电气控制与实训

电气控制与实训

认识电学常用名词、物理量及单位

第一章1、电路由电源、导线、控制器、负载组成的闭合回路实际电路电路模型2、电源其它形式的能量转换为电能的装置称为电源。如电池就是把化学能转换为电能3、电源力或电场力电源是电路中的能量来源，电源都有推动电荷做定向移动的能力，把这种力叫电源力或电场力4、电流电荷的定向移动形成电流，规定正电荷的移动方向为电流的正方向电流的大小在单位时间内通过导体横截面的电量，称为电流强度，也就是电流的大小电流的符号表示是：I如：1S内通过导体横截面的电量（Q）是1C（库仑）则表示电流强度为1A（安培）简称“安”电流的单位有：A、mA、μAI=Qt公式：在实际应用中感到这些基本单位太大或太小时，可以加上表1-4中的国际单位制的词头，可以扩、缩单位。例如：5、电位、电压、电动势电源有正、负极，电场力把电荷从正极（高电位）搬运到负极（低电位），所做的功，称为电源的电动势，单位是伏（V），符号是E+-高电位低电位电路中，电场力把电荷从某点搬运到参考点（一般是负极，也称零电位点），所做的功，称为该点的电位，单位是伏（V），符号是U加下标,如UaUaUb零电位R1R2a、b两点间的电位差，就称为这两点间的电压，单位也是V，符号是UU=Ua-Ub5、电阻电阻是电荷在物体中运动所受到的阻力，是物质本身具有的导特性，一般可分为绝缘体、导体、半导体三类。单位是欧姆（Ω）符号是R公式：R=ρLS一般情况下，金金属导体的电阻随温度的升高而增大ρ表示电阻率L表示导体长度S表示导体横截面积6、欧姆定律表达了电流、电压、电阻三者之间的关系。公式：I=UR上式是部分电路欧姆定律的表达式，还有一种是全电路欧姆定律的表达式。公式：I=ER+r0用于分析包含电源的全电路，其中，r0表示电源内阻用于分析不包含电源的部分电路7、电路的联结串联电路：把两个以上的电阻首尾相连接成一串，中间没有分支，称为电阻的串联电路。特点：I=I1=I2R=R1+R2U=U1+U2II1I2并联电路：把两个以上的电阻头接头尾接尾并列相连，称为电阻的并联电路。特点：I=I1+I2U=U1=U2混联电路：包含了串联和并联两种联接方式的电路。R1R2R3计算：u=10VR1=R2=R3=R4=R5=8欧求流过R4的电流？R1R2R3R4R5U思考1、电池可以串联或并联使用吗？2、你能说上一两样串联电路或并联电路吗？8、电路的三种状态通路断路短路9、电功、电功率电功：电流在某段电路上所做的功。等于这段电路两端的电压、通过电流与通过的时间的乘积。电功用字母W表示W----电功公式:W=UItU----电压t----时间功的国际单位是J（焦耳）另外还有：瓦*秒，千瓦*时（kw.h）1千瓦时=3.6×1000000焦耳注：1千瓦时就是我们所说的1度电功率：单位时间内电流所做的功叫电功率。用字母P表示公式:P=W/t=UIt/t=UI功率的单位有焦耳/秒，瓦特、千瓦、马力注：1马力（HP）=736瓦通常电器的容量就是指电器的额定功率。如220V，100W的灯泡。三相正弦交流电、电磁感应

第二章正弦交流电交流电是指电流或电压的大小和方向随时间作周期性变化。我们平时用的交流电随时间按正弦规律变化的，所以叫正弦交流电。正弦交流电的电流一般表达式：i-电流瞬时值Im-最大值ω-角频率t-时间φ-初相角φ频率和周期

正弦量变化一次所需要的时间（秒）称为周期（T）。每秒内变化的次数称为频率（

），单位是赫兹（Hz）。我国和大多数国家采用50Hz的电力标准，有些国家（美国、日本等）采用60Hz。小常识

正弦量变化的快慢还可用角频率来表示：

频率是周期的倒数:=1/T已知=50Hz,求T和ω。[解]T=1/

=1/50=0.02s,ω=2π

=2×3.14×50＝314rad/s例题瞬时值、幅值、有效值

正弦量在任一瞬间的值称为瞬时值，用小写字母表示，如

i、u、e

等。瞬时值中的最大的值称为幅值或最大值，用带下标m的大写字母表示，如Im、Um、Em等。在工程应用中常用有效值表示交流电的幅度。一般所讲的正弦交流电的大小，如交流电压380V或220V，指的都是有效值。

有效值是用电流的热效应来规定的。设一交流电流和一直流电流I流过相同的电阻R，如果在交流电的一个周期内交流电和直流电产生的热量相等，则交流电流的有效值就等于这个直流电的电流I。正弦电流的有效值：正弦电压和电动势的有效值：

有效值都用大写字母表示！初相位相位:

表示正弦量的变化进程，也称相位角。初相位

t=0时的相位。相位：初相位：

0相位：初相位：

初相位给出了观察正弦波的起点或参考点。说明相位差

两个同频率的正弦量的相位之差或初相位之差称为相位差。则和的相位差为：当

时，比

超前角，

比

滞后角。

正弦交流电路中电压和电流的频率是相同的，但初相不一定相同，设电路中电压和电流为：0e60o三相正弦交流电三相正弦交流电相位上彼此相差1200有功功率：无功功率：视在功率：在三相负载对称的条件下：

三相功率功率三角：S2Q2P2+=功率因数在交流电路中，相电压与相电流相位差的余弦，叫功率因数用cosφ表示,功率因数在数值上是有功率与视在功率的比值。功率因数的值在0-1之间功率因数低则表示电力的利用率低。例如：一台电力变压器容量是1000KW，当功率因数是1时，可以送出1000KW的有功功率，当功率因数是0.7时，只能送出700KW的有功功率。一般是由于用电系统中感性负载的存在所造成的。提高功率因数的方法是在供电系统中并联电容组。cosφ=P/S感性负载：含有电感分量的负载，感性负载的电流相位滞后于电压相位容性制裁：含有电容分量的负，容性负载的电流相相位超前于电压相位电磁感应1、磁场（1）磁极：磁体上有两个磁性最强的端部，称为磁极，N（北极），S（南极）（2）磁力线：为了形象描述磁场的强弱和方向，科学家虚构出一组曲线，叫磁力线。（3）磁力线的方向：在磁体外面，从N极指向S极，在磁体内部从S极指向N极（4）电流产生磁场电流越大，磁场越强，电流和磁场的方向用右手螺旋定则来确定。右手螺旋定则：右手握拳，拇指伸直，四指表示弯曲量的方向，而拇指表示直线量的方向。2、电磁力一根通电导体放在磁场中，会受到力的作用而移动，这种力叫电磁力。电磁力的方向可以用左手定则来确定。

左手定则：左手伸开，四指并拢，拇指与四指垂直，并在同一平面，掌心迎向磁力线，四指指向电流方向，则拇指表示电磁力方向。3、电磁感应（1）一根导体在磁场中，切割磁力线，导体中会产生感生电动势,电动势的正方向，可以用右手定则来确定。

右手定则：右手伸开，四指并拢，拇指与四指垂直，燕在同一平面，掌心迎向磁力线，拇指指向导体运动方向，四指表示感生电动势方向，指端为“+”极。（2）自感现象通电线圈，当线圈中的电流变化时，线圈本身就产生了感应电动势，这个电动势总是阻碍线圈中电流的变化。这种由于线圈本身电流发生变化而产生电磁感应的现象叫自感现象，简称自感。在自感现象中产生的感应电动势，叫自感电动势。自感的应用与危害:

应用：日光灯的镇流器。危害：切断电闸产生的电弧。（3）互感现象两个靠近的线圈，一个线圈通电，它产生的磁场成为另一个线圈中的磁场，如通电线圈中的磁场发生变化，不通电的线圈中的磁场随之变化，这时，不通电线圈中也会产生感生电动势，这个现象叫做互感。互感现象应用：电力变压器、电流互感器、电压互感器、中周变压器电源变压器。变压器的一次侧与二次侧电压与电流的关系：小常识电流互感器电压互感器三相异步电动机原理及控制

第三章电动机的分类：电动机交流电动机直流电动机三相电动机单相电动机同步电动机异步电动机他励、并励电动机串励、复励电动机异步电动机的优点构造简单、价格便宜、工作可靠、使用维护方便在全国电动机总容量中有85％以上是三相异步电动机。三相异步电动机的构造笼型电机的各部件

铁心：由内周有槽的0.5mm厚硅钢片叠成。磁路的一部分

A----XB----YC----Z三相绕组机座：铸铁或钢板焊接支撑铁心和固定电机硅钢片装有三相绕组的定子1、定子定子绕组接线盒定子三相绕组的联接方法。通常BZACXYXAZBYCZXYBCAY联结CABZXY联结ABCZXY2、转子笼型绕线式

转子:在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流,产生旋转力矩转轴转子铁心转子绕组0.5mm的硅钢片叠压笼型转子(1)笼型转子铁芯槽内放铜条，端部用短路环形成一体。或铸铝形成转子绕组。(2)

绕线式转子同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。三相转子绕组通常连接成星形，即三个末端连在一起，三个首端分别与转轴上的三个滑环（滑环与轴绝缘且滑环间相互绝缘）相连，通过滑环和电刷接到外部的变阻器上，以便改善电机的起动和调速性能。绕线式转子绕组与外接变阻器的连接

三相异步电动机工作原理AXCZBYo旋转磁场的产生o规定

i:“+”首端流入，尾端流出。

i:“–”尾端流入，首端流出。AYCBZX(•)电流出()电流入三相对称交流绕组通入三相对称交流电流时，将在电机气隙空间产生旋转磁场；（动画1，动画2）

tAXYCBZAXYCBZAXYCBZ三相电流合成磁

场的分布情况合成磁场方向向下合成磁场旋转60°合成磁场旋转90°600oAAXZBCYAAXZBCY分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场

即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°取决于三相电流的相序旋转磁场的旋转方向结论：任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。任意调换两根电源进线AXBYCZ

若定子每相绕组由两个线圈串联

，绕组的始端之间互差60°，将形成两对磁极的旋转磁场。C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AXBYC旋转磁场的极对数P极对数小常识P=1，表示二极电机，P=2，表示四极电机旋转磁场转速n1与极对数p的关系极对数每个电流周期磁场转过的空间角度同步转速旋转磁场转速n1

与频率f1和极对数p有关。可见:异步电动机电动机转子转动方向与磁场旋转的方向是一致的，旋转磁场的同步转速和电动机转子转速会有一定停滞。根据转子转速n与旋转磁场的转速n1之间的关系，可分为同步电动机=例如：380/220V、Y/是指线电压为380V时采用Y联结；线电压为220V时采用

联结。电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值。电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。例如：Y/6.73/11.64A

表示星形联结下电机的线电流为6.73A；三角形联结下线电流为11.64A。两种接法下相电流均为6.73A。电动机的Y/联结异步电动机的运行与控制起动问题：起动电流大，起动转矩小。

一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的4~7倍;电动机的起动转矩为额定转矩的(1.0~2.2)倍。直接起动：大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作频繁起动时造成热量积累，使电机过热后果：起动方法直接起动

7.5千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起动。降压起动：星形-三角形(Y－)

换接起动自耦降压起动（适用于笼型电动机）降压起动Y－换接起动

降压起动时的电流为直接起动时的+－

起动U1U2V1V1W1W2+－正常运行U1U2V1V2W1W2注：仅适用于正常运行为三角形联结的电机。

三相异步电动机的正、反转

方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。电动机正转电动机反转电源~UVWM3~UVW电源~M3~继电控制电路重点系统组成：主电路：由电动机、（接通、断开、控制电动机的）接触器主触点等电器元件组成。（电流大）控制电路：由接触器线圈、继电器等电器元件组成（电流小）任务：根据给定的指令，依照自动控制系统的规律和具体的工艺要求对主电路进行控制。

M3~ABCKMFUQKMSB2C'B'SB1常用控制电器1、刀闸开关控制对象：380V，5.5kW以下小电机

考虑到电机较大的起动电流，刀闸的额定电流值应如下选择：（3-5)倍异步电机额定电流2、组合开关又称转换开关,是一种转动式的闸刀开关作用：用作电源引入开关控制对象：380V、5.5kW

以下小电机Q电路符号：短片3、按钮(b)结构按钮常用于接通和断开控制电路。按钮开关的外形和符号(a)外形图常闭触点常开触点常闭按钮常开按钮复合按钮复位弹簧支柱连杆常闭静触头桥式动触头常开静触头外壳4SBSBSB结构符号名称常闭按钮(停止按钮)常开按钮(起动按钮)复合按钮1234123按钮帽动画4、熔断器符号：FU熔断器额定电流IF的选择：(1)电灯、电炉等电阻性负载IF>IL(3)频繁起动的电机(2)单台电机用于低压线路中的短路保护。用于频繁地接通和断开大电流电路的开关电器。(a)外形(b)结构5、交流接触器~~~线圈铁芯衔铁主触头弹簧辅助触头M3~电机动作过程线圈通电衔铁吸合触点闭合电机接通电源交流接触器动画交流接触器构成：主要由电磁铁和触点两部分组成；触点又可分为主触点和辅助触点。符号：接触器线圈接触器主触头－－用于主电路（流过的电流大，需加灭弧装置）常开常闭接触器辅助触头－－用于控制电路（流过的电流小，无需加灭弧装置）简单的接触器控制ABCM3~刀闸起隔离作用自锁停止按钮起动按钮特点：小电流控制大电流。继电器只能通过小电流。所以继电器一般用于控制电路中6、继电器继电器和接触器的结构和工作原理大致相同。主要区别在于：接触器的主触点可以通过大电流；中间继电器电压继电器电流继电器时间继电器（具有延时功能）热继电器（做过载保护）…...继电器类型：

（1）中间继电器

通常用于传递信号和同时控制多个电路。符号：KA线圈常开触头KA常闭触头KA外形（2）热继电器用于电动机的过载保护。(a)外形(b)结构~

发热元件接入电机主电路，若长时间过载，双金属片被加热。因双金属片的下层膨胀系数大，使其向上弯曲，杠杆被弹簧拉回，常闭触点断开。发热元件杠杆热继电器工作原理：双金属片常闭触头动画结构：符号：串联在主电路中串联在控制电路中常闭触头FR发热元件FR短片电器自动控制原理图的绘制原则：1.控制线路由主电路和控制电路组成。

2.属同一电器元件的不同部分，可按其功能和所接电路的不同分别画在不同的电路中，但必须标注相同的文字符号。3.所有电器的图形符号均按通电前的状态绘制。4.与电路无关的部件(如铁心、支架、弹簧等)在控制电路中不画出。分析和设计控制电路时应注意以下几点：使控制电路简单，电器元件少，且工作又要准确可靠(2)尽可能避免多个电器元件依次动作接通另一个电器的控制电路(3)必须保证每个线圈的额定电压，不能将两个线圈串联。电机起动、停车（点动、连续运行、多地点控制、顺序控制等）常见的控制电路

电机正反转控制

行程控制

时间控制一、点动控制M3~ABCKMFUQSBKM动作过程按钮松开线圈（KM）断电触头（KM）打开

电机停转。按下按钮（SB）

线圈（KM）通电触头（KM）闭合电机转动；控制电路主电路电动机直接起动的控制线路B'C'二、电动机连续运行KM自锁自锁的作用按下按钮（SB2），线圈（KM）通电，电机起动；同时，辅助触头（KM）闭合，M3~ABCKMFUQKMSB2C'B'SB1起动按钮停车按钮即使按钮松开，线圈保持通电状态电机连续运转。KMKMSB1SB2FRM3~KMABCFUQFR三、异步机的直接起动+过载保护发热元件热继电器触头短路保护过载保护加熔断器FU加热继电器FR电动机工作时，若因负载过重而使电流增大，但又比短路电流小。此时熔断器起不了保护作用。将其常闭触点串接在控制电路中。原因：将任意两相热元件串接在电动机任意两相中。操作：

以下控制电路能否实现即能点动、又能连续运行KMSB1KMSB2KHSB思考不能点动！方法一：用复合按钮四、点动+连续运行

SB3：点动SB2：连续运行KMSB1KMSB2FRSB3方法：起动按钮并联；停止按钮串联乙地甲地SB2乙KMSB1甲SB2甲KMFR五、

两地控制一台电动机例如：甲、乙两地同时控制一台电机。SB1乙FUQ按SB1再按SB2控制顺序要求：M1起动后M2才能起动。M2既不能单独起动，也不能单独停车。M1转动六、电机的顺序控制M2转动动画FR1KM1M13~M23~KM2...FR2..SB1KM1KM1SBFR1SB2KM2KM2FR2这样的顺序控制是否合理？这样接，主触头(KM1)的负荷过重M13~KM1KM2M23~思考

例1：两条皮带运输机分别由两台鼠笼异步电动机拖动，由一套起停按钮控制它们的起停。为避免物体堆积在运输机上，要求电动机按下述顺序起动和停止：起动时:M1起动后M2才能起动；停车时:M2停车后M1才能停车。应如何实现控制？起动：KM2SBKM2SBKM1FR1FR2KM1停止：SBKM1FR1KM2SBKM2FR2KM1七、电动机的正反转控制KMFKMFSB1SBFKHM3~ABCKMFFUQSKHKMRKMRKMRSBR缺点：该电路必须先停车才能由正转到反转或由反转到正转。

操作过程：

SBF正转SBR反转SB1停车SBF和SBR不能同时按下，否则会造成短路！加互锁的正反转控制正转时，SBR不起作用；反转时，SBF不起作用。从而避免两个接触器同时工作造成主回路短路。KMFSB1KMFSBFFRKMRKMRSBR互锁KMR互锁作用：M3~ABCKMFFUQSKHKMF双重互锁的正反转控制电器互锁KMFSB1KMFSBFFRKMRKMRKMRKMFSBR缺点：正转过程中要求反转，必须先按停止按钮，然后才能按反转按钮。双保险机械互锁（复合按钮）电器互锁（互锁触头）解决措施：在控制电路中加入机械连锁。机械联锁3~MFRFUQ......KMFFRKMRSB1SBFKMFSBRKMRKMRKMFKMR

下图所示的鼠笼式电动机正反转控制线路中有几处错误，请改正。3~MFRFUQ......KMFFRKMRSB1SBFKMFSBRKMRKMRKMFKMR一、行程开关电路的限位保护、行程控制、自动切换等常开（动合）触头符号STST行程控制与按钮类似，但其动作要由机械撞击作用结构常闭（动断）触头KMFKMRM3~ABCFUQFR二、行程控制主电路与电动机的正反转电路相同

行程控制实质为电机的正反转制，只是在行程的终端要加限位开关。正程逆程BA1.行程控制的基本原理正向行程开关STASTB反向例：要求下图中的行车运动到A、B两处时能够自动停车。限位开关KMRM3~ABCFUQFR

主回路

控制回路SB2至右端位置撞开STA

正向运行电动机停车动作过程KMFKHKMRSB1SB2SB3KMFKMFKMRKMRSTASTB·KMRSBRKMFFRKMFSB1KMFSBFKMRKMRSTASTB2.自动往复运动控制

行程开关采用复合式开关。正向运行停车的同时，自动起动反向运行；反之亦然。措施在前面要求基础上，到达A、B处能自动返回。电机STaSTb·时间继电器钟表式空气式电子式时间控制一、时间继电器时间继电器有通电延时和断电延时两种时间控制:采用时间继电器进行延时控制常开触头延时闭合

常闭触头延时打开

符号：KT线圈

时间继电器触点类型断电式常闭断电后延时闭合常开断电后延时断开通电式瞬时动作延时动作常闭触点常开触点常开通电后延时闭合常闭通电后延时断开常闭触点常开触点电机绕组A'B'C'XYZYZB'YXC'A'KMFUQSFRA'xB'yC'zKM-YKM-主电路二、时间控制

电动机Y－起动控制运行时KM、KM-工作，电动机接成△形起动时KM、KM-Y工作，电动机接成Y形要求：KMFUQFR电机A'xB'yC'zKM-YKM-KM-KTKTKM-YKM-YKM-KM-KTKM-KMSB1SB2KMY－起动控制电路FR主电路接通电源KT

KM-Y转换完成SB2KMKT

KM-Y

KM-延时

KM-Y主电路

顺序控制电路M1起动后M2再起动要求控制问题1两电机只保证起动的先后顺序，没有延