电机双重联锁正反转控制PLC改造设计毕业论文.docx
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电机双重联锁正反转控制PLC改造设计毕业论文
电机双重联锁正反转控制PLC改造设计毕业论文
电机双重联锁正反转控制
双重联锁（按钮、接触器）正反转控制电路原理图
一、线路的运用场合
正反转控制运用生产机械要求运动部件能向正反两个方向运动的场合。
如机床工作台电机的前进与后退控制；万能铣床主轴的正反转控制；圈板机的辊子的正反转；电梯、起重机的上升与下降控制等场所。
二、控制原理分析
（1）、控制功能分析：
怎样才能实现正反转控制？
为什么要实现联锁？
电机要实现正反转控制：
将其电源的相序中任意两相对调即可（简称换相），通常是V相不变，将U相与W相对调，为了保证两个接触器动作时能够可靠调换电动机的相序，接线时应使接触器的上口接线保持一致，在接触器的下口调相。
。
由于将两相相序对调，故须确保2个KM线圈不能同时得电，否则会发生严重的相间短路故障，因此必须采取联锁。
为安全起见，常采用按钮联锁（机械）和接触器联锁（电气）的双重联锁正反转控制线路（如原理图所示）；使用了（机械）按钮联锁，即使同时按下正反转按钮，调相用的两接触器也不可能同时得电，机械上避免了相间短路。
另外，由于应用的（电气）接触器间的联锁，所以只要其中一个接触器得电，其长闭触点（串接在对方线圈的控制线路中）就不会闭合，这样在机械、电气双重联锁的应用下，电机的供电系统不可能相间短路，有效地保护的电机，同时也避免在调相时相间短路造成事故，烧坏接触器。
（2）、工作原理分析：
A、正转控制：
按下SB1SB1常闭触头先断开（对KM2实现联锁）
SB1常开触头闭合KM1线圈得电
KM1自锁触头闭合（实现自锁）电机M启动连续正转工作
KM1主触头闭合
KM1联锁触头断开（对KM2实现联锁）
B、反转控制：
KM1自锁触头断开（解除自锁）电机M失电，停止正转
SB2常闭触头断开KM1线圈失电KM1主触头断开
按下SB2KM1联锁触头闭合KM2线圈得电
SB2常开触头闭合
KM2自锁触头闭合（实现自锁）电机M启动连续反转工作
KM2主触头闭合
KM2联锁触头断开（对KM1实现联锁）
C、停止控制：
按下SB3，整个控制电路失电，接触器各触头复位，电机M失电停转；
三、双重联锁正反转控制线路的优点
接触器联锁正反转控制线路虽工作安全可靠但操作不方便；而按钮联锁正反转控制线路虽操作方便但容易产生电源两相短路故障。
双重联锁正反转控制线路则兼有两种联锁控制线路的优点，操作方便，工作安全可靠。
四、安装工艺要求
1、元件安装工艺
安装牢固、排列整齐；
2、布线工艺
走线集中、减少架空和交叉，做到横平、竖直、转弯成直角；
3、接线工艺
A、每个接头最多只能接两根线；
B、平压式接线柱要求作线耳连接，方向为顺时针；
C、线头露铜部分<2mm；
D、电机和按钮等金属外壳必须可靠接地；
五、注意事项
1、各个元件的安装位置要适当，安装要牢固、排列要整齐；
2、按钮使用规定：
红色：
SB3停止控制；绿色：
SB1正转控制；黑色：
SB2反转控制；
3、按钮、电机等金属外壳都必须接地，采用黄绿双色线；
4、主电路必须换相（即V相不变，U相与W相对换），才能实现正反转控制；
5、接线时，不能将控制正反转的接触器自锁触头互换，否则只能点动；
6、接线完毕，必须先自检查，确认无误，方可通电；
7、通电时必须有电气工程师在现场监护，做到安全文明生产；
CJ20-40接触器端子
功能示意图：
调相接线图：
KM1接触器启动回路
若W相接在接触器线圈的A1上，则接触器的控制电路为：
由A2起始，串接对方接触器的常闭触点后，接于自己常开触点的一端（而常开触点的另一端是由对方启动开关引来的V相），然后再接到自己启动开关的常开常开触点的一端，反之亦然。
按钮联锁说明：
SB1控制KM1线圈，SB2控制KM2线圈。
原理分析：
1、当按下SB1时，V相经由SB2的常闭触点、KM2的常闭触点后，接到了KM1线圈A2，些时KM1线圈得电（串接于对方线圈控制回路中的KM1常闭触点断开，电气上保证避免相间短路），KM1接触器吸合，电动机电源接通，电机正转；
2、当按下SB2时，V相经由SB1的常闭触点、KM1的常闭触点后，接到了KM2线圈A2，些时KM2线圈得电（串接于对方线圈控制回路中的KM2常闭触点断开，电气上保证避免相间短路），KM2接触器吸合，电动机电源（此时已调相）接通，电机反转；
3、若同时按下SB1、SB2，由于它们的常闭触点都串接在对方的控制回路中，所以KM1、KM2的控制回路都断路，这样就保证了，KM1和KM2不可能同时得电，同时吸合，造成相间短路；也就是说，当SB1和SB2同时按下时，引入V相的回路断路，这样KM1和KM2的线圈当然不可能同时得电，也就不可能在接触器的出线端造成相间短路。
即，当其中一个开关按下时，由于此开关的常闭触点串接在对方线圈控制回路中，造成其断路，从而保证在其线圈得电的同时，对方线圈永远不可能得电，这也就避免了相间短路。
如何实现点动、联动？
只需将接触器常开触点带电（V相）的那个回路切断，这是线圈得电后，其常开触点闭合，但由于常开触点的另一端没有接通V相，不能自锁，即点动；若接通，线圈得电后其常开触点闭合，由于常开触点的另一端总是接通V相，这样就实现了自锁。
SB3控制KM1
SB2控制KM2
SB1紧急停止
元件安装实物图
元件明细表
序号
代号
名称
型号
规格
数量
1
M
三相异步电机
Y112M-4
4kW、380V、△接法、8.8A、1440r/min
1
2
QS
组合开关
HZ10-25/3
三极、25A
1
3
FU1
熔断器
RL1-60/25
500V、60A、配熔体25A
3
4
FU2
熔断器
RL1-15/2
500V、15A、配熔体2A
2
5
KM1、KM2
接触器
CJ10-10
10A、线圈电压380V
2
6
FR
热继电器
JR16-20/3
三极、20A、整定电流8.8A
1
7
SB1-SB3
按钮
LA10-3H
保护式、380V、5A、按钮数3位
1
8
XT
接线端子排
JX2-1015
380V、10A、15节
1
电动机可逆运行控制电路的调试
1、检查主回路路的接线是否正确，为了保证两个接触器动作时能够可靠调换电动机的相序，接线时应使接触器的上口接线保持一致，在接触器的下口调相。
2、检查接线无误后，通电试验，通电试验时为防止意外，应先将电动机的接线断开。
故障现象预处理；
1、不启动
原因之一，检查控制保险FU是否断路，热继电器FR接点是否用错或接触不良，SB1按钮的常闭接点是否不良。
原因之二按钮互锁的接线有误。
2、起动时接触器“叭哒”就不吸了；这是因为接触器的常闭接点互锁接线有错，将互锁接点接成了自己锁自己了，起动时常闭接点是通的接触器线圈的电吸合，接触器吸合后常闭接点又断开，接触器线圈又断电释放，释放常闭接点又接通接触器又吸合，接点又断开，所以会出现“叭哒”接触器不吸合的现象。
3、不能够自锁一抬手接触器就断开，这是因为自锁接点接线有误。
电动机可逆运行控制电路为了使电动机能够正转和反转，可采用两只接触器KM1、KM2换接电动机三相电源的相序，但两个接触器不能同时吸合，如果同时吸合将造成电源的短路事故，为了防止这种事故，在电路中应采取可靠的互锁，上图为采用按钮和接触器双重互锁的电动机正、反两方向运行的控制电路。
线路分析如下：
一、正向启动：
1、合上空气开关QF接通三相电源
2、按下正向启动按钮SB3，KM1通电吸合并自锁，主触头闭合接通电动机，电动机这时的相序是L1、L2、L3，即正向运行。
二、反向启动：
1、合上空气开关QF接通三相电源
2、按下反向启动按钮SB2，KM2通电吸合并通过辅助触点自锁，常开主触头闭合换接了电动机三相的电源相序，这时电动机的相序是L3、L2、L1，即反向运行。
三、互锁环节：
具有禁止功能在线路中起安全保护作用
1、接触器互锁：
KM1线圈回路串入KM2的常闭辅助触点，KM2线圈回路串入KM1的常闭触点。
当正转接触器KM1线圈通电动作后，KM1的辅助常闭触点断开了KM2线圈回路，若使KM1得电吸合，必须先使KM2断电释放，其辅助常闭触头复位，这就防止了KM1、KM2同时吸合造成相间短路，这一线路环节称为互锁环节。
2、按钮互锁：
在电路中采用了控制按钮操作的正反传控制电路，按钮SB2、SB3都具有一对常开触点，一对常闭触点，这两个触点分别与KM1、KM2线圈回路连接。
例如按钮SB2的常开触点与接触器KM2线圈串联，而常闭触点与接触器KM1线圈回路串联。
按钮SB3的常开触点与接触器KM1线圈串联，而常闭触点压KM2线圈回路串联。
这样当按下SB2时只能有接触器KM2的线圈可以通电而KM1断电，按下SB3时只能有接触器KM1的线圈可以通电而KM2断电，如果同时按下SB2和SB3则两只接触器线圈都不能通电。
这样就起到了互锁的作用。
四、电动机正向（或反向）启动运转后，不必先按停止按钮使电动机停止，可以直接按反向（或正向）启动按钮，使电动机变为反方向运行。
电动机的过载保护由热继电器FR完成。
CJ20系列交流接触器
用于交流50Hz，额定电压至660V（个别等级至1140V），电流至630A的电力线路中供远距离频繁接通和分断电路以及控制交流电动机，并适宜于与热继电器或电子保护装置组成电磁起动器，以保护电路或交流电动机可能发生的过负荷及断相。
结构特点：
CJ20系列交流接触器为直动式、双断点，立体布置，结构简单紧凑，外形安装尺寸较CJ10、CJ8等系列接触器老产品大大缩小。
CJ20-10、CJ20-16、CJ2-25为不带灭弧罩的三层二段式结构，上段为热固性塑料躯壳固定着辅助触头、主触头及灭弧系统，下段为热塑性塑料底座安装电磁系统及缓冲装置，底座上除有螺钉固定的安装孔外还装有卡轨安装用的锁，可安装于IEC标准规定的35mm宽帽形安装轨上，拆装方便。
CJ20-40及以上的接触器为两层布置正装式结构，主触头和灭弧罩室在上，电磁系统在下，两只独立的辅助触头组件布置在躯壳两侧。
全系列接触器采用银基合金触头。
CJ20-10、16用AgNi触头，CJ20-40及以上用银基氧化物触头。
灭弧性能优良的触头灭弧系统配用抗熔焊耐磨损的触头材料使产品具有长久的电寿命，并适于在AC-4类特别繁重的条件下工作。
触头灭弧系统：
不同容量等级的接触器采用不同的灭弧结构。
①CJ20-10和CJ20-16为双断点简单开断灭弧室
②CJ20-25为U形铁片灭弧
③CJ20-40～160在380V，660V时均为多纵缝陶土灭弧罩
④CJ20-250及以上接触器在380V时用多纵缝陶土灭弧罩，在660V时用栅片灭弧罩，在1140V时均采用栅片灭弧罩。
电磁系统：
1CJ20-40及以下接触器用双E形铁芯，迎击式缓冲；
其中：
A1、A2为接触器线圈接线端，一般两侧都配置一常开、一常闭，上面的两个接线端一般是常闭，下面是常开。
2CJ20-63及以上用U形铁心，硅橡胶缓冲。
CJ20-10的辅助触头可任意组合，有五种组合：
四常闭、三常闭一常开、二常开二常闭、一常闭三常开、四常开
低压交流接触器
低压交流接触器主要用于通断电气设备电源，可以远距离控制动力设备，的接通断开设备电源时避免人身伤害。
交流接触器的选用对动力设备和电力线路正常运行非常重要。
1、交流接触器的结构与参数
一般使用中要求交流接触器装置结构紧凑，使用方便，动静触头的磁吹装置良好，灭弧效果好，最好达到零飞弧，温升小。
按照灭弧方式分为空气式和真空式，按照操动方式分为电磁式、气动式和电磁气动式。
接触器额定电压参数分为高压和低压，低压一般为380V，500V，660V，1140V等。
电流按型式分为交流、直流。
电流参数有额定工作电流、约定发热电流、接通电流及分断电流、辅助触头的约定发热电流及接触器的短时耐受电流等。
一般接触器型号参数给出的是约定发热电流，约定发热电流对应的额定工作电流有好几个。
比如CJ20-63，主触头的额定工作电流分为63A，40A，型号参数中63指的是约定发热电流，它和接触器的外壳绝缘结构有关，而额定工作电流和选定的负载电流、电压等级有关。
交流接触器线圈按照电压分为36、127、220、380V等。
接触器的极数分为2、3、4、5极等。
辅助触头根据常开常闭各有几对，根据控制需要选择。
其他参数还有接通、分断次数、机械寿命、电寿命、最大允许操作频率、最大允许接线线径以及外形尺寸和安装尺寸等。
接触器的分类见表1
表1常用接触器类型
使用类别代号适用典型负载举例典型设备
AC－1无感或微感负载，电阻性负载电阻炉，加热器等
AC－2绕线式感应电动机的启动、分断起重机，压缩机，提升机等
AC－3笼型感应电动机的启动、分断风机，泵等
AC－4笼型感应电动机的启动、反接制动或密接通断电动机风机，泵，机床等
AC－5a放电灯的通断高压气体放电灯如汞灯、卤素灯等
AC－5b白炽灯的通断白炽灯
AC－6a变压器的通断电焊机
AC－6b电容器的通断电容器
AC－7a家用电器和类似用途的低感负载微波炉、烘手机等
AC－7b家用的电动机负载电冰箱、洗衣机等电源通断
AC－8a具有手动复位过载脱扣器的密封制冷压缩机的电动机压缩机
AC－8b具有手动复位过载脱扣器的密封制冷压缩机的电动机压缩机
2、交流接触器的选用原则
接触器作为通断负载电源的设备，接触器的选用应按满足被控制设备的要求进行，除额定工作电压与被控设备的额定工作电压相同外，被控设备的负载功率、使用类别、控制方式、操作频率、工作寿命、安装方式、安装尺寸以及经济性是选择的依据。
选用原则如下：
（1）交流接触器的电压等级要和负载相同，选用的接触器类型要和负载相适应。
（2）负载的计算电流要符合接触器的容量等级，即计算电流小于等于接触器的额定工作电流。
接触器的接通电流大于负载的启动电流，分断电流大于负载运行时分断需要电流，负载的计算电流要考虑实际工作环境和工况，对于启动时间长的负载，半小时峰值电流不能超过约定发热电流。
（3）按短时的动、热稳定校验。
线路的三相短路电流不应超过接触器允许的动、热稳定电流，当使用接触器断开短路电流时，还应校验接触器的分断能力。
（4）接触器吸引线圈的额定电压、电流及辅助触头的数量、电流容量应满足控制回路接线要求。
要考虑接在接触器控制回路在线路长度，一般推荐的操作电压值，接触器要能够在85～110％的额定电压值下工作。
如果线路过长，由于电压降太大，接触器线圈对合闸指令有可能不起反映；由于线路电容太大，可能对跳闸指令不起作用。
（5）根据操作次数校验接触器所允许的操作频率。
如果操作频率超过规定值，额定电流应该加大一倍。
（6）短路保护元件参数应该和接触器参数配合选用。
选用时可参见样本手册，样本手册一般给出的是接触器和熔断器的配合表。
接触器和空气断路器的配合要根据空气断路器的过载系数和短路保护电流系数来决定。
接触器的约定发热电流应小于空气断路器的过载电流，接触器的接通、断开电流应小于断路器的短路保护电流，这样断路器才能保护接触器。
实际中接触器在一个电压等级下约定发热电流和额定工作电流比值在1～1.38之间，而断路器的反时限过载系数参数比较多，不同类型断路器不一样，所以两者间配合很难有一个标准，不能形成配合表，需要实际核算。
（7）接触器和其它元器件的安装距离要符合相关国标、规，要考虑维修和走线距离。
3、不同负载下交流接触器的选用
为了使接触器不会发生触头粘连烧蚀，延长接触器寿命，接触器要躲过负载启动最大电流，还要考虑到启动时间的长短等不利因数，因此要对接触器通断运行的负载进行分析，根据负载电气特点和此电力系统的实际情况，对不同的负载启停电流进行计算校合。
3.1控制电热设备用交流接触器的选用
这类设备有电阻炉、调温设备等，其电热元件负载中用的绕线电阻元件，接通电流可达额定电流的1.4倍，如果考虑到电源电压升高等，电流还会变大。
此类负载的电流波动围很小，按使用类别属于AC-1，操作也不频繁，选用接触器时只要按照接触器的额定工作电流Ith等于或大于电热设备的工作电流1.2倍即可。
3.2控制照明设备用的接触器的选用
照明设备的种类很多，不同类型的照明设备、启动电流和启动时间也不一样。
此类负载使用类别为AC-5a或AC-5b。
如果启动时间很短，可选择其发热电流Ith等于照明设备工作电流1.1倍。
启动时间较长以及功率因数较低，可选择其发热电流Ith比照明设备工作电流大一些。
表2为不同照明设备用接触器选用原则。
表2不同照明设备用接触器选用原则
序号照明设备名称启动电源功率因数启动时间接触器选用原则
1白炽灯15Ie1Ith≥1.1Ie
2混合照明1.3Ie≈13Ith≥1.1×1.3Ie
3荧光灯≈2.1Ie0.4～0.6Ith≥1.1Ie
4高压水银灯≈1.4Ie0.4～0.63～5Ith≥1.1×1.4Ie
5金属卤素灯1.4Ie0.4～0.55～10Ith≥1.1×2Ie
6带功率印数补偿的灯20Ie0.5～0.65～10按补偿电容启动电流选用
3.3控制电焊变压器用接触器的选用
当接通低压变压器负载时，变压器因为二次侧的电极短路而出现短时的陡峭大电流，在一次侧出现较大电流，可达额定电流的15～20倍，它与变压器的绕组布置及铁心特性有关。
当电焊机频繁地产生突发性的强电流，从而使变压器的初级侧的开关承受巨大的应力和电流，所以必须按照变压器的额定功率下电极短路时一次侧的短路电流及焊接频率来选择接触器，即接通电流大于二次侧短路时一次侧电流。
此类负载使用类别为AC-6a。
3.4电动机用接触器的选用
电动机用接触器根据电动机使用情况及电动机类别可分别选用AC-2～4，对于启动电流在6倍额定电流，分断电流为额定电流下可选用AC-3，如风机水泵等，可采用查表法及选用曲线法，根据样本及手册选用，不用再计算。
绕线式电动机接通电流及分断电流都是2.5倍额定电流，一般启动时在转子中串入电阻以限制启动电流，增加启动转矩，使用类别AC-2，可选用转动式接触器。
当电动机处于点动、需反向运转及制动时，接通电流为6Ie，使用类别为AC-4，它比AC-3严酷的多。
可根据使用类别AC-4下列出电流大小计算电动机的功率。
公式如下：
Pe=3UeIeCOS￠η,
Ue：
电动机额定电流，Ie：
电动机额定电压，COS￠：
功率因数，η：
电动机效率。
如果允许触头寿命缩短，AC-4电流可适当加大，在很低的通断频率下改为AC-3类。
根据电动机保护配合的要求，堵转电流以下电流应该由控制电器接通和分断。
大多数Y系列电动机的堵转电流≤7Ie，因此选择接触器时要考虑分、合堵转电流。
规规定：
电动机运行在AC-3下，接触器额定电流不大于630A时，接触器应当能承受8倍额定电流至少10秒。
对于一般设备用电动机，工作电流小于额定电流，启动电流虽然达到额定电流的4～7倍，但时间短，对接触器的触头损伤不大，接触器在设计时已考虑此因数，一般选用触头容量大于电动机额定容量的1.25倍即可。
对于在特殊情况下工作的电动机要根据实际工况考虑。
如电动葫芦属于冲击性负载，重载启停频繁，反接制动等，所以计算工作电流要乘以相应倍数，由于重载启停频繁，选用4倍电动机额定电流，通常重载下反接制动电流为启动电流2倍，所以对此此工况要选用8倍额定电流。
3.5电容器用接触器选用
电容器接通时电容器产生瞬态充电过程，出现很大的合闸涌流，同时伴随着很高的电流频率振荡，此电流由电网电压、电容器的容量和电路中的电抗决定（即与此馈电变压器和连接导线有关），因此触头闭合过程中可能烧蚀严重，应当按计算出的电容器电路中最大稳态电流和实际电力系统中接通时可能产生的最大涌流峰值进行选择，这样才能保证正确安全的操作使用。
选用普通型交流接触器要考虑接通电容器组时的涌流倍数、电网容量、变压器、回路及开关设备的阻抗、并联电容器组放电状态以及合闸相角等，一般达到50至100额定电流，计算时比较烦琐，可以参见文献1。
如果电容器组没有放电装置，可选用带强制泄放电阻电路的专用接触器，如ABB公司的B25C、B275C系列。
国产的CJ19系列切换电容器接触器专为电容器而设计，也采用了串联电阻抑制涌流的措施。
选用时参见样本，而且还要考虑无功补偿装置标准中的规定。
电容器投入瞬间产生的涌流峰值应限制在电容器组额定电流的20倍以下（JB7113－1993低压并联电容器装置规定）；还应考虑最大稳态电流下电容器运行，电容器组运行时的谐波电压加上高达1.1倍额定工作时的工频过电压，会产生较大的电流。
电容器组电路中的设备器件应能在额定频率、额定正弦电压所产生的均方根值不超过1.3倍额定电流下连续运行，由于实际电容器的电容值可能达到额定电容值1.1倍，故此电流可达1.43倍额定电流，因此选择接触器的额定发热电流应不小于此最大稳态电流。
4、有特殊要求情况下交流接触器的选用
4.1、防晃电型交流接触器
电力系统由于雷击、短路后重合闸以及单相人为短时故障接地后自动恢复等原因使供电系统晃电，晃电时间一般在几秒以下。
在有连续性生产要求的情况下，工艺上不允许设备在电源短时中断（晃电）就造成设备跳闸停电，可以采用新型电控设备：
FS系列防晃电交流接触器。
FS系列防晃电接触器不依赖辅助工作电源，不依赖辅助机械装置，具有体积小、可靠性高，它采用强力吸合装置，双绕组线圈，接触器在吸合释放时无有害抖动，避免了电网失压时触头抖动引起的燃弧熔焊，因此减少了触头磨损。
接触器线圈带有储能机构，当晃电发生时，接触器线圈延迟释放，其辅助触点延迟发出断开的控制信号，由此躲开晃电时间，晃电时间由负载性质和断电长短决定，接触器延时时间可调。
4.2、节能型交流接触器
交流接触器的节电是指采用各种节电技术来降低操作电磁系统吸持时所消耗的有功、无功功率。
交流接触器的操作电磁系统一般采用交流控制电源，我国现有63A以上交流接触器，在吸持时所消耗的有功功率在数十瓦至几百瓦之间，无功功率在数十乏至几百乏之间，一般所耗有功功率铁芯约占65～75％，短路环约占25～30％，线圈约占3～5％，所以可以将交流吸持电流改为直流吸持，或者采用机械结构吸持、限电流吸持等方法，可以节省铁芯及短路环中所占的大部分功率损耗，还可消除、降低噪声，改善环境。
根据原理一般分为三大类：
节电器、节点线圈、节电型交流接触器。
电磁系统采用节电装置，使电磁无噪声及温升低，并解决了使用节电装置有释放延时的缺点，如国产的CJ40系列。
4.3带有附加功能的交流接触器
电子技术的应用可以很方便的在接触器中增添主电路保护功能，如欠、过电压保护，断相保护、漏电保护等。
电动机烧毁事故中，接触器一相接触不良的占11％，所以选择带有断相保护的断路器、接触器等电气器件也是十分必要的。
接触器加辅助模块可以满足一些特殊要求。
加机械连锁可以构成可逆接触器，实现电动机正反可逆旋转，
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