第1章 機床電器控制常用低壓電器

電氣控制與PLC控制技術(shù)

祁和義1考核方法及要求課程性質(zhì)：必修、考查課考核方式：

總成績=（平時考核+實驗成績）×50%+閉卷考試成績×50%

平時考核=出勤+作業(yè)+課堂筆記

注意：課堂筆記的記錄2第1講

講解內(nèi)容：1常用低壓電器元件及基本控制規(guī)律

1.1電器的基本知識

1.2常用低壓電器

學(xué)習(xí)說明：本講是學(xué)習(xí)電氣控制的基礎(chǔ)。重點掌握：1.基本的起、保、停繼電-接觸器控制及組成該線路器件:接觸器和按鈕。2.自動控制開關(guān)：行程開關(guān)、接近開關(guān)；各種繼電器(熱繼電器、時間繼電器、速度繼電器等）。3.人力操作的控制開關(guān)類電器：包括控制按鈕、各類手動開關(guān)、腳踏開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)和主令控制器等。4.執(zhí)行和顯示電器:電磁鐵、電磁閥、電磁制動器、顯示電器這里主要指指示燈。5.開關(guān)和保護(hù)器件：刀開關(guān)、隔離器和隔離開關(guān)、熔斷器、低壓斷路器。

31常用低壓電器

本章主要通過介紹電氣控制領(lǐng)域中常用低壓電器的工作原理、用途、型號、規(guī)格及符號等知識，電器控制線路的基本環(huán)節(jié)，學(xué)會正確選擇和合理使用常用電器、學(xué)會分析和設(shè)計電氣控制線路的基本方法，為后繼章節(jié)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。在PLC出現(xiàn)以前，控制作用由繼電器和接觸器組成的線路來實現(xiàn)，這常稱為繼電接觸器控制系統(tǒng)，下面介紹繼電接觸器控制系統(tǒng)。41.1電器的基本知識

一、低壓電器定義定義：交流1200V以下、直流1500V以下為低壓。所謂低壓電器指工作在交流1200V、直流1500V額定電壓以下的電路中，能根據(jù)外界信號(機械力、電動力或其他物理量)，自動或手動接通和斷開電路的電器，在此電壓范圍內(nèi)使用的電器元件，統(tǒng)稱低壓電器。作用：是實現(xiàn)對電路或非電對象的切換、控制、保護(hù)、檢測和調(diào)節(jié)。分類：低壓電器可分為手動低壓電器和自動低壓電器。發(fā)展方向：小體積、高可靠性、使用方便、功能可組合性方向發(fā)展。5二、電器的分類

電器：是接通和斷開電路或調(diào)節(jié)、控制和保護(hù)電路及電氣設(shè)備用的電工器具。

電器控制系統(tǒng)：完成由控制電器組成的自動控制系統(tǒng)，稱為繼電器—接觸器控制系統(tǒng)。

電器的用途廣泛，功能多樣，種類繁多，結(jié)構(gòu)各異。下面是幾種常用的電器分類。1．按工作電壓等級分類（1）高壓電器用于交流電壓1200V、直流電壓1500V及以上電路中的電器。例如高壓斷路器、高壓隔離開關(guān)、高壓熔斷器等。（2）低壓電器用于交流50Hz(或60Hz)，額定電壓為1200V以下；直流額定電壓1500V及以下的電路中的電器。例如接觸器、繼電器等。

62．按動作原理分類（1）手動電器用手或依靠機械力進(jìn)行操作的電器，如手動開關(guān)、控制按鈕、行程開關(guān)等主令電器。（2）自動電器借助于電磁力或某個物理量的變化自動進(jìn)行操作的電器，如接觸器、各種類型的繼電器、電磁閥等。3．按用途分類（1）控制電器用于各種控制電路和控制系統(tǒng)的電器，例如接觸器、繼電器、電動機起動器等。（2）主令電器用于自動控制系統(tǒng)中發(fā)送動作指令的電器，例如按鈕、行程開關(guān)、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)等。（3）保護(hù)電器用于保護(hù)電路及用電設(shè)備的電器，如熔斷器、熱繼電器、各種保護(hù)繼電器、避雷器等。7（4）執(zhí)行電器指用于完成某種動作或傳動功能的電器，如電磁鐵、電磁離合器等。（5）配電電器用于電能的輸送和分配的電器，例如高壓斷路器、隔離開關(guān)、刀開關(guān)、自動空氣開關(guān)等。4．按工作原理分類（1）電磁式電器依據(jù)電磁感應(yīng)原理來工作，如接觸器、各種類型的電磁式繼電器等。（2）非電量控制電器依靠外力或某種非電物理量的變化而動作的電器，如刀開關(guān)、行程開關(guān)、按鈕、速度繼電器、溫度繼電器等。8三、電器的作用

作用：

低壓電器能夠依據(jù)操作信號或外界現(xiàn)場信號的要求，自動或手動改變電路的狀態(tài)、參數(shù)，實現(xiàn)對電路或被控對象的控制、保護(hù)、測量、指示、調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)換。注意：

對低壓配電電器，要求是滅弧能力強、分?jǐn)嗄芰?，熱穩(wěn)定性能好、限流準(zhǔn)確等。對低壓控制電器，則要求其動作可靠、操作頻率高、壽命長并具有一定的負(fù)載能力。91.2常用低壓電器

一、電磁式低壓電器電磁式電器構(gòu)成：電磁機構(gòu)+執(zhí)行機構(gòu)+滅弧裝置（一）電磁機構(gòu)

1.結(jié)構(gòu)：固定鐵心，銜鐵，電磁線圈。

2.分類：直動式，拍合式。

3.原理：電磁線圈通電后，電磁吸力大于彈性力，使銜鐵閉合。10（二）執(zhí)行機構(gòu)組成：一般由主觸點及其滅弧裝置組成。電弧的產(chǎn)生與滅弧裝置電弧的產(chǎn)生：當(dāng)斷路器或接觸器觸點切斷電路時，如電路中電壓超過10-20V和電流超過80-100mA，在拉開的兩個觸點之間將出現(xiàn)強烈火花，這實際上是一種氣體放電的現(xiàn)象，通常稱為“電弧”。電弧種類：交流電?。ń涣麟娀〈嬖诮涣鬟^零點，電弧易熄滅）和直流電弧。11如何熄滅電弧：根據(jù)上述電弧產(chǎn)生的物理過程可知，欲使電弧熄滅，應(yīng)設(shè)法降低電弧溫度和電場強度，以加強消電離作用。當(dāng)電離速度低于消電離速度，則電弧熄滅。滅弧裝置用途：用于熄滅觸頭分?jǐn)嘭?fù)載電流時產(chǎn)生的電弧。滅弧原理：①迅速拉長電?。虎诶鋮s和去游離法。根據(jù)上述滅弧原則，常用的滅弧裝置有如下幾種。1）磁吹式滅弧裝置2）滅弧柵3）滅弧罩4）多斷點滅弧12二、接觸器接觸器的功能作用：1.自動接通或斷開大電流電路的電器。它可以頻繁地接通或分?jǐn)嘟恢绷麟娐?，并可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制。2.具有低電壓釋放保護(hù)功能，接觸器具有控制容量大、過載能力強、壽命長、設(shè)備簡單經(jīng)濟等特點，是電力拖動自動控制線路中使用最廣泛的電器元件。控制對象：其主要控制對象是電動機，也可用于電熱設(shè)備、電焊機、電容器組等其它負(fù)載。接觸器的分類：接觸器可分為交流接觸器和直流接觸器兩大類。1314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)：動、靜鐵芯，吸引線圈和反作用彈簧滅弧系統(tǒng)：滅弧罩及滅弧柵片滅弧1．結(jié)構(gòu)

一）交流接觸器

15162．工作原理

①線圈加額定電壓，銜鐵吸合，常閉觸頭斷開，常開觸頭閉合；②線圈電壓消失，觸頭恢復(fù)常態(tài)。③為防止鐵心振動，需加短路環(huán)。17用途：遠(yuǎn)距離通斷直流電路或控制直流電動機的頻繁起停。結(jié)構(gòu)：電磁機構(gòu)、觸頭系統(tǒng)和滅弧裝置。工作原理：與交流接觸器基本相同。二）直流接觸器

18KM常閉輔助觸點線圈KM主觸點KM常開輔助觸點KM三）接觸器的符號

19額定電壓

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

直流接觸器：40、80、100、150、250、400、600A額定電流

吸引線圈額定電壓交流接觸器：36、110（127）、220、380V直流接觸器：24、48、220、440V四）接觸器的主要技術(shù)指標(biāo)

20

根據(jù)電路中負(fù)載電流的種類選擇接觸器的類型；接觸器的額定電壓應(yīng)大于或等于負(fù)載回路的額定電壓；吸引線圈的額定電壓應(yīng)與所接控制電路的額定電壓等級一致；

額定電流應(yīng)大于或等于被控主回路的額定電流。四）接觸器的使用選擇原則

21作用：根據(jù)某種輸入信號的變化，接通或斷開控制電路，實現(xiàn)自動控制和保護(hù)電力裝置的自動電器。（控制、放大、聯(lián)鎖、保護(hù)和調(diào)節(jié)作用）分類：按用途分：控制和保護(hù)繼電器（熱繼電器）

按動作原理分：電磁式、感應(yīng)式、電動式、電子式、機械式

按輸入量分：電流、電壓、時間、速度、壓力按動作時間分：瞬時、延時繼電器

特點：額定電流不大于5A三、繼電器22一）電流繼電器特點：線圈串接于電路中，導(dǎo)線粗、匝數(shù)少、阻抗小。分類：過電流繼電器、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KAI<KAKA過電流繼電器>IKAKAKA23特點：線圈并聯(lián)在電路中，匝數(shù)多，導(dǎo)線細(xì)分類：過電壓繼電器和欠電壓繼電器結(jié)構(gòu)原理：與電流繼電器類似欠電壓繼電器KAU<KAKA過電壓繼電器>UKAKAKA二）電壓繼電器24

中間繼電器實質(zhì)上是一種電壓繼電器，結(jié)構(gòu)和工作原理與接觸器相同。但它的觸點數(shù)量較多，在電路中主要是擴展觸點的數(shù)量。另外其觸頭的額定電流較大。

三）中間繼電器25作用：電動機的過載保護(hù)利用雙金屬片受熱彎曲去推動杠桿使觸頭動作利用電阻值隨溫度變化而變化的特性制成利用過載電流發(fā)熱使易熔合金熔化而使繼電器動作四）熱繼電器型式：雙金屬片式

熱敏電阻式易熔合金式結(jié)構(gòu)：由發(fā)熱元件、雙金屬片和觸頭及動作機構(gòu)等部分組成。261-1.接線端子2-主雙金屬片3-熱元件4-推動導(dǎo)板5-補償雙金屬片

6-常閉觸頭7-常開觸頭8-復(fù)位調(diào)節(jié)螺釘9-動觸頭

10-復(fù)位按鈕11-偏心輪12-支撐件13-彈簧

四）熱繼電器（續(xù)）雙金屬片式熱繼電器原理示意圖27四）熱繼電器（續(xù)）28使用與選擇使用：作為電動機的過載保護(hù)，注意與熔斷器的配合。選擇：ＩeR≥Ｉed

ＩeR：熱繼電器熱元件的額定電流；Ｉed：電動機的額定電流。四）熱繼電器（續(xù)）29作用：按整定時間長短通斷電路分類：按構(gòu)成原理分：電磁式電動式空氣阻尼式晶體管式數(shù)字式按延時方式分：通電延時型

斷電延時型

五）時間繼電器30(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(a)線圈一般符號(b)通電延時線圈(c)斷電延時線圈(d)通電延時閉合動合（常開）觸點(e)通電延時斷開動斷（常閉）觸點（f）斷電延時斷開動合（常開）觸點（g）斷電延時閉合動斷（常閉）觸點（h）瞬動觸點五）時間繼電器（續(xù)）符號31五）時間繼電器（續(xù)）32五）時間繼電器（續(xù)）33作用：根據(jù)速度的大小通斷電路結(jié)構(gòu)：定子、轉(zhuǎn)子和觸頭原理：與異步電動機類似參數(shù)：動作轉(zhuǎn)速：>120rpm

復(fù)位轉(zhuǎn)速：<100rpm六）速度繼電器34定子---由硅鋼片迭成籠型空心圓環(huán)套在轉(zhuǎn)子上，裝有鼠籠型短路繞組。符號六）速度繼電器（續(xù)）轉(zhuǎn)子---圓柱形永久磁鐵，與電動機同軸連接。35六）速度繼電器（續(xù)）36壓力繼電器光電繼電器溫度繼電器七）其它繼電器四、刀開關(guān)（自己看書）

作用：隔離電源，不頻繁通斷電路

1.開關(guān)板用刀開關(guān)（不帶熔斷器式刀開關(guān)）

作用：不頻繁地手動接通、斷開電路和隔離電源用。

結(jié)構(gòu)圖和符號：37QS2.帶熔斷器式刀開關(guān)——用作電源開關(guān)、隔離開關(guān)和應(yīng)急開關(guān)，并作電路保護(hù)用。383.負(fù)荷開關(guān)用途：作不頻繁帶負(fù)荷操作和短路保護(hù)用。39五、低壓斷路器

功能：

低壓斷路器也稱為自動空氣開關(guān)，可用來接通和分?jǐn)嘭?fù)載電路，也可用來控制不頻繁起動的電動機。它功能相當(dāng)于閘刀開關(guān)、過電流繼電器、失壓繼電器、熱繼電器及漏電保護(hù)器等電器部分或全部的功能總和，是低壓配電網(wǎng)中一種重要的保護(hù)電器。低壓斷路器具有多種保護(hù)功能(過載、短路、欠電壓保護(hù)等)、動作值可調(diào)、分?jǐn)嗄芰Ω?、操作方便、安全等?yōu)點，所以目前被廣泛應(yīng)用。

特點：操作安全，分?jǐn)嗄芰^高。

分類：框架式（萬能式）和塑殼式（裝置式）

結(jié)構(gòu)：觸頭系統(tǒng)、滅弧裝置、脫扣機構(gòu)、傳動機構(gòu)。404142塑殼式低壓斷路器原理圖1．主觸頭2．自由脫扣器3．過電流脫扣器4．分勵脫扣器5．熱脫扣器6．失壓脫扣器

7．按鈕線路短路或嚴(yán)重過載保護(hù)遠(yuǎn)距離跳閘，對電路不起保護(hù)作用線路過載保護(hù)電動機的失壓保護(hù)低壓斷路器工作原理圖43六、熔斷器作用：短路和嚴(yán)重過載保護(hù)應(yīng)用：串接于被保護(hù)電路的首端優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，價格便宜，體小量輕分類：

44瓷插式RC螺旋式RL有填料式RT無填料密封式RM快速熔斷器RS自恢復(fù)熔斷器45瓷插式熔斷器螺旋式熔斷器46有填料式熔斷器無填料密封式熔斷器47快速熔斷器自恢復(fù)熔斷器七、主令電器作用：發(fā)送控制命令或信號的電器分類：控制按鈕萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)