電機與電氣控制

1、電機與電氣控制二一五年八月目錄第一章 電氣控制的基本知識第二章 直流電機第三章 變壓器第四章 三相異步電動機第五章 三相異步電動機的拖動特性第六章 三相異步電動機的電氣控制第七章 其他種類的電機第八章 常用機床的電氣控制第九章 可編程控制器第一章 電氣控制的基本知識常用低壓電器電器控制圖的基本知識電氣控制的基本規(guī)律v自鎖v互鎖常用低壓電器低壓電器概述開關電器及主令電器接觸器繼電器熔斷器主要電器元件故障診斷與維修低壓電器概述低壓電器的定義低壓電器的分類低壓電器的基本結(jié)構(gòu)低壓電器的定義電器：是指能自動或手動接通和斷開電路，以及對電路或非電路現(xiàn)象能進行切換、控制、保護、檢測、變換和調(diào)節(jié)的元件。低壓電

2、器：通常是指交流1000V及以下與直流1200V及以下電路中起通斷、控制、保護和調(diào)節(jié)作用的電氣設備 。低壓電器的分類按控制作用分類v執(zhí)行電器 用來完成某種動作或傳遞功率。例如：電磁鐵、電機等。v控制電器 用來控制電路的通斷。例如：開關、繼電器。v主令電器 用來控制其它自動電器的動作，以發(fā)出控制“指令”。例如：按鈕、轉(zhuǎn)換開關等。v保護電器 用來保護電源、電路及用電設備，使它們不致在短路、過載狀態(tài)下運行，免遭損壞。例如：熔斷器、熱繼電器等。 按動作方式分 v自動切換電器 按照信號或某個物理量的變化而自動動作的電器。例如：接觸器、繼電器等。v非自動電器 通過人力操作而動作的電器。例如：開關、按鈕等

3、。按動作原理分類 v電磁式電器 它是根據(jù)電磁鐵的原理工作的。例如：接觸器、繼電器等。v非電磁式電器 它是依靠外力（人力或機械力）或某種非電量的變化而動作的電器。例如：行程開關、按鈕、速度繼電器、熱繼電器等。 低壓電器的基本結(jié)構(gòu)電磁機構(gòu) 電磁機構(gòu)是電器元件的感受部件，它的作用是將電磁能轉(zhuǎn)換成為機械能并帶動觸點閉合或斷開。它通常采用電磁鐵的形式，由電磁線圈、靜鐵心（鐵心）、動鐵心（銜鐵）等組成，其中動鐵心與動觸點支架相連。 觸頭系統(tǒng) 觸頭系統(tǒng)屬于執(zhí)行部件 。它的作用是通過觸點的開、閉來通、斷電路的 。滅弧裝置 電弧：是指觸頭在閉合和斷開（包括熔體在熔斷時）的瞬間，都會在觸頭間隙中由電子流產(chǎn)生弧狀的

4、火花，這種由電氣原因造成的火花叫電弧。 電磁機構(gòu)電磁鐵的示意圖電磁鐵的工作原理 電磁線圈通電時產(chǎn)生磁場，使動、靜鐵心磁化互相吸引，當動鐵心被吸引向靜鐵心時，與動鐵心相連的動觸點也被拉向靜觸點，令其閉合接通電路。電磁線圈斷電后，磁場消失，動鐵心在復位彈簧作用下，回到原位，并牽動動、靜觸點，分斷電路。 電磁鐵的分類v電磁鐵按勵磁電流可分為：直流電磁鐵和交流電磁鐵 v按接入電路的方式可以分為：電壓線圈和電流線圈 短路環(huán) 由于交流電磁鐵的磁通是交變的，線圈磁場對銜鐵的吸引力也是交變的。當交流電流過零時，線圈磁通為零，對銜鐵的吸引力也為零，銜鐵在復位彈簧作用下將產(chǎn)生釋放趨勢，這就使動、靜鐵心之間的吸引力

5、隨著交流電的變化而變化，從而產(chǎn)生振動和噪音，加速動、靜鐵心接觸面積的磨損，引起結(jié)合不良，嚴重時還會使觸點燒蝕。為了消除這一弊端，在鐵心柱面的一部分，嵌入一只銅環(huán)，名為短路環(huán) 。觸頭系統(tǒng)分類v按功能可分為：主觸頭和輔助觸頭。主觸頭用于接通和分斷主電路；輔助觸頭用于接通和分斷二次電路，還能起互鎖和聯(lián)鎖作用。 v按形狀可分為：橋式觸頭和指形觸頭 。橋式觸頭又分為點接觸橋式觸頭和面接觸橋式觸頭。 v觸頭按位置可分為：靜觸頭和動觸頭 。靜觸頭固定不動，動觸頭能由聯(lián)桿帶著移動 。v觸頭按其初始位置可分為：常閉觸頭和常開觸頭。常閉觸頭（又稱動斷觸頭）常態(tài)時動、靜觸頭是相互閉合的。常開觸頭（又稱動合觸頭）常態(tài)

6、時動、靜觸頭是分開的。aa) b) c)觸頭的結(jié)構(gòu)形式 a）點接觸橋式 b）面接觸橋式 c）線接觸指式滅弧裝置電弧的危害v使電路仍然保持導通狀態(tài)，延遲了電路的開斷。v會燒損觸點，縮短電器的使用壽命。滅弧措施圖1-6 滅弧措施a）、b）機械性拉長電弧 c）雙觸點滅弧 d）磁吹滅弧 e）縱縫滅弧 f）金屬柵片滅弧 g）縱縫陶土滅弧罩靜觸點 2動觸點 3引弧角 v1動觸點移動速度 v2電弧在磁場力作用下移動速度開關電器及主令電器低壓開關 低壓開關主要用作隔離、轉(zhuǎn)換以及接通和分斷電路。常作為機床電路的電源開關，或用于局部照明電路的控制及小容量電動機的起動、停止和正反轉(zhuǎn)控制等。 主令電器 主令電器是指在

7、電氣自動控制系統(tǒng)中用來發(fā)出信號指令的電器。它的信號指令將通過繼電器、接觸器和其它電器的動作，接通和分斷被控制電路，以實現(xiàn)對電動機和其它生產(chǎn)機械的遠距離控制。 低壓開關刀開關組合開關自動開關漏電保護器主令電器按鈕行程開關萬能轉(zhuǎn)換開關刀開關用途 普通刀開關是一種結(jié)構(gòu)最簡單且應用最廣泛的手控低壓電器，廣泛用在照明電路和小容量（5.5kW）、不頻繁起動的動力電路的控制電路中。結(jié)構(gòu)符號注意事項 刀開關安裝時，瓷底應與地面垂直，手柄向上，易于滅弧，不得倒裝或平裝。倒裝時手柄可能因自重落下而引起誤合閘，危及人身和設備安全。 圖1-7 膠蓋瓷底刀開關的結(jié)構(gòu)1出線盒 2熔絲 3動觸頭 4手柄 5靜觸頭 6電源進

8、線座 7瓷座 8膠蓋 9接用電器b）雙極 c）三極QS QS a）單極 或 QS 組合開關定義 它實質(zhì)上也是一種特殊刀開關，只不過一般刀開關的操作手柄是在垂直安裝面的平面內(nèi)向上或向下轉(zhuǎn)動，而組合開關的操作手柄則是平行于安裝面的平面內(nèi)向左或向右轉(zhuǎn)動而已。 用途 多用在機床電氣控制線路中，作為電源的引入開關，也可以用作不頻繁地接通和斷開電路、換接電源和負載以及控制5KW以下的小容量電動機的正反轉(zhuǎn)和星三角起動等。結(jié)構(gòu)符號a）雙極 b）三極QS QS 組合開關的結(jié)構(gòu)a) b)圖1-9組合開關的結(jié)構(gòu)圖a）外形圖 b）內(nèi)部結(jié)構(gòu)1手柄 2轉(zhuǎn)軸 3彈簧 4凸輪 5絕緣墊板6動觸點 7靜觸點 8絕緣方軸 9接線

9、柱自動開關用途 它集控制和多種保護功能于一身，除能完成接通和分斷電路外，還能對電路或電氣設備發(fā)生的短路、過載、失壓等故障進行保護。 原理圖工作原理 脫扣器是自動開關的主要保護裝置，包括電磁脫扣器（作短路保護）、熱脫扣器（作過載保護）、失壓脫扣器以及由電磁和熱脫扣器組合而成的復式脫扣器等種類。電磁脫扣器的線圈串聯(lián)在主電路中，若電路或設備短路，主電路電流增大，線圈磁場增強，吸動銜鐵，使操作機構(gòu)動作，斷開主觸點，分斷主電路而起到短路保護作用。電磁脫扣器有調(diào)節(jié)螺釘，可以根據(jù)用電設備容量和使用條件手動調(diào)節(jié)脫扣器動作電流的大小。 熱脫扣器是一個雙金屬片熱繼電器。它的發(fā)熱元件串聯(lián)在主電路中。當電路過載時，過

10、載電流使發(fā)熱元件溫度升高，雙金屬片受熱彎曲，頂動自動操作機構(gòu)動作，斷開主觸點，切斷主電路而起過載保護作用。符號QF 自動開關原理圖圖1-12 自動開關的原理圖1、9彈簧 2觸點 3鎖鍵 4搭鉤 5軸 6過電流脫扣器 7杠桿 8、10銜鐵 11欠電壓脫扣器 12雙金屬片 13電阻絲圖1-12 自動開關的原理圖1、9彈簧 2觸點 3鎖鍵 4搭鉤 5軸 6過電流脫扣器 7杠桿 8、10銜鐵 11欠電壓脫扣器 12雙金屬片 13電阻絲漏電保護器用途 主要用于當發(fā)生人身觸電或漏電時，能迅速切斷電源，保障人身安全，防止觸電事故。有的漏電保護器還兼有過載、短路保護，用于不頻繁起、停的電動機。原理圖工作原理

11、當正常工作時，不論三相負載是否平衡，通過零序電流互感器主電路的三相電流相量之和等于零，故其二次繞組中無感應電動勢產(chǎn)生，漏電保護器工作于閉合狀態(tài)。如果發(fā)生漏電或觸電事故，三相電流之和便不再等于零，而等于某一電流值Is。Is會通過人體、大地、變壓器中性點形成回路，這樣零序電流互感器二次側(cè)產(chǎn)生與Is對應的感應電動勢，加到脫扣器上，當Is達到一定值時，脫扣器動作，推動主開關的鎖扣，分斷主電路。測試回路電源變壓器主開關UVW零序電流互感器電磁脫扣器按鈕用途 按鈕又稱控制按鈕或按鈕開關，是一種手動控制電器。它只能短時接通或分斷5A以下的小電流電路，向其它電器發(fā)出指令性的電信號，控制其它電器動作。由于按鈕載

12、流量小，不能直接用于控制主電路的通斷。結(jié)構(gòu)及工作原理符號注意事項 選擇使用時應從使用場合、所需觸點數(shù)及按鈕帽的顏色等因素考慮。一般紅色表示停止，綠色表示起動，黃色表示干預。SB SB a）常開觸點 b）常閉觸點 c）復合觸點SB 按鈕的結(jié)構(gòu)及工作原理結(jié)構(gòu)工作原理 在按下按鈕帽令其動作時，首先斷開動斷觸點，再通過一定行程后才接通動合觸點；松開按鈕帽時，復位彈簧先將動合觸點分斷，通過一定行程后動斷觸點才閉合。行程開關用途 行程開關又稱限位開關或位置開關，它利用生產(chǎn)機械運動部件的碰撞，使其內(nèi)部觸點動作，分斷或切換電路，從而控制生產(chǎn)機械行程、位置或改變其運動狀態(tài)。 結(jié)構(gòu)符號a）常開觸點 b）常閉觸點S

13、Q SQ 萬能轉(zhuǎn)換開關用途 具有更多操作位置和觸點、能夠接多個電路的一種手動控制電器。由于它的檔位多、觸點多，可控制多個電路，能適應復雜線路的要求。結(jié)構(gòu)符號萬能轉(zhuǎn)換開關的符號及觸點通斷表接觸器用途 接觸器是一種用來頻繁接通和斷開交、直流主電路及大容量控制電路的自動切換電器。它具有低壓釋放保護功能，可進行頻繁操作，實現(xiàn)遠距離控制，是電力拖動自動控制線路中使用最廣泛的電器元件。 分類結(jié)構(gòu)及工作原理符號b）常開主觸點 c）常閉主觸點a）線圈 KM e）常閉輔助觸點d）常開輔助觸點 KM KM KM KM 接觸器的分類按電流種類通常分為交流接觸器和直流接觸器兩類 交流接觸器 特點：交流線圈、有短路環(huán)、

14、采用雙斷口觸頭直流接觸器 特點：直流線圈、滾動指型觸頭交流接觸器的結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu) 交流接觸器的主要部分是電磁系統(tǒng)、觸點系統(tǒng)和滅弧裝置，其外形和結(jié)構(gòu)如圖所示 工作原理 交流接觸器有兩種工作狀態(tài)：得電狀態(tài)（動作狀態(tài)）和失電狀態(tài)（釋放狀態(tài)）。接觸器主觸頭的動觸頭裝在與銜鐵相連的絕緣連桿上，其靜觸頭則固定在殼體上。當線圈得電后，線圈產(chǎn)生磁場，使靜鐵心產(chǎn)生電磁吸力，將銜鐵吸合。銜鐵帶動動觸頭動作，使常閉觸頭斷開，常開觸頭閉合，分斷或接通相關電路。當線圈失電時，電磁吸力消失，銜鐵在反作用彈簧的作用下釋放，各觸頭隨之復位。 a）外形 b）結(jié)構(gòu)示意圖繼電器定義 繼電器：是一種根據(jù)電量（電流、電壓）或非電量

15、（時間、速度、溫度、壓力等）的變化自動接通和斷開控制電路，以完成控制或保護任務的電器。 與接觸器的區(qū)別v 繼電器可以對各種電量或非電量的變化作出反應，而接觸器只有在一定 的電壓信號下動作。v 繼電器用于切換小電流的控制電路，而接觸器則用來控制大電流電路，因此，繼電器觸頭容量較小（不大于5A），且無滅弧裝置。分類v按反應的參數(shù)可分為：電壓繼電器、電流繼電器、中間繼電器、熱繼電器、時間繼電器和速度繼電器等。v按動作原理可分為：電磁式、電動式、電子式和機械式等。 常用的繼電器常用的繼電器電磁式繼電器v電流繼電器 v電壓繼電器v中間繼電器 時間繼電器熱繼電器速度繼電器時間繼電器用途 時間繼電器是利用電

16、磁原理或機械原理實現(xiàn)觸點延時閉合或延時斷開的自動控制電器。 分類 常用的種類有電磁式、空氣阻尼式、電動式和晶體管式。 結(jié)構(gòu)及工作原理延時方式 通電延時和斷電延時 符號空氣式時間繼電器的結(jié)構(gòu)及工作原理結(jié)構(gòu)工作原理 是利用空氣阻尼的原理獲得延時的。 a）外形圖 b）結(jié)構(gòu)圖1線圈 2反力彈簧 3銜鐵 4靜鐵心 5彈簧片 6、8微動開關 7杠桿 9調(diào)節(jié)螺釘 10推桿 11活塞桿 12寶塔彈簧時間繼電器的符號文字符號 KT圖形符號a）斷電延時線圈b）通電延時線圈 d）斷電延時斷開觸頭 c）通電延時閉合觸頭 e）通電延時斷開觸頭f）斷電延時閉合觸頭熱繼電器用途 熱繼電器是利用電流的熱效應原理工作的保護電器

17、，在電路中用作電動機的過載保護。 結(jié)構(gòu)工作原理 主雙金屬片與加熱元件串接在接觸器負載端，（電動機電源端）的主回路中。當電動機正常運行時，熱元件產(chǎn)生的熱量雖能使雙金屬片彎曲，但還不足以使繼電器動作。當電動機過載時，流過熱元件的電流增大，熱元件產(chǎn)生的熱量增加，使雙金屬片產(chǎn)生的彎曲位移增大，主雙金屬片推動導板，并通過補償雙金屬片與推桿將觸點（即串接在接觸器線圈回路的熱繼電器常閉觸點）分開，以切斷電路保護電動機。符號 b）常閉觸點a）熱元件 FR 熱繼電器的結(jié)構(gòu)熱繼電器種類很多，應用最廣泛的是基于雙金屬片的熱繼電器，其外形及結(jié)構(gòu)如圖所示，主要由熱元件、雙金屬片和觸頭三部分組成。熱繼電器的常閉觸點串聯(lián)在

18、被保護的二次回路中，它的熱元件由電阻值不高的電熱絲或電阻片繞成，串聯(lián)在電動機或其他用電設備的主電路中。靠近熱元件的雙金屬片，是用兩種不同膨脹系數(shù)的金屬用機械輾壓而成，為熱繼電器的感測元件。 a） 外形 b）結(jié)構(gòu)圖電流整定裝置 2主電路接線柱 3復位按鈕 4常閉觸頭 5動作機構(gòu) 6熱元件 31常閉觸頭接線柱32公共動觸頭接線柱 33常開觸頭接線柱 1主觸頭 2主雙金屬片 3熱元件 4推動導板 5補償雙金屬片 6常閉觸頭 7常開觸頭 8復位調(diào)節(jié)螺釘 9動觸頭 10復位按鈕 11偏心輪 12支撐件 13彈簧速度繼電器用途 速度繼電器主要用于籠型異步電動機的反接制動控制。 結(jié)構(gòu)及工作原理符號a）外形

19、b）結(jié)構(gòu)圖KS KS b）常開觸點 c）常閉觸點a）轉(zhuǎn)子 KS nn熔斷器用途 主要用作短路保護。 結(jié)構(gòu) 熔斷器主要由熔體（俗稱保險絲）和安裝熔體的熔管兩部分組成。熔體由易熔金屬材料鉛、錫、鋅、銀、銅及其合金制成，通常做成絲狀或片狀。熔管是裝熔體的外殼，由陶瓷、絕緣鋼紙或玻璃纖維制成，在熔體熔斷時兼有滅弧作用。 工作原理 熔斷器的熔體與被保護的電路串聯(lián)，當電路正常工作時，熔體允許通過一定大小的電流而不熔斷。當電路發(fā)生短路或嚴重過載時，熔體中流過很大的故障電流，當電流產(chǎn)生的熱量達到熔體的熔點時，熔體熔斷切斷電路，從而實現(xiàn)保護目的。分類 插入式、螺旋式、封閉管式 、快速熔斷式符號 FU電器控制圖的基本知識電氣圖的符號 為了表達電氣控制系統(tǒng)的設計意圖，便于分析系統(tǒng)工作原理、安裝、調(diào)試和檢修控制系統(tǒng)，必須采用統(tǒng)一的圖形符號和文字符號來表達。 v電氣控制圖的分類v電氣系統(tǒng)圖和框圖 v電氣原理