电工电子学_电气自动控制

1、电工电子学1 为了使电动机按照生产机械的要求运转，必须用一定的控制电器组成控制电路，对电动机进行控制。目前国内外普遍采用由接触器、继电器、按钮开关等有触点电器组成的控制电路，称为继电接触器控制。如果再配合其它无触点控制电器、控制电机、电子电路以及计算机化的可编程序控制器等，则可构成生产机械的现代化自动控制系统。本章主要讨论三相异步电动机的继电接触控制电路。27.1 常用低压控制电器 低压控制电器种类繁多，按动作性质可分为手动电器和自动电器两类。手动电器必须由人工操纵，如闸刀开关、组合开关、按钮等。自动电器是随某些电信号（如电压、电流等）或某些物理量的变化而自动动作的，如继电器、接触器、行程开关

2、等。控制电器还有实现保护功能的保护电器，如熔断器、热继电器等。7.1.1 闸刀开关闸刀开关由刀座、手柄、触刀、瓷底（绝缘底板）组成。在低压电路中，用于不频繁接通和分断电路，或用来将电路与电源隔离，因此闸刀开关又称为“隔离开关”。按极数不同闸刀开关分为单极（单刀）、双极（双刀）和三极 （三刀）三种，每种又有单投和双投之别。它的结构和电路图中的符号如图7.1.1所示。3 （a）结构图 （b）图形符号 图7.1.1 闸刀开关4 7.1.2 组合开关 组合开关又称转换开关，是一种多触点、多位置式可以控制多个回路的控制电器，图7.1.2（a）是一种组合开关的结构示意图。它有多对静触片分别装在各层绝缘垫板

3、上，静触片与外部的连接是通过接线端子实现的。各层的动触片套在装有手柄的绝缘转动轴上，而且不同层的动触片可以互相错开任意一个角度。转动手柄时，各动触片均转过相同的角度，一些动、静触片相互接通，另一些动、静触片断开。根据实际需要，组合开关的动、静触片的个数可以随意组合。常用的有单极、双极、三极、四极等多种。5（a）结构图 （b）用组合开关起停电动机接线图 图7.1.2 组合开关6 7.1.3 按钮开关 按钮开关简称“按钮”。按钮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。按钮的结构如图7.1.3所示，它由按钮帽、动触点、静触点和复位弹簧等构成。按钮按下前的状态称为常态，此时上面

4、的静触点与动触点是接通的，这对触点称为动断触点（常闭触点)，而下面的静触点与动触点则是断开的，这对触点称为动合触点（常开触点）。当按下按钮帽时，上面的动断触点断开，而下面的动合触点接通，当松开按钮帽时，动触点在复位弹簧的作用下复位，使动断触点和动合触点都恢复原来的状态。7（a）按钮剖面图 （b）复合按钮 （c）符号 图7.1.3 复合按钮87.1.4 自动空气断路器自动空气断路器也称空气开关或自动开关，是常用的一种低压保护电器，可实现短路、过载和失压（欠压）保护。它的结构形式很多，图7.1.5是自动开关的原理图。 图7.1.5 自动空气断路器的原理图97.1.5 熔断器熔断器中的熔体俗称保险丝

5、或熔丝，一般为电阻率较高且熔点较低的合金制成，例如铅锡合金等，或用截面积很小的良导体制成，例如铜、银等。它串接在被保护的电路中，当电路发生短路时，过大的短路电流使熔丝熔断，从而切断电源，达到保护线路和电气设备的目的。熔断器是电路中最常用最有效的短路保护电器。常用的熔断器有管式、嵌入式和螺旋式三种，如图7.1.6所示。10（a）管式熔断器 （b）嵌入式熔断器 （c）螺旋式熔断器 （d）符号图7.1.6 常用熔断器及符号7.1.6 交流接触器接触器是一种利用电磁力操作的电磁开关。依靠电磁力它可以带动触点直接接通或断开电动机（或其他电气设备）主电路。电磁铁励磁电流为交流的接触器称为交流接触器。交流接

6、触器的结构和符号如图7.1.7所示。11（a）结构图 （b）符号图7.1.7 交流接触器7.1.7 继电器 继电器是用于控制电路和保护电路的电器，它主要用来传递信号、并不直接去操纵主电路。继电器类型很多，工作原理也不相同，但都是在某种物理星如电压、电流、温度、压力、速度及行程等的作用下而动作的，当这些物理量达到某一预定数值时，继电器就开始工作，带动触点接通或切断控制电路，从而实现对主电路的控制和保护。121中间继电器 中间继电器是利用电磁铁的动作原理制成的电磁继电器，其结构结构与交流接触器基本相同，只是其电磁机构尺寸较小、结构紧凑、触点数量较多。由于中间继电器的触头容量小，所以在电路通常用来传

7、递信号，把信号同时传给多个有关控制元件或辅助电路，也可直接用来按制小容量电动机或其他电气执行元件。而接触器主要用来接通和断开主电路。中间继电器触点的额定电流比较小，一般不超过5A。在选用时，主要是考虑电压等级和常开及常闭触点的数量。中间继电器符号如图7.1.8所示。 13KA线圈常开触头KA常闭触头KA图7.1.8 中间继电器符号2热继电器热继电器主要用来对电器设备进行过载保护，使之免受长期过载电流的危害。图7.1.9是热继电器的原理图和符号。（a）原理图 （b）符号 图7.1.9 热继电器14发热元件 FR 动断触点 FR3时间继电器 时间继电器是一种从得到输入信号（线圈通电或断电）起，经过

8、一段时间延时后才动作的继电器。时间继电器具有延时作用，适用于定时控制，可用于按照所需时间间隔来接通、断开或换接被控制电路。时间继电器按触点延时动作的不同，可分为通电延时型和断电延时型两种类型。按延时机构的不同，时间继电器分为电磁式、空气阻尼式、电动机式、电子式等类型。图7.1.10是通电延时的空气阻尼式时间继电器结构示意图。1516图7.1.10 通电延时的空气阻尼式时间继电器结构图 7.1.8 行程开关 控制某些机械的行程和位置时，利用行程开关进行控制。行程开关又称限位开关，它是利用机械部件的位移来切换电路的自动电器，它的结构和工作原理都与按钮相似，只是按钮用手按，而行程开关则是用运动部件上

9、的撞块（或挡板）来撞压的。当撞块压着行程开关时，就像按下按钮一样，使其动断触点断开，动合触点闭合，而当撞块离开时，就如同手松开了按钮，靠弹簧作用使触点复位。图7.1.12是行程开关的结构图和符号。常用的行程开关有撞 块式（也称直线式）和滚轮式。滚轮式又分为单滚轮式和双滚轮式，其中双滚轮式行程开关无复位弹簧，不能自动复位，它需要两个方向的撞块来回撞压，才能复位。 1718（a）结构图 （b）符号图7.1.12 行程开关常闭触点常开触点STSTST7.2 三相异步电动机常用的继电接触控制电路 任何复杂的控制电路都是由一些基本的控制电路组成的。 7.2.1直接起动停止控制电路图7.2.1是三相异步电

10、动机的直接起动-停止的控制电路。由闸刀开关Q、熔断器FU、接触器KM、热继电器FR、笼型电动机M组成了主电路。由按钮、接触器线圈KM，热继电器常闭辅助触点组成控制电路，接在1、2两点之间，用于控制电动机的运行。SBstP是一个按钮的常闭触点，SBst是另一个按钮的常开触点。接触器的线圈和辅助常开触点均用KM表示。FR是热继电器的常闭触点。1920FRSB1SB2KMFR M3 图7.2.1 电动机直接启停控制电路KMQQ12KMFU1工作原理 先将闸刀开关Q闭合，按下起动按钮SB2，控制电路中的接触器线圈KM通电，主触点KM闭合，电动机接通电源运转，与此同时并联在起动按钮SB2上的常开触点KM

11、闭合，这样即使松开按钮SB2，接触器线圈仍然通电，从而保持电动机持续运转。这种依靠接触器自身辅助常开触点使线圈保持通电的作用称为“自锁”，与SB2并联的起自锁作用的辅助触点KM称作自锁触点。212保护措施为确保电动机正常运行，三相异步电动机起动-停止控制电路还具有短路保护、过载保护和欠压保护等功能。227.2.2 三相异步电动机正、反转控制电路在生产过程中，许多生产设备要求能够实现可逆运行，例如机床的进刀退刀、卷扬机提升设备、电动闸门等，都要求电动机能正、反转。 图7.2.2就是实现这种控制的电路。在图7.2.2中，当正转接触器KMF工作时，电动机正转；当反转接触器KMR工作时，由于调换了两根

12、电源线，所以电动机反转。2324KMFM3 KMRQFR图7.2.2 两个接触器实现电动机的正反转 7.2.3 顺序控制 在生产过程中经常要求几台电动机配合工作，其起、停等动作常常有顺序上和时间上的约束。 图7.2.4是两台异步电动机M1和M2的顺序联锁控制电路，该电路可实现Ml先起动后M2才能起动，M2停车后M1才能停车的控制要求。图7.2.4（a）是两台电动机主电路，图7.2.4（b）和（c）是实现控制要求的两种连接电路。下面以图7.2.4（b）为例说明电路的控制过程。2526图7.2.4 两台电动机联锁控制（b）控制电路KM1KM2SB4SB3SB2KM1KM2FR2FR1KM2KM1S

13、B1（c）控制电路SB1SB3SB4SB2KM2FR1 FR2KM1KM1KM2KM2（a）主电路QQKM1M13 KM2 FR23 FR1M23 FU1FU2 7.2.4 时间控制 在自动化生产线中，常要求按一定的时间间隔启动或关停某些设备。根据延时的要求，对电动机按一定时间间隔进行控制的方式叫做时间控制。利用时间继电器可以实现时间控制。图7.2.5是两台电动机按时间先后起动的控制电路。2728图7.2.5 两台电动机先后起动控制电路（b）控制电路SB1SB2KM1KM2KM1FR1KTFR2KT（a）主电路QQKM1M13 KM2 FR23 FR1M23 FU1FU2 7.2.5 行程控制 在生产过程中，若需要控制某些机械的行程和位置时，可以利用行程开关来实现。图7-19所示的是用行程开关控制机床工作台作往复运动的示意图和控制电路。29图7.2.7 行程控制电路STaSTb终点 前进原位 后退（a）示意图STaSTbAAM（b）控制电路KMFSBFSBRKMFKMRFRSTbSTbSTaKMFKMRSB1 KMR u图中行程开关S