低压控制电器与控制电路

低压控制电器与控制电路第一页，共70页。电器定义：一种能控制电能的设备。电器：电能的生产、输送、分配与应用中起着控制、调节、检测和保护的作用。电器：根据外界的信号和要求，自动或手动接通或断开电路，断续或连续地改变电路参数，以实现对电路或非电路对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节用的电气设备。第十一章第二页，共70页。低压电器：用于交流1200V、直流1500V以下电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器。高压电器：交流1200V以上、直流1500V以上。电力传动系统电路的组成：1）主电路：由电动机、（接通、分断、控制电动机）接触器主触点等电器元件所组成。（电流大）2）控制电路：由接触器线圈、继电器等电器元件组成。（电流小）

第十一章

电力传动就是利用电动机将电能变为机械能，以驱动机器工作的传动。电力传动由电动机、传输机械能的传动机构和控制电动机运转的电气控制装置组成。电力传动可以分为交流电动机传动和直流电动机传动。电力传动所需的电能易于传输和集中生产，它本身又便于远距离自动控制。任务：按给定的指令，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。第三页，共70页。一、低压电器的分类

1．按使用的系统1）低压配电电器低压配电电器主要用于低压供电系统。当电路出现故障（过载、短路、欠压、失压、断相、漏电等）起保护作用，断开故障电路。（动动稳定性、热稳定性）例如：低压断路器、熔断器、刀开关和转换开关等。第十一章2）低压控制电器低压控制电器主要用于电力传动控制系统。能分断过载电流，但不能分断短路电流。（通断能力、操作频率、电气和机械寿命等）例如：接触器、继电器、控制器及主令电器等。第四页，共70页。2．按操作方式1）手动电器：刀开关、按钮、转换开关2）自动电器：接触器、继电器、低压断路器第十一章3．按工作原理1）电磁式电器：电磁机构控制电器动作2）非电量控制电器：非电磁式控制电器动作◆电磁式电器由感测和执行两部分组成。感测部分（电磁机构）：接受外界输入的信号，使执行部分动作，实现控制的目的。执行部分：触点系统。第五页，共70页。二、电磁机构电磁机构：通过电磁感应原理将电能转化成机械能的机构。电磁机构输入的电信号：电压、电流1．电磁机构的结构形式电磁机构组成：线圈、铁心(亦称静铁心)和衔铁(亦称动铁心)

第十一章第六页，共70页。1）E形电磁铁：多用于交流电磁系统。2）螺管式电磁铁：多用作索引电磁机构和自动开关的操作电磁机构，少数过电流继电器也采用。3）拍合式电磁铁：用于直流继电器和直流接触器，也用于交流继电器。

第十一章第七页，共70页。2．电磁机构的线圈线圈分类：电流线圈、电压线圈1）电流线圈：串接在主电路，电流大特点：扁铜条带或粗铜线绕制，匝数少,内阻小。注意：a衔铁动作与否取决于线圈中电流的大小。

b衔铁动作不改变线圈电流。第十一章第八页，共70页。2）电压线圈：并联在电路特点：细铜线绕制，匝数多，阻抗大，电流小，常用绝缘较好的电线绕制。说明：衔铁动作与否取决于线圈的电压大小。从结构上看，线圈大体可分为有骨架和无骨架两种。▲交流电磁铁的线圈：有骨架式，线圈形状做成矮胖型（考虑到铁心中有磁滞损耗和涡流损耗，为便于散热之故）。▲直流电磁机构的线圈：无骨架式，线圈形状做成瘦高型第十一章第九页，共70页。三、触点系统

1、触点（执行元件）作用：分断和接通电路的作用。2、触点接触形式：点接触、线接触和面接触。点接触：小电流的触点线接触：中等容量的触点面接触：大容量的触点（a）点接触（b）线接触(c)面接触第十一章第十页，共70页。四、电弧的产生和灭弧装置1．电弧的产生及危害1）电弧的产生触点由闭合到断开时，当电压超过10～20V和电流超过80～100mA，在拉开的两个触点之间将出现强烈的火花，实质是气体放电的现象，通常称之为“电弧”。撞击电离热电子发射热电离形成电弧2）电弧的危害A、烧灼触点，降低电器的寿命和电器工作的可靠性。B、使触点的分断时间延长，严重的会产生事故。第十一章第十一页，共70页。2、灭弧装置灭弧措施：降低电弧温度和电场强度。常用的灭弧方法有：拉长电弧、冷却电弧和电弧分段常用的灭弧装置：1）磁吹式灭弧装置（广泛应用于直流接触器中）磁吹灭弧装置：利用电弧电流本身灭弧，电弧电流愈大，吹弧能力也越强。2）灭弧栅（常用作交流灭弧装置）3）灭弧罩（用于交流和直流灭弧。）采用一个用陶土和石棉水泥做的雨高温的灭弧罩，用以降温和隔弧。第十一章第十二页，共70页。11.1常用低压控制电器11.2异步电动机的控制与保护电路第十一章13第十三页，共70页。11.1常用低压控制电器11.1.1交流接触器11.1.2按钮11.1.3行程开关11.1.4继电器14第十四页，共70页。11.1.1接触器11.1常用低压控制电器利用电磁铁对衔铁的吸力使闸刀闭合和断开。闸刀开关和电磁铁结合在一起就构成了一种新的控制电器——电磁开关，或者叫做：接触器。第十五页，共70页。接触器:

频繁地接通或切断电动机或其它负载主电路的一种电磁式控制电器。特点：频繁操作和远距离控制。接触器按主触点通过的电流种类可分为：交流接触器、直流接触器。(a)外形(b)结构11.1常用低压控制电器第十六页，共70页。接触器：用于频繁地接通和断开大电流电路的开关电器。~M~线圈辅助触点铁芯衔铁电源电机主触点常闭常开弹簧11.1常用低压控制电器第十七页，共70页。符号线圈KM

用于主电路流过的电流大

(需加灭弧装置)用于控制电路流过的电流小(无需加灭弧装置)KM动合(常开)辅助触点动断(常闭)辅助触点KM属于同一器件的线圈和触点用相同的文字表示接触器技术指标：额定工作电压、电流、触点数目等。动合(常开)主触点KM常用的交流接触器有CJ10、CJ12、CJ20等系列。11.1常用低压控制电器例如，CJl2—250／3为CJl2系列交流接触器，额定电流250A，三个主触点。CJl2T—250／3为CJl2系列改型后的交流接触器，额定电流250A，三个主触点。第十八页，共70页。主触点和灭弧装置主触点：通断较大电流的主电路。1）按主触点的容量大小有桥式触点和指形触点2）直流接触器、电流20A以上的交流接触器均装有灭弧罩（或带有栅片或磁吹的灭弧装置）。注意：不能将交直流接触器的主触点互换使用，否则使灭弧发生困难。辅助触点通断较小电流的控制电路。特点：桥式触点、触点的容量较小。1）辅助触点可分为：常开触点、常闭触点2）辅助触点的作用：控制电路中起联锁、逻辑运算；3）辅助触点没有灭弧装置，一般不能用来分断主电路。11.1常用低压控制电器第十九页，共70页。11.1.2按钮(手动切换电器)(b)结构按钮常用于接通和断开控制电路。按钮的外形图和结构如图所示。按钮开关的外形和结构(a)外形图11.1常用低压控制电器第二十页，共70页。复合按钮结构图符号常开按钮SB常闭按钮SB常闭触点常开触点11.1常用低压控制电器第二十一页，共70页。复位弹簧支柱连杆常闭静触头桥式静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11.1常用低压控制电器第二十二页，共70页。用于自动往复控制或限位保护等。11.1.3行程开关(限位开关)(b)示意图结构与按钮类似，但其动作要有机械撞击。未撞击撞击(a)外形图ST常开触点常闭触点ST(c)符号行程开关的外形及符号11.1常用低压控制电器第二十三页，共70页。1．继电器:

根据外界输入信号(电量或非电量)的变化来接通或断开被控电路,以实现控制和保护作用的自动电器。输入信号：电量（电流、电压）非电量（转速、时间、温度）输出：触点的动作或电量的变化。2．继电器分类：1）用途分：控制继电器、保护继电器、中间继电器。2）原理分：电磁式、感应式、热继电器等3）参数分：电流、电压、速度、压力继电器11.1.4.继电器4）动作时间分：瞬时继电器、延时继电器5）输出形式分：有触点、无触点继电器11.1常用低压控制电器第二十四页，共70页。11.1.4.继电器

电磁式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：有灭弧装置，触点容量大，用于主电路，一般只能在电压作用下动作。继电器：没有灭弧装置，触点容量小，用于控制电路，可在电量或非电量的作用下动作。继电器的体积和触点容量小，触点数目多，且只能通过小电流。故继电器一般用于控制电路中。常见的有电压继电器、电流继电器、中间继电器等11.1常用低压控制电器第二十五页，共70页。1．电压继电器：触点的动作与线圈中的电压大小有关。（电压线圈与负载并联）。1）作用：电压保护和控制。2）分类过电压继电器：Ux=(1.05～1.2)UN（正常时触点不动作）欠电压继电器：直流欠电压继电器：

UX=(0.3～0.5)UN

（正常时触点动作）

Uf=(0.07～0.2)UN

交流欠电压继电器：UX=(0.6～0.85)UNUf=(0.1～0.35)UN。注意：直流电路一般不会产生波动较大的过电压现象，所以在产品中没有直流过电压继电器。11.1常用低压控制电器第二十六页，共70页。3）电压继电器的图形和文字符号11.1常用低压控制电器第二十七页，共70页。2.电流继电器：触点的动作与线圈中的电流大小有关。（电流线圈与负载串联）。1）作用：电流保护和控制。2）分类过电流继电器：IX=(1.1～3.5)IN正常时触点不动作欠电流继电器：

Ix＝(0.3～0.65)IN

正常时触点动作

If=(0.1～0.2)IN3）电流继电器的

图形和文字符号11.1常用低压控制电器KCKCKCKC第二十八页，共70页。3.中间继电器（一种电压继电器）

通常用于传递信号和同时控制多个电路，也可直接用它来控制小容量电动机或其他电气执行元件。(b)符号KA线圈常开触头KA常闭触头KA(a)外形11.1常用低压控制电器1）特点：触点多(六对甚至更多)，触点电流大(5～10A)，动作灵敏(小于0.05s)2）作用：放大触点容量、数量。将一个输入信号变成一个或多个输出信号第二十九页，共70页。4、时间继电器时间继电器：感受部分在感测到外界信号变化后，经过一段时间（延时时间）执行机构才动作的继电器。分类：按动作原理：电磁阻尼式，空气阻尼式、电动机式、电子式按延时方式：通电延时型；断电延时型通电延时继电器：线圈得电后要延时一段时间，触点才发生变化；线圈失电后，触点瞬时恢复。断电延时继电器：线圈得电后，触点瞬时动作；线圈失电后，要延时一段时间触点才动作。11.1常用低压控制电器第三十页，共70页。+直流电磁式结构图阻尼铜套衔铁工作原理：当衔铁未吸合时，线圈电感小，通电后激磁电流很快建立，将衔铁吸合，继电器触点立即改变状态。而当线圈断电时，铁心中的磁通将衰减，磁通的变化将在铜套中产生感应电动势，并产生感应电流，阻止磁通衰减，当磁通下降到一定程度时，衔铁才能释放，触头改变状态。因此继电器吸合时是瞬时动作，而释放时是延时的，故称为断电延时。(1)直流电磁式时间继电器11.1常用低压控制电器第三十一页，共70页。a)通电延时继电器b)断电延时继电器KT线圈通电延时闭合常开触点KT通电延时断开常闭触点KTKT线圈(b)符号断电延时断开常开触点KT断电延时闭合常闭触点KT延时继电器的外形与结构(a)外形(2)空气式延时继电器11.1常用低压控制电器第三十二页，共70页。通电延时的空气式时间继电器结构示意图常开触头延时闭合常闭触头延时打开微动开关2微动开关1常开触头常闭触头线圈通电衔铁向下吸合连杆动作触头动作工作原理调节螺丝进气孔托板线圈动铁心恢复弹簧档块释放弹簧活塞杆橡皮模排气孔11.1常用低压控制电器第三十三页，共70页。断电延时的空气式时间继电器结构示意图常闭延时闭合常闭延时断开常开触头常闭触头空气式时间继电器的延时范围大(有0.4~60s和0.4~180s两种)。结构简单，但准确度较低。时间继电器的型号有JS7-A和JJSK2等多种类型。11.1常用低压控制电器第三十四页，共70页。5、热继电器

电动机长时间过载，绕组超过允许温升时，将会加剧绕组绝缘的老化，缩短电动机的使用年限，严重时会将电动机烧毁。过流的原因：长期过载、频繁起动、欠电压、断相运行均会引起过电流。热继电器：电动机或其他设备的过载保护、断相保护（具有过载保护特性的过电流继电器）。（反时限保护特性）热继电器分类：单相、两相、三相式（不带断相保护、带断相保护）。11.1常用低压控制电器第三十五页，共70页。5.热继电器用于电动机的过载保护。热继电器外形与结构(a)外形(b)结构11.1常用低压控制电器第三十六页，共70页。~

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结构原理图双金属片常闭触头用于电动机的过载保护。11.1常用低压控制电器第三十七页，共70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FRFR11.1常用低压控制电器第三十八页，共70页。11.1常用低压控制电器复合按钮按钮常开按钮SB常闭按钮SBST常开触点常闭触点ST行程开关KCKCKCKC接触器电压继电器电流继电器第三十九页，共70页。(b)符号KA线圈常开触头KA常闭触头KAKT线圈通电延时闭合常开触点KT通电延时断开常闭触点KTKT线圈(b)符号断电延时断开常开触点KT断电延时闭合常闭触点KTa)通电延时继电器b)断电延时继电器中间继电器11.1常用低压控制电器第四十页，共70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FRFR11.1常用低压控制电器第四十一页，共70页。

熔断器作用：在电路中主要起短路保护，由熔体和安装熔体的熔管或熔座等部分组成。

1）电流保护形式：过载延时保护、短路瞬时保护。过载一般是指l0倍额定电流以下的过电流。短路则是指超过l0倍额定电流以上的过电流。

2）熔体：既是感测元件又是执行元件，安装在被保护的电路中。熔体是有低熔点的金属材料（铅、锡、铜、银及其合金）丝状、带状、片状。

3）熔管：安装熔体和在熔体熔断时灭弧。11.1.5熔断器11.1常用低压控制电器第四十二页，共70页。11.1.5熔断器符号FU熔断器额定电流IF的选择电灯、电炉等电阻性负载IF>IL3)频繁起动的电机2)电机用于低压线路中的短路保护。

常用的熔断器有插入式熔断器、螺旋式熔断器、管式熔断器和有填料式熔断器。11.1常用低压控制电器第四十三页，共70页。电器符号标注刀闸熔断器按钮接触器热继电器行程开关时间继电器中间继电器QSFUSBKMFRSTKTKA11.1常用低压控制电器……第四十四页，共70页。11.2异步电动机的控制与保护电路11.2.1控制电路图的绘制规则11.2.2电动机的基本控制电路11.2.3电动机的保护电路45第四十五页，共70页。11.2.1控制线路图的绘制1.电路分为主电路和辅助电路（控制电路）两大部分画出。2.按国家规定的电工图形符号和文字符号画图。3.图中电器的触头都处在没有通电、不受外力的状态。4.主电路画在左侧或上侧，控制电路画在右侧或下侧。5.同一电器的不同部件往往不画在一起，而按在电路中作用画在不同的电路上。6.电路图中的电气元件，应动作顺序从上到下，从左到右依次排列，导线连接点用黑圆点表示。11.2异步电动机的控制与保护电路第四十六页，共70页。主电路控制电路电路SB1KMSB2FRKMFRKMFUQ3~M..保险丝热继电器发热元件开关接触器主触点起动按钮停止按钮接触器线圈接触器辅助触点热继电器动断触点原理图11.2异步电动机的控制与保护电路第四十七页，共70页。11.2.2电动机的基本控制电路1.点动控制电路M3~ABCKMFUQSB'C'KMSB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；控制电路主电路异步机的直接起动11.2异步电动机的控制与保护电路第四十八页，共70页。2.单向运转的控制电路连续运行自保持KMSB2C'M3~ABCKMFUQSB'SB1起动按钮停车按钮KM工作过程按下按钮（SB2），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。11.2异步电动机的控制与保护电路第四十九页，共70页。控制电路SB1KMSB2FRKMFRKMFUQ3~M..热继电器发热元件过载保护主电路控制电路热继电器动断触头3.异步机的直接起动+过载保护11.2异步电动机的控制与保护电路第五十页，共70页。KMSB1KMSB2FRM3~ABCKMFUQSFR3.异步机的直接起动+过载保护发热元件热继电器触头11.2异步电动机的控制与保护电路第五十一页，共70页。例如：甲、乙两地同时控制一台电机。方法：两起动按钮并联；两停车按钮串联。4.多地点控制KMSB1甲SB2甲KMSB3乙SB4乙乙地甲地11.2异步电动机的控制与保护电路第五十二页，共70页。主电路QSFRM3~ABCKMFU方法一：用复合按钮。5.点动+连续运行SB3：点动SB2：连续运行控制关系该电路缺点：动作不够可靠。KMSB1KMSB2FRSB3控制电路11.2异步电动机的控制与保护电路第五十三页，共70页。SBKASB1KASB2FRKMKAM3~ABCKMFU方法二：加中间继电器（KA）。控制关系SB：点动SB2：连续运行FR11.2异步电动机的控制与保护电路第五十四页，共70页。以下控制电路能否实现既能点动又能连续运行思考不能点动！KMSB1KMSB2FRSB11.2异步电动机的控制与保护电路第五十五页，共70页。6.异步电机的正反转控制KMFKMFSB1SBFFRKMRKMRKMRSBRM3~ABCKMFFUQSFR

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正转11.2异步电动机的控制与保护电路第五十六页，共70页。8.电机的正反转控制＋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。KMFSB1KMFSBFFRKMRKMRKMFKMRM3~ABCKMFFUQSFRKMRSBR互锁11.2异步电动机的控制与保护电路第五十七页，共70页。KMFSB1KMFSBFFRKMRKMRKMRKMFSBR9.电机的正反转控制—双重互锁KMRM3~ABCKMFFUQSFR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）11.2异步电动机的控制与保护电路第五十八页，共70页。11.2.3电动机的保护电路电动机保护的类型：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11.2异步电动机的控制与保护电路第五十九页，共70页。M3~ABCKMFUQS主电路1.失压保护

方法：采用继电器、接触器控制。A'C'KMSB1KMSB2控制电路A'C'线圈电压380V11.2异步电动机的控制与保护电路第六十页，共70页。2.短路保护频繁起动的电机：一般电机：方法：加熔断器。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（IF

），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：11.2异步电动机的控制与保护电路第六十一页，共70页。3.过载保护11.2异步电动机的控制与保护电路KMSB1KMSB2FR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。热继电器的热元件热继电器触头方法：加热继电器。M3~ABCKMFUQSFR第六十二页，共70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。11.2异步电动机的控制与保护电路第六十三页，共70页。

继电器、接触器控制电路读图和设计中应注意的问题：小结1、首先了解工艺过程及控制要求；2、搞清控制系统中各电机、电器的作用以及它们的控制关系；3、主电路、控制电路分开阅读或设计；4、控制电路中，根据