电控与PLC应用技术之大中型水泵的电气控制

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1、电控与电控与PLCPLC应用技术应用技术 任务（项目）四任务（项目）四南京工业职业技术学院南京工业职业技术学院电气与自动化系电气与自动化系 一、任务一、任务(项目）描述项目）描述 水泵应用于工农业生产的各个领域。例如农田的水泵应用于工农业生产的各个领域。例如农田的灌溉和排水；自来水工程的引水、送水、配水和增压；灌溉和排水；自来水工程的引水、送水、配水和增压；城市污水的处理；火力发电厂中锅炉的给水，冷凝水城市污水的处理；火力发电厂中锅炉的给水，冷凝水的循环以及车间的除灰；矿井的排水，水力采煤，水的循环以及车间的除灰；矿井的排水，水力采煤，水力输煤；宾馆和高层建筑的供水及排污等。下图所示力输煤；宾

2、馆和高层建筑的供水及排污等。下图所示为几种典型的泵房以及安装的大中型水泵。这些水泵为几种典型的泵房以及安装的大中型水泵。这些水泵都是由电动机驱动的，它们的整个工作过程中都涉及都是由电动机驱动的，它们的整个工作过程中都涉及到电气控制技术。到电气控制技术。电灌站泵房 发电厂循环水泵房 自来水厂泵房 变频恒压供水泵房 二、教学目标二、教学目标熟悉大中型水泵电气控制线路的接线和操作使熟悉大中型水泵电气控制线路的接线和操作使用技能用技能，了解大中型三相异步电机常用的降压启动方法，了解大中型三相异步电机常用的降压启动方法，特别是特别是Y/启动的接线和操作启动的接线和操作，熟悉时间继电器、电流继电器、速度继

3、电器的熟悉时间继电器、电流继电器、速度继电器的应用应用，熟悉互锁电路和顺序控制电路的应用熟悉互锁电路和顺序控制电路的应用具备收集和整理信息，进行简单方案的分析和具备收集和整理信息，进行简单方案的分析和设计的能力设计的能力，具有团队合作的能力具有团队合作的能力 。三、任务分析三、任务分析水泵的电气控制根据功率的大小而有所不同。小型水泵水泵的电气控制根据功率的大小而有所不同。小型水泵的电动机功率较小，相对来说其电气控制也比较简单；而大的电动机功率较小，相对来说其电气控制也比较简单；而大中型水泵的电动机功率较大，电气控制系统也要复杂得多。中型水泵的电动机功率较大，电气控制系统也要复杂得多。大中型水泵

4、的电力拖动系统工作时，首先碰到的就是启动问大中型水泵的电力拖动系统工作时，首先碰到的就是启动问题，由于电动机的容量较大，一般都在几十到几百千瓦之间，题，由于电动机的容量较大，一般都在几十到几百千瓦之间，启动电流又是额定电流的启动电流又是额定电流的57倍，如此巨大的启动冲击电流，倍，如此巨大的启动冲击电流，对电网、变压器、控制电器、水泵以及电动机本身都会带来对电网、变压器、控制电器、水泵以及电动机本身都会带来不良的影响，甚至损坏设备，烧坏电动机。为此，大中型电不良的影响，甚至损坏设备，烧坏电动机。为此，大中型电动机启动时，均需采取措施，减小启动电流，常用的方法就动机启动时，均需采取措施，减小启动

5、电流，常用的方法就是降压启动。在众多降压启动方法中，使用设备最少、线路是降压启动。在众多降压启动方法中，使用设备最少、线路最简单、性价比最高的启动方法是最简单、性价比最高的启动方法是Y-启动。启动。Y-启动的电气控制线路，除了用于大中型水泵的电气启动的电气控制线路，除了用于大中型水泵的电气控制系统，在其他电力拖动设备中也是很常见的一种电气控控制系统，在其他电力拖动设备中也是很常见的一种电气控制方法。制方法。四、知识点四、知识点 (一）一）时间继电器时间继电器（二）（二）中间继电器中间继电器（三）（三）电流继电器电流继电器（四）速度继电器（四）速度继电器（五）（五）顺序控制线路顺序控制线路（六）

6、时间控制电路（六）时间控制电路（七）（七）Y启动控制线路启动控制线路五、任务（项目）实施：大中型水泵的电气控制五、任务（项目）实施：大中型水泵的电气控制1 1、大中型水泵的具体控制要求、大中型水泵的具体控制要求大中型水泵一般由功率较大的三相异步电动机拖动，电大中型水泵一般由功率较大的三相异步电动机拖动，电动机的额定电压为动机的额定电压为380V380V。三相交流电源通过电源隔离开关引。三相交流电源通过电源隔离开关引入，主电路和控制电路均需加装熔断器进行短路保护。三相入，主电路和控制电路均需加装熔断器进行短路保护。三相异步电动机由三个交流接触器控制异步电动机由三个交流接触器控制Y Y接法启动、接

7、法启动、接法运行和接法运行和停止。停止。Y Y接法降压启动后，通过时间继电器自动转换为接法降压启动后，通过时间继电器自动转换为接法接法运行，其延时时间可以设置为运行，其延时时间可以设置为3 35s5s。主电路还要加装热继电。主电路还要加装热继电器进行过载保护。控制电路分别用绿色和红色的按钮控制电器进行过载保护。控制电路分别用绿色和红色的按钮控制电动机的启动与停止，电动机启动过程和运行过程中，其主接动机的启动与停止，电动机启动过程和运行过程中，其主接触器由常开触点进行自锁。为了防止在触器由常开触点进行自锁。为了防止在Y-Y-转换过程中发生转换过程中发生电源直接短路，电源直接短路，Y-Y-转换的两

8、个接触器需要用常闭触点进行转换的两个接触器需要用常闭触点进行互锁。电动机启动完毕后，将时间继电器断电。水泵结束工互锁。电动机启动完毕后，将时间继电器断电。水泵结束工作时，按下停止按钮，控制线路断电，最后断开电源隔离开作时，按下停止按钮，控制线路断电，最后断开电源隔离开关。关。（1）绘制电气控）绘制电气控制线路制线路 电气控制线路由主电气控制线路由主电路和控制电路两电路和控制电路两部分组成。根据大部分组成。根据大功率水泵的具体控功率水泵的具体控制要求，自行绘制制要求，自行绘制其电气控制线路，其电气控制线路，参考电路如图所示。参考电路如图所示。如果交流接触器线如果交流接触器线圈的额定电压是圈的额定

9、电压是220V，考虑一下，考虑一下，控制电路的两头应控制电路的两头应该接到什么地方。该接到什么地方。2 2、控制方案设计、控制方案设计（2）列出元器件清单）列出元器件清单根据所绘制的大中型水泵的电气控制线路，列出实施该项目所需的根据所绘制的大中型水泵的电气控制线路，列出实施该项目所需的元器件清单。按照电动机的容量选择低压断路器、熔断器、交流接触器、元器件清单。按照电动机的容量选择低压断路器、熔断器、交流接触器、热继电器、时间继电器和按钮的规格型号。热继电器、时间继电器和按钮的规格型号。序号名称符号规格型号数量备注123456783 3、电气控制线路的安装、接线和调试、电气控制线路的安装、接线和

10、调试（1）由小组讨论确定的最终电气控制线路方案，经指导教师认可后，按）由小组讨论确定的最终电气控制线路方案，经指导教师认可后，按图接线，调节时间继电器的延时范围在图接线，调节时间继电器的延时范围在35s之间。之间。（2）确认无误后，合上电源开关）确认无误后，合上电源开关QS，接通三相交流电。，接通三相交流电。（3）按下启动按钮）按下启动按钮SB2，电动机，电动机Y接法启动，观察并记录相电压的大小接法启动，观察并记录相电压的大小和时间继电器的工作情况。和时间继电器的工作情况。（4）经过一段延时时间，时间继电器动作，电机按）经过一段延时时间，时间继电器动作，电机按接法正常运行，观接法正常运行，观察

11、并记录相电压的大小。察并记录相电压的大小。（5）按下停止按钮）按下停止按钮SB1，电动机，电动机M停止运转。停止运转。（6）分析处理调试过程中出现的故障现象。）分析处理调试过程中出现的故障现象。（7）按照大中型水泵的具体控制要求调试完毕后，准备接受项目验收。）按照大中型水泵的具体控制要求调试完毕后，准备接受项目验收。4 4、注意事项、注意事项（1）本项目训练用的电动机为）本项目训练用的电动机为220V接法，电源电压不要误加到接法，电源电压不要误加到380V。（2）Y-转换的两个接触器必须要用常闭触点进行互锁。转换的两个接触器必须要用常闭触点进行互锁。（3）交流接触器线圈的额定电压为）交流接触器

12、线圈的额定电压为220V，因此控制电路的电压也应是，因此控制电路的电压也应是220V。（4）接线完毕后，注意导线不要碰到联轴器，以防电机旋转拉断导线。）接线完毕后，注意导线不要碰到联轴器，以防电机旋转拉断导线。5 5、项目验收、项目验收（1）参考维修电工中级工的国家职业标准，由师生组成的考核小组对项）参考维修电工中级工的国家职业标准，由师生组成的考核小组对项目的实施过程进行考核评分。目的实施过程进行考核评分。序号考核内容考核要求配分得分1技能训练的准备预习技能训练的内容102仪器、仪表、设备的使用正确使用按钮、接触器、热继电器、熔断器、时间继电器、实验台等设备203电气控制电路的接线电路绘制正

13、确，接线速度快，Y-转换的两个接触器之间加互锁404Y启动的操作和观察通电运行一次成功，操作规范，观察和记录的结果正确305合计得分6否定项发生重大责任事故、严重违反教学纪律者得0分（2）编写大中型水泵电气控制线路）编写大中型水泵电气控制线路的使用说明书的使用说明书 1）项目名称）项目名称 2）主要功能）主要功能 3）元器件清单）元器件清单 4）电气控制线路图）电气控制线路图 5）操作使用步骤）操作使用步骤 6）注意事项）注意事项六、总结与拓展六、总结与拓展1、项目总结、项目总结大中型水泵的电气控制线路的主要功能是利用大中型水泵的电气控制线路的主要功能是利用Y启动的工作原启动的工作原理进行降压

14、启动。是降压启动方法中，使用设备最少、线路最简单、理进行降压启动。是降压启动方法中，使用设备最少、线路最简单、性价比最高的一种，一般采用时间继电器来实现性价比最高的一种，一般采用时间继电器来实现Y-启动的自动控启动的自动控制，在其他电力拖动设备的电气控制中也普遍使用。制，在其他电力拖动设备的电气控制中也普遍使用。时间继电器分为通电延时和断电延时两种，它的触点较多，符时间继电器分为通电延时和断电延时两种，它的触点较多，符号也比较复杂，使用时务必要细心。号也比较复杂，使用时务必要细心。中间继电器的作用是增加其他电器的触点数量或触点容量，起中间继电器的作用是增加其他电器的触点数量或触点容量，起到中间

15、信号的转换和放大作用。到中间信号的转换和放大作用。电流继电器可分过电流继电器和欠电流继电器。电流继电器可分过电流继电器和欠电流继电器。速度继电器常用于电动机反接制动的控制中。速度继电器常用于电动机反接制动的控制中。顺序控制的基本方法是用常开触点进行互锁。先启动的电动机顺序控制的基本方法是用常开触点进行互锁。先启动的电动机的接触器常开触点串联到后启动的电动机的接触器线圈中；先停止的的接触器常开触点串联到后启动的电动机的接触器线圈中；先停止的电动机的接触器常开触点并联到后停止电动机的停止按钮两端。电动机的接触器常开触点并联到后停止电动机的停止按钮两端。2 2、项目拓展、项目拓展（1）试设计三相异步

16、电动机能耗制动的电气控制线路。工作）试设计三相异步电动机能耗制动的电气控制线路。工作要求如下：要求如下：1）用按钮）用按钮SB2和和SB1控制电动机控制电动机M的启动和停止；的启动和停止；2）按下停止按钮）按下停止按钮SB1时，应使接触器时，应使接触器KM1断电释放，接触器断电释放，接触器KM2通电动作，以便向定子绕组加入直流电源，进行能耗制动；通电动作，以便向定子绕组加入直流电源，进行能耗制动；3）制动一段时间后，应使）制动一段时间后，应使KM2自动断电释放，以便切除直流自动断电释放，以便切除直流电源，试用通电延时型和断电延时型继电器各画出一种控制线路。电源，试用通电延时型和断电延时型继电器

17、各画出一种控制线路。4）若用速度继电器控制，试画出控制线路。）若用速度继电器控制，试画出控制线路。5）将上述控制线路在技能训练室实施）将上述控制线路在技能训练室实施（2）试分析下图所示电气控制线路的工作原理和操作步骤。）试分析下图所示电气控制线路的工作原理和操作步骤。（3）在技能训练室实施电动机顺序控制线路。）在技能训练室实施电动机顺序控制线路。本单元内容全部结束，谢谢！本单元内容全部结束，谢谢！(一）一）时间继电器时间继电器用途用途：从得到输入信号起，需经过一定的延时后才能输：从得到输入信号起，需经过一定的延时后才能输出信号的继电器称为时间继电器。用于定时控制。出信号的继电器称为时间继电器。

18、用于定时控制。下图为时间继电器的外形图。下图为时间继电器的外形图。种类种类：时间继电器按其工作原理可分为电磁式、空气阻尼式、电动式和时间继电器按其工作原理可分为电磁式、空气阻尼式、电动式和数字式。延时方式有通电延时和断电延时两种。数字式。延时方式有通电延时和断电延时两种。结构和符号结构和符号：时间继电器的文字符号为：时间继电器的文字符号为KT，各种常开、常闭触头的，各种常开、常闭触头的符号比较复杂，如图符号比较复杂，如图)所示。线圈的符号也分为通电延时和断电延时两种。所示。线圈的符号也分为通电延时和断电延时两种。返回返回（二）中间继电器（二）中间继电器 中间继电器的中间继电器的特点特点是触点数

19、较是触点数较多多(4对以上对以上)，触点电流容量较大，触点电流容量较大(510A)，动作灵敏（动作时间不大，动作灵敏（动作时间不大于于0.05s）。）。主要主要用途用途是当其他低压电器的是当其他低压电器的触点数量或触点容量不够时，可借触点数量或触点容量不够时，可借助中间继电器来增加它们的触点数助中间继电器来增加它们的触点数量或触点容量，起到中间信号的转量或触点容量，起到中间信号的转换和放大作用。换和放大作用。常用的中间继电器有常用的中间继电器有JZ7、JZ8等等系列系列，其结构和外形与小型交流，其结构和外形与小型交流接触器相似。接触器相似。图形符号图形符号与交流接触器的差别与交流接触器的差别在

20、于没有主触点，在于没有主触点，文字符号文字符号为为KA。返回返回（三）电流继电器（三）电流继电器根据线圈中电流的大小而动作的继电器称为电流继电器。这种继电根据线圈中电流的大小而动作的继电器称为电流继电器。这种继电器的线圈导线粗、匝数少、能通过大电流，串联在主电路中。当线圈中器的线圈导线粗、匝数少、能通过大电流，串联在主电路中。当线圈中电流大于整定值而动作的继电器称为电流大于整定值而动作的继电器称为过电流继电器过电流继电器，低于整定值而动作，低于整定值而动作的称为的称为欠电流继电器欠电流继电器。用于。用于过流和欠流保护过流和欠流保护。电流继电器的外形如图所示。电流继电器的外形如图所示。电流继电器

21、的电流继电器的图形符号图形符号和和文字符号文字符号如图所示如图所示 工作原理：过电流继电器工作原理：过电流继电器在正常工作时电磁吸力不足以在正常工作时电磁吸力不足以克服弹簧力，衔铁处于释放状克服弹簧力，衔铁处于释放状态；当线圈电流超过某一整定态；当线圈电流超过某一整定值时，衔铁动作，于是常开触值时，衔铁动作，于是常开触点闭合，常闭触点断开。点闭合，常闭触点断开。欠电流继电器欠电流继电器是当线圈电是当线圈电流降到低于某一整定值时释放流降到低于某一整定值时释放的继电器，所以在线圈电流正的继电器，所以在线圈电流正常时衔铁是吸合的。这种继电常时衔铁是吸合的。这种继电器常用于直流电动机和电磁吸器常用于直

22、流电动机和电磁吸盘的盘的失磁保护失磁保护。返回返回（四）速度继电器（四）速度继电器速度继电器是一种当转速达到规定值时动作的继电器。速度继电器是一种当转速达到规定值时动作的继电器。常用于电动机反接制动的控制电路中，当反接制动的转速下降到接常用于电动机反接制动的控制电路中，当反接制动的转速下降到接近零时，它能自动及时地切断电路。用于近零时，它能自动及时地切断电路。用于速度控制速度控制。速度继电器由转子、定子和触头三部分速度继电器由转子、定子和触头三部分组成组成。速度继电器的结构和速度继电器的结构和图形符号图形符号。（a）外形 （b）工作原理 （c）符号返回返回（五）顺序控制线路（五）顺序控制线路右

23、图为顺序控制线右图为顺序控制线路的原理图。图（路的原理图。图（a）是主电路。图（是主电路。图（b）、）、（c）、（）、（d）是不）是不同的控制电路，其同的控制电路，其共同点是共同点是KM1常开常开触点串联在触点串联在KM2线线圈电路中，所以只圈电路中，所以只有在电动机有在电动机M1启动启动后，电动机后，电动机M2才能才能启动，因此电动机启动，因此电动机的工作顺序是的工作顺序是M1M2。控制电路的工作原理控制电路的工作原理：以图（以图（a）和（）和（b）为例，其按下启动按）为例，其按下启动按钮钮SB2，接触器，接触器KM1线圈得电，除了线圈得电，除了KM1的自锁触点和主触点闭合使电的自锁触点和主

24、触点闭合使电动机动机M1得电运转外，与接触器得电运转外，与接触器KM2线圈串联的线圈串联的KM1常开触点也闭合。常开触点也闭合。只有在这个条件下，按下只有在这个条件下，按下SB3按钮，接触器按钮，接触器KM2线圈才能得电，从而启线圈才能得电，从而启动电动机动电动机M2。也就是说，电动机。也就是说，电动机M2只能在电动机只能在电动机M1启动后才能启动。启动后才能启动。电动机电动机M2可以不启动，但按下停止按钮可以不启动，但按下停止按钮SB1时，则同时停止电动机时，则同时停止电动机M1和和M2。图（。图（c）所示的控制电路中，电动机）所示的控制电路中，电动机M1启动后启动后M2才能启动，而才能启动

25、，而停止时，相互之间没有影响。图（停止时，相互之间没有影响。图（d）所示的控制线路中，启动情况与）所示的控制线路中，启动情况与图一样；停止时，由于常开触点图一样；停止时，由于常开触点KM2并联在启动按钮并联在启动按钮SB1两端，所以只两端，所以只有在有在M2停止后停止后M1才能停止，即才能停止，即M2M1。顺序控制所采用的基本方法是用常开触点进行互锁。先启动的电动顺序控制所采用的基本方法是用常开触点进行互锁。先启动的电动机的接触器常开触点串联到后启动的电动机的接触器线圈中；先停止的机的接触器常开触点串联到后启动的电动机的接触器线圈中；先停止的电动机的接触器常开触点并联到后停止电动机的停止按钮两

26、端。电动机的接触器常开触点并联到后停止电动机的停止按钮两端。返回返回（六）时间控制电路（六）时间控制电路 时间控制电路是利用时间继电器来完成的。常用的延时控制电路有时间控制电路是利用时间继电器来完成的。常用的延时控制电路有通电通电延时型延时型时间继电器控制电路和时间继电器控制电路和断电延时型断电延时型时间继电器控制电路两大类。时间继电器控制电路两大类。1.通电延时型时通电延时型时间继电器控制电路间继电器控制电路图中图中KA为中间继电为中间继电器，器，KT为时间继电器，为时间继电器，KM为接触器。接触器为接触器。接触器KM线圈必须在时间继线圈必须在时间继电器电器KT常开触点延时常开触点延时闭合以

27、后才能够得电，闭合以后才能够得电，也就是说，接触器也就是说，接触器KM得电是由时间继电器延得电是由时间继电器延时后控制的。时后控制的。2.断电延时型时断电延时型时间继电器控制电路间继电器控制电路图中时间继电器图中时间继电器KT为断电延时型时间继为断电延时型时间继电器。其常开延时断电器。其常开延时断开触点动作情况比通开触点动作情况比通电延时型时间继电器电延时型时间继电器复杂一些。在复杂一些。在KT线圈线圈得电时，该触点立即得电时，该触点立即闭合，闭合，KT线圈断电时，线圈断电时，经延时后该触点才断经延时后该触点才断开。开。返回返回（七）（七）Y Y启动控制线路启动控制线路 凡是正常运行凡是正常运

28、行时三相定子绕组时三相定子绕组接法的三相笼型异接法的三相笼型异步电动机，均可采步电动机，均可采用用Y降压启动方降压启动方法来达到限制启动法来达到限制启动电流的目的。启动电流的目的。启动时，定子绕组先作时，定子绕组先作Y接法，待转速上升接法，待转速上升到接近额定转速时，到接近额定转速时，将定子绕组的接线将定子绕组的接线恢复为接法，电恢复为接法，电动机便进入全压正动机便进入全压正常运行状态。常运行状态。上图为三接触器式上图为三接触器式Y降压启动控制线路，其中降压启动控制线路，其中KM1用于接通三相电源，用于接通三相电源，KM2将定子绕组接成接法，将定子绕组接成接法，KM3将定子绕组接成将定子绕组接

29、成Y接法。接法。Y降压启动控制线路的简要工作原理如下：降压启动控制线路的简要工作原理如下：QS+SB2KM1+自锁自锁KM2-降压启动降压启动tKM3-KM2+正常运行正常运行 （KM3+、KT+）（KM1+、KT-）三相笼型异步电动机采用三相笼型异步电动机采用 Y降压启动，设备简单、经济，可频繁操作。降压启动，设备简单、经济，可频繁操作。但启动时，由于每相绕组的电压下降到正常工作电压的但启动时，由于每相绕组的电压下降到正常工作电压的1/，所以线路中的启，所以线路中的启动电流下降到全压启动时的动电流下降到全压启动时的1/3，其启动转矩亦只有全压启动时的，其启动转矩亦只有全压启动时的1/3，而且，而且启动电压不能按实际需要调节，因此这种启动方法只适用于空载或轻载启动启动电压不能按实际需要调节，因此这种启动方法只适用于空载或轻载启动的场合。的场合。返回返回演讲完毕，谢谢观看！