电气控制部分

电气控制基础第一节常用低压电器第二节基本电气控制电路第一节常用低压电器介绍

低压电器系统是由低压控制电路和低压执行机构（主要指电动机）组成。所谓低压是指我国50HZ、380V或50HZ、220V用户电源。低压控制电路是由各种低压电器加线路组成。电器是一种能根据外界的信号（机械力、电动力和其他物理量），自动或手动接通和断开电路，从而断续或连续的改变电路参数或状态，实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测和调节用的电器元件或设备。一、触头理论及开关电器

触头是低压电器的执行机构，在机械机构（衔铁）的带动下通过两部分导体相互接触，起到接通和分段电路的作用。几乎所有低压电器的功能最终都需要通过触点来实现，低压电器中最易受损的也是触点。因此，要求触点导电、导热性能良好。触点通常是用铜或银材质制成。触点有常开（动合）触点和常闭（动断）触点两种。触点通常有两种结构形式：桥式触点和指形触点。触点接触形式即触点的类型如下：1.触点类型按工作方式分：固定接触、可分接触、滑动及滚动接触。按接触方式分：点接触、线接触、面接触。按断点形式分：单断点、双断点。2.接触电阻收缩电阻：金属导体内电力线会在有限触点附近急聚收缩形成的。通常用Rs表示。膜电阻：导体表面在空气中形成薄膜对电流造成阻碍构成膜电阻，通常用Rb表示。所以，Rj=Rs+Rb﹙Rj﹚接触电阻经验公式：式中，F的单位为N;Rj的单位为µΩ；m的取值见表1-1,Kj的取值见表1-2接触电阻的简化经验公式：式中，K＝10Kj3.火花和电弧：对两触点施加过高的电压，两触点间的气体就会被击穿并产生火花。1）火花产生条件：①小的空气间隙和高的触点间电压有利于击穿发生。②触点的形状即触点尖锐外突起表面更易击穿。2）电弧生成过程：火花产生后，如果条件合适，高电场下的少量气体离子经加速后会冲撞空气分子，产生更多的离子，最后形成电弧，即：在通电状态下，动、静触点脱离接触时，如果被分断电路的电流超过某一数值（0.25~1A），或分段后加在触点间隙两端电压超过某一数值（12~20V），则触点间隙中就会产生电弧。4.灭弧装置：对于经常开闭的、控制大电流的触点例如接触器主触点在断开的瞬间，如果触点在此瞬间停留时间过长，温度过高，不一定将电弧熄灭，会造成触头损坏，因此，一般会配备灭弧装置。1）常用灭弧装置：①灭弧罩：对交直流均可灭弧。②灭弧栅：常用于交流灭弧。见图1－8a③磁吹灭弧装置：主要用于直流灭弧。见图1－8b④多纵缝灭弧装置：对直流灭弧有作用。见图1－8c5.开关电器：用于对电源控制、保护和隔离。常分为隔离开关电器和主令开关电器。1）隔离开关电器：①刀开关普通型带灭弧装置型带熔断器型带灭弧装置和熔断器型②熔断器（见图1－9a）2）主令开关电器：①控制按钮：见图1－11②位置开关行程开关又称限位开关，见图1－12接近开关又称无触点开关，见图1－13③转换开关，又叫万能转换开关，见图1－14二、接触器和继电器

接触器和继电器是低压电器中应用最广泛的电磁器件。接触器是一种用于频繁的接通或断开交直流主电路及大容量控制电路的自动切换电路。目前使用的接触器是电磁式电器的一种，由电磁机构、触点系统、灭弧系统、复位弹簧机构或缓冲装置、支架与底座等几部分组成。

接触器控制主电路断开，分为主触点和辅助触点，主触点用于通断主电路，通常三对常开，辅助触点用于控制电路，一般常开常闭各两对。1.接触器交流接触器：有三到四对常开主触点，有两对常闭常开辅助触点。交流接触器线圈通交流电。直流接触器：由于直流电路灭弧困难，同样的触点直流接触器的额定值小些，直流接触器线圈通直流电。见图1－62.继电器：继电器控制电路的信号转换，是一种根据某种输入信号接通或断开小电流控制电路的低压电器器件，按动作原理分有电磁式、感应式、电动式、电子式及热继电器等。电磁式继电器电压继电器电流继电器控制用的中间继电器保护用的过电压、欠电压和零电压继电器欠电流继电器过电流继电器小型灵敏继电器作用将电子电路与低压电路隔离，增强电子电路抗干扰能力完成低压电路与电子电路信号输入输出转换见图1－27三、通用低压电器介绍1.低压保护电器：有熔断器、热继电器、过电流继电器、欠电流继电器、过电压继电器、断流器等。1）熔断器：利用熔化作用而切断电路的保护电器。由溶体和熔断管组成.工作原理：熔断器的熔体与被保护的电路串联，当电路短路时，短路电路流过熔体，使之被加热，部分熔体溶解气化而熔断，产生电弧，电弧使熔体继续熔化，直到间隙足够大，电弧熄灭，被保护电路与电源切断，达到保护目的。2）热继电器：防止电动机或其他负载过载以及作为三相电动机的断相保护.由发热元件、双金属片等组成。工作原理：利用电流的热效应的原理工作的。见图1－123）低压断路器：也叫自动开关，常用于不频繁通断的低压线路。在电路发生短路、过载、欠电压和漏电故障是能自动分段故障电路。相当于刀开关、熔断器、热继电器和欠电压继电器的组合。组成：由触点系统、灭弧系统、保护装置和传动机构等组成。工作原理：见图1－162.时间继电器：按时间原则控制触头输出的继电器。分类：按动作原理分：空气阻尼式、电子式、电动式、电磁式。按延时动作方式分：通电延时、断电瞬时型和断电延时、通电瞬时型两种。见图1－361）空气阻尼时间继电器：由电磁机构、延时机构和触点装置三部分构成。分类：通电延时断电延时工作原理：利用空气阻尼原理来实现延时的。见图1－37。2）电子时间继电器：目前有晶体管RC充放电延时型和IC数字型两种。3.信号继电器：是一种数字传感器，作用：将外部物理量如速度、压力、位移等转换成触点“开”、“闭”状态，供低压控制系统使用。1）速度继电器：主要用于对异步电动机作速度控制，常用于反接制动电路中。见图1－39一、电气原理图的画法及阅读方法电气原理图电气设备安装图电气设备接线图1.电气原理图（见图1－1）电气原理图表示工作原理、电器元件的作用和关系，不考虑电路元件的实安装位置和实际连线情况。绘制规则：1）电气控制线路分主电路和控制电路。

主电路用粗线绘制，在左侧；

控制电路用细线绘制，在右侧。

第二节基本电气控制电路2）同一电器的各导电部件如线圈和触点不画在一起，但用同一文字标明。3）电气控制线路触点按“平常”状态绘出。如接触器、继电器按线圈未通电时的触点状态；按钮、行程开关按未受外力时的状态等。电气设备安装图机械设备和控制柜的实际安装位置。电气设备接线图各电气设备间实际接线情况。一、电气原理图的画法及阅读方法二、笼型电动机的起动控制线路（一）直接起动控制线路（二）降压起动控制线路

1.星－三角降压起动控制线路

2.定子串绕组降压起动控制线路（一）直接起动控制线路C620卧式车床主电动机或冷却泵都采用直接起动控制线路。冷却泵用开关直接起动；图1－3用接触器直接起动。见图1－2，图1－3（二）降压起动控制线路1.星－三角降压起动控制线路1）运动形式：正常运行时，定子绕组接成三角形，起动时接成星形，起动完毕后再恢复成三角形。2）工作过程：见图1－4，1－5。其中图1－5是用两个接触器和一个时间继电器进行的降压起动。（二）降压起动控制线路2.定子串电阻降压起动控制线路1）运动形式：起动时在三相定子电路中串接电阻，使电动机定子绕组电压降低，起动后再将电阻短路，使电动机在正常电压下运行。常应用在中小型车床中。2）工作过程：见图1－6。3）分析：比较图a和b。三、电动机正反转控制线路（一）电动机正反转线路（二）正反转自动循环线路（一）电动机正反转线路运动形式：机床的主轴或进给运动需要两个方向运行，要求电动机能够正反转。工作过程：见图1－7所示。分析：比较图a、b、c（二）正反转自动循环线路运动形式：实际上是用行程开关来实现电动机正反转的。组合机床、龙门刨床、铣床常用这种线路来实现往返循环。工作过程：见图1－8所示。分析：四、电动机制动控制线路（一）能耗制动控制线路（二）反接制动控制线路（一）能耗制动控制线路运动形式：在三相异步电动机要停车时切除三相电源的同时，把定子绕组接通直流电源，在转速为零时再切除直流电源。工作过程：见图1－9所示。分析比较：a图与b图（二）反接制动控制线路运动形式：反接制动实际上是改变异步电动机定子绕组中的三相电源相序，产生与转子转动方向相反的转矩，因而起制动作用。工作过程：见图1－10所示。分析比较：a图与b图。注意：速度继电器的使用。五、控制线路的其他基本环节（一）点动控制（二）联锁或互锁（三）多点控制（四）工作循环制动控制（一）点动控制运动形式：按按钮时电动机转动工作，手放开按钮时，电动机即停止工作。用于机床刀架、横梁、立柱的快速移动，机床的调整对刀等。工作过程：见图1－18所示。分析比较：a图、b图和c图。注意：机床在正常加工时需要连续不断的工作，称为长动。主要区别：控制电器能否自锁。（二）联锁或互锁运动形式：在机床的控制线路中，经常要求电动机有顺序的起动，即按照工艺要求，电动机起动有一定的先后顺序，不能随便起动。工作过程：见图1－19所示。分析比较：a图和b图。注意：互锁也是一种联锁关系。强调了触点间的互锁作用，常用的有电动机正反转控制等。（三）多点控制运动形式：在大型机床设备中，为了操作方便，常要求能在多个地点进行控制。如两个地方都可以控制的起动按钮并联连接；停止按钮要串联连接等。工作过程：见图1－22所示。分析比较：a图和b图。（四）工作循环自动控制运动形式：许多机床的自动循环控制都是靠行程控制来完成的。应用行程开关来实现自动循环控制。工作过程：见图1－23所示。六、电动机的保护（一）短路保护（二）过载保护（三）过电流保护（四）零电压与欠电压保护（五）弱磁保护（一）短路保护电动机绕组的绝缘、导线的绝缘损坏或线路发生故障时，造成短路现象，产生短路电流，使电气设备损坏，必须迅速的将电源切断。常用的短路保护元件有熔断器和自动空气开关。1.熔断器：串联在被保护的电路中；2.自动空气开关：又称为自动空气熔断器，常作低压配电盘的总电源开关及电动机变压器的合闸开关.（二）过载保护电动机长期超载运行，电动机绕组温升超过其允许值，电动机的绝缘材料就要变脆，寿命减少，严重时使电动机损坏。过载电流越大，达到允许温升的时间就越短。常用的过载保护为热继电器。注意：由于热惯性，热继电器不会受电动机短时过载冲击电流或短路电流的影响而瞬时动作，所以必须另设短路保护。（三）过电流保护过电流保护广泛应用于直流电动机或绕线转子异步电动机，对于三相笼型电动机，短时过电流不会产生严重后果，故不采用过电流保护，而用短路保护.过电流是由于不正确的起动和过大的负载转矩引起的，一般比短路电流小。一般过电流的动作时的强度值为起动电流的1.2倍左右。（四）零电压与欠电压为了防止电压恢复时电动机自行起动的保护叫零压保护。在电源电压降到一定允许值一下时将电源切断，这就是欠电压保护。（五）弱磁保护直流电动机在一定强度的磁场下才能起动，若磁场太弱，电动机的起动电流就会很大，直流电动机正在运行时磁场突然减弱或消失，电动机转速就会迅速升高，甚至发生飞车，因此需要采取弱励磁保护.弱磁保护通过电动机励磁回路串入弱磁继电器（电流继电器）来实现，在电动机运行中，若励磁电流消失或降低很多，弱磁继电器就释放，其触点切断主回路接触器线圈的电源，使电动机断电停车。工作过程:(图1－4)1.主回路：KM3主触点闭合，使电动机接成星形，延时后，KM3主触点打开，KM2主触点闭合，电动机接成三角形，则电动机能实现降压起动，后再自动转换到正常速度运行。2.控制回路：按下起动按钮SB2,KM1和KM3通电，此时为星形起动，同时KT通电，延时后，KM1仍通电，KM2通电，KM3断电，此时为三角形运行。3.注意：KM2、KM3的动断触点保证了KM2和KM3的接触器不能同时接通，防电源短路。同时，KM2的动断触点也使KT断电。工作过程:（图1－5）

1.主回路:用了两个接触器KM1和KM2进行星-三角降压起动的.电动机连接成星行或三角形都是通过KM2来实现的,KM2动断触点的接通与断开实现星-三角转换的。2.控制回路:按下起动复合按钮SB2,KM1接通,同时KT延时,KM2断开,延时结束后,KM1断后通,KM2通,KT断。

分析：1.a图中在电动机起动后KM1与KT一直得电动作，这是不必要的，b图解决了这个问题。2.b图中接触器KM2得电后，它的动断触点（常闭触点）将KM1与KT断电，KM2自锁，这样，只要KM2得电，电动机就能正常运行。工作过程：1.主回路：起动时KM1接通，是电路中串入电阻，使电动机定子绕组电压降低，起动结束后，KM1断开，KM2接通，使电阻短路，起动电压恢复正常。2.控制回路：按下SB2，使KM1得电，串入电阻，同时，KT得电，开始延时，延时后，KM2得电，电阻短接，电动机正常运行。工作过程：1.主电路：使电动机的两个接触器KM1和KM2的定子绕组相序改变，就可实现主电路的正反转连接。2.控制电路：按下起动按钮后，电动机的两个接触器KM1和KM2的线圈相继起动，实现正反转控制。详见图1－7所示。3.注意：由于电动机正反转接触器KM1和KM2不能同时接通，所以，电路中需要必要的连锁控制。分析：1.a图中