電機與電氣控制1

1、考試 題型： 判斷題（10*1） 填空題（10*1） 問答題（5*6） 設計題（5*10) 電機 直流電機（并勵直流發(fā)電機） 三相異步電機（電動機） 1-1 低壓電器的基本知識低壓電器的基本知識 根據外界的信號和要求，自動或手動接通或 斷開電路，斷續(xù)或連續(xù)地改變電路參數，以實現 對電路或非電路對象的切換、控制、保護、檢測、 變換和調節(jié)用的電氣裝置。 1)1)按工作電壓等級按工作電壓等級 高壓電器：交流1200V以上、直流1500V及以上電路 中的電器。 低壓電器：用于交流1200V、直流1500V以下電路起 通斷、保護、控制或調節(jié)作用的電器。 例如：低壓斷路器、熔斷器、刀開關和轉換開關等。 2

2、 2）按操作方式）按操作方式 手動電器：通過人的操作發(fā)出動作指令的電器。如刀開關、按鈕、轉 換開關。 自動電器：產生電磁吸力而自動完成動作指令的電器。如低壓斷路器、 接觸器、繼電器等。 3)3)按執(zhí)行功能按執(zhí)行功能 執(zhí)行電器：完成某種機械動作或傳送功能的電器。如電磁鐵、電磁 離合器。 控制電器：用于各種控制電路和控制系統(tǒng)的電器。如繼電器、接觸 器、主令開關。 輔助電器：用于保護電路及用電設備的電器。如熔斷器。 4 4）按工作原理）按工作原理 電磁式電器：根據電磁感應原理而動作。 非電量控制電器：依靠外力或非電量信號的變化而動作。 接觸器：交流、直流； 繼電器：電壓和電流繼電器、時間繼電器、中間

3、繼電器、熱繼電器、 速度繼電器等； 熔斷器、主令開關等。 以繼電器、接觸器為基礎的電氣控制技術具有相當重要的地位。 可編程序控制器（PLC）是計算機技術與繼電器、接觸器控制技術相 結合的產物，其輸入、輸出與低壓電器密切相關，掌握繼電接觸器控 制技術也是學習和掌握PLC應用技術必需的基礎。 按工作原理按工作原理: : 電磁式電器：電磁機構控制電器動作 非電量控制電器：非電磁式控制電器動作 電磁式電器由感測感測和執(zhí)行執(zhí)行兩部分組成。 感測部分（電磁機構）：感測部分（電磁機構）：接受外界輸入的信號， 使執(zhí)行部分動作，實現控制的目的。 執(zhí)行部分（觸頭系統(tǒng)）：執(zhí)行部分（觸頭系統(tǒng)）：根據檢測部分輸出，執(zhí)

4、行相應的動作，接通或分斷線路，實現控制的目 的。 1-主觸點主觸點 2-常閉輔助觸點常閉輔助觸點 3-常開輔助觸點常開輔助觸點 4-動鐵心動鐵心 5-線圈線圈 6-靜鐵心靜鐵心 7-滅弧罩滅弧罩 8-彈簧彈簧 電磁式電器結構示意圖電磁式電器結構示意圖 電磁機構電磁機構：將電磁能轉換將電磁能轉換 成機械能，產生電磁吸力成機械能，產生電磁吸力 帶動觸點動作帶動觸點動作. . 觸點：觸點：接觸器的執(zhí)行元件，接觸器的執(zhí)行元件， 用來接通或斷開被控制電用來接通或斷開被控制電 路。路。 滅弧裝置：滅弧裝置：熄滅觸點分斷熄滅觸點分斷 電流瞬間觸點之間氣隙中電流瞬間觸點之間氣隙中 產生的電弧。產生的電弧。 其

5、它：其它：包括包括釋放彈簧機構、釋放彈簧機構、 支架與底座等。支架與底座等。 動鐵心（銜鐵）動鐵心（銜鐵） 靜鐵心靜鐵心 電磁線圈電磁線圈 按按所控制電路所控制電路 主觸點主觸點 輔助觸點輔助觸點 按原始狀態(tài)按原始狀態(tài) 常開觸點常開觸點 常閉觸點常閉觸點 滅弧罩滅弧罩 滅弧柵滅弧柵 磁吹滅弧裝置磁吹滅弧裝置 1 1電磁機構：電磁機構：通過電磁感應原理將電能轉化成機械能并帶動觸頭動作。 原理：原理： 當電磁線圈通電后，線圈電流產生磁場，使靜鐵心產生電磁吸力吸引 銜鐵，并帶動觸點動作，使常閉觸點斷開，常開觸點閉合，兩者是聯(lián)動的。 當線圈斷電時，電磁力消失，銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使觸點復原，

6、即常開觸點斷開，常閉觸點閉合。 1-主觸點主觸點 2-常閉輔助觸點常閉輔助觸點 3-常開輔助觸點常開輔助觸點 4-動鐵心動鐵心 5-線圈線圈 6-靜鐵心靜鐵心 7-滅弧罩滅弧罩 8-彈簧彈簧 1 1）組成：）組成： 鐵心(亦稱靜鐵心) 銜鐵(亦稱動鐵心） 線圈 交流交流：硅鋼片疊加：硅鋼片疊加 直流直流：整塊鑄鐵或鑄鋼：整塊鑄鐵或鑄鋼 直動式直動式 轉動式轉動式 交流線圈交流線圈：短而粗，有骨架。：短而粗，有骨架。 直流線圈直流線圈：細而長，無骨架。：細而長，無骨架。 2 2）電磁特性）電磁特性 吸力特性吸力特性：電磁系統(tǒng)的電磁吸力與氣隙的關系曲線。 說明：說明：吸力特性與線圈勵磁電流種類、線

7、圈連接方 式有關。當空氣氣隙較小，磁場分布均勻時， 兩鐵芯截面間的電磁吸力的近似計算公式為： 式中：空氣導磁系數 當為常數時，與成正比。也可認為F與氣隙磁通 成正比。 S SBF 2 0 2 0 2 1 2 1 mH o /104 7 2 直流電磁機構直流電磁機構的吸力特性的吸力特性 電流為常數電流為常數(與磁路的氣隙大小無關，取決于 線圈的電阻)，根據磁路定律，氣隙磁通與 氣隙磁阻和匝數的關系式： 則有: 1 mm IN RR 2 22 11 m F R 2 電磁吸力F與氣隙成 成反比，所以吸力特性為 二次曲線形狀： 結論：結論：直流電磁機構的電磁吸力在銜鐵閉合前后變化很大； 直流電磁機構中

8、的流過線圈的電流在銜鐵閉合前后不變。 u交流電磁機構交流電磁機構的吸力特性的吸力特性 假設線圈電壓不變，則有： 1 mm IN RR 4.44 4.44 UEfN U fN 當頻率、匝數和電壓都為常數時，磁通為常數： 即交流電磁機構的電磁吸力F為常數 。 當頻率、匝數和電壓都為常數時，磁通為常數時： 由 ，則流過線圈的電流I隨 氣隙 的變化成正比變化。 結論：結論：1) 交流電壓線圈在銜鐵閉合前后吸力幾乎不變化 （如考慮漏磁通，隨 的減少略有增加）。 2) 交流電壓線圈中的電流在銜鐵閉合前后隨氣隙 的減小 而減小。 綜上：綜上：銜鐵動作與否取決于線圈兩端的電壓。 直流電磁機構的銜鐵動作不改變線

9、圈電流。 交流電磁機構的銜鐵動作改變線圈電流。 說明：說明：銜鐵卡住不能吸合，或者頻繁動作，交流電 壓線圈可能燒毀。 對于可靠性要求高，或頻繁動作的控制系統(tǒng) 采用直流電磁機構，而不采用交流電磁機構。 反力特性反力特性：指電磁機構反作用力（阻力）與氣隙的關 系曲線。 電磁機構的反力：作用彈簧、摩擦阻力作用彈簧、摩擦阻力和銜鐵的重量銜鐵的重量。 電磁機構的反力特性如圖： 0 F 2 1 反力特性與吸力特性的配合反力特性與吸力特性的配合 F吸略大于F反 電磁鐵正常工作時銜鐵在吸合的過程中，吸力必須大于吸力必須大于 反力，但也不能太大否則影響電器的機械壽命反力，但也不能太大否則影響電器的機械壽命 短路

10、環(huán)短路環(huán): : 磁通是交變：銜鐵產生強烈的振動和噪音，易使電器結構 松散、壽命降低，同時使觸頭接觸不良，易于熔焊與燒毀。 短路環(huán)：磁通分相的作用，使合成后的吸力在任一時刻都 大于反力，消除振動和噪聲。 1)單相交流電磁機構存在的問題單相交流電磁機構存在的問題 2）短路環(huán)的作用）短路環(huán)的作用 ? 思考：三相交流電磁體裝短路環(huán)嗎？三相交流電磁體裝短路環(huán)嗎？ 3. 3. 電弧的產生和滅弧裝置電弧的產生和滅弧裝置 電弧的產生及危害電弧的產生及危害 1 1）電弧的產生）電弧的產生 觸點由閉合到斷開時，當電壓超過1020V和電流超過 80100mA，在拉開的兩個觸點之間將出現強烈的火花， 實質是氣體放電的

11、現象，通常稱之為“電弧”。根據電 流性質的不同，電弧分交流電弧和直流電弧。 2 2）電弧的危害）電弧的危害 燒灼觸點，降低電器的壽命和電器工作的可靠性。 使觸點的分斷時間延長，嚴重的會產生事故。 滅弧裝置滅弧裝置 滅弧措施滅弧措施：降低電弧溫度和電場強度。 常用的滅弧方法有：常用的滅弧方法有：拉長電弧、冷卻電弧和電弧分段 常用的滅弧裝置：常用的滅弧裝置： 1 1）磁吹式滅弧裝置（）磁吹式滅弧裝置（廣泛應用于直流直流接觸器中） 磁吹滅弧裝置：利用電弧電流本身滅弧，電弧電流愈大， 吹弧能力也越強。由于直流電弧比交流電弧難以熄滅，直 流接觸器常采用磁吹式滅弧裝置滅弧。 2 2）滅弧柵）滅弧柵 （常用

12、作交流交流滅弧裝置） 3 3）滅弧罩）滅弧罩 （用于交流和直流交流和直流滅?。?1-2 1-2 接觸器接觸器 接觸器接觸器: : 頻繁地接通或切斷電動機或其它負載 主電路的一種電磁式控制電器。 特點：特點：頻繁操作和遠距離控制。 分類：分類：接觸器按主觸點通過的電流種類可分為 交流交流接觸器和接觸器和直流直流接觸器接觸器。 1 1、結構、結構: : 觸頭系統(tǒng)：觸頭系統(tǒng)：主觸頭、輔助觸頭 常開觸頭（動合觸頭） 常閉觸頭（動斷觸頭） 電磁系統(tǒng)：電磁系統(tǒng)：動、靜鐵芯，吸引線圈和反作用彈簧 滅弧系統(tǒng)：滅弧系統(tǒng)：滅弧罩及滅弧柵片滅弧 2 2、工作原理：、工作原理： 線圈通電，銜鐵吸合，常閉觸頭斷開，常

13、開觸頭閉合；線圈斷電，銜鐵釋放，觸頭恢復 常態(tài)，常開觸頭斷開，常閉觸頭閉合。 為防止鐵心振動，需加短路環(huán)。 交流接觸器：線圈通以交流電，主觸點接 通、切斷交流主電路。 3 3、交流接觸器特點：、交流接觸器特點： 交變磁通穿過鐵心，產全渦流和磁滯損 耗，使鐵心發(fā)熱。 鐵心用硅鋼片沖壓而成以減少鐵損。 線圈做成短而粗的圓筒狀繞在骨架上以 便于散熱。 鐵心端面上安裝銅制的短路環(huán)，以防止 交變磁通使銜鐵產生強烈振動和噪聲。 滅弧裝置通常采用滅弧罩和滅弧柵。 用途：用途：遠距離通斷直流電路或控制直流電動機的頻繁起停。 結構：結構：電磁機構、觸頭系統(tǒng)和滅弧裝置。 工作原理：工作原理：與交流接觸器基本相同。

14、 滅弧系統(tǒng)：滅弧系統(tǒng)：磁吹滅弧(沒有電流過零點) KM 常閉輔助觸點線圈 KM 主觸點 KM 常開輔助觸點 KM 繼電器是一種根據電氣量（電壓、電流等）或非電氣量（溫度、壓繼電器是一種根據電氣量（電壓、電流等）或非電氣量（溫度、壓 力、轉速、時間等）的變化接通或斷開控制電路的自動切換電器。力、轉速、時間等）的變化接通或斷開控制電路的自動切換電器。 電磁式繼電器和接觸器異同點：電磁式繼電器和接觸器異同點： 相似點：結構和工作原理相似。結構和工作原理相似。 不同點：（：（1 1）繼電器可對多種輸入量的變化做出反應，而接觸器只）繼電器可對多種輸入量的變化做出反應，而接觸器只 有在一定的電壓信號下動作

15、；有在一定的電壓信號下動作； （2 2）繼電器用于切換小電流電路的控制電路和保護電路，）繼電器用于切換小電流電路的控制電路和保護電路， 而接觸器是用來控制大電流電路；而接觸器是用來控制大電流電路； （3 3）繼電器沒有滅弧裝置，觸點容量小，用于控制電路。）繼電器沒有滅弧裝置，觸點容量小，用于控制電路。 也無主副觸頭之分。接觸器有滅弧裝置，觸點容量大，用于主電路。也無主副觸頭之分。接觸器有滅弧裝置，觸點容量大，用于主電路。 1-3 1-3 繼電器繼電器 繼電器分類： 按輸入信號 電壓 電流 功率 時間 溫度 按工作原理 電磁式 感應式 溫度 電動式 電子式 按用途分 控制繼電器 保護繼電器 作用

16、：控制、放大、聯(lián)鎖、保護和調節(jié)作用：控制、放大、聯(lián)鎖、保護和調節(jié) 特點：額定電流不大于特點：額定電流不大于5A5A 繼電特性曲線：繼電特性曲線： x2：繼電器吸合值繼電器吸合值, ,要使繼電器吸合要使繼電器吸合, ,輸入量必須大于等于輸入量必須大于等于x2 x1：繼電器釋放值：繼電器釋放值, ,要使繼電器釋放要使繼電器釋放, ,輸入量必須小于等于輸入量必須小于等于x1 吸合值：使銜鐵吸合的電流值（或電壓值）。吸合值：使銜鐵吸合的電流值（或電壓值）。 釋放值：使銜鐵釋放的電流值（或電壓值）。釋放值：使銜鐵釋放的電流值（或電壓值）。 電壓繼電器：電壓繼電器： 根據輸入（線圈）電壓大小而動作的繼電器

17、。 特點：特點：線圈并聯(lián)并聯(lián)在電路中，匝數多，導線細，阻抗大。匝數多，導線細，阻抗大。 分類：分類：過電壓過電壓繼電器和欠電壓欠電壓繼電器。 欠電壓繼電器 KV U U KV KV KV 電流繼電器：根據輸入（線圈）電流大小而動作的繼電 器 特點：線圈串接串接于電路中，導線粗、匝數少、阻抗小導線粗、匝數少、阻抗小。 分類：過電流過電流繼電器、欠電流欠電流繼電器 過流電流繼電器欠流電流繼電器 欠電流繼電器 KI I I KI KI KI 電流繼電器的符號：電流繼電器的符號： 本質上是一種電壓繼電器，本質上是一種電壓繼電器， 工作原理與接觸器相同，觸頭數工作原理與接觸器相同，觸頭數 目比較多。目比

18、較多。 觸點系統(tǒng)中沒有主、輔觸點觸點系統(tǒng)中沒有主、輔觸點 之分，觸點容量相同。之分，觸點容量相同。 熱繼電器是利用電流的熱繼電器是利用電流的熱效應原理熱效應原理來切斷電路的保來切斷電路的保 護電器。護電器。 u 作用：用來對連續(xù)運行的電動機進行作用：用來對連續(xù)運行的電動機進行過載及斷相保護過載及斷相保護， 防止電動機過熱而燒毀的保護電器。防止電動機過熱而燒毀的保護電器。 u 圖形和文字符號圖形和文字符號 熱元件熱元件 FRFR 常閉觸點常閉觸點 FRFR u工作原理：工作原理：加熱元件串接在電動機定子繞組中，其常閉觸常閉觸 點點與接觸器線圈電路接觸器線圈電路串聯(lián)。 電動機正常運行時，熱元件產生

19、的熱量不會使觸點系統(tǒng) 動作；當電動機過載，流過熱元件的電流加大，經過一定的 時間，熱元件產生的熱量使雙金屬片的彎曲程度超過一定值， 通過導板推動熱繼電器的觸點動作（常開觸點閉合，常閉觸 點斷開）。切斷接觸器線圈電流，使電動機主電路失電。 故障排除后，手動復位熱繼電器觸點可以重新接通控制 電路。 空氣阻尼時間繼電器空氣阻尼時間繼電器 時間繼電器是一種根據電磁原理時間繼電器是一種根據電磁原理 或機械動作原理來實現觸點系統(tǒng)延或機械動作原理來實現觸點系統(tǒng)延 時接通或斷開的自動切換電器。時接通或斷開的自動切換電器。 作用：按整定時間長短通斷電路作用：按整定時間長短通斷電路 分類：分類： 按構成原理分：按

20、構成原理分：電磁式 電動式 空氣阻尼式 晶體管式 數字式 按延時方式分：按延時方式分：通電延時通電延時型型 斷電延時斷電延時型型 1 1、直流電磁式時間繼電器：、直流電磁式時間繼電器： 有一個阻尼銅套（在鐵心上），利用電磁阻尼原理產生延時，有一個阻尼銅套（在鐵心上），利用電磁阻尼原理產生延時， 只對斷電時起作用，且延時時間較短，小于只對斷電時起作用，且延時時間較短，小于5S5S。 2 2、空氣阻尼式時間繼電器：、空氣阻尼式時間繼電器： 利用空氣阻尼原理，由電磁系統(tǒng)，延時機構，觸頭系統(tǒng)組成。利用空氣阻尼原理，由電磁系統(tǒng)，延時機構，觸頭系統(tǒng)組成。 可以做成通電延時型和斷電延時型?？梢宰龀赏娧訒r型和斷電延時型。 觸頭有：瞬時觸頭和延時觸頭。觸頭有：瞬時觸頭和延時觸頭。 延時觸頭：通電延時型：延時觸頭：通電延時型： 延時閉合的常開觸頭。延時閉合的常開觸頭。 延時斷開的常閉觸頭。延時斷開的常閉觸頭。 斷開延時型：斷開延時型： 延時閉合的常閉觸頭。延時閉合的常閉觸頭。 延時斷開的常開觸頭。延時斷開的常開觸頭。 圖形和文字符號圖形和文字符號 作用：作用：用作籠型異步電動機的反接 制動控制，又稱反接制動繼電器。 根據速度的大小通斷電路。