工廠電氣控制技術(shù)

工廠電氣控制技術(shù)第1頁/共77頁本課程的目標(biāo)：培養(yǎng)實(shí)際應(yīng)用的能力本課程的具體要求：①熟悉常用控制電器的結(jié)構(gòu)原理、用途，具有合理選擇、使用主要控制電器的能力。②熟練掌握繼電接觸器控制線路的基本環(huán)節(jié)，具有閱讀和分析電氣控制線路的工作原理的能力。③熟悉典型設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)，具有從事電氣設(shè)備安裝、調(diào)試、維修和管理等知識(shí)。④具有設(shè)計(jì)和改進(jìn)一般安全機(jī)械設(shè)備電氣控制線路的基本能力。本課程的性質(zhì)：實(shí)用性與實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)課

第2頁/共77頁1、低壓電器的基本知識(shí)6、開關(guān)電器2、接觸器3、繼電器4、熔斷器5、主令電器本章小結(jié)第一章常用低壓電器

第3頁/共77頁1.1電器的作用與分類電器就是廣義的電氣設(shè)備。它可能很大、很復(fù)雜。例如一臺(tái)電視機(jī)、變壓器和一臺(tái)自動(dòng)化設(shè)備。它也可以很小、很簡單。例如一個(gè)鈕子開關(guān)或一個(gè)熔斷器。1低壓電器的基本知識(shí)低壓電器（LowvoltageApparatus）通常指工作在交、直流電壓1200V以下的電路中起通斷、控制、保護(hù)和調(diào)節(jié)作用的電氣設(shè)備。第4頁/共77頁1.1電器的作用與分類在工業(yè)意義上，電器是指能根據(jù)特定的信號(hào)和要求，自動(dòng)或手動(dòng)地接通或斷開電路，斷續(xù)或連續(xù)地改變電路參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路或非電對(duì)象的切換、控制、保護(hù)、檢測、變換和調(diào)節(jié)用的電氣設(shè)備。例如：開關(guān)、熔斷器等。1低壓電器的基本知識(shí)第5頁/共77頁電器的種類繁多，構(gòu)造各異通常按以下分類方法分為幾類：①按電壓等級(jí)分：高壓電器（High-voltageApparatus）、

低壓電器(Low-voltageApparatus)；②按所控制的對(duì)象分：低壓配電電器(DistributingApparatus)

低壓控制電器(ControlApparatus)。主要用于電力傳輸系統(tǒng)和電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)中。常用的有：主令電器、繼電器、啟動(dòng)器、控制器、電阻器、變阻器、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)等。主要用于低壓配電系統(tǒng)和動(dòng)力回路。常用的有：刀開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)、熔斷器、自動(dòng)開關(guān)、接觸器等。第6頁/共77頁④按工作職能分：手動(dòng)操作電器、自動(dòng)控制電器⑤按電器組合分：單個(gè)電器、成套電器與自動(dòng)化裝置；⑥按有無觸點(diǎn)分：有觸點(diǎn)電器、無觸點(diǎn)電器、混合式電器；⑦按使用場合分：一般工業(yè)用電器、特殊工礦用電器、農(nóng)用電器、家用電器、其他場合（如航空、船舶、熱帶、高原）用電器。③按使用系統(tǒng)分：電力系統(tǒng)用電器、

電力拖動(dòng)及自動(dòng)控制系統(tǒng)用電器、自動(dòng)化通信系統(tǒng)用電器；第7頁/共77頁本章主要涉及低壓電器、電力拖動(dòng)、自動(dòng)控制電器，如交直流接觸器、各類繼電器、自動(dòng)空氣斷路器、行程開關(guān)、熔斷器、主令電器等。低壓電器的發(fā)展過程(1)早期的手動(dòng)控制(2)繼電接觸器控制(3)順序邏輯控制(4)計(jì)算機(jī)控制階段第8頁/共77頁1.2低壓電器的電磁機(jī)構(gòu)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)第9頁/共77頁1.2.1電磁機(jī)構(gòu)(1)電磁機(jī)構(gòu)的分類電磁機(jī)構(gòu)是各種自動(dòng)化電磁式電器的主要組成部分之一，它將電磁能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，帶動(dòng)觸點(diǎn)使之閉合或斷開。電磁機(jī)構(gòu)由吸引線圈和磁路兩部分組成。磁路包括鐵芯(動(dòng))、銜鐵(靜)、鐵軛和空氣隙。圖1.1常用電磁機(jī)構(gòu)的形式1—鐵心；2—線圈；3—銜鐵第10頁/共77頁1）.電磁機(jī)構(gòu)——將電磁能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并帶動(dòng)觸頭動(dòng)作。

組成

原理：線圈通入電流，產(chǎn)生磁場，經(jīng)鐵芯、銜鐵和氣隙形成回路，產(chǎn)生電磁力，將銜鐵吸向鐵芯。鐵芯銜鐵線圈交流：硅鋼片疊加直流：整塊鑄鐵或鑄鋼直動(dòng)式轉(zhuǎn)動(dòng)式電壓線圈：并聯(lián)在電路中，匝數(shù)多、導(dǎo)線細(xì)。電流線圈：串聯(lián)在電路中，匝數(shù)少、導(dǎo)線粗。交流線圈：短而粗，有骨架。直流線圈：細(xì)而長，無骨架。第11頁/共77頁.短路環(huán)——減小銜鐵吸合時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)和噪音。交流電磁機(jī)構(gòu)第12頁/共77頁根據(jù)磁路定律電磁機(jī)構(gòu)的吸力F可近似地按下式求得吸力特性與反力特性第13頁/共77頁圖1.2直流電磁機(jī)構(gòu)的吸力特性圖1.3交流電磁機(jī)構(gòu)的吸力特性結(jié)論：對(duì)于交流電磁機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：有無氣隙吸力基本不變。缺點(diǎn)：吸合瞬間電流很大。對(duì)于直流電磁機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：有無氣隙吸力電流不變。缺點(diǎn)：吸合瞬間吸力很小，要增大吸力必須增大電流。第14頁/共77頁圖1.4吸力特性和反力特性1—直流接觸器吸力特性；2—交流接觸器吸力特性；3—反力特性吸力特性必須與反力特性配合適當(dāng)。第15頁/共77頁2）.觸頭系統(tǒng)——通過觸頭的開合控制電路通、斷。

類型

材料：一般采用銅材料制成；對(duì)于小容量電器常用銀質(zhì)材料制成橋式觸頭指形觸頭第16頁/共77頁執(zhí)行機(jī)構(gòu)低壓電器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般是由主觸點(diǎn)和其滅弧裝置構(gòu)成。(1)觸點(diǎn)觸點(diǎn)用來接通或斷開被控制的電路。圖1.6觸點(diǎn)的3種接觸形式第17頁/共77頁圖1.7指形觸點(diǎn)的接觸過程圖1.8觸點(diǎn)的位置示意圖第18頁/共77頁3）.滅弧系統(tǒng)

電?。涸诖髿庵虚_關(guān)電器切斷電流電路時(shí)，觸頭間電壓大于10V，電流超過80mA時(shí)，觸頭間會(huì)產(chǎn)生藍(lán)色的光柱，即電弧。電弧的危害：

延長了切斷故障的時(shí)間；

高溫引起電弧附近電氣絕緣材料燒壞；

形成飛弧造成電源短路事故。

滅弧措施：吹弧、拉弧、長弧割短弧、多斷口滅弧、利用介質(zhì)滅弧、改善觸頭表面材料。第19頁/共77頁接觸器（Contactor）是用來頻繁接通和切斷電動(dòng)機(jī)或其他負(fù)載主電路的一種自動(dòng)切換電器。主要控制對(duì)象是電動(dòng)機(jī)，能遠(yuǎn)距離控制。是控制大負(fù)荷用的。

接觸器主要由電磁系統(tǒng)、觸頭系統(tǒng)和滅弧裝置組成。2、接觸器接觸器分為交流接觸器和直流接觸器。交流接觸器線圈通以交流電，主觸點(diǎn)接通、斷開交流主電路。用于交流電路中。直流接觸器線圈通以直流電，主觸點(diǎn)接通、斷開直流主電路。用于直流電路中。第20頁/共77頁觸頭系統(tǒng)：主觸頭、輔助觸頭

常開觸頭（動(dòng)合觸頭）常閉觸頭（動(dòng)斷觸頭）電磁系統(tǒng)：動(dòng)、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2、接觸器1．結(jié)構(gòu)

一、交流接觸器

第21頁/共77頁2、

接觸器交流接觸器結(jié)構(gòu)圖主觸頭常閉輔助觸頭常開輔助觸頭靜鐵心動(dòng)鐵心吸引線圈滅弧裝置第22頁/共77頁如圖所示，交流接觸器主要由電磁機(jī)構(gòu)（包括電磁線圈1、鐵心2和銜鐵3）、觸頭系統(tǒng)（主觸頭4和輔助觸頭5）、滅弧裝置（圖中未畫出）及其他部分組成。2．工作原理

2、

接觸器第23頁/共77頁用途：遠(yuǎn)距離通斷直流電路或控制直流電動(dòng)機(jī)的頻繁起停。結(jié)構(gòu)：電磁機(jī)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。2、接觸器二、直流接觸器

第24頁/共77頁額定電壓

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、440V2、

接觸器三、接觸器的主要技術(shù)指標(biāo)

第25頁/共77頁

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(jí)一致；額定電流應(yīng)大于或等于被控主回路的額定電流。2、

接觸器三、接觸器的使用選擇原則

主電路：直接給電動(dòng)機(jī)繞組供電的電路?？刂齐娐罚簩?duì)主電路的動(dòng)作實(shí)施控制的電路。第26頁/共77頁線圈鐵芯銜鐵主觸頭彈簧輔助觸頭M3~電機(jī)~380~~線圈符號(hào)：KM動(dòng)作過程線圈通電銜鐵被吸合觸頭閉合電機(jī)接通電源第27頁/共77頁KM常閉輔助觸點(diǎn)線圈KM主觸點(diǎn)KM常開輔助觸點(diǎn)KM2、

接觸器四、接觸器的符號(hào)

第28頁/共77頁作用：控制、放大、聯(lián)鎖、保護(hù)和調(diào)節(jié)分類：按用途分：控制和保護(hù)繼電器按動(dòng)作原理分：電磁式、感應(yīng)式、電動(dòng)式、電子式、機(jī)械式按輸入量分：電流、電壓、時(shí)間、速度、壓力按動(dòng)作時(shí)間分：瞬時(shí)、延時(shí)繼電器特點(diǎn)：額定電流不大于5A3、

繼電器第29頁/共77頁.繼電特性繼電器的主要特性是輸入－輸出特性，又稱繼電特性，繼電特性曲線如下圖所示。當(dāng)繼電器輸入量X由零增至Xｏ以前，繼電器輸出量Y為零。當(dāng)輸入量X增加到Xｏ時(shí)，繼電器吸合，輸出量為Yｌ；若X繼續(xù)增大，Y保持不變。當(dāng)X減小到Xr時(shí)，繼電器釋放，輸出量由Yｌ變?yōu)榱?，若X繼續(xù)減小，Y值均為零。繼電器的特性及主要參數(shù)繼電器(Relay)是一種根據(jù)特定形式的輸入信號(hào)而動(dòng)作的自動(dòng)控制電器。第30頁/共77頁一、電流繼電器特點(diǎn)：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3、

繼電器

電磁式繼電器常用的電磁式繼電器有電流繼電器、電壓繼電器、中間繼電器和時(shí)間繼電器。第31頁/共77頁欠電流繼電器KAI<KAKA過電流繼電器>IKAKAKA一、電流繼電器3、

繼電器第32頁/共77頁動(dòng)作電流Ｉq：使電流繼電器開始動(dòng)作所需的電流值；返回電流Ｉf：電流繼電器動(dòng)作后返回原狀態(tài)時(shí)的電流值；返回系數(shù)Ｋf：返回值與動(dòng)作值之比，Ｋf＝Ｉf/Ｉq。主要技術(shù)指標(biāo)：一、電流繼電器3、

繼電器第33頁/共77頁特點(diǎn)：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3、

繼電器第34頁/共77頁

中間繼電器實(shí)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(diǎn)數(shù)量較多，在電路中主要是擴(kuò)展觸點(diǎn)的數(shù)量。三、中間繼電器3、

繼電器第35頁/共77頁作用：電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)利用雙金屬片受熱彎曲去推動(dòng)杠桿使觸頭動(dòng)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(dòng)作四、熱繼電器3、

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(dòng)作機(jī)構(gòu)等部分組成。第36頁/共77頁熱繼電器主要用于過載、缺相及三相電流不平衡的保護(hù)。熱繼電器的形式有多種，其中以雙金屬片式應(yīng)用最多。雙金屬片式熱繼電器主要由發(fā)熱元件1、主雙金屬片2和觸點(diǎn)4三部分組成，如右圖所示。主雙金屬片2是熱繼電器的感測元件，由兩種膨脹系數(shù)不同的金屬片輾壓而成。當(dāng)串聯(lián)在電動(dòng)機(jī)定子繞組中的熱元件有電流流過時(shí)，熱元件產(chǎn)生的熱量使雙金屬片伸長，由于膨脹系數(shù)不同，致使雙金屬片發(fā)生彎曲。電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，雙金屬片的彎曲程度不足以使熱繼電器動(dòng)作。但是當(dāng)電動(dòng)機(jī)過載時(shí)，流過熱元件的電流增大，加上時(shí)間效應(yīng)，就會(huì)加大雙金屬片的彎曲程度，最終使雙金屬片推動(dòng)導(dǎo)板3使熱繼電器的觸點(diǎn)4動(dòng)作，切斷電動(dòng)機(jī)的控制電路。熱繼電器動(dòng)畫演示四、熱繼電器第37頁/共77頁四、熱繼電器3、

繼電器a）

外形

b）結(jié)構(gòu)圖

1-電流整定裝置

2-主電路接線柱

3-復(fù)位按鈕

4-常閉觸頭

5-動(dòng)作機(jī)構(gòu)

6-熱元件

31-常閉觸頭接線柱32-公共動(dòng)觸頭接線柱

33-常開觸頭接線柱

雙金屬片式熱繼電器第38頁/共77頁1-1.接線端子

2-主雙金屬片

3-熱元件

4-推動(dòng)導(dǎo)板

5-補(bǔ)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(dòng)觸頭

110-復(fù)位按鈕

11-偏心輪

12-支撐件

13-彈簧

四、熱繼電器3、

繼電器雙金屬片式熱繼電器原理示意圖第39頁/共77頁作用：電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)利用雙金屬片受熱彎曲去推動(dòng)杠桿使觸頭動(dòng)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(dòng)作四、熱繼電器3、

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(dòng)作機(jī)構(gòu)等部分組成。第40頁/共77頁使用與選擇使用：作為電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的額定電流。四、熱繼電器3、

繼電器第41頁/共77頁作用：按整定時(shí)間長短通斷電路分類：按構(gòu)成原理分：電磁式電動(dòng)式空氣阻尼式晶體管式數(shù)字式按延時(shí)方式分：通電延時(shí)型斷電延時(shí)型

五、時(shí)間繼電器第42頁/共77頁(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(a)線圈一般符號(hào)(b)通電延時(shí)線圈(c)斷電延時(shí)線圈(d)通電延時(shí)閉合動(dòng)合（常開）觸點(diǎn)(e)通電延時(shí)斷開動(dòng)斷（常閉）觸點(diǎn)（f）斷電延時(shí)斷開動(dòng)合（常開）觸點(diǎn)（g）斷電延時(shí)閉合動(dòng)斷（常閉）觸點(diǎn)（h）瞬動(dòng)觸點(diǎn)五、時(shí)間繼電器符號(hào)(KT)第43頁/共77頁五、時(shí)間繼電器第44頁/共77頁五、時(shí)間繼電器第45頁/共77頁作用：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(dòng)機(jī)類似參數(shù)：動(dòng)作轉(zhuǎn)速：>120rpm

復(fù)位轉(zhuǎn)速：<100rpm六、速度繼電器第46頁/共77頁定子---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(hào)六、速度繼電器轉(zhuǎn)子---圓柱形永久磁鐵，與電動(dòng)機(jī)同軸連接。第47頁/共77頁六、速度繼電器速度繼電器主要用于異步電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)控制，亦稱反接制動(dòng)繼電器。第48頁/共77頁壓力繼電器光電繼電器溫度繼電器七、其它繼電器第49頁/共77頁作用：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(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，價(jià)格便宜，體小量輕分類：

第五節(jié)其它常用電器瓷插式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1、低壓熔斷器第50頁/共77頁瓷插式熔斷器2、熔斷器第51頁/共77頁螺旋式熔斷器2、熔斷器第52頁/共77頁有填料式熔斷器2、熔斷器第53頁/共77頁無填料密封式熔斷器2、熔斷器第54頁/共77頁快速熔斷器2、熔斷器第55頁/共77頁

由于熱繼電器是間接受熱而動(dòng)作的，熱慣性較大，因而即使通過發(fā)熱元件的電流短時(shí)間內(nèi)超過整定電流幾倍，熱繼電器也不會(huì)立即動(dòng)作。只有這樣，在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)熱繼電器才不會(huì)因起動(dòng)電流大而動(dòng)作，否則電動(dòng)機(jī)將無法起動(dòng)。反之，如果電流超過整定電流不多，但時(shí)間一長也會(huì)動(dòng)作。由此可見，熱繼電器與熔斷器的作用是不同的，熱繼電器只能作過載保護(hù)而不能作短路保護(hù)，而熔斷器則只能作短路保護(hù)而不能作過載保護(hù)。在一個(gè)較完善的控制電路中，特別是容量較大的電動(dòng)機(jī)中，這兩種保護(hù)都應(yīng)具備。第56頁/共77頁自恢復(fù)熔斷器2、熔斷器第57頁/共77頁三、低壓斷路器

功能：不頻繁通斷電路，并能在電路過載、短路及失壓時(shí)自動(dòng)分?jǐn)嚯娐贰?/p>

特點(diǎn)：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(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。第58頁/共77頁萬能式低壓斷路器結(jié)構(gòu)圖第59頁/共77頁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(lì)脫扣器5．熱脫扣器6．失壓脫扣器

7．按鈕第60頁/共77頁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(lì)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)第61頁/共77頁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(lì)脫扣器5．熱脫扣器6．失壓脫扣器7．按鈕遠(yuǎn)距離跳閘，對(duì)電路不起保護(hù)作用第62頁/共77頁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(lì)脫扣器5．熱脫扣器6．失壓脫扣器7．按鈕線路過載保護(hù)第63頁/共77頁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(lì)脫扣器5．熱脫扣器6．失壓脫扣器

7．按鈕電動(dòng)機(jī)的失壓保護(hù)第64頁/共77頁第65頁/共77頁作用：發(fā)送控制命令或信號(hào)的電器分類：控制按鈕