电力拖动基本控制电路分析.ppt

电力拖动基本控制电路分析长兴职教中心长兴职教中心长兴职教中心长兴职教中心 戴月根戴月根戴月根戴月根维修电工高级工培训维修电工高级工培训第一单元第一单元 电气控制基础知识电气控制基础知识 电力拖动是电动机拖动生产机械运转的统称。它通常由电动机、控制电路、保护电器与生产机械及传动装置组成。电动机在按照生产机械的要求运转时，需要一定的电气装置组成控制电路。由于生产机械的动作各有不同，它所要求的控制电路也不一样，但各种控制电路总是由一些基本控制环节组成。电力拖动常用的基本控制电路有电动机起动控制、改变电动机的转动方向控制（正、反转）、改变电动机的转动速度控制（调速）、电动机的顺序控制、电动机的制动控制等。一、电气控制系统图的分类一、电气控制系统图的分类 电气控制系统是由电气设备及电气元件按照一定的控制要求连接而成。为了表达电气控制系统的组成结构、工作原理及安装、调试、维修等技术要求，需要用统一的工程语言即用工程图的形式来表达，这种工程图是一种电气图，叫做电气控制系统图。电气控制系统图一般有三种：电气原理图、电气安装接线图和电气元件位置图。原理图主要用于阅读和分析其工作原理，安装接线图主要用于安装和检修电气设备，元件位置图主要用于电器元件的布置和安装。在实际中，原理图、接线图和位置图要结合起来使用。1、电气原理图、电气原理图电气原理图又称电路图，是根据生产机械运动形式对电气控制系统的要求，采用国家统一规定的电气图形符号和文字符号，按照电气设备和电器的工作顺序，详细表示电路、设备或成套装置的全部基本组成和连接关系，而不考虑其实际位置的一种简图。图1所示为CW6140普通车床电气控制原理图。电气原理图能充分表达电气设备和电器的用途、作用和工作原理，是电气线路安装、调试和维修的理论依据。图图1 CW6140普通车床电气控制原理图普通车床电气控制原理图(1)原理图一般分电源电路、主电路、控制电路和辅助电路四部分来绘制 电源电路画成水平线，三相交流电源相序L1、L2、L3自上而下依次画出，中线N和保护接地线PE依次画以相线之下。直流电源的“”端画在上边，“”极画在下边。电源开关要水平画出。主电路是从电源向用电设备供电的路径，由主熔断器、接触器的主触点、热继电器的热元件以及电动机等组成。主电路通过的是电动机的工作电流，电流较大。主电路要垂直电源电路画在原理图的左侧。控制电路是指控制主电路工作状态的电路；辅助电路一般包括信号电路和照明电路等。信号电路是指显示主电路工作状态的电路；照明电路是指实现机床设备局部照明的电路。这些电路由继电器和接触器的线圈、继电器的触点、接触器的辅助触点、主令电器的触点、信号灯和照明灯等电器元件组成，通过的电流都较小，一般不超过5A。画控制电路和辅助电路图时，控制电路和辅助电路要跨接在两根电源线之间，一般按照控制电路、信号电路和照明电路的顺序依次垂直画在主电路图的右侧，且电路中的耗能元件（如接触器和继电器的线圈、信号灯、照明灯等）要画在电路图的下方，与下边电源线相连，而电器的触点要画在耗能元件与上边电源线之间。为读图方便，一般应按照自左至右，自上而下的排列来表示操作顺序。(2)原理图中，各电器的触点位置都按电路未通电或电器未受外力作用时的常态位置画出。分析原理时，应从触点的常态位置出发。(3)原理图中各电器元件不画实际的外形图，而是采用国家标准中统一规定的电气图形符号和文字符号来表示。(4)原理图中，同一电器的各元件不按它们的实际位置画在一起，而是按其在线路中所起作用分别画在不同的电路中，但它们的动作却是相互关联的，必须标以相同的文字符号。如图1中的交流接触器KM的线圈画在控制电路中，而三对常开主触点则画在主电路中。若线圈得电，主触点随即动作，因此，均标以相同的文字符号KM，来表示它们属于同一个接触器的元件。若图中相同的电器较多时，需要在电器文字符号后面加注不同的数字，以示区别，如图1中SB1、SB2或Q1、Q2等。(5)画原理图，电路用平行线绘制，尽量减少线条和避免线条交叉，并尽可能按照动作顺序排列，便于阅读。对交叉而不连接的导线在交叉处不加黑圆点；对“”形连接点（有直接电联系的导线交叉连接点），必须要用小黑圆点表示；对“T”形连接点处则可不加。(6)为安装检修方便，在电气原理图中各元件的连接导线往往予以编号，即对电路中的各个接点用字母或数字编号。主电路的电气连接点一般用一个字母和一个一位或二位的数字标号，如在电源开关的出线端按相序依次编号为L11、L12、L13。编号的顺序是从上至下、从左至右依次进行，标号的方法是经过一个元件就变一个号，如L21、L22、L23，L31、L32、L33等。单台三相交流电动机（或设备）的三根引出线按相序依次编号为U、V、W。对于多台电动机引出线的编号，为了不致引起误解和混淆，可在字母前用不同的数字加以区别，如1U、1V、1W，2U、2V、2W等。控制电路和辅助电路编号按“等电位”原则以从上至下、从左至右的顺序用数字依次编号，每经过一个电器元件后，编号要依次递增。控制电路编号的起始数字必须是1，其它辅助电路编号的起始数字依次递增100，如照明电路编号从101开始，信号电路编号从201开始等。(7)各元件在图中还要标有位置编号，以便寻找对应的元件。对电路或分支电路可用数字编号表示其位置。数字编号应按从左到右或自上而下的顺序排列。如果某些元件符号之间有相关功能或因果关系的，还应表示出它们之间的关系，如图1所示，图中接触器KM线圈下面竖线的左边有3个2，表示在2号位置上有它的三副主触头；第二条竖线左边有一个5，表示在5号位置上有一副常开辅助触头；第二条竖线右边表示常闭辅助触头的位置（本图中没有常闭触头）。2、电气安装接线图、电气安装接线图安装接线图是根据电气设备和电器元件的实际位置和安装情况绘制的，只用来表示电气设备和电器元件的位置、配线方式和接线方式，而不明显表示电气动作原理。图2所示为CW6140普通车床电气接线图。这种图对于实际安装、接线、调整和检修工作是很方便的，但从接线图来了解复杂的线路工作原理较为困难。图2 CW6140普通车床电气控制接线图3、电气元件位置图、电气元件位置图电气元件位置图是根据电器元件在控制板上的实际安装位置，采用简化的外形符号（如正方形、矩形、圆形等）而绘制的一种简图。它不表达各电器的具体结构、作用、接线情况以及工作原理，主要用于电器元件的布置和安装。图中各电器的文字符号必须与原理图和接线图的标注相一致。二、电气控制原理图的阅读与分析方法二、电气控制原理图的阅读与分析方法在阅读电气原理图时，首先应了解被控对象对电力拖动的要求，了解被控对象有哪些运动部件，这些运动部件是如何运动的，各个运动之间是否有相互制约的关系；并要熟悉电气原理图的绘图规则以及电气元件的图形符号。在此基础上采取先看主电路，后分析控制电路及辅助电路的步骤来看图。通过控制电路的分析，掌握主电路中电器的动作规律，根据主电路的动作要求，进一步加深对控制电路的理解。最后通过辅助电路的分析，全面了解电气原理图的工作原理。1、阅读主电路的步骤、阅读主电路的步骤(1)首先看本设备所用的电源。一般生产机械所用的电源通常都是380V、50Hz的三相交流电源。对需采用直流电源的设备，往往都是采用直流发电机供电或采用整流装置。(2)分析主电路中有几台电动机，分清各电动机的用途。目前，一般生产机械中所用电动机以笼型异步电动机为主，但绕线式异步电动机、直流电动机、同步电动机也有着各种应用。所以，在分析有几台电动机的同时，还要注意电动机的类别。(3)分清各台电动机的动作要求。如起动方式、是否有正反转，调速及制动的要求，各台电动机之间是否相互有制约关系（可通过控制电路来进行分析）。(4)掌握主电路中所用的控制电器及保护电器的动作过程及作用。在电气设备运行的过程中，要掌握主电路中各电器元件的动作顺序，分清哪些电器元件先动作，哪些后动作。并要掌握每一个电器元件的作用。(5)了解主电路中电器元件的规格等。2、阅读控制电路和辅助电路、阅读控制电路和辅助电路由于生产机械设备的类型各不相同，它们对电力拖动的控制要求也不相同，所以在电气原理图上会表现各不相同的控制电路和辅助电路。分析控制电路时，首先应分析控制电路的电源电压。通常的生产机械设备，如仅有一台电动机拖动或较少电动机拖动的设备，控制电路较简单，为减少电源种类，控制电路电压常采用交流380V，可直接由主电路引入。对于采用多台电动机拖动且控制要求又较复杂的设备，也有采用由控制变压器供电的交流110V、交流220V控制电压或由整流装置供电的直流控制电压等。其次要了解控制电路中所采用的各种继电器、接触器的用途，如果采用了一些特殊结构的继电器，还应了解它们的动作原理。最后，就可以结合主电路的具体动作要求，对控制电路的动作过程进行分析。控制电路总是按动作顺序画在两条水平线或两条垂直线之间的。因此，也就可以从左到右或从上到下来进行分析。对复杂的控制电路，还可将它分成几个功能来分析，如起动部分、制动部分、循环部分等。对于控制电路的分析，必须随时结合主电路的动作要求来进行，只有全面了解主电路对控制电路的要求以后，才能真正掌握控制电路的动作原理，不可孤立地看待各部分的动作原理，而应注意各个动作之间是有互相制约的关系，如电动机正、反转之间应设有联锁等。以常见的交流笼型电动机控制电路起动过程为例，对控制电路的分析过程一般分为以下四步：(1)按下起动按钮。(2)分析按下起动按钮后，哪些继电器或接触器的线圈得电动作。(3)分析这些继电器或接触器线圈得电后，其主触点或辅助触点的动作情况。(4)根据主触点或辅助触点的动作情况，分析这些动作后的触点在电路中的具体作用。辅助电路一般比较简单，它常包含有照明和信号部分，其电压一般由控制变压器提供。照明通常为白炽灯，电压为24V或36V；信号是指示生产机械动作状态的，工作过程中可使操作者随时观察，掌握机器工作运转的状况，通常以绿灯或白灯指示工作正常，以红灯指示出现故障。上面所介绍的读图方法和步骤，只是一般的通用方法，平时需通过对具体线路的分析来逐步掌握。三、对电气控制电路的要求三、对电气控制电路的要求1、短路保护、短路保护2、过载保护、过载保护3、欠压保护、欠压保护4、失压保护、失压保护第二单元第二单元 电动机全压起动控制电路电动机全压起动控制电路电动机全压起动是通过开关或接触器，将额定电压直接加在电动机定子绕组上的一种起动方式。这种起动方法的优点是所需电气设备少，线路简单。缺点是起动电流大，一般起动电流为额定电流的47倍，故适用于直接起动容量较小的电动机。一般规定电源容量在180KVA以上，对于7kW以下的三相异步电动机可采用直接起动。也可根据电源容量，采用下面经验公式来确定是否允许电动机直接起动：式中：Ist 电动机起动电流（A）；IN 电动机额定电流（A）。不满足上述条件就必须采用降压起动法，以限制起动电流。一、电动机正向运转控制电路一、电动机正向运转控制电路正向运转控制线路只能使电动机朝一个方向旋转，带动生产机械的运动部件朝一个方向运动。1、点动正转控制电路、点动正转控制电路2、具有电动机过载保护的自锁正转控制、具有电动机过载保护的自锁正转控制电路电路3、点动与连续混合控制的正转控制电路、点动与连续混合控制的正转控制电路4、多地控制的电动机正转控制电路、多地控制的电动机正转控制电路二、电动机正反转控制电路二、电动机正反转控制电路许多生产机械往往要求运动部件可以正、反两个方向运动，如机床工作台的前进与后退，主轴的正转与反转，起重机的上升与下降等，这就要求电动机能正、反双向旋转来实现。正、反转控制电路是通过改变通入电动机定子绕组的三相交流电源相序，即把接入电动机的三相交流电源进线中的任意两根接线对调后，就能实现改变电动机旋转方向的目的。1、接触器联锁的正反转控制电路、接触器联锁的正反转控制电路2、按钮联锁的正反转控制电路、按钮联锁的正反转控制电路3、双重联锁的正反转控制电路、双重联锁的正反转控制电路 4、自动往返控制电路、自动往返控制电路有些生产机械，如万能铣床等要求工作台在一定距离内能自动往返，以便对工件进行连续加工，而实现这种控制要求所依靠的主要电器是位置开关（又称限位开关或行程开关）。图示为由位置开关控制的工作台自动往返运动示意图。图 工作台自动往返行程控制电路 第三单元第三单元 电动机降压起动控制电路电动机降压起动控制电路前面介绍的三相异步电动机和各种控制电路均为全压起动电路。三相异步电动机全压起动时，起动电流一般为额定电流的47倍。在电力变压器容量不够大而电动机功率较大时，全压起动将导致电源变压器的输出电压下降，这不仅会使电动机的起动转矩减小，导致电动机起动困难，而且还会影响同一供电线路中其它电器设备的正常工作。因此，较大容量的电动机需要采用降压起动。降压起动是将电源电压适当降低后，再加到电动机定子绕组上进行起动，当电动机起动后，再使电压恢复到额定值。降压起动的目的在于减小起动电流，但由于电动机转矩与电压的平方成正比，所以降压起动也将导致电动机的起动转矩大为降低。因此，降压起动仅适用于空载或轻载下的起动。常见的降压起动方法有四种：定子绕组中串联电阻降压起动，自耦变压器降压起动，星形三角形降压起动和延边三角形降压起动。一、定子绕组串联电阻降压一、定子绕组串联电阻降压起动控制电路起动控制电路定子绕组串联电阻降压起动是指在电动机起动时，在电动机的定子绕组与电源之间串联电阻，由于电阻上产生电压降，使加在电动机绕组上的电压低于电源电压，待起动后，再将串联的电阻短接，电动机便在额定电压下正常运行。定子绕组串联电阻的降压起动控制电路有接触器控制和时间继电器自动控制等两种形式。1、按钮、按钮-接触器控制电路接触器控制电路2、时间继电器自动控制电路、时间继电器自动控制电路二、自耦变压器降压起动控制电路二、自耦变压器降压起动控制电路自耦变压器降压起动是指电动机起动时利用自耦变压器来降低加在电动机定子绕组上的起动电压；待电动机起动后，再使电动机与自耦变压器脱离，从而在全压下正常运行。这种降压起动分为手动控制和自动控制两种。1、手、手动控制动控制补偿器补偿器降压控降压控制电路制电路2、自动控制补偿器降压控制电路、自动控制补偿器降压控制电路三、星形三角形（三、星形三角形（Y）降压起动控）降压起动控制电路制电路星形三角形降压起动是指电动机起动时，把定子绕组接成星形接法，以降低起动时加到定子绕组上的电压，限制起动电流；待电动机起动后，再把定子绕组改接成三角形接法，使电动机全压运行。凡是在正常运行时定子绕组作三角形连接的异步电动机，均可采用这种降压起动方法。电动机起动时，将电动机定子绕组接成星形，加在每相定子绕组上的起动电压只有三角形接法的1/，起动电流为三角形接法的1/3，起动转矩也只有三角形接法的1/3，所以这种降压起动方法，只适用于轻载或空载下起动。1、手动控制、手动控制Y降压起动降压起动2、按钮和接触器控制、按钮和接触器控制Y降压起动控降压起动控制电路制电路3、时间继电器自动控制、时间继电器自动控制Y降压起动降压起动控制电路控制电路QX313型Y自动起动器控制电路 四、延边三角形降压起动控制电路四、延边三角形降压起动控制电路延边三角形降压起动的方法是在每相定子绕组中引出一个抽头，电动机起动时将一部分定子绕组接成形，另一部分定子绕组接成形，使整个绕组接成延边三角形，待电动机起动后，再将电动机定子绕组改接成三角形，使电动机全压运行。电动机定子绕组作延边三角形接线时，每相定子绕组所承受的电压大于形接法时的相电压，而小于形接法时的相电压。并且电动机每相绕组电压的大小可随电动机绕组抽头（U3、V3、W3）位置的改变而调节，从而克服了降压起动时起动电压偏低、起动转矩偏小的缺点。但采用延边三角形起动的电动机需要有九个出线端，故这种起动方式适用于JO3系列三相笼形异步电动机。延边三角形降压起动电动机定子绕组连接示意图 延边三角形降压起动控制电路 第四单元第四单元 电动机顺序控制电路和变电动机顺序控制电路和变极调速极调速一、电动机的顺序控制电路一、电动机的顺序控制电路在装有多台电动机的生产机械上，各电动机所起的作用是不相同的，有时需按一定顺序起动，才能保证操作过程的合理性及工作的安全可靠。对一台电动机起动后另一台电动机才能起动的控制方式叫做电动机的顺序控制。实现顺序控制的方法有两种：一种是主电路的顺序控制，另一种是控制电路的顺序控制。1、主电路的顺序控制、主电路的顺序控制2、控制电路的顺序控制（一）、控制电路的顺序控制（一）2、控制电路的顺序控制（二）、控制电路的顺序控制（二）二、笼形异步电动机的变极调速二、笼形异步电动机的变极调速一般机床的电动机只有一种速度，但在有些机床中，如T68型镗床和M1342A型万能外圆磨床的主轴，要得到较宽的调速范围，就采用了双速电机来传动，有的机床还采用了三速和四速电动机。这里仅介绍双速电动机的控制。1、双速电动机定子绕组的连接、双速电动机定子绕组的连接2、按钮接触器控制双速电动机控制电路、按钮接触器控制双速电动机控制电路3、双速异步电动机自动变速的控制电路、双速异步电动机自动变速的控制电路 第五单元第五单元 电动机制动控制电路电动机制动控制电路三相异步电动机从切断电源到完全停止旋转的过程中，由于惯性的存在总要经过一段时间才能实现。这样往往不能满足某些生产机械的工艺要求，例如：起重机的吊钩需要准确定位，万能铣床要求立即停转等。所以常常采用一些使电动机在切断电源后能迅速停车（或限制其转速）的措施称为制动。异步电动机的制动方法有两大类：机械制动和电气制动。一、机械制动一、机械制动利用机械装置使电动机断开电源后迅速停转的方法叫机械制动。机械制动常用的方法有电磁抱闸和电磁离合器制动。1、电磁抱闸制动、电磁抱闸制动电磁抱闸制动控制电路 2、电磁离合器制动、电磁离合器制动二、电气制动二、电气制动使电动机在切断电源停转的过程中，产生一个和电动机实际旋转方向相反的电磁力矩（制动力矩），迫使电动机迅速停转的方法叫电气制动。其方法有：反接制动、能耗制动、电容制动及再生发电制动。三相笼型异步电动机多采用反接制动和能耗制动两种制动方法。1、反接制动、反接制动依靠改变电动机定子绕组的电源相序来产生制动力矩，迫使电动机迅速停转的方法叫反接制动。反接制动控制电路 2、能耗制动、能耗制动当电动机切断交流电源后，立即在定子绕组的任意两相中通入直流电，迫使电动机迅速停转的方法叫能耗制动。能耗制动可以弥补反接制动的不足，在一些功率较大、制动次数频繁的生产机械上较多地采用这种方法。能耗制动的工作原理 无变压器半波整流单向起动能耗制动控制电路 具有能耗制动Y-降压启动控制线路 通电延时带直流能耗制动的Y-启动的控制线路 谢谢 谢谢