工厂电气控制初步

第1章工厂电气控制初步1.1工厂常用电器1.2基本控制电路1.3控制系统实例本章主要内容：l核心是掌握继电器、接触器、按钮开关等常规控制电器的动作执行特点，由此对一般继电接触控制电路进行熟练分析和设计。l

工厂常用电器l

基本控制电路l

控制系统实例返回本章首页1.1工厂常用电器1.1.1工厂电器基本知识1.1.2工厂常用电器1.1.3电气图形返回本章首页1.1.1工厂电器基本知识1.分类（1）按适用的电压范围分类分为低压电器和高压电器。（2）低压电器按所控制的对象分类根据其控制的对象分为低压配电电器和低压控制电器。（3）按所起作用分类依据电器所起的作用可分为控制电器和保护电器。（4）按动作性质分类依据电器的动作性质可分为自动控制电器和非自动控制电器。2.结构及工作原理下面分别以控制按钮和接触器为例介绍手动电器和自动电器的结构和工作原理。（1）按钮按钮是手动控制电器的一种，用来发出信号和接通或断开控制电路。图1.1是按钮的结构示意图和图文符号，图（a）中1、2是动断（常闭）触点，3，4是动合（常开）触点，5是复位弹簧，6是按钮帽。图（b）为图文符号。（a）结构示意（b）图文符号图1.1按钮（2）接触器l

结构及工作原理接触器是利用电磁吸力的原理工作的，主要由电磁机构和触头系统组成。电磁机构通常包括吸引线圈、铁心和衔铁三部分。图1.2为接触器的结构示意图与图文符号，（a）图中，1、2，3、4是静触点，5、6是动触点，7、8是吸引线圈，9、10分别是动、静铁心，11是弹簧。（b）图中，1、2之间是常闭触点，3、4之间是常开触点，7、8之间是线圈。（a）结构示意（b）图文符号图1.2接触器电磁铁特点根据吸引线圈通电电流的性质分类，电磁铁分为直流电磁铁和交流电磁铁。通常采用短路环来解决交流电磁铁的振动问题。短路环的示意图如图1.3所示，其中1为短路环，2为铁心。短路环起到磁通分相的作用，把极面上的交变磁通分成两个交变磁通，并且使这两个磁通之间产生相位差，那么它们所产生的吸力间也有一个相位差，这样，两部分吸力就不会同时达到零值，当然合成后的吸力就不会有零值的时刻，如果使合成后的吸力在任一时刻都大于弹簧拉力，就消除了振动。图1.3短路环灭弧弧常用用的的灭灭弧弧方方法法有有：：拉拉长长电电弧弧、、冷冷却却电电弧弧和和将将电电弧弧分分段段。。对于于电电弧弧较较弱弱的的接接触触器器，，只只采采用用灭灭弧弧罩罩即即可可。。电电弧弧较较强强的的接接触触器器，，常常采采用用灭灭弧弧栅栅熄熄弧弧。。图图1.4是是灭灭弧弧栅栅的的机机构构图图。。图图中中1是是灭灭弧弧室室，，2和和5分分别别为为动动、、静静触触点点，，3为为金金属属栅栅片片，，4为为电电弧弧。。灭灭弧弧栅栅是是数数片片钢钢片片制制成成的的栅栅状状装装置置，，当当触触点点断断开开发发生生电电弧弧时时，，电电弧弧进进入入栅栅片片内内，，被被分分割割为为数数段段，，迅迅速速熄熄灭灭。。图1.4灭灭弧弧栅栅返回回本本节节1.1.2工工厂厂常常用用电电器器手动动控控制制电电器器任何何设设备备都都需需要要操操纵纵者者给给予予一一定定的的指指令令，，才才能能完完成成规规定定的的控控制制。。手手动动控控制制电电器器是是自自动动控控制制设设备备中中不不可可缺缺少少的的器器件件，，常常用用的的有有刀刀开开关关、、按按钮钮、、转转换换开开关关、、行行程程开开关关等等。。图1.5是是LW6型型万万能能转转换换开开关关的的图图形形符符号号和和触触点点合合断断表表。。图图形形符符号号中中有有6个个回回路路，，3个个挡挡位位连连线线下下有有黑黑点点““··””的的，，表表示示这这条条电电路路是是接接通通的的。。在在触触点点合合断断表表中中用用““××””表表示示被被接接通通的的电电路路，，空空格格表表示示转转换换开开关关在在该该位位置置时时此此路路是是断断开开的的。。图1.5万万能转换换开关触点号ⅠⅡⅢ1×××2

××3××

4

××5××

6

××2.自动动控制电器器（1）接触触器（2）中间间继电器（3）时间间继电器（4）热继继电器（5）速度度继电器图1.6为为空气阻尼尼式通电延延时型时间间继电器的的结构示意意图和图文文符号。它它是利用空空气阻尼的的原理来获获得延时的的。主要由由电磁系统统、气室及及触点系统统组成。工作原理：：在图1.6（a））中当线圈圈11通电电时，电磁磁力克服弹弹簧14的的反作用拉拉力而迅速速将衔铁向向上吸合，，衔铁13带动杠杆杆15立即即使1、2常闭触点点分断，3、4常开开触点闭合合。（a）结结构示意意（b）图图文符号号图1.6空空气阻尼尼通电延时时型时间继继电器热继电器的的测量元件件通常采用用双金属片片，由两种种具有不同同线膨胀系系数的金属属碾压而成成。主动层层采用膨胀胀系数较高高的铁镍铬铬合金，被被动层采用用膨胀系数数很小的铁铁镍合金。。当双金属属片受热后后将向被动动层方向弯弯曲，当弯弯曲到一定定程度时，，通过动作作机构使触触点动作。。如图1.7所示，，（a）图图是热继电电器的结构构中感受部部分的示意意图，（b）图为图图文符号。。在图1-7（a）中中发热元件件2通电发发热后，主主双金属片片1受热向向左弯曲，，推动导板板3向左推推动执行机机构发生一一定的运动动。电流越越大，执行行机构的运运动幅度也也越大。当当电流大到到一定程度度时，执行行机构发生生跃变，即即触点发生生动作从而而切断主电电路。（a）感感受部分分结构示意意（b）图图文符号号图1.7热热继电器器速度继电器器用来感受受转速。它它的感受部部分主要包包括转子和和定子两大大部分，执执行机构是是触头系统统。当被控控电机转动动时，带动动继电器转转子以同样样速度旋转转而产生电电磁转矩，，使定子克克服外界反反作用力转转动一定角角度，转速速越高角度度越大。当当转速高于于设定值时时，速度继继电器的触触点发生动动作，当速速度小于这这一设定值值时，触点点又复原。。速度继电电器常用于于电机的降降压起动和和反接制动动，其图文文符号如图图1.8所所示。图1.8速速度继电电器图文符符号3.保护护电器保护电器包包括热继电电器、熔断断器、电磁磁脱扣器等等。热继电器是是利用电流流的热效应应来切断电电路的保护护电器，它它在控制电电路中，用用作电动机机的过载保保护，既能能保证电动动机不超过过容许的过过载，有可可以最大限限度地保证证电动机的的过载能力力。当然，，首先要保保证电动机机的正常起起动。返回本节1.1.3电气图图形文字符号2.端端子标记记3.电电气图形形1.文字字符号表1.1字字母符号号含义2.端子子标记电气图中各各电器的接接线端子用用规定的字字母数字符符号标记。。按国家标标准GB4026——83《电电器接线端端子的识别别和用字母母数字符号号标志接线线端子的通通则》规定定：三相交流电电源的引入入线用L1、L2、、L3、N、PE标标记。直流流系统电源源正、负极极、中间线线分别用L+、L－与M标记。。三相动力力电器的引引出线分别别按U、V、W顺序序标记。3.电电气气图图形形常用用的的电电气气图图有有系系统统图图、、框框图图、、电电路路图图、、位位置置图图和和接接线线图图等等。。通常常，，系系统统图图用用于于描描述述系系统统或或成成套套装装置置，，如如图图1.9所所示示。。框框图图用用于于描描述述分分系系统统或或设设备备。。国国家家标标准准GB6988.3——86《《电电气气制制图图系系统统图图和和框框图图》》中中，，具具体体规规定定了了绘绘制制系系统统图图和和框框图图的的方方法法，，并并阐阐述述了了它它的的用用途途。。图1.9系系统统图图位置置图图用用来来表表示示成成套套装装置置、、设设备备中中各各个个项项目目位位置置的的一一种种图图。。例例如如，，图图1.10为为某某工工厂厂电电器器位位置置图图，，图图中中详详细细地地绘绘制制出出了了电电气气设设备备中中每每个个电电器器元元件件的的相相对对位位置置，，图图中中各各电电器器元元件件的的文文字字代代号号必必须须与与相相关关电电路路图图中中电电器器元元件件的的代代号号相相同同。。图1.10位位置置图图接线线图图是是电电气气装装备备进进行行施施工工配配线线、、敷敷线线和和校校线线工工作作时时所所应应依依据据的的图图样样之之一一。。它它必必须须符符合合电电器器装装备备的的电电路路图图的的要要求求，，并并清清晰晰地地表表示示出出各各个个电电器器元元件件和和装装备备的的相相对对安安装装与与敷敷设设位位置置，，以以及及它它们们之之间间的的电电连连接接关关系系。。它它是是检检修修和和查查找找故故障障时时所所需需的的技技术术文文件件，，如如图图1.11所所示示。。在在国国家家标标准准GB6988.5——86《《电电气气制制图图接接线线图图和和接接线线表表》》中中详详细细规规定定了了编编制制接接线线图图的的规规则则。。图1.11接接线线图图返回回本本节节1.2基基本本控控制制电电路路1.2.1直直接接起起动动控控制制电电路路1.2.2降降压压起起动动1.2.3数数学学辅辅助助分分析析法法1.2.4电电机机的的制制动动1.2.5电电机机的的调调速速1.2.6顺顺序序控控制制返回回本本章章首首页页1.2.1直直接接起起动动控控制制电电路路单向向旋旋转转2.可可逆逆转转动动3.点点动动控控制制4.自自动动往往返返运运动动1.单单向向旋旋转转三相相笼笼型型电电动动机机单单向向旋旋转转可可用用开开关关或或接接触触器器控控制制，，图图1.12为为接接触触器器控控制制电电路路。。接触触器器控控制制电电路路图图中中，，Q为为开开关关，，FU1、、FU2为为主主电电路路与与控控制制电电路路的的熔熔断断器器，，KM为为接接触触器器，，KR为为热热继继电电器器，，SB1、、SB2分分别别为为起起动动按按钮钮与与停停止止按按钮钮，，M为为笼笼型型感感应应电电动动机机。。图1.12单单向向旋旋转转2.可可逆逆转转动动在实实际际生生产产中中常常需需要要运运动动部部件件实实现现正正反反两两个个方方向向的的运运动动，，这这就就要要求求拖拖动动电电动动机机能能做做正正反反两两方方向向的的运运转转。。从从电电机机原原理理可可知知，，改改变变电电动动机机三三相相电电源源相相序序即即可可改改变变电电动动机机旋旋转转方方向向。。电电动动机机的的常常用用可可逆逆旋旋转转控控制制电电路路如如图图1.13所所示示。。图1.13可可逆逆旋旋转转3.点点动动控控制制生产产过过程程中中，，不不仅仅要要求求生生产产机机械械运运动动部部件件连连续续运运动动，，还还需需要要点点动动控控制制。。图图1.14为为电电动动机机点点动动控控制制电电路路。。图图中中的的控控制制电电路路既既可可实实现现点点动动控控制制，，又又可可实实现现连连续续运运转转。。SB3为为连连续续运运转转的的停停止止按按钮钮，，SB1为为连连续续运运转转起起动动按按钮钮，，SB2为为点点动动起起动动按按钮钮。。图1.14点点动动控控制制电电路路4.自自动动往往返返运运动动在实实际际生生产产中中，，常常常常要要求求生生产产机机械械的的运运动动部部件件能能实实现现自自动动往往返返。。因因为为有有行行程程限限制制，，所所以以常常用用行行程程开开关关做做控控制制元元件件来来控控制制电电动动机机的的正正反反转转。。图图1.15为为电电动动机机往往返返运运行行的的可可逆逆旋旋转转控控制制电电路路。。图图中中KM1、、KM2分分别别为为电电动动机机正正、、反反转转接接触触器器，，SQ1为为反反向向转转正正向向行行程程开开关关，，SQ2为为正正向向转转反反向向行行程程开开关关，，SQ3、、SQ4分分别别为为正正向向、、反反向向极极限限保保护护用用限限位位开开关关。。返回本本节图1.15往往返运运行1.2.2降降压起起动1.自自耦耦变压压器起起动法法图1.16是采采用自自动控控制自自耦变变压器器降压压起动动的控控制电电路。。是由由交流流接触触器、、热继继电器器、时时间继继电器器、按按钮和和自耦耦变压压器等等元件件组成成。图图中KM1为正正常运运转接接触器器，KM2为降降压起起动接接触器器，KA为为起动动中间间继电电器，，KT为降降压起起动时时间继继电器器。图1.16自自耦变变压器器降压压起动动2.Y-D起起动法法凡是正正常运运行时时三相相定子子绕组组接成成三角角形运运转的的三相相笼型型感应应电动动机，，都可可采用用Y-D降降压起起动。。起动动时，，定子子绕组组先接接成Y联结结，接接入三三相交交流电电源，，起动动电流流下降降到全全压起起动时时的1/3，对对于Y系列列电动动机直直接起起动时时起动动电流流为额额定电电流IN的5.5～～7倍倍。当当转速速接近近额定定转速速时，，将电电动机机定子子绕组组改成成D联联结，，电动动机进进入正正常运运行。。这种种方法法简便便、经经济，，可用用在操操作较较频繁繁的场场合，，但其其起动动转矩矩只有有全压压起动动时的的1/3，，Y系系列电电动机机起动动转矩矩为额额定转转矩的的1.4～～2.2倍倍。图图1.17为用用于13kW以以上电电动机机的起起动电电路，，由三三个接接触器器和一一个时时间继继电器器构成成。图1.17Y-D起动动返回本本节1.2.3数数学辅辅助分分析法法用继电电接触触控制制线路路表示示逻辑辑代数数的基基本运运算逻辑函函数与与继电电接触触控制制线路路图1.用用继继电接接触控控制线线路表表示逻逻辑代代数的的基本本运算算（1））“与与”运运算（（逻辑辑乘））逻辑代代数中中运算算符号号“××”或或“··”读读作““与””。““与””运算算的真真值表表如表表1.2所所示。。表1.2与运算算实现逻逻辑乘乘的器器件叫叫做““与””门，，它的的逻辑辑符号号如图图1.18（a）所所示，，图1.18（（b））显示示出了了继电电控制制线路路中““与””运算算的实实例，，它表表示触触点的的串联联。若若规定定触点点接通通为““1””，断断开为为“0”，，线圈圈通电电为““1””，断断电为为“0”，，则可可以写写出KM＝＝KA1××KA2，，只有有触点点KA1、、KA2均均接通通，接接触器器线圈圈KM能通通电。。（a））逻辑辑符号号（b））控制制线路路实例例图1.18逻逻辑辑“与与”（2））“或或”运运算（（逻辑辑加））逻辑代代数中中运算算符号号“+”读读作““或””。““或””运算算的真真值表表如表表1.3所所示。。表1.3或运算算实现逻逻辑乘乘的器器件叫叫做““或””门，，它的的逻辑辑符号号如图图1.19（a）所所示，，图1.19（（b））显示示出了了继电电控制制线路路中““或””运算算的实实例，，它表表示触触点的的并联联，可可写成成KM＝KA1×KA2，当当触点点KA1或或KA2接接通，，或者者KA1和和KA2多多接通通时，，接触触器线线圈都都可通通电。。图1.19逻逻辑辑“或或”（a））逻辑辑符号号（b））控制制线路路实例例（3））“非非”运运算（（逻辑辑非））逻辑代代数中中“非非”运运算的的符号号用变变量上上面的的短横横线表表示，，读作作“非非”。。“非非”运运算的的真值值表如如表1.4所示示。它它表示示了事事物相相互矛矛盾的的两个个对立立面之之间的的关系系。这这种规规律的的因果果规律律称为为“非非”逻逻辑关关系。。表1.4非运算算实现逻逻辑““非””的器器件叫叫做““非””门，，它的的逻辑辑符号号如图图1.20（a）所所示，，图1.20（（b））示出出了继继电控控制线线路中中“非非”运运算的的实例例，通通常称称KA为原原变量量，为为反变变量，，它们们是一一个变变量的的两种种形式式，如如同一一个继继电器器的一一对常常开、、常闭闭触点点，在在向各各自相相补的的状态态切换换时同同步动动作。。图（（b））中，，触点点KA的取取值与与线圈圈KM的取取值相相同，，而KM1与继继电器器的常常闭触触点的的取值值相同同，所所以，，故实实现了了非运运算。。（a））逻辑辑符号号（b））控制制线路路实例例图1.20逻逻辑辑“非非”2.逻逻辑辑函数数与继继电接接触控控制线线路图图（1））逻辑辑函数数（2））逻辑辑图和和继电电接触触控制制线路路图由继电电接触触控制制线路路图写写出逻逻辑函函数由逻辑辑函数数画出出继电电接触触控制制线路路图1.21（a）为为一个个最简简单的的起-保-停线线路，，接触触器线线圈是是串接接在由由触点点构成成的网网络上上，然然后与与电源源相接接，是是一个个串联联电路路。它它的逻逻辑函函数是是：图1.21（b）为为图（（a））的反反演电电路，，实现现的逻逻辑功功能完完全相相同，，接触触器线线圈与与触点点网络络并联联，所所以图图（b）是是并联联电路路。图图中所所接的的电阻阻R是是限流流电阻阻，防防止电电源短短路。。原理理是通通过开开关网网络使使线圈圈的两两端短短接（（线圈圈不通通电））或不不予短短接（（线圈圈通电电），，来控控制线线圈。。所以以串联联电路路是直直接控控制原原理，，并联联电路路是旁旁路控控制原原理。。图1.21串串联联和并并联继继电接接触控控制线线路返回本本节（a））（b））1.2.4电电机的的制动动图1.22为电电动机机单向向旋转转电机机反接接制动动控制制电路路。当当电动动机转转速接接近零零时应应迅速速切断断三相相电源源，否否则电电动机机将反反向起起动。。为此此采用用速度度继电电器来来检测测电动动机的的转速速变化化，并并将速速度继继电器器调整整在n>130r/min时时触点点动作作，而而当n<100r/min时时，触触点复复原。。图1.22中中，KM1为反反接制制动接接触器器，KM2为电电动机机单向向旋转转接触触器，，KV为为速度度继电电器，，R为为反接接制动动电阻阻。图1.22反反接接制动动返回本本节1.2.5电电机的的调速速图1.23是D-YY反转向向方案变变极调速速电动机机接线方方法及控控制电路路。它是是通过改改变定子子绕组的的半相绕绕组电流流方向来来实现变变极的。。将三相相绕组的的首尾端端依次相相接，构构成一个个封闭三三角形，，从首端端引出线线接电源源，中间间抽头悬悬空着，，构成D联结。。若将三三个首尾尾端相接接构成一一个中性性点N，，而将各各绕组中中间抽头头接电源源，构成成YY联联结。使使每相的的两个半半相绕组组并联，，从而使使其中一一个半相相绕组电电流方向向反了，，于是电电动机极极对数减减小一半半，即pD=2pYY。图1.23电电机变变极调速速(a)返回本节节（a）电电机接线线方法（b）控控制电路路图1.23电电机变变极调速速(b)1.2.6顺顺序控制制顺序控制制是指以以预先规规定好的的时间或或条件为为依据，，按预先先规定好好的动作作次序，，对控制制过程各各阶段顺顺序地进进行自动动控制。。图1.24是是顺序控控制原理理图，其其中G1～G4分别表表示第一