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电气传动与可编程控制器

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《电气传动与可编程控制器(PLC)》应考指导

一、考试相关情况说明

(一)课程基本情况

1、概述

根据江西省自学考试委员会办公室《关于调整部分课程教材使用的通知》(赣考委字[2010]15号)的文件精神,《02207电气传动与可编程控制器(PLC)》指定教材变更为普通高等教育“十一五”国家级规划教材,林明星、范文利主编:《电气控制及可编程序控制器》(第2版),机械工业出版社,2009年9月出版。新版教材对旧版教材中的错误进行了修改,增加了对部分企业近几年推出的新型PLC的介绍,并对涉及到的国家标准根据最新的版本做了修订。教材变更从2010年4月考试后开始执行。

2、课程的性质及特点

本课程是高等教育自学考试机械制造及自动化专业(专升本)所开设的专业基础课之一。该门课程分为两大部分。

第一部分为继电接触器控制系统,在内容上,将低压电器元件和电气控制电路的基本环节结合起来,主要讲述电气控制基本电路,并对电动机调速进行了简单介绍。

第二部分为可编程控制器原理及应用,可编程控制器以广泛应用的OMRON公司的CPMlA系列小型机为主线,对PLC的内部结构和工作原理只做简单介绍,侧重编程指令的应用,并突出PLC的网络通信功能。

该课程的实践性很强,因此在讲解该课程时,必须坚持理论和实践紧密结合的原则,在课程讲授的基础上安排一定量的实验和大作业,提高学生的动手能力和设计能力。

4、重难点分布

从知识点分布来看,本课程试题覆盖了教材8章的全部内容。从整体来看,绪论只对电气控制技术作一般性介绍,重点章节主要是第1章,第2章,第3章,第4章,第5章,第

6章,第7章,第8章。难点章节主要是第3章,第6章,第8章。难点主要体现在综合题上,占30%。

5、试题难度

从试题难度来看,试题绝大部分属于大面知识。对于重点知识每年都会重复出现,只是以不同的形式,或者考查不同的内容。这一点大家要特别注意,不要以为以前考过的知识点就不会再考。虽然每年均有偏题出现,一般是属于课程涉及的较细的内容,但所占比例较低,属于正常情况。总体而言,试题有一定难度。

6、命题特点

整体上看,出题顺序基本上按照教材章节顺序来出题,但并不是特别规律。此特点有助于我们答题时准确把握考点所属章节,提高答题正确率。

从具体题型来看,单选题有如下几个特点:第一,概念性知识点常考;第二,基本知识性知识点常考。

填空题的出题特点是,所考知识点均是基本概念,基本术语的记忆、判断能力。这一点,稍加注意即可轻松掌握。

简答题要求按照题意对问题做出简捷、正确的回答,没有规律可循,但是一般是考核重点和难点。因此,将书中各章节中的重点和难点全部掌握即可,千万不要押题,否则容易失分。

分析题目一般要求熟练掌握和理解所学的知识和原理,重点考查考生对知识、原理的理解和掌握程度,以及运用这些知识、原理分析解决一定问题的能力。

综合题目是在对各知识点理解、掌握的基础上进行的一种综合各知识点提出的复杂题目。考生要在掌握和理解所学知识的基础上,善于综合。这种题目比较大,所占的分数也比较多。

二、本课程的学习建议

1、考生在开始学习这门课时,应根据自己的情况制定一个切实可行的学习计划,合理安排时间。通常可分为二个阶段:一是依据教材分章学习和做同步练习题阶段;二是总复习阶段,其复习技巧将在下面单独介绍。

2、紧扣大纲复习。最好能够按照大纲中提练的课程内容将教材内容简化成自己的学习小册子。也就是将大纲中课程内容总体上再充实一下,各知识点都丰富一下。比如说某个概念,要把定义或含义写在这个概念之后。便于记忆。此外,要注意课程内容中没有的知识点,如果考核要求中有的话,有必要补充完整。

3、注意总结教材中某些知识点的易考特性,比如继电接触器控制的常用基本线路,编程指令中的基本指令等相关知识点。

4、每复习完一章教材做一套真题,这样一边阅读教材一边做题会检查自己对所学知识

的掌握情况,可以有针对性地指导自己的下一轮复习。

三、各类题型的特点和答题技巧

(一)单项选择题

选择题在性质上是单项选择题,每题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的,正确选择概率占1/4。给出四个选项答案,是选择题的基本形式,答案的相似性,判断稍有失误,就会出错,是这类题的突出特点。

掌握了选择题题型特点,还需要有相应的解题技巧。

1、排除法:把明显不正确的选项先排除掉,逐渐缩小范围,集中思考,有助于正确答案的选择。

2、“正本清源”法:有些选择题的选项不好排除,这时对选项的本义可以回忆思考,能使你摆脱困境。

(二)填空题

在试卷中,填空题是另一类重要题型。一般来说每小题留有一个填空,这是填空题的出题形式。从内容上看,填空题涉及的知识点较多,覆盖面最广。重视的是细节,答案比较固定,填的多是关键词和重要概念,主要考查学生的记忆能力。这是填空题题型的特点。

填空题解题技巧:1、填空题本身有文字描述,实际上给你提供了思考的材料,要会利用这一点进行答题。2、原理和规律是我们必须掌握的重点内容,一般要进行多次复述和记忆。命题的一个策略,就是将原理和规律中的关键词,抽出来后作为填空题出。遇到这类问题,当你突然一下想不起时,可把原理和规律通过记忆复述一遍,也就是通过整体想到个别,填出关键词。

(三)简答题

在试卷中,简答题在总成绩中所占分值很高,一般占30%左右。考试能否成功,很大程度取决于你对简答题的回答情况。题目一般有以下几种类型。

1、基本概念,基本知识的内容。

这种题目比较简单,往往是教材中现成的内容。

2、基本概念,基本知识的相互关系。

这种题目是考核考生的综合归纳能力,在教材中往往不能直接找到相应的答案,但是可以从几个段落中归纳出正确的答案。

简答题目的答案要求规范、标准、内容正确、完整。可以多写一点,但不可把关系不大的内容搬出来凑字数,这样是徒劳无益的。

(四)分析题

主要是考察考生在掌握理论知识的基础上,联系具体情境分析问题和解决问题的能力。这种题型可实现对考生多层次能力的考察,因此如何答好这个主观题也就成为很多考生倍加关注的问题。

分析题命题特点是:准确性,全面性,条理性。

分析题答题技巧:两环节,四点注意,四个要求。

第一环节:审题。这是解决分析题最关键的环节。审题的根本目的就是要在头脑中找准找全该道考题所涉及到的考点。在这个过程中,要特别注意四点:命题者提供材料的目的主要是掩盖和提示作用,所以材料分析题的答案要点都不会是在材料之中;重视审题,找准考点;审题过程中保持良好心态,不得意、不大意,保持冷静;综合运用正向思维与逆向思维两种思维方法。

第二环节:答题。答题的过程要注意的四个要求:审完题后,可以边想边答;注意每写一个考点,标出一个序号;考点要与问题和材料中的信息有机结合,但展开论述的话不要太多;与问题设置的相对开放性相适应,分析题答案要点有的可以进行适度的引申和发挥。(五)综合题

综合题是在对各知识点理解、掌握的基础上进行的一种综合各知识点提出的复杂题目。题目一般有以下几种类型。

1、本课程重要知识点的综合。

这种题目比较简单,可以是编程指令的应用,如指令表程序转换成梯形图或梯形图转换成指令表程序。也可以是电气控制电路的逻辑设计方法的应用,如电路图转换成逻辑表达式并简化或逻辑表达式简化并转换成电路图。

2、电气控制电路、PLC控制系统设计方法的应用。

这种题目是考核考生的综合应用能力,在教材中往往不能直接找到相应的答案,考生要熟练运用所学的基本知识、设计方法灵活加以应用。

综合题解题技巧:

1、详细阅读题目。对于综合题,建议你阅读两遍。经验表明,这样做是值得的。一方面,准确理解题意,不至于忙中出错;另一方面,你还可能从试题中获取解题信息。

2、尽量写出解题步骤和计算公式。综合题每题所占的分数一般较多,判卷时,题目是按步骤给分的,而且是否写出计算公式是很不一样的。

3、要求考生理清题意,认真审题,注意题干中的细微知识点,并善于综合。

内容串讲

第一章继电接触器控制电路的基本环节

一、本章复习建议

本章在历年考试中,考题都比较多,分值较高。从题型来讲包括单项选择题、填空题、简答题、分析题和综合题,几乎涵盖所有题型。这些题型都要加以练习。

二、本章重要知识点讲解

第一节常用低压电器

欢迎进入第一节的学习,在这一节里我们将学习几种常用低压电器的相关知

识,本节对常用低压电器的工作原理、分类和选用进行了介绍。

一、概述

低压电器是用于额定电压交流1200V 或直流1500V 及以下能够根据外界施加的信号或要求,自动或手动地接通和断开电路,从而断续或连续地改变电路参数或状态,以实现对电路或非电对象切换、控制、保护、检测、变换以及调节的电器设备。

低压电器种类繁多,工作原理和结构形式也不同,但一般均有两个共同的基本部分: 1、感受部分

它感受外界的信号,并通过转换、放大和判断,做出有规律的反应。在非自动切换电器中,它的感受部分有操作手柄、顶杆等多种形式;在有触头的自动切换电器中,感受部分大多是电磁机构。

2、执行部分

它根据感受部分的指令,对电路执行“开”“关”等任务。有的低压电器具有把感受和执行两部分联系起来的中间传递部分,使他们协同一致,按一定规律动作,如断路器类的低压电器。

二、接触器★

接触器是一种可频繁地接通和分断主电路的控制电器,主要用于控制电动机、电热设备、电焊机等,在电力拖动自动控制线路中被广泛应用。

1. 结构与工作原理

(2) 工作原理:

当吸引线圈通电后,电磁系统即把电能转化

为机械能,所产生的电磁力克服释放弹簧与触头弹簧的反力使铁心吸合,并带动触头支架使动、静触头接触闭合。

当吸引线圈断电或电压显著下降时,由于电磁吸力消失或过小,衔铁在弹簧反力作用下返回原位,同时带动动触头脱离静触头,将电路切断。

2.分类

3.接触器的选用

要想正确地选用接触器,就必须了解接触器的主要技术数据,其主要技术数据有: (1)电源种类:交流或直流; (2)主触头额定电压、额定电流;

(3)辅助触头的种类、数量及触头的额定电压; (4)电磁线圈的电源种类、频率和额定电流; (5)额定操作频率,即允许每小时接通的最多次数。

选用时,一般交流负载用交流接触器,直流负载用直流接触器。当用交流接触器控制直流负载时,必须降额使用,因为直流灭弧比交流灭弧困难。频繁动作的负载,考虑到操作线圈的温升,宜选用直流励磁操作接触器。

接触器的选择主要依据以下几方面: (1) 根据负载性质选择接触器的类型; (2) 额定电压应大于或等于主电路工作电压; (3) 额定电流应大于或等于被控电路的额定电流;

(4) 吸引线圈的额定电压和频率要与所在控制电路的选用电压和频率相一致。

三、继电器★

继电器是一种根据某种输入信号的变化,接通或断开控制电路实现控制目的的电器。

(3)按主触头的数目分

继电器的种类很多

继电器的结构及工作原理与接触器类似,主要区别在于:继电器可对多种输入量的变化做出反应,而接触器只有在电压信号下动作;继电器是用于切断小电流的控制电路和保护电路,而接触器是用于控制大电流电路;继电器没有灭弧装置,也无主副触头之分。

【例题】(简答题)继电器和接触器有何异同?试说明各自的适用场合。

答案:1、继电器可对多种输入量的变化做出反应,而接触器只有在电压信号下动作;继电器没有灭弧装置,也无主副触头之分。

2、继电器是用于切断小电流的控制电路和保护电路,而接触器是用于控制大电流电路。

解析:继电器与接触器主要区别作为常识我们必须掌握,以便在实践中正确选用。

下面介绍几种常用的继电器

1.电磁式继电器

电磁式继电器的结构见右图1-2。 图1-2 电磁式继电器的结构

1—铁芯 2—旋转棱角 3—释放弹簧 4—调节螺母5—衔铁 6—动触点 7—静触点 8—非磁性垫片 9—线圈

2.时间继电器★

当感受部分接受外界信号后,经过设定的延时时间才使执行部分动作的继电器称为时间继电器。

对应的输入/输出时序关系如图1-3所示。

按工作原理划分,时间继电器可分为电磁式、空气阻尼式、

模拟电子式和数字电子式等。随着电子技术的飞跃发展,后两种特别是数字电子式时间继电器以其延时精度高、调节范围宽、功能多、体积小等优点而成为市场上的主导产品。

选择时间继电器,主要考虑控制回路所需要的延时触头的延时方式(通电延时还是断电延时),以及各类触头的数目。根据使用条件选择品种规格。

3.热继电器★

热继电器是依靠电流流过发热元件时产生的热,使双金属片发生弯曲而推动执行机构动作的一种电器,主要用于电动机的过载保护、断相及电流不平衡运行的保护及其他电气设备发热状态的控制。热继电器的工作原理如图1-4所示。

4.速度继电器★

速度继电器常用于电动机的反接制动电路中,它的结构原理如图1-6所示。

速度继电器的主要参数是额定工作转速,要根据电动机的额定转速进行选择。

四、熔断器★

插入式熔断器熔断器是当通过它的电流超过规定值达一定时间后,以它本身产生的热量使熔体熔化,从而分断电路的电器。

熔断器的种类很多,结构也不同,主要有

电流继电器

图1-3 时间继电器的时序关系 a) 通电延时型 b) 断电延时型

有/无填料封闭管式熔断器 图1-4 热继电器的工作原理示意图

a) 正常状态 b) 过载状态

1—加热元件 2—双金属片 3—扣板 4—压动螺钉 5—扣钩6—支点 7—复位按键 8—动触点 9—静触点 10—弹簧

通过熔体的电流与熔体熔化时间的关系称为熔化特性(亦称安秒特性),它和热继电器的保护特性一样,都是反时限的。

选择熔断器,主要是熔断器的种类、额定电压、熔断器额定电流等级和熔体的额定电流。 额定电压是根据所保护电路的电压来选择的。熔体电流的选择是熔断器选择的核心。 对于如照明线路等没有冲击电流的负载,应使熔体的额定电流等于或稍大于线路的工作电流I ,即

I R ≥I (1-3)

式中 I R ——熔体额定电流。

对于一台异步电动机,熔体可按下列关系选择:

=R I (1.5~2.5)nom I 或5st R 2.=I I (1-4)

式中 nom I ——电动机的额定电流;

st I ——电动机的起动电流。

对于多台电动机由一个熔断器保护,熔体按下列关系选择:

R I ≥m I /2.5 (1-5)

式中 m I ——可能出现的最大电流。

如果几台电动机不同时起动,则m I 为容量最大一台电动机起动电流,加上其它各台电动机起动的额定电流。

【例题】两台电动机不同时起动,一台电动机额定电流为14.6A ;一台额定电流为4.64A ,起动电流都为额定电流的7倍,为额定电流的7倍,则熔体电流为。

【答案】50A

【解析】根据公式I R ≥m I /2.5 =(14.6×7+4.64)/2.5A=42.7A 可选用RL1-60型熔断器,配用50A 的熔体。

五、断路器★

断路器又称自动开关,是用于低压配电电路不频繁通断控制,在电路

发生短路、过载或欠电压等故障时,能自动分断故障电路,是低压配电线路中应用广泛的一种保护电器。在功能上,它相当于刀闸开关、熔断器、热继电器、过电流继电器和欠电压继电器等的组合,其结构如图1-8a 所示。

选择断路器应考虑的主要参数:额定电压、额定电流和允许分断的极限电流等。断路器脱扣器的额定电流应等于或大于负载允许的长期平均电流;断路器的极限分断能力要大于,至少要等于电路最大短路电流;欠电压脱扣器额定电压应等于主

电路额定电压;断路器脱扣器的整定应按下述原则:热脱扣器的整定电流应与被控对象(负载)额定电流相等;电流脱扣器的瞬时脱扣整定电流应大于负载正常工作时的尖峰电流;保护电动机时,电流脱扣器的瞬时脱扣整定电流为电动机起动电流的1.7倍。

六、主令电器

主令电器主要用于闭合、断开控制电路,以发布命令或信号,达到对电力拖动系统的控

1.按钮

按钮主要是根据所需要的触头数、触头形式、使用的场合及颜色来选择。

2.行程开关、接近开关和光电开关

(1)行程开关

用来反映工作机械的行程,发出命令以控制其行动方向或行程大小的主令电器。如果把行程开关安装在工作机械行程终点处,以限制其行程,就称其为限位开关或终点开关。

(2)接近开关

非接触式的检测装置,当运动着的物体接近它到一定距离范围内时,它就能发出信号,

图1-8 断路器的结构及保护特性

a) 结构示意图 b) 保护特性曲线

1—主触点 2—传动杆 3—锁扣 4—杠杆 5—分励脱扣器6—欠电压脱扣器 7—热脱扣器 8—过电流脱扣器 9—分断弹簧 10—辅助触点 11—热脱扣 12—过电流脱扣

高频振荡型

从而进行相应的操作。

(3)光电开关

非接触式检测装置,它有一对光发射和接收装置。根据两者的位置和光的接收方式分为对射式和反射式,作用距离从几厘米到几十米不等。

选用时,要根据使用场合和控制对象确定检测元件的种类。例如:

3.万能转换开关

万能转换开关是由多组同结构的触头组件叠装而成的多回路控制电器。由于它能转化多种和多数量的线路,兼有用途广泛,故被称为“万能”转换开关。

4.主令控制器

主令控制器亦称主令开关,它主要用于在控制系统中按照预定的程序来分合触头,以发布命令或实现与其他控制电路的联锁和转换。由于控制电路的容量一般都不大,所以主令控制器的触头也是按小电流设计的。

和万能转换开关一样,主令控制器也是借助于不同形状的凸轮使其触头按一定的次序接通和分断。因此,它们在结构上也大体相同,只是主令控制器除了手动式产品外,还有由电动机驱动的产品。

七、控制变压器

当控制电路所用电器较多,线路较为复杂时,一般需采用变压器降压的控制电源,提高线路的安全可靠性。控制变压器主要根据所需变压器容量及一次侧,二次侧的电压等级来选择。

控制变压器可根据下面两种情况来选择其容量:

1.依据控制电路最大工作负载所需要的功率计算 一般可根据下式计算:

P T ≥K T ∑P XC (1-7)

式中 P T ——所需变压器容量(V A );

K T ——变压器容量储备系数,一般取K T =1.1~1.25; ∑P XC ——控制电路最大负载时工作的总功率(V A )。

显然对于交流电器(交流接触器、交流中间继电器及交流电磁阀线圈等),∑P XC 应取吸持功率值。

重复精度 操作频率 复位行程

2.变压器的容量应满足已吸合的电器在又起动吸合另一些电器时仍能吸合 可根据下面公式计算:

P T ≥0.6∑P XC +1.5∑P sT (1-8)

式中 ∑P sT ——同时起动的电器的总吸持功率(V A )。

关于式中的系数:变压器二次侧电压,由于电磁继电器起动时负载电流的增加要下降,但一般在下降额定值的20%时,所有吸合电器不释放,系数0.6就是从这一点而考虑的。式中第二项系数1.5为经验系数,它考虑到各种电器的起动功率换算到吸持功率,以及电磁继电器在保证起动吸合的条件下,变压器容量只是该器件的起动功率的一部分等因素。

最后所需变压器容量,应由以上两式中所计算出的最大容量决定。

八、其他常用电器

1.刀开关

刀开关是结构最简单,应用最广泛的一种手动电器。在低压电路中,作为不频繁接通和分断电路用,或用来将电路与电源隔离。

可根据刀开关的使用场合,选择其操作方式,如开关柜内使用选择杠杆操作或直接手动操作等。

2.转换开关

转换开关又称组合开关,主要用作电源的引入开关,也称电源隔离开关。它也可以起停5kW 以下的异步电动机,但每小时的接通次数不宜超过15~20次,开关的额定电流一般取电动机额定电流的1.5~2.5倍。

九、智能电器

随着微电子技术、计算机与信息技术的发展,电器及装置智能化得到了加速发展,使得电器及装置具有自诊断、记忆功能,自动化程度及可靠性有了较大提高,而且还扩充了测量、显示、控制、参数设定、报警、数据记忆及网络通信等功能,能与中央控制计算机进行双向通信,组成监控、保护与信息传递的网络系统。

1.软起动器

交流电动机起动时起动电流较大,如鼠笼型电动机是额定工作电流的(6~8)倍,尤其较

额定电压 额定电流 通断能力

额定电压等于或大于电路的额定电压

额定电流应等于或大于电路的额定电流 图1-9 软起动器原理框图

大容量的电动机其起动电流会给电网带来较大的冲击,造成电网电压下降,影响设备的正常运行,同时也会给设备带来较大的机械冲击,影响设备的稳定运行和寿命。因此,希望电动机起动时要平稳避免冲击。有时在停止时也有此项要求,为了满足不同的起动、停止要求,就出现了电动机智能控制器(软起动器)。

2.智能型断路器

智能型断路器是指具有智能化控制单元的低压断路器。

智能型断路器与普通断路器一样,也有基本框架(绝缘外壳)、触头系统和操作机构,所不同的是普通断路器上的脱扣器现在换成了具有一定人工智能的控制单元。这种智能型控制单元的核心是具有单片计算机功能的微处理器,其功能不但覆盖了全部脱扣器的保护功能(如短路保护、过流过热保护、漏电保护、缺相保护等),而且还能够显示电路中的各种参数(电流、电压、功率、功率因素等),扩充了测量、控制、报警、数据记忆及传输、通信等功能,其性能大大优于传统的断路器产品。

智能化断路器原理框图如图1-10所示。单片机对各路电压和电流信号进行规定的检测。当电压过高或过低时发出缺相脱扣信号。当缺相功能有效时,若三相电流不平衡超过设定值,发出缺相脱扣信号,同时对各相电流进行检测,根据设定的参数实施三段式(瞬动、短延时、长延时)电流热模拟保护。

智能化电器还有很多,例如智能型接触器、继电器以及智能型电动机保护控制器和智能型成套电控装置等。一个智能电器可实现传统意义上的几个电器产品的功能,多功能化是智能化产品的特点。近年来现场总线技术的出现,促进了传统电器进一步向智能化方向发展,使智能电器进一步实现信息化,在现场级实现Internet/Intranet 功能,对现场的智能电器

进行远程在线控制、编程和组态等,这使智能化电器进入了信息电器的新时代。

第二节 电气原理图的画法

欢迎进入第二节的学习,电气控制线路主要由各种电器元件(如接触器、继电器、电阻、开关)和电动机等用电设备组成。为了设计、分析研究、安装维修时阅读方便,在绘制电气控制线路图时,必须使用国家统一规定的电气图形符号和文字符号。

在本节中主要介绍三类电气设备图样:电气原理图、电气设备安装图、电气设备接线图。

1. 电气原理图★

图1-10 智能化断路器原理框图

电气原理图表示电气控制线路的工作原理、以及各电器元件的作用和相互关系,而不考虑各电器元件实际安装位置和实际连线情况。绘制电气原理图时,一般遵循下面的规则:

(1)电气控制线路分主电路和控制电路。主电路用粗线绘出,而控制线路用细线画。一般主电路画在左侧,控制电路画在右侧。

(2)电气控制线路中,同一电器的各导电部分如线圈和触头常常不画在一起,但要用同一文字符号标注。

(3)电气控制线路的全部触头都按“非激励”状态绘出。“非激励”状态对电操作元件如接触器、继电器等是指线圈未通电时的触头状态;对机械操作元件如按钮、行程开关等是指没有受到外力时的触头状态;对主令控制器是指手柄置于“零位”时各触头的状态;断路器和隔离开关的触头处于断开状态。

2. 电气设备安装图

电气设备安装图表示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。各电器元件的安装位置是由机械设备的结构和工作要求决定的,如电动机要和被拖动的机械部件在一起,行程开关应放在要取得信号的地方,操作元件放在操作方便的地方,一般电气元件应放在控制柜内。

3. 电气设备接线图

电气设备接线图表示各电气设备之间实际接线情况。绘制接线图时应把各电气元件的各个部分(如触头与线圈)画在一起;文字符号、元件连接顺序、线路号码编制都必须与电气原理图一致。电气设备安装图和接线图是用于安装接线、检查维修和施工的。

第三节 笼型电动机的起动控制线路

欢迎进入第三节的学习,本节主要介绍三相笼型异步电动机起动控制电路,主要介绍了直接起动和降压起动两种方式。

一、直接起动控制线路

1、用开关直接起动 一些控制要求不高的简单机械如小型台钻、砂轮机、冷却泵等都直接用开关起动,如图1—9所示,它适用于不频繁起动的小容量电动机,但不能实现远距离控制和自动控制。

2、用接触器直接起动

图1—10是电动机采用接触器直接起动线路,许多中小型卧式车床的主电动机都采用这

种起动方式。

二、降压起动控制线路★

1.星形—三角形换接降压起动控制线路 正常运行时,电动机定子绕组是接成三角形的,

L 1 L 2 L 3

L 1 L 2 L 3

L 1 L 2 L 3

图1—9

用开关直接起动线

图1—10 用接触器直接起动线

起动时把它接成星形,起动即将完毕时再恢复成三角形。目前4kW 以上的Y 、 Y2系列的三相笼型异步电动机定子绕组在正常运行时,都是接成三角形的,对这种电动机就可采用星形—三角形换接降压起动。

2.定子串电阻降压起动控制线路 图1-14是定子串电阻降压起动控制线路。电动机起动时在三相定子电路中串接电阻,使电动机定子绕组电压降低,起动后再将电阻短路,电动机仍然在正常电压下运行。这种起动方式由于不受电动机接线形式的限制,设备简单,因而在中小型生产机械中应用较广。机床中也常用这种串接电阻的方法限制点动及制动的电流。

第四节 电动机正反转控制线路★

控制线路能对电动机进行正、反向控制是生产机械的普遍需要,如大多数机床的主轴或进给运动都需要两个方向运行,故要求电动机能够正反转。

本节主要介绍了异步电动机正反转控制电路和行程开关控制的正反转电路。

一、 电动机正反转线路

图1-13 异步电动机正反转控制线路

二、正反转自动循环线路

图1-14是机床工作台往返循环的控制线路,实质上是用行程开关来自动实现电动机正反转的,组合机床、龙门刨床、铣床的工作台常用这种线路实现往返循环。

图1-11 Y-△降压起动控制线路

图1-12 定子串电阻降压起动控制线路

L 1 L 2 L 3

图1-14 行程开关控制的正反转线路

上述这种用行程开关按照部件的位置或机件的位置变化所进行的控制,称作按行程原则的自动控制,或称行程控制。

第五节电动机制动控制线路★

欢迎进入第五节的学习,本节主要介绍能耗制动和反接制动控制电路。

一、能耗制动控制线路

能耗制动是在三相异步电动机要停车时切除三相电源的同时,把定子绕组接通直流电源,在转速为零时再切除直流电源。这种制动方法,实质上是把转子原来储存的机械能,转变为电能,又消耗在转子的制动上,所以称作能耗制动。

L1 L2L3

图1-15 能耗制动控制线路

二、反接制动控制线路

反接制动过程为:当想要停车时,首先将三相电源切换,然后当电动机转速接近零时,再将三相电源切除。控制线路图1-16就是要实现这一过程。

图1-16 反接制动控制线路

能耗制动与反接制动相比较,具有制动准确、平稳、能量消耗小等优点。但制动力较弱,特别是在低速时尤为突出,而且还需要直流电源,控制线路也较复杂,故能耗制动适用于电动机容量较大和起制动频繁的场合。

第六节 双速电动机高低速控制线路★

欢迎进入第六节的学习,本节主要介绍一种较小功率电动机的高低速控制电路。

对功率较小的电动机可采用如图1-17a 、b 的控制方式,对较大容量的电动机可采用图1-17c 的控制方式。

L 1 L 2 L 3

图1-17 双速电动机高、低速控制线路

第二章电气控制线路分析

一、本章复习建议

本章在历年考试中,考题主要为分析题,分值大约在15分左右。从题型来讲,在阅读分析各种电气控制线路过程中,重要的是要掌握其基本分析方法。

二、本章重要知识点讲解

第一节电气控制线路分析基础

欢迎进入第一节的学习,在这一节里我们将要学习电气控制线路分析基础的相关知识。

本节主要从电气控制线路分析的内容与要求和电气原理图的阅读分析方法两方面进行讨论,使大家掌握电气控制线路分析的一些基础知识,为下面几节的电气控制实例分析做好知识储备。

一、电气控制线路分析的内容与要求

电气控制线路分析的具体内容和要求主要包括以下方面:

1.设备说明书

必须清楚地了解与机械、液压部分直接关联的电器(行程开关、电磁阀、电磁离合器、传感器等)的位置、工作状态及与机械、液压部分的关系和在控制中的作用等。

2.电气原理图

电气原理图由主电路、控制电路、辅助电路、保护、联锁环节以及特殊控制电路等部分

组成,这是控制线路分析的中心内容。

在分析电气原理图时,必须与阅读其他技术资料结合起来。在原理图分析中还可以通过所选用的电气元件的技术参数,分析出控制线路的主要参数和技术指标,估计出各部分的电流、电压值,以便在调试或检修中合理地使用仪表。

3.电气设备接线图

阅读分析接线图要与阅读分析说明书、电气原理图结合起来。

4.电气设备安装图

阅读分析安装图要与阅读分析接线图、说明书、电气原理图结合起来。

二、电气原理图的阅读分析方法★

从说明书中可以了解生产设备的构成、运动方式、相互关系以及各电动机和执行电器的用途和控制要求,电气原理图就是根据这些要求设计而成。

电气原理图阅读分析的基本原则是:化整为零、顺藤摸瓜、先主后辅、集零为整、安全保护、全面检查。

最常用的方法是查线分析法。即采用化整为零的原则以某一电动机或电器元件(如接触器或继电器线圈)为对象,从电源开始,自上而下,自左而右,逐一分析其接通断开关系(逻辑条件),并区分出主令信号、联锁条件、保护要求。

第二节C650卧式车床电气控制线路分析

欢迎进入第二节的学习,在这一节里我们将学习如何分析C650卧式普通车的电气控制电路。

一、主要结构和运动形式

C650卧式普通车床属中型车床,加工工件回转直径最大可达1020mm,长度可达3000mm。其结构主要由床身、主轴变速箱、刀架、尾架、丝杠和光杠等部分组成,如图2-1所示。

图2-1 C650卧式车床外形图

1—主轴变速箱2—溜板与刀架3—尾座4—床身5—丝杠

6—光杠7—溜板箱8—进给箱9—挂轮箱

车床有两种主要运动:一是卡盘带动工件的旋转运动,称主运动(切削运动);另一种是溜板刀架或尾架顶针带动刀具运动,称进给运动。两种运动由同一台电动机带动并通过各自的变速箱调节主轴转速或进给速度。此外,为提高效率、减轻劳动强度、便于对刀和减小辅助工时,C650车床的刀架还能快速移动,称为辅助运动。

二、控制要求

C650车床由三台三相笼型异步电动机拖动,即主电动机M1、冷却电动机M2和刀架快速移动电动机M3。

从车削工艺要求出发,对各电动机的控制要求主要是:

(1)主电动机M1(30kW)。由它完成主运动的驱动,要求:直接起动连续运行方式,并有点动功能以便调整,能正反转以满足螺纹加工需要,停车时带有电气制动,此外,还要显示电动机的工作电流以监视切削状况。

(2)冷却电动机M2。用以加工时提供冷却液,采用直接起动、单向运行、连续工作方式。

(3)快速移动电动机M3。单向点动、短时工作方式。

(4)要求有局部照明和必要的电气保护与联锁。

三、电气控制线路分析

根据上述控制要求设计的C650电气原理图如图2-2所示,其线路分析步骤如下:

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