电气控制与应用

电气控制与应用第一页，共二十四页，2022年，8月28日三相交流异步电动机起动电流一般为额定电流的4～7倍，在电源变压器容量不够大而电动机功率较大的情况下，直接起动该电动机导致电源变压器输出电压下降，这不仅减小了电动机本身的起动转矩，而且还会影响同一供电线路中其他电气设备的正常工作。因此，大容量笼型异步电动机的起动电流应限制在一定的范围内，不允许直接起动。对于空载起动的三相笼型异步电动机常采用降低电动机定子绕组电压的方法来减少起动电流，常用的有定子绕组串电阻降压起动、星-三角降压起动和定子绕组串自耦变压器降压起动等方法；空载起动的三相绕线式异步电动机常采用转子绕组串电阻和转子绕组串频敏变阻器降压起动等方法。第二页，共二十四页，2022年，8月28日2.1认识元器件 2.1.1时间继电器在生产中经常需要按一定的时间间隔对生产机械进行控制，例如电动机的降压起动需要一定的时间起动，然后才能加上额定电压运行；在一条自动化生产线中的多台电动机，常需要分批起动，在第一批电动机起动后，需经过一定时间后才能起动第二批等，这类自动控制通常是利用时间继电器来实现的。时间继电器也是机床中的常用电器之一，是控制线路中的延时元件，常用的时间继电器外观如图2-1所示。

a）b）c）d）图2-1时间继电器a）JS7系列b）JS11系列

c）JSZ3系列d）JS14A第三页，共二十四页，2022年，8月28日时间继电器有瞬时动作触点和延时动作触点两种，根据延时触点的动作特点分为通电延时型和断电延时型两种。通电延时型是在时间继电器的线圈通电时，其延时触点延时动作（分为延时断开和延时闭合两种）、瞬时触点瞬时动作，线圈断电时所有触点都瞬时复位；断电延时型是在线圈通电时，所有触点都瞬时动作，线圈断电时，其延时触点延时复位，瞬时触点瞬时复位。触点的电气图形和文字符号如图2-2所示。a）b）c）d）e）f）g）h）图2-2电气图形和文字符号线圈一般符号b)通电延时线圈c)断电延时线圈d)通电延时闭合动合（常开）触点

e)通电延时断开动断（常闭）触点f）断电延时断开动合（常开）触点g）断电延时闭合动断（常闭）触点h）瞬动触点第四页，共二十四页，2022年，8月28日1．时间继电器的选择（1）类型选择。时间继电器分为空气阻尼式、数字式和电动式等类型，凡是对延时要求不高的场合，一般采用价格较低的JS7系列空气阻尼式时间继电器；反之，如对延时要求较高，则可采用JS11数字式、JS10电动式等系列的时间继电器。（2）延时方式的选择。时间继电器有通电延时和断电延时两种，应根据控制线路的要求来选择哪一种延时方式的时间继电器。（3）线圈电压的选择。根据控制线路电压来选择时间继电器线圈的电压。（4）电源、环境温度变化时的选择。在电源电压波动大的场合，采用空气阻尼式或电动式时间继电器比采用数字式好，而在电源频率波动大的场合，不宜采用电动式时间继电器，在温度变化较大处，则不宜采用空气阻尼式时间继电器。第五页，共二十四页，2022年，8月28日2．时间继电器的使用（1）JS7系列时间继电器的延时时间，可在规定范围内自行调整，但由于这种时间继电器精度较低，要准确调整延时时间就比较困难，需要反复调试确定。平时应经常清除灰尘和油污，以免增大误差。（2）电动式时间继电器延时范围调节后，如需精确延时，应首先接通同步电动机电源，以减少电动机起动引起的误差。对通电延时型时间继电器，调节延时时间必须在断开电磁离合器线圈电源后才能进行；对断电延时型时间继电器，调节整定延时时间必须在接通电磁离合器线圈电源后才能进行。（3）JS11、JS23系列时间继电器在使用前必须核对额定工作电压与将接入的电源电压是否相符，直流型的不要将电源的正负极性接错；接线时必须按接线端子图正确接线，触点电流不允许超过额定电流。第六页，共二十四页，2022年，8月28日3．时间继电器的常见故障故障现象可能原因排除方法延时触点不动作线圈断线或接触不良更换线圈或重新接线电源电压低于线圈额定电压调整电源电压或更换线圈电动式时间继电器的同步电动机线圈断线更换同步电动机的线圈电动式时间继电器棘爪无弹性，不能刹住棘齿修复或更换棘爪电动式时间继电器的游丝断裂更换游丝延时时间缩短空气阻尼式时间继电器气室装配不严而漏气重新装配气室空气阻尼式时间继电器气室内橡胶膜损坏更换橡胶膜电磁式时间继电器的非磁性垫片磨损更换垫片延时时间变长空气阻尼式时间继电器的气室内有灰尘、使气道阻塞清除阻塞气道的灰尘电动式时间继电器的传动机构缺少润滑油加入润滑油，活动传动机构第七页，共二十四页，2022年，8月28日2.1.2中间继电器中间继电器的触点容量较小，且没有主、辅之分，相当于接触器的辅助触点。中间继电器触点的额定电流多数为5A，对于电动机额定电流不超过5A的控制系统，可用中间继电器代替接触器使用。其主要用途是当其他继电器的触点数或触点容量不够时，可选用中间继电器来增加触点数或触点容量，起到中间转换的作用。常用中间继电器的型号有JZ7系列和JZC1系列。其外观和电气符号如图2-3所示。

a）b）c）d）e）图2-3中间继电器a）JZ7系列

b）JZC1系列

c）中间继电器线圈

d）动合触点

e）动断触点

第八页，共二十四页，2022年，8月28日1．中间继电器的选择中间继电器的选用应根据被控制电路的电压等级、所需触点的数量和种类以及容量等要求来选择。2．中间继电器的使用中间继电器的使用方法和接触器相似，但由于中间继电器触点容量较小，一般接到控制电路中，不能接到主电路中。

第九页，共二十四页，2022年，8月28日2.1.3电流继电器电流继电器用于电力拖动系统的电流保护和控制。电流继电器的触点接于控制电路，为执行元件。电流继电器按照使用功能可分为欠电流继电器和过电流继电器两种：过电流继电器主要用于重载或频繁起动的场合，作为电动机和主电路的过载或短路保护。过电流继电器在电路正常工作时不动作，整定范围通常为额定电流的110％~350％。欠电流继电器常用于直流电动机磁场的弱磁保护，因直流电动机的转速与磁场激磁电流成反比，当磁场激磁电流太小时，会使直流电动机超速，造成事故。欠电流继电器也常用于平面磨床电磁吸盘的弱磁和失磁保护。通用型电流继电器通过整定值的调整可以作为过电流继电器和欠电流继电器使用，常用的通用型电流继电器的外形和电气符号如图2-4所示。第十页，共二十四页，2022年，8月28日

a）b）c）d）e）图2-4通用型电流继电器a）JL14系列

b）JL18系列

c）过电流继电器线圈

d）欠电流继电器线圈

e）触点

第十一页，共二十四页，2022年，8月28日1．过电流继电器的选择（1）过电流继电器线圈的额定电流应大于或等于电动机的额定电流。（2）过电流继电器的触点种类、数量、额定电流应满足控制电路的要求。（3）过电流继电器的动作电流，一般为电动机额定电流的1.7～2倍；需要频繁起动时，为电动机额定电流的2.25～2.5倍。2．欠电流继电器的选择（1）欠电流继电器线圈的额定电流应大于或等于保护电路的额定电流。（2）欠电流继电器的吸合动作电流应小于或等于保护电路额定电流的80％。（3）欠电流继电器的释放动作电流应小于保护电路最小电流的80％。第十二页，共二十四页，2022年，8月28日3．电流继电器的使用（1）按控制线路和设备的技术要求，仔细核对继电器的铭牌数据（如线圈的额定电压、电流、整定值以及延时等参数）是否符合要求。（2）检查电流继电器的活动部分是否动作灵活、可靠，外罩及壳体是否有损坏或缺件等情况；各部件应清洁，触点表面要平整，无油污、烧伤与锈蚀等。（3）当衔铁吸合后，弹簧在被压缩位置上应有1～2mm的压缩距离，不能压死；触点的超行程不小于1.5mm，动合触点的分开距离不小于4mm，动断触点的分开距离不小于3.5mm。第十三页，共二十四页，2022年，8月28日2.1.4频敏变阻器频敏变阻器是一种由铸铁片或钢板叠成铁心,外面再套上绕组的三相电抗器，当电动机在起动或制动过程的瞬间，转子感应电势很大、转子电流的频率高，此时频敏变阻器的阻抗很大，转子电路所产生的能量一小部分将被阻抗所限制，而绝大部分消耗在频敏变阻器上并转化成热能。随着转子转速增加，转子电路中的电流和频率不断减小，频敏变阻器的等值阻抗和消耗在频敏变阻器上的能量也随之减小。当起动完毕，转差率接近为零，频敏变阻器的等值阻抗和损耗亦接近零，从而达到自动变阻的目的。频敏变阻器主要由铁芯、绕组及附件三大部分构成。铁芯由数片E形厚钢板叠合；绕组由铜导线绕制而成，接成星形，绕组一般有0%、30％、80％、90％和100％五个抽头。频敏变阻器的外观和电气符号如图2-5所示。第十四页，共二十四页，2022年，8月28日1．频敏变阻器的选择频敏变阻器适用于三相绕线式电动机空载或轻载起动，其优点是结构较简单、成本低、维护方便、起动平滑等，缺点是起动转矩不大。选用时由于计算比较复杂，一般根据电动机功率和工作制式（偶尔起动制、重复短时起动制）查表选择。（1）偶尔起动负载主要包括水泵、空气压缩机、轧钢机、传送带等机械。（2）重复短时起动负载主要包括桥式起重机、升降台等机械。2．频敏变阻器的使用（1）对于偶尔起动的频敏变阻器，在起动完毕后必须切除；对于重复短时起动的频敏变阻器，允许长期接于转子电路中。（2）偶尔起动的频敏变阻器允许连续起动几次，但是总的起动时间轻载不得超过80s，重载不得超过120s。（3）如果起动电流过小、起动转矩太小、起动时间过长，应换接频敏变阻器的抽头，使匝数减少，一般使用80％的抽头或更少的抽头匝数。由于匝数少，起动电流增大，起动转矩也增大。（4）如果起动电流过大、起动时间过短，应换接频敏变阻器的抽头，使用100％的抽头匝数。匝数增加后，起动电流减小，起动转矩也减小。（5）如果在刚起动时起动转矩过大，伴有机械冲击现象，但起动完毕后稳定转速又偏低（偶尔起动频敏变阻器完毕切除时，冲击电流较大），应增加频敏变阻器的铁芯气隙。由于气隙增加，起动电流略增，起动转矩略减，但起动完毕时转矩增大，提高了稳定转速。（6）增加气隙时，先松开频敏变阻器的四个拉紧螺栓，然后在E形铁芯的上、下铁芯之间增加非磁性垫片（铜板、铝板、绝缘板），然后拧紧拉紧螺栓。注意：垫片尺寸不要大于铁芯的尺寸，以免损伤线圈。第十五页，共二十四页，2022年，8月28日2.2三相笼型异步电动机起动控制电路电动机可否直接起动，应根据起动次数、电网容量和电动机的容量来决定。一般规定，起动时供电母线上的电压降落不得超过额定电压的10％～15％；起动时变压器的短时过载不超过最大允许值，即电动机的最大容量不超过变压器容量的20％～30％。通常电动机功率小于7.5kW的三相异步电动机空载起动时，可以直接起动，超过7.5kW就得降压起动。第十六页，共二十四页，2022年，8月28日2.2.1定子串电阻降压起动电路定子绕组串接电阻降压起动是指在电动机起动时，把电阻串接在电动机定子绕组与电源之间，通过电阻的分压作用来降低定子绕组上的起动电压，待电动机起动后，再将电阻短接，使电动机在额定电压下全压运行。定子绕组串接电阻降压起动控制电路如图2-6所示。第十七页，共二十四页，2022年，8月28日2.2.2星-三角降压起动电路星-三角降压起动是指在三相异步电动机起动时，把定子绕组接成星形，以降低电压、限制起动电流；当电动机起动后，再将定子绕组改接成三角形，使电动机在额定电压下正常运行。星-三角降压起动的控制方式有手动控制、按钮与接触器控制和时间继电器自动控制等，在机床设备中采用的是时间继电器自动控制的方式，其控制线路如图2-8所示。第十八页，共二十四页，2022年，8月28日星-三角降压起动控制电路第十九页，共二十四页，2022年，8月28日2.2.3自耦变压器降压起动电路自耦变压器降压起动也称为串电感降压起动，是利用串接在电动机M绕组回路中的自耦变压器降低加在电动机绕组上的起动电压，待电动机起动后，再使电动机与自耦变压器脱离，电动机即可在全压下运行。利用自耦变压器构成的降压起动控制线路如图