电机与电气控制1

1、考试题型：判断题（10*1，）填空题（10*1，）问答题（5*6，） 设计题（5*10，）电机直流电机（并励直流发电机）三相异步电机（电动机）一台四极并励直流发电机，铭牌额定参数为Pn，叶，nN,电枢回路总电阻心，励磁回路 由阻ry。试亲：额定负载时的电磁功率和电 磁转矩。解：额定负载时电磁功率為=EJa先计算电机额定电流厶=7TUn再计算电机励磁电流If = J Vf电枢额定电流乙=In + If 额定电枢电动势氐=心+ Iara额定电磁转矩:Pm _ Pm 瓦一沁60，Pn 9cul(l)n1 = 60/(4)-台四极三相异步电动机，铭牌额定数据为：f、NUN ,定子绕组Y形连接。已知额定

2、运行时，定子铜耗P，转子铜耗2，铁耗卩农，机械损耗卩九，附加损耗& x 试计算该电动机额定负载时的：（1）同步转速1；（2） /电磁功率Pm； （3）额定转速n； （4）空载转矩门；（5 ： ）转轴上的输出转矩厂；（6）电磁转矩T。/p- Pm = Pn + %2 + % + Ps (3) 1 s =字,n = (1 s)7iiPmT _ Pm+Ps0 _ nz flT Pm/2解：(5)1常用低压电器 M低压电器的基本知识电器定义;根据外界的信号和要求，自动或手动接通或初 断开电路，断续或连续地改变电路参数，以实现乌 对电路或非电路对象的切换、控制、保护、检测、彳 变换和调节用的电气装置。二

3、.电器的分类1）按工作电压等级高压电器：交流1200V以上、直流1500V及以上电路 中的电器。低压电器：用于交流1200V、直流1500V以下电路起 通断、保护、控制或调节作用的电器。例如：低压断路器、熔断器、刀开关和转换开关等。2）按操作方式手动电器：通过人的操作发出动作指令的电器。如刀开关、按钮、转 换开关。“自动电器：产生电磁吸力而自动完成动作指令的电器。如低压断路器!接触器、继电器等。.3）按执行功能执行电器：完成某种机械动作或传送功能的电器。如电磁铁、电磁丿 离合器。控制电器：用于各种控制电路和控制系统的电器。如继电器、接触“ 器、主令开关。：辅助电器：用于保护电路及用电设备的电器

4、。如熔断器。:4）按工作原理电磁式电器：根据电磁感应原理而动作。非电量控制电器：依靠外力或非电量信号的变化而动作。三、常用低压控制电器接触器：交流、直流；继电器：电压和电流继电器、时间继电器、中间继电器、热继电器、 速度继电器等；熔断器、主令开关等。1低压控制电器的发展以继电器、接触器为基础的电气控制技术具有相当重要的地位。可编程序控制器（PLC）是计算机技术与继电器、接触器控制技术川结合的产物，其输入、输出与低压电器密切相关，掌握继电接触器搖 制技术也是学习和掌握PLC应用技术必需的基础。五.电磁式电器的基本结构按工作原理：电磁式电器：电磁机构控制电器动作 非电量控制电器：非电磁式控制电器动

5、作 电磁式电器由感测和执行两部分组成。感测部分（电磁机构）：接受外界输入的信号， 使执行部分动作，实现控制的目的。执行部分（触头系统）:根据检测部分输出，执 行相应的动作，接通或分断线路，实现控制的目 的。电磁式电器结构示意图1 主触点2-常闭辅助触点3 常开辅助触点4 动铁心5 线圈丿用来接通或断开被控制电 路。熄灭触点分断电流瞬间触点之间气隙中 产生的电弧。其它：包括释放弹簧机构、支架与底座等。丿A按原始状态将电磁能转换/ 成机械能，产生电磁吸力 带动触点动作.J6 静铁心7 灭弧罩8 弹簧1电磁机构:通过电磁感应原理将电能转化成机械能并带动触头动作O原理：当电磁线圈通电后，线圈电流产生磁

6、场，使静铁心产生电磁吸力吸引 衔铁，并带动触点动作，使常闭触点断开，常开触点闭合，两者是联动的。 当线圈断电时，电磁力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触点复原， 即常开触点断开，常闭触点闭合。2 常闭辅助触点3 常开辅助触点4 动铁心5 线6 静铁心7 灭弧罩8 弹簧2）电磁特性F二丄少s二丄叟2“。S吸力特性：电磁系统的电磁吸力与气隙的关系曲线。 说明：吸力特性与线圈励磁电流种类、线圈连接方 式有关。当空气气隙较小，磁场分布均匀时， 两铁芯截面间的电磁吸力的近似计算公式为： 式中：空气导磁系鈔A。=4xlO_7H/m当s为常数时，F与B 2成正比。也可认为F与气隙磁通 成正比。2直流电磁

7、机构的吸力特性电流为常数（与磁路的气隙大小无关，取决于 线圈的电阻），根据磁路定律，气隙磁通与 气隙磁阻和匝数的关系式： 二缨00丄心 Rm贝IJ有：尸乂2乂右乂+6电磁吸力F与气隙成尸成反比，所以吸力特性为 二次曲线形状：直流电磁机构的吸力特性结论：直流电磁机构的电磁吸力在衔铁闭合前后变化很大；直流电磁机构中的流过线圈的电流在衔铁闭合前后不变。交流电磁机构的吸力特性假设线圈电压不变，则有：U E = 4.44/N二U4.44 例当频率、匝数和电压都为常数时，磁通为常数时: 由=竺*丄,则流过线圈的电流I随RR气隙S的变牝成正住变化。当频率、匝数和电压都为常数时，磁通为常数:即交流电磁机构的电

8、磁吸力F为常数o051828交流电磁机构的吸力特性结论：1）交流电压线圈在衔铁闭合前后吸力几乎不变化（如考虑漏磁通，随的减少略有增加）。2）交流电压线圈中的电流在衔铁闭合前后随气隙 的减小5而减小。综上：衔铁动作与否取决于线圈两端的电压。丿 直流电磁机构的衔铁动作不改变线圈电流勺 交流电磁机构的衔铁动作改变线圈电流。：说明：衔铁卡住不能吸合，或者频繁动作，交流电/ 压线圈可能烧毁。列对于可靠性要求高，或频繁动作的控制系统 采用直流电磁机构，而不采用交流电磁机构。/ 反力特性：指电磁机构反作用力（阻力）与气隙的关 系曲线。电磁机构的反力：作用弹簧、摩擦阻力和衔铁的重量。电磁机构的反力特性如图:反

9、力特性与吸力特性的配合F吸略大于F反电磁铁正常工作时衔铁在吸合的过程中，吸力必须大于反力，但也不能太大否则影响电器的机械寿命短路环:磁通是交变：衔铁产生强烈的振动和噪音，易使电器结构 松散、寿命降低，同时使触头接触不良，易于熔焊与烧毁。合成后的吸力在任一时刻都d豆路环的 短路环：晟辟的作用，大于反力，消除振动和噪声。三相交流电磁体装短路环吗?ill3电弧的产生和灭弧装置电弧的产生及危害1）电弧的产生触点由闭合到断开时，当电压超过1020V和电流超过80100mA,在拉开的两个触点之间将出现强烈的火花, 实质是气体放电的现象，通常称之为“电弧”。根据电 流性质的不同，电弧分交流电弧和直流电弧。2

10、）电弧的危害烧灼触点，降低电器的寿命和电器工作的可靠性。使触点的分断时间延长，严重的会产生事故。灭弧装置灭弧措施：降低电弧温度和电场强度。常用的灭弧方法有：拉长电弧、冷却电弧和电弧分段常用的灭弧装置：1）磁吹式灭弧装置（广泛应用于直流接触器中）磁吹灭弧装置：利用电弧电流本身灭弧，电弧电流愈大， 吹弧能力也越强。由于直流电弧比交流电弧难以熄灭，直 流接触器常采用磁吹式灭弧装置灭弧。2）灭弧栅（常用作交流灭弧装置）3）灭弧罩（用于交流和直流灭弧） 1-2接触器接触器：频繁地接通或切断电动机或其它负载 主电路的一种电磁式控制电器。特点：频繁操作和远距离控制。分类：接触器按主触点通过的电流种类可分为

11、交流接触器和直流接触器。一、交流接触器1、结构：触头系统：主触头、辅助触头常开触头（动合触头）常闭触头（动断触头）电磁系统：动、静铁芯，吸引线圈和反作用弹簧 灭弧系统：灭弧罩及灭弧栅片灭弧2、工作原理:线圈通电，衔铁吸合，常闭触头断开，常开触头闭合；线圈断电，衔铁释放，触头恢复 常态，常开触头断开，常闭触头闭合。为防止铁心振动，需加短路环。交流接触器：线圈通以交流电，主触点接 通、切断交流主电路。3、交流接触器特点：交变磁通穿过铁心，产全涡流和磁滞损 耗，使铁心发热。 铁心用硅钢片冲压而成以减少铁损。 线圈做成短而粗的圆筒状绕在骨架上以 便于散热。 铁心端面上安装铜制的短路环，以防止 交变磁通

12、使衔铁产生强烈振动和噪声。 灭弧装置通常采用灭弧罩和灭弧栅。二、直流接触器用途：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。 灭弧系统：磁吹灭弧（没有电流过零点）三、接触器的符号T KMKM线圈主触点常开辅助触点 常闭辅助触点 1-3继电器继电器是一种根据电气量（电压、电流等）或非电气量（温度、压力、转速、时间等）的变化接通或断开控制电路的自动切换电器。电磁式继电器和接触器异同点:相似点：结构和工作原理相似。不同点：（1）继电器可对多种输入量的变化做出反应，而接触器只 有在一定的电压信号下动作；（2）继电器用于切换小电流电

13、路的控制电路和保护电路，而接触器是用来控制大电流电路；（3）继电器没有灭弧装置，触点容量小，用于控制电路。 也无主副触头之分。接触器有灭弧装置，触点容量大，用于主电路。继电器分类：按输入信号1压流率间度电电功时温厂电磁式 感应式 按工作原理2温度 电动式亀子式作用：控制、放大、联锁、特点：额定电流不大于5A按用途分喪黠蠶保护和调节继电特性曲线:儿OxX2x吸合值：使衔铁吸合的电流值（或电压值）。释放值：使衔铁释放的电流值（或电压值）ox2：继电器吸合值，要使继电器吸合,输入量必须大于等于兀2X1：继电器释放值，要使继电器释放，输入量必须小于等于灯一. 电压继电器电压继电器：根据输入（线圈）电压

14、大小而动作的继电器。特点:线圈并联在电路中，匝数多，导线细，阻抗大。分类：过电压继电器和欠电压继电器。欠电压继电器KV过电压继电器/KV二、电流继电器电流继电器：根据输入（线圈）电流大小而动作的继电 器特点：线圈串接于电路中，导线粗、匝数少、阻抗小。 分类：过电流继电器、欠电流继电器过流电流继电器欠流电流继电器电流继电器的符号:KIKI过电流继电器KI欠电流继电器三、中间继电器本质上是一种电压继电器， 工作原理与接触器相同，触头数 目比较多。触点系统中没有主、辅触点 之分，触点容量相同。热元件常闭触点四、热继电器热继电器是利用电流的热效应原理来切断电路的保/ 护电器。作用：用来对连续运行的电动

15、机进行过载及断相保护, 防止电动机过热而烧毁的保护电器。图形和文字符号FRFR工作原理：加热元件串接在电动机定子绕组中，其常闭触 点与接触器线圈电路串联。电动机正常运行时，热元件产生的热量不会使触点系统 动作；当电动机过载，流过热元件的电流加大，经过一定的 时间，热元件产生的热量使双金属片的弯曲程度超过一定值 通过导板推动热继电器的触点动作（常开触点闭合，常闭触 点断开）。切断接触器线圈电流，使电动机主电路失电。故障排除后，手动复位热继电器触点可以重新接通控制 电路。五、时间继电器时间继电器是一种根据电磁原理 或机械动作原理来实现触点系统延 时接通或断开的自动切换电器。作用：按整定时间长短通断

16、电路按构成原理分：电磁式电动式空气阻尼式晶体管式数字式按延时方式分：通电延时型断电延时型分类:1、直流电磁式时间继电器:有一个阻尼铜套（在铁心上），利用电磁阻尼原理产生延时， 只对断电时起作用，且延时时间较短，小于5S。2、空气阻尼式时间继电器：利用空气阻尼原理，由电磁系统，延时机构，触头系统组成。 可以做成通电延时型和断电延时型。触头有:瞬时触头和延时触头。延时触头：通电延时型：延时闭合的常开触头。延时断开的常闭触头。断开延时型：延时闭合的常闭触头。延时断开的常开触头。KT图形和文字符号丰冲卒kt*线圈 通电延时合通电延时断 线圈断电延时断断电延时合(a) 通电延时继电器符号(b) 断电延时继电器符号定子、转子和触头 动作转速：120r/min 复位转速：100r/minKS六、速度继电器 作用：用作笼型异步电动机的反接 制动控制，又称反接制动继电器。 根据速度的大小通断电路。结构：参数： 七、熔断器:作用：作为一种保护电器，在使用时串接在被保护电路中, 起短路和严重过载保护，主要用作短路保护。:保护特