ch8电动机的自动控制基础

1、船舶轮机模拟器船舶模拟电站实验用船舶发电机n电动机等用电设备通电运行时需要继电器、电动机等用电设备通电运行时需要继电器、接触器、熔断器等辅助电器进行控制和保接触器、熔断器等辅助电器进行控制和保护。由控制电器组成的系统称为电器控制护。由控制电器组成的系统称为电器控制系统。系统。n一般电器控制系统常采用继电器和接触器，一般电器控制系统常采用继电器和接触器，因此称为继电因此称为继电-接触器控制系统。接触器控制系统。nPLC：可编程控制器。：可编程控制器。 接触器利用电磁吸力原理用于的开关电器。 8.1.1 接触器n交流接触器实物图 当接触器触点切断电路时，如电路中电压超过当接触器触点切断电路时，如电

2、路中电压超过101012V12V和和电流超过电流超过8080100mA100mA，在拉开的两个触点之间将出现强烈火花，在拉开的两个触点之间将出现强烈火花，这实际上是一种这实际上是一种气体放电气体放电的现象，通常称为的现象，通常称为“电弧电弧”。常用的灭弧装置有灭弧罩、灭弧栅和磁吹灭弧装置：常用的灭弧装置有灭弧罩、灭弧栅和磁吹灭弧装置：a)电弧进入栅片的图形电弧进入栅片的图形 1静触头静触头 2短电弧短电弧 3灭弧栅片灭弧栅片 4动触头动触头 5长电弧长电弧 （1）栅片灭弧）栅片灭弧b)栅片灭弧原理栅片灭弧原理 （2）磁吹灭弧装置的工作原理磁吹灭弧装置的工作原理图示为串励磁吹灭弧装置原理图。图示

3、为串励磁吹灭弧装置原理图。1铁心铁心 2绝缘管绝缘管 3吹弧线圈吹弧线圈 4导磁颊片导磁颊片 5灭弧罩灭弧罩6熄弧角熄弧角 电磁机构包括动铁心（衔铁）、静铁心和电磁线圈三部分，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。或电流小到一定程度时，由反力弹簧作用使衔铁释放。 电磁系统的结构形式根据铁心形状和衔铁运动方式，可分为电磁系统的结构形式根据铁心形状和衔铁运动方式，可分为三种：衔铁绕棱角转动拍合式（三种：衔铁绕棱角转动拍合式（a

4、 a）、衔铁绕轴转动拍合式（）、衔铁绕轴转动拍合式（b b）、）、衔铁直线运动螺管式（衔铁直线运动螺管式（c c）。如图所示。）。如图所示。 接触器电磁机构接触器电磁机构 电磁系统按铁心形状分为电磁系统按铁心形状分为U U形（如图形（如图a a所示）和所示）和E E形（如图形（如图b b和和c c所示）。所示）。 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。电磁系统按电磁线圈的种类分为直流线圈和交流线圈两种。 吸力特性吸力特性电磁系统的电磁吸力与气隙的关系曲线称为电磁系统的电磁吸力与气隙的关系曲线称为吸力持性。即吸力持性。即。电磁吸力可近似地按下式求。电磁吸力可近似地按下式求得：得：

5、F=4F=410105 5B B2 2S S式中：式中：F F为电磁吸力，为电磁吸力，B B为气隙磁场感应强度，为气隙磁场感应强度，S S为铁心截面积。为铁心截面积。 由于交流电磁机构的气隙磁通由于交流电磁机构的气隙磁通不变（恒磁链）不变（恒磁链）( (why?why?) )，又：又： 磁势磁势/ /磁阻磁阻IN /Rm IN /Rm （RmRm为气隙磁阻）安为气隙磁阻）安匝数匝数ININ随气隙磁阻（也即随气隙随气隙磁阻（也即随气隙）的变化成正比变化，）的变化成正比变化，所所以以交流电磁线圈的电流交流电磁线圈的电流I I与气隙与气隙成正比变化。成正比变化。 图示为反力特性与吸力特性图示为反力特

6、性与吸力特性1直流接触器吸力特性直流接触器吸力特性2交流接触器吸力特性交流接触器吸力特性 3反力特性反力特性反力特性反力特性归算到工作气隙中心的所有反力归算到工作气隙中心的所有反力F与工作气隙与工作气隙的关系，即：的关系，即：F（）。可能有的反力有：反力弹簧力）。可能有的反力有：反力弹簧力(主要主要)、触头弹簧力、摩擦阻力、重力等。触头弹簧力、摩擦阻力、重力等。反力特性与吸力特性的配合反力特性与吸力特性的配合 曲线曲线2、3、4、5为吸力特性为吸力特性曲线曲线1为反力特性为反力特性 4) 接触器的调整方法接触器的调整方法 接触器衔铁所受到的吸力大于其反力时，吸合小于其反力接触器衔铁所受到的吸力

7、大于其反力时，吸合小于其反力时，释放。衔铁的反力包括：反力弹簧的反作用力，可时，释放。衔铁的反力包括：反力弹簧的反作用力，可动部分的重力和摩擦力，触头闭合后触头弹簧的反力。动部分的重力和摩擦力，触头闭合后触头弹簧的反力。 通常引入一个接触器、继电器的主要技术参数通常引入一个接触器、继电器的主要技术参数其中，其中， Xx为吸合值为吸合值 Xf为释放值为释放值结论结论:越接近越接近1，电磁机构动作越灵敏，电磁机构动作越灵敏n对于接触器，吸引线圈输入量是电压，则对于接触器，吸引线圈输入量是电压，则n接触器的动作值和释放值可通过整定反力弹簧的松紧、非接触器的动作值和释放值可通过整定反力弹簧的松紧、非磁

8、性垫片的厚薄、气隙的大小来调整：磁性垫片的厚薄、气隙的大小来调整：n增加非磁性垫片的厚度，相当于增加衔铁闭合后的气隙，使增加非磁性垫片的厚度，相当于增加衔铁闭合后的气隙，使Xf提提高，但高，但Xx不变，故不变，故Kf提高；反之提高；反之Kf减小。减小。n增加衔铁释放后的气隙，使增加衔铁释放后的气隙，使Xx提高，但提高，但Xf不变，故不变，故Kf下降；反之下降；反之Kf提高。提高。n增加反力弹簧预压力时，接触器的动作值和释放值增加的程度相增加反力弹簧预压力时，接触器的动作值和释放值增加的程度相同，但弹簧的预压力增加后，动作电流增加，使磁路饱和，造成同，但弹簧的预压力增加后，动作电流增加，使磁路饱

9、和，造成Kf有所下降。有所下降。触头系统：主触点、辅助触点触头系统：主触点、辅助触点 常开触点（动合触点）常开触点（动合触点） 常闭触点（动断触点）常闭触点（动断触点）电磁系统：动、静铁芯，吸引线圈和反作用弹簧电磁系统：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灭弧系统：灭弧罩及灭弧栅片灭弧总结：交流接触器结构图交流接触器结构图主触点常闭辅助触点常开辅助触点静铁心动铁心吸引线圈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。

10、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 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250A的直流接触器往往采用串联双绕组线圈的直流接触器往往采用串联双绕组线圈直流接触器灭弧较困难，一般采用灭弧能力较强的直流接触器灭弧较困难，一般采用灭弧能力较强的磁吹灭弧装置。磁吹灭弧装置。1-起动线圈起动线圈 2-保持线圈保持线圈接触器的主要技术指标接触器的主要技术指标 根据电路中负载电流的种类选择接触器的类型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接触器的额定电压应大于或等于负载回路

11、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 一致一致 额定电流应大于或等于被控主回路的额定电流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接触器的使用选择原则 额定触头数目额定触头数目 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额定操作频率 接触器额定操作频率是指每小时接通次数接触器额定操作频率是指每小时接通次数 约定发热电流约定发热电流 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，其各部件在时，其各部件在8h8h工作制下的温升

12、不超过值时所能承受的最大工作制下的温升不超过值时所能承受的最大电流电流接通和分断能力接通和分断能力 指接触器主触点在规定条件下，能可靠接通指接触器主触点在规定条件下，能可靠接通和和 分断的电流值分断的电流值机械寿命和电寿命机械寿命和电寿命工作制工作制接触器的使用选择原则（续）接触器的使用选择原则（续） n交流接触器交流接触器CJ20系列系列-1-1 CJ20系列交流接触器系列交流接触器 用于交流用于交流50Hz，额定电压至，额定电压至660V(个别等级至个别等级至1140V)，电流至，电流至630A的电力线路中供远距离频繁接的电力线路中供远距离频繁接通和分断电路以及控制交流电动机，并适宜于与热

13、继电器或电子保护通和分断电路以及控制交流电动机，并适宜于与热继电器或电子保护装置组成电磁起动器，以保护电路或交流电动机可能发生的过负荷及装置组成电磁起动器，以保护电路或交流电动机可能发生的过负荷及断相。断相。n交流接触器交流接触器CJ19系列系列-3n交流接触器交流接触器CJ40系列系列-5n交流接触器交流接触器CJX5系列系列-2nMOELLER DIL接触器（新）接触器（新） 分为感性负载、容性负载和阻性负载提供专用接触器。 电气寿命超过1百万次换向操作备有丰富的附件，易于与基本单元连接先进的接线端子技术，指触安全，省时，可靠过载继电器具有缺相敏感和温度补偿功能热敏电阻过载继电器用于电动机

14、的直接热保护创新型电子过载继电器ZEV：用在1-820A的电动机上可在最困难的起动条件下提供保护操作简便、安全适配多种控制电压易于安装，节约安装空间 主令电器主要主令电器主要用来切换控制电路用来切换控制电路。包括按钮、行程开关、。包括按钮、行程开关、万能转换开关、主令控制器等。万能转换开关、主令控制器等。 1）按钮）按钮按钮结构图按钮结构图 按钮颜色的含义按钮颜色的含义按钮的结构原理与符号按钮的结构原理与符号1按钮帽按钮帽 2复位弹簧复位弹簧 3支柱连杆支柱连杆 4常闭静触头常闭静触头 5桥式动触头桥式动触头 6常开静触头常开静触头 7外壳外壳急停按钮急停按钮 钥匙操作式按钮钥匙操作式按钮 是

15、一种多触头（从一档增至十六档，每档内是一种多触头（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；定位式则每隔开操作手柄时能自动回到原始位置；定位式则每隔300或或450有一个定位。有一个定位。3）行程开关）行程开关接近开关，又称为无触点行程开关接近开关，又称为无触点行程开关4 4）主令控制器）主令控制器主令控制器的结构原理、符号及型号主令控制器的结构原理、符号及型号 1-方形转轴方形转轴 2-动触头动触头 3-静触头静触头 4-接线柱接线柱 5-绝缘板绝缘板 6-支架支架 7-凸轮块凸

16、轮块 8-小轮小轮 9-转动轴转动轴 10-复位弹簧复位弹簧主令控制器的型号主令控制器的型号 例例LK112/90LK1412/96LK112/90型主令控制器在电路图中的符号型主令控制器在电路图中的符号 8.1.4 继电器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。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：按用途分： 控制继电器控制继电器 保护继电器保护继电器 按动作原理分：电磁式按动作原理分：电磁式 感应式感应式 电动式电动式 电子式电子式 热继电器热继电器 按输入信号分：电压继电器按输入信号分：电压继电器 电流继电器电流继电器 中间继电器中间继电器 时间继

17、电器时间继电器 速度继电器速度继电器 1 1）电磁式继电器：）电磁式继电器：电压继电器、电流继电器、中间继电器电压继电器、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。系统和释放弹簧等组成。 不需要灭弧装置。不需要灭弧装置。电磁式继电器的图形、文字符号电磁式继电器的图形、文字符号 电压继电器电压继电器 电压继电器反映的电压继电器反映的是电压信号。使用时，是电压信号。使用时，电压继电器的线圈与负电压继电器的线圈与负载并联，其线圈匝数多载并联，其线圈匝

18、数多而线径细。常用的有欠而线径细。常用的有欠（零）电压继电器和过（零）电压继电器和过电压继电器两种。电压继电器两种。 电流继电器电流继电器 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。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。常用的电流继电器有欠电流继电器和过电流继电器两种。n欠电流继电器：电路正常工作时，欠电流继电器吸合动作。欠电流继电器：电路正常工作时，欠

19、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。流继电路释放，对电路起欠电流保护作用。n 过电流继电器：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。吸合动作，对电路起过电流保护作用。 2）时间继电器）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）

20、的继电器，称为时间延时后才输出信号（触头的闭合或断开）的继电器，称为时间继电器。继电器。 时间继电器的延时方式有两种：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。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。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，输出才当输入信号消失后，延迟一定的时间，输出才 复原。复原。表表81延时触头的图形符号延时触头的图形符号图图8-12 半导体继电器原

21、理图半导体继电器原理图（1）半导体继电器（半导体继电器（VT1、VT2均为均为PNP型三极管）型三极管）（2）空气阻尼式时间继电器空气阻尼式时间继电器图图8-13 空气阻尼式时间继电器空气阻尼式时间继电器JS7A系列时间继电器系列时间继电器 a）通电延时型）通电延时型 b）断电延时型）断电延时型发热元件发热元件（1）结构）结构：I I常闭触点常闭触点双金双金属片属片（2）工作原理）工作原理： 发热元件接入电机主电路，若长时间过载，双金属片被烤热。因双金属片的下层膨胀系数大，使其向上弯曲，扣板被弹簧拉回，常闭触头断开。扣板扣板3） 热继电器热继电器功能功能：过载保护过载保护返回返回（3）热继电器

22、的符号）热继电器的符号发热元件发热元件常闭触点常闭触点FRFR串联在主电路中串联在主电路中串联在控制电路中串联在控制电路中4）速度继电器（转速低于速度继电器（转速低于100r/min时触头复位）时触头复位） 结构原理图结构原理图8.1.5 电磁制动器电磁制动器1）圆盘式电磁制动器）圆盘式电磁制动器 2）抱闸式电磁制动器）抱闸式电磁制动器图图8-16 圆盘式电磁制动器圆盘式电磁制动器抱闸式电磁制动器抱闸式电磁制动器8.2电动机的基本保护环节n交流磁力起动器直接起动图图8-17 交流磁力起动器交流磁力起动器8.2.1 短路电流保护：短路电流保护：。 零电压和欠电压保护一般可由同一电器来实现。零电压

23、和欠电压保护一般可由同一电器来实现。 密封容器下部液体量、影响上部空间大小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，和下限液体产生的极限低压来进行自动控制，叫双位控制。叫双位控制。 特点：特点：当水位低于当水位低于HL时水泵电动机自动起时水泵电动机自动起动给水；当水位高于动给水；当水位高于HH时水泵停止给水。可时水泵停止给水。可减少单位时间内电动机的起停次数。减少单位时间内电动机的起停次数。Why？ 气压使波纹管产生顶力，压力升高到低限，压力气压使波纹管产生顶力，压力升高到低限，压

24、力克服弹力使微动开关克服弹力使微动开关6 6动作；压力升高到高限，微动作；压力升高到高限，微动开关动开关7 7动作；低于高限动作；低于高限7 7复原；低于低限复原；低于低限6 6复原。复原。1）手动：）手动：SA手动手动 由由SB2、SB1通过通过KM对对M进行起停控进行起停控制。制。2）自动：海、淡水压力柜控制水泵起停的是：）自动：海、淡水压力柜控制水泵起停的是：KP（H）高于）高于HH动作断、动作断、KP（L）低于）低于HL动作闭；整定值前者太低、后者太动作闭；整定值前者太低、后者太高导致电机起停频繁。高导致电机起停频繁。工作工作原理：原理： SA自动自动A设开始水位高于设开始水位高于HL

25、、低于、低于HHKP（H）闭、）闭、 KP （L）断）断KM无电主触点无电主触点断断M停。停。B水位水位HLKP（L）闭）闭KM通电通电 KM主触点闭主触点闭 M起动水泵打水起动水泵打水 KM常开辅触点闭常开辅触点闭自锁自锁 C水位水位HLKP（L）断）断 KM自锁自锁M仍运转水泵继续打水仍运转水泵继续打水 D水位水位HH KP（H）断）断KM断电主触点断断电主触点断M停水泵停止打水停水泵停止打水 E水位水位HH（HL）KP（H）闭、但）闭、但KP（L）断）断KM仍不能通电仍不能通电F水位水位HL重复上述过程重复上述过程8.3 控制电路的基本控制环节控制电路的基本控制环节应用实例：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典型控制线路 图图8-24 吊艇机控制电路吊艇机控制电路-电动机的正反转控制电动机的正反转控制手摇传动连锁开关制动器连锁开关