電工電子學(xué)_電氣自動控制課件

1、電工電子學(xué)1 為了使電動機按照生產(chǎn)機械的要求運轉(zhuǎn)，必須用一定的控制電器組成控制電路，對電動機進行控制。目前國內(nèi)外普遍采用由接觸器、繼電器、按鈕開關(guān)等有觸點電器組成的控制電路，稱為繼電接觸器控制。如果再配合其它無觸點控制電器、控制電機、電子電路以及計算機化的可編程序控制器等，則可構(gòu)成生產(chǎn)機械的現(xiàn)代化自動控制系統(tǒng)。本章主要討論三相異步電動機的繼電接觸控制電路。27.1 常用低壓控制電器 低壓控制電器種類繁多，按動作性質(zhì)可分為手動電器和自動電器兩類。手動電器必須由人工操縱，如閘刀開關(guān)、組合開關(guān)、按鈕等。自動電器是隨某些電信號（如電壓、電流等）或某些物理量的變化而自動動作的，如繼電器、接觸器、行程開關(guān)

2、等?？刂齐娖鬟€有實現(xiàn)保護功能的保護電器，如熔斷器、熱繼電器等。7.1.1 閘刀開關(guān)閘刀開關(guān)由刀座、手柄、觸刀、瓷底（絕緣底板）組成。在低壓電路中，用于不頻繁接通和分?jǐn)嚯娐?，或用來將電路與電源隔離，因此閘刀開關(guān)又稱為“隔離開關(guān)”。按極數(shù)不同閘刀開關(guān)分為單極（單刀）、雙極（雙刀）和三極 （三刀）三種，每種又有單投和雙投之別。它的結(jié)構(gòu)和電路圖中的符號如圖7.1.1所示。3 （a）結(jié)構(gòu)圖 （b）圖形符號 圖7.1.1 閘刀開關(guān)4 7.1.2 組合開關(guān) 組合開關(guān)又稱轉(zhuǎn)換開關(guān)，是一種多觸點、多位置式可以控制多個回路的控制電器，圖7.1.2（a）是一種組合開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。它有多對靜觸片分別裝在各層絕緣墊板

3、上，靜觸片與外部的連接是通過接線端子實現(xiàn)的。各層的動觸片套在裝有手柄的絕緣轉(zhuǎn)動軸上，而且不同層的動觸片可以互相錯開任意一個角度。轉(zhuǎn)動手柄時，各動觸片均轉(zhuǎn)過相同的角度，一些動、靜觸片相互接通，另一些動、靜觸片斷開。根據(jù)實際需要，組合開關(guān)的動、靜觸片的個數(shù)可以隨意組合。常用的有單極、雙極、三極、四極等多種。5（a）結(jié)構(gòu)圖 （b）用組合開關(guān)起停電動機接線圖 圖7.1.2 組合開關(guān)6 7.1.3 按鈕開關(guān) 按鈕開關(guān)簡稱“按鈕”。按鈕通常用來接通或斷開控制電路，從而控制電動機或其他電氣設(shè)備的運行。按鈕的結(jié)構(gòu)如圖7.1.3所示，它由按鈕帽、動觸點、靜觸點和復(fù)位彈簧等構(gòu)成。按鈕按下前的狀態(tài)稱為常態(tài)，此時上面

4、的靜觸點與動觸點是接通的，這對觸點稱為動斷觸點（常閉觸點)，而下面的靜觸點與動觸點則是斷開的，這對觸點稱為動合觸點（常開觸點）。當(dāng)按下按鈕帽時，上面的動斷觸點斷開，而下面的動合觸點接通，當(dāng)松開按鈕帽時，動觸點在復(fù)位彈簧的作用下復(fù)位，使動斷觸點和動合觸點都恢復(fù)原來的狀態(tài)。7（a）按鈕剖面圖 （b）復(fù)合按鈕 （c）符號 圖7.1.3 復(fù)合按鈕87.1.4 自動空氣斷路器自動空氣斷路器也稱空氣開關(guān)或自動開關(guān)，是常用的一種低壓保護電器，可實現(xiàn)短路、過載和失壓（欠壓）保護。它的結(jié)構(gòu)形式很多，圖7.1.5是自動開關(guān)的原理圖。 圖7.1.5 自動空氣斷路器的原理圖97.1.5 熔斷器熔斷器中的熔體俗稱保險絲

5、或熔絲，一般為電阻率較高且熔點較低的合金制成，例如鉛錫合金等，或用截面積很小的良導(dǎo)體制成，例如銅、銀等。它串接在被保護的電路中，當(dāng)電路發(fā)生短路時，過大的短路電流使熔絲熔斷，從而切斷電源，達到保護線路和電氣設(shè)備的目的。熔斷器是電路中最常用最有效的短路保護電器。常用的熔斷器有管式、嵌入式和螺旋式三種，如圖7.1.6所示。10（a）管式熔斷器 （b）嵌入式熔斷器 （c）螺旋式熔斷器 （d）符號圖7.1.6 常用熔斷器及符號7.1.6 交流接觸器接觸器是一種利用電磁力操作的電磁開關(guān)。依靠電磁力它可以帶動觸點直接接通或斷開電動機（或其他電氣設(shè)備）主電路。電磁鐵勵磁電流為交流的接觸器稱為交流接觸器。交流接

6、觸器的結(jié)構(gòu)和符號如圖7.1.7所示。11（a）結(jié)構(gòu)圖 （b）符號圖7.1.7 交流接觸器7.1.7 繼電器 繼電器是用于控制電路和保護電路的電器，它主要用來傳遞信號、并不直接去操縱主電路。繼電器類型很多，工作原理也不相同，但都是在某種物理星如電壓、電流、溫度、壓力、速度及行程等的作用下而動作的，當(dāng)這些物理量達到某一預(yù)定數(shù)值時，繼電器就開始工作，帶動觸點接通或切斷控制電路，從而實現(xiàn)對主電路的控制和保護。121中間繼電器 中間繼電器是利用電磁鐵的動作原理制成的電磁繼電器，其結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)與交流接觸器基本相同，只是其電磁機構(gòu)尺寸較小、結(jié)構(gòu)緊湊、觸點數(shù)量較多。由于中間繼電器的觸頭容量小，所以在電路通常用來傳

7、遞信號，把信號同時傳給多個有關(guān)控制元件或輔助電路，也可直接用來按制小容量電動機或其他電氣執(zhí)行元件。而接觸器主要用來接通和斷開主電路。中間繼電器觸點的額定電流比較小，一般不超過5A。在選用時，主要是考慮電壓等級和常開及常閉觸點的數(shù)量。中間繼電器符號如圖7.1.8所示。 13KA線圈常開觸頭KA常閉觸頭KA圖7.1.8 中間繼電器符號2熱繼電器熱繼電器主要用來對電器設(shè)備進行過載保護，使之免受長期過載電流的危害。圖7.1.9是熱繼電器的原理圖和符號。（a）原理圖 （b）符號 圖7.1.9 熱繼電器14發(fā)熱元件 FR 動斷觸點 FR3時間繼電器 時間繼電器是一種從得到輸入信號（線圈通電或斷電）起，經(jīng)過

8、一段時間延時后才動作的繼電器。時間繼電器具有延時作用，適用于定時控制，可用于按照所需時間間隔來接通、斷開或換接被控制電路。時間繼電器按觸點延時動作的不同，可分為通電延時型和斷電延時型兩種類型。按延時機構(gòu)的不同，時間繼電器分為電磁式、空氣阻尼式、電動機式、電子式等類型。圖7.1.10是通電延時的空氣阻尼式時間繼電器結(jié)構(gòu)示意圖。1516圖7.1.10 通電延時的空氣阻尼式時間繼電器結(jié)構(gòu)圖 7.1.8 行程開關(guān) 控制某些機械的行程和位置時，利用行程開關(guān)進行控制。行程開關(guān)又稱限位開關(guān)，它是利用機械部件的位移來切換電路的自動電器，它的結(jié)構(gòu)和工作原理都與按鈕相似，只是按鈕用手按，而行程開關(guān)則是用運動部件上

9、的撞塊（或擋板）來撞壓的。當(dāng)撞塊壓著行程開關(guān)時，就像按下按鈕一樣，使其動斷觸點斷開，動合觸點閉合，而當(dāng)撞塊離開時，就如同手松開了按鈕，靠彈簧作用使觸點復(fù)位。圖7.1.12是行程開關(guān)的結(jié)構(gòu)圖和符號。常用的行程開關(guān)有撞 塊式（也稱直線式）和滾輪式。滾輪式又分為單滾輪式和雙滾輪式，其中雙滾輪式行程開關(guān)無復(fù)位彈簧，不能自動復(fù)位，它需要兩個方向的撞塊來回撞壓，才能復(fù)位。 1718（a）結(jié)構(gòu)圖 （b）符號圖7.1.12 行程開關(guān)常閉觸點常開觸點STSTST7.2 三相異步電動機常用的繼電接觸控制電路 任何復(fù)雜的控制電路都是由一些基本的控制電路組成的。 7.2.1直接起動停止控制電路圖7.2.1是三相異步電

10、動機的直接起動-停止的控制電路。由閘刀開關(guān)Q、熔斷器FU、接觸器KM、熱繼電器FR、籠型電動機M組成了主電路。由按鈕、接觸器線圈KM，熱繼電器常閉輔助觸點組成控制電路，接在1、2兩點之間，用于控制電動機的運行。SBstP是一個按鈕的常閉觸點，SBst是另一個按鈕的常開觸點。接觸器的線圈和輔助常開觸點均用KM表示。FR是熱繼電器的常閉觸點。1920FRSB1SB2KMFR M3 圖7.2.1 電動機直接啟?？刂齐娐稫MQQ12KMFU1工作原理 先將閘刀開關(guān)Q閉合，按下起動按鈕SB2，控制電路中的接觸器線圈KM通電，主觸點KM閉合，電動機接通電源運轉(zhuǎn)，與此同時并聯(lián)在起動按鈕SB2上的常開觸點KM

11、閉合，這樣即使松開按鈕SB2，接觸器線圈仍然通電，從而保持電動機持續(xù)運轉(zhuǎn)。這種依靠接觸器自身輔助常開觸點使線圈保持通電的作用稱為“自鎖”，與SB2并聯(lián)的起自鎖作用的輔助觸點KM稱作自鎖觸點。212保護措施為確保電動機正常運行，三相異步電動機起動-停止控制電路還具有短路保護、過載保護和欠壓保護等功能。227.2.2 三相異步電動機正、反轉(zhuǎn)控制電路在生產(chǎn)過程中，許多生產(chǎn)設(shè)備要求能夠?qū)崿F(xiàn)可逆運行，例如機床的進刀退刀、卷揚機提升設(shè)備、電動閘門等，都要求電動機能正、反轉(zhuǎn)。 圖7.2.2就是實現(xiàn)這種控制的電路。在圖7.2.2中，當(dāng)正轉(zhuǎn)接觸器KMF工作時，電動機正轉(zhuǎn)；當(dāng)反轉(zhuǎn)接觸器KMR工作時，由于調(diào)換了兩根

12、電源線，所以電動機反轉(zhuǎn)。2324KMFM3 KMRQFR圖7.2.2 兩個接觸器實現(xiàn)電動機的正反轉(zhuǎn) 7.2.3 順序控制 在生產(chǎn)過程中經(jīng)常要求幾臺電動機配合工作，其起、停等動作常常有順序上和時間上的約束。 圖7.2.4是兩臺異步電動機M1和M2的順序聯(lián)鎖控制電路，該電路可實現(xiàn)Ml先起動后M2才能起動，M2停車后M1才能停車的控制要求。圖7.2.4（a）是兩臺電動機主電路，圖7.2.4（b）和（c）是實現(xiàn)控制要求的兩種連接電路。下面以圖7.2.4（b）為例說明電路的控制過程。2526圖7.2.4 兩臺電動機聯(lián)鎖控制（b）控制電路KM1KM2SB4SB3SB2KM1KM2FR2FR1KM2KM1S

13、B1（c）控制電路SB1SB3SB4SB2KM2FR1 FR2KM1KM1KM2KM2（a）主電路QQKM1M13 KM2 FR23 FR1M23 FU1FU2 7.2.4 時間控制 在自動化生產(chǎn)線中，常要求按一定的時間間隔啟動或關(guān)停某些設(shè)備。根據(jù)延時的要求，對電動機按一定時間間隔進行控制的方式叫做時間控制。利用時間繼電器可以實現(xiàn)時間控制。圖7.2.5是兩臺電動機按時間先后起動的控制電路。2728圖7.2.5 兩臺電動機先后起動控制電路（b）控制電路SB1SB2KM1KM2KM1FR1KTFR2KT（a）主電路QQKM1M13 KM2 FR23 FR1M23 FU1FU2 7.2.5 行程控制 在生產(chǎn)過程中，若需要控制某些機械的行程和位置時，可以利用行程開關(guān)來實現(xiàn)。圖7-19所示的是用行程開關(guān)控制機床工作臺作往復(fù)運動的示意圖和控制電路。29圖7.2.7 行程控制電路STaSTb終點 前進原位 后退（a）示意圖STaSTbAAM（b）控制電路KMFSBFSBRKMFKMRFRSTbSTbSTaKMFKMRSB1 KMR u圖中行程開關(guān)S