材料成型设备三1电器元件及控制原理

材料成型设备三1电器元件及控制原理第1页/共114页低压电器配电电器控制电器开关熔断器……接触器继电器起动器……时间继电器热继电器……§3.1低压电器简介第2页/共113页第2页/共114页刀开关熔断器按钮限位开关接触器继电器§3.1常用控制电器凡是用来接通和断开电路，以达到控制、调节、转换和保护目的的电气设备都称为电器。最常用的控制电器有：时间继电器（延时）中间继电器电压继电器电流继电器热继电器（过载保护）……上一页首页下一页第3页/共113页第3页/共114页电器名称电路符号QKFUSBSBSBSTST发热元件常闭触头FRFR电器名称电路符号上一页限位开关按钮熔断器刀开关接触器下一页热继电器KMKMKM作用：短路保护作用：短路保护首页第4页/共113页第4页/共114页电器名称电路符号上一页时间继电器下一页线圈KT常开通电后延时闭合常闭通电后延时断开KTKT常闭断电后延时闭合常开断电后延时断开时间继电器定时类型钟表式空气式电子式阻容式数字式首页第5页/共113页第5页/共114页3.1.1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)*异步电机额定电流电路符号QS第6页/共113页第6页/共114页3.1.1刀闸开关一、刀开关

作用：隔离电源，不频繁通断电路

分类：

按刀的级数分:单极、双极和三极

按灭弧装置分：带灭弧装置和不带灭弧装置

按刀的转换方向分为：单掷和双掷

按接线方式分为：板前接线和板后接线

按操作方式分为：手柄操作和远距离联杆操作

按有无熔断器分：带熔断器和不带熔断器第7页/共113页第7页/共114页一、刀开关1.开关板用刀开关（不带熔断器式刀开关）

作用：不频繁地手动接通、断开电路和隔离电源用。

结构图和符号：QS第二节开关电器第8页/共113页第8页/共114页第二节开关电器一、刀开关2.带熔断器式刀开关——用作电源开关、隔离开关和应急开关，并作电路保护用。第9页/共113页第9页/共114页一、刀开关3.负荷开关(1)开启式负荷开关

用途：作不频繁带负荷操作和短路保护用。

结构：由刀开关和熔断器组合成。瓷底板上装有进线座、静触头、熔丝、出线座及刀片式动触头，工作部分用胶木盖罩住，以防电弧灼伤人手。

分类：单相双极和三相三极两种第二节开关电器第10页/共113页第10页/共114页第11页/共113页第11页/共114页一、刀开关3.负荷开关(2)封闭式负荷开关（铁壳开关）

作用：手动通断电路及短路保护。第二节开关电器第12页/共113页第12页/共114页二、组合开关（转换开关）

结构：静触头一端固定在胶木盒内，另一端伸出盒外，与电源或负载相连。动触片套在绝缘方杆上，绝缘方轴每次作90°正或反方向的转动，带动静触头通。

特点：结构紧凑，安装面积小，操作方便。

用途：电源的引入开关；通断小电流电路；控制５ＫＷ以下电动机。第二节开关电器第13页/共113页第13页/共114页（a）外形（b）符号（c)结构第14页/共113页第14页/共114页第15页/共113页第15页/共114页三、低压断路器

功能：不频繁通断电路，并能在电路过载、短路及失压时自动分断电路。

特点：操作安全，分断能力较高。

分类：框架式（万能式）和塑壳式（装置式）

结构：触头系统、灭弧装置、脱扣机构、传动机构。第二节开关电器第16页/共113页第16页/共114页万能式低压断路器结构图第17页/共113页第17页/共114页塑壳式低压断路器原理图1．主触头2．自由脱扣器3．过电流脱扣器4．分励脱扣器5．热脱扣器6．失压脱扣器

7．按钮第18页/共113页第18页/共114页塑壳式低压断路器原理图1．主触头2．自由脱扣器3．过电流脱扣器4．分励脱扣器5．热脱扣器6．失压脱扣器7．按钮线路短路或严重过载保护第19页/共113页第19页/共114页塑壳式低压断路器原理图1．主触头2．自由脱扣器3．过电流脱扣器4．分励脱扣器5．热脱扣器6．失压脱扣器7．按钮远距离跳闸，对电路不起保护作用第20页/共113页第20页/共114页塑壳式低压断路器原理图1．主触头2．自由脱扣器3．过电流脱扣器4．分励脱扣器5．热脱扣器6．失压脱扣器7．按钮线路过载保护第21页/共113页第21页/共114页塑壳式低压断路器原理图1．主触头2．自由脱扣器3．过电流脱扣器4．分励脱扣器5．热脱扣器6．失压脱扣器

7．按钮电动机的失压保护第22页/共113页第22页/共114页第23页/共113页第23页/共114页3.1.2熔断器作用：用于短路保护。电路符号FU熔体额定电流的选择：3.频繁起动的电机异步电机的起动电流Ist=(5~7)额定电流2.一般电机（稍大）1.无冲击电流的场合（如电灯、电炉）安秒特性tIF第24页/共113页第24页/共114页作用：短路和严重过载保护应用：串接于被保护电路的首端优点：结构简单，维护方便，价格便宜，体小量轻分类：

3.1.2熔断器瓷插式RC螺旋式RL有填料式RT无填料密封式RM快速熔断器RS自恢复熔断器第25页/共113页第25页/共114页瓷插式熔断器3.1.2熔断器第26页/共113页第26页/共114页螺旋式熔断器3.1.2熔断器第27页/共113页第27页/共114页有填料式熔断器3.1.2熔断器第28页/共113页第28页/共114页无填料密封式熔断器3.1.2熔断器第29页/共113页第29页/共114页快速熔断器3.1.2熔断器第30页/共113页第30页/共114页自恢复熔断器3.1.2熔断器第31页/共113页第31页/共114页3.1.3控制按钮常开(动合)按钮电路符号SB复合按钮复合按钮：常开按钮和常闭按钮做在一起。电路符号SB常闭(动断)按钮电路符号SB第32页/共113页第32页/共114页作用：发送控制命令或信号的电器分类：控制按钮万能转换开关主令控制器行程开关接近开关3.1.3控制按钮

第33页/共113页第33页/共114页控制按钮3.1.3控制按钮

第34页/共113页第34页/共114页万能转换开关3.1.3控制按钮第35页/共113页第35页/共114页接近开关3.1.3控制按钮

第36页/共113页第36页/共114页3.1.4行程开关用作电路的限位保护、行程控制、自动切换等。结构与按钮类似，但其动作要由机械撞击。常开（动合）触头电路符号ST常闭（动断）触头电路符号ST第37页/共113页第37页/共114页行程开关3.1.4行程开关

第38页/共113页第38页/共114页~~~线圈铁芯衔铁主触头弹簧辅助触头M3~电机3.1.5接触器动作过程线圈通电衔铁被吸合触头闭合电机接通电源第39页/共113页第39页/共114页接触器有关符号：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）接触器控制对象：电动机及其它电力负载接触器技术指标：额定工作电压、电流、触点数目等。第40页/共113页第40页/共114页触头系统：主触头、辅助触头

常开触头（动合触头）常闭触头（动断触头）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3.1.5接触器1．结构

一、交流接触器

第41页/共113页第41页/共114页3.1.5接触器交流接触器结构图主触头常闭辅助触头常开辅助触头静铁心动铁心吸引线圈灭弧装置第42页/共113页第42页/共114页2．工作原理

线圈加额定电压，衔铁吸合，常闭触头断开，常开触头闭合；线圈电压消失，触头恢复常态。为防止铁心振动，需加短路环。3.1.5接触器线圈铁芯衔铁主触头弹簧辅助触头M3~电机第43页/共113页第43页/共114页用途：远距离通断直流电路或控制直流电动机的频繁起停。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。3.1.5接触器二、直流接触器

第44页/共113页第44页/共114页KM常闭辅助触点线圈KM主触点KM常开辅助触点KM3.1.5接触器三、接触器的符号

第45页/共113页第45页/共114页额定电压

交流接触器：127、220、380、500V直流接触器：110、220、440V交流接触器：5、10、20、40、60、100、150、250、400、600A

直流接触器：40、80、100、150、250、400、600A额定电流

吸引线圈额定电压交流接触器：36、110（127）、220、380V直流接触器：24、48、220、440V3.1.5接触器四、接触器的主要技术指标

第46页/共113页第46页/共114页

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；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；额定电流应大于或等于被控主回路的额定电流。3.1.5接触器四、接触器的使用选择原则

第47页/共113页第47页/共114页简单的接触器控制ABCM3~刀闸起隔离作用自保持停止按钮起动按钮特点：小电流控制大电流。第48页/共113页第48页/共114页3.1.6继电器

继电器和接触器的工作原理一样。主要区别在于，触发器的主触头可以通过大电流，而继电器的触头只能通过小电流。所以，继电器只能用于控制电路中。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：第49页/共113页第49页/共114页发热元件功能：过载保护热继电器结构：I常闭触头双金属片工作原理：

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。扣板第50页/共113页第50页/共114页热继电器的符号发热元件串联在主电路中串联在控制电路中常闭触头KHKH第51页/共113页第51页/共114页作用：控制、放大、联锁、保护和调节分类：按用途分：控制和保护继电器按动作原理分：电磁式、感应式、电动式、电子式、机械式按输入量分：电流、电压、时间、速度、压力按动作时间分：瞬时、延时继电器特点：额定电流不大于5A3.1.6继电器第52页/共113页第52页/共114页一、电流继电器特点：线圈串接于电路中，导线粗、匝数少、阻抗小。分类：过电流继电器、欠电流继电器过流电流继电器欠流电流继电器3.1.6继电器第53页/共113页第53页/共114页欠电流继电器KAI<KAKA过电流继电器>IKAKAKA一、电流继电器3.1.6继电器第54页/共113页第54页/共114页动作电流Ｉq：使电流继电器开始动作所需的电流值；返回电流Ｉf：电流继电器动作后返回原状态时的电流值；返回系数Ｋf：返回值与动作值之比，Ｋf＝Ｉf/Ｉq。主要技术指标：一、电流继电器3.1.6继电器第55页/共113页第55页/共114页特点：线圈并联在电路中，匝数多，导线细分类：过电压继电器和欠电压继电器结构原理：与电流继电器类似欠电压继电器KAU<KAKA过电压继电器>UKAKAKA二、电压继电器3.1.6继电器第56页/共113页第56页/共114页

中间继电器实质上是一种电压继电器，结构和工作原理与接触器相同。但它的触点数量较多，在电路中主要是扩展触点的数量。另外其触头的额定电流较大。

三、中间继电器3.1.6继电器第57页/共113页第57页/共114页作用：电动机的过载保护利用双金属片受热弯曲去推动杠杆使触头动作利用电阻值随温度变化而变化的特性制成利用过载电流发热使易熔合金熔化而使继电器动作四、热继电器3.1.6继电器型式：双金属片式

热敏电阻式易熔合金式结构：由发热元件、双金属片和触头及动作机构等部分组成。第58页/共113页第58页/共114页四、热继电器3.1.6继电器a）

外形

b）结构图

1-电流整定装置2-主电路接线柱3-复位按钮

4-常闭触头5-动作机构6-热元件31-常闭触头接线柱32-公共动触头接线柱33-常开触头接线柱

双金属片式热继电器第59页/共113页第59页/共114页1-1.接线端子2-主双金属片3-热元件4-推动导板5-补偿双金属片

6-常闭触头7-常开触头8-复位调节螺钉9-动触头

110-复位按钮11-偏心轮12-支撑件13-弹簧

四、热继电器3.1.6继电器双金属片式热继电器原理示意图第60页/共113页第60页/共114页使用与选择使用：作为电动机的过载保护，注意与熔断器的配合。选择：ＩeR≥Ｉed

ＩeR：热继电器热元件的额定电流；Ｉed：电动机的额定电流。四、热继电器3.1.6继电器第61页/共113页第61页/共114页作用：按整定时间长短通断电路分类：按构成原理分：电磁式电动式空气阻尼式晶体管式数字式按延时方式分：通电延时型断电延时型

四、时间继电器第62页/共113页第62页/共114页(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(a)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）瞬动触点四、时间继电器符号第63页/共113页第63页/共114页作用：根据速度的大小通断电路结构：定子、转子和触头原理：与异步电动机类似参数：动作转速：>120rpm

复位转速：<100rpm五、速度继电器第64页/共113页第64页/共114页定子---由硅钢片迭成笼型空心圆环套在转子上，装有鼠笼型短路绕组。符号五、速度继电器转子---圆柱形永久磁铁，与电动机同轴连接。第65页/共113页第65页/共114页压力继电器光电继电器温度继电器五、其它继电器第66页/共113页第66页/共114页鼠笼式电动机控制线路教学目的：让学生会分析电动机点动、长动控制电路，并学会接线；让学生会分析正、反转电路的控制原理，学会接线。第67页/共113页第67页/共114页电机起动、停车（点动、连续运行、多地点控制、顺序控制等）

电机正反转控制

行程控制

时间控制

速度控制

……§3.2基本控制环节第68页/共113页第68页/共114页3.2.1异步机的直接起动（1）M3~ABCKMFUQSB'C'KMSB点动控制动作过程触头（KM）打开按钮松开线圈（KM）断电

电机停转。触头（KM）闭合按下按钮（SB）

线圈（KM）通电电机转动；控制电路主电路第69页/共113页第69页/共114页异步机的直接起动（2）电动机连续运行KM自保持自保的作用按下按钮（SB），线圈（KM）通电，电机起动；同时，辅助触头（KM）闭合，即使按钮松开，线圈保持通电状态，电机连续运转。KMSB2C'M3~ABCKMFUQSB'SB1起动按钮停车按钮第70页/共113页第70页/共114页KMSB1KMSB2KHM3~ABCKMFUQSKH电流成回路，只要接两相就可以了。异步机的直接起动+过载保护发热元件热继电器触头第71页/共113页第71页/共114页例如：甲、乙两地同时控制一台电机KMSB1甲SB2甲KMSB1乙SB1乙方法：两起动按钮并联；两停车按钮串联。多地点控制乙地甲地第72页/共113页第72页/共114页QSKHM3~ABCKMFU方法一：用复合按钮。点动+连续运行(1)SB3：点动SB2：连续运行控制关系该电路缺点：动作不够可靠。KMSB1KMSB2KHSB3主电路控制电路第73页/共113页第73页/共114页点动+连续运行(2)SBKASB1KASB2KHKMKAM3~ABCKMFU方法二：加中间继电器（KA）。控制关系SB：点动SB2：连续运行第74页/共113页第74页/共114页

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！第75页/共113页第75页/共114页3.2.2电机的正反转控制(1)KMFKMFSB1SBFKHM3~ABCKMFFUQSKHKMRKMRKMRSBR

该电路必须先停车才能由正转到反转或由反转到正转。SBF和SBR不能同时按下，否则会造成短路！操作过程：SBF正转SBR反转停车SB1第76页/共113页第76页/共114页电机的正反转控制(2)--加互锁互锁作用：正转时，SBR不起作用；反转时，SBF不起作用。从而避免两触发器同时工作造成主回路短路。KMFSB1KMFSBFKHKMRKMRKMFKMRM3~ABCKMFFUQSKHKMRSBR互锁第77页/共113页第77页/共114页KMFSB1KMFSBFKHKMRKMRKMRKMFSBR电机的正反转控制(3)--双重互锁KMRM3~ABCKMFFUQSKH电器互锁机械互锁双保险机械互锁（复合按钮）电器互锁（互锁触头）第78页/共113页第78页/共114页电机的复杂控制电路教学目的：让学生掌握电机的行程控制、时间控制、多太电动机顺序起停控制，并且要学生学会接线。第79页/共113页第79页/共114页3.2.3行程控制KMRM3~ABCKMFFUQSKH

行程控制实质为电机的正反转控制，只是在行程的终端要加限位开关。正程逆程BA第80页/共113页第80页/共114页行程控制电路（1）

控制回路KMFKHKMRSB1KMFSB2STASB3STBKMRKMRKMF限位开关正程限位开关STASTB逆程至右极端位置撞开STA

动作过程SB2正向运行电机停车（反向运行同样分析）第81页/共113页第81页/共114页行程控制(2)--自动往复运动正程逆程电机工作要求：1.能正向运行也能反向运行

2.到位后能自动返回第82页/共113页第82页/共114页电机STaSTbKMRSBRKMFKHKMFSB1KMFSBFKMRKMRSTaSTb自动往复运动控制电路

限位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。关键措施第83页/共113页第83页/共114页时间继电器定时类型：钟表式空气式电子式阻容式数字式3.2.4定时控制。。。。。。。。第84页/共113页第84页/共114页空气式时间继电器的工作原理见教材常开触头延时闭合常闭触头延时打开线圈衔铁常闭触头常开触头线圈通电衔铁吸合（向下）连杆动作触头动作动作过程第85页/共113页第85页/共114页时间继电器触头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第86页/共113页第86页/共114页KMFUQSKH电机绕组A'xB'yC'zKM-YA'B'C'XYZYZB'YXC'A'KM-定时控制--举例：主电路（1）电机的Y－起动KM-Y闭合，电机接成Y形；KM-闭合，电机接成形。第87页/共113页第87页/共114页KMFUQSKH电机A'xB'yC'zKM-YKM-KM-KTKTKM-YKM-YKM-KM-KTKM-KMSB1SB2KMY－起动控制电路KH主电路接通电源延时KTKM-KM-YY转换完成SB2KMKTKM-YKM-第88页/共113页第88页/共114页SB1SB2PLCCPU224KM-YKM-I0.0I0.0Q0.0Q0.1Q0.2KMKTT31TON5INPTKM-KTKTKM-YKM-YKM-KM-KM-KMSB1SB2KMKH第89页/共113页第89页/共114页＃1电机M1控制要求：

1.M1起动后，M2才能起动

2.M2可单独停＃2电机M2（2）顺序控制第90页/共113页第90页/共114页顺序控制电路（1）：两电机只保证起动的先后顺序，没有延时要求。

FUKM2KH2ABCFUM3~ABCKM1KH1M3~主电路KM1KM2SB3SB4KH2KM2KM1SB1SB2KH1KM1控制电路第91页/共113页第91页/共114页不可以!

两电机各自要有独立的电源；这样接，主触头（KM1）的负荷过重。M3~KM1KHKM2KHM3~KM2KM1SB2KM2KM1SB3SB1主电路控制电路这样实现顺序控制可不可以?第92页/共113页第92页/共114页KM1SB1SB2KTKHKM1KM2KM2KM2KT顺序控制电路(2)：M1起动后，M2延时起动。SB2KM1KT

KM2

延时

KM2

M1起动KTM2起动主电路同前控制电路第93页/共113页第93页/共114页KM1SB1SB2KTKHKM1KM2KM2KT

实现M1起动后M2延时起动的顺序控制，用以下电路可不可以？SB2KM1KT

KM2

延时

KM2

M1起动M2起动

不可以！继电器、接触器的线圈有各自的额定值，线圈不能串联。第94页/共113页第94页/共114页3.2.5速度控制动触点静触点外环工作原理

速度继电器的轴由电动机带动，其外环转动到一定速度时，撞击动触点，使常开触点闭合，常闭触点打开。速度继电器第95页/共113页第95页/共114页速度控制－反接制动电路M3~KM1RKM2KM1SB1KSKM2KM2SB2KM1KM1SB1KM2KS

正常工作时，KM1通电，电机正向运转，速度继电器（KS）常开触头闭合；停车时，按SB1，KM1断电，KM2通电，开始反接制动，当电机的速度接近零时，KS打开，电机停止运转，反接制动结束。限流电阻第96页/共113页第96页/共114页§3.3电动机的保护电动机保护的类型：失压保护：采用继电器、接触器控制短路保护：加熔断器过载保护：加热继电器第97页/共113页第97页/共114页M3~ABCKMFUQS主电路KMSB1KMSB2控制电路3.3.1失压保护：采用继电器、接触器控制

采用继电器、接触器控制后，电源电压<85%时，接触器触头自动断开，可避免烧坏电机；另外，在电源停电后突然再来电时，可避免电机自动起动而伤人。第98页/共113页第98页/共114页3.2.2短路保护：加熔断器频繁起动的电机：

异步电动机的起动电流（Ist）约为额定电流（IN）的(5~7）倍。选择熔体额定电流（）时，必须躲开起动电流，但对短路电流仍能起保护作用。通常用以下关系：

一般电机：第99页/共113页第99页/共114页KMSB1KMSB2KH

电机工作时，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，应加热继电器，进行过载保护。M3~ABCKMFUQSKH3.2.3过载保护：加热继电器热继电器的热元件热继电器触头第100页/共113页第100页/共114页作用：可实现短路、过载、失压保护。自动空气断路器（自动开关）结构：过流脱扣器欠压脱扣器工作原理：过流时，过流脱扣器将脱钩顶开，断开电源；欠压时，欠压脱扣器将脱钩顶开，断开电源。第101页/共113页第101页/共114页例(1)----运料小车的控制设计一个运料小车控制电路，同时满足以下要求：

1.小车启动后，前进到A地。然后做以下往复运动：到A地后停2分钟等待装料，然后自动走向B。到B地后停2分钟等待卸料，然后自动走向A。

2.有过载和短路保护。

3.小车可停在任意位置。

正程逆程电机BA§3.4控制电路综合举例第102页/共113页第102页/共114页运料小车控制电路M3~ABCKMFFUQSKHKMRSTa、STb为A、B两端的限位开关

KTa、KTb为两个时间继电器

主回路KMFKHKMRSBFSB1KMFSTaSTaKTaSTbKTbKMRKMRKMFSTbKTaKTbSBR第103页/共113页第103页/共114页该电路的问题：小车在两极端位置时，不能停车。动作过程SBFKMF小车正向运行至A端撞STaKTa延时2分钟KMR小车反向运行至B端撞STbKTb延时2分钟KMF小车正向运行……如此往反运行。KMFKMFKHKMRSBFSB1STaSTaKTaSTbKTbKMRKMRKMFSTbKTaKTbSBR第104页/共113页第104页/共114页SB1SBFPLCCPU224KMFKMRSBRSTaSTbI0.0I0.0I0.2I0.3I0.4Q0.0Q0.0STaKMFKMFSB1SBFKMRSTaKTbKTaT31TON20INPTSB1STbKMRKMRSB1SBRKMFSTbKTaKTbT32TON20INPTSB1第105页/共113页第105页/共114页KMFKMFSBFKMRKHSTaSTaKTaSTbKTbKMRKTaKMRKMFSTbKTbSB1SB2KAKA加中间继电器（KA）实现任意位置停车的要求SBR第106页/共113页第106页/共114页---工作台位置控制控制电路综合举例：例(2)起动后工作台控制要求：(1)运动部件A从1到2(2)运动部件B从3到4(3)运动部件A从2回到1(4)运动部件B从4回到3