机械设备电气控制.ppt

机床控制线路的基本环节,机械设备电气控制,学习目标： 知识目标： 1、会读电气原理图和元件索引方法的使用； 2、掌握自锁、互锁等基本概念及技能； 3、掌握三相异步电动机的启动和制动方法； 能力目标： 1、掌握自锁、互锁等基本概念及技能； 2、掌握三相异步电动机的启动和制动方法； 学习重点与难点： 重 点：1、掌握自锁、互锁等基本概念及技能； 2、掌握三相异步电动机的启动和制动方法； 难 点：1、逻辑元件的使用； 2、控制电路中的基本环节的合理分析和使用；,教学过程 项目提出： 电器控制系统是由电器设备及电气元件按照一定的控制要求联接而成，为了表达设备电气系统的组成结构，工作原理及安装调试、维护等技术要求，需要用统一的工程语言即用工程图的形式来描述，这种工程图即电气图。常用机械设备的电气工程图有三种：电气原理图、接线图、元件布置图。电气工程图是根据国家电气制图标准，用规定的图形符号、文字符号以及规定的画法绘制。,项目分析 电气原理图、接线图、元件布置图三者中电气原理图是基础。在电气原理图中掌握自锁、互锁、启动和制动技能至关重要。 首先会读电气原理图和元件索引方法的使用，然后在掌握自锁、互锁等基本概念及技能的基础上，掌握三相异步电动机的启动和制动方法。,项目决策 1）常用电气图形符号和文字符号的标准 在电气控制系统图中，电器元件的图形符号和文字符号必须使用国家统一规定的图形符号和文字符号。国家规定从1990年1月1日起，电气控制线路中的图形符号和文字符号必须符合新的国家标准。当前执行的最新标准是国家质量技术监督局颁布的GB/T 4728.1-4728.131996-2000电气简图用图形符号、GB/T 6988.1-6988.41997-2002电气技术用文件的编制、GB/T6988.6-1993控制系统功能表图的绘制)、GB/T7159-1987电气技术中的文字符号制定通则。电气图中常用图形符号和文字符号见附录。,2）电气原理图的画法规则 电气原理图是为了便于阅读和分析控制线路，根据简单清晰的原则，采用电器元件展开的形式绘制成的表示电气控制线路工作原理的图形。,（2) 一般将主电路和控制电路分开绘制，一般主电路画在左侧或上方，控制电路用细线画在右侧或下方。 主电路是流过大电流或高电压的电路，如电动机所在电路；控制电路是流过小电流或低电压的电路，如接触器和继电器线圈所在的线路以及能耗低的保护电路、联锁电路。 （3) 电气原理图中的所有电器元件不画出实际外形图，而采用国家标准规定的图形符号和文字符号表示。,（1) 电气原理图电路可水平或垂直布置。,（5）同一电路的不同部分（如线圈、触点）可分散在不同部位。按功能布置，分别放在它们完成逻辑作用的地方。为易于识别，同一电器的不同部位使用同一文字符号标明；若有多个同类元件，可在文字符号后面加数字下标。如KM1,KM2，等。 （6）电气控制线路的所有按钮，触点均按没有外力作用和没有通电时的原始状态绘出。 “原始状态”对按钮、行程开关是指没有受到外力时的触点状态；而对于接触器、继电器等是指线圈未通电时的触点状态。,（4) 在原理图上可将图分成若干图区，以便阅读查找。,3）图面区域的划分 对于较复杂的电气原理图,为了便于了解原理图的内容和组成部分在图中的位置,有利于检索电气线路,要对图面进行分区,图面分区时，竖向从上到下用拉丁字母，横向从左到右用阿拉伯数字分别编号；分区代号用该区域的字母和数字表示。 图区横向编号上方的“电源开关”等字样，表明它对应的下方元件或电路的功能，以便于理解全电路的工作原理。,4）符号位置的索引 在较复杂的电气原理图中，对继电器、接触器的线圈的文字符号下方要标注其触点位置的索引；而在触点文字符号下方要标注其线圈位置的索引。符号位置的索引，用图号、页次和图区编号的组合索引法，索引代号的组成如图1-3-4所示,图1-3-4 索引代号的组成,知识点一 机床电气原理图的画法及阅读方法,一、电气控制系统图 二、电气原理图的画法 三、电气原理图阅读和分析方法,项目实施,一)、电气控制系统图,电气控制系统图的结构,一)、电气控制系统图,某设备的电气接线图,一)、电气控制系统图,二)、电气原理图的画法,1常用电气图形符号和文字符号的标准 在电气控制系统图中，电器元件的图形符号和文字符号必须使用国家统一规定的图形符号和文字符号。当前执行的最新标准是国家质量技术监督局颁布的GB/T 4728.14728.1319962000电气简图用图形符号、GB/T 6988.16988.419972002电气技术用文件的编制、GB/T6988.6-1993控制系统功能表图的绘制)、GB/T7159-1987电气技术中的文字符号制定通则。,二)、电气原理图的画法,2电气原理图的画法规则 电气原理图一般分为主电路、控制电路、辅助电路。一般主电路用粗实线表示，画在左边(或上部)；辅助电路用细实线表示，画在右边(或下部)。 在原理图中，各电器元件不画实际的外形图，而采用国家规定的统一标准来画，文字符号也要符合最新国家标准。 原理图中各电器元件和部件在控制电路中的位置，应根据便于阅读的原则安排。同一电器的各个部件可以不画在一起。 元器件和设备的可动部分在图中通常均以自然状态画出。所谓自然状态是指各种电器在没有通电和外力作用时的状态。,二)、电气原理图的画法,2电气原理图的画法规则 在原理图中，有直接电联系的交叉导线的连接点，要用黑圆点表示。无直接电联系的交叉导线，交叉处不画黑圆点。 在原理图中，无论是主电路还是辅助电路，各电气元件一般应按动作顺序从上到下从左到右依次排列，可水平布置或垂直布置。,3图面区域的划分 图面分区时，竖向从上到下用拉丁字母，横向从左到右用阿拉伯数字分别编号；分区代号用该区域的字母和数字表示。,二)、电气原理图的画法,4符号位置的索引 在较复杂的电气原理图中，对继电器、接触器的线圈的文字符号下方要标注其触点位置的索引；而在触点文字符号下方要标注其线圈位置的索引。,二)、电气原理图的画法,二)、电气原理图的画法,5电气原理图中技术数据的标注 电气元件的技术数据，除在电气元件明细表中标明外，有时也可用小号字体标在其图形符号的旁边。 电气原理图是为了便于阅读和分析控制线路，根据简单清晰的原则，采用电器元件展开的形式绘制成的表示电气控制线路工作原理的图形。,二)、电气原理图的画法,阅读电气线路图的方法主要有两种：查线读图法和逻辑代数法 1查线读图法 了解生产工艺与执行电器的关系 分析主电路 分析控制电路 查线读图法的优点是直观性强，容易掌握，因而得到广泛应用。其缺点是分析复杂线路时容易出错，叙述也较长。,三)、电气原理图阅读和分析方法,三)、电气原理图阅读和分析方法,2逻辑代数法 逻辑代数法又称间接读图法，是通过对电路的逻辑表达式的运算来分析控制电路的，其关键是正确写出电路的逻辑表达式。 通常把继电器、接触器、电磁阀等线圈通电或按钮、行程开关受力(其常开触点闭合接通)，用逻辑“1”表示。把线圈失电或按钮、行程开关未受力(其常开触点断开)，用逻辑“0”表示。 逻辑代数法读图的优点是：各电气元件之间的联系和制约关系在逻辑表达式中一目了然。 主要缺点是：对于复杂的电气线路，其逻辑表达式很繁琐冗长。,知识点二 三相异步电动机的起动控制线路,全压启动 1点动控制线路 2长动控制线路 3长动和点动控制线路 4两地控制线路 降压启动 1丫-降压起动控制线路 2串电阻(电抗器)降压起动控制线路 3. 定子串自耦变压器降压启动 绕线形异步电动机的启动 1转子串电阻启动 2转子绕组串频敏变阻器启动,电动机起动是指电动机转子由静止状态变为正常运转状态的过程。 起动方式有直接起动与降压起动两种。 笼型交流异步电动机启动电流很大，约为额定值的4-7倍，过大的启动电流一方面会引起供电线路上很大的压降，影响其它设备的运行；另一方面电动机频繁启动会严重发热，加速线圈老化，缩短电动机的使用寿命。 可根据电动机起动频繁程度、供电变压器容量大小决定允许直接起动电功机容量，对于起动频繁，允许直接起动电动机容量不大于变压器容量的20；对于不经常起动者，直接起动电动机容量不大于变压器容量的30。通常容量小于11kw的笼型电动机可采用直接起动。,1点动控制线路,全压启动,电气原理图：,启动： 按下起动按钮SB接触器KM线圈得电KM主触头闭合电动机M启动运行。 停止： 松开按钮SB接触器KM线圈失电 KM主触头断开电动机M失电停转。,工作原理：,1点动控制线路,图2-2（a）是最基本的点动控制线路。起动按钮SB没有并联接触器KM的自锁触头，按下SB，KM线圈通电，电机起动；手松开按钮SB时，接触器KM线圈又断电，其主触点断开，电机停止运转。 图2-2（b）是带手动开关SA的点动控制线路。当需要点动控制时，只要把开关SA断开，由按钮SB2来进行点动控制。当需要正常运行时，只要把开关SA合上，将KM的自锁触点接入，即可实现连续控制。 图2-2（c）中增加了一个复合按钮SB3来实现点动控制。需要点动控制时，按下点动控制按钮SB3，其常闭触点先断开自锁电路，常开触头后闭合，接通起动控制电路，KM线圈通电，接触器衔铁被吸合，主触头闭合，接通三相电源，电动机起动运转。当松开点动按钮SB3时，KM线圈断电，KM主触点断开，电机停止运转。 图2-2（d）是利用中间继电器实现点动控制线路。利用点动按钮SB2控制中间继电器KA，KA的常开触头并联在按钮SB3两端以控制接触器KM，再由KM去控制电动机实现点动。当需要连续控制时，由按钮SB3和SB1实现。,全压启动,2长动控制线路,启动： 接通电源开关QS按下起动按钮SB2 接触器KM吸合电动机M起动运行同时KM常开触点也闭合，电动机仍继续运行。 停止： 按下停止按钮SB1时 KM线圈断电，接触器所有触点断开，电动机停转。,自锁触点,电气原理图：,工作原理：,全压启动,2长动控制线路,工作原理：,3长动和点动控制线路,全压启动,4两地控制线路,全压启动,实现两地控制的基本原则为在控制线路中将两个起动按钮的常开触点并联连接，将两个停止按钮的常闭触点串联连接。 左图所示为对一台电动机实现两地控制的控制线路，其中按钮SBl、SB3位于甲地，按钮SB2、SB4位于乙地。,电气原理图：,工作原理：,1丫-降压起动控制线路,降压启动,合上电源开关QS按下起动按钮SB2接触器KM1、KM3线圈得电，电动机定子绕组联结成星形进行降压起动同时时间继电器 KT线圈得电经一段延时后KT断开，KM3失电，延时闭合常开触点KT闭合KM2线圈得电并自锁电动机绕组联结成三角形全压运行。,工作原理：,丫-降压起动控制线路动画演示,2串电阻(电抗器)降压起动控制线路,降压启动,在电动机起动时，将电阻串联在定子绕组与电源之间，由于串联电阻起到了分压作用，电动机定子绕组上所承受的电压只是额定电压的一部分，这样就限制了起动电流，当电动机的转速上升到一定值时，再将电阻短接，电动机便在额定电压下正常运行。,工作原理：,串电阻降压起动控制线路动画演示,降压启动,3.定子串自耦变压器降压启动,合上QS KM1触点先将自耦变压器做星形连接，KM2接通电源电动机定子绕组经自耦变压器实现减压启动当电动机的转速接近于额定转速时，KM1、KM2断开而KM3闭合直接将全电压加在电动机上进入全压运行状态。,工作原理：,定子串自耦变压器降压启动动画演示,1转子串电阻启动,绕线形异步电动机的启动,合上开关QS交流接触器KM1，KM2，KM3的主触点全部断开全部电阻均接入电路，对应工作的机械特性曲线左图曲线1，从a点开始启动，转速逐渐升高当转速升高到b点时，令KM1闭合，R1被短接，R2, R3仍串入电路，由于电阻减小而转速不能突变，特性曲线瞬间过渡到曲线2上的c点并沿曲线2继续加速当加速到d点时，令KM2闭合，R1, R2被短接，R3仍串入电路，由于电阻减小而转速不能突变，特性曲线瞬间过渡到曲线3上的e点并沿曲线3继续加速当加速到f点时，令KM3闭合，R 1, R 2, R3被短接，特性曲线瞬间过渡到固有机械特性曲线上的g点并沿固有机械特性曲线继续加速，直到稳定运行，启动过程结束,转子串电阻启动,2转子绕组串频敏变阻器启动,绕线形异步电动机的启动,合上开关QS，KM1闭合，电动机定子绕组接通电源电动机开始启动时，电动机转子转速很低，故转子频率较高，f2f1，频敏变阻器的铁损很大，Rm和Xm均很大，且RmXm，因此限制了启动电流，增大了启动转矩。随着电动机转速的升高，转子电流频率下降，于是Rm、Xm随n减小，这就相当于启动过程中电阻的无级切除。当转速上升到接近于稳定值时，KM2闭合将频敏电阻器短接，启动过程结束。,要想获得更加平稳的启动特性，必须增加启动级数，这就会使设备复杂化。为此采用了在转子上串频敏变阻器的启动方法。,一、正反转控制线路 二、正反转自动循环线路 三、双速电动机控制线路,知识点三 三相异步电动机的运行控制线路,许多生产机械需要正、反两个方向的运动，例如机床工作台的前进与后退，主轴的正转与反转，起重机吊钩的上升与下降等，要求电动机可以正、反转。只需将接至交流电动机的三相电源进线中任意两相对调，即可实现反转。,一)、正反转控制线路,1接触器互锁的正反转控制 2双重互锁的正反转控制,1接触器互锁的正反转控制,工作原理：,电气原理图：,2双重互锁的正反转控制,合上电源开关QS按下SB2，接触器KMl通电吸合电动机正转此时若按下SB3常闭触点先断开KMl线圈回路，KM1常闭触点恢复闭合SB3常开触点后闭合，接触器KM2通电吸合电动机反转。由于双联按钮在结构上保证常闭触点先断开，常开触点后闭合，能实现直接正反转的要求。,工作原理：,电气原理图：,按正转起动按钮SB2接触器KMl通电吸合并自锁电动机正转使工作台右移当运动到右端时，挡铁压下右行限位开关SQl其常闭触点使KM1断电释放，使KM2通电吸合并自锁电动机反转使工作台左移。当运动到挡铁压下左行限位开关SQ2时KM2断电释放，KM1又通电吸合电动机又正转使工作台右移，这样一直循环下去。SBl为自动循环停止按钮。,二)、正反转自动循环线路,电气原理图：,工作原理：,正反转自动循环线路动画演示,三)、双速电动机控制线路,前图将定子绕组的u1、v1、wl接电源，而u2、V2、W2接线端悬空，则三相定子绕组接成三角形，每相绕组中的两个线圈串联，电流参考方向如图中箭头方向所示，磁场具有四个极(即两对极)，电动机为低速。若将接线端u1、v1、W1连在一起，而u2、v2、W2接电源，则三相定子绕组变为双星形，每相绕组中的两个线圈并联，电流参考方向如后图箭头所示，磁场变为两个极(即一对极)，电动机为高速。,三)、双速电动机控制线路,双速电动机采用复合按钮联锁的高、低速直接转换的控制线路，按下低速起动按钮SB2，接触器KMl通电吸合，电动机定子绕组接成三角形，电动机以低速运转。若按下高速起动按钮SB3，则KM1断电释放，并接通KM2和KM3，电动机定子绕组联结成双星形，电动机以高速运转。,电气原理图：,工作原理：,一、反接制动控制线路 二、能耗制动控制线路 三、机械制动控制线路,知识点四 三相异步电动机的制动控制线路,三相异步电动机从切断电源到完全停止旋转，由于惯性的关系，总要经过一段时间，这往往不能适应某些生产机械工艺的要求，无论是从提高生产效率，还是从安全及工艺要求等方面考虑，都要求能对电动机进行制动控制，即能迅速使电动机停机、定位。三相异步电动机的制动方法一般有两大类，机械制动和电气制动。电气制动控制线路包括反接制动及能耗制动控制线路。,起动时，按下起动按钮SB2接触器KM1通电并自锁电动机M通电旋转；停车时，按下停止按钮SB1常闭触点断开接触器KMl线圈断电，电动机M脱离电源，由于此时电动机的惯性很大，KS的常开触点依然处于闭合状态，所以SBl常开触点闭合时，反接制动接触器KM2线圈通电并自锁，其主触点闭合，使电动机进入反接制动状态，电动机转速迅速下降，当电动机转速接近于零时，速度继电器常开触点复位，接触器KM2线圈电路被切断，反接制动结束。,一)、反接制动控制线路,电气原理图：,工作原理：,按下停止按钮SB1，接触器KM1断电释放，电动机脱离三相交流电源，同时接触器KM2线圈通电，时间继电器KT线圈与接触器KM2线圈同时通电并自锁，电动机进入能耗制动状态。当其转子的惯性速度接近于零时，时间继电器KT线圈电路断开。由于KM2常开辅助触点复位，时间继电器KT线圈的电源也被断开，电动机能耗制动结束。,二)、能耗制动控制线路,电气原理图：,工作原理：,机械制动是利用机械装置使电动机迅速停转，常用的机械制动装置主要有电磁抱闸。 电磁抱闸由电磁铁和闸瓦制动器两部分组成，在电动机启动旋转时，电磁铁线圈同时通电，在电磁吸力作用下，克服弹簧力将制动轮上的制动闸瓦张开，脱离与电动机同轴的制动轮，实现电动机的自由旋转。当电动机要停转时，在断开电动机三相交流电源的同时也断开电磁铁线圈电源，电磁吸力消失，在弹簧力作用下将制动闸瓦紧紧压在制动轮上，使电动机迅速停转。 电磁抱闸制动比较安全可靠，能实现准确停车，被广泛应用于起重设备上。,三)、机械制动控制线路,知识点五 电动机的保护环节,电气控制系统除了满足生产机械的加工工艺要求外，还要长期、正常、无故障地运行，这就需要各种保护措施。保护环节是所有生产机械电气控制系统不可缺少的组成部分，可靠的保护装置可以防止对电动机、电网、电气控制设备以及人身安全的损害。因此，在电气控制系统中必须设置完善的保护环节。电气控制系统中常用的保护环节有 ： 一、短路保护 二、过载保护 三、过电流保护 四、欠电压与失电压保护,当电动机绕组的绝缘、导线的绝缘损坏时，或电气线路发生故障时，此时，电路中会产生很大的短路电流，它将导致产生过大的热量，使电动机、电器和导线的绝缘损坏。因此、必须在发生短路现象时立即将电源切断。 常用的短路保护元件是熔断器和断路器。,一)、短路保护,1熔断器保护 熔断器的熔体串联在被保护的电路中，当电路发生短路或严重过载时，它自行熔断，从而切断电路，达到保护的目的。,2断路器保护 断路器兼有短路、过载和欠电压保护等功能，这种开关能在线路发生上述故障时快速地自动切断电源。它是低压配电重要保护元件之一，常作低压配电盘的总电源开关及电动机、变压器的合闸开关。 对于断路器，只要发生短路就会自动跳闸，将三相电源同时切断，故可减少电动机断相运行的隐患。断路器结构复杂，广泛用于要求较高的场合。,一)、短路保护,电动机长期超载运行时，绕组的温升会超过其允许值，电动机的绝缘材料就要变脆，寿命降低，严重时会使电动机损坏。过载电流越大，达到允许温升的时间就越短。当电动机为额定电流时，为额定温升，热继电器不动作，在过载电流较小时，热继电器要经过较长的时间才动作；过载电流较大时，热继电器则经过较短的时间就会动作。 常用的过载保护元件是热继电器(或断路器)。,二)、过载保护,由于不正确的起动和过大的负载转矩以及频繁的反接制动，都会引起过电流。为了限制电动机的起动或制动电流过大，常常在直流电动机的电枢回路中或交流绕线转子电动机的转子回路中串入附加的电阻。若在起动或制动时，此附加电阻已被短接，就会造成很大的起动或制动电流。 另外，电动机的负载剧烈增加，也要引起电动机过大的电流，过电流的危害与短路电流的危害一样，只是程度上的不同，过电流保护常用断路器或电磁式过电流继电器。 过电流保护常用断路器或电磁式过电流继电器