3 LX32 LXW5等等 外形如圖1 22圖形符號及文字符號如圖1 23 a 單輪旋轉式b 雙輪旋轉式圖1 22LX19系列行程開關 圖1 23行程開關的符號a 常開觸點b 常閉觸點C 復式觸點 a b c SQ SQ SQ 2 接近開關 無觸點行程開關 工作 是以不直接接觸方式進行控制的一種位置開關 應用 高速計數 測速 檢測零件尺寸等 特點 工作穩定可靠 壽命長 重復定位精度高 適應惡劣的工作環境等 選擇 工作電壓 輸出電流 動作距離 重復精度 工作響應頻率 注意 電源電壓 額定工作電壓 負載電壓 開關輸出電壓 負載電流 輸出電流 計數頻率 開關的工作響應頻率 電路如圖1 24圖形符號及文字符號如圖1 25 R9 R7 R11 R14 R17 R16 R18 R13 V4 R10 R12 R5 R8 R6 R4 R3 R2 R1 R15 VS L C1 C2 C4 C5 R7 C7 VD6 V6 VD5 VD4 V5 C3 C6 V1 V2 V3 VD1 VD2 VD3 圖1 24LJ2型接近開關電路原理圖 1 紅 3 黃 虛線用戶自接 圖1 25接近開關的符號 SQ SQ 三 萬能轉換開關工作 是一種多檔位 控制多回路的組合開關 應用 發布指令 遠距離控制 電壓 電流表的換相開關 小容量電機的啟動 調速 換向控制 特點 觸頭點數多 60個 選擇 使額定電壓 額定電流 電路的額定電壓 額定電流 產品 LW5 LW6等等 結構如圖1 26圖形符號及文字符號如圖1 27 圖1 26萬能轉換開關結構示意圖 圖1 27萬能轉換開關的符號 左0右 SA 123 SA 開關位置 左 0 右 第三組引線端子第三組引線端子 第二組引線端子第二組引線端子 四 主令控制器與凸輪控制器1 主令控制器應用 頻繁地按預定順序切換多個控制電路 對起重機 軋鋼機 其它生產機械的遠距離控制 選擇 使額定電壓 額定電流 電路的額定電壓 額定電流 產品 LK14 LK15 LK16等 結構如圖1 28圖形符號及文字符號如圖1 27 圖1 28主令控制器的結構示意圖 2 凸輪控制器工作 是一種大型的手動控制器 應用 起重設備中直接控制中小型繞線式異步電動機的起動 停止 調速 換向 制動 也適用于有相同要求的電力拖動場合 選擇 使額定電壓 額定電流 電路的額定電壓 額定電流 產品 KT10 KT14 KT15等 結構如圖1 29圖形符號及文字符號如圖1 27 圖1 29凸輪控制器的結構原理圖 四 接觸器應用 頻繁地接通 斷開交直流電路 實現遠距離控制 主要用于控制電動機 電熱設備 電焊機 電容器等的交直流主電路 類型 交流接觸器 直流接觸器 一 交流接觸器 結構如圖1 30 結構 1 電磁機構 線圈 動鐵心 銜鐵 靜鐵心 2 觸頭系統 主觸頭 通斷主電路 輔助觸頭 用于控制電路 起電氣連鎖或控制作用 3 滅弧裝置 縱縫滅弧罩 柵片滅弧結構 4 其它部件 反作用彈簧 緩沖彈簧 觸頭壓力彈簧 轉動機構 外殼 圖1 30CJ10 20型交流接觸器 二 直流接觸器結構 與交流接觸器基本相同 不同處 鐵心結構 線圈形狀 觸頭形狀和數量 滅弧方式 吸力特性 故障形式等 三 接觸器的主要技術參數和類型產品 常用交流 CJ10 CJ10X CJX2等常用直流 CZ0 CZ18等 主要技術參數 1 額定電壓 主觸頭的額定電壓 交流 220V 380V 660V 直流 110V 220V 440V 2 額定電流 主觸頭的額定電流 10 800A 3 吸引線圈的額定電壓 4 機械壽命和電氣壽命 5 額定操作頻率 一般300次 h 600次 h 1200次 h 6 動作值 吸合電壓 釋放電壓 吸合電壓 線圈的額定電壓的80 釋放電壓 線圈的額定電壓的70 交流接觸器的型號含義 CJ 接觸器交流設計序號 極數額定電流B表示柵片滅弧 直流接觸器的型號含義 CZ 接觸器直流設計序號 常閉觸點數常閉觸點數額定電流 選擇 1 根據負載性質 選類型 2 額定電壓 主電路工作電壓 3 額定電流 被控電路的額定電流 4 吸引線圈的額定電壓與頻率 控制電路的選用電壓和頻率 四 接觸器常見故障分析表1 7接觸器圖形符號及文字符號如圖1 31 表1 7接觸器的常用故障及排除方法 圖1 31接觸器的符號a 線圈b 常開觸頭C 常閉觸頭 KM a b c KM KM 五 繼電器與接觸器的區別 1 用途 可大 小電流 信號類 2 工作原理 I O接口方式 可電壓 電流 3 類型 過 欠電壓 電流 4 結構 多種形式 無觸點等 5 使用方法 主電路 輔助電路 應用 頻繁地接通 斷開小電流控制電路 實現遠距離自動控制和保護的自動控制電器 輸入量 電流 電壓 溫度 時間 速度 壓力 輸出量 觸頭動作或電路參數變化 種類 1 按輸入 電壓 電流 時間 溫度 速度 壓力等 2 按原理 電磁式 感應式 電動式 熱式 電子式等 3 按輸出 有觸點 無觸點 4 按用途 控制用 保護用 一 電磁式繼電器特點 結構簡單 價格低廉 使用維護方便 1 電磁式繼電器類型 有交流 直流 1 電流繼電器線圈與電路 串 聯 匝數少 導線粗 阻抗小 欠電流式 吸引30 65 額定電流 釋放10 20 額定電流 過電流式 額定電流的1 1 4 0倍 2 電壓繼電器線圈與電路 并 聯 匝數多 導線細 阻抗大 欠電壓式 動作40 70 的UN 過電壓式 動作105 120 的UN 零電壓式 動作5 25 的UN 3 中間繼電器 電壓式 線圈與電路 并 聯 觸頭對數多 容量大 IN 5 10A 動作靈敏度高 2 電磁式繼電器的整定 圖1 32 1 調整彈簧的松緊程 越緊 需吸引V I 2 改變非磁性墊片的厚度 越大 釋放V I 3 改變初始氣隙的大小 越大 吸引V I 過量保護 反作用彈簧力 max 欠量保護 反作用彈簧力 min 3 電磁式繼電器常用型號JL JT JZ 3TH JZC系列電磁器繼電圖形符號及文字符號如圖1 33 1 線圈2 鐵心3 磁軛4 彈簧5 調節螺母6 調節螺釘7 銜鐵8 非磁性墊片9 常閉觸點10 常開觸點圖1 32JT3系列直流電磁式繼電器結構示意圖 圖1 33電磁式繼電器的符號a 線圈b 電流線圈c 電壓線圈d 觸點 KA a b c d KA KA KI I KI I KV U KV U 二 時間繼電器分類 原理 電磁式 空氣阻尼式 電動式 電子式 延時 通電 斷電延時 一 直流電磁式時間繼電器鐵心上有銅套 延時 斷電延時 5S 二 空氣阻尼式時間繼電器利用空氣阻尼 通 斷電延時 圖1 34 圖1 34JS7 A系列時間繼電器原理示意a 運動方向 圖1 34JS7 A系列時間繼電器原理示意圖b 運動方向 3 電動式時間繼電器微型電動機 延時 很少用 圖1 35 4 電子式時間繼電器電子電路 延時 應用廣泛 圖1 36 時間繼電圖形符號及文字符號如圖1 37 圖1 35JS11型電動式時間繼電器原理示意圖 9 10 圖1 36JS20系列場效應晶體管時間繼電器電氣原理圖 圖1 37時間繼電器的符號a 線圈b 通電延時線圈C 斷電延時線圈d 延時閉合常開觸點e 延時斷開常閉觸點f 延時斷開常開觸點g 延時閉合常閉觸點h 瞬時常開觸點i 瞬時常閉觸點 a b c d KT KT KT KT KT KT KT e f g h i 三 熱繼電器利用電流的熱效應 表1 8 P25 1 熱繼電器的結構和工作原理 圖1 38 P26 2 熱繼電器的主要技術參數及常用產品 表1 9 P27 3 熱繼電器的選用三角形連接 整定電流 電動機額定電流熱繼電圖形符號及文字符號如圖1 39 1 電流調節凸輪2a 2b 簧片3 手動復位機構4 弓簧5 主雙金屬片6 外導板7 內導板8 常閉靜觸點9 動觸點10 杠桿11 復位調節螺釘12 補償雙金屬片13 推桿14 連桿15 壓簧16 熱元件圖1 38熱繼電器的結構示意圖 圖1 39熱繼電器的符號a 熱元件b 常閉觸點 FR a b FR 四 速度繼電器作用 反接制動 圖1 40 動作轉速 120r min 復位轉速 100r min 可靠動作 3000 3600r min 速度繼電圖形符號及文字符號如圖1 41 圖1 40速度繼電器的原理示意圖1 轉軸2 轉子3 定子4 繞組5 擺錘6 9 簧片7 8 靜觸點 1234567 98 圖1 41速度繼電器的符號a 轉子b 常開觸點c 常閉觸點 a b c n KS n KS KS 五 固態繼電器1 種類1 直流 晶體管作開關元件輸出 交流 晶閘管作開關元件輸出 2 光耦合隔離 磁隔離 3 過零觸發 非過零觸發 有源觸發 無源觸發 2 工作原理 圖1 42P29 技術指標如表1 10P30 圖1 42光電耦合式固態繼電器的工作原理圖 固態繼電器 5V輸入 交流 直流輸出 SSR 圖1 43固態繼電器的圖形及文字符號 3 固態繼電器使用注意事項 1 過載類型 阻 感 采用過壓吸收保護 2 輸出 采用RC浪涌吸收回路 非線性壓敏電阻吸收瞬變電壓 3 散熱片 接地 絕緣 4 避免負載短路 5 輸出計算值 3倍負載額定電流值 固態繼電器注意參數見表1 10 表1 10DJ型固態繼電器的主要技術參數 補充其它控制器件一 牽引電磁鐵 一 工作原理線圈通電 產生吸力 帶動銜鐵運動 工作 二 產品 型號 MQ3 MQZ1 MFZ1 YC MFB1 YC MFZ6 YC MFJ6 YC MZS1 MZZ2 TJ2 TZ2 GTB5 LPB等系列 二 液壓控制元件液壓傳動系統的四種主要元件 1 動力元件 液壓泵 2 執行元件 液壓缸 液壓馬達 3 控制元件 電磁閥 4 輔助元件 油箱 油路 濾油器 液壓元件的符號圖補充1電液動換向閥的符號圖補充2 圖補充1幾種常用液壓元件的職能符號a 液壓泵b 溢流閥c 節流閥d 調速閥e 換向閥 a b c d e AB PT AB PT 圖補充2電液動換向閥的符號 1YA 2YA 第三節電氣控制系統圖的類型及有關規定 介紹 三相異步電動機 直流電動機的起動 運行 調速 制動的基本線路 常用的檢測電路 順序控制 保護環節 電氣圖的類型 國家標準 規定畫法 分類 1 電氣原理圖 2 電器布置圖 3 電氣安裝接線圖 一 電氣控制系統圖的圖形符號和文字符號1990年前采用1964年頒布的 電工系統圖圖形符號 GB312 64 電工設備文字符號編制通則 GB315 641990年后采用1984年頒布的 電氣圖用圖符號 GB4728 84 電氣制圖 GB6988 87 電氣技術中的文字符號制訂通則 GB7159 87 二 電氣系統圖類型 一 電氣原理圖 電氣系統中應用最多制圖原則 便于閱讀與分析控制線路 根據簡單 清晰的原則 采用電氣元件展開的形式繪制而成 內容 所以電氣元件的導電部分和接線端點 不按電氣元件的實際位置來畫 也不反應電氣元件的形狀 大小和安裝位置 特點 結構簡單 層次分明 適于研究 分析電路的工作原理等優點 表補充1電氣圖常用圖形符號和文字符號新舊標準對照表 1 繪制電氣原理圖時應遵守的原則1 原理圖分主電路和輔助電路兩部分主電路 從電源到電動機等大的電流通過的通路 輔助電路 包括控制回路 照明電路 信號電路 保護電路等 由繼電器 接觸器的線圈 繼電器的觸頭 接觸器的輔助觸頭 按扭 照明燈 控制變壓器等電器元件組成 2 采用國家規定的統一標準 元件圖 文字符號 3 各個電氣元件 部件在控制線路中的位置 根據便于閱讀的原則安排 同一電器元件的各部分根據需要可以不畫在一起 但文字符號要相同 4 圖中所有電器觸點 按沒有通電和不受外力作用時的初始開閉狀態畫出 5 主電路 輔助電路 各電氣元件一般按動作順序從上到下 從左到右依次排列 可水平布置或垂直布置 6 有直接電聯系 交叉導線連接點要用黑圓點表示 無直接聯系的交叉導線連接點不畫黑圓點 2 畫圖區域的劃分 圖紙上方的1 2 3 等數字是圖區編號 也可以設置在圖的下方 圖紙編號下方的 電源開關及保護 等字樣 表明對于區域下方元件或電路的功能 3 符號位置的索引 用圖號 頁次 圖區編號的組合索引法 索引代號的組成如下 圖區號頁次圖號 有圖號 頁次 圖區編號的組合索引代號的組成如下 圖區號圖號 當某一元件相關的各符號元素出現在不同圖號的圖紙上 而當每個圖號僅有一頁圖紙時 索引代號應簡化成 圖區號頁次 當某一元件相關的各符號元素出現在同一圖號的圖紙上 而該圖號有幾張圖紙時 可省略圖號 索引代號應簡化成 圖區號 當某一元件相關的各符號元素出現在只有一張圖號的不同圖區時 可省略圖號 索引代號只用圖區號表示 圖補充3圖區14中KA14的 14 即為最簡單的索引代號 它指出了繼電器KA的線圈位置在圖區14 左欄中欄右欄主觸頭輔助動合觸點輔助動斷觸點所在圖形區所在圖形區所在圖形區 KM127132XX2 圖補充3中的KM1線圈下方的表示是接觸器KM1相應觸頭的索引 左欄右欄動合觸點動斷觸點所在圖形區號所在圖形區號 KA7119X11XXX 圖補充3中的KA線圈下方的表示是繼電器KA相應觸頭的索引 4 電氣原理圖中技術數據的標注 電氣元件的數據和型號 一般用小號字體注在電器代號下面 如圖1 44中是熱繼電器動作電流值范圍和整定值的標注 圖1 44熱繼電器技術數據標注 FR 4 5 7 2 A6 8 二 電器元件布置圖含義 表明電氣設備上所有電機電器的實際位置 作用 為生產機械電氣控制設備的制造 安裝 維修提供必要的資料 組成 電氣設備布置圖 控制柜 控制板電氣設備布置圖 操叢臺 懸掛操叢箱電氣設備圖 注意 表達線型 三 電氣安裝接線圖 圖補充4 表達 圖中可顯示出電氣設備中元件的空間位置和接線情況 標注出外部接線 作用 為了安裝電氣設備和電器元件進行配線或檢修電器故障 使用 可在安裝或檢修時對照原理圖使用 M3 接地銅牌 照明燈 1 1mm2 紅 1 1mm2 白 包塑金屬軟管 10mm 2m 電源進線1 1mm2 黃綠 7 1mm2 紅 1 1mm2 白 15包塑金屬軟管 15mm 1m 3 1mm2 紅 1 1mm2 黃綠 包塑金屬軟管 10mm 2m 3 1 5mm2 黑 1 1 5mm2 黃綠 包塑金屬軟管 20mm 1m 按扭板 SAEL1213 QS26 W1V1U1PE SB1SB2236HL216847PE HL1 圖補充4機床電氣接線圖 第四節電氣控制的基本線路一 籠型三相異步電動機全壓起動控制線路特點 結構簡單 價格便宜 堅固耐用 組成 控制線路 繼電器 接觸器 按鈕等 起動控制 全壓 減壓 1 單向連續運行控制線路線路的工作原理電路的保護環節 1 短路保護 熔斷器 2 過載保護 熱繼電器 3 欠壓 失壓保護 接觸器本身 起動 合上QS 引入三相電源 按下SB2 交流接觸器KM的吸引線圈通電 接觸器主觸點閉合 電動機運轉 與SB2并聯的KM閉合 使接觸器吸引線圈經兩條路通電 當SB2復位時 接觸器KM的線圈仍通過其觸點通電 保持電動機運行 停止 運轉則按SB1 KM斷電釋放 其常開主觸頭切斷三相電源 電動機停止運轉 松開SB1后接觸器線圈不能通過自鎖觸點通電 因其已隨接觸器的斷電而斷開 圖1 45單向全壓起動控制線路 M3 QSFU1KMFR FU2 FRSB1SB2 KM KM L1L2L3 M3 轉動QSFU1KMFR FU2 FRSB1SB2 KM KM L1L2L3 M3 QSFU1KMFR FU2 FRSB1SB2按下 KM KM L1L2L3 M3 QSFU1KMFR FU2 FRSB1SB2 KM KM通電 L1L2L3 M3 QSFU1KMFR FU2 FRSB1SB2 KM自鎖 KM L1L2L3 n M3 QSFU1KMFR FU2 FRSB1SB2 KM自鎖 KM L1L2L3 n M3 QSFU1KMFR FU2 FRSB1按下SB2 KM自鎖 KM L1L2L3 n M3 QSFU1KMFR FU2 FRSB1SB2 KM KM L1L2L3 概念 自鎖 依靠接觸器 繼電器 自身輔助觸點而使其線圈保持通電的現象 互鎖 依靠兩個接觸器 繼電器 的輔助常閉觸點起相互控制作用 即一個接通時 利用其常閉輔助觸頭的斷開來鎖住對方線圈的電路 這種利用兩個接觸器 繼電器 的常閉觸點互相控制的方法叫互鎖象 工作原理 起動 QS SB2 KM M n n0 自鎖 停止 SB1 KM M n0 0 欠壓 失壓保護的優點1 防止電壓嚴重下降時電動機低壓運行 2 避免電動機同時起動造成的電壓嚴重下降 3 防止電源電壓恢復時 電動機突然起動運轉造成設備和人身事故 2 具有點動的控制線路 圖1 46實現點動的幾種控制線路 M3 QSFU1KMFR L1L2L3 FRSB KM FRSB1SB2 KM KM FR SB1 SB2 KMSB3 KM c KA KM SB3 KM KA KA FR SB1 圖1 46實現點動的幾種控制線路 d SB3 SB2 工作原理 點動 a 起動 QS SB KM M 停止 SB KM M 工作原理 點動 b 起動 QS SA SB2 KM M 停止 SB2 KM M 工作原理 連動 b 起動 QS SA SB2 KM M 停止 SB1 KM M 工作原理 點動 c 起動 QS SB3 KM M 停止 SB3 KM M 工作原理 連動 c 起動 QS SB2 KM M 停止 SB1 KM M 工作原理 點動 d 起動 QS SB2 KA KM M 停止 SB2 KA KM M 工作原理 連動 d 起動 QS SB3 KM M 停止 SB1 KM M 3 正 反向運行控制線路 圖1 47三相異步電動機正反轉控制線路 M3 L1 L2 L3 FU KM1 KM2 FR KM1 KM2 FR SB1 SB2 KM1 SB3 KM2 KM2 KM1 a 正 停 反 KM1 KM2 FR SB1 SB2 KM1 SB3 KM2 KM2 KM1 b 正 反 停 QS 4 自動往復行程控制線路 圖1 48自動往復循環控制線路 M3 L1 L2 L3 FU KM1 KM2 FR KM1 KM2 FRSB1 SB2 KM1SQ2KM2SQ1 SB3 KM2 KM1 QS 二 籠型三相異步電動機的減壓起動控制線路原因 大電動機 10kW 起動IST過大 對電路影響大 采用降壓起動方法 減少IST 方法 定子串電阻 或電抗 星形 三角形換接 自偶變壓器 延邊三角形 1 定子串電阻 或電抗 圖1 49 2 星形 三角形換接 圖1 50 3 自偶變壓器 圖1 51 4 延邊三角形 圖1 52 53 1 定子串電阻降壓起動控制線路 M3 L1 L2 L3 FU KM1 KM2 FR QS R KM1KM2KT FR SB1 SB2 KM1 KT a KTKM1KM2 FR SB1 SB2 KM1 KT b KM2 KM2 圖1 49定子串電阻減壓起動控制線路 2 星形 三角形換接減壓起動控制線路 圖1 50三個接觸器的星形 三角形減壓起動控制線路 M3 L1 L2 L3 FU KM2 FR KM3 KM1 QS KTKM3KM1KM2 FRSB1 SB2 KM1KM3 KT KM2 KM3 3 自偶變壓器減壓起動控制線路 圖1 51自偶變壓器減壓起動控制線路 M3 L1 L2 L3 FU KM2 KM1 FR KTKM1KM2 KT FRSB1 SB2 KT KM1 T 4 延邊三角形 圖1 52延邊三角形起動電動機定子繞組抽頭接線方式a 原始狀態b 起動狀態c 運行狀態 圖1 53延邊三角形減壓起動控制線路 三 三相繞線轉子異步電動機限流起動控制線路特點 轉子回路可通過滑環外串電阻來達到減小起動電流 提高轉子電路功率因數和起動轉矩的目的 應用 在要求起動轉矩較高的場合 1 轉子回路串接電阻起動控制線路接法 星形 平衡 不平衡 原則 時間 電流 圖1 54 54補 圖1 54時間原則控制轉子電路串接電阻起動控制線路 L1 L2 L3 FU FR KM43RKM32RKM21R KM1 QS KM1KT1KM2KT2KM3KT3KM4 SB1 SB2 KM4 KM1 KM2KM3KM4FR M3 KM2KM3KM4 KT3 KM3 KM3 KT2 KM2 KM2 KT1 圖1 54補電流原則控制轉子電路串接電阻起動控制線路 L1 L2 L3 FU FR KM43RKI3KM32RKI2KM21RKI1 KM1 KM1KAKM2KM3KM4 FR SB1 KM1 KM1 M3 KI2 KI3 KI1 KA I I I SB2 2 轉子回路串頻敏變阻器限流起動控制線路 圖1 55轉子回路串頻敏變阻器的控制線路 四 三相異步電動機的變極調速控制線路特點 2 4極雙速電動機 高 低速運行 應用 在機床中 方法 改變定子繞組的極對數 改變轉子電路中的電阻 變頻調速 串極調速 圖1 56 圖1 56雙速電動機控制線路 M3 L1L2L3 KM2 KT QSFUKM1 KM1KM2KTKM3 SA U2V2W2 KM1 KM2 KM3 W1V1U1 KM2 KM3 KT KT 低速高速 U1U2W2V1V2W1 2 轉子回路串頻敏變阻器限流起動控制線路 五 三相異步電動機的制動控制線路方法 電氣制動 機械制動 1 反接制動控制線路 10KW 改變電動機電源的相序 使定子繞組產生相反方向的旋轉磁場 產生制動轉矩的一種制動方法 制動電流 是全壓起動的兩倍 特點 制動迅速 效果好 沖擊大 為了減小沖擊電流 采用方法 通常主電路串接一定的電阻限制制動電流 注意 防止反向制動出現反向再起動 應使轉速接近零時及時斷電 1 反接制動的控制線路 1 單向反接制動的控制線路 圖1 57 2 可逆運行的反接制動控制線路 略 圖1 58補 圖1 57單向反接制動控制線路 M3 L1 L2 L3 FU KM1 KM2R FR KM1 KM2 FRSB1 SB2 KM2 KM1 KM2 KM1 KS n KS QS 圖1 58補可逆運行的反接制動控制線路 M3 L1 L2 L3 FU KM1 KM2 FR KM1 KM2 FRSB1 SB2 KM1 KM2 KM1 n KS n SK 2 SK 2 SB3 KM2 n n SK 1 SK 1 QS 圖1 58具有反接制動電阻的正反向反接制動控制線路 M3 L1 L2 L3 FU KM1 KM3 FR KS QS KM2 R 圖1 58具有反接制動電阻的正反向反接制動控制線路 2 能耗制動控制線路原理 電動機脫離三相交流電源之后 定子繞組上加一個直流電源 方法 1 單向能耗制動控制線路圖1 59 2 可逆運行能耗制動控制線路圖1 60圖1 60補 圖1 59時間原則控制的單向能耗制動控制線路 M3 L1 L2 L3 FU KM1 FR QS TC VC KM2 R KM2 圖1 59時間原則控制的單向能耗制動控制線路 圖1 60可逆運行能耗制動控制線路 M3 L1 L2 L3 FU KM1 FR QS TC VC KM3 R KM3 KM2 圖1 60可逆運行能耗制動控制線路 M3 NL1L2L3 FU KM2 KM1 QS 圖1 60補無變壓器能耗制動控制線路 KM2 KM2 FR RV 六 直流電動機的控制線路概述 分類 他勵 并勵 串勵 復勵 1 他勵 M DC1 DC1 DC2 DC2 2 并勵3 串勵 M DC DC M DC DC 4 復勵 M DC DC 一 起動控制線路起動電流IST 10 20 IN 額定電流 不要直接起動 他勵 并勵 特點 先接勵磁電源 后接電樞電源 原因 1 產生大的反電動勢 減少起動電流 2 產生足夠大的轉矩 加速起動過程 3 避免空載飛車 RaIa 電樞電阻 電流KE 電機常數n U RaIa KE 防止 勵磁磁通 0 注意 2 直流電動機的正反轉控制方向 取決于M CM I 方法 改變電樞或勵磁電壓的極性 手段 改變勵磁電壓 勵磁電流 2 5 IN額定電流 3 調速控制1 改變電樞回路電阻值調速 2 改變勵磁電流調速 3 改變電樞電壓調速 4 混合調速 勵磁電流 電樞電壓 4 制動控制1 能耗制動 2 反接制動 3 再生發電制動 電機轉速 理想轉速 電樞的反電動勢 供電電壓 電樞電流反向 產生制動轉矩 二 他勵直流電動機的控制線路1 電樞回路串電阻的起動與調速控制線路1 起動前的準備SA 0位 QF1 QF2 KI2 KA SA 自鎖 KT1 R1 R2串入主電路 2 起動SA 3位 SA1 2 KM1 M 串R1 R2 KT1 KT2 延時 KM2 R1 短接 KT2 延時 KM3 R2 短接 M 全速 3 調速SA 1 2位 分別串R1和R2 R2 低速 4 保護過載 KT1 KA KM1 KM2 KM3 M 欠電流 當勵磁斷 KI2 KA 零位 壓 SA 0位 KA 可避免M的自起動 自感電動勢 V R吸收回路 防止勵磁繞組的絕緣擊穿 圖1 61 M KM1 KI2KT1KAKM1KM2KM3 VD I I KI1 KI2 SA KI2 KA KM1 KT1 KM1 KM3 KM2 R2R1 QF1 QF2 KI1 KA 3210123 R KT2 圖1 61電樞串電阻起動與調速控制線路 M KM1 KI2KT1KAKM1KM2KM3 VD I I KI1 SA KI2 KA KM1 KT1 KM1 KM2 QF1 QF2 KI1 KA 0位 R 圖1 61準備 KT2 KI2 KM3 R2R1 M KM1 KI2KT1KAKM1KM2KM3 VD I I KI1 KT2 SA KI2 KA KM1 KT1 KM3 QF1 QF2 KI1 KA 1位 R KT2 KM1 KM3 KM2 R2R1 圖1 61低速 M KM1 KI2KT1KAKM1KM2KM3 VD I I KI1 KT2 SA KI2 KA KM1 KT1 QF1 QF2 KI1 KA 2位 R KT2 KM1 KM3 KM2 R2R1 圖1 61中速 M KM1 KI2KT1KAKM1KM2KM3 VD I I KI1 KT2 SA KI2 KA KM1 KT1 KM1 KM3 KM2 R2R1 QF1 QF2 KI1 KA 3位 R KT2 圖1 61高速 KI2KT1KAKM1KM2KM3 VD I KT2 SA KI2 KA KM1 KT1 QF2 KI1 KA 3位 R KT2 M KM1 I KI1 KM1 KM3 KM2 R2R1 QF1 KI2KT1KAKM1KM2KM3 VD I KT2 SA KI2 KA KM1 KT1 QF2 KI1 KA 2位 R KT2 M KM1 I KI1 KM1 KM3 KM2 R2R1 QF1 KI2KT1KAKM1KM2KM3 VD I KT2 SA KI2 KA KM1 KT1 QF2 KI1 KA 1位 R KT2 M KM1 I KI1 KM1 KM3 KM2 R2R1 QF1 2 改變勵磁電流方向的正 反轉控制線路采用KT延時以保證在直流電動機停轉后才能反向起動 如圖1 62正向起動運行 正向勵KTKT SB2 KM18 KI2 磁J K延時到 KM17 KT 正向運行正向停車 KTSB1 KM17 KT KM18 KI2 n 延時到n 0同理 反方向運行按SB3 停車按SB1 M I I L1 L2 L3 KM17 KM18 KM19 KM19 KM18 KI2 KI1 J K KM17 KM18 KM19 KT KI1 KI2 KM17 KM18 KM19 KT KT KM18 KM19 SB1 SB2 SB3 KM18 KM19 KM17 1 3 5 7 9 17 圖1 62改變勵磁方向的正反向控制線路 3 停車帶有能耗制動的正 反向調速控制線路利用改變電樞電流方向實現正反向運行控制線路原理圖如圖1 634 停車帶有反接制動的正 反向運行控制線路線路原理圖如圖1 64 圖1 63帶有能耗制動的正反向控制線路a 3210123 I KM3 KM2 KML KMR KM1 KA KM4 KT1 KI2 KMR KML KAR KAL KAR KAL KI2 KI1 KA KA KML KMR J K VD KI1 KT1 KT2 QF2 QF2 SA 圖1 63帶有能耗制動的正反向控制線路b KT2 圖1 64帶有反接制動的正 反向運行控制線路 QF 補電氣控制的保護環節一 短路保護 熔斷器二 過載保護 熱繼電器三 過電流保護 過電流繼電器四 零電壓及欠電壓保護 繼電器 接觸器五 弱磁保護 欠電流繼電器 圖補電氣控制線路常用保護環節 M3 L1 L2 L3 FU1 KM1 KM2 FR KA KM1 FR KI2 KV SA KM2 I U I KV KI1 KI2 FR2 FR2 KM2 KM1 SA SA KI1 KA 掌握基本分析方法 為電氣控制系統的設計 安裝 調試 維護打基礎 第五節電氣控制線路分析基礎 一 電氣控制分析的內容與要求分析內容 1 設備說明書1 設備的構造 主要技術指標 機械 液壓 氣動部分的傳動方式與工作原理 2 電氣傳動方式 電機及執行電器的數目 規格型號 安裝位置 用途與控制要求 3 了解設備的使用方法 各操作手柄 開關 旋紐 指示裝置的布置以及在控制線路中的作用 4 必須清楚地了解與機械 液壓部分直接關聯的電器 行程開關 電磁閥 電磁離合器 傳感器等 的位置 工作狀態及與機械 液壓部分的關系 在控制中的作用 2 電氣控制原理圖是控制線路分析的中心內容 分析電路圖時必須與閱讀其它技術資料結合起來 通過選用電器元件的技術參數