電器控制基本知識(shí)

1、第1章 電器控制基本知識(shí) 教學(xué)提示：在電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)中，各類生產(chǎn)機(jī)械均由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，因此，在生產(chǎn)過(guò)程中要對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制，使生產(chǎn)機(jī)械各部件的動(dòng)作按順序進(jìn)行，保證生產(chǎn)過(guò)程和工藝合乎要求。因此，掌握電氣控制電路的基本原理，對(duì)理解生產(chǎn)機(jī)械的整體電氣控制電路的原理和維修非常重要。本章將對(duì)一些常用的控制電器作簡(jiǎn)單介紹，同時(shí)對(duì)一些基本控制線路的組成、工作原理和作用作相關(guān)介紹。 教學(xué)目標(biāo)：通過(guò)對(duì)常用低壓電器、電氣控制技術(shù)的學(xué)習(xí)，掌握繼電器、接觸器、按鈕開(kāi)關(guān)等常規(guī)控制電器的動(dòng)作執(zhí)行特點(diǎn)，由此達(dá)到會(huì)分析機(jī)械設(shè)備電氣控制原理，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單設(shè)備電氣控制柜的原理圖、接線圖。 1.1 常用工廠電器常用工廠電器1.2

2、繼電器控制線路基礎(chǔ)繼電器控制線路基礎(chǔ)1.1 1.1 常用工廠電器常用工廠電器1.1.1 按鈕按鈕1.1.2 接觸器接觸器1.1.3 繼電器繼電器1.1.1 1.1.1 按鈕按鈕 按鈕開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)如右圖 按鈕的動(dòng)作： 按下按鈕時(shí)，先斷開(kāi)常閉觸點(diǎn)，后接通常開(kāi)觸點(diǎn)；按鈕釋放后，在復(fù)位彈簧的作用下，按鈕觸點(diǎn)自動(dòng)復(fù)位的先后順序相反。通常，在無(wú)特殊說(shuō)明的情況下，有觸點(diǎn)電器的觸點(diǎn)動(dòng)作順序均為“先斷后合”。 1按鈕帽 2復(fù)位彈簧 3橋式觸點(diǎn) 4常開(kāi)靜觸點(diǎn) 5常閉靜觸點(diǎn)圖l-2 按鈕開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖 國(guó)際GB5226-85對(duì)按鈕顏色作了如下規(guī)定： 1）“停止”和“急停”按鈕必須是紅色；2）“啟動(dòng)”按鈕顏色為綠色；3

3、）“啟動(dòng)”與“停止”交替動(dòng)作的按鈕必須是黑 白、白色或灰色；4）“點(diǎn)動(dòng)”按鈕必須為黑色；5）“復(fù)位”按鈕必須為藍(lán)色。 控制按鈕的選擇： 要考慮其使用的場(chǎng)所，根據(jù)具體的控制方式和要求選擇按鈕的結(jié)構(gòu)形式、所需要的觸點(diǎn)數(shù)量、種類及顏色。 按鈕開(kāi)關(guān)的圖形符號(hào)及文字符號(hào)如下圖。 （a）常開(kāi)觸點(diǎn) （b）常閉觸點(diǎn) （c）復(fù)合觸點(diǎn) 圖1-3 按鈕開(kāi)關(guān)的圖形和文字符號(hào)1.1.2 1.1.2 接觸器接觸器 接觸器是一種自動(dòng)的電磁式開(kāi)關(guān)，它通過(guò)電磁力作用下的吸合和反力彈簧作用下的釋放，使觸頭閉合和分?jǐn)?，?dǎo)致電路的接通和斷開(kāi)。 接觸器在電力拖動(dòng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)中，主要控制對(duì)象是電動(dòng)機(jī)，也可用于控制電熱設(shè)備、電焊機(jī)、電容

4、器組等其他負(fù)載。 接觸器具有欠壓保護(hù)、零壓保護(hù)、操作頻率高、控制容量大、工作可靠、使用壽命長(zhǎng)、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，它是自動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用最多的一種電器。 接觸器的分類 1. 交流接觸器 2. 直流接觸器 接觸器的圖形符號(hào)如下圖所示，文字符號(hào)為KM。 (a)線圈 (b)主觸點(diǎn) (c)輔助觸點(diǎn) 圖1-5 接觸器的圖形符號(hào) 交流接觸器主要由四部分組成： 1）電磁機(jī)構(gòu) 2）觸點(diǎn)系統(tǒng) 3）滅弧裝置 4）其他部件 CJ10-20型交流接觸器的外形與結(jié)構(gòu)如右圖 1滅弧罩 2觸點(diǎn)壓力彈簧片 3主觸點(diǎn) 4反作用彈簧 5線圈 6短路環(huán) 7靜鐵心 8彈簧 9動(dòng)鐵心 10輔助常開(kāi)觸點(diǎn) 11輔助常閉觸點(diǎn) 圖l-4 CJ10

5、-20型交流接觸器 直流接觸器主要用于遠(yuǎn)距離接通或分?jǐn)囝~定電壓至440V，額定電流至630V的直流電路或頻繁地操作和控制直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、停止、反轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)制動(dòng)。 直流接觸器的結(jié)構(gòu)和原理基本上與交流接觸器相同，如右圖。1鐵心 2線圈 3銜鐵 4靜觸點(diǎn) 5動(dòng)觸點(diǎn)6輔助觸點(diǎn) 7、8接線柱 9反作用彈簧 10底板圖l-6 直流接觸器的結(jié)構(gòu)原理圖 1.1.3 1.1.3 繼電器繼電器 繼電器是根據(jù)電量或非電量（如電壓、電流、轉(zhuǎn)速、時(shí)間、溫度等）的變化，來(lái)接通和分?jǐn)嗫刂齐娐?，?shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和保護(hù)電力推動(dòng)裝置的電器。 繼電器主要用于反映控制信號(hào)，一般不用來(lái)直接控制電流較強(qiáng)的主電路，因此與接觸器相比，其分?jǐn)嗄芰^

6、小，一般不設(shè)滅弧裝置。 由于繼電器在控制線路中的重要性，要求繼電器具有反映靈敏、動(dòng)作準(zhǔn)確、切換迅速、工作可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕等特點(diǎn)。 繼電器的分類1. 電磁式繼電器 按吸引線圈的電流種類可分為：交流電磁繼電器和直流電磁繼電器； 按繼電器反映的參數(shù)可分為：電流繼電器、電壓繼電器、中間繼電器等。2. 時(shí)間繼電器 根據(jù)觸頭延時(shí)的特點(diǎn)，可分為通電延時(shí)與斷電延時(shí)兩種 按其動(dòng)作原理可分為電磁式、電動(dòng)式、空氣阻尼式、晶體管式等。常用的為空氣阻尼式。 3. 熱繼電器 1. 電磁式繼電器 電磁式繼電器屬于有觸點(diǎn)自動(dòng)切換電器，廣泛應(yīng)用于電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，起控制、放大、連鎖、保護(hù)與調(diào)節(jié)的作用，以實(shí)現(xiàn)控制過(guò)程

7、的自動(dòng)化。它是應(yīng)用最早也是應(yīng)用最多的一種繼電器。 電磁式繼電器典型結(jié)構(gòu)如右圖 1座底 2反力彈簧 3、4調(diào)節(jié)螺釘 5非磁性墊片 6銜鐵 7鐵心 8極靴 9電磁線圈 10觸點(diǎn)系統(tǒng)圖1-7 電磁式繼電器典型結(jié)構(gòu)圖1）電流繼電器 電流繼電器是根據(jù)電流值的大小而動(dòng)作的繼電器。它串聯(lián)在被測(cè)電路中，所反映的是電路中電流的變化。 為使電流串入電流繼電器后不影響電路正常工作，要求電流繼電器線圈的匝數(shù)要少、導(dǎo)線要粗、阻抗要小，這樣線圈的功率損耗較小。 電流繼電器根據(jù)用途不同可分為過(guò)電流、欠電流繼電器。 電流繼電器在電氣原理圖中的符號(hào)如下圖。 過(guò)電流線圈 欠電流線圈 常開(kāi)觸頭 常閉觸頭 圖1-8 電流繼電器符號(hào)2

8、）電壓繼電器 電壓繼電器是根據(jù)電壓大小而動(dòng)作的繼電器。它并聯(lián)在被測(cè)電路中，反映被測(cè)電路中電壓的變化，要求線圈匝數(shù)多、導(dǎo)線細(xì)、阻抗大。 電壓繼電器在電氣原理圖中的符號(hào)如下圖。 過(guò)電壓線圈 欠電壓線圈 常開(kāi)觸頭 常閉觸頭 圖1-9 電壓繼電器符號(hào) 3）中間繼電器 中間繼電器是將一個(gè)輸入信號(hào)變成多個(gè)輸出信號(hào)，或?qū)⑿盘?hào)放大（即增大觸點(diǎn)容量），起到信號(hào)中轉(zhuǎn)作用的繼電器。 中間繼電器在電氣原理圖中的符號(hào)如下圖。 線圈 常開(kāi)觸頭 常閉觸頭 圖1-10 電壓繼電器符號(hào) 2. 2. 時(shí)間繼電器時(shí)間繼電器 時(shí)間繼電器是一種根據(jù)電磁原理或機(jī)械動(dòng)作原理在電路中控制動(dòng)作時(shí)間（即觸點(diǎn)系統(tǒng)自動(dòng)延時(shí)接通或斷開(kāi)）的繼電器。 1

9、）直流電磁式時(shí)間繼電器 直流電磁式時(shí)間繼電器是利用磁系統(tǒng)在電磁線圈斷電后磁通延緩變化的原理工作的。為了實(shí)現(xiàn)延時(shí)，常在繼電器電磁系統(tǒng)中增設(shè)阻尼圈。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、壽命長(zhǎng)、允許通電次數(shù)多。 缺點(diǎn)：它只適用于直流電路，且僅能在斷電延時(shí)實(shí)現(xiàn)延時(shí)功能，這就限制了它的應(yīng)用范圍。并且直流電磁式時(shí)間繼電器延時(shí)時(shí)間短，精度不高，且體積較大。 2）空氣阻尼式時(shí)間繼電器 空氣阻尼式時(shí)間繼電器是利用空氣阻尼原理獲得延時(shí)的 。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、延時(shí)范圍大、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低廉且不受電源電壓及頻率波動(dòng)的影響。 缺點(diǎn)：延時(shí)誤差較大（10%20%），無(wú)調(diào)節(jié)刻度指示。因而常用于延時(shí)精度要求不高的控制電路中。 空氣阻尼式

10、時(shí)間繼電器結(jié)構(gòu)原理圖如下圖。 （a）通電延時(shí)型 （b）斷電延時(shí)型1線圈 2鐵心 3銜鐵 4反力彈簧 5推板 6活塞桿 7杠桿 8塔形彈簧 9弱彈簧 10橡皮膜 11空氣室壁 12活塞 13調(diào)節(jié)螺釘 14進(jìn)氣孔 15、16微動(dòng)開(kāi)關(guān) 圖1-11 JS7-A系列時(shí)間繼電器動(dòng)作原理示意圖3）電子式時(shí)間繼電器 電子式時(shí)間繼電器常用的是阻容式時(shí)間繼電器。它是利用電容對(duì)電壓變化的阻尼作用來(lái)實(shí)現(xiàn)延時(shí)的。 優(yōu)點(diǎn)：延時(shí)時(shí)間長(zhǎng)，線路簡(jiǎn)單，延時(shí)調(diào)節(jié)方便，且溫度補(bǔ)償性好，電容利用率高，性能穩(wěn)定，延時(shí)誤差小，觸點(diǎn)容量大。 缺點(diǎn)：存在延時(shí)易受溫度與電源波動(dòng)的影響，抗干擾性差，修理不便且價(jià)格昂貴。時(shí)間繼電器的圖形符號(hào)如下圖

11、。(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)延時(shí)閉合常開(kāi)觸點(diǎn) (e) (f) (g) (h) (i) (e)延時(shí)斷開(kāi)常閉觸點(diǎn) (f)延時(shí)斷開(kāi)常開(kāi)觸點(diǎn) (g)延時(shí)閉合常閉觸點(diǎn) (h)瞬時(shí)閉合常開(kāi)觸點(diǎn) (i) 瞬時(shí)斷開(kāi)常閉觸點(diǎn) 圖1-12 時(shí)間繼電器的圖形符號(hào)3. 熱繼電器 熱繼電器是利用電流的熱效應(yīng)推動(dòng)動(dòng)作機(jī)構(gòu)，使觸頭系統(tǒng)閉合或分?jǐn)嗟谋Ｗo(hù)電器。 熱繼電器主要用于電力拖動(dòng)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)、斷相保護(hù)、電流不平衡運(yùn)行的保護(hù)以及其他電氣設(shè)備發(fā)熱狀態(tài)的控制。 熱繼電器原理示意圖如右圖。 1熱元件 2雙金屬片 3導(dǎo)板 4觸點(diǎn)復(fù)位圖1-14 熱繼電器原理示意圖1.2 繼電器控制線

12、路基礎(chǔ) 1.2.1 電路的邏輯表示及邏輯運(yùn)算電路的邏輯表示及邏輯運(yùn)算1.2.2 電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)、長(zhǎng)動(dòng)電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)、長(zhǎng)動(dòng)1.2.3 單向運(yùn)轉(zhuǎn)，可逆轉(zhuǎn)動(dòng)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，可逆轉(zhuǎn)動(dòng)1.2.4 降壓起動(dòng)降壓起動(dòng) 電氣控制系統(tǒng)由開(kāi)關(guān)量構(gòu)成控制時(shí)，電路狀態(tài)與邏輯函數(shù)之間存在著對(duì)應(yīng)關(guān)系，為將電路狀態(tài)用邏輯函數(shù)的方式表達(dá)，通常對(duì)電器作如下規(guī)定： 1）用KM、KA、SB等作為電器的常開(kāi)觸點(diǎn)， 、 、 等表示常閉觸點(diǎn)。 2）觸點(diǎn)閉合時(shí)，邏輯狀態(tài)為“1”；觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)，邏輯狀態(tài)為“0”。 3）線圈通電時(shí)為“1”狀態(tài)，線圈失電時(shí)為“0”狀態(tài)。KM1.2.1 電路的邏輯表示及邏輯運(yùn)算KASBABAB000010100111表1-1 與

13、運(yùn)算真值表 1. “與”運(yùn)算（邏輯乘） 邏輯與的公式為：J=AB。 “與”運(yùn)算的真值表如右表所示。 “與”門的邏輯符號(hào)如下圖（a）所示。 繼電控制線路中“與”運(yùn)算的實(shí)例如下圖（b）。（a）邏輯符號(hào) （b）控制線路實(shí)例 圖1-15 邏輯“與”ABA+B0000111011112. “或”運(yùn)算（邏輯加） 邏輯或的公式為：J=A+B。 “或”運(yùn)算的真值表如右表所示。 “或”門的邏輯符號(hào)如下圖（a）所示 。 繼電控制線路中“或”運(yùn)算的實(shí)例如下圖（b）（a）邏輯符號(hào) （b）控制線路實(shí)例 圖1-16 邏輯“或”A0110表1-3非運(yùn)算真值表A3. “非”運(yùn)算（邏輯非） 邏輯非的公式為： 。 “非”運(yùn)算的真

14、值表如右表所示。 “非”門的邏輯符號(hào)如下圖（a）所示 。 繼電控制線路中“非”運(yùn)算的實(shí)例如下圖（b）（a）邏輯符號(hào) （b）控制線路實(shí)例 圖1-17 邏輯“非” 所謂的點(diǎn)動(dòng)控制是指：按下按鈕，電動(dòng)機(jī)就得電運(yùn)轉(zhuǎn)；松開(kāi)按鈕，電動(dòng)機(jī)就失電停轉(zhuǎn)。 右圖為電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)、長(zhǎng)動(dòng)控制電路原理圖。1.2.2 1.2.2 電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)、長(zhǎng)動(dòng)電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)、長(zhǎng)動(dòng)圖1-18 點(diǎn)動(dòng)、長(zhǎng)動(dòng)控制電路原理圖 1.2.3 單向運(yùn)轉(zhuǎn)，可逆轉(zhuǎn)動(dòng) 1. 電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)轉(zhuǎn)控制線路 電動(dòng)機(jī)單向旋轉(zhuǎn)可用開(kāi)關(guān)或接觸器控制，右圖為接觸器控制電路原理圖。 該電路除了由熔斷器FU作短路保護(hù)，由接觸器作欠壓和失壓保護(hù)外，還采取了過(guò)載保護(hù)措施。 過(guò)載保護(hù)是指當(dāng)電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)過(guò)載時(shí)能自動(dòng)切斷電動(dòng)機(jī)電源，使電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)的一種保護(hù)。 圖1-19 電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)轉(zhuǎn)控制電路原理圖 2. 接觸器連鎖的可逆轉(zhuǎn)動(dòng)控制線路 電動(dòng)機(jī)的常用可逆旋轉(zhuǎn)控制電路如右圖所示。 接觸器聯(lián)鎖可逆轉(zhuǎn)動(dòng)控制線路的優(yōu)點(diǎn)是工作安全可靠。 缺點(diǎn)是操作不便，因電動(dòng)機(jī)從正轉(zhuǎn)變?yōu)榉崔D(zhuǎn)，必須先按下停止按鈕后，才能按反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕，否則由于接觸器的聯(lián)鎖作用，不能實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)。 圖1-20可逆旋轉(zhuǎn)控制線路原理圖 1.2.4 降壓起動(dòng) 所謂降壓?jiǎn)?dòng)是將額定電壓的一部分加在電動(dòng)機(jī)定子繞阻的啟動(dòng)方法。 右圖為用于13kW以上電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電路，由三個(gè)接觸器和一個(gè)時(shí)間繼電器構(gòu)成。 圖