電氣控制部分

電氣控制基礎(chǔ)第一節(jié)常用低壓電器第二節(jié)基本電氣控制電路第一節(jié)常用低壓電器介紹

低壓電器系統(tǒng)是由低壓控制電路和低壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)（主要指電動機(jī)）組成。所謂低壓是指我國50HZ、380V或50HZ、220V用戶電源。低壓控制電路是由各種低壓電器加線路組成。電器是一種能根據(jù)外界的信號（機(jī)械力、電動力和其他物理量），自動或手動接通和斷開電路，從而斷續(xù)或連續(xù)的改變電路參數(shù)或狀態(tài)，實(shí)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)用的電器元件或設(shè)備。一、觸頭理論及開關(guān)電器

觸頭是低壓電器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在機(jī)械機(jī)構(gòu)（銜鐵）的帶動下通過兩部分導(dǎo)體相互接觸，起到接通和分段電路的作用。幾乎所有低壓電器的功能最終都需要通過觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)，低壓電器中最易受損的也是觸點(diǎn)。因此，要求觸點(diǎn)導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能良好。觸點(diǎn)通常是用銅或銀材質(zhì)制成。觸點(diǎn)有常開（動合）觸點(diǎn)和常閉（動斷）觸點(diǎn)兩種。觸點(diǎn)通常有兩種結(jié)構(gòu)形式：橋式觸點(diǎn)和指形觸點(diǎn)。觸點(diǎn)接觸形式即觸點(diǎn)的類型如下：1.觸點(diǎn)類型按工作方式分：固定接觸、可分接觸、滑動及滾動接觸。按接觸方式分：點(diǎn)接觸、線接觸、面接觸。按斷點(diǎn)形式分：單斷點(diǎn)、雙斷點(diǎn)。2.接觸電阻收縮電阻：金屬導(dǎo)體內(nèi)電力線會在有限觸點(diǎn)附近急聚收縮形成的。通常用Rs表示。膜電阻：導(dǎo)體表面在空氣中形成薄膜對電流造成阻礙構(gòu)成膜電阻，通常用Rb表示。所以，Rj=Rs+Rb﹙Rj﹚接觸電阻經(jīng)驗(yàn)公式：式中，F(xiàn)的單位為N;Rj的單位為μΩ；m的取值見表1-1,Kj的取值見表1-2接觸電阻的簡化經(jīng)驗(yàn)公式：式中，K＝10Kj3.火花和電弧：對兩觸點(diǎn)施加過高的電壓，兩觸點(diǎn)間的氣體就會被擊穿并產(chǎn)生火花。1）火花產(chǎn)生條件：①小的空氣間隙和高的觸點(diǎn)間電壓有利于擊穿發(fā)生。②觸點(diǎn)的形狀即觸點(diǎn)尖銳外突起表面更易擊穿。2）電弧生成過程：火花產(chǎn)生后，如果條件合適，高電場下的少量氣體離子經(jīng)加速后會沖撞空氣分子，產(chǎn)生更多的離子，最后形成電弧，即：在通電狀態(tài)下，動、靜觸點(diǎn)脫離接觸時(shí)，如果被分?jǐn)嚯娐返碾娏鞒^某一數(shù)值（0.25~1A），或分段后加在觸點(diǎn)間隙兩端電壓超過某一數(shù)值（12~20V），則觸點(diǎn)間隙中就會產(chǎn)生電弧。4.滅弧裝置：對于經(jīng)常開閉的、控制大電流的觸點(diǎn)例如接觸器主觸點(diǎn)在斷開的瞬間，如果觸點(diǎn)在此瞬間停留時(shí)間過長，溫度過高，不一定將電弧熄滅，會造成觸頭損壞，因此，一般會配備滅弧裝置。1）常用滅弧裝置：①滅弧罩：對交直流均可滅弧。②滅弧柵：常用于交流滅弧。見圖1－8a③磁吹滅弧裝置：主要用于直流滅弧。見圖1－8b④多縱縫滅弧裝置：對直流滅弧有作用。見圖1－8c5.開關(guān)電器：用于對電源控制、保護(hù)和隔離。常分為隔離開關(guān)電器和主令開關(guān)電器。1）隔離開關(guān)電器：①刀開關(guān)普通型帶滅弧裝置型帶熔斷器型帶滅弧裝置和熔斷器型②熔斷器（見圖1－9a）2）主令開關(guān)電器：①控制按鈕：見圖1－11②位置開關(guān)行程開關(guān)又稱限位開關(guān)，見圖1－12接近開關(guān)又稱無觸點(diǎn)開關(guān)，見圖1－13③轉(zhuǎn)換開關(guān)，又叫萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)，見圖1－14二、接觸器和繼電器

接觸器和繼電器是低壓電器中應(yīng)用最廣泛的電磁器件。接觸器是一種用于頻繁的接通或斷開交直流主電路及大容量控制電路的自動切換電路。目前使用的接觸器是電磁式電器的一種，由電磁機(jī)構(gòu)、觸點(diǎn)系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)、復(fù)位彈簧機(jī)構(gòu)或緩沖裝置、支架與底座等幾部分組成。

接觸器控制主電路斷開，分為主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)，主觸點(diǎn)用于通斷主電路，通常三對常開，輔助觸點(diǎn)用于控制電路，一般常開常閉各兩對。1.接觸器交流接觸器：有三到四對常開主觸點(diǎn)，有兩對常閉常開輔助觸點(diǎn)。交流接觸器線圈通交流電。直流接觸器：由于直流電路滅弧困難，同樣的觸點(diǎn)直流接觸器的額定值小些，直流接觸器線圈通直流電。見圖1－62.繼電器：繼電器控制電路的信號轉(zhuǎn)換，是一種根據(jù)某種輸入信號接通或斷開小電流控制電路的低壓電器器件，按動作原理分有電磁式、感應(yīng)式、電動式、電子式及熱繼電器等。電磁式繼電器電壓繼電器電流繼電器控制用的中間繼電器保護(hù)用的過電壓、欠電壓和零電壓繼電器欠電流繼電器過電流繼電器小型靈敏繼電器作用將電子電路與低壓電路隔離，增強(qiáng)電子電路抗干擾能力完成低壓電路與電子電路信號輸入輸出轉(zhuǎn)換見圖1－27三、通用低壓電器介紹1.低壓保護(hù)電器：有熔斷器、熱繼電器、過電流繼電器、欠電流繼電器、過電壓繼電器、斷流器等。1）熔斷器：利用熔化作用而切斷電路的保護(hù)電器。由溶體和熔斷管組成.工作原理：熔斷器的熔體與被保護(hù)的電路串聯(lián)，當(dāng)電路短路時(shí)，短路電路流過熔體，使之被加熱，部分熔體溶解氣化而熔斷，產(chǎn)生電弧，電弧使熔體繼續(xù)熔化，直到間隙足夠大，電弧熄滅，被保護(hù)電路與電源切斷，達(dá)到保護(hù)目的。2）熱繼電器：防止電動機(jī)或其他負(fù)載過載以及作為三相電動機(jī)的斷相保護(hù).由發(fā)熱元件、雙金屬片等組成。工作原理：利用電流的熱效應(yīng)的原理工作的。見圖1－123）低壓斷路器：也叫自動開關(guān)，常用于不頻繁通斷的低壓線路。在電路發(fā)生短路、過載、欠電壓和漏電故障是能自動分段故障電路。相當(dāng)于刀開關(guān)、熔斷器、熱繼電器和欠電壓繼電器的組合。組成：由觸點(diǎn)系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)、保護(hù)裝置和傳動機(jī)構(gòu)等組成。工作原理：見圖1－162.時(shí)間繼電器：按時(shí)間原則控制觸頭輸出的繼電器。分類：按動作原理分：空氣阻尼式、電子式、電動式、電磁式。按延時(shí)動作方式分：通電延時(shí)、斷電瞬時(shí)型和斷電延時(shí)、通電瞬時(shí)型兩種。見圖1－361）空氣阻尼時(shí)間繼電器：由電磁機(jī)構(gòu)、延時(shí)機(jī)構(gòu)和觸點(diǎn)裝置三部分構(gòu)成。分類：通電延時(shí)斷電延時(shí)工作原理：利用空氣阻尼原理來實(shí)現(xiàn)延時(shí)的。見圖1－37。2）電子時(shí)間繼電器：目前有晶體管RC充放電延時(shí)型和IC數(shù)字型兩種。3.信號繼電器：是一種數(shù)字傳感器，作用：將外部物理量如速度、壓力、位移等轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)“開”、“閉”狀態(tài)，供低壓控制系統(tǒng)使用。1）速度繼電器：主要用于對異步電動機(jī)作速度控制，常用于反接制動電路中。見圖1－39一、電氣原理圖的畫法及閱讀方法電氣原理圖電氣設(shè)備安裝圖電氣設(shè)備接線圖1.電氣原理圖（見圖1－1）電氣原理圖表示工作原理、電器元件的作用和關(guān)系，不考慮電路元件的實(shí)安裝位置和實(shí)際連線情況。繪制規(guī)則：1）電氣控制線路分主電路和控制電路。

主電路用粗線繪制，在左側(cè)；

控制電路用細(xì)線繪制，在右側(cè)。

第二節(jié)基本電氣控制電路2）同一電器的各導(dǎo)電部件如線圈和觸點(diǎn)不畫在一起，但用同一文字標(biāo)明。3）電氣控制線路觸點(diǎn)按“平?！睜顟B(tài)繪出。如接觸器、繼電器按線圈未通電時(shí)的觸點(diǎn)狀態(tài)；按鈕、行程開關(guān)按未受外力時(shí)的狀態(tài)等。電氣設(shè)備安裝圖機(jī)械設(shè)備和控制柜的實(shí)際安裝位置。電氣設(shè)備接線圖各電氣設(shè)備間實(shí)際接線情況。一、電氣原理圖的畫法及閱讀方法二、籠型電動機(jī)的起動控制線路（一）直接起動控制線路（二）降壓起動控制線路

1.星－三角降壓起動控制線路

2.定子串繞組降壓起動控制線路（一）直接起動控制線路C620臥式車床主電動機(jī)或冷卻泵都采用直接起動控制線路。冷卻泵用開關(guān)直接起動；圖1－3用接觸器直接起動。見圖1－2，圖1－3（二）降壓起動控制線路1.星－三角降壓起動控制線路1）運(yùn)動形式：正常運(yùn)行時(shí)，定子繞組接成三角形，起動時(shí)接成星形，起動完畢后再恢復(fù)成三角形。2）工作過程：見圖1－4，1－5。其中圖1－5是用兩個(gè)接觸器和一個(gè)時(shí)間繼電器進(jìn)行的降壓起動。（二）降壓起動控制線路2.定子串電阻降壓起動控制線路1）運(yùn)動形式：起動時(shí)在三相定子電路中串接電阻，使電動機(jī)定子繞組電壓降低，起動后再將電阻短路，使電動機(jī)在正常電壓下運(yùn)行。常應(yīng)用在中小型車床中。2）工作過程：見圖1－6。3）分析：比較圖a和b。三、電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制線路（一）電動機(jī)正反轉(zhuǎn)線路（二）正反轉(zhuǎn)自動循環(huán)線路（一）電動機(jī)正反轉(zhuǎn)線路運(yùn)動形式：機(jī)床的主軸或進(jìn)給運(yùn)動需要兩個(gè)方向運(yùn)行，要求電動機(jī)能夠正反轉(zhuǎn)。工作過程：見圖1－7所示。分析：比較圖a、b、c（二）正反轉(zhuǎn)自動循環(huán)線路運(yùn)動形式：實(shí)際上是用行程開關(guān)來實(shí)現(xiàn)電動機(jī)正反轉(zhuǎn)的。組合機(jī)床、龍門刨床、銑床常用這種線路來實(shí)現(xiàn)往返循環(huán)。工作過程：見圖1－8所示。分析：四、電動機(jī)制動控制線路（一）能耗制動控制線路（二）反接制動控制線路（一）能耗制動控制線路運(yùn)動形式：在三相異步電動機(jī)要停車時(shí)切除三相電源的同時(shí)，把定子繞組接通直流電源，在轉(zhuǎn)速為零時(shí)再切除直流電源。工作過程：見圖1－9所示。分析比較：a圖與b圖（二）反接制動控制線路運(yùn)動形式：反接制動實(shí)際上是改變異步電動機(jī)定子繞組中的三相電源相序，產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向相反的轉(zhuǎn)矩，因而起制動作用。工作過程：見圖1－10所示。分析比較：a圖與b圖。注意：速度繼電器的使用。五、控制線路的其他基本環(huán)節(jié)（一）點(diǎn)動控制（二）聯(lián)鎖或互鎖（三）多點(diǎn)控制（四）工作循環(huán)制動控制（一）點(diǎn)動控制運(yùn)動形式：按按鈕時(shí)電動機(jī)轉(zhuǎn)動工作，手放開按鈕時(shí)，電動機(jī)即停止工作。用于機(jī)床刀架、橫梁、立柱的快速移動，機(jī)床的調(diào)整對刀等。工作過程：見圖1－18所示。分析比較：a圖、b圖和c圖。注意：機(jī)床在正常加工時(shí)需要連續(xù)不斷的工作，稱為長動。主要區(qū)別：控制電器能否自鎖。（二）聯(lián)鎖或互鎖運(yùn)動形式：在機(jī)床的控制線路中，經(jīng)常要求電動機(jī)有順序的起動，即按照工藝要求，電動機(jī)起動有一定的先后順序，不能隨便起動。工作過程：見圖1－19所示。分析比較：a圖和b圖。注意：互鎖也是一種聯(lián)鎖關(guān)系。強(qiáng)調(diào)了觸點(diǎn)間的互鎖作用，常用的有電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制等。（三）多點(diǎn)控制運(yùn)動形式：在大型機(jī)床設(shè)備中，為了操作方便，常要求能在多個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行控制。如兩個(gè)地方都可以控制的起動按鈕并聯(lián)連接；停止按鈕要串聯(lián)連接等。工作過程：見圖1－22所示。分析比較：a圖和b圖。（四）工作循環(huán)自動控制運(yùn)動形式：許多機(jī)床的自動循環(huán)控制都是靠行程控制來完成的。應(yīng)用行程開關(guān)來實(shí)現(xiàn)自動循環(huán)控制。工作過程：見圖1－23所示。六、電動機(jī)的保護(hù)（一）短路保護(hù)（二）過載保護(hù)（三）過電流保護(hù)（四）零電壓與欠電壓保護(hù)（五）弱磁保護(hù)（一）短路保護(hù)電動機(jī)繞組的絕緣、導(dǎo)線的絕緣損壞或線路發(fā)生故障時(shí)，造成短路現(xiàn)象，產(chǎn)生短路電流，使電氣設(shè)備損壞，必須迅速的將電源切斷。常用的短路保護(hù)元件有熔斷器和自動空氣開關(guān)。1.熔斷器：串聯(lián)在被保護(hù)的電路中；2.自動空氣開關(guān)：又稱為自動空氣熔斷器，常作低壓配電盤的總電源開關(guān)及電動機(jī)變壓器的合閘開關(guān).（二）過載保護(hù)電動機(jī)長期超載運(yùn)行，電動機(jī)繞組溫升超過其允許值，電動機(jī)的絕緣材料就要變脆，壽命減少，嚴(yán)重時(shí)使電動機(jī)損壞。過載電流越大，達(dá)到允許溫升的時(shí)間就越短。常用的過載保護(hù)為熱繼電器。注意：由于熱慣性，熱繼電器不會受電動機(jī)短時(shí)過載沖擊電流或短路電流的影響而瞬時(shí)動作，所以必須另設(shè)短路保護(hù)。（三）過電流保護(hù)過電流保護(hù)廣泛應(yīng)用于直流電動機(jī)或繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)，對于三相籠型電動機(jī)，短時(shí)過電流不會產(chǎn)生嚴(yán)重后果，故不采用過電流保護(hù)，而用短路保護(hù).過電流是由于不正確的起動和過大的負(fù)載轉(zhuǎn)矩引起的，一般比短路電流小。一般過電流的動作時(shí)的強(qiáng)度值為起動電流的1.2倍左右。（四）零電壓與欠電壓為了防止電壓恢復(fù)時(shí)電動機(jī)自行起動的保護(hù)叫零壓保護(hù)。在電源電壓降到一定允許值一下時(shí)將電源切斷，這就是欠電壓保護(hù)。（五）弱磁保護(hù)直流電動機(jī)在一定強(qiáng)度的磁場下才能起動，若磁場太弱，電動機(jī)的起動電流就會很大，直流電動機(jī)正在運(yùn)行時(shí)磁場突然減弱或消失，電動機(jī)轉(zhuǎn)速就會迅速升高，甚至發(fā)生飛車，因此需要采取弱勵(lì)磁保護(hù).弱磁保護(hù)通過電動機(jī)勵(lì)磁回路串入弱磁繼電器（電流繼電器）來實(shí)現(xiàn)，在電動機(jī)運(yùn)行中，若勵(lì)磁電流消失或降低很多，弱磁繼電器就釋放，其觸點(diǎn)切斷主回路接觸器線圈的電源，使電動機(jī)斷電停車。工作過程:(圖1－4)1.主回路：KM3主觸點(diǎn)閉合，使電動機(jī)接成星形，延時(shí)后，KM3主觸點(diǎn)打開，KM2主觸點(diǎn)閉合，電動機(jī)接成三角形，則電動機(jī)能實(shí)現(xiàn)降壓起動，后再自動轉(zhuǎn)換到正常速度運(yùn)行。2.控制回路：按下起動按鈕SB2,KM1和KM3通電，此時(shí)為星形起動，同時(shí)KT通電，延時(shí)后，KM1仍通電，KM2通電，KM3斷電，此時(shí)為三角形運(yùn)行。3.注意：KM2、KM3的動斷觸點(diǎn)保證了KM2和KM3的接觸器不能同時(shí)接通，防電源短路。同時(shí)，KM2的動斷觸點(diǎn)也使KT斷電。工作過程:（圖1－5）

1.主回路:用了兩個(gè)接觸器KM1和KM2進(jìn)行星-三角降壓起動的.電動機(jī)連接成星行或三角形都是通過KM2來實(shí)現(xiàn)的,KM2動斷觸點(diǎn)的接通與斷開實(shí)現(xiàn)星-三角轉(zhuǎn)換的。2.控制回路:按下起動復(fù)合按鈕SB2,KM1接通,同時(shí)KT延時(shí),KM2斷開,延時(shí)結(jié)束后,KM1斷后通,KM2通,KT斷。

分析：1.a圖中在電動機(jī)起動后KM1與KT一直得電動作，這是不必要的，b圖解決了這個(gè)問題。2.b圖中接觸器KM2得電后，它的動斷觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）將KM1與KT斷電，KM2自鎖，這樣，只要KM2得電，電動機(jī)就能正常運(yùn)行。工作過程：1.主回路：起動時(shí)KM1接通，是電路中串入電阻，使電動機(jī)定子繞組電壓降低，起動結(jié)束后，KM1斷開，KM2接通，使電阻短路，起動電壓恢復(fù)正常。2.控制回路：按下SB2，使KM1得電，串入電阻，同時(shí)，KT得電，開始延時(shí)，延時(shí)后，KM2得電，電阻短接，電動機(jī)正常運(yùn)行。工作過程：1.主電路：使電動機(jī)的兩個(gè)接觸器KM1和KM2的定子繞組相序改變，就可實(shí)現(xiàn)主電路的正反轉(zhuǎn)連接。2.控制電路：按下起動按鈕后，電動機(jī)的兩個(gè)接觸器KM1和KM2的線圈相繼起動，實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制。詳見圖1－7所示。3.注意：由于電動機(jī)正反轉(zhuǎn)接觸器KM1和KM2不能同時(shí)接通，所以，電路中需要必要的連鎖控制。分析：1.a圖中