電氣控制部分

電氣控制基礎第一節常用低壓電器第二節基本電氣控制電路第一節常用低壓電器介紹

低壓電器系統是由低壓控制電路和低壓執行機構（主要指電動機）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。電器是一種能根據外界的信號（機械力、電動力和其他物理量），自動或手動接通和斷開電路，從而斷續或連續的改變電路參數或狀態，實現對電路或非電對象的切換、控制、保護、檢測和調節用的電器元件或設備。一、觸頭理論及開關電器

觸頭是低壓電器的執行機構，在機械機構（銜鐵）的帶動下通過兩部分導體相互接觸，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來實現，低壓電器中最易受損的也是觸點。因此，要求觸點導電、導熱性能良好。觸點通常是用銅或銀材質制成。觸點有常開（動合）觸點和常閉（動斷）觸點兩種。觸點通常有兩種結構形式：橋式觸點和指形觸點。觸點接觸形式即觸點的類型如下：1.觸點類型按工作方式分：固定接觸、可分接觸、滑動及滾動接觸。按接觸方式分：點接觸、線接觸、面接觸。按斷點形式分：單斷點、雙斷點。2.接觸電阻收縮電阻：金屬導體內電力線會在有限觸點附近急聚收縮形成的。通常用Rs表示。膜電阻：導體表面在空氣中形成薄膜對電流造成阻礙構成膜電阻，通常用Rb表示。所以，Rj=Rs+Rb﹙Rj﹚接觸電阻經驗公式：式中，F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接觸電阻的簡化經驗公式：式中，K＝10Kj3.火花和電?。簩捎|點施加過高的電壓，兩觸點間的氣體就會被擊穿并產生火花。1）火花產生條件：①小的空氣間隙和高的觸點間電壓有利于擊穿發生。②觸點的形狀即觸點尖銳外突起表面更易擊穿。2）電弧生成過程：火花產生后，如果條件合適，高電場下的少量氣體離子經加速后會沖撞空氣分子，產生更多的離子，最后形成電弧，即：在通電狀態下，動、靜觸點脫離接觸時，如果被分斷電路的電流超過某一數值（0.25~1A），或分段后加在觸點間隙兩端電壓超過某一數值（12~20V），則觸點間隙中就會產生電弧。4.滅弧裝置：對于經常開閉的、控制大電流的觸點例如接觸器主觸點在斷開的瞬間，如果觸點在此瞬間停留時間過長，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.開關電器：用于對電源控制、保護和隔離。常分為隔離開關電器和主令開關電器。1）隔離開關電器：①刀開關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）主令開關電器：①控制按鈕：見圖1－11②位置開關行程開關又稱限位開關，見圖1－12接近開關又稱無觸點開關，見圖1－13③轉換開關，又叫萬能轉換開關，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，由電磁機構、觸點系統、滅弧系統、復位彈簧機構或緩沖裝置、支架與底座等幾部分組成。

接觸器控制主電路斷開，分為主觸點和輔助觸點，主觸點用于通斷主電路，通常三對常開，輔助觸點用于控制電路，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，有兩對常閉常開輔助觸點。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換，是一種根據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換見圖1－27三、通用低壓電器介紹1.低壓保護電器：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的電路串聯，當電路短路時，短路電路流過熔體，使之被加熱，部分熔體溶解氣化而熔斷，產生電弧，電弧使熔體繼續熔化，直到間隙足夠大，電弧熄滅，被保護電路與電源切斷，達到保護目的。2）熱繼電器：防止電動機或其他負載過載以及作為三相電動機的斷相保護.由發熱元件、雙金屬片等組成。工作原理：利用電流的熱效應的原理工作的。見圖1－123）低壓斷路器：也叫自動開關，常用于不頻繁通斷的低壓線路。在電路發生短路、過載、欠電壓和漏電故障是能自動分段故障電路。相當于刀開關、熔斷器、熱繼電器和欠電壓繼電器的組合。組成：由觸點系統、滅弧系統、保護裝置和傳動機構等組成。工作原理：見圖1－162.時間繼電器：按時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。按延時動作方式分：通電延時、斷電瞬時型和斷電延時、通電瞬時型兩種。見圖1－361）空氣阻尼時間繼電器：由電磁機構、延時機構和觸點裝置三部分構成。分類：通電延時斷電延時工作原理：利用空氣阻尼原理來實現延時的。見圖1－37。2）電子時間繼電器：目前有晶體管RC充放電延時型和IC數字型兩種。3.信號繼電器：是一種數字傳感器，作用：將外部物理量如速度、壓力、位移等轉換成觸點“開”、“閉”狀態，供低壓控制系統使用。1）速度繼電器：主要用于對異步電動機作速度控制，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備安裝圖電氣設備接線圖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系，不考慮電路元件的實安裝位置和實際連線情況。繪制規則：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；

控制電路用細線繪制，在右側。

第二節基本電氣控制電路2）同一電器的各導電部件如線圈和觸點不畫在一起，但用同一文字標明。3）電氣控制線路觸點按“平?！睜顟B繪出。如接觸器、繼電器按線圈未通電時的觸點狀態；按鈕、行程開關按未受外力時的狀態等。電氣設備安裝圖機械設備和控制柜的實際安裝位置。電氣設備接線圖各電氣設備間實際接線情況。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臥式車床主電動機或冷卻泵都采用直接起動控制線路。冷卻泵用開關直接起動；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）運動形式：正常運行時，定子繞組接成三角形，起動時接成星形，起動完畢后再恢復成三角形。2）工作過程：見圖1－4，1－5。其中圖1－5是用兩個接觸器和一個時間繼電器進行的降壓起動。（二）降壓起動控制線路2.定子串電阻降壓起動控制線路1）運動形式：起動時在三相定子電路中串接電阻，使電動機定子繞組電壓降低，起動后再將電阻短路，使電動機在正常電壓下運行。常應用在中小型車床中。2）工作過程：見圖1－6。3）分析：比較圖a和b。三、電動機正反轉控制線路（一）電動機正反轉線路（二）正反轉自動循環線路（一）電動機正反轉線路運動形式：機床的主軸或進給運動需要兩個方向運行，要求電動機能夠正反轉。工作過程：見圖1－7所示。分析：比較圖a、b、c（二）正反轉自動循環線路運動形式：實際上是用行程開關來實現電動機正反轉的。組合機床、龍門刨床、銑床常用這種線路來實現往返循環。工作過程：見圖1－8所示。分析：四、電動機制動控制線路（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動形式：在三相異步電動機要停車時切除三相電源的同時，把定子繞組接通直流電源，在轉速為零時再切除直流電源。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動形式：反接制動實際上是改變異步電動機定子繞組中的三相電源相序，產生與轉子轉動方向相反的轉矩，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節（一）點動控制（二）聯鎖或互鎖（三）多點控制（四）工作循環制動控制（一）點動控制運動形式：按按鈕時電動機轉動工作，手放開按鈕時，電動機即停止工作。用于機床刀架、橫梁、立柱的快速移動，機床的調整對刀等。工作過程：見圖1－18所示。分析比較：a圖、b圖和c圖。注意：機床在正常加工時需要連續不斷的工作，稱為長動。主要區別：控制電器能否自鎖。（二）聯鎖或互鎖運動形式：在機床的控制線路中，經常要求電動機有順序的起動，即按照工藝要求，電動機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：互鎖也是一種聯鎖關系。強調了觸點間的互鎖作用，常用的有電動機正反轉控制等。（三）多點控制運動形式：在大型機床設備中，為了操作方便，常要求能在多個地點進行控制。如兩個地方都可以控制的起動按鈕并聯連接；停止按鈕要串聯連接等。工作過程：見圖1－22所示。分析比較：a圖和b圖。（四）工作循環自動控制運動形式：許多機床的自動循環控制都是靠行程控制來完成的。應用行程開關來實現自動循環控制。工作過程：見圖1－23所示。六、電動機的保護（一）短路保護（二）過載保護（三）過電流保護（四）零電壓與欠電壓保護（五）弱磁保護（一）短路保護電動機繞組的絕緣、導線的絕緣損壞或線路發生故障時，造成短路現象，產生短路電流，使電氣設備損壞，必須迅速的將電源切斷。常用的短路保護元件有熔斷器和自動空氣開關。1.熔斷器：串聯在被保護的電路中；2.自動空氣開關：又稱為自動空氣熔斷器，常作低壓配電盤的總電源開關及電動機變壓器的合閘開關.（二）過載保護電動機長期超載運行，電動機繞組溫升超過其允許值，電動機的絕緣材料就要變脆，壽命減少，嚴重時使電動機損壞。過載電流越大，達到允許溫升的時間就越短。常用的過載保護為熱繼電器。注意：由于熱慣性，熱繼電器不會受電動機短時過載沖擊電流或短路電流的影響而瞬時動作，所以必須另設短路保護。（三）過電流保護過電流保護廣泛應用于直流電動機或繞線轉子異步電動機，對于三相籠型電動機，短時過電流不會產生嚴重后果，故不采用過電流保護，而用短路保護.過電流是由于不正確的起動和過大的負載轉矩引起的，一般比短路電流小。一般過電流的動作時的強度值為起動電流的1.2倍左右。（四）零電壓與欠電壓為了防止電壓恢復時電動機自行起動的保護叫零壓保護。在電源電壓降到一定允許值一下時將電源切斷，這就是欠電壓保護。（五）弱磁保護直流電動機在一定強度的磁場下才能起動，若磁場太弱，電動機的起動電流就會很大，直流電動機正在運行時磁場突然減弱或消失，電動機轉速就會迅速升高，甚至發生飛車，因此需要采取弱勵磁保護.弱磁保護通過電動機勵磁回路串入弱磁繼電器（電流繼電器）來實現，在電動機運行中，若勵磁電流消失或降低很多，弱磁繼電器就釋放，其觸點切斷主回路接觸器線圈的電源，使電動機斷電停車。工作過程:(圖1－4)1.主回路：KM3主觸點閉合，使電動機接成星形，延時后，KM3主觸點打開，KM2主觸點閉合，電動機接成三角形，則電動機能實現降壓起動，后再自動轉換到正常速度運行。2.控制回路：按下起動按鈕SB2,KM1和KM3通電，此時為星形起動，同時KT通電，延時后，KM1仍通電，KM2通電，KM3斷電，此時為三角形運行。3.注意：KM2、KM3的動斷觸點保證了KM2和KM3的接觸器不能同時接通，防電源短路。同時，KM2的動斷觸點也使KT斷電。工作過程:（圖1－5）

1.主回路:用了兩個接觸器KM1和KM2進行星-三角降壓起動的.電動機連接成星行或三角形都是通過KM2來實現的,KM2動斷觸點的接通與斷開實現星-三角轉換的。2.控制回路:按下起動復合按鈕SB2,KM1接通,同時KT延時,KM2斷開,延時結束后,KM1斷后通,KM2通,KT斷。

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