第01章电动机的自动控制基础(电气班)

1、继电一接触器控制,1 控制电器的结构原理和功能 2 电动机的基本保护环节 3 控制电路的基本控制环节,内容简介,本章介绍常用的控制电器如继电器、接触器等，讲述组成电器控制线路的基本规则。,电器是一种能根据外界的信号（机械力、电动力和其它物理量），自动或手动接通和断开电路，从而断续或连续地改变电路参数或状态，实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测和调节用的电气元件或设备。,什么是电器,低压电器：常指用于交流额定电压1200v、直流额定电压1500v及以下的电路中的电器产品,1 控制电器的结构原理和功能,接触器,交流接触器的外形与结构,(a) 外形1,(b)外形2,接触器是一种适用于远距离频

2、繁接通和分断交直流主电路和控制电路的自动控制电器。其主要控制对象是电动机，也可用于其他电力负载，如电热器、电焊机等。 接触器还具有欠电压释放保护、零压保护、控制容量大、工作可靠、寿命长等优点，是自动控制系统中应用最多的一种电器。 接触器的触头控制交流电还是直流电，分为交流接触器和直流接触器，二者之间的差异主要是灭弧方法不同。,交流接触器工作原理,当吸引线圈通电后，产生的电磁吸力将衔铁吸合，带动触头工作。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。,接触器有关符号：,接触器线圈,接触器主触头用于主电路 （流过的电流大，需加灭弧装置）,接触器辅助触头用于控制电路 （流过的电流小，无需

3、加灭弧装置）,接触器的主要技术参数,（1）线圈额定电压：指接触器吸合线圈的额定工作电压。,（2）额定电流：指主触头的额定工作电流。,（3）动作值：指接触器的吸合线圈电压和释放电压。,主令电器,主令电器是切换控制线路的单极或多极电器，其触头容量小，不能切换主电路。主令电器主要包括按钮、行程开关、万能转换开关、主令控制器等。,1.按钮,(a) 普通按钮外形,(b)急停按钮外形,按钮的外形与结构,按钮结构、图形、文字符号及工作原理,通常用来接通或断开控制电路，从而控制电动机或其他电气设备的运行。,2 组合开关或万能转换开关(多路多极开关),组合开关结构、图形、文字符号及工作原理,转换开关有自复位式和

4、定位式两种操作方式。自复位式转换开关当人手离开操作手柄时能自动回复到原始位置；定位式转换开关则每隔30或45有一个定位。,3 行程开关,行程开关结构、图形、文字符号及工作原理,行程开关又称限位开关，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。常用型式有按钮式和转臂式两种,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，例如起货机、锚机的控制等。,4 主令控制器,熔断器 其与空气开关的区别：可靠性、可恢复性、多 功能性等方面不如后者。 用于低压线路中的短路保护。 组成：熔体、容管、触点插座； 类型：管式、插式、螺旋式；,符号,FU,熔体额定电流 的

5、选择：,频繁起动的电机,2. 电动机主回路,（稍大）,1. 平稳负载 （如电灯、电炉）,几台电动机共电路,继电器,继电器分类： 用途分：控制继电器、保护继电器、中间继电器。 原理分：电磁式、机械式、热继电器等。 参数分：电流、电压、速度、压力继电器。 电磁继电器定义： 根据电磁感应原理，在控制线圈内电磁的作用下，使机械触点产生开合动作的一种继电器。,电磁继电器,电磁继电器的外形与结构,(a) 外形1,(b)外形2,（电磁式）中间继电器和接触器的结构和工作原理大致相同。中间继电器的体积和触点容量小，触点数目多，且只能通过小电流。 其通常用于传递信号和同时控制多个电路，也可直接用它来控制小容量电动

6、机或其他电气执行元件。,中间继电器结构及工作原理,中间继电器主要技术参数： 额定电压：指主触点的额定工作电压； 直流有：6V110V； 交流有：6V220V； 额定电流：主触点的额定电流； 机械/电气寿命: 4000万次以上； 操作频率：每小时的操作次数10000次左右。 ；,中间继电器与接触器的区别： 继电器：用于控制电路、电流小，没有灭弧装置，可在电量或非电量的作用下动作。 接触器：用于主电路、电流大，有灭弧装置，一 般只能在电压作用下动作。,中间继电器的图形符号及文字符号,（1）电压继电器：其电压线圈匝数多、线径细，并联于电路中。正常电压时，衔铁被吸合。当电压低于某一整定值或为零时，衔铁

7、被释放。,（2）电流继电器：其电流线圈匝数少、线径粗，串联于电路中。当电流达到某一整定值时，衔铁被吸合或释放。,（3）中间继电器：是将一个输入信号变为一个或多个输出信号的继电器。其作用是增加触头数量以扩大控制范围；具有以弱控强的开关信号“放大”能力。在较复杂的电路中用作程序控制元件。,2) 时间继电器,时间继电器 定时类型：,电子式,阻容式,电磁式（空气式）,电动式,机诫式,数字式,（1）空气阻尼式时间继电器的工作原理,空气阻尼式时间继电器主要由电磁机构、工作触头(微动开关)、气室及传动机构等组成,它有通电延时与断电延时两种。,延时时间的长短与气室的进气量有关，调节螺钉可整定延时时间，调节范围

8、在0.4180s之间。,常开触头 延时闭合,常闭触头 延时打开,常闭触头,常开触头,断 电 式,常闭 断电后 延时闭合,常开 断电后 延时断开,通 电 式,瞬 时 动 作,延 时 动 作,常闭触点,常开触点,常开 通电后 延时闭合,常闭 通电后 延时断开,（2）半导体时间继电器,C1、C2为滤波电容,当电源变压器接上电源，正、负半波由二个二次绕组分别向电容C4充电， A点电位按指数规律上升。原始状态VT1管导通、VT2管截止。,（2）半导体时间继电器,当A点电位高于B点电位，VT1管截止、VT2管导通，VT2管集电极电流通过高灵敏继电器K的线圈，右侧继电器K的触点输出信号，同时K的常闭触点断开

9、充电电路，K的常开触点闭合使电容放电，为下次工作做好准备。,（2）半导体时间继电器,调节电位器RW1的数值，就可以改变延时的大小，延时可达0.2s300s。,热继电器,热继电器的外形与结构,(a) 外形1,(b)外形2,定义：具有过载保护特性的继电器。 作用：三相电机长期过载、频繁启动、欠电压、断相运行均会引起电机过电流发热，当超过允许温度时热继电器触头动作，从而起到保护电机的作用。 用于：电动机或其他设备的过载保护和断相保护。 注意：由于热惯性，热继电器不能用于短时过载保护。,热继电器工作原理,热继电器是利用电流的热效应而动作的电器。,热继电器脱扣后，经过一段时间冷却可自动或手动复位，图示的

10、结构只能手动复位。热继电器也是反时限特性。,它主要作用是对电动机实现过载保护。整定电流与电动机的额定电流基本上一致 。,热继电器的符号,感应式,速度继电器,按转速大小传递信号的继电器。按结构的不同分为感应式、离心式等。圆环的转动力矩很小，当转速降到100rmin时，触头在弹簧反力作用下恢复原位。,3 电气控制系统识图,由前一章所介绍的按钮、开关、接触器、继电器等有触头的低压控制电器所组成的控制线路，叫做电器控制线路。 电器控制通常称为继电接触器控制，其优点是电路图较直观形象，装置结构简单，价格便宜，抗干扰能力强，它可以很方便地实现简单和复杂的、集中和远距离生产过程的自动控制。 电器控制线路的表

11、示方法有：电气原理图、电器元件布置图和电气安装接线图三种。,返回,电器控制线路图是工程技术的通用语言，为了便于交流与沟通，在电器控制线路中，各种电器元件的图形、文字符号必须符合国家的标准。 国家标准局参照国际电工委员会（IEC）颁布的有关文件，制定了我国电气设备有关国家标准，采用新的图形和文字符号及回路标号。 GB47281984电气图用图形符号 GB69881987电气制图 GB71591987电气技术中的文字符号制订通则,国家标准GB71591987电气技术中的文字符号制订通则规定了电气工程图中的文字符号、它分为基本文字符号和辅助文字符号。 基本文字符号有单字母符号和双字母符号。单字母符号

12、表示电气设备、装置和元件的大类，例如K为继电器类元件这一大类；双字母符号由一个表示大类的单字母与另一个表示器件某些特性的字母组成，例如KT即表示继电器类器件中的时间继电器，KM表示继电器类器件中的接触器。 辅助文字符号用来进一步表示电气设备、装置和元件的功能、状态和特征。,电器原理图的绘制 电气原理图是用规定的图形和文字符号表示的继电-接触器控制系统电路图。 其根据电路工作原理而绘制，它采用规定的图形符号和文字符号，具有结构简单、层次分明、便于研究和分析电路的工作原理等优点，在电气设计和现场维护中都得到了广泛的应用。,(1)电器原理图的图形、文字符号,M,3,M,电路绘制的原则 电器控制线路图

13、中的支路、接点，一般都加上标号。 主电路标号由文字符号和数字组成。文字符号用以标明主电路中的元件或线路的主要特征；数字标号用以区别电路不同线段。三相交流电源引入线采用L1、L2、L3标号，电源开关之后的三相交流电源主电路分别标U、V、W。如U11表示电动机的第一相的第一个接点代号，U21为第一相的第二个接点代号，依此类推。 控制电路由三位或三位以下的数字组成，交流控制电路的标号一般以主要压降元件（如电器元件线圈）为分界，左侧用奇数标号，右侧用偶数标号。直流控制电路中正极按奇数标号，负极按偶数标号。,返回,图1 电动机正反转控制原理图,绘制电气原理图应遵循以下原则： 电器控制线路根据电路通过的电

14、流大小可分为主电路和控制电路。主电路包括从电源到电动机的电路，是强电流通过的部分，用粗线条画在原理图的左边。控制电路是通过弱电流的电路，一般由按钮、电器元件的线圈、接触器的辅助触头、继电器的触头等组成，用细线条画在原理图的右边。 电气原理图中，所有电器元件的图形、文字符号必须采用国家规定的统一标准。,采用电器元件展开图的画法。同一电器元件的各部件可以不画在一起，但需用同一文字符号标出。若有多个同一种类的电器元件，可在文字符号后加上数字序号，如KM1、KM2等。 所有按钮、触头均按没有外力作用和没有通电时的原始状态画出。 控制电路的分支线路，原则上按照动作先后顺序排列，两线交叉连接时的电气连接点

15、须用黑点标出。,图上元器件位置表示法 在绘制和阅读、使用电路时，往往需要确定元器件、连线等的图形符号在图上的位置。例如： 当继电器、接触器在图上采用分开表示法（线圈与触头分开）绘制时，需要采用图或表格表明各部分在图上的位置； 较长的连接线采用中断画法，或者连接线的另一端需要画到另一张图上去时，除了要在中断处标记中断标记外，还需标注另一端在图上的位置；,在供使用、维修的技术文件（如说明书）中，有时需要对某一元件或器件作注释和说明，为了找到图中相应的元器件的图形符号，也需要注明这些符号在图上的位置； 在更改电路设计时，也需要表明被更改部分在图上的位置。,电路编号法： 电路编号法特别适用于多分支电路

16、，如继电控制和保护电路，每一编号代表一个支路。编制方法是对每个电路或分支电路按照一定顺序（自左至右或自上至下）用阿拉伯数字编号，从而确定各支路项目的位置。例如，图2-2（a）有8个电路或支路，在各支路的下方顺序标有电路编号18。图上方与电路编号对应的方框内的“电源开关”等字样表明其下方元、器件或线路功能。,（a）控制电路图,（b）触头位置表示,电路编号法： 继电器和接触器的触头位置采用附加图表的方式表示，图表格式如图2-2（b）所示。此图表可以画在电路图中相应线圈的下方，此时，可只标出触头的位置（电路编号）索引，也可以画在电路图上的其他地方。以图中线圈KM1下方的图表为例，第一行用图形符号表示

17、主辅触头种类，表格中的数字表示此类触头所在的支路的编号。例如第2列中的数字“6”表示KM1的一个常开触头在第6支路内，表中的“”表示未使用的触头。有时，所附图表中的图形符号也可以省略不画。,横坐标标注法： 采用横坐标标注法，线路各电器元件均按横向画法排列 ； 各电器元件线圈的右侧，由上到下标明各支路的序号1，2，并在该电器元件线圈旁标明其常开触头（标在横线上方）、常闭触头（标在横线下方）在电路中所在支路的标号，以便阅读和分析电路时查找。 例如接触器KM1常开触头在主电路有三对，控制回路2支路中有一对；常闭触头在控制电路3支路中有一对。此种表示法在机床电气控制线路中普遍采用。 电动机正反转横坐标

18、图示法电气原理图如图2-3所示。,图2-3 电动机正反转横坐标图示法电气原理图,电气元件布置图,电气元件布置图主要是用来表明电气设备上所有电机、电器的实际位置，是机械电气控制设备制造、安装和维修必不可少的技术文件。布置图根据设备的复杂程度或集中绘制在一张图上，或将控制柜与操作台的电器元件布置图分别绘制。绘制布置图时机械设备轮廓用双点划线画出，所有可见的和需要表达清楚的电器元件及设备，用粗实线绘制出其简单的外形轮廓。电器元件及设备代号必须与有关电路图和清单上的代号一致。,电气安装接线图,电气安装接线图是按照电器元件的实际位置和实际接线绘制的，根据电器元件布置最合理、连接导线最经济等原则来安排。,

19、图2-4 笼型电动机正反转控制安装接线图,绘制安装接线图应遵循以下原则：,各电器元件用规定的图形、文字符号绘制，同一电器元件各部件必须画在一起。各电器元件的位置，应与实际安装位置一致。 不在同一控制柜或配电屏上的电器元件的电气连接必须通过端子板进行。各电器元件的文字符号及端子板的编号应与原理图一致，并按原理图的接线进行连接。 走向相同的多根导线可用单线表示。 画连接线时，应标明导线的规格、型号、根数和穿线管的尺寸。,电器控制线路的设计方法,人们希望在掌握了电器控制的基本原则和基本控制环节后，不仅能分析生产机械的电器控制线路的工作原理，而且还能根据生产工艺的要求，设计电器控制线路。 电器控制线路

20、的设计方法通常有两种：经验设计法和逻辑设计法。,返回,经验设计法,经验设计是根据生产机械的工艺要求和加工过程，利用各种典型的基本控制环节，加以修补、补充、完善，最后得出最佳方案。若没有典型的控制环节可采用，则按照生产机械的工艺要求逐步进行设计。 经验设计法比较简单，但必须熟悉大量的控制线路，掌握多种典型线路的设计资料，同时具有丰富的实践经验。 通常是先采用一些典型的基本环节，实现工艺基本要求，然后逐步完善其功能，并加上适当的联锁与保护环节。,采用经验设计法，一般应注意以下几个问题： 1. 保护控制线路工作的安全和可靠性,1）线圈的连接。在交流控制线路中，不能串联接入两个电器线圈，如图所示。即使

21、外加电压是两个线圈额定电压之和，也是不允许的。,图 不能串联接入两个电器线圈,2）电器触头的连接。同一个电器的常开触头和常闭触头位置靠得很近，不能分别接在电源的不同相上。,图 电器触头的连接,3）线路中应尽量减少多个电器元件依次动作后才能接通另一个电器元件，如图所示。在图a中，线圈KA3的接通要经过KA、KA1、KA2三对常开触头。若改为图b，则每一线圈的通电只需经过一对常开触头，工作较可靠。,图 减少多个电器元件依次通电,4）应考虑电器触头的接通和分断能力，若容量不够，可在线路中增加中间继电器，或增加线路中触头数目。增加接通能力用多触头并联连接；增加分断能力用多 触头串联连接。 5）应考虑电器元件触头“竞争”问题。同一继电器的常开触头和常闭触头有“先断后合”型和“先合后断”型。,“先断后合”型：通电时常闭触头先断开，常开触头后闭合；断电时常开触头先断开，常闭触头后闭合。 “先合后断”型：通电时常开触头先闭合，常闭触头后断开；断电时常闭触头先闭合，常开触头后断开。 如果触头动作先后发生“竞争”的话，电路工作则不可靠。,2. 控制线路力求简单、经济,1）尽量减少触头的数目。尽量减少电器元件和触头的数目，所用的电器、触头越少，则越经济，出故障的机会也越少，如图所示。,图 减少触头数目,2）尽量减少连接导线。将电器元件触头的位置合理安排，可减少导线根数和缩短导线的长度，以简化接线，如