第5章 電器控制-常用低壓電器

機電傳動與控制

電器控制

本章主要介紹幾種常用的低壓電器，實現(xiàn)電路或非電路對象的切換、控制、保護、檢測、變換和調(diào)節(jié)作用的電氣設(shè)備。如刀閘、按鈕、繼電器、接觸器等?；镜目刂骗h(huán)節(jié)和保護環(huán)節(jié)的典型線路。第5章機電傳動系統(tǒng)電器控制

電器的定義：電器是所有電工器械的簡稱根據(jù)外界特定的信號和要求，自動或手動接通和斷開電路，斷續(xù)或連續(xù)改變電路參數(shù)，實現(xiàn)對電路或非電現(xiàn)象的切換、控制、保護、檢測和調(diào)節(jié)的電氣設(shè)備。是指工作在直流1200V、交流1500V及以下的電路中，以實現(xiàn)對電路或非電對象的控制、檢測、保護、變換、調(diào)節(jié)等作用的電器。采用電磁原理構(gòu)成的低壓電器，稱為電磁式低壓電器；利用集成電路或電子元件構(gòu)成的低壓電器，稱為電子式低壓電器；利用現(xiàn)代控制原理構(gòu)成的低壓電器，稱為自動化電器、智能化電器或可通信電器等。低壓電器：1）．控制系統(tǒng)生產(chǎn)機械的運動需要電動機的拖動，即電動機是拖動生產(chǎn)機械的主體。但電動機的啟動、調(diào)速、正反轉(zhuǎn)、制動等的控制，則需要另一套裝置，即控制系統(tǒng)；

2）．繼電器－接觸器控制系統(tǒng)用繼電器、接觸器、按鈕、行程開關(guān)等電器元件，按一定的接線方式組成的機電傳動（電力拖動）控制系統(tǒng)——繼電器－接觸器控制系統(tǒng)。

3)．目的和任務(wù)實現(xiàn)機電傳動系統(tǒng)的起動、調(diào)速、反轉(zhuǎn)、制動等運行性能的控制和保護，從而實現(xiàn)生產(chǎn)機械各種生產(chǎn)工藝的要求。

4)．繼電器－接觸器控制系統(tǒng)的優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，能滿足一般生產(chǎn)工藝要求。繼電器－接觸器控制系統(tǒng)電器元件分類按工作電壓等級按動作性質(zhì)按用途高壓電器：用于1200V,-1500V及以上電路中的電器低壓電器：用于1200V（50HZ)以下,-1500V以下電路中的電器非自動電器：無動力機構(gòu)，靠人力或外力來接通或切斷電路自動電器：有電磁鐵等動力機構(gòu)，按照信號指令或參數(shù)變化而自動動作控制電器：控制電動機的各種動作，如接觸器、控制繼電器保護電器：用來保護電動機，使其安全運行，以及保護生產(chǎn)機械使其不受損壞，如熔斷器、熱繼電器、電壓繼電器等執(zhí)行電器：用來操縱帶動生產(chǎn)機械和支撐與保持機械裝置在固定位置上的一種執(zhí)行元件，如：電磁鐵、電磁離合器等配電電器：用于電能的輸送與分配，刀開關(guān)、低壓斷路器主令電器：用于自動控制系統(tǒng)中發(fā)送動作指令的電器。如：按鈕、行程開關(guān)、常用低壓控制電器一、刀開關(guān)刀開關(guān)又叫閘刀開關(guān)，一般用于不頻繁操作的低壓電路中，用作接通和切斷電源，或用來將電路與電源隔離，有時也用來控制小容量電動機的直接起動與停機。刀開關(guān)由閘刀（動觸點）、靜插座（靜觸點）、手柄和絕緣底板等組成。刀開關(guān)種類很多。按極數(shù)分為單極、雙極和三極；按操作方式分為直接手柄操作式、杠桿操作機構(gòu)式和電動操作機構(gòu)式；按轉(zhuǎn)換方向分為單投和雙投等。刀開關(guān)一般與熔斷器串聯(lián)使用，以便在短路或過負荷時熔斷器熔斷而自動切斷電路。刀開關(guān)額定電壓通常為250V和500V額定電流在1500A下。一、刀開關(guān)二、組合開關(guān)組合開關(guān)又稱轉(zhuǎn)換開關(guān)，由數(shù)層動、靜觸片組裝在絕緣盒而成的。動觸點裝在轉(zhuǎn)軸上，用手柄轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)軸使動觸片與靜觸片接通與斷開?？蓪崿F(xiàn)多條線路、不同聯(lián)接方式的轉(zhuǎn)換。

轉(zhuǎn)換開關(guān)中的彈簧可使動、靜觸片快速斷開，利于熄滅電弧。轉(zhuǎn)換開關(guān)的觸片通流能力有限，一般用于交流380V、直流220V，電流100A以下的電路中做電源開關(guān)。二、組合開關(guān)三、按鈕(手動切換電器)(b)結(jié)構(gòu)按鈕常用于接通和斷開控制電路。按鈕的外形圖和結(jié)構(gòu)如圖所示。按鈕開關(guān)的外形和符號(a)外形圖常閉觸點常開觸點復(fù)位彈簧支柱連桿常閉靜觸頭橋式靜觸頭常開靜觸頭外殼4SBSBSB結(jié)構(gòu)符號名稱常閉按鈕(停止按鈕)常開按鈕(起動按鈕)復(fù)合按鈕1234123按鈕帽三、按鈕(手動切換電器)交流接觸器的外形與結(jié)構(gòu)四、交流接觸器定義：用來自動地接通或斷開大電流電路的電器。分類：交流接觸器、直流接觸器。組成：觸點系統(tǒng)、電磁機構(gòu)、滅弧裝置。(a)外形(b)結(jié)構(gòu)四、交流接觸器~M3~線圈輔助觸點鐵心銜鐵電源電機主觸點常閉常開彈簧四、交流接觸器四、交流接觸器線圈通電時產(chǎn)生電磁吸引力將銜鐵吸下，使常開觸點閉合，常閉觸點斷開。線圈斷電后電磁吸引力消失，依靠彈簧使觸點恢復(fù)到原來的狀態(tài)。四、交流接觸器符號線圈KM用于主電路流過的大電流(需加滅弧裝置)用于控制電路流過的小電流(無需加滅弧裝置)KM動合(常開)輔助觸點動斷(常閉)輔助觸點KM屬于同一器件的線圈和觸點用相同的文字表示動合(常開)主觸點KM四、交流接觸器根據(jù)用途不同，交流接觸器的觸點分主觸點和輔助觸點兩種。主觸點一般比較大，接觸電阻較小，用于接通或分斷較大的電流，常接在主電路中；輔助觸點一般比較小，接觸電阻較大，用于接通或分斷較小的電流，常接在控制電路（或稱輔助電路）中。有時為了接通和分斷較大的電流，在主觸點上裝有滅弧裝置，以熄滅由于主觸點斷開而產(chǎn)生的電弧，防止燒壞觸點。四、交流接觸器接觸器是電力拖動中最主要的控制電器。在設(shè)計它的觸點時已考慮到接通負荷時的起動電流問題，因此，選用接觸器時主要應(yīng)根據(jù)負荷的額定電流來確定。

如一臺Y112M-4三相異步電動機，額定功率4kW，額定電流為8.8A，選用主觸點額定電流為10A的交流接觸器即可。除電流之外，還應(yīng)滿足接觸器的額定電壓不小于主電路額定電壓。四、交流接觸器接觸器主要技術(shù)參數(shù)額定電壓：指主觸點的額定工作電壓。直流有：24V、48V、110V、220V、440V交流有：24V、36V、110V、220V、380V額定電流：主觸點的額定電流。機械壽命（1000萬次以上）與電氣壽命（100萬次以上）操作頻率：每小時的操作次數(shù)一般：300次/h、600次/h、1200次/h四、交流接觸器五、繼電器

繼電器和接觸器的結(jié)構(gòu)和工作原理大致相同。主要區(qū)別在于：

接觸器的主觸點可以通過大電流；

繼電器的體積和觸點容量小，觸點數(shù)目多，且只能通過小電流。所以，繼電器一般用于控制電路中。繼電器將電量或非電量信號轉(zhuǎn)化為電磁力或使輸出狀態(tài)發(fā)生階躍變化，從而通過其觸頭或突變量促使在同一電路或另一電路中的其它器件或裝置動作，是一種控制元件。它用于各種控制電路中進行信號傳遞、放大、轉(zhuǎn)換、聯(lián)鎖等，控制主電路和輔助電路中的器件或設(shè)備按預(yù)定的動作程序進行工作，實現(xiàn)自動控制和保護的目的。常用的繼電器按動作原理分有電磁式、磁電式、感應(yīng)式、電動式、光電式、壓電式、熱繼電器與時間繼電器等。按激勵量不同分為交流、直流、電壓、電流、中間、時間、速度、溫度、壓力、脈沖繼電器等。五、繼電器（一）電磁式繼電器電磁機構(gòu)觸頭系統(tǒng)調(diào)節(jié)裝置電磁式繼電器的典型結(jié)構(gòu)1-底座2-鐵心3-釋放彈簧4-調(diào)節(jié)螺母5-調(diào)節(jié)螺母6-銜鐵7-非磁性墊片8-極靴9-觸頭系統(tǒng)10-線圈五、繼電器電磁式繼電器的分類按用途不同分有：控制繼電器、保護繼電器、通訊繼電器和安全繼電器等電磁式繼電器按輸入信號不同分有：電壓繼電器、電流繼電器、時間繼電器、速度繼電器和中間繼電器按線圈電流種類不同分有：交流繼電器和直流繼電器五、繼電器電壓繼電器是反映電壓變化的控制電器。線圈與負載并聯(lián)，以反映負載電壓，其線圈匝數(shù)多而導(dǎo)線細。分：過電壓、欠電壓、零電壓繼電器。1、電磁式電壓繼電器主要作為欠壓、失壓保護。五、繼電器1）．過電壓繼電器

在電路中用于過電壓保護，由于直流電路一般不會出現(xiàn)過電壓，所以產(chǎn)品中沒有直流過電壓繼電器。交流過電壓繼電器吸合電壓調(diào)節(jié)范圍為U0=（1.05～1.2）UN。2）．欠電壓繼電器

在電路中用于欠電壓保護，一般直流欠電壓繼電器吸合電壓U0=（0.3～0.5）UN，釋放電壓Ur=（0.07～0.2）UN。交流欠電壓繼電器的吸合電壓與釋放電壓的調(diào)節(jié)范圍分別為U0=（0.6～0.85）UN，Ur=（0.1～0.35）UN。

五、繼電器2、電磁式電流繼電器1）．過電流繼電器通常，交流過電流繼電器的吸合電流Io=（1.1～3.5）IN，直流過電流繼電器的吸合電流Io=（0.75～3）IN。由于過電流繼電器在出現(xiàn)過電流時銜鐵吸合動作，其觸頭來切斷電路，故過電流繼電器無釋放電流值。電流繼電器：可用于過載或過載保護五、繼電器直流欠電流繼電器的吸合電流調(diào)節(jié)范圍為Io=（0.3～0.65）IN；釋放電流調(diào)節(jié)范圍為Ir=（0.1～0.2）IN。2）欠電流繼電器正常工作時，繼電器線圈流過負載額定電流，銜鐵吸合動作；當(dāng)負載電流降低至繼電器釋放電流時，銜鐵釋放，帶動觸頭動作。欠電流繼電器在電路中起欠電流保護作用。五、繼電器3、電磁式中間繼電器中間繼電器實質(zhì)上是一種電壓繼電器，但它的觸點數(shù)量較多，容量較大，起到中間放大（觸點數(shù)量和容量）作用。五、繼電器通常用于傳遞信號和同時控制多個電路，也可直接用它來控制小容量電動機或其他電氣執(zhí)行元件。(b)符號KA線圈常開觸頭KA常閉觸頭KA(a)外形中間繼電器外形與符號五、繼電器（二）、熱繼電器用于電動機的過載保護。熱繼電器外形與結(jié)構(gòu)(a)外形(b)結(jié)構(gòu)五、繼電器

熱繼電器原理是電流通過發(fā)熱元件加熱使雙金屬片彎曲，推動執(zhí)行機構(gòu)動作。主要用來保護電動機或其它負載免于過載以及作為三相電動機的斷相保護

五、繼電器~發(fā)熱元件接入電機主電路，若長時間過載，雙金屬片被加熱。因雙金屬片的下層膨脹系數(shù)大，使其向上彎曲，杠桿被彈簧拉回，常閉觸點斷開。發(fā)熱元件杠桿

工作原理結(jié)構(gòu)原理圖雙金屬片常閉觸頭

五、繼電器雙金屬片熱繼電器的結(jié)構(gòu)及工作原理雙金屬片式熱繼電器結(jié)構(gòu)原理圖1-主雙金屬片2-電阻絲3-導(dǎo)板4--補償雙金屬片5-螺釘6-推桿7-靜觸頭8-動觸頭9-復(fù)位按鈕10-調(diào)節(jié)凸輪11-彈簧五、繼電器電氣控制對熱繼電器性能的要求熱繼電器保護特性與電動機過載特性的配合１-電動機的過載特性2-熱繼電器的保護特性１．應(yīng)具有合理可靠的保護特性２．具有一定的溫度補償

４．具有手動復(fù)位與自動復(fù)位功能３．熱繼電器動作電流可以方便地調(diào)節(jié)五、繼電器熱繼電器的符號發(fā)熱元件串聯(lián)在主電路中串聯(lián)在控制電路中常閉觸頭KHKH五、繼電器熱繼電器的選用1）熱繼電器應(yīng)按實際安裝情況選擇其安裝型式。2）原則上熱繼電器的額定電流應(yīng)按電動機的額定電流選擇。3）在不頻繁起動的場合，要保證熱繼電器在電動機起動過程中不產(chǎn)生誤動作。4）當(dāng)電動機工作于重復(fù)短時工作制時，要注意確定熱繼電器的允許操作頻率。五、繼電器繼電器輸入信號輸入后，經(jīng)一定的延時，才有輸出信號的繼電器稱為時間繼電器。對于電磁式時間繼電器，當(dāng)電磁線圈通電或斷電后，經(jīng)一段時間，延時觸都頭狀態(tài)才發(fā)生變化，即延時觸頭才動作。分類：空氣式、電動式、晶體管式及直流電磁式等幾大類。延時方式：通電延時和斷電延時兩種。（三）

時間繼電器五、繼電器（1）直流電磁式時間繼電器直流電磁式時間繼電器1-阻尼套筒2-釋放彈簧3-調(diào)節(jié)螺母4-調(diào)節(jié)螺釘5-銜鐵6-非磁性墊片7-電磁線圈五、繼電器+直流電磁式結(jié)構(gòu)圖阻尼銅套銜鐵當(dāng)銜鐵未吸合時，磁路氣隙大，線圈電感小，通電后激磁電流很快建立，將銜鐵吸合，繼電器觸點立即改變狀態(tài)。而當(dāng)線圈斷電時，鐵心中的磁通將衰減，磁通的變化將在銅套中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，并產(chǎn)生感應(yīng)電流，阻止磁通衰減，當(dāng)磁通下降到一定程度時，銜鐵才能釋放，觸頭改變狀態(tài)。因此繼電器吸合時是瞬時動作，而釋放時是延時的，故稱為斷電延時。直流電磁式時間繼電器工作原理：五、繼電器（2）空氣阻尼式時間繼電器

1、空氣阻尼式時間繼電器結(jié)構(gòu)與工作原理組成：電磁系統(tǒng)、延時機構(gòu)、觸頭系統(tǒng)延時方式：通電延時、斷電延時空氣阻尼式時間繼電器是利用空氣阻尼的原理制成的五、繼電器空氣阻尼式時間繼電器結(jié)構(gòu)原理圖a-通電延時型b-斷電延時型1-線圈2-鐵心3-銜鐵4-反力彈簧5-推板6-活塞桿7-塔形彈簧8-弱彈簧9-橡皮膜10-空氣室壁11-調(diào)節(jié)螺釘12-進氣孔13-活塞14、16-微動開關(guān)15-杠桿五、繼電器空氣阻尼式時間繼電器的選用1）線圈電壓值的選擇：按控制電路電流種類和電壓等級來選擇線圈電壓值2）延時方式的選擇：按控制電路的控制要求來選擇通電延時型還是斷電延時型3）觸頭延時狀態(tài)的選擇：按控制要求選擇觸頭是延時閉合還是延時斷開4）延時觸頭數(shù)量和瞬動觸頭數(shù)量是否滿足控制電路的要求

五、繼電器（3）、電動機式時間繼電器：結(jié)構(gòu)：同步電動機、減速齒輪機構(gòu)、電磁離合系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)。當(dāng)控制信號輸入電磁鐵繞組時，離合器閉合，同步電動機帶動齒輪裝置，旋轉(zhuǎn)到一定位置，推動相應(yīng)觸點，使之啟閉，從而完成延時作用。它適用于各種機械、電信或電氣設(shè)備中作為自動控制系統(tǒng)的定時元件。特點：延時時間可達數(shù)小時、精度高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜五、繼電器（4）、電子式時間繼電器：結(jié)構(gòu)（數(shù)字式）：脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、顯示器等特點：延時時間長、精度高、調(diào)節(jié)方便五、繼電器（四）、速度繼電器

速度繼電器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的，它的套有永久磁鐵的軸與被控電動機的軸相聯(lián)，用以接受轉(zhuǎn)速信號。速度繼電器結(jié)構(gòu)原理圖1-調(diào)節(jié)螺釘2-反力彈簧3-常閉觸頭4-動觸頭5-常開觸頭6-返回杠桿7-杠桿8-定子導(dǎo)條9-定子10-轉(zhuǎn)軸11-轉(zhuǎn)子五、繼電器

行程開關(guān)又稱限位開關(guān)，能將機械位移轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺钥刂茩C械運動。種類按運動形式分為直動式、轉(zhuǎn)動式；按結(jié)構(gòu)分為直動式、滾動式、微動式。1、直動式行程開關(guān)六、行程開關(guān)2、滾輪旋轉(zhuǎn)式行程開關(guān)滾輪式行程開關(guān)六、行程開關(guān)用于自動往復(fù)控制或限位保護等。(b)示意圖直動式結(jié)構(gòu)與按鈕類似，但其動作要由機械撞擊。未撞擊撞擊(a)外形圖ST常開觸點常閉觸點ST(c)符號行程開關(guān)的外形符號六、行程開關(guān)3、接近開關(guān)的種類接近開關(guān)的種類很多，主要有電感式、電容式、霍爾式、遙測遙感式、紅外線感測式、交直流探測式等類型。接近開關(guān)是由工作電源、信號發(fā)生器(感測機構(gòu))、振蕩器、檢波器、鑒幅器和輸出電路等基本部份組成。感測機構(gòu)的作用是將物理量變換成電量，再通過輸出電路實現(xiàn)由非電量向電量的轉(zhuǎn)換。六、行程開關(guān)接近開關(guān)是一種開關(guān)型傳感器。它既有行程開關(guān)、微動開關(guān)的特性，同時又具有傳感器的性能。特點：動作可靠、性能穩(wěn)定、頻率響應(yīng)快、使用壽命長，抗干擾能力強；而且具有防水、防震、耐腐蝕等。應(yīng)用：不但有行程控制方式，而且根據(jù)其特點，還可以用于計數(shù)、測速、零件尺寸檢測、金屬和非金屬的探測，液面控制等電與非電量檢測的自動化系統(tǒng)中