工厂电气控制基础

第1章工厂电气控制初步1.1工厂常用电器1.2基本控制电路1.3控制系统实例本章主要内容：l核心是掌握继电器、接触器、按钮开关等常规控制电器的动作执行特点，由此对一般继电接触控制电路进行熟练分析和设计。l

工厂常用电器l

基本控制电路l

控制系统实例返回本章首页1.1工厂常用电器1.1.1工厂电器基本知识1.1.2工厂常用电器1.1.3电气图形返回本章首页1.1.1工厂电器基本知识1.分类（1）按适用的电压范围分类分为低压电器和高压电器。（2）低压电器按所控制的对象分类根据其控制的对象分为低压配电电器和低压控制电器。（3）按所起作用分类依据电器所起的作用可分为控制电器和保护电器。（4）按动作性质分类依据电器的动作性质可分为自动控制电器和非自动控制电器。2.结构及工作原理下面分别以控制按钮和接触器为例介绍手动电器和自动电器的结构和工作原理。（1）按钮按钮是手动控制电器的一种，用来发出信号和接通或断开控制电路。图1.1是按钮的结构示意图和图文符号，图（a）中1、2是动断（常闭）触点，3，4是动合（常开）触点，5是复位弹簧，6是按钮帽。图（b）为图文符号。（a）结构示意（b）图文符号图1.1按钮（2）接触器l

结构及工作原理接触器是利用电磁吸力的原理工作的，主要由电磁机构和触头系统组成。电磁机构通常包括吸引线圈、铁心和衔铁三部分。图1.2为接触器的结构示意图与图文符号，（a）图中，1、2，3、4是静触点，5、6是动触点，7、8是吸引线圈，9、10分别是动、静铁心，11是弹簧。（b）图中，1、2之间是常闭触点，3、4之间是常开触点，7、8之间是线圈。（a）结构示意（b）图文符号图1.2接触器电磁铁特点根据吸引线圈通电电流的性质分类，电磁铁分为直流电磁铁和交流电磁铁。通常采用短路环来解决交流电磁铁的振动问题。短路环的示意图如图1.3所示，其中1为短路环，2为铁心。短路环起到磁通分相的作用，把极面上的交变磁通分成两个交变磁通，并且使这两个磁通之间产生相位差，那么它们所产生的吸力间也有一个相位差，这样，两部分吸力就不会同时达到零值，当然合成后的吸力就不会有零值的时刻，如果使合成后的吸力在任一时刻都大于弹簧拉力，就消除了振动。图1.3短路环灭弧常用的灭弧方法有：拉长电弧、冷却电弧和将电弧分段。对于电弧较弱的接触器，只采用灭弧罩即可。电弧较强的接触器，常采用灭弧栅熄弧。图1.4是灭弧栅的机构图。图中1是灭弧室，2和5分别为动、静触点，3为金属栅片，4为电弧。灭弧栅是数片钢片制成的栅状装置，当触点断开发生电弧时，电弧进入栅片内，被分割为数段，迅速熄灭。图1.4灭弧栅返回本节1.1.2工厂常用电器手动控制电器任何设备都需要操纵者给予一定的指令，才能完成规定的控制。手动控制电器是自动控制设备中不可缺少的器件，常用的有刀开关、按钮、转换开关、行程开关等。图1.5是LW6型万能转换开关的图形符号和触点合断表。图形符号中有6个回路，3个挡位连线下有黑点“·”的，表示这条电路是接通的。在触点合断表中用“×”表示被接通的电路，空格表示转换开关在该位置时此路是断开的。图1.5万能转换开关触点号ⅠⅡⅢ1×××2

××3××

4

××5××

6

××2.自动控制电器（1）接触器（2）中间继电器（3）时间继电器（4）热继电器（5）速度继电器图1.6为空气阻尼式通电延时型时间继电器的结构示意图和图文符号。它是利用空气阻尼的原理来获得延时的。主要由电磁系统、气室及触点系统组成。工作原理：在图1.6（a）中当线圈11通电时，电磁力克服弹簧14的反作用拉力而迅速将衔铁向上吸合，衔铁13带动杠杆15立即使1、2常闭触点分断，3、4常开触点闭合。（a）结构示意（b）图文符号图1.6空气阻尼通电延时型时间继电器热继电器的测量元件通常采用双金属片，由两种具有不同线膨胀系数的金属碾压而成。主动层采用膨胀系数较高的铁镍铬合金，被动层采用膨胀系数很小的铁镍合金。当双金属片受热后将向被动层方向弯曲，当弯曲到一定程度时，通过动作机构使触点动作。如图1.7所示，（a）图是热继电器的结构中感受部分的示意图，（b）图为图文符号。在图1-7（a）中发热元件2通电发热后，主双金属片1受热向左弯曲，推动导板3向左推动执行机构发生一定的运动。电流越大，执行机构的运动幅度也越大。当电流大到一定程度时，执行机构发生跃变，即触点发生动作从而切断主电路。（a）感受部分结构示意（b）图文符号图1.7热继电器速度继电器用来感受转速。它的感受部分主要包括转子和定子两大部分，执行机构是触头系统。当被控电机转动时，带动继电器转子以同样速度旋转而产生电磁转矩，使定子克服外界反作用力转动一定角度，转速越高角度越大。当转速高于设定值时，速度继电器的触点发生动作，当速度小于这一设定值时，触点又复原。速度继电器常用于电机的降压起动和反接制动，其图文符号如图1.8所示。图1.8速度继电器图文符号3.亭保护电提器保护电善器包括浓热继电悄器、熔胆断器、奴电磁脱鸣扣器等柿。热继电帽器是利若用电流队的热效盐应来切龄断电路逐的保护柜电器，绵它在控捞制电路萍中，用宅作电动社机的过晒载保护便，既能悦保证电把动机不摔超过容幅许的过该载，有半可以最不大限度代地保证振电动机剥的过载报能力。闲当然，闹首先要邪保证电仅动机的大正常起夸动。返回本场节1.1.鲜3电气重图形文字符号2.欣端园子标记3.芹电气图魄形1.裂文字符百号表1.1鼠字母符秃号含义2.端骑子标记电气图中裹各电器的店接线端子叔用规定的胆字母数字办符号标记司。按国家恰标准GB甚4026宾—83《推电器接线岸端子的识围别和用字对母数字符涌号标志接田线端子的州通则》规祥定：三相交流杏电源的引郑入线用L浊1、L2袄、L3、走N、PE虽标记。直须流系统电授源正、负沸极、中间蝴线分别用朋L+、L－与M标记记。三相动坏力电器的矛引出线分素别按U、到V、W顺矿序标记。3.指电气图吉形常用的忆电气图辩有系统舱图、框复图、电饲路图、洽位置图现和接线或图等。通常，系灾统图用于葱描述系统轨或成套装端置，如图迷1.9所抖示。框图乒用于描述眉分系统或纹设备。国门家标准G克B698行8.3—糠86《电且气制图去系统图掘和框图》锤中，具体姿规定了绘杰制系统图脑和框图的帽方法，并廉阐述了它苗的用途。图1.废9系革统图位置图膨用来表玩示成套狡装置、蚂设备中圾各个项期目位置爷的一种果图。例父如，图召1.1暑0为某吃工厂电趴器位置暑图，图歉中详细尸地绘制弦出了电围气设备灰中每个差电器元期件的相雀对位置妖，图中属各电器孩元件的龄文字代笑号必须愿与相关芝电路图拨中电器殊元件的剥代号相剃同。图1.负10叔位置图接线图厨是电气芬装备进易行施工毛配线、嘱敷线和博校线工傲作时所傲应依据佩的图样浆之一。筋它必须泼符合电禾器装备窜的电路摇图的要比求，并爆清晰地络表示出迁各个电分器元件孤和装备劲的相对赚安装与手敷设位味置，以甲及它们参之间的营电连接膀关系。沿它是检拜修和查阻找故障悄时所需懂的技术询文件，扑如图1坝.11卵所示。耻在国家故标准G枣B69资88.遇5—8犁6《电丢气制图煌接隆线图和辩接线表缺》中详汽细规定释了编制袖接线图以的规则诞。图1.1吴1接线受图返回本节1.2咬基本迈控制电稠路1.2侦.1皱直接起肚动控制石电路1.2.揪2降压功起动1.2努.3亭数学辅苏助分析店法1.2.希4电机括的制动1.2.生5电机阶的调速1.2政.6肢顺序控括制返回本英章首页1.2.川1直接钱起动控制全电路单向旋纲转2.彻可遭逆转动3.只点动动控制4.训自动往盼返运动1.家单向旋壮转三相笼型么电动机单启向旋转可吃用开关或民接触器控咐制，图1穿.12为告接触器控健制电路。接触器乐控制电欣路图中千，Q为野开关，筑FU1奋、FU吉2为主经电路与帖控制电练路的熔妈断器，溉KM为建接触器祸，KR改为热继登电器，尝SB1锐、SB冬2分别悬为起动豪按钮与按停止按禽钮，M错为笼型虑感应电粗动机。图1.猾12剖单向旋锻转其中的保雅护环节为减：1）短透路保护敌。2）过祸载保护须。3）欠压欧保护。2.可梁逆转动在实际吗生产中兆常需要申运动部呜件实现蜡正反两戏个方向钻的运动随，这就雄要求拖拣动电动糠机能做泉正反两行方向的阔运转。颗从电机判原理可愚知，改却变电动再机三相迷电源相蛾序即可糖改变电五动机旋浙转方向窄。电动悔机的常醉用可逆沫旋转控赏制电路患如图1回.13脖所示。图1.何13句可逆旋婶转3.点擦动控制生产过程俩中，不仅把要求生产梁机械运动步部件连续皆运动，还蓝需要点动幕控制。图鸽1.14盛为电动机隶点动控制骂电路。图磁中的控制闷电路既可洲实现点动村控制，又评可实现连丧续运转。饲SB3为撤连续运转圆的停止按指钮，SB科1为连续充运转起动暴按钮，S播B2为点哑动起动按缴钮。图1.巧14除点动控盟制电路4.荒自动往夕返运动在实际参生产中欣，常常到要求生这产机械投的运动移部件能士实现自算动往返翁。因为缺有行程撑限制，作所以常挨用行程腥开关做笔控制元森件来控性制电动计机的正必反转。换图1.雨15为刺电动机冷往返运愈行的可宏逆旋转钳控制电赌路。图移中KM哀1、K昨M2分葱别为电对动机正混、反转夕接触器旁，SQ究1为反雪向转正怨向行程搜开关，猫SQ2孟为正向搂转反向番行程开炒关，S传Q3、拦SQ4扶分别为样正向、廊反向极帐限保护瞧用限位牲开关。返回本无节图1.臣15愉往返运迫行1.2.卷2降压号起动1.自丈耦变压器少起动法图1.1得6是采用蔑自动控制责自耦变压碑器降压起树动的控制筐电路。是商由交流接火触器、热身继电器、柏时间继电傍器、按钮拨和自耦变坝压器等元距件组成。乒图中KM拥1为正常照运转接触庆器，KM细2为降压问起动接触糟器，KA遍为起动中肠间继电器三，KT为疑降压起动怖时间继电求器。图1.盐16要自耦变繁压器降停压起动2.沙Y-D诊起动法凡是正常城运行时三麻相定子绕剖组接成三龄角形运转创的三相笼台型感应电晌动机，都争可采用Y扎-D降压牲起动。起支动时，定像子绕组先础接成Y联折结，接入移三相交流乳电源，起乒动电流下惹降到全压樱起动时的滩1/3，源对于Y系颈列电动机闲直接起动完时起动电派流为额定圈电流IN的5.5索～7倍。风当转速接姑近额定转枪速时，将悔电动机定乏子绕组改膝成D联结范，电动机精进入正常她运行。这属种方法简侧便、经济甩，可用在什操作较频俭繁的场合贵，但其起乔动转矩只祥有全压起垫动时的1复/3，Y啄系列电动渡机起动转土矩为额定树转矩的1杜.4～2围.2倍。淘图1.1捏7为用于馒13kW令以上电动倒机的起动冒电路，由尊三个接触阴器和一个删时间继电扰器构成。图1.赢17备Y-D踏起动返回本节1.2.愉3数学运辅助分析逼法用继电接墙触控制线稼路表示逻蚊辑代数的围基本运算逻辑函俘数与继甲电接触尺控制线盖路图1.星用继电荷接触控狗制线路渐表示逻越辑代数军的基本色运算（1）荣“与”草运算（斯逻辑乘室）逻辑代数锣中运算符奸号“×”军或“·”抽读作“与违”。“与刑”运算的损真值表如尽表1.2舍所示。表1.2与运算实现逻虎辑乘的躲器件叫储做“与啊”门，秒它的逻互辑符号嘱如图1盖.18步（a）脊所示，夏图1.法18（闲b）显制示出了临继电控灶制线路叼中“与乌”运算纳的实例医，它表盯示触点删的串联西。若规薪定触点字接通为赌“1”营，断开箱为“0雁”，线阿圈通电梦为“1患”，断贪电为“看0”，牲则可以隐写出K竖M＝K剑A1×游KA2梢，只有包触点K匹A1、杨KA2刮均接通兰，接触凉器线圈挤KM能路通电。（a）排逻辑符灿号（b）控廉制线路实淘例图1.剪18析逻辑兼“与”（2）部“或”报运算（储逻辑加滑）逻辑代颤数中运稿算符号诊“+”宵读作“苗或”。熔“或”息运算的跃真值表飘如表1纹.3所洋示。表1.3或运算实现逻辑粘乘的器件帖叫做“或鲜”门，它蹄的逻辑符诊号如图1舟.19（蛮a）所示踏，图1.万19（b因）显示出猴了继电控黎制线路中春“或”运荡算的实例药，它表示供触点的并劣联，可写刘成KM＝衫KA1×饲KA2，广当触点K帖A1或K辰A2接通邀，或者K氏A1和K证A2多接换通时，接挤触器线圈显都可通电毯。图1.1靠9逻轨辑“或”（a）逻找辑符号（b）压控制线垮路实例（3）留“非”净运算（见逻辑非语）逻辑代数玩中“非”夏运算的符鹊号用变量逢上面的短摧横线表示增，读作“冲非”。“但非”运算键的真值表彩如表1.镜4所示。刻它表示了帝事物相互谊矛盾的两漂个对立面候之间的关阔系。这种刃规律的因船果规律称醒为“非”愧逻辑关系太。表1.4非运算实现逻君辑“非饮”的器召件叫做娃“非”怠门，它辫的逻辑爸符号如糊图1.隙20（响a）所奖示，图时1.2最0（b匹）示出屑了继电琴控制线咸路中“盆非”运泪算的实咱例，通萍常称K浓A为原场变量，细为反变乔量，它效们是一董个变量劳的两种慕形式，运如同一役个继电嘴器的一绸对常开龙、常闭缓触点，晶在向各盒自相补渡的状态脱切换时沃同步动恋作。图戴（b）柜中，触富点KA截的取值催与线圈日KM的庭取值相绑同，而互KM1坏与继电佳器的常登闭触点唐的取值牲相同，绩所以，回故实现掩了非运净算。（a）逻毅辑符号（b）控腥制线路实波例图1.绸20为逻辑阿“非”2.进逻辑函已数与继饭电接触刃控制线尤路图（1）逻亡辑函数（2）唱逻辑图滨和继电喷接触控虹制线路捐图由继电阀接触控乔制线路趋图写出孔逻辑函翼数由逻辑函鄙数画出继钉电接触控属制线路图1.2钢1（a）阁为一个最赛简单的起裤-保-停黑线路，接路触器线圈偏是串接在仆由触点构勇成的网络真上，然后粘与电源相恰接，是一礼个串联电唤路。它的翠逻辑函数倒是：图1.批21（怀b）为河图（a帅）的反披演电路话，实现木的逻辑朽功能完旁全相同摇，接触镰器线圈使与触点鱼网络并饰联，所毯以图（畅b）是覆并联电递路。图画中所接殿的电阻寨R是限骂流电阻登，防止懂电源短凯路。原务理是通淋过开关雹网络使亚线圈的串两端短饿接（线盈圈不通浅电）或懒不予短治接（线肥圈通电颈），来鉴控制线感圈。所乏以串联撕电路是消直接控蔑制原理编，并联倡电路是与旁路控欠制原理慰。图1.但21窜串联汉和并联松继电接裳触控制杀线路返回本稼节（a）（b）1.2次.4巾电机的著制动图1.幼22为弹电动机洽单向旋慕转电机欠反接制抗动控制失电路。棍当电动逼机转速摩接近零少时应迅伐速切断教三相电某源，否格则电动押机将反勿向起动影。为此但采用速贞度继电闹器来检丛测电动刷机的转弄速变化环，并将临速度继龄电器调罢整在n耗>13胁0r/毒min拣时触点趁动作，勒而当n具<10然0r/棒min且时，触凯点复原控。图1仔.22护中，K溪M1为孔反接制骄动接触轨器，K及M2为庸电动机恶单向旋颜转接触灭器，边KV为宴速度继酱电器，季R为反云接制动柜电阻。图1.2绿2反坐接制动返回本复节1.2.勿5电机害的调速图1.2缺3是D-患YY反转塘向方案变沫极调速电广动机接线早方法及控灰制电路。错它是通过籍改变定子描绕组的半敏相绕组电体流方向来柏实现变极歇的。将三泄相绕组的重首尾端依钥次相接，袄构成一个坐封闭三角淘形，从首纽奉端引出线挣接电源，岂中间抽头让悬空着，快构成D联喝结。若将狂三个首尾蚀端相接构也成一个中如性点N，饥而将各绕值组中间抽畜头接电源傍，构成Y晃Y联结。白使每相的跃两个半相舰绕组并联矛，从而使旺其中一个肤半相绕组傻电流方向乌反了，于磨是电动机沿极对数减腹小一半，遭即pD=2pYY。图1.2溉3电森机变极调就速(a)返回本把节（a）电述机接线方率法（b）控彻制电路图1.绳23枣电机植变极调备速(b继)1.2次.6既顺序控凤制顺序控制屿是指以预葡先规定好细的时间或必条件为依梁据，按预但先规定好庄的动作次惕序，对控潜制过程各源阶段顺序朵地进行自燥动控制。虚图1.2盲4是顺序僵控制原理罚图，其中篮G1～G陡4分别表烟示第一至强第四程序罗的执行电唯路，可根吧据每一程族序的具体搏要求设计敏，K1～百K4分别发表示G1捧～G4程咏序执行完瓜成时发出挂的控制信团号，SB测5、SB号6分别为睛起动和停渔止按钮。图1.弊24毕顺序辈控制原织理图返回本堂节1.3临控制蛮系统实趣例1.3.弄1主轴够和进给电材动机的控滩制1.3碗.2渣快速暖移动1.3.鸽3工作枝台或主轴既箱与主轴挖机动进给数联锁返回本章爸首页下面以筹镗床为牵例，分总析其控疫制线路尚的应用捞和控制湿系统的爷组成。河图1.迈25为涂镗床电亦气控制