Transcript 第六章电气控制线路
第6章 电气控制线路 电气控制线路是由按钮、接触器、继电器等有触头电器 组成的继电器-接触器控制线路。 主电路:通过电流较大 电气控制线路 控制电路：通过电流较小 §6.1.1 点动与长动控制 1. 点动控制线路 点动是指在按下按钮时电动机转动工作，松开按钮时电动机 停止工作。 为 什 么 用 点 动 开 关 ？ 图6.1.1 点动控制线路 ◆ 原理图 ◆ 工作原理（合上开关QS） 按下按钮（SB1） 线圈（KM）通电 触头（KM）闭合 按钮松开 触头（KM）打开 电机转动； 线圈（KM）断电 电机停转。 主电路 控制电路 2.长动控制线路 长动是指电动机在起动后，如果没有发出停止信号，电 动机将连续工作下去。 • 依靠接触器自身辅助触 点而使其线圈保持通电 的现象 ----自锁 • 为什么加自锁？ 图6.1.2 长动控制线路 ◆工作过程 合上QS，按下SB2，KM线 圈吸合，KM 主触点闭合，电 动机运转。KM辅助常开触点 闭合，自锁。 按下SB1，KM线圈断电， 主触点、辅助触点断开，电 动机停止。 自锁另一作用：实现欠压和 失压保护 图6.1.2 长动控制线路 §6.1.2 电动机安全保护环节 电气控制系统中常用的保护环节有过载保护、短路保护、 失压和欠电压保护等。 1.隔离电源 2. 短路保护 3.失压保护 4.过载保护 1. 短路保护 熔断器比较适用于对动作精确度和自动化程度较差的系统 中，如小容量笼型电动机、一般普通交流电源等。 自动开关结构复杂，操作频率低，广泛用于要求较高的场合。 2. 失压保护 失压保护是指防止电动机电压消失后，当电压恢复时电 机自行起动的保护。 3. 过载保护 常用的过载保护元件是热继电器FR 。 由于热惯性的原因，热继电器不会受电动机短时过载冲击 电流或短路电流的影响而瞬时动作，所以在使用热继电器的 保护电路中，还需设短路保护。 连续与点动混合正转控制电路 6.2 电动机正反转控制线路 在生产上许多生产机械的运动部件都需要正反转工作，例如 铣床工作台的前进与后退、主轴的正转与反转、磨床砂轮架的升 降和起重机的提升与下降，等等，这就要求电动机能正反转。 工作原理： 改变三相电源的相序即可改变电动机旋转方向。 接触器吸合顺序: KM1 KM2 1、正转时，KM1吸合， KM2不能吸合； 2、反转时，KM2吸合， KM1不能吸合。 M 3~ 一、接触器正反转控制线路 上图中如果按了SB2又按了SB3，就会造成短路事故。 因此这种线路是不能采用的。 二、 接触器互锁正反转控制线路 解决 加互锁----在同 一时间里两个 接触器只允许 一个工作的控 制作用称为互 锁（联锁）。 缺点： 该线路不能实 现直接正反转。 图6.2.1 接触器互锁正反转控制线路 三、复合联锁正反转控制线路 解决 复合联锁正、 反转控制 图6.2.2 复合联锁正反转控制线路 三、行程开关控制的具有自动往返功能的可逆旋转电路 1、自动往返工作示意图 前进 工作台 后退 SQ4 SQ2 SQ1 SQ3 SQ3、SQ4行程开关起限位保护作用。 M 2、自动往返控制线路图： 6.3 顺序控制线路 一、定义： 指多台电动机按事先约定的步骤依次工作的控制线路。 二、控制线路 主电路 顺序起动，同时停止 顺序起动，分别停止 顺序起动，顺序停止 三、连接规律 1、起动顺序：先起动的电动机的接触器常开触点串联到后起 动电动机的接触器线圈中； 2、停止顺序：先停止的电动机的接触器常开触点并联到后停 止电动机的停止按钮两端。 6.4 时间控制线路 一、定义 以一定的时间为参数的控制线路。 二、常用延时控制电路的分类： 1、通电延时型时间继电器控制电路 按下起动按钮SB2，经一段 时间Δt的延时后，接触器KM线 圈得电，完成接通主电路任务。 2、 断电延时型时间继电器控制电路 按下按钮SB2，时间继 电器的常开触点经过一定的 延时Δt（由KT决定）后才 断开，从而主电路断电。 6.6 异步电动机起动控制线路 一、电动机的起动 电动机接通电源后由静止状态逐渐加速到稳定运行状 态的过程。 二、起动的方法： 1、直接起动 定义：将额定电压直接加到定子绕组上使电动机起动，叫直 接起动或全压起动。 Ist：电动机起动电流（A）； 条件： IN：电动机的额定电流（A）； S：电源的容量（KVA）； PN：电动机的额定功率（KW） 控制线路图： 适用范围：10KW以下的三相异 步电动机。 2、降压起动 ① 定义：借助起动设备将电源电压适当降低后加到定子绕组 上进行起动，待电动机转速升高到接近稳定时，再使电压恢复 到额定值，使电动机在额定电压下进行。 ② 三相笼型异步电动机降压起动的方法 定子绕组串电阻或电抗器降压起动控制线路 、自耦变 压器降压起动、 Y/Δ降压起动、延边三角形起动等。 定子绕组串电阻或电抗器降压起动 电动机起动时在三 相定子电路中串接电阻， 使电动机定子绕组电压 降低，减小起动电流。 待电动机转速接近额定 转速时，再将电阻短接， 电动机仍然在额定电压 下运行。 自耦变压器（起动补偿器）降压起动 起动时，电动 机的定子绕组通过自 耦变压器接到三相电 源上，属降压起动。 当转速升高到一定程 度后，自耦变压器被 切除，电动机定子直 接接在电源上，电动 机进入正常运行。 IS ′ 设自耦变压器变比 K=N2/N1,则电动机定子电压为直 I S〃 接起动时的1/K，定子电流（即 自耦变压器副边电流）降为直接 起动时的1/K，而自耦变压器原 边电流则为直接起动时的1/K2， 起动转矩降低为直接起动时的 1/K2。 UN U′ 自耦变压器降压起动控制线路 Y/Δ降压起动控制线路 在正常运行时，电动机 定子绕组是联成三角形的， 起动时把它联接成星形， 起动即将完毕时再恢复成 三角形。 A I l Ul Z A Ul C Y B I l I lY Ul 3 Z Ul 3Z C Z X Y B 起动 正常运行 设：电机每相阻抗为 X I lY z I lY 1 I l 3 Y－ 起动应注意的问题： （1）仅适用于正常接法为三角形接法的电机。 I st 时, Tst 也 (TST U )。 2 （2） Y－ 起动 所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合 正常 运行 UP A Z A C Y 1 U P UP 3 B UP' X Z X Y C TstY 起 B 动 1 TSt 3 Y/Δ起动控制线路: 3、变频起动 起动时，给三相异步电动机加低压低频的交流电， 随着转速的上升，逐步提高电源的电压和频率，直到额定 电压和频率。 4、绕线型异步电动机起动方法 ① 转子串电阻起动 绕线型异步电动机的转子回路可以通过滑环与外部电 路连接。串入电阻或电抗，就可以限制起动电流。 线绕式转子 定子 R R R 起动时将适当的R串入转子绕组中，起动后将R短路。 I 2 st E20 R ( X 20 ) 2 R I 2 I1 2 2 转子串电阻起动的特点： （1） 适于转子为线绕式的电动机起动。 （2）R2选得适当，转子串电阻既可以降低起动电流， 又可以增加起动力矩。 R2 R'2 n R2 R '2 T 0 转子串电阻起动控制线路： ② 转子串频敏变阻器起动： 频敏变阻器： 频敏变阻器是一个三相铁心线圈， 它的铁心是由实心铁板或钢板叠成， 铁心中产生涡流损耗和一部分磁滞损 耗，铁心损耗相当于电阻，线圈相当 于电抗。电阻和电抗随频率的变化而 变化。 起动时，s=1，f2=f1，铁耗大， 等效电阻大，既限制了起动电流，又 增大了起动转矩。 随着转速n升高，s下降，f2减小， 铁心损耗和等效电阻减小，相当于逐 渐切除转子电路所串的电阻。 频敏变阻器起动控制线路图： 图6.6.1 时间原则短接电阻起动线路 6.7 异步电动机制动控制 一、制动 1、定义：异步电动机的电磁转矩T与转速n的方向相反时，电 磁转矩将成为电机旋转的阻力矩，电机处于这种状态，叫 制动。 2、目的：利用电磁转矩的制动作用使电机迅速停车（刹车） 或者稳定工作在某些有特殊要求的状态。 3、方法：机械制动和电气制动。 电气制动：反接制动、能耗制动、回馈制动。 （1）反接制动 工作原理： 改变异步电动机定子 绕组中的三相电源相序，使定子 绕组产生方向相反的旋转磁场， 从而产生制动转矩，实现制动。 制动过程：当想要停车时，首 先将三相电源切换，然后当电 动机转速接近零时，再将三相 电源切除。 特点:方法简单,无需直流电 源,制动快,但制动过程冲击 强烈、易损坏传动零件、能 量消耗大。 适用场合：用于10KW以下 小容量电动机。 控制线路图： （2）能耗制动 工作原理： 在三相电动机停车切 断三相交流电源的同时，将一直 流电源引入定子绕组，产生静止 磁场，电动机转子由于惯性仍沿 原方向转动，则转子在静止磁场 中切割磁力线，产生一个与惯性 转动方向相反的电磁转矩，实现 对转子的制动。 制动方法实质是把转子原来储存 的机械能，转变成电能，又消耗 在转子的制动上，所以称做能耗 制动。 特点：制动过程平稳，无冲击， 但需专用的直流电源。 适用场合：适用于电动机容 量较大、要求制动平稳与制 动频繁的场合。 注意：制动作用的强弱与通 入直流电流的大小和电动机转速 有关，在同样的转速下电流越大 制动作用越强。一般取直流电流 为电动机空载电流的3-4倍，过大 会使定子过热。 单相桥式整流能耗制动控制线路 半波整流的能耗制动控制线路： 反接制动的特点是制动效果显著。但在制动过程中有 反接制动与能耗制动比较： 冲击，对传动部件有害，能量消耗较大。故用于不太经常 起制动的设备，如铣床、镗床、中型车床主轴的制动。 能耗制动具有制动准确、平稳、能量消耗小等优点。 但制动力较弱，特别是在低速时尤为突出。另外它还需要 直流电源。故适用于要求制动准确、平稳的场合，如磨床 、龙门刨床等的主轴定位。 （3）回馈制动（再生制动或发电制动） 工作原理：当电动机转子轴上受外力作用，使转子的 转速超过了旋转磁场的转速时，这时电磁转矩的方向 与转子的运动方向相反，成为制动转矩。此时电动机 将机械能转变为电能馈送电网。 §6.8 电气控制线路的设计方法与操作注意事项 §6.8.1 电气控制线路设计的一般原则 1．控制电器的线圈应接在电源的同一端 6.8.1 控制电路中电器线圈、触头位置 2．交流电器的线圈不能串联使用 （a） 6.8.2 （b） 两只交流接触器的使用 3．应避免许多电器依次动作才能接通另一个电器的现象 （b） （a） 6.8.3 触头的合理使用 4．应尽量减少控制线路中所用控制电器触头的数量 6.8.4 触头的化简与合并 5．设计控制线路时应考虑到各个控制电器的实际接线，尽可能 减少连接的导线 6.8.5 电器元件的合理接线 6．设计控制线路时，应考虑种种联锁关系和电气保护，也应 考虑机床调整方便和安全操作。 联锁或互锁 联锁控制是指使多台被控的电机按规定的顺序起动的控制 方式。 互锁实际上是一种联锁关系，相互关联的触点不能同时打开。 6.8.2 电气控制线路的故障检测与分析 检测的方法: 一、调查研究法 电路出现故障，切忌盲目乱动，在检修前应对故障发生 情况进行尽可能详细的调查。 (1) 问：询问操作人员故障发生前后电路和设备的运行状 况，发生时的迹象，如有无异响、冒烟、火花及异常振动； 故障发生前有无频繁启动、制动、正反转、过载等现象。 (2) 听：在电路和设备还能勉强运转而又不致扩大故障的 前提下，可通电启动运行，倾听有无异响，如有应尽快判 断出异响的部位后迅速停车。 (3) 看：触头是否烧蚀、熔毁；线头是否松动、松脱；线 圈是否发高热、烧焦，熔体是否熔断；脱扣器是否脱扣等； 其他电气元件有无烧坏、发热、断线，导线连接螺钉是否 松动，电动机的转速是否正常。 (4) 摸：刚切断电源后，尽快触摸检查线圈、触头等容易 发热的部分，看温升是否正常。 二、逻辑分析法 逻辑分析法主要在对整个电路工作原理熟悉的基础上， 从故障现象出发，按电路工作原理逐级分析，划出故障的可 疑范围，再配合其他方法找出故障发生的准确位置。 三、欧姆表法。 如右图,按下启动按钮 SB2 ，接触器 KM1 不吸合， 说明线路有故障。 在查找故障点前首先把 控制电路两端从控制电源上 断开，万用表置于电阻挡。 1、电阻分阶测量法 （按下SB2不放） （1）正常时： R12=R13= R14=R15=R16=0 R17=R线圈 （2）当测量某标号 时，电阻突然增大， 说明表笔刚跨过的 触头或连接线接触 不良或断路。 2、电阻分段测量法 （按下SB2不放） （1）正常时： R12=R23= R34=R45= R56=0 R67=R 线圈 （2）若测得某两 点间电阻很大，说 明该触头接触不良 或导线断路。 3、 注意事项： ① 用电阻测量法检查故障时一定要断开电源。 ② 如被测的电路与其他电路并联，则必须将该电路与其他电 路断开，否则所测得的电阻值是不准确的。 ③ 测量高电阻值的电器元件时，把万用表的选择开关旋转至 适合的电阻挡。 四、试电笔检测法。 试电笔检测断路故障的 方法如右图 。 按下SB2 ，用试电笔依 次测试1,2,3,4,5,6 各点， 测到哪点试电笔不亮，即表 示该点为断路处。 五、导线短接法 短接法用一根绝缘 良好的导线，把所怀疑 断路的部位短接，如短 接过程中电路被接通， 就说明该处断路。 导线短接法检查故障时应注意问题： ① 短接法是用手拿绝缘导线带电操作的，因此一定要注意 安全，避免触电事故发生。 ② 短接法只适用于检查压降极小的导线和触点之间的断路 故障，对于压降较大的电器，如电阻、线圈、绕组等断路故 障，不能采用短接法，否则会出现短路故障。 ③ 对于机床的某些要害部位，必须在保障电气设备或机 械部位不会出现事故的情况下才能使用短接法。 六、电压测量法。 按下启动按钮 SB2 ，万用表置于 500 V 交流电压挡。 电压分阶测量法 把黑表笔作固定笔固定在某一相线端，以醒目的红表笔 作移动笔，并触及控制电路中间位置任一触点的任意一端。 1、电压分阶测量法 （1）正常时： U12=U13=U14=U15=U16=0；U17=380V （2）当测到某标号（1～6标号） 时，电压突然增大，说明表笔刚 跨过的触头或连接线接触不良或 断路。 2、电压分段测量法 （1）正常时： U12=U23=U34=U45=U56=0 U67=380V （2）若测得某两点间（标号1 ～ 6） 电压为380V，说明该触头接触不良 或导线断路。 电器的常见故障及维修: 一. 触头系统常见故障与排除 (1) 触头过热 故障原因：① 触头压力不足。 ② 触头接触不良。 ③ 电弧将触头表面烧坏。 以上三种原因会使触头接触电阻增加，使触头过热。 (2) 触头发毛 故障现象：触头表面上形成许多凸出的小点。 主要原因：触头分断时因温度很高的电弧有触头之间 燃烧，使触头熔化。 （3）触头熔焊 定义：电弧的高温将动、静触头焊在一起而不能分断的 现象称为熔焊 。 (4) 触头磨损 分类：电气磨损、机械磨损两种。 ① 电气磨损属于正常磨损，是因电弧高温使触头 金属气化蒸发而造成的。 ② 机械磨损是由触头闭合时的撞击和触头表面的 相对滑动摩擦造成的。 二、电磁系统的故障及维修 1、衔铁振动噪声大 故障原因是： ① 短路环损坏。 ② 动、静铁心由于衔铁歪斜或端面有污垢而造成接触 不良。 ③ 活动部件卡阻而使衔铁不能完全吸合。 2、线圈过热或烧毁 产生故障原因： ① 线圈匝间短路。 ② 动、静铁心端面变形或有污垢，闭合后有间隙。 ③ 操作过于频繁。 ④ 外加电压高于线圈额定电压，电流过大，产生热效 应，严重时会烧毁线圈。