电气控制与PLC可编程逻辑控制器第二章.ppt

工厂电器与PLC原理,主讲人常亮,2,第二章电气控制线路基础,要求领会常用控制电路的设计思想，学会分析基础电路的工作原理，熟记起停、正反转、两地控制等电路的电路结构及特点，并要求能够熟练画出这些电路。,目的,学习由电器元件组成的鼠笼式三相交流异步电动机起、停，正反转，多地，多条件控制电路的基本原理；降压起动控制电路；制动控制电路；调速。,本章主要内容,3,第二章电气控制线路基础,本章主要内容,第一节三相笼型异步电动机的基本控制线路,第二节三相笼型异步机降压起动控制线路,第三节三相笼型异步机制动控制线路,第四节三相笼型异步电动机速度控制线路,4,第一节三相笼型异步电动机的基本控制线路,本节主要描述小型电动机的全压起动及其主要控制环节。,一、全压启动控制线路,2、控制电路用两个控制按钮，控制接触器KM线圈的通、断电，从而控制电动机（M）启动和停止。,第二章电气控制线路基础,1、主电路三相电源经QS、FU1、KM的主触点，FR的热元件到电动机三相定子绕组。,3、电气控制线路图,返回,5,4、全压启动控制电路的保护分析,第二章电气控制线路基础,第一节三相笼型异步电动机的基本控制线路,过载保护热继电器FR用于电动机过载时，其在控制电路的常闭触点打开，接触器KM线圈断电，使电动机M停止工作。排除过载故障后，手动使其复位，控制电路可以重新工作。,短路保护熔断器组FU1用于主电路的短路保护，FU2用于控制电路的短路保护。,失压保护电路失电复上电，不操作起动按钮，KM线圈不会再次自行通电，电动机不会自行起动。,返回,6,二、正反转控制电路,第二章电气控制线路基础,第一节三相笼型异步电动机的基本控制线路,正反转实现的方法改变电源相序（两根火线对调）。,1、正反转基本控制电路,主电路KM1主触点接通正相序电源M正转KM2主触点接通反相序电源M反转,控制电路SB1控制正转，SB2控制反转，SB3用于停止控制。,2、互锁控制,返回,3、按钮联锁功能,动画演示,7,三、点动控制线路,用途适用于电动机短时间调整的操作。,第二章电气控制线路基础,第一节三相笼型异步电动机的基本控制线路,四、多点控制线路,定义多地控制电路设置多套起、停按钮，分别安装在设备的多个操作位置，故称多点控制。,特点起动按钮的常开触点并联，停止按钮的常闭触点串联。,返回,,几种点动控制线路,动画演示,8,五、顺序控制线路,第二章电气控制线路基础,第一节三相笼型异步电动机的基本控制线路,返回,六、自动循环控制线路,工作台移动机构示意图,9,第二节三相笼型异步机降压起动控制线路,第二章电气控制线路基础,问题的提出因为异步电动机大于10KW）的全压起动电流较大。过大的起动电流会降低电动机寿命，致使变压器二次电压大幅度下降，减少电动机本身的起动转矩，甚至使电动机根本无法起动，还要影响同一供电网路中其它设备的正常工作。,返回,无级控制液阻降压、晶闸管（软启动器）、磁控降压；,降压的实现减小启动电流，防止电路中产生过大的电压降。,有级控制定子电路串电阻（或电抗）降压起动、自耦变压器降压起动、Y-△降压起动、△-△降压起动；,10,一、Y-△降压起动,降压原理以时间为原则，起动时电动机定子绕组Y连接，运行时△连接。,Y-△降压起动控制电路图,第二章电气控制线路基础,第二节三相笼型异步机降压起动控制线路,二、软启动器及其应用,优点一般采用16位单片机进行智能控制，既能保证电动机在负载要求的启动特性下平滑启动，又能降低对电网的冲击，启动电流、启动转矩可调节，还具有电动机过载保护等功能。,返回,11,软启动器的启动方式,1斜坡升压启动方式,2转矩控制及启动电流限制启动方式,3电压提升脉冲启动方式,返回,第二章电气控制线路基础,第二节三相笼型异步机降压起动控制线路,串接于电源与被控电动机之间，由三相交流调压电路和控制电路构成，利用晶闸管的移项控制原理，控制晶闸管的触发角，使用晶闸管桥可以逐步增加电源输出电压，电机电压随着变化。,软启动器工作原理,12,第二章电气控制线路基础,第二节三相笼型异步机降压起动控制线路,三、软启动器应用举例,以施奈德的Altistart46软启动器为例,软启动器的停车方式,自由停车传统的控制方式都是通过瞬间停电完成的；,软停车电动机停机时，软起动器将额定电压按软停车设定的时间缓慢降至起始电压后停止输出的一种停车方式，它可以消除了由于自由停车带来的拖动系统反惯性冲击。,制动停车向电机输入直流电流，从而加快制动，制动时间可调，主要用于惯性力矩大的负载或需快速停机的场合。,13,第三节三相笼型异步机制动控制线路能耗制动,第二章电气控制线路基础,主电路中KM1的主触点闭合时，电动机M作电动工作。KM2主触点用于能耗制动时为定子绕组通入直流电流。,二、主电路,三、控制电路（按时间原则控制）,一、能耗制动原理,返回,电动机的定子绕组从电源切断后，将其中任意两端接上直流电源．从而在空气隙中建立一静止的磁场。旋转着的转子切割磁场感应电势，由于转子绕组是一闭合电路，便产生电流和电磁转矩。该电磁转矩的作用方向与转子旋转方向相反，起到制动作用。,14,第四节三相笼型异步电动机速度控制线路,第二章电气控制线路基础,返回,一、异步电机的速度控制,n60f1-s/p,调速方法,1、改变极对数P通过接触器触点改变电动机绕组的接线方式来调速，控制最简单，但不能无级调速。,2、改变供电频率f通过改变供电电压的频率（变频器）可以实现电动机的速度控制，控制复杂，但性能最好。,3、改变转差率s通过降低供电电压可以实现电动机的速度控制。,15,第二章电气控制线路基础,第四节三相笼型异步电动机速度控制线路,二、变频调速的特点,可以连续调速，可以通过电子回路改变相序、改变转速方向。启动电流小，可以加减速度，可以高速化和小型化，保护功能齐全。,三、变频器的分类,1、根据变流环节分交直交变频器、交交变频器；,2、根据滤波方式分电压型变频器、电流型变频器；,3、根据控制方式分V/F控制、矢量控制；,（1）V/F控制改变频率的同时控制变频器输出电压，使电机的功率因数和效率不下降，即控制电压与频率之比。,16,第二章电气控制线路基础,第四节三相笼型异步电动机速度控制线路,特点属于开环控制，控制电路简单，成本经济，但不能达到较高的控制性能，调速范围窄，抑制过电流能力有限，多用于通用变频器。,（2）矢量控制根据直流电动机的控制思想，建立交流电动机的动态数学模型，采用坐标变换的方法，将交流电动机的定子电流分解成磁场分量和转矩分量，并加以控制。,特点属于闭环控制，需要根据电动机参数，设置变频器的参数，具有较高的控制性能，调速范围宽，响应性极高，能够连续运转，一般用于专用变频器。,4、根据输出电压调制方式分PAM方式、PWM方式；,17,变频器主要由主电路、控制电路和保护电路等组成的。,四、变频器的组成原理,5、根据输入电源相数分单相变频器、三相变频器；,1、主电路完成电能的转换，为电动机提供调频调压电源。,2、控制电路为主电路提供控制信号，由一个高性能的CPU接受接口电路接收的各种检测信号和参数设定值，再根据内部程序进行判断和计算，其包括检测电路、输入/输出接口电路、控制电源、驱动电路、键盘和显示部分。,3、保护电路当变频器发生故障时，完成预先设定的各种保护。,第二章电气控制线路基础,第四节三相笼型异步电动机速度控制线路,18,第二章电气控制线路基础,第四节三相笼型异步电动机速度控制线路,五、变频器调速应用举例,以西门子的MICROMASTER440（MM440）变频器为例,（1）控制方式,返回,（2）保护特性,过电压/欠电压保护、变频器过热保护、接地故障保护、短路保护、电动机过载保护、PTC电动机过热保护,矢量控制，FCC磁通电流控制，多点特性可编程的V/f特性控制，线性V/f控制,19,第二章电气控制线路基础,第四节三相笼型异步电动机速度控制线路,（3）变频器功能方框图,（5）应用举例,返回,（4）操作与显示,20,全压启动控制线路图,返回,21,正反转控制线路,返回,22,正反转控制线路,返回,23,正反转控制线路,返回,24,下一页,点动控制线路一,25,点动控制线路二,下一页,26,点动控制线路三,返回,27,多点控制线路,返回,28,顺序控制线路一,下一页,29,顺序控制线路二,下一页,30,下一页,顺序控制线路三,31,顺序控制线路四,返回,32,工作台往复运动示意图,返回,33,工作台往复运动控制线路图,返回,34,返回,35,返回,36,斜坡升压启动方式,返回,主要用于一台软启动器并联多台电机或电机功率远小于软启动器，控制方法最简单，不具备电流闭环控制，仅调整晶闸管导通角，使之与时间成一定函数关系增加，初始转矩小，启动时间长。,37,转矩控制及启动电流限制启动,返回,启动平滑，柔性好，对拖动系统有更好的保护，是最优的重载启动方式，但启动时间较长。,38,电压提升脉冲启动方式,返回,用于重载在静摩擦较大的场合，启动的瞬间克服电机静转矩，然后转矩平滑上升，缩短启动时间，但突变电压会干扰其它负荷。,39,Altistart46软启动器,下一页,40,返回,41,返回,能耗制动控制线路图,42,MICROMASTER440,返回,43,变频器功能方框图,返回,44,变频器接线图,返回,45,状态显示,起动变频器,电动机点动,停止变频器,功能,改变电动机的转动方向,访问参数,增加/减小数值,数字操作器与数字显示器,操作面板,下一页,46,远程操作,下一页,47,端子操作,返回,48,实际接线图,返回,49,Y－△换接起动的电流关系,Y接,△接,,,Y－△换接起动的电压关系,Y接时，相电压为,△接时，相电压为,,,下一页,50,∵起动转矩和相电压的平方成正比T∝UP2,,Y－△换接起动的转矩关系,,Y-换接启动应注意的问题,1仅适用于正常运行为三角形△接法的电机。,2Y－启动,所以Y－降压启动适合于空载或轻载起动的场合。,返回,