電氣控制基礎

一、電力拖動及其組成電力拖動是指用電動機拖動生產(chǎn)機械的工作機構使之運轉的一種方法。由于電力在生產(chǎn)、傳輸、分配、使用和控制等方面的優(yōu)越性，使電力拖動獲得了廣泛應用。目前在生產(chǎn)中大量使用的各式各樣的生產(chǎn)機械，如車床、鉆床、銑床、造紙機、軋鋼機等，都采用電力拖動。1、電力拖動系統(tǒng)的組成電力拖動系統(tǒng)作業(yè)機械設備的一部分，一般由四個子系統(tǒng)組成，如下圖所示。（1）電源電源是電動機和控制設備的能源，分為交流電源和直流電源。（2）電動機電動機是生產(chǎn)機械的原動機，其作用是將電能轉換成機械能電動機可分為交流電動機和直流電動機。（3）控制設備控制設備用來控制電動機的運轉，由各種控制電動機、電器、自動化元件及工業(yè)控制計算機等組成。（4）傳動機構傳動機構是在電動機與生產(chǎn)機械的工作機構之間傳遞動力的裝置，如減速箱、傳動帶、聯(lián)軸器等。2、電力拖動的特點（1）方便經(jīng)濟電能的生產(chǎn)、變換、傳輸都比較經(jīng)濟，分配、檢測和使用比較方便。（2）效率高電力拖動比蒸汽、壓縮空氣的拖動效率要高，且傳動機構簡單。（3）調節(jié)性能好電動機的類型很多，具有各種運行特性，可適應不同生產(chǎn)機械的需要，且電力拖動系統(tǒng)的啟動、制動、調速、反轉等控制簡便、迅速能實現(xiàn)較理想的控制目的。（4）易于實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化由于電力拖動可以實現(xiàn)遠距離控制與自動調節(jié)，且各種非電量（如位移、速度、溫度等）都可以通過傳感器轉變?yōu)殡娏孔饔糜谕蟿酉到y(tǒng)，因而能實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化。凡是根據(jù)外界特定的信號或要求，自動或手動接通和斷開電路，斷續(xù)和連續(xù)地改變電路參數(shù)，實現(xiàn)對電路或非電現(xiàn)象的切換、控制、保護、檢測和調節(jié)的電氣設備均稱為電器。根據(jù)工作電壓的高低，電器可分為高壓電器和低壓電器。工作在交流額定電壓1200V及以下、直流額定電壓1500V及以下的電器稱為低壓電器。低壓電器作為基本器件，廣泛應用于輸配電系統(tǒng)和電力拖動系統(tǒng)中，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交流運輸和國防工業(yè)中起著極其重要的作用。隨著科學技術的迅猛發(fā)展，工業(yè)自動化程度不斷提高，供電系統(tǒng)的容量不斷擴大，低壓電器的使用范圍也日益擴大，其品種規(guī)格不斷增加，產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度加快。同時，低壓電器額定電壓等級有相應提高的趨勢，電子技術也廣泛應用于低壓電器中，無觸點電器的應用逐步推廣和。低壓電器的種類很多，本單元主要介紹低壓開關、熔斷器（保險管）、主令電器、接觸器、繼電器、及電磁鐵等在電力拖動和自動控制系統(tǒng)中常用的低壓電器。二、低壓電器的分類、產(chǎn)品標準和常用術語1、低壓電器的分類按低壓電器的用途和所控制的對象，可分為低壓配電電器和低壓控制電器兩類。（1）低壓配電電器低壓配電電器包括刀開關、組合開關、熔斷器、斷路器等，主要用于低壓配電系統(tǒng)及動力設備中。2）低壓控制電器低壓控制電器包括接觸器、繼電器、電磁鐵等，主要用于電力拖動與自動控制系統(tǒng)中。按低壓電器的執(zhí)行機構，可分為有觸點電器和無觸點電器兩類。（1）有觸點電器有觸點電器具有可分離的動觸點和靜觸點，利用觸點的接觸和分離來實現(xiàn)電路的通斷控制。（2）無觸點電器無觸點電器沒有可分離的觸點，主要利用半導體元器件的開關效應來實現(xiàn)電路的通斷控制。2、低壓開關（1）、刀開關刀開關的種類很多，在電力拖動控制線路中最常用的是由刀開關和熔斷器組合而成的負荷開關。負荷開關分為開啟式負荷開關和封閉式負荷開關兩種。（2）、組合開關組合開關又叫轉換開關，它體積小，觸頭對數(shù)多，接線方式靈活，操作方便，常用于交流50Hz、380V以下及直流220V以下的電氣線路中，供手動不頻繁的接通和斷開電路、換接電源和負載以及控制5KW以下小容量異步電動機的啟動、停止和正反轉。3、低壓斷路器低壓斷路器又叫自動空氣開關和自動空氣斷路器，可簡稱斷路器。是低壓配電網(wǎng)絡和電力拖動系統(tǒng)中常用的一種配電電器，它集控制和多種保護功能于一體，在正常情況下可用于不頻繁地接通和斷開電路以及控制電動機的運行。當電路中發(fā)生短路、過載和失壓等故障時，能自動切斷故障電路，保護線路和電氣設備。低壓斷路器具有操作安全、安裝使用方便、工作可靠、動作值可調、分斷能力較高、兼顧多種保護、動作后不需要更換元件等優(yōu)點，因此得到廣泛應用。低壓斷路器按結構形式可分為塑殼式(又稱裝置式)、框架式(又稱萬能式)、限流式、直流快速式、滅磁式和漏電保護式等六類。當線路發(fā)生短路故障時，短路電流超過電磁脫扣器的瞬時脫扣整定電流，電磁脫扣器產(chǎn)生足夠大的吸力將銜鐵吸合，通過杠桿推動搭鉤與鎖扣分開，從而切斷電路，實現(xiàn)短路保護。低壓斷路器出廠時，電磁脫扣哭的瞬時脫扣整定電流一般整定為10IN(1IN為斷路哭的額定電流)。、低壓斷路器的一般選用原則低壓斷路器的額定電壓和額定電流應不小于線路的正常工作電壓和計算負載電流。熱脫扣器的整定電流應等于所控制負載的額定電流。電磁脫扣器的瞬時脫扣整定電流應大于負載正常工作時可能出現(xiàn)的峰值電流。用于控制電動機的斷路器，其瞬時脫扣整定電流可按下式選?。篒z$Kist式中，K為安全系數(shù)，可取1.5—1.7；1st為電動機的啟動電流。欠壓脫扣器的額定電壓應等于線路的額定電壓。斷路器的極限通斷能力應不小于電路最大短路電流。(2)、低壓斷路器的安裝及使用低壓斷路器應垂直于配電板安裝，電源引線應接到上端，負載引線接到下端。低壓斷路器用作電源總開關或電動機的控制開關時，在電源進線側必須加裝刀開關和熔斷器等，以形成明顯的斷開點。低壓斷路器的常見故障及處理方法

故障現(xiàn)象故障原因處理方法不能合閘（1）欠壓脫扣器無電壓或線圈損壞（2）儲能彈簧變形（3）反作用彈簧力過大（4）機構不能復位再扣（1）檢查施加電壓或更換線圈（2）更換儲能彈簧（3）重新調整（4）調整再扣接觸面至規(guī)定值電流達到整定值，斷路器不動作（1）熱脫扣器雙金屬片損壞（2）電磁脫扣器的銜鐵與鐵心距離太大或電磁線圈損壞（3）主觸頭熔焊（1）更換雙金屬片（2）調整銜鐵與鐵心的距離或更換斷路器（3）檢查原因并更換主觸頭啟動電動機時斷路器立即分斷（1）電磁脫扣器瞬動整定值過小（2）電磁脫扣器某些零件損壞（1）調整整定值至規(guī)定值（2）更換脫扣器斷路器閉合后經(jīng)一定時間自行分斷熱脫扣器整定值過小調咼整定值至規(guī)定值斷路器溫升過高（1）觸頭壓力過?。?）觸頭表面過分磨損或接觸不良（3）兩個導電零件連接螺釘松動（1）調整觸頭壓力或更換彈簧（2）更換觸頭或修整接觸面（3）重新擰緊4、主令電器主令電器是用作接通或斷開控制電路，以發(fā)出指令或作程序控制的開關電器。常用的主令電器有按鈕、位置開關、萬能轉換開關和主令控制器等。(1)、按鈕按鈕是一種具有用人體某一部分(一般為手指或手掌)所施加力而操作的操動器，并具有儲能(彈簧)復位的一種控制開關。按鈕的觸頭允許通過的電流較小，一般不超過5A,因此一般情況下它不直接控制主電路的通斷，而是在控制電路中發(fā)出指令或信號去控制接觸器、繼電器等電器，再由它們去控制主電路的通斷、功能轉換或電氣聯(lián)鎖。、位置開關位置開關是操動機構在機器的運動部件到達一個預定位置時操作的一種指示開關。它包括行程開關(限位開關)、接近開關等。3、萬能轉換開關4、接觸器接觸器是一種自動的電磁式開關，適用于遠距離頻繁地接通或斷開交直流主電路及大容量控制電路。其主要控制對象是電動機，也可用于控制其他負載，如電熱設備，電焊機以及電容器組等。它不僅能實現(xiàn)遠距離自動操作和欠電壓釋放保護功能，而且具有控制容量大、工作可靠、操作頻率高、使用壽命長等優(yōu)點，因而在電力拖動系統(tǒng)中得到了廣泛應有用。接觸器按主觸頭通過的電流種類，分為交流接觸器和直流接觸器兩種。(1)、交流接觸器交流接觸器的種類很多，目前常用的有我國自行設計生產(chǎn)的CJ10、CJ10和CJ20等系列以及引進國外先進技術生產(chǎn)的B系列、3TB系列等。另外，各種新型接觸器，如真空接觸器、固定接觸器等在電力拖動系統(tǒng)中也逐步得到推廣和應用。(2)、交流接觸器的工作原理當接觸器的線圈通電后，線圈中流過的電流產(chǎn)生磁場，使鐵心產(chǎn)生足夠大的吸力，克服反作用彈簧的反作用力，將銜鐵吸合，通過傳動機構帶動三個主觸頭和輔助常開觸頭閉合，輔助常閉觸頭斷開。當接觸器線圈斷電或電壓顯著下降時，由于電磁吸力消失或過小，銜鐵在反作用彈簧力的作用下復位，帶動各觸頭恢復到原始狀態(tài)。、直流接觸器直接接觸器是用于遠距離接通和分斷直流電路及頻繁地操作和控制電動機的一種自動控制電器。其結構及工作原理與交流接觸器基本相同，但也有一些區(qū)別。、真空接觸器真空交流接觸器的特點是主觸頭封閉在真空滅孤室內。因而具有體積小，通斷能力強、可靠性高、壽命長和維修工作量小等優(yōu)點。缺點是目前價格較高，限制了其推廣應用。、固體接觸器固體接觸器又叫半導體接觸器，是利用半導體開關電器來完成接觸功能的電器。目前生產(chǎn)的固體接觸器多數(shù)由晶閘管構成。如CJW1—200A/N型晶閘管交流接觸器柜是由五臺晶閘管交流接觸器組裝而成。固體接觸器在生產(chǎn)中的應用才剛剛開始，必須隨著電力電子技術的發(fā)展獲得逐步推廣。5、繼電器繼電器是一種根據(jù)輸入信號(電量和非電量)的變化，接通或斷開小電流電路，實現(xiàn)自動控制和保護電力拖動裝置的電器。一般情況下不直接控制電流較大的主電路，而是通過接觸器或其他電器對主電路進行控制。同接觸器相比，繼電器是具有觸頭分斷能力小、結構簡單、體積小、重量輕、反應靈敏、動作準確、工作可靠等特點。繼電器主要由感測機構、中間機構和執(zhí)行機構三部分組組成，感測機構是把感測到的電量或非電量傳遞給中間機構，并將它與預定值（整定值）相比較，當達到預定值（過量或欠量）時，中間機構便使執(zhí)行動作，從而接通或斷開電路。繼電器的分類方法有多種，按輸入信號的性質可分為：電壓繼電器、電流繼電器、速度繼電器、壓力繼電器等；按工作原理可分為：電磁式繼電器、電動式繼電器、感應式繼電器、晶體管式繼電器和熱繼電器等；按輸出方式可分為：有觸點式和無觸點式。（1）、熱繼電器熱繼電器是利用流過繼電器的電流所產(chǎn)生的熱效應而反時限動作的繼電器。所謂反時限動作，是指電器的延時動作時間隨通過電路電流的增加而縮短。熱繼電器主要用于電動機的過載保護、斷相保護、電流不平衡運行的保護及其他電氣設備發(fā)熱狀態(tài)的控制。熱繼電器的形式有多種，其中雙金屬片式應用最多。按極數(shù)劃分熱繼電器可分為單極、兩極和三極三種，其中三極的又包括帶斷相保護裝置的和不帶斷相保護裝置的；按復位方式分，有自動復位式（觸頭動作后能自動返回原來位置）和手動復位式；（2）、時間繼電器自得到動作信號起至觸頭動作或輸出電路產(chǎn)生跳躍式改變有一定延時時間，該延時時間又符合其準確度要求的繼電器稱為時間繼電器。它廣泛用于需要按時間順序進行控制的電氣控制線路中。常用的時間繼電器主要有電磁式、電動式、空氣阻尼式、晶體管式等。其中，電磁式時間繼電器的結構簡單，價格低廉，但體積和重量較大，延時較短，且只能用于直流斷電延時；電動式時間繼電器的延時精度高，延時可調范圍大(由幾分鐘到幾小時)，但結構復雜，價格貴。目前在電力拖動線路中應用較多的是空氣阻尼式時間繼電器。隨著電子技術的發(fā)展，近年來晶體管式時間繼電器的應用日益廣泛。、中間繼電器中間繼電器是用來增加控制電路中的信號數(shù)量或將信號放大的繼電器。其輸入信號是線圈的通電和斷電，輸出信號是觸頭的動作，由于觸頭的數(shù)量較多，所以可用來控制多個元件或回路。、電流繼電器反映輸入量為電流的繼電器叫做電流繼電器。使用時，電流繼電器的線圈串聯(lián)在被測電路中，根據(jù)通過線圈電流值的大小而動作。為了使串入電流繼電器線圈后不影響電路正常工作，電流繼電器線圈的匝數(shù)要少，導線要粗，阻抗要小。、電壓繼電器反映輸入量為電壓的繼電器叫電壓繼電器。使用時電壓繼電器的線圈并聯(lián)在被測量的電路中，根據(jù)線圈兩端電壓的大小而接通或斷開電路。因此這種繼電器線圈的導線細、匝數(shù)多、阻抗大。、速度繼電器速度繼電器是反映轉速和轉向的繼電器，其主要作用是以旋轉速度的快慢為指令信號，與接觸器配合實現(xiàn)對電動機的反接制動控制，故又稱為反接制動繼電器。機床控制線路中常用的速度繼電器有JY1型和JFZ0型。、壓力繼電器壓力繼電器經(jīng)常用于機械設備的液壓或氣壓控制系統(tǒng)中，它能根據(jù)壓力源壓力的變化情況決定觸頭的斷開或閉合，以便對機械設備提供某種保護或控制。、固態(tài)繼電器固態(tài)繼電器又叫半導體繼電器，是由半導體器件組成的繼電器。它是一種無觸點電子開關，利用分立元器件、集成電路及微電子技術實現(xiàn)了控制回路(輸入端)與負載回路(輸出端)之間的電隔離及信號耦合，沒有任何可動部件和接觸點，具有相當于電磁繼電器的功能。與電磁繼電器相比，它具有工作可靠、