第四章控制工程中常用驱动控制技术

不正确
正确
◆ 线路中应尽量减少多个电器元件依次动作后才能接通另一个 电器元件，如下图所示。
◆ 应考虑电器触头的接通和分断能力，若容量不够， 可在 线路中增加中间继电器，或增加线路中触头数目。
增加接通能力用多触头并联连接；增加分断能力用多触头 串联连接。
（2）控制线路力求简单、经济 ◆ 尽量减少触头的数目
S
FU
主 电 路
KMF
FR
M 3~
笼型电动机正反转的控制线路
FR
SB1
SBF
控制电路
KMR KMF
缺点：要想改 变电机转向， 必须先按停止 按钮。
KMR
KMF SBR
KMF KMR
动作次序
合上 S
接通电源
KMR
按按SSBBFR → KMRF通通电电 按SB1 → KMF断电→
动合触点闭合 动断触点打开 电机停转
◆ 设计并绘制电气控制原理图，计算主要技术参数 ◆ 选择电气元件，制定元件目录清单 ◆ 编写设计说明书 2、电气工艺设计内容 ◆ 依据电气原理图，绘制电气控制系统的总装配图及总接线图 ◆ 对总原理图进行编号，绘制各组件原理电路图，列出各部件 的元件目录表 ◆ 设计组件电器装配图、接线图，图中应反映元件的安装方式 和接线方式 ◆ 编写使用维护说明书
负载范围225 10000 kW，可带 超过50% Te的负 载起动
优缺点
控制设备简单，起动 过程会产生高电流峰 值和大压降，对负载 冲击很大
价格便宜，“Y/Δ”切 换时会产生电流峰值 和转矩波动，控制设 备需要维护
在电压变化时会出现大压降 和高电流峰值，瞬间转矩波 动，控制设备复杂笨重，需 要维护
无进给切削： 即钻头到达位置2时不再进给，但钻头继续旋转 进行无进给切削以提高工件加工精度。
快速停车：停车时，要求快速停车以减少辅助工时。
◆ 控制线路的设计
设计主电路 确定控制电路的基本部分
刀架前进、后退的控制线路
设计控制电路的特殊部分 • 刀架的自动循环控制 • 无进给切削的实现 • 快速停车的实现
（4）应具有必要的保护环节 ◆ 短路保护 ◆ 过流保护 ◆ 欠电压 ◆ 过载保护 ◆ 零电压保护
电气控制线路常用保护环节
（5）经验设计法的应用举例
◆ 工艺简介
右图为钻削加工时刀架的自
动循环示意图，具体要求为：
SQ2
SQ1
自动循环：即刀架由位置1移动
到位置2进行钻削加工后自动退
回位置1，实现自动循环。
1、直接起动控制线路
Q
主 FU1
FU2
电2
路
1
KM
FR
M 3~
FR
控制电路
SB1
SB2
KM
KM
控制电路具有的功能
1、短路保护FU 2、过载保护FR 3、失压、欠压保护KM 4、自锁KM
5、SB2起动按钮 6、SB1停车按钮
ABC
Q
FU
FR
SB1 SB2
KM
FR M 3~
KM KM
若将控制电路中的自锁 触点KM除去，就可以实 现对电动机的点动控制。 按下起动按钮电动机就转 动，一松手就停止。点动 控制在生产中也是常见的。
此时，无自锁。
ABC
Q
FU
FR
SB1 SB2
KM
FR M 3~
KM KM
2、 笼型电动机正反转的控制线路
AB C S FU
KMF
FR V
UM W 3~
要使电动机给够实现反转，只要把接到电源的任意两根 联线对调一头即可。为此用两个接触器来实现这一要求。
设 KMF 为实现电机正转的接触器， KMR 为实现电机 反转的接触器。
2、逻辑设计法
逻辑设计法是把电器控制线路中的接触器、继电器等电器 元件线圈的通电和断电、 触头的闭合和断开看成是逻辑变量， 线圈的通电状态和触头的闭合状态设定为“1” 态； 线圈的断 电状态和触头的断开状态设定为“0”态。根据工艺要求将这些 逻辑变量关系表示为逻辑函数的关系式，再运用逻辑函数基本 公式和运算规律 对逻辑函数式进行化简，然后由简化的逻辑函 数式画出相应的电气原理图，最后再进一步检查、完善， 以期 得到既满足工艺要求，又经济合理安全可靠的最佳设计线路。
常用电气图形符号和文字符号如P99的表4-1和表4-2，表4-3所列。 2、接线端子标记
符合国家标准GB4026-1983《电器接线端子的识别和用字母数字 符号标记接线端子的通则》。
4.1.2 电气原理图画法
1、电气控制线路的定义 以各类电机或其他执行电器为被控对象，以继电器、接触器、按
钮、行程开关、保护元件等器件组成的控制线路，通称为电气控制 线路，即继电接触式控制系统。 2、电气控制线路的表示方法
KMR
合上 S 接通电源
让 KMF 线圈通电 其主触点闭合
三相电源 ABC 分别通入电机三相绕组 UVW ， 电动机正转。
KMF 线圈断电，主触点打开，电机停。
让 KMR 线圈通电
其主触点闭合
三相电源 ABC 通入电机三相绕组变 为 A — U 未变，但 B — W ，C — V。
电动机将反转
4.1.1 电气控制线路的图形、文字符号
1、图形符号及文字符号(1990年1月1日开始执行的) 由国家标准局颁布的GB/T4728.1~5-2005及其GB/T4728.6~13-
2008 《电气图用符号》及GB/T6988-2008《电气制图》和GB/T71591987《电气技术中的文字符号制订通则》。
三、电气控制原理图设计的基本步骤
◆ 根据选定的拖动方案和控制方式设计系统的原理框图，拟订 出各部分的主要技术要求和主要技术参数。 ◆ 根据各部分的要求，设计出原理框图中各部分的具体电路。 对于每一部分电路的设计都是按照主电路→控制电路→联锁与 保护→总体检查，反复修改与完善的步骤来进行。 ◆ 绘制系统总原理图。按系统框图结构将各部分电路联成一个 整体，完善辅助电路，绘成系统原理图。 ◆ 合理选择电气原理图中每一电器元件，制订出元器件目录清 单。
起，但需用同一文字符号标出。 ④ 所有按钮、触头均按没有外力作用和没有通电时的原始状态画出。 ⑤ 控制电路的分支线路，原则上按照动作先后顺序排列。
◆ 图面区域的划分 按被控对象和控制功能的不同进行划分。
电气设备安装图
各种电气设备在机械设备和电气控制柜中的实际安装位置
安装 图
机械设备 的结构
机械设备 的工作要
依控制开关的保护而 定
有过载 、堵转过流、
欠流、缺相、电机过 热和漏电保护
有过载 、堵转过流、欠流、 缺相、电机过热和漏电保护
有过载 、堵转过流、欠
流、缺相、电机过热和漏 电保护
适用负载
低、中等功率，可轻 可空载或
载起动
轻载起动
大功率电动机，可空载或轻 载起动
负载范围2.2- 800 kW， 可带不超过50% Te的负 载起动
可独立调节加减速方式， 积分，有多种制动电动机， 保护齐全，设备不需维护
4.1.4 电气控制线路的设计
一、电气控制设计的一般原则 二、电气控制设计的基本任务和内容 三、电气控制原理图设计的基本步骤 四、电气控制原理图的设计方法
一、电气控制设计的一般原则
◆ 最大限度地满足生产机械和生产工艺对电气控制的要求，这些 生产工艺要求是电气控制设计的依据。 ◆ 在满足控制要求前提下，设计方案力求简单、经济、合理，不 要盲目追求自动化和高指标。 ◆ 正确、合理地选用电器元件，确保控制系统安全可靠地工作。 ◆ 为适应生产的发展和工艺的改进，在选择控制设备时，设备能 力留有适当裕量。
二、电气控制设计的基本任务和内容
电气控制系统设计的基本内容是根据控制要求，设计和编制 出电气设备制造和使用维修中必备的图样和资料等。包括电气 原理图设计和电气工艺设计两部分。
1、电气原理图设计内容 ◆ 拟定电气设计任务书 ◆ 选择电气拖动方案和控制方式 ◆ 确定电动机类型、型号、容量、转速 ◆ 设计电气控制原理框图，确定各部分之间的关系，拟订各部 分技术指标与要求
→ 电机反正转并自锁 →实实现现互互锁锁功功能能
3、笼型异步电动机的减压启动控制线路
较大容量的笼型异步电动机（大于10kw）直接启动时，电流为其 额定电流的4—8倍，过大的启动电流会对电网产生巨大的冲击，所以 一般采用减压方式来启动，即起动时降低电动机定子绕组的电压，起 动后恢复，降低电压可以减小起动电流，不产生大的电压降，减小对 线路电压的影响。
降压起动的方式：
◆ “Y-Δ” 换接 ◆ 定子串电阻 ◆ 自藕变压器 ◆ 磁控式软启动器 ◆ 目前最先进最流行的电子软启动器
星-三角形减压起动控制线路
定子绕组星形连接状态下起动电压为三角 形连接直接起动电压的 1 3。起动转矩为 三角形连接直接起动转矩的 1 3，起动电流 也为三角形连接直接起动电流的 1。3
恒流软起动，线性电压斜 坡起动
0-1.5 Ie
0-1.5 Te
可以恒转矩起动， 也可配合负载起 动
冲击力矩很大
分步跳跃上升， 有二次冲击转矩
分步跳跃上升， 有二次冲击转矩
力矩Baidu Nhomakorabea速、平滑上升，无 二次冲击力矩
恒转矩
很大，1次
2次
开关
2次及以上 45s 可调 自耦元件
1次 2-200s 可调 晶闸管
1次 可调 变频器
④ 电器元件的布置应考虑整齐、美观、 对称。外形尺寸与结构类似的电器安装在 一起，以利安装和配线。
⑤ 电器元件布置不宜过密，应留有一 定间距。如用走线槽，应加大各排电器间 距，以利布线和维修。
CW6132型车床控制盘电器布置图
CW6132型车床电气设备安装布置图
电气设备接线图
各种电气设备之间的实际接线情况
4.1 继电接触式控制系统
在以电动机为动力的生产机械中，要根据生产过程的要求对 电动机进行起动、停止、或反转、调速及制动等方面的控制。
对电动机的控制常要用到开关、继电器及接触器等控制电器组 成的控制电路——这种控制电路称为继电接触式控制系统。
控制电器可分为两大类：手动电器，如按钮、组合开关及闸 刀开关等；自动电器，如继电器、接触器及行程开关等。
起动电流 起动转矩 起动方式
起动特性 冲击电流 起动时间 执行单元
保护和监控
直接起动 5-8 Ie
0.5-1.5 Te
恒压起动
传统起动器
Y/Δ起动 1.8-2.6 Ie
0.5 Te
恒压分步起动
自耦变压器起动 1.7-4 Ie
0.4-0.85 Te
恒压分步起动
现代软起动器
晶闸管起动
变频器起动
0-5 Ie 0-1 Te
求
电动机与被拖动的机械部件 传感器与被检测信号的来源点 电气元件的操作、检修等需求 信号传输的需求，电缆的分布等等
电器元件的布置应注意以下几方面： ① 体积大和较重的电器元件应安装在
电器安装板的下方，而发热元件应安装在 电器安装板的上面。
② 强电、弱电应分开，弱电应屏蔽， 防止外界干扰
③ 需要经常维护、检修、调整的电器 元件安装位置不宜过高或过低。
电器元件要正确连接，电器的线圈和触头连接不正确，会使 控制线路发生误动作，有时会造成严重的事故。
◆ 线圈的连接
在交流控制线路中，线圈不能串联接入两个电器线圈，如下 图。两个电器需要同时动作时，线圈应并联连接。
KM1
KA KM2
◆ 电器触头的连接
同一个电器的常开触头和常闭触头位置靠得很近，不能分别 接在电源的不同相上。如下图所示
◆ 尽量减少连接导线 ◆ 尽量减少电器元件的带电时间
减少触头数目
不合理
减少连接导线
合理
（3）防止寄生电路
控制电路在正常工作或事故情况 下，发生意外接通的电路叫寄生电 路。若控制电路中存在寄生电路， 将破坏电器和线路的工作顺序，造 成误动作：如图所示电路在正常工 作时能完成正、反向起动，停止时 信号指示，但当热继电器FR（K） 动作时，线路出现了寄生电路，图 中虚线所示，使正向接触器KM1不 能释放，起不了保护作用。
电气控制原理图、电气设备安装图和电气设备接线图三种
CW6132型普通车床电气原理图
动作电流 范围 整定值
电气控制原理图
u 绘制电气原理图应遵循的原则 ① 所有电器元件的图形、文字符号必须采用国家规定的统一标准。 ② 电器控制线路根据电路通过的电流大小可分为主电路和控制电路。 ③ 采用电器元件展开图的画法，即同一电器元件的各部件可以不画在一
CW6132型车床电气互连图
4.1.3 笼型电动机（三相笼型异步电动机）的起动控制线路
三相笼型异步电动机的控制线路大都由继电器、接触器和按钮等有 触点的电器组成。
其基本的控制线路有：直接起动控制线路、正反转控制线路、减压 起动控制线路、点动与连续运动的控制线路、多地点控制线路、顺序控 制线路和自动循环控制线路。
四、电气控制原理图的设计方法
经验设计法和逻辑设计法两种 1、经验设计法
经验设计法是根据生产机械的工艺要求和加工过程 ，利用 各种典型的基本控制环节加以修改 补充、完善，最后得出最佳 方案。若没有典型的控制环节可采用，则按照生产机械的工艺要 求逐步进行设计。
采用经验设计法，一般应注意以下几个问题：
（1）保证控制线路工作的安全和可靠性