机床强电控制电路1

1、 2 电动机起停的继电器接触器控制2.1.1概述 在电能的产生、输送、分配和应用中，能根据外界的信号和要求，手动或自动地接通、断开电路，以实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节的元件或设备。称为电器。电器也是电工元器件和电工器械的统称。我国现行标准将工作在交流50HZ、电压在1200V及以下或直流1500V及以下电路中的电器称为低压电器。低压电器的种类繁多，是成套电气设备的基本组成元件。在工业、农业、交通、国防以及人们生活用电等部门中得到广泛应用。随着科学技术的发展，目前低压电器正朝着高性能、高可靠性、小型化、数模化、模块化、组合化和零部件通用化的方向发展。在工业控制系统中，

2、根据控制对象和过程的工艺要求，由低压电器的组合构成的控制系统称为继-接控制系统。1低压电器的分类低压电器的品种和规格很多，作用、结构及工作原理各不相同。所以其有多种不同的分类方法。按用途分（1）控制电器 指用于控制电路通断或用于控制改变电器工作状态(如电动机的起动、停止、正反转控制等)的电器。如接触器、继电器等。（2）主令电器 用于自动控制系统中发送动作指令的电器，例如按钮、行程开关、万能转换开关等。（3）保护电器 用于保护电路及用电设备的电器，如熔断器、热继电器、各种保护继电器、避雷器等。（4）执行电器 指用于完成某种动作或传动功能的电器，如电磁铁、电磁离合器等 。（5）配电电器 用于电能的

3、输送和分配的电器，例如低压断路器、隔离开关、刀开关等。 按动作方式分（1）自动电器 指按照信号或某个物理量的变化而自动完成接通、分断动作的电器。（2）非自动电器 指通过人力操作而完成接通、分断动作的电器。按动作原理分（1）电磁式电器 是根据电磁原理工作的电器。（2）非电量电器 是依据外力（人力或机械力）或某种非电量的变化而动作的电器。按执行机理分（1）有触点电器 其触点有动触点、静触点之分，由触点的动合与动断来实现电路的通断控制。（2）无触点电器 利用晶体管的开关效应，即导通或截止来实现电路的通断。2.低压电器型号表示法国产常用低压电器的全型号形式为2.1.2电磁式低压电器的结构和工作原理低压

4、电器一般由感测机构和执行机构两大部份组成。自动电器中的感测机构多数由电磁机构组成。手动电器的感测机构一般是操作手柄。执行机构的任务是根据指令，执行接通或断开电路。1电磁机构（1）组成电磁机构一般由铁芯、衔铁及线圈等组成。按通过线圈的电流种类分有交流电磁机构和直流电磁机构。按铁芯的形状可分为E形和U形铁芯。按铁芯的运动形式可分为拍合式和直动式两大类。在工作过程中，保持不动的部份称为静铁芯，运动部份称为动铁芯。如图2.2所示。图2.2（a）为棱角转动的拍合式铁芯铁，铁芯材料一般为整块电工软铁，主要用于直流电器中。图2.2（b）为衔铁沿轴转动的拍合式铁芯，主要用于触头容量大的交流电器中。图2.2（c

5、）为衔铁直动式的双E形铁芯，主要用于中、小容量的触头的交流电器中。图2.2（b）和（c）的铁芯材料一般为相互绝缘的薄硅钢片叠制而成，以减少因涡流而引起的损耗，避免铁芯发热。同时对单相交流铁芯还安装有短路环，由于短路环中感生电流产生的磁通滞后铁芯线圈的主磁通900，当交流电流过零时，保证有足够的吸引力，能有效防止因交流电过零引起的抖动现象，如图2-3所示。电磁机构的线圈按接入的电流种类分有交流线圈和直流线圈。根据励磁方式可分为电流线圈和电压线圈。电流线圈串联在主回路中，而电压线圈则与电路并联。（2）电磁机构的工作原理当线圈中有电流通过时，通电线圈产生磁场，电磁吸引力克服弹簧的反作用力，使得衔铁与

6、铁芯闭合，通过联接机构带动其触头动作。图2.4是直流并联铁芯线圈的吸力特性。由其特性知，当铁芯线圈和电源电压一定时，通过线圈的电流与其磁路气隙无关。而其吸力与气隙的平方成反比。图2.5是交流并联铁芯线圈的吸力特性。由其特性知，当铁芯线圈和电源电压一定时，其吸力与气隙无关。而通过线圈的电流与磁路气隙有关，气隙越大，其电流也越大。当衔铁完全闭合时，线圈的工作电流称为额定工作电流。交流电磁铁在起动时的电流可达额定工作电流的1020倍。由电磁理论知道，电压线圈铁芯的吸力与其工作电压有关。通常电磁机构的线圈工作电压为其额定电压（85105）倍时，能可靠工作。电压过高，则磁路趋于饱和，线圈电流将显著增大，

7、有烧毁线圈的可能。当工作电压过低，则吸力不足，触头抖动，甚至完全释放衔铁。（3）作用将电磁机构中线圈通过的电流转换成电磁力，带动触头动作，完成通断电路的控制作用。通常电磁式机构还具有欠压保护的功能。2.触头系统触头用于接通或分断电路。其结构形式有很多。常用的分类方式有：（1）按其接触形式分按其接触方式分为点接触、线接触、面接触三大类。如图2.6所示。图2.6 (a)为点接触桥式触头，图2.6(b)为面接触桥式触头，图2.6 (c)线接触指形触头。点接触式接触面积小，允许载流量小。一般用于继电器电路或辅助回路的控制。面接触和线接触式，接触面积较大，允许载流量也较大，一般用于主电路的控制。（2）按

8、控制对象分按控制对象可分为主触头和辅助触头。主触头用于接通或断开主电路，允许截流量较大。辅助触头用于接通或分断控制或辅助回路，允许截流量较小。（3）按原始状态分所谓原始状态是指电器在无外力作用或励磁线圈无电流情况下，其触头所处的状态。原始状态为常开状态的触头称为常开触头，原始状态为常闭状态的触头称为常闭触头。3灭弧系统（1）电弧的产生电路电压不低于1020伏，电流不小于80100mA，电器的触头间便会产生电弧。电弧的形成是触头间中性质子(分子和原子)被游离的过程。开关触头分离时，触头间距离很小，电场强度E很高。当电场强度一定值时，阴极表面的电子就会被电场力拉出而形成触头空间的自由电子。这种游离

9、方式称为：强电场发射。 从阴极表面发射出来的自由电子和触头间原有的少数电子，在电场力的作用下向阳极作加速运动，途中不断地和中性质点相碰撞。只要电子的运动速度足够高，电子的动能足够大，就可能从中性质子中打出电子，形成自由电子和正离子。这种现象称为碰撞游离。新形成的自由电子也向阳极作加速运动，同样地会与中性质点碰撞而发生游离。碰撞游离连续进行的结果是触头间充满了电子和正离子，具有很大的电导；在外加电压下，介质被击穿而产生电弧。电弧产生高温并有强光，会使电路的切数年时间延长，烧损触头，严重时可引起事故或火灾。（2）电弧的分类电弧分为直流和交流电弧，交流电有自然过零点，其电弧相对直流电弧较易熄灭。（3

10、）灭弧方法机械灭弧 通过机械将电弧迅速拉长，使其熄灭的方法。主要用于开关电路的灭弧。磁吹灭弧 在一个与触头串联的磁吹线圈产生的磁力作用下，电弧被拉长且吹入由固体介质构成的灭弧罩内，电弧冷却熄灭。窄缝灭弧 在电卡形成的磁场、电场力的作用下，将电弧拉长进入灭弧罩的窄缝中，使其分成数段并迅速熄灭。该方法主要用于交流接触器中。栅片灭弧 当触头分开时，产生的电弧在电场力的作用下被推入一组金属片而被分成数段，彼此绝缘的金属片相当多个电极，因而就有许多阴阳极压降，对交流电弧来说在电流过零时使电弧无法维持而熄灭。2.3刀开关刀开关也称闸刀开关。主要作为电源引入开关或不频繁接通或分断容量不太大的负载。1、刀开关

11、（HK1系列）的结构及符号刀开关的种类很多，根据工作原理、使用条件和结构形式的不同，刀开关可分为：刀开关、刀形转换开关、开启式负荷开关（胶盖瓷底刀开关）、封闭式负荷开关（铁壳开关）、熔断器式刀开关和组合开关等。 根据刀的极数和操作方式的不同，刀开关可分为：单极、双极和三极。刀开关的外形结构及符号如图2.7所示，其文字符号为QS。2.刀开关的技术参数 主要技术参数如表2.1所示。3.刀开关的选择（1）刀的极数应与电源进线的相数相同;（2）刀开关的额定电压应大于或等于所控电路的额定电压;（3）刀开关的额定电流应大于或等于负载的额定电流。4.注意：刀开关安装时，手柄要向上，不得倒装或平装。如果倒装，

12、则拉闸后手柄可能因自重下落引起误合闸而造成人身和设备安全事故。接线时，应将电源进线接在上端，负载出线接在下端。2.4组合开关1.结构及特点组合开关（转换开关）实质也是一种刀开关，只不过它的刀是转动的。操作轻巧、方便。其动触头（刀片）和静触头装在密封的绝缘件内，采用叠层结构，其层数由动触头的数目决定。随转轴的转动改变各对触头的通断状态。组合开关一般用于电气设备中作为非频繁地接通和分断电路、换接电源和负载、测量三相电压以及控制小容量异步电动机的正反转和星形三角形降压起动等用。三极组合开关外形结构如图2.8所示，其文字符号为QS。这种开关用三副静触片，每一静触片的一端固定在绝缘垫板上，另一端伸出盒外

13、，并附有接线柱，以便和电源线及用电设备的导线相连。三个动触片装在另外的绝缘垫板上，垫板套装在附有绝缘手柄的绝缘杆上，手柄能沿任何方向每次旋转90度，带动三个动触片分别与三个静触片接通或断开。为了使开关在切断负荷电流时所产生的电弧能迅速熄灭，在开 双极 三极关的转轴上都装有弹簧储能机构，具有快速闭合与分断，其分断与闭合速度与 手柄旋转速度无关的特点。 图2.8 组合开关结构及符号 2.主要参数 主要参数有额定电压、额定电流及极数等。常用的有HZS、HZ10、HZ15等系列。2.1.5 熔断器熔断器是一种最简单有效的保护电器，具有分断能力强，安装体积小，价格低，使用维护方便等优点。当电路工作不正常

14、时，还可以起到电路与电源隔离的作用。广泛用于照明电路中的过载和短路保护及电动机电路中的短路保护。熔断器由熔体（熔丝或焥片）和熔管或熔座两部份组成。熔体与被保护电路串联。当电路发生短路事故时，熔体中通过短路电流，电流热效应使熔体的温度达到其熔点时，熔体熔断，切断电源，达到保护的目的。1.分类及特点按用途分：工业用熔断器、半导体保护用熔断器、快速熔断器和特殊熔断器按结构分：瓷插式（RCIA）：价格便宜，更换方便，广泛用于照明和小容量电动机短路保护。螺旋式（RL）：熔丝周围石英砂可熄灭电弧，熔管上端面有指示器（色点），当熔断后指示器自行脱落。体积小，多用于机床电气设备中。无填料封闭管式（RM）：断流

15、能力强，用于低压电力网络和成套配电装置中。有填料封闭管式（RTO）：断流能力强，使用安全，特性稳定，有明显指示器，用于短路电流大的电力网络和成套配电装置中。快速熔断器（RLS、RSO、RS3）：熔断速度快，主要用于硅整流元件的短路保护。2.主要参数（1）熔断器的额定电流Ige:表示熔断器的规格;（2）熔体的额定电流Ite:表示熔体在正常工作时不熔断电流。（3）熔体的熔断电流Ib:表示使熔体开始熔断的电流。一般Ib>(1.3-2.1)ITe （4）熔断器的断流能力ID:表示熔断器所断的最大电流。 如果线路电流大于熔断器的断流能力或熔体熔断时电弧不能熄灭，可能引起爆炸或其他事故。要求低压熔断

16、器的几个参数之间应满足Id>Ib>Ige>Ite3.熔断器的选型 （1）类型的选择主要依据负载的保护特性和短路电流的大小选择熔断器的类型。对于容量小的电动机和照明支线，常采用熔断器作为过载及短路保护，因而希望熔体的熔化系数适当小些。通常选用铅锡合金熔体的RQA系列熔断器。对于较大容量的电动机和照明干线，则应着重考虑短路保护和分断能力。通常选用具有较高分断能力的RM10和RL1系列的熔断器；当短路电流很大时，宜采用具有限流作用的RT0和RTl2系列的熔断器（2）熔体的额定电流的选择1）保护无起动过程的平稳负载如照明线路、电阻、电炉等时，熔体额定电流略大于或等于负荷电路中的额定电

17、流。2）保护单台长期工作的电机熔体电流可按下式选取：ITe (1.52.5)IN 式中ITe-熔体额定电流；IN-电动机额定电流。如果电动机频繁起动，式中系数可适当加大至33.5，具体应根据实际情况而定。3）保护多台长期工作的电机（供电干线）ITe (1.52.5)IN max+ININ max-容量最大单台电机的额定电流。IN其余.电动机额定电流之和。（3）熔断器的级间配合 为防止发生越级熔断、扩大事故范围，上、下级(即供电干、支线)线路的熔断器间应有良好配合。选用时，应使上级(供电干线)熔断器的熔体额定电流比下级(供电支线)的大12个级差。2.1.6低压断路器低压断路品又称为自动空气开关，

18、主要用于电能的分配和不频繁起停工作的电动机的起停控制。同时具有过载、短路、失压和欠压等保护功能。当电路发生过载或短路故障时友朋自动分断电路，而且分断故障电流后一般不需要更换元件，获得广泛的应用。低压断路器按用途分有配电（照明）、限流、灭弧、漏电保护等。按动作动作分有一般型和快速型。按结构分有框架式（DW系列）和塑封外壳式（DZ系列）。低压断路器已向智能化方向发展，智能化断路器的特征是采用了以微处理器或单片机为核心的智能控制器(智能脱扣器)，它不仅具备普通断路器的各种保护功能，同时还具备实时显示电路中的各种电气参数(电流、电压、功率、功率因数等)，对电路进行在线监视、自行调节、测量、试验、自诊断

19、、可通信等功能，能够对各种保护功能的动作参数进行显示、设定和修改，保护电路动作时的故障参数能够存储在非易失存储器中以便查询，1.结构和符号框架式敞开式结构，适用于大容量的配电装置。塑壳式的特点是，外壳用绝缘材料制作，具有良好的安全性，体积小，重量轻。广泛的应用于电气设备内和建筑物内配电及对电动机作过载和短路保护。塑壳式主要型号有DZ15、DZ20、3VE、S060等系列。2.工作原理开关的主触点是靠操作机构手动或电动合闸的，并且自由脱扣机构将主触点锁在合闸位置上。如果电路发生故障，自由脱扣机构在有关脱扣器的推动下动作，使钩子脱开。于是主触点在弹簧作用下迅速分断。过流脱扣器的线圈和热脱扣器的热元

20、件与主电路串联，失压脱扣器的线圈与电路并联。当电路发生短路或严重过载时，过电流脱扣器的衔铁被吸合，使自由脱扣机构动作。当电路过载时，热脱扣器的热元件产生的热量增加，使双金属片向上弯曲，推动自由脱扣机构动作。 当电路失压时，失压脱扣器的衔铁释放，也使自由脱扣机构动作。分励脱扣器则作为远距离控制分断电路之用。3.低压断路器的选择1）根据线路对保护的要求确定断路器的类型和保护形式-确定选用框架式、装置式或限流式等。2）断路器的额定电压UN应等于或大于被保护线路的额定电压。3）断路器欠压脱扣器额定电压应等于被保护线路的额定电压。4）断路器的额定电流及过流脱扣器的额定电流应大于或等于被保护线路的计算电流

21、。5）断路器的极限分断能力应大于线路的最大短路电流的有效值。6）断路器的长延时脱扣电流应小于导线允许的持续电流。7）瞬时整定电流：对保护笼型感应电动机的断路器，瞬时整定电流为815倍电动机额定电流；对于保护绕线型感应电动机的断路器，瞬时整定电流为36倍电动机额定电流。2.1.7按钮控制按钮是一种结构简单、使用广泛的手动主令电器，它可以与接触器或继电器配合，对电动机实现远距离的自动控制，用于实现控制线路的电气联锁。1.结构及原理如图2.13所示，控制按钮由按钮帽、复位弹簧、桥式触点和外壳等组成，通常做成复合式，即具有常闭触点和常开触点。按下按钮时，先断开常闭触点，后接通常开触点；按钮释放后，在复

22、位弹簧的作用下，按钮触点自动复位的先后顺序相反。通常，在无特殊说明的情况下，有触点电器的触点动作顺序均为“先断后合”。在电器控制线路中，常开按钮常用来起动电动机，也称起动按钮，常闭按钮常用于控制电动机停车，也称停车按钮，复合按钮用于联锁控制电路中。控制铵钮的种类很多，在结构上有揿钮式、紧急式、钥匙式、旋钮式、带灯式和打碎玻璃按钮。常用的控制按钮有LA2、LAl8、LA20、LAYl和SFAN一1型系列按钮。其中SFAN-1型为消防打碎玻璃按钮。LA2系列为仍在使用的老产品，新产品有LAl8、LAl9、LA20等系列。其中LAl8系列采用积木式结构，触点数目可按需要拼装至六常开六常闭，一般装成二

23、常开二常闭。LAl9、LA20系列有带指示灯和不带指示灯两种，前者按钮帽用透明塑料制成，兼作指示灯罩。2.按钮的选择按钮选择的主要依据是使用场所、所需要的触点数量、种类及颜色。图2.14为按钮开关的图形符号及文字符号。一般用红色表示停止和急停；绿色表示起动；黑色表示点动；还有黄、白、蓝等颜色，供不同场合使用。2.1.8接触器接触器是一种电磁式自动控制电器，它主要用于频繁地、远距离接通或断开大容量的交、直流负载电路。其主要控制对象是电动机，也可用于电热设备、电焊机、电容器组等其它负载。它还具有欠压保护功能，接触器具有控制容量大、过载能力强、寿命长、设备简单经济等特点。接触器按其主触点通过电流的种

24、类不同可分为直流和交流接触点两种，目前在控制电路中多数采用交流接触器。常用的交流接触器产品，国内有CJ0、CJ12、CJ10X、CJ20、CJX1、CJX2等系列；引进国外技术生产的有B系列、3TB、3TD、LCD等系列。 1. 结构（1）电磁机构 电磁机构由线圈、动铁心(衔铁)和静铁心组成，其作用是将电磁能转换成机械能，产生电磁吸力带动触点动作。（2）触点系统 包括主触点和辅助触点。主触点用于通断主电路，通常为三对常开触点。辅助触点用于控制电路，起电气联锁作用，故又称联锁触点，一般常开、常闭各两对。（3）灭弧装置 容量在10A以上的接触器都有灭弧装置，对于小容量的接触器，常采用双断口触点灭弧

25、、电动力灭弧、相间弧板隔弧及陶土灭弧罩灭弧。对于大容量的接触器，采用纵缝灭弧罩及栅片灭弧。（4）其他部件 包括反作用弹簧、缓冲弹簧、触点压力弹簧、传动机构及外壳等。2.工作原理当励磁线圈通电后，在铁芯中产生磁通及电磁吸力。此电磁吸力克服弹簧反力使得衔铁吸合，带动触点机构动作，常闭触点动断，常开触点动闭，互锁或接通线路。线圈失电或线圈两端电压显著降低时，电磁吸力小于弹簧反力，使得衔铁释放，触点机构复位，断开线路或解除互锁。3.主要参数（1）额定电压 指主触点额定工作电压，应等于负载的额定电压。一只接触器常规定几个额定电压，同时列出相应的额定电流或控制功率。通常，最大工作电压即为额定电压。常用的额

26、定电压值为220V、380V、660V等。（2）额定电流 接触器触点在额定工作条件下的电流值。380V三相电动机控制电路中，额定工作电流可近似等于控制功率的两倍。常用额定电流等级为5A、10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A、600A。（3）通断能力 可分为最大接通电流和最大分断电流。最大接通电流是指触点闭合时不会造成触点熔焊时的最大电流值；最大分断电流是指触点断开时能可靠灭弧的最大电流。一般通断能力是额定电流的510倍。当然，这一数值与开断电路的电压等级有关，电压越高，通断能力越小。（4）动作值 可分为吸合电压和释放电压。吸合电压是指接触器吸合前，缓慢增加吸合

27、线圈两端的电压，接触器可以吸合时的最小电压。释放电压是指接触器吸合后，缓慢降低吸合线圈的电压，接触器释放时的最大电压。一般规定，吸合电压不低于线圈额定电压的85，释放电压不高于线圈额定电压的70%（5）吸引线圈额定电压 接触器正常工作时，吸引线圈上所加的电压值。一般该电压数值以及线圈的匝数、线径等数据均标于线包上，而不是标于接触器外壳铭牌上，使用时应加以注意。（6）操作频率 接触器在吸合瞬间，吸引线圈需消耗比额定电流大57倍的电流，如果操作频率过高，则会使线圈严重发热，直接影响接触器的正常使用。为此，规定了接触器的允许操作频率，一般为每小时允许操作次数的最大值。（7）寿命 包括电寿命和机械寿命。目前接触器的机械寿命已达一千万次以上，电气寿命约是机