电动机的自动控制基础1323.ppt

第8章 电动机的自动控制基础,8.1 控制电器的结构原理和功能,8.1.1 接触器 接触器利用电磁吸力原理用于频繁地接通和切断大电流电路（主电路）的开关电器。 1）触头系统： 主触头：常开（动合）触头 辅助触头：常开（动合），常闭（动断） 触头弹簧：使触头闭合时能紧密接触。,2）灭弧装置,当接触器触点切断电路时，如电路中电压超过1012V和电流超过80100mA，在拉开的两个触点之间将出现强烈火花，这实际上是一种气体放电的现象，通常称为“电弧”。,欲使电弧熄灭，应设法降低电弧温度和电场强度。,常用的灭弧装置有灭弧罩、灭弧栅和磁吹灭弧装置：,3）电磁机构 电磁机构包括动铁心（衔铁）、静铁心和电磁线圈三部分，在电磁线圈通以电流，产生电磁吸力带动触头动作。当线圈断电或电流小到一定程度时，由反力弹簧作用使衔铁释放。,电磁系统按电磁线圈的种类分为直流线圈和交流线圈两种。 电磁系统的工作情况常用吸力特性和反力特性表示。 吸力特性电磁系统的电磁吸力与气隙的关系曲线称为吸力持性。即F与气隙的关系。电磁吸力可近似地按下式求得： F=4105B2S 式中：F为电磁吸力，B为气隙磁场感应强度，S为铁心截面积。,励磁电流的种类对吸力特性有很大影响，下面对交、直 流电磁机构的吸力特性分别讨论。,交流电磁机构的吸力特性,设线圈外加电压U不变，交流电磁线圈的阻抗主要决定于线圈的电抗，电阻忽略不计，则 U E = 4.44fN =U /(4.44fN) 式中：U为线圈外加电压；E为线圈感应电动势；f为电压频 率，N为电磁线圈的匝数。 交流电磁机构的吸力特性如图所示。,由于交流电磁机构的气隙磁通不变（恒磁链）(why?)，又： 磁势/磁阻IN /Rm （Rm为气隙磁阻）安匝数IN随气隙磁阻（也即随气隙）的变化成正比变化，所以交流电磁线圈的电流I与气隙成正比变化。,交流接触器的吸引线圈是一只交流电压线圈，这种电磁机构在作用原理上属于恒磁链系统。磁链N为恒定常数，因此线圈通电后与磁通的平方成正比的电磁力F恒定不变，与气隙大小无关。但是线圈电流与气隙成正比。因此交流接触器在线圈刚通电、衔铁未吸合的瞬间，电流很大，一旦衔铁吸合，电流自动下降到额定值。,直流电磁机构的吸力特性 因线圈外加电压U和线圈电阻不变，流过线圈的电流I也为常 数（IN不变恒磁势），即不受气隙变化的影响，根据磁路 定律： IN /Rm =BS （Rm为气隙磁阻 ） 即电磁吸力F与气隙的平方成反比。直流电磁机构的吸力特性 如图所示。,由分析可知，直流接触器的吸力在衔铁吸合前后变化很大，而线圈电流保持不变。为了减少线圈功耗和发热，一般在衔铁吸合后，需要在线圈的电气回路中串接经济电阻以减小线圈电流。,图示为反力特性与吸力特性 1直流接触器吸力特性 2交流接触器吸力特性 3反力特性,反力特性归算到工作气隙中心的所有反力F与工作气隙的关系，即：F（）。可能有的反力有：反力弹簧力(主要)、触头弹簧力、摩擦阻力、重力等。,反力特性与吸力特性的配合,对于一个电磁铁，如果吸力特性与反力特性配合不好，将影响其工作可靠性、寿命、参数等。对于不同性能的电磁铁，其配合有些差别，但总的要求是：吸合时，吸力大于反力，释放时，反力大于吸力(或等于)。,曲线2、3、4、5为吸力特性,曲线1为反力特性,5）交直流接触器在电磁机构上的区别,（1）交流接触器的线圈铁芯和衔铁由硅钢片叠成；直流接触器的线圈铁芯和衔铁可用整块钢。（为什么有此区别？） （2）交流接触器的吸引线圈因具有较大的交流阻抗，故线圈匝数比较少，采用较粗的漆包铜线绕制；直流接触器的线圈匝数较多，绕制的漆包线较细。 （3）交流接触器的电磁铁芯上必须装有短路环，以消除工作时的振动和噪声（工作原理是什么？）。直流接触器的电磁铁芯上无短路环。,交流接触器结构图,灭弧装置,交流接触器的结构特征: 铁心用硅钢片冲压而成 线圈绕成短而粗的圆筒状,有骨架,由于交流电源频率的变化,衔铁产生强烈振动和噪声,甚至使铁心松散,用途：远距离通断直流电路或控制直流电动机的频繁起停。 结构：电磁机构、触头系统和灭弧装置。 工作原理：与交流接触器基本相同。,直流接触器,直流接触器的结构特征: 铁心用整块钢块 线圈绕成细而长的圆筒状,无骨架,接触器的主要技术指标,额定电压: 接触器的额定电压是指主触头的额定电压 略负载的额定电压。,额定电流: 接触器的额定电流是指主触头的额定电流。它是 在规定工作条件下（额定工作电压、使用类别、 额定工作制和操作频率等），保证电器正常工作 的电流值。,电磁线圈的额定电压: 电磁线圈的额定电压控制回路的电源电压,根据电路中负载电流的种类选择接触器的类型 接触器的额定电压应大于或等于负载回路的额定电压 吸引线圈的额定电压应与所接控制电路的额定电压等级 一致 额定电流应大于或等于被控主回路的额定电流,接触器的使用选择原则,额定触头数目 接触器的触头数目应能满足控制线路的要求 额定操作频率 接触器额定操作频率是指每小时接通次数 约定发热电流 接触器处于非封闭的状态下，按规定条件试验时， 其各部件在8h工作制下的温升不超过值时所能承受的最大电流 接通和分断能力 指接触器主触点在规定条件下，能可靠接通和 分断的电流值 机械寿命和电寿命 工作制,接触器的使用选择原则（续）,8.1.2 主令电器,主令电器主要用来切换控制电路。包括按钮、行程开关、 万能转换开关、主令控制器等。,1）按钮,按钮结构图,按钮颜色的含义,按钮的结构原理与符号,1按钮帽 2复位弹簧 3支柱连杆 4常闭静触头 5桥式动触头 6常开静触头 7外壳,急停按钮 钥匙操作式按钮,2）万能转换开关（多路多极开关）,万能转换开关是一种多触头（从一档增至十六档，每档内有两对触头）；有自复位式和定位式：自复位式当人手离开操作手柄时能自动回到原始位置；定位式则每隔300或450有一个定位。,3）行程开关,行程开关又称为限位开关，是利用机械运动部件的碰撞或接近来控制其触头动作的开关电器。,4）主令控制器,主令控制器是一种多位置多回路的控制开关，适合于频繁操作并要求有多种控制状态的场合，如起货机、锚机的控制。,主令控制器的型号,例 LK112/90 LK1412/96,LK112/90型主令控制器在电路图中的符号,8.1.3 熔断器短路保护电器,熔体额定电流（1.52.5）电动机额定电流（轻载起动取下限，重载或全压起动取上限） 熔断器额定电流熔体额定电流。,反时限特性,8.1.4 继电器,用于接通或断开小容量的电路，即用于控制与保护电路。,按用途分： 控制继电器 保护继电器 按动作原理分：电磁式 感应式 电动式 电子式 热继电器 按输入信号分：电压继电器 电流继电器 中间继电器 时间继电器 速度继电器,1）电磁式继电器：电压继电器、电流继电器、中间继电器,电磁式继电器的结构与工作原理,结构和工作原理与接触器相似，是由电磁系统、触头 系统和释放弹簧等组成。 不需要灭弧装置。,电磁式继电器的图形、文字符号,电压继电器,电压继电器反映的是电压信号。使用时，电压继电器的线圈与负载并联，其线圈匝数多而线径细。常用的有欠（零）电压继电器和过电压继电器两种。,电流继电器 电流继电器反映的是电流信号，在使用时，电流继电器的线圈和负载串联。其线圈匝数少而线径粗。这样，线圈上的压 降很小，不会影响负载电路的电流。 常用的电流继电器有欠电流继电器和过电流继电器两种。,欠电流继电器：电路正常工作时，欠电流继电器吸合动作。 当电路电流减小到某一整定值以下时，欠电 流继电路释放，对电路起欠电流保护作用。 过电流继电器： 电路正常工作时，过电流继电器不动作。当 电路电流超过某一整定值时，过电流继电路 吸合动作，对电路起过电流保护作用。,2）时间继电器 从得到输入信号（线圈的通电或断电）开始，经过一定的 延时后才输出信号（触头的闭合或断开）的继电器，称为时间 继电器。,时间继电器的延时方式有两种： 通电延时：接受输入信号后延迟一定的时间，输出信号才 发生变化。当输入信号消失后，输出瞬时复原。 断电延时：接受输入信号时，瞬时产生相应的输出信号。 当输入信号消失后，延迟一定的时间，输出才 复原。,表81延时触头的图形符号,发热元件,（1）结构：,I,常闭触点,3） 热继电器,返回,（3）热继电器的符号,发热元件,常闭触点,串联在主电路中,8.2 电动机的基本保护环节,船舶电力拖动控制系统中，继电接触控制系统通常用来完成电动机的起动、制动、反转、调速等自动控制功能。当系统发生各种故障时，控制线路有必要的保护环节，能及时切断主电路，保证电气设备安全。 电动机基本保护： 短路电流保护 过载保护（过电流保护） 欠电压保护（包括零电压保护） 缺相保护（针对三相交流电机）,8.2电动机的基本保护环节,交流磁力起动器直接起动,图8-17 交流磁力起动器,8.2.1 短路电流保护：由熔断器FU实现。,8.2.2 过载保护 长期过载保护由热继电器FR实现； 短时过载保护由过电流继电器KA实现。 （1）过电流保护常用于限流起动的直流电动机和绕线式异步电动机。 （2）对于直接起动的鼠笼式异步电动机由于无法设置合适的过电流整定值，一般不用过电流保护，而采用热继电器FR实现长延时过载保护。 起货机、锚机在重负荷高速档广泛采用过电流保护。,零电压和欠电压保护一般可由同一电器来实现。,8.2.3 零电压和欠电压保护,在由按钮作为主令电器的控制线路中，一般由线路中的接触器兼作零压和欠压保护。 在由主令控制器作为主令电器的控制线路中，必须设置专用的零压和欠压保护电器。一般采用电压继电器来进行零电压和欠电压保护。 用作零电压和欠电压保护的继电器和接触器，必须具备高返回系数，吸引线圈的吸合电压一般整定在额定电压的0.80.85之间，释放电压整定在额定电压的0.50.7之间。,8.2.4 缺相保护：一般由热继电器实现。,8.3 控制电路的基本控制环节,1）点动控制 2）连续控制（自锁控制） 3）行程控制 4）多地点控制 5）互锁控制 6）连锁控制 7）双位控制 8）时间控制,8.3 控制电路的基本控制环节,1）点动控制,2）连续控制,8.3 控制电路的基本控制环节,3）行程控制,4）多地点控制,8.3 控制电路的基本控制环节,5）互锁控制用于多状态机械或有相互约束的多机械。,8.3 控制电路的基本控制环节,6）连锁控制（KM1得电后KM2才能得电， KM2断电后KM1才能断电）,8.3 控制电路的基本控制环节,7） 双位控制船舶辅锅炉高低水位控制、食品冷库高低温度控制等。,密封容器下部液体量、影响上部空间大小和气压，根据给定的上限液体产生的极限高压和下限液体产生的极限低压来进行自动控制，叫双位控制。,特点：当水位低于HL时水泵电动机自动起动给水；当水位高于HH时水泵停止给水。可减少单位时间内电动机的起停次数。,8.3 控制电路的基本控制环节,7） 双位控制船舶辅锅炉高低水位控制、食品冷库高低温度控制等。,双位控制由SP来实现，高低限大小由开关SP的死区大小决定。,被控对象的高限对应于压力开关SP的高压触头的断开值，其低限对应于低压触头的闭合值,压力继电器SP原理:,气压使波纹管产生顶力，压力升高到低限，压力克服弹力使微动开关6动作；压力升高到高限，微动开关7动作；低于高限7复原；低于低限6复原。,动合触点,动断触点,1）手动：SA手动 由SB2、SB1通过KM对M进行起停控制。 2）自动：海、淡水压力柜控制水泵起停的是：KP（H）高于HH动作断、KP（L）低于HL动作闭；整定值前者太低、后者太高导致电机起停频繁。,工作原理： SA自动 A设开始水位高于HL、低于HHKP（H）闭、 KP （L）断KM无电主触点断M停。 B水位HLKP（L）闭KM通电 KM主触点闭 M起动水泵打水 KM常开辅触点闭自锁 C水位HLKP（L）断 KM自锁M仍运转水泵继续打水 D水位HH KP（H）断KM断电主触点断M停水泵停止打水 E水位HH（HL）KP（H）闭、但KP（L）断KM仍不能通电 F水位HL重复上述过程,8.3 控制电路的基本控制环节,8）时间控制 应用实例：船舶机舱泵所用的大容量交流电机起动，根据负载和电机容量大小，起动时间不同（510s）；燃油辅锅炉的点火时间控制。,通电延时型时间控制,断电延时型时间控制,典型控制线路,图8-24 吊艇机控制电路-电动机