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1、2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,1,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,2,第2章 電氣控制基本電路,2.1 控制電路的基本邏輯概念 2.1.1 控制電路的基本組成 2.1.2 控制電器的狀態(tài)和值 2.1.3 控制電路的邏輯表達式 2.1.4 基本邏輯電路的類型 2.2 三相交流異步電動機基本控制電路 2.2.1 鼠籠型電動機直接起動控制電路 2.2.2 鼠籠型電動機降壓起動控制電路 2.2.3 繞線型異步電動機起動控制電路 2.2.4 異步電動機的制動控制電路 2.2.5 異步電動機的調速控制電路 2.3 直流電動機的控制電路 2.3.1 直流電動機的
2、基本控制特點 2.3.2 直流電動機的控制電路 習題,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,3,2.1 控制電路的基本邏輯概念,電氣控制電路根據(jù)邏輯關系可以分成三個組成部分： 輸入元件 是控制電路的輸入邏輯變量，用于對電路的控制，可分為主令元件和檢測元件。 主令元件 是人向控制電路發(fā)布控制指令的元件、如按鈕、開關等。 檢測元件 是電路和電氣控制設備本身向控制電路發(fā)布控制指令的元件，用于對電路和電氣控制設備的某些物理量(如行程距離、溫度、轉速、壓力、電流等)的檢測。常用的檢測元件有行程開關、接近開關、熱繼電器、電流繼電器、速度繼電器等。 中間邏輯元件 是控制電路的中間邏輯變量,用
3、于對電路中變量的邏輯變換和記憶等作用，常用的中間邏輯元件有中間繼電器、通用繼電器、時間繼電器及計數(shù)器等。 輸出執(zhí)行元件用于對電路控制結果的執(zhí)行。是控制電路的輸出邏輯變量。可分為有記憶功能和無記憶功能兩種，有記憶功能的輸出執(zhí)行元件常用的有接觸器、繼電器等。無記憶功能的輸出執(zhí)行元件常用的有信號燈、報警器、電磁鐵、電磁閥、電動機等。,2.1.1 控制電路的基本組成,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,4,2.1.2 控制電器的狀態(tài)和值,對于輸入元件，我們規(guī)定： 開關電器未受外力的原始狀態(tài)為0狀態(tài)， 開關電器受外力而動作的狀態(tài)為1狀態(tài)， 開關、接點在斷開時的值為0，閉合時的值為1。
4、在未受外力的原始狀態(tài)下處于斷開狀態(tài)時的開關(接點)，稱為常開開關(接點)， 處于接通狀態(tài)時的開關(接點)，稱為常閉開關(接點)。 常開開關(接點)在原始狀態(tài)下時的值為0。 常閉開關(接點)在原始狀態(tài)下時的值為1。 對于中間邏輯元件和輸出執(zhí)行元件也有兩種狀態(tài)，一種是失電狀態(tài)，一種是得電動作狀態(tài)。我們規(guī)定： 元件在失電狀態(tài)下的值為0，對于有記憶元件常開接點的值為0，常閉接點的值為1。 元件在得電狀態(tài)下的值為1，對于有記憶元件常開接點的值為1，常閉接點的值為0。,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,5,元件的狀態(tài)和值,常開開關、接點的值和元件本身的狀態(tài)一致、稱為原變量。 常閉開關、
5、接點的值和元件本身的狀態(tài)相反、稱為反變量。,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,6,2.1.3 控制電路的邏輯表達式,邏輯控制電路的邏輯表達式： HL1SB1SB2, HL2SB3SB4, HL3(S1S2)S3。,,圖2- 1簡單的邏輯控制電路,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,7,2.1.4 基本邏輯電路的類型,邏輯電路根據(jù)控制邏輯的特點可分為組合電路和時序電路。 1、組合電路 組合電路的控制結果只和輸入變量的狀態(tài)有關。 可以用布爾代數(shù)(也稱開關代數(shù)或邏輯代數(shù))通過計算而得出。 在組合電路中，也是由輸入變量、中間邏輯變量和輸出邏輯變量三者構成的，但不含
6、有記憶元件。 中間邏輯變量也可以根椐邏輯關系將其消除。 C=AB H=CD H= ABD =(AB)D,,,,,圖2- 2中間邏輯變量的消除,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,8,表2-2 串聯(lián)電路真值表 表2-3并聯(lián)電路真值表,邏輯與運算 00=0；01=0；10=0；11=1。 邏輯或運算 00=0；01=1；10=1；11=1。,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,9,例2-1,在樓梯走廊里，在樓上樓下各安裝一個開關來控制一盞燈，試畫出控制電路。 兩個開關只有種狀態(tài)，根據(jù)題意分析可知當只有其中一個開關動作時燈亮，兩個開關都動作或都不動作時燈不亮，
7、,,,由真值表寫出邏輯表達式 E=S2S1S2S1 根據(jù)邏輯表達式畫出控制電路,圖2- 3兩個開關控制一盞燈電路,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,10,例2-2,用兩個開關控制一個七段數(shù)碼管顯示1、2、3、4，試畫出控制電路。 兩個開關有種狀態(tài)，每個狀態(tài)顯示一個數(shù)字，列出真值表如表2-6所示：,,,由真值表寫出各筆畫的邏輯表達式： a=d=S2S1S2S1= (S2S2)S1= S1 b=g= S1S2 c= S2 e= S2 f = S1,,,,表2-6 七段數(shù)碼管顯示真值表,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,11,根據(jù)邏輯表達式畫出控制電路,圖2-
8、 4七段數(shù)碼管控制電路,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,12,例-3,化簡下面圖2-5的電路,,解：根據(jù)電路寫出邏輯表達式，并化簡： Y=BACAC= (BAA)C=(BA)C 根據(jù)化簡邏輯表達式畫出電路如圖2-6所示。,,圖2- 5 例-3電路,圖2- 6 例-5的化簡電路,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,13,2、時序電路,時序電路也稱記憶電路，記憶電路中包含有記憶元件，時序電路的控制結果不僅和輸入變量的狀態(tài)有關，也和記憶元件的狀態(tài)有關。 時序電路的控制結果是和輸入變量、中間邏輯變量和輸出邏輯變量三者都有關系。 繼電器、接觸器是最基本的記憶元件，
9、在電氣控制電路中，絕大多數(shù)為記憶電路。 記憶電路主要用于對短時通斷信號(如按鈕、位置開關等)的記憶，常用于各種電動機的起動停止控制，習慣上叫自鎖電路。,記憶電路有兩種基本形式，一種叫起動優(yōu)先電路，一種叫停止優(yōu)先電路。,停止優(yōu)先電路的邏輯表達式： KM=SB2(SB1+KM)。,起動優(yōu)先電路的邏輯表達式： KM=SB1+SB2KM。,,,圖2- 7基本記憶電路及時序圖,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,14,2.2 三相交流異步電動機基本控制電路,2.2.1 鼠籠型電動機直接起動控制電路,三相鼠籠型異步電動機的起動有兩種方式：直接起動(即全壓起動)和降壓起動。,單向直接起動控
10、制電路,(1) 電路的控制原理,(2) 電路的保護環(huán)節(jié), 短路保護：, 過載保護：, 失壓與欠壓保護,圖2- 8 單向直接起動控制電路,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,15,動畫演示,單向直接起動控制電路,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,16,兩臺電動機順序起動控制電路,動畫演示,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,17,2. 多地點起動停止控制,圖2-9(a)為2個地點控制一臺電動機的控制電路，每個地點各設一個起動按鈕和一個停止按鈕。由圖可知，這是一個停止優(yōu)先電路，各停止按鈕為串聯(lián)連接，各起動按鈕為并聯(lián)連接。 圖2-9(b)為另一
11、種多地點控制電路，其特點是各控制點之間的連接導線根數(shù)較少，但各控制點之間不存在停止優(yōu)先的特點。,圖2- 9多地點起動停止控制電路,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,18,多地點起動停止控制,動畫演示,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,19,3. 點動控制,具有自鎖接點的控制電路，稱作連續(xù)動作控制，簡稱連動控制。 進行短時的操作調整控制，稱為點動控制。,圖2- 10點動控制,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,20,接點競爭,在開關電路中，一個開關原變量由0變?yōu)?或由1變?yōu)?時，其反變量則由1變?yōu)?或由0變?yōu)?有一個過渡過程。過渡過程的快
12、慢將對時序電路的影響稱為接點競爭。,圖2- 11按鈕的動作過程對時序電路的影響,動畫演示,動畫演示,可以點動控制,不可以點動控制,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,21,4. 互鎖控制,常用的互鎖有輸入互鎖和輸出互鎖?；ユi主要用于控制電路中有二路或多路輸出時保證只有其中一路輸出。,圖2- 12常用的互鎖形式,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,22,5. 正反轉直接起動控制電路,圖2- 13正反轉控制電路,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,23,正反轉直接起動控制電路,動畫演示,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,24
13、,工作臺往復運動自動控制電路,動畫演示,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,25,互鎖接點的另外兩種作用,一是減少或消除主觸點在正反轉互換時產(chǎn)生的電弧對觸點的損壞。 二是可以防止主觸點因電弧而熔焊在一起時再反向起動時正反轉主觸點同時閉合而造成短路。,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,26,6. 多路輸出互鎖控制,圖2- 14三路輸出互鎖控制電路,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,27,2.2.2 鼠籠型電動機降壓起動控制電路,三相鼠籠型異步電動機能否直接起動主要取決于電源變壓器的容量和電動機的容量。 當鼠籠型電動機不滿足直接起動條件時應
14、采用降壓起動控制。起動時降低加在電動機定子繞組上的電壓，以減小起動電流，減少對線路電壓的影響，起動后再將電壓恢復到額定電壓。 常用的降壓起動控制電路有： 定子串電阻(或電抗)、 星形三角形換接、 自耦變壓器 延邊三角形起動。,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,28,1. 定子串電阻減壓起動控制電路,圖2- 15 定子串電阻減壓起動控制電路,動畫演示,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,29,2. 自耦變壓器降壓起動控制電路,圖2- 16自耦變壓器降壓起動控制電路,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,30,圖2- 17自耦變壓器降壓起動控制
15、電路之二,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,31,3. 改接線降壓起動控制電路,常見的改接線降壓起動控制電路有 星形-三角形降壓起動、 沿邊三角形-三角形降壓起動、 星形-沿邊三角-三角形降壓起動控制電路等。 改接線降壓起動控制電路一般只能用于正常工作為三角形接線的電動機。一般功率在4千瓦以上的電動機均為三角形接線，由于這種降壓起動方式只需改變電動機繞組的接線，無需專門的降壓設備。,圖2-18 電動機三相繞組接線形式,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,32,星形-三角形降壓起動控制的主電路,圖2- 19 星形-三角形降壓起動控制主電路,2020年7月26
16、日星期日,第二章 電氣控制基本電路,33,圖2- 20 延邊三角形-三角形降壓起動控制主電路,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,34,圖2- 21 星形-三角形降壓起動和沿邊三角形-三角形降壓起動的幾種控制電路,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,35,星形-三角形降壓起動控制電路,動畫演示,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,36,星形-沿邊三角-三角形降壓起動控制電路,圖2- 22 星形-沿邊三角-三角形降壓起動控制電路,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,37,2.2.3 繞線型異步電動機起動控制電路,三相繞線型異
17、步電動機的轉子回路可以通過滑環(huán)外串接可變電阻來減小起動電流，以達到提高轉子電路功率因數(shù)和起動轉矩的目的。在一般要求起動轉矩較高的場合下 。 調節(jié)轉子回路電阻的方法很多，有分段調節(jié)和連續(xù)調節(jié)兩種。分段調節(jié)有時間原則調節(jié)，電流原則調節(jié)，速度原則調節(jié)以及綜合原則調節(jié)等。連續(xù)調節(jié)有頻敏變阻器、變阻器、水電阻器調節(jié)等多種方式。,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,38,1. 時間原則轉子回路串接電阻起動控制電路,轉子繞組串接三相起動電阻，一般接成星形。 在起動前，起動電阻全部接入電路，起動過程中電阻被逐段地短接。 短接的方式有三相電阻不平衡短接法和三相電阻平衡短接法兩種。 不平衡短接是
18、每相的起動電阻輪流被短接， 平衡短接是三相的起動電阻同時被短接。 串接在繞線轉子異步電動機轉子回路中的起動電阻，無論采用不平衡或平衡短接法，其作用基本相同。 對于凸輪控制器，各對觸頭閉合順序一般按不平衡短接法設計，這樣使得控制電路簡單，采用不平衡短接法。 凡是起動電阻用接觸器來短接時，全部采用平衡短接法。,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,39,時間原則轉子回路串接電阻起動控制電路,圖2- 23 時間原則轉子回路串接電阻起動控制電路,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,40,2、電流原則轉子回路串接電阻起動控制電路,圖2- 24 電流原則轉子回路串接電阻起
19、動控制電路,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,41,3、轉子回路串頻敏變阻器起動控制電路,圖2- 25 轉子回路串頻敏變阻器起動控制電路,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,42,2.2.4 異步電動機的制動控制電路,交流異步電動機的制動方法有機械制動和電氣制動兩種。 機械制動是利用機械裝置使電動機迅速停轉。常用的機械制動裝置有電磁抱閘制動、電液閘制動、帶式制動和盤式制動等。 電氣制動是在電動機上產(chǎn)生一個與原轉子轉動方向相反的制動轉距，迫使電動機迅速停轉。電氣制動方法有反接制動、能耗制動、阻容制動、發(fā)電制動等。 1、機械制動 機械制動的特點： 停車準確，不
20、受中途斷電或電氣故障的影響而造成事故。機械制動的制動力矩在一定范圍內可以克服任何外加力矩，例如當提升重物時，由于抱閘的作用力，可以使重物停留在需要的高度，這是電氣制動所不能達到的。 但是制動時間越短，沖擊振動越大。機械制動需要在電動機的軸伸端安裝機械制動裝置，這柯對某些空間位置比較緊湊的生產(chǎn)機械來說就有些困難的。機械制動一般應用在起重卷揚等設備上。,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,43,電磁抱閘制動控制電路,圖2- 26 電磁抱閘制動控制電路,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,44,2、反接制動,（1）單向反接制動控制電路,圖2- 27 單向反接制動控
21、制電路,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,45,（1）單向反接制動控制電路,動畫演示,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,46,（2） 可逆反接制動控制電路,圖2- 28 電動機可逆反接制動控制電路,缺點 主電路沒有限流電阻，反接制動電流大，一般用于小功率電動機的控制。,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,47,具有反接制動電阻的正反向反接制動控制電路,圖2- 29 具有反接制動電阻的正反向反接制動控制電路,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,48,3、能耗制動控制電路,能耗制動 是在電動機脫離三相交流電源之后在定子繞組
22、上加一個直流電壓，即通入的直流電流在定子繞組中產(chǎn)生一個靜止磁場，由于轉子的慣性而旋轉切割磁力線，利用轉子感應電流與靜止磁場的作用以達到制動的目的。 根據(jù)能耗制動時間控制原則，可用時間繼電器進行控制，也可以根據(jù)能耗制動速度原則，用速度繼電器進行控制。,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,49,(1)單向能耗制動控制電路,圖2-30 單向能耗制動控制電路,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,50,圖2-30 單向能耗制動控制電路,動畫演示,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,51,（2）可逆能耗制動控制電路,圖2- 31 可逆能耗制動控制電路,
23、2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,52,2.2.5 異步電動機的調速控制電路,對于異步電動機，根據(jù)轉速公式為n60(1s)f1/p，可知調速的方法有： 改變轉差率s串級調速； 改變電源頻率f1變頻調速； 改變極對數(shù)p變極調速。 1、改變極對數(shù)調速控制電路 改變極對數(shù)主要是通過改變電動機繞組的接線方式來實現(xiàn)的。接線方式的改變，可以用手動控制也可以采用時間繼電器按照時間原則來控制的。 變極電動機一般有雙速、三速和四速之分。 雙速電動機定子可裝一套繞組，也可裝兩套繞組。 三速和四速電動機定子一般裝兩套繞組。,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,53,1改變極對數(shù)
24、調速控制電路,(1)雙速變極調速電動機控制電路,圖2-32 (a)為星形(四極、低速)與雙星形(二極、高速)聯(lián)結法，它屬于恒轉矩調速； 圖2-32 (b)為三角形(四極、低速)與雙星形(二極、高速)聯(lián)結法，它屬于恒功率調速。 每相繞組分兩組，當改接線后使其中一組的電流方向改變，就可達到改變極對數(shù)的目的，從而改變轉速。,圖2-32 雙速電動機三相繞組連接圖,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,54,用按鈕和接觸器控制雙速電動機的控制電路,圖2- 33 用按鈕和接觸器控制雙速電動機的控制電路,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,55,(2) 三速變極調速電動機控
25、制電路,圖2- 34 三速電動機變極調速控制電路,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,56,2. 改變轉差率調速控制電路,對于繞線式異步電動機可采用轉子回路串電阻的方法來實現(xiàn)改變轉差率調速。電動機的轉差率S隨著轉子回路電阻的變化而變化，使電動機工作在不同的人為特性上，以獲得不同轉速，從而實現(xiàn)調速的目的。 繞線式異步電動機轉子回路串電阻調速控制有兩種方式： 一種是用凸輪控制器直接控制電動機的主電路，由于控制器的觸點容量和數(shù)量有限，所以只用于小容量的電動機。 另一種是采用主令控制器和磁力控制屏配合進行控制，適用于大容量的電動機調速要求比較高，起動和工作比較繁重的場合。 下面介紹用
26、凸輪控制器進行起動調速控制的電路。 凸輪控制器結構簡單、工作可靠、維護方便、與控制箱(屏)相比外型尺寸小，廣泛用于控制中、小型起重機運行機構和小型起重機起升機構的電動機。,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,57,繞線式異步電動機轉子串電阻的調速控制電路,圖2- 35 繞線式異步電動機轉子串電阻的調速控制電路,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,58,直流電動機可按勵磁方式來分類可分： 它勵、并勵、串勵及復勵電動機。 在機床等設備中，以它勵和并勵直流電動機應用較多， 在牽引設備中，如機車等則以串勵直流電動機應用較多。 直流電動機的直流電源通常由交流電整流獲得
27、，分為可控與不可控直流電源兩種。 可控電源通常為直流發(fā)電機組或者晶閘管可控整流裝置提供。 不可控直流電源一般由交流電源經(jīng)整流變壓器及整流器提供。 下面先介紹工廠常用的直流電動機的起動、正反轉、調速及制動的特點，然后再介紹一些基本電路。,2.3 直流電動機的控制電路,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,59,1、它勵直流電動機的起動控制 電動機最常用的起動方法有電樞串電阻起動和減壓起動兩種。 2、直流電動機的正反轉控制 改變直流電動機的轉向有兩個方法，一是電動機的勵磁繞組端電壓的極性不變，改變電樞繞組端電壓的極性；二是電樞繞組兩端電壓極性不變，而改變勵磁繞組兩端電壓的極性。 3
28、、直流電動機的調速控制 直流電動機轉速調節(jié)主要有以下四種方法： (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 4、制動控制 直流電動機的電氣制動方法有： (1)能耗制動 (2)反接制動 (3)再生發(fā)電制動,2.3.1 直流電動機的基本控制特點,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,60,圖2- 36 電樞串電阻起動與調速控制電路,2.3.2 直流電動機的控制電路,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,61,圖2- 37 電樞串電阻起動調速、能耗制動正反轉控制電路,2.帶有能耗制動的正反轉控制電路,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,62,圖2- 38 直流電動機可逆起動反接制動的控制電路,3. 直流電動機可逆起動反接制動的控制電路,2020年7月26日星期日,第二章 電氣控制基本電路,63,謝謝！,轉到第三章,
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