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建筑设备电气控制电路图的识读方法
作者: 佚名 时间:2019-8-10文章来源:百度访问量:1595

电气控制图的组成及特点

电气控制图是根据简单清晰、便于阅读者读图和分析的原则绘制的,图纸中的元件位置并不依据实际位置绘制,且只绘出需要的电器元件和接线端子。

电路图分主电路和辅助电路两部分,主电路是电气控制中强电流通过的部分,由电源电路、保护电路以及触点元件等组成;辅助电路有电源电路、控制电路、保护电路,由接触器线圈、继电器线圈及所带的动合触点和动断触点元件组成等。主电路一般用粗实线表示,辅助电路一般用细实线表示。如图5-17某机电控制系统的电气控制图中用粗实线绘制的是主电路,用细实线绘制的是辅助电路,这样便于分析电路。

电路图的各个元件和设备均依据国家规定的图形符号来表示,并在图形符号旁标注文字符号或项目代号,说明电器元件的层次、位置和种类。

电气控制电路能够实现各种控制功能,例如正反转、顺序控制、时间控制等。控制电路是若干电器元件的不同组合,从而构成若干个基本环节。若熟悉了基本环节的构成及原理,任何复杂的电路图都会迎刃而解。常用的控制电路基本环节有以下几个部分。

图5-17 某机电控制系统

1.电源环节

电源环节包括主电路的供电电源(380v三相交流电),电源保护部分以及控制环节的工作电源(单相交流电220v、36v或直流110v、24v等),一般由开关、电源变压器及整流元件等组成。

2.保护环节

保护环节是对控制电路及电气设备进行短路保护、失电压保护、过载保护等,一般由刀开关、熔断器、断路器、热继电器等保护元件组成。

3.信号显示与报警环节

能及时反映系统的运行状态,一般用不同颜色的指示灯表示系统正常工作和非正常工作以及出现何种故障,还有使用声光报警。

4.手动与自动切换环节

在控制电路中设有手动与自动切换开关。如电气设备在安装调试剂紧急事故的处理中,需要手动控制,正常运行时自动控制。常用的元器件如组合开关、转换开关等。

5.启停和运行控制环节

启停和运行控制环节是电气控制中最基本的环节,如电动机有直接启动、降压启动、能耗制动、反接制动等。这些环节是由接触器、各种继电器以及所带的动断动合触点等元件,以一定的连接方式完成其控制功能。

6.自锁和互锁环节

启动按钮为点动开关时,启动按钮松开后,线路保持通电,电气设备能继续工作到电气环节称为自锁,如图5-18(a)所示。接触器的动合触点串联在线圈电路中,线圈通电后动合触点闭合,实现自锁,如图5-18(b)所示。互锁是两接触器相互制约,保证电路只有一路通电。如电动机正反转控制,正转运行时利用互锁确保反转断电,反之亦然。

图5-18 自锁与互锁电路

(a)含有自锁环节;(b)含有自锁和互锁环节

7.其他控制环节

如顺序控制、三地控制和优选启动控制等,这些将在后面章节中进行介绍。

图5-17为某机电系统的电气控制图,其中主电路用实线绘制,三相电源(l1、l2、l3)经断路器qf,接触器的主触点k1到电动机m。主电路中设有短路保护、过载保护、失电压保护等环节,热继电器kr3起过载保护作用,图中以线圈及接线端子位置都表示得非常清楚,方便读图。电流互感器ta1用于检测电流,从图中可看到直接连接电流表,实现两地显示。当失电压时继电器ka4起到故障保护作用。

辅助电路部分有控制环节、信号环节、现场控制显示环节等,图中已划分。

建筑电气工程控制图中还包括设备元件表,它表示设备、装置的名称、型号、规格和数量等。供设计概算和施工预算时参考,也为维修工作人员使用。

阅读电路图的基本方法

识读电路图的基本方法可以分成以下几个环节。

(1)当拿到电气控制工程图后,首先阅读系统的工艺要求,设备的基本结构,采用的控制手段,主要用途等。

(2)粗读:即化整为节,电路图一般包括若干个单元环节,分析图时先将全图根据功能原理分成各个单元环节,明确各环节的作用。例如图5-17某机电控制系统的电气控制图,现将电路分成两部分,左边为主电路,右边为辅助电路,辅助电路又分成若干个环节。

(3)掌握读图基础:熟悉电气控制基本元件在图中的表示方法和作用,如接触器、继电器、行程开关等的性能特点,图形符号的标注方法,以及电气控制电路图的基本要领。

(4)细读:练好基本功,熟悉各种基本环节的控制电路。任何复杂的电路都是由基本环节或基本电路组成的,在掌握了基本控制电路的前提下,对电路图所划分的每个环节的控制原理及作用就能化难为易,读懂、读透。如图5-17中控制电路分几个部分,首先接入电源部分;接着是故障和运行指示灯;然后由手动开关st1选择工作位置。后面是现场操作柱和联锁信号。

(5)电气控制图的主要特点是根据识图方便的原则绘制的,电器元件的各部件在控制电路中可以不画在一起,可以只画控制电路中所需要的部分。根据绘图的原则以及对各环节的分析理解,再将它们联系起来,从而分析出整个系统的原理及作用。

图5-17某机电控制系统中,在明确了各环节作用的基础上,根据图中标注接触器的触点连接标号及各部分的符合连接,将整个图的各个环节联系起来进行分析。

电路图符号的常用规则

电路图中的符号表示方法一般是以简洁、明了、准确的方式呈现给识图者。在识图中,符号的表示法有集中表示法、半集中表示法和分开法,在同一张图中可使用一种或多种表示方法。

1.符号的使用

在电路图的绘制中,经常采用分开法,即同一项目各个部分的符号分散在图的不同位置,其间没有任何连接符号相连,只是标上了相同的项目代号。

例如电动机控制电路中,主电路和控制电路,交流接触器的线圈在控制电路,它的触点分别在主电路和控制电路,识图时应将两部分联系起来,根据电气控制基本元件在图中的表示方法,从而明确主电路与控制电路的控制关系。如图5-17所示主电路和控制电路交流接触器线圈与触点的联系利用项目代号,在控制图空白处中专门标注出线圈与触点的关系图。

还有其他快速看图的方法:插图检索法和表格检索法。

图5-19 插图检索法示例

插图检索法:如图5-19所示为一个交流接触器,它带有多个动合、动断触点,分布在一张图的不同位置。电路图采用的是分开表示法,分散在图中不同位置的同一项目不同部分的图形符号,集中绘在一起,并绘出位置信息。其中1-2、3-4、5-6触点在第2张图纸的第6图区(用2/6表示);12-13触点在第2张图纸的第4图区(用2/4表示);21-22触点在第1张图上的第3区,依次类推。插图可以与该项目的驱动部分的图形符号对齐,也有放在集中布局的空白处一,也有绘在另张图纸上,将插图直接绘制在该项目的驱动部分的图形符号旁,看图最方便。

还有表格检索法,将触点和位置直接列表,在表上查找,见表5-2。

表5-2 表格检索

对于未用(备用)部分,在插图或表格中不标注其位置信息。

2.电源的表示方法

在电路图中,电源的表示方法一般有两种:图形或符号。在电气工程图中常用符号表示,如+、—、l1、l2、l3、n等。如图5-20(a)用+、—号表示控制电源;(b)图用l1、l2表示控制电路的电源,两种表示方法相同。

图5-20 电源的表示方法

(a)用+—极性表示控制电源;(b)用l1、l2相位表示电源

3.电路的表示法

在控制设备的电路图中,通常主电路用粗实线,辅助线路用细实线,也可以同用细实线。读图时注意表示三相电路的导线符号,按相序从上到下或从左到右排列,中性线排在相线的下方或右方。电路图上,当电路水平布置时,相似元件纵向对齐;当电路垂直布置时,相似元件横向对齐。相关联元件的连接线尽量短,以便在读图时了解它们之间的关系。

4.文字标注

在电路图中,除了图形符号表示元件外,在符号旁标注项目代号,一般是以种类代号作为项目代号,必要时在图形符号标注元件、器件的主要参数。例如:有相位要求的三相负载如电动机、负载的三端,分别标注u、v、w或l1、l2、l3。如果三相负载是打开的,则6个端子的标注为u1、u2、v1、v2、w1、w2。交流系统的设备端三组符号为u、v、w或交流系统电源的三组符号为l1、l2、l3,具体参见图5-21。

图5-21 主电路示例

(a)由隔离开关qs、断路器qf等构成的主电路;

(b)由断路器qf等构成的主电路;(c)由刀开关qs、 熔断器fu等构成的主电路

接触器、继电器的线圈标注km1、km2,则触点的两端也用相同的字母标注。识读电路先分析电源及元件的表示方法。图5-21是电动机的主电路,三种电路采用不同的保护装置。l1、l2、l3表示三相电源,n为地线,pe为保护接地,其中图5-21(a)利用隔离开关qs、断路器qf、接触器触点km、热元件fr构成了主电路的结构,接触器触点km、热元件fr受控制电路的接触器线圈和热继电器控制。

qf为低压断路器与其他元件配合,起到欠电压、失电压、过载和短路保护的作用;图5-21(b)是利用断路器qf、接触器触点km、热元件fr构成了主电路的结构;图5-21(c)中改用刀开关和熔断器代替了断路器,它们的组合与断路器的作用基本相同,fr为热继电器,在电路中起过载保护的作用。qs为隔离开关,用来在无负荷情况下断开和闭合线路的电气设备,主要是保证被检修的设备或处于备用中的设备与其他正在运行的设备隔离,有些电路可省去。

基本控制电路图分析

建筑电气设备控制系统都是由多种基本电路组成的,为了阅读复杂的控制系统电路,必须熟悉常用的基本控制电路。下面介绍几种三相异步电动机的基本控制电路。

1.单向点动和长动控制电路

在生产实际中,有些机械需要点动控制。点动和长动(连续)主要指控制电路既能控制电动机连续运行,又能通过点动按钮断续工作。很多场合需要点动和长动的结合。

图5-22(a)是最基本的点动控制线路,当按下点动触点sb时,接触器km通电吸合,主触点闭合,电动机接通电源。当松开按钮,接触器km断电释放,主触点断开,电动机被切断而停止运行,从而实现了点动控制。

图5-22(b)是带手动开关sa和开关sb2同时控制实现点动及长动的控制线路。当需要点动时,将手动开关sa打开,按下启动触点sb2,可实现点动控制。当需要连续工作时合上sa,按下启动触点sb2,触点km闭合,实现自锁,即可实现连续控制。

分析图5-22(c),若实现长动控制,主电路合上刀开关或组合开关,三相电源通过熔断器、热保护器,控制电路得电。当按下启动按钮sb2时,接触器km得电,并自锁,电动机开始运行,进入运行状态。当按下停止按钮sb1时,接触器km失电,电动机停止运行,图5-22(c)在直接启动电路的基础上,增加了一个复合按钮sb3,当按下点动触点sb3时,其动断触点先断开自锁电路,动合触点闭合,利用sb3接通启动控制线路。

图5-22 单向点动的几种控制电路

(a)基本的点动控制电路;(b)带手动开关sa和sb2的点动及长动控制电路;(c)带复合开关控制的点动及长动控制电路

如果需要点动,则在电动机停止后,按下sb3,接触器线圈得电,电动机运行。由于sb3的存在,导致接触器无法实现自锁,当松开sb3时,电动机停止运行,实现了点动控制。此电路利用启动按钮sb2实现长动,控制复合按钮sb3还可实现点动控制。

2.单向启动控制电路

最常用的单向启动控制电路如图5-23(a)所示。电路图分为主电路和控制电路两个部分,读图时两部分的符号对应起来分析。分析其工作原理:合上电源开关qs,按下启动按钮sb2,km线圈通电吸合,km动合触点吸合,电动机m运转;同时km动合的辅助触点闭合,实现自锁,这就实现了单向电动机启动控制。这是最常用的启动电路。

图5-23 启动控制电路

(a)单向启动控制电路;(b)带故障报警灯的启停控制电路

图5-23(b)所示的电路是在基本的启停控制电路中增加了故障报警指示灯。读图时应与基本启停电路做比较,分析三相电源电路与控制电路的关系,当控制电路通电时电源指示灯亮;当电动机启动运行时km辅助触点km1闭合运行指示灯亮,故障灯无电;当发生故障时,km1突然断电,则故障灯电路km1触点恢复闭合,线路得电,故障灯亮,起到了故障报警的作用。

3.一台电动机实现两地控制的控制电路

电动机一般在现场,很多地方需要两地控制,即现场与控制室两地控制。图5-24中sb1、sb3是控制室操作盘上的远程停止和启动控制按钮,sb2、sb4是现场停止和启动按钮,两地均可控制电动机的启停。当按下sb3或sb4都可以启动或停止电动机运行,这样方便操作。

图5-24 两地控制一台电动机电路示例

4.电动机能耗制动控制电路

电动机的能耗制动有多种,可以使用机械方式进行刹车制动,也可使用能耗制动的方式。图5-25为电动机能耗制动控制电路,分为主电路和控制电路两部分。主电路增加了变压器和二极管桥式整流电路,由接触器km2的动合触点控制,当电动机断电时为其提供直流电源。控制原理为:当断开电源的同时,给电动机的定子绕组通入直流电源,此时电动机中产生了磁场,转子在切割磁力线时,产生了短路电流,该电流使电动机产生制动转矩,从而实现了能耗制动。

图5-25 电动机能耗制动控制电路

正常运行时接触器km1的主触点闭合,串在接触器km2的接触器km1的辅助触点断开,使接触器km2不动作。当电动机停止时,km1断电,其主触点断开;同时与km2的接触器km1的辅助触点闭合,kt延时闭合触点闭合,直流电源进入电动机定子线圈,制动开始,经过一段时间后,kt触点断开,制动结束。

5.两台电动机顺序启动,反序制动

图5-26为两台电动机顺序启动、反序制动的控制电路。图中sb1为电路的总停止按钮,sb2为复合开关,控制两台电动机的启制动。sb2按下(点动),km和kt1同时通电,km1动合触点闭合,实现自锁,主触点km1闭合,第一台电动机启动运行;控制第二台电动机复合开关sb2所联动的动断开关瞬间打开,但sb2自动弹起复位,复合开关sb2所联动的动断开关恢复动断状态;因kt1为通电延时、kt2为断电延时继电器,当按下sb2启动按钮,kt1经过预定的时间延时,其触点kt1-1闭合,接触器km2通电,主触点km2闭合,第二台电动机启动运行,从而实现了顺序控制。

当按下sb2,复合开关sb2所联动的动断开关断开,接触器km2、kt2断电,主触点km2断开,第二台电动机停止运行;因为kt2为断电延时继电器,它的触点kt2-1需要延时一段时间从动断变为动合触点,所以经过断电延时的时间后,第一台电动机停止运行,实现了反序制动的控制。

图5-26

图5-26 两台电动机顺序启动,反序制动图例

6.y-启动电路

图5-27 y-△启动控制电路示例

(a)主电路;(b)控制电路

当三相异步电动机容量较大(大于10kw)时,因启动电流较大,不能直接启动,一般采用降压启动方式,即将电源电压适当降低后,加到电动机定子绕组上;然后再将电压恢复到额定值。启动时绕组为型联结,待转速上升到接近额定转速时,改为△联结,电动机进入全电压正常工作状态。常用的y-△启动控制电路如图5-27所示。

读图时首先分析电路的组成结构,图中有三个交流接触器km、kmy、km,开关sb1、sb2、sb3,还有与之相对应的触点和保护电路。

y-△启动控制电路的工作原理:先合上电源开关qs。

(1)电动机y型联结启动。在控制电路中如图5-27(b)所示,按下sb1,接触器线圈km通电,km的辅助触点闭合,实现自锁;km的主触点闭合;同时,接触器线圈kmy通电,kmy的主触点闭合,kmy的动断触点断开,实现互锁,确保km△断电,防止误动作。电动机y型联结启动。

(2)电动机△型联结运行。当电动机转速升高到一定值时:按下复合控制按钮sb2,kmy线圈断电,kmy的动断触点恢复闭合;同时km△得电,km△的辅助触点动合变动断,实现自锁;km△的辅助动断触点变为动合,实现互锁;km△的主触点闭合,电动机进行△型联结运行,即进入全电压正常工作状态,这样就实现了y-△启动控制。但从启动到全压运行,需要两次按动按钮,且切换的时间也很难准确。

7.时间继电器自动切换控制电路

在y-△启动控制电路的基础上加入时间继电器,则由时间继电器实现了y-△启动控制的自动切换,延时继电器为kt。电路原理图如图5-28所示。

图5-28

图5-28 时间继电器自动切换控制电路示例

(a)主电路;(b)控制电路

工作原理:先合上电源开关qs,按下sb1,km线圈通电,km的辅助触点闭合,实现自锁;km的主触点闭合;同时,延时继电器kt、接触器线圈kty通电,kty的辅助触点闭合,实现自锁,kmy的动断触点断开。kt通电,kt动断触点延时断开,kmy线圈断电,kmy的主触点断开,电动机暂时断电;kt线圈通电,kt动合触点延时闭合,km△线圈得电,km△主触点闭合,km△辅助动合触点闭合实现自锁,电动机△联接运行。km△的辅助动断触点断开,实现互锁,保证电动机不会y型运行,实现了电动机y-自动启动运行。

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