電氣控制基礎(chǔ)

一、電力拖動及其組成電力拖動是指用電動機(jī)拖動生產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)使之運(yùn)轉(zhuǎn)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(yīng)用。目前在生產(chǎn)中大量使用的各式各樣的生產(chǎn)機(jī)械，如車床、鉆床、銑床、造紙機(jī)、軋鋼機(jī)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(jī)械設(shè)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(jī)和控制設(shè)備的能源，分為交流電源和直流電源。（2）電動機(jī)電動機(jī)是生產(chǎn)機(jī)械的原動機(jī)，其作用是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能電動機(jī)可分為交流電動機(jī)和直流電動機(jī)。（3）控制設(shè)備控制設(shè)備用來控制電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，由各種控制電動機(jī)、電器、自動化元件及工業(yè)控制計算機(jī)等組成。（4）傳動機(jī)構(gòu)傳動機(jī)構(gòu)是在電動機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)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(diǎn)（1）方便經(jīng)濟(jì)電能的生產(chǎn)、變換、傳輸都比較經(jīng)濟(jì)，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(jī)構(gòu)簡單。（3）調(diào)節(jié)性能好電動機(jī)的類型很多，具有各種運(yùn)行特性，可適應(yīng)不同生產(chǎn)機(jī)械的需要，且電力拖動系統(tǒng)的啟動、制動、調(diào)速、反轉(zhuǎn)等控制簡便、迅速能實(shí)現(xiàn)較理想的控制目的。（4）易于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化由于電力拖動可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制與自動調(diào)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(zhuǎn)變?yōu)殡娏孔饔糜谕蟿酉到y(tǒng)，因而能實(shí)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(shí)現(xiàn)對電路或非電現(xiàn)象的切換、控制、保護(hù)、檢測和調(diào)節(jié)的電氣設(shè)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(yīng)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(yùn)輸和國防工業(yè)中起著極其重要的作用。隨著科學(xué)技術(shù)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(kuò)大，低壓電器的使用范圍也日益擴(kuò)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(yīng)提高的趨勢，電子技術(shù)也廣泛應(yīng)用于低壓電器中，無觸點(diǎn)電器的應(yīng)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(guān)、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(biāo)準(zhǔn)和常用術(shù)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(guān)、組合開關(guān)、熔斷器、斷路器等，主要用于低壓配電系統(tǒng)及動力設(shè)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(jī)構(gòu)，可分為有觸點(diǎn)電器和無觸點(diǎn)電器兩類。（1）有觸點(diǎn)電器有觸點(diǎn)電器具有可分離的動觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)，利用觸點(diǎn)的接觸和分離來實(shí)現(xiàn)電路的通斷控制。（2）無觸點(diǎn)電器無觸點(diǎn)電器沒有可分離的觸點(diǎn)，主要利用半導(dǎo)體元器件的開關(guān)效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)電路的通斷控制。2、低壓開關(guān)（1）、刀開關(guān)刀開關(guān)的種類很多，在電力拖動控制線路中最常用的是由刀開關(guān)和熔斷器組合而成的負(fù)荷開關(guān)。負(fù)荷開關(guān)分為開啟式負(fù)荷開關(guān)和封閉式負(fù)荷開關(guān)兩種。（2）、組合開關(guān)組合開關(guān)又叫轉(zhuǎn)換開關(guān)，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(fù)載以及控制5KW以下小容量異步電動機(jī)的啟動、停止和正反轉(zhuǎn)。3、低壓斷路器低壓斷路器又叫自動空氣開關(guān)和自動空氣斷路器，可簡稱斷路器。是低壓配電網(wǎng)絡(luò)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(hù)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(jī)的運(yùn)行。當(dāng)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(hù)線路和電氣設(shè)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(diào)、分?jǐn)嗄芰^高、兼顧多種保護(hù)、動作后不需要更換元件等優(yōu)點(diǎn)，因此得到廣泛應(yīng)用。低壓斷路器按結(jié)構(gòu)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(hù)式等六類。當(dāng)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(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。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(yīng)不小于線路的正常工作電壓和計算負(fù)載電流。熱脫扣器的整定電流應(yīng)等于所控制負(fù)載的額定電流。電磁脫扣器的瞬時脫扣整定電流應(yīng)大于負(fù)載正常工作時可能出現(xiàn)的峰值電流。用于控制電動機(jī)的斷路器，其瞬時脫扣整定電流可按下式選取：Iz$Kist式中，K為安全系數(shù)，可取1.5—1.7；1st為電動機(jī)的啟動電流。欠壓脫扣器的額定電壓應(yīng)等于線路的額定電壓。斷路器的極限通斷能力應(yīng)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(yīng)垂直于配電板安裝，電源引線應(yīng)接到上端，負(fù)載引線接到下端。低壓斷路器用作電源總開關(guān)或電動機(jī)的控制開關(guān)時，在電源進(jìn)線側(cè)必須加裝刀開關(guān)和熔斷器等，以形成明顯的斷開點(diǎn)。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(jī)構(gòu)不能復(fù)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(diào)整（4）調(diào)整再扣接觸面至規(guī)定值電流達(dá)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(diào)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(jī)時斷路器立即分?jǐn)啵?）電磁脫扣器瞬動整定值過?。?）電磁脫扣器某些零件損壞（1）調(diào)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?jǐn)酂崦摽燮髡ㄖ颠^小調(diào)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(dǎo)電零件連接螺釘松動（1）調(diào)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(guān)電器。常用的主令電器有按鈕、位置開關(guān)、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)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(fù)位的一種控制開關(guān)。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?nèi)タ刂浦麟娐返耐〝?、功能轉(zhuǎn)換或電氣聯(lián)鎖。、位置開關(guān)位置開關(guān)是操動機(jī)構(gòu)在機(jī)器的運(yùn)動部件到達(dá)一個預(yù)定位置時操作的一種指示開關(guān)。它包括行程開關(guān)(限位開關(guān))、接近開關(guān)等。3、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)4、接觸器接觸器是一種自動的電磁式開關(guān)，適用于遠(yuǎn)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(jī)，也可用于控制其他負(fù)載，如電熱設(shè)備，電焊機(jī)以及電容器組等。它不僅能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離自動操作和欠電壓釋放保護(hù)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(diǎn)，因而在電力拖動系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)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(shè)計生產(chǎn)的CJ10、CJ10和CJ20等系列以及引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)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(yīng)用。(2)、交流接觸器的工作原理當(dāng)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(jī)構(gòu)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(dāng)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(fù)位，帶動各觸頭恢復(fù)到原始狀態(tài)。、直流接觸器直接接觸器是用于遠(yuǎn)距離接通和分?jǐn)嘀绷麟娐芳邦l繁地操作和控制電動機(jī)的一種自動控制電器。其結(jié)構(gòu)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(diǎn)是主觸頭封閉在真空滅孤室內(nèi)。因而具有體積小，通斷能力強(qiáng)、可靠性高、壽命長和維修工作量小等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是目前價格較高，限制了其推廣應(yīng)用。、固體接觸器固體接觸器又叫半導(dǎo)體接觸器，是利用半導(dǎo)體開關(guān)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(gòu)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(yīng)用才剛剛開始，必須隨著電力電子技術(shù)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(shí)現(xiàn)自動控制和保護(hù)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(jìn)行控制。同接觸器相比，繼電器是具有觸頭分?jǐn)嗄芰π　⒔Y(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、反應(yīng)靈敏、動作準(zhǔn)確、工作可靠等特點(diǎn)。繼電器主要由感測機(jī)構(gòu)、中間機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分組組成，感測機(jī)構(gòu)是把感測到的電量或非電量傳遞給中間機(jī)構(gòu)，并將它與預(yù)定值（整定值）相比較，當(dāng)達(dá)到預(yù)定值（過量或欠量）時，中間機(jī)構(gòu)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(zhì)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(yīng)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(diǎn)式和無觸點(diǎn)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(yīng)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(jī)的過載保護(hù)、斷相保護(hù)、電流不平衡運(yùn)行的保護(hù)及其他電氣設(shè)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(yīng)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(hù)裝置的和不帶斷相保護(hù)裝置的；按復(fù)位方式分，有自動復(fù)位式（觸頭動作后能自動返回原來位置）和手動復(fù)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(zhǔn)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(jìn)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(jié)構(gòu)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(diào)范圍大(由幾分鐘到幾小時)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格貴。目前在電力拖動線路中應(yīng)用較多的是空氣阻尼式時間繼電器。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，近年來晶體管式時間繼電器的應(yīng)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?qū)⑿盘柗糯蟮睦^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(dǎo)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(dǎo)線細(xì)、匝數(shù)多、阻抗大。、速度繼電器速度繼電器是反映轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的繼電器，其主要作用是以旋轉(zhuǎn)速度的快慢為指令信號，與接觸器配合實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)的反接制動控制，故又稱為反接制動繼電器。機(jī)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(jī)械設(shè)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(jī)械設(shè)備提供某種保護(hù)或控制。、固態(tài)繼電器固態(tài)繼電器又叫半導(dǎo)體繼電器，是由半導(dǎo)體器件組成的繼電器。它是一種無觸點(diǎn)電子開關(guān)，利用分立元器件、集成電路及微電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)了控制回路(輸入端)與負(fù)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(diǎn)，具有相當(dāng)于電磁繼電器的功能。與電磁繼電器相比，它具有工作可靠、