低壓電氣控制線路安裝與調試 課件 項目二 典型低壓電器的拆裝、檢修及調試

2.1?項目任務2.2?項目準備2.3?背景知識2.4?操作指導2.5

知識進階2.1項目任務本項目為典型低壓電器的拆裝、檢修及調試的基礎知識，項目主要內容如表2-1所述。項目導讀在工礦企業(yè)的電氣控制設備中，其控制線路基本上使用的都是低壓電器，如圖2-1所示。因此，低壓電器是電氣控制中的基本組成部分，同時也是重要的組成部分，控制系統性能的優(yōu)劣與低壓電器的性能有很大關系。因此作為相關專業(yè)技術人員，不但要熟悉常用低壓電器的結構、工作原理、使用方法，更應該掌握它的檢測、維修和合理的選擇方法。2.1.1?接觸器的拆裝訓練任務書接觸器的拆裝訓練任務書如表2-2所述。2.1.2?時間接觸器的拆裝訓練任務書時間接觸器的拆裝訓練任務書如表2-3所述。2.1.3?行程開關的拆裝訓練任務書行程開關的拆裝訓練任務書如表2-4所述。2.2?項目準備2.2.1?任務流程圖典型低壓電器的拆裝、檢修及調試任務流程圖如圖2-2所示。2.2.2?所需工具列表典型低壓電器的拆裝、檢修及調試所需工具如表2-5所示。2.3?背景知識2.3.1?低壓電器概述電器與電氣的區(qū)別是什么？電氣是電能的生產、傳輸、分配、使用和電工裝備制造等學科和工程領域的統稱，是以電能與電氣設備和電氣技術為手段來創(chuàng)造、維持與改善限定空間和環(huán)境的一門科學，涵蓋電能的轉換、利用和研究三個方面，包括基礎理論、應用技術、設施設備等，電子、電器和電力都屬于電氣工程。電氣是不可觸摸、抽象的分類概念，不是具體指某個設備或器件，而是指整個系統和電子、電器、電力的范疇。電器泛指所有用電的器具，也就是具體的用電設備。從專業(yè)角度上來講，電器是一種能根據外界信號自動或手動接通和斷開電路，從而斷續(xù)或連續(xù)地改變電路參數或狀態(tài)，實現對電路或非電對象的切換、控制、保護、測量、指示和調節(jié)的電氣元件或設備。電器的范圍要狹隘一些，電器是實物詞，指具體的物質，一般是指保證用電設備與電網接通或關斷的開關器件及具體用電設備，而電氣更為寬泛，與電有關的一切相關事物都可用電氣表述。電器側重于個體，是元件和設備，而電氣則涉及整個系統或者系統集成。電氣是廣義詞，指一種行業(yè)，一種專業(yè)，不具體指某種產品。電氣也指一種技術，如電氣自動化，包括工廠電氣(如變壓器、供電線路)、建筑電氣等。低壓電器是指額定電壓等級在交流1200V、直流1500V以下的電器。在我國工業(yè)控制電路中最常用的三相交流電壓等級為380V，只有在特定行業(yè)環(huán)境下才用其他電壓等級，如煤礦井下的電鉆用127V、運輸機用660V、采煤機用1140V等。2.3.2?開關電器開關電器常用于隔離、轉換、接通及分斷電路，可用于機床電路的電源開關、局部照明電路的開關，有時也可以用來直接對小容量電動機的啟動、停止和正反轉實時控制。通常使用的低壓開關有刀開關、開啟式負荷開關、封閉式負荷開關、組合開關和低壓斷路器。1.刀開關刀開關是手動電器中年限最久的、結構最簡單的一種，通常用于頻繁地接通和分斷容量不太大的低壓供電線路設備。2.開啟式負荷開關常用的膠蓋開關是開啟式負荷開關的一種，通常用于電器照明電路、電熱回路和小于5.5kW的電動機控制線路中。開啟式負荷開關主要用作隔離電源，也可用來非頻繁地接通和分斷容量較小的低壓配電線路。這種開關的外形與結構如圖2-3所示，圖形符號如圖2-4所示，型號與含義如圖2-5所示。這種開關的設計序號的具體含義為：11—中央手柄式；12—側方正面杠桿操作機構式；13—中央正面杠桿操作機構式；14—側面手柄式。3.封閉式負荷開關封閉式負荷開關(俗稱鐵殼開關)的外形、結構與圖形符號如圖2-6所示，型號與含義如圖2-7所示。4.組合開關1)組合開關的作用組合開關主要用于電源的引入開關，通斷小電流電路和控制5kW以下電動機。2)組合開關的分類組合開關按極數分為單極、雙極和三極；按層數分為三層、六層等。3)組合開關的外形、結構、圖形符號及型號組合開關外形、結構與圖形符號如圖2-8所示，型號與含義如圖2-9所示。4)組合開關的選用原則(1)結構型式的選擇?？筛鶕M合開關在線路中的作用和它在成套配電裝置中的安裝位置來確定它的結構形式。如果僅用來隔離電源，則只需選用不帶滅弧罩的產品；如果用來分斷負載，則應選用帶滅弧罩，而且是通過杠桿來操作的產品；如果用中央手柄式刀開關不能切斷負荷電流，但用其他形式的開關可切斷一定的負荷電流，則必須選用帶滅弧罩的組合開關。此外，還應根據是正面操作還是側面操作，是直接操作還是杠桿傳動，是板前接線還是板后接線等來選擇組合開關的結構型式。(2)額定電流的選擇。組合開關的額定電流一般應等于或大于所關斷電路中的各個負載額定電流的總和。若負載是電動機，就必須考慮電動機的啟動電流應是額定電流的4～7倍，故應選用額定電流大一級的組合開關。此外還要考慮電路中可能出現的最大短路峰值電流是否在額定電流等級所對應的電動穩(wěn)定性峰值電流以下(當發(fā)生短路事故時，如果組合開關能通以某一最大短路電流，并不因其所產生的巨大電動力的作用而發(fā)生變形、損壞或者觸刀自動彈出的現象，則這一短路峰值電流就是組合開關的電動穩(wěn)定性峰值電流)。如有超過，就應當選用額定電流更大一級的組合開關。5.斷路器1)斷路器的作用斷路器一般是指低壓斷路器，俗稱自動開關或空氣開關，用于低壓配電電路中不頻繁的通斷控制。在電路發(fā)生短路、過載或欠電壓等故障時能自動分斷故障電路，是一種用于控制兼保護的電器。2)斷路器的工作原理斷路器開關是靠操作機構手動或電動合閘的，觸頭閉合后，自由脫扣機構將觸頭鎖在合閘位置上。當電路發(fā)生故障時，通過各自的脫扣器使自由脫扣機構動作，自動跳閘以實現保護作用。分勵脫扣器則作為遠距離控制分斷電路之用。過電流脫扣器用于線路的短路和過電流保護，當線路的電流大于額定的電流值時，過電流脫扣器所產生的電磁力使掛鉤脫扣，動觸點在彈簧的拉力下迅速斷開，實現短路器的跳閘功能。3)斷路器的分類斷路器可分為油斷路器、壓縮空氣斷路器、真空斷路器和SF6斷路器。4)斷路器的外形、結構與圖形符號斷路器的外形、結構與圖形符號如圖2-10所示。5)斷路器的選用(1)斷路器結構形式應根據使用場合和保護要求來選擇。一般選用塑殼式；短路電流很大時選用限流型；額定電流比較大或有選擇性保護要求時選用框架式；控制和保護含有半導體器件的直流電路時應選用直流快速斷路器等。(2)斷路器額定電壓、電流應大于或等于線路與設備的正常工作電壓和工作電流。(3)斷路器極限通斷能力應大于或等于電路最大短路電流。(4)斷路器的欠電壓脫扣器額定電壓應等于線路額定電壓。(5)斷路器的過電流脫扣器的額定電流應大于或等于線路的最大負載電流。2.3.3?接觸器1.接觸器的作用接觸器主要用于控制電動機、電熱設備、電焊機、電容器組等，能頻繁地接通或斷開交直流主電路，實現遠距離自動控制。它具有低電壓釋放保護功能，在電力拖動自動控制線路中被廣泛應用。2.接觸器的工作原理接觸器的工作原理為：當線圈接通額定電壓時，產生電磁力，克服彈簧反力，吸引動鐵芯向下運動，動鐵芯帶動絕緣連桿和動觸頭向下運動使常開觸頭閉合，常閉觸頭斷開；當線圈失電或電壓低于釋放電壓時，電磁力小于彈簧反力，常開觸頭斷開，常閉觸頭閉合。接觸器的外形、結構與圖形符號如圖2-11所示；型號與含義如圖2-12所示。3.接觸器的分類接觸器分為交流接觸器、直流接觸器。常用的交流接觸器有CJ10、CJ12、CJ10X、CJ20、CJX1、CJX2、3TB和3TD等系列。4.接觸器使用與選擇接觸器的使用與選擇應根據以下原則進行：(1)根據負載性質選擇接觸器的類型。(2)額定電壓應大于或等于主電路工作電壓。(3)額定電流應大于或等于被控電路的額定電流。對于電動機負載，還應根據其運行方式適當增大或減小。(4)吸引線圈的額定電壓和頻率要與所在控制電路的選用電壓和頻率相一致。2.3.4?繼電器繼電器的主要作用是系統控制、檢測、保護，以及進行調節(jié)和信號轉換等。它是一種自動和遠距離操縱的電器，被廣泛應用于電力拖動控制系統、遙控系統、遙測系統、電力保護系統以及通信系統。繼電器也是現代電氣裝置中最基本的元器件之一。常見的繼電器有熱繼電器、時間繼電器和速度繼電器。1.熱繼電器1)熱繼電器的作用熱繼電器主要用于電力拖動系統中電動機負載的過載保護。2)熱繼電器的工作原理當電動機正常運行時，熱元件產生的熱量雖能使雙金屬片彎曲，但還不足以使熱繼電器的觸點動作。當電動機過載時，雙金屬片彎曲位移增大，推動導板使常閉觸點斷開，從而切斷電動機控制電路以起保護作用。熱繼器動作后一般不能自動復位，要等雙金屬片冷卻后按下復位按鈕才能復位。熱繼電器動作電流的調節(jié)可以借助旋轉凸輪于不同位置來實現。熱繼電器的外形、結構與圖形符號如圖2-13所示，熱繼電器的型號及含義如圖2-14所示。3)熱繼電器的分類熱繼電器主要分為兩極式和三極式，其中三極式又分為帶斷相保護和不帶斷相保護。4)熱繼電器的選用熱繼電器主要是根據電動機的額定電流來選擇。在實際的運用中，熱繼電器的額定電流可略大于電動機的額定電流。2.時間繼電器1)時間繼電器的作用時間繼電器通常可在交流50Hz、60Hz、電壓380V和直流220V的控制線路中作為延時元件，按照預定的時間去接通或分斷電路。時間繼電器(以空氣阻尼式時間繼電器為例)外形、結構和圖形符號如圖2-15所示。2)時間繼電器的分類時間繼電器可分為電磁式時間繼電器、空氣阻尼式時間繼電器、電動式時間繼電器、晶體管式時間繼電器和數字式時間繼電器等。2.3.5?熔斷器1.熔斷器的作用熔斷器在電路中主要起短路保護作用。熔斷器的熔體串接于被保護的電路中，熔斷器以其自身產生的熱量使熔體熔斷，從而自動切斷電路，實現短路保護及過載保護。熔斷器具有結構簡單、體積小、重量輕、使用維護方便、價格低廉、分斷能力較高、限流能力良好等優(yōu)點，因此在電路中得到廣泛應用。熔斷器的外形結構與圖形符號如圖2-16所示，熔斷器的型號及命名含義如圖2-17所示。2.熔斷器的組成熔斷器由熔體和安裝熔體的絕緣底座(或稱熔管)組成。熔體由易熔金屬材料鉛、鋅、錫、銅、銀及其合金制成，形狀常為絲狀或網狀。由鉛錫合金和鋅等低熔點金屬制成的熔體，因不易滅弧，多用于小電流電路；由銅、銀等高熔點金屬制成的熔體，易于滅弧，多用于大電流電路。3.熔斷器的分類熔斷器按結構分為開啟式、半封閉式和封閉式；按有無填料分為有填料式和無填料式；按用途分為工業(yè)用熔斷器、保護半導體器件熔斷器及自復式熔斷器等。4.熔斷器的選用熔斷器的選用按以下原則進行：(1)根據線路要求和安裝條件選擇熔斷器的型號，容量小的線路選擇半封閉式或無填料封閉式熔斷器，短路電流大的線路選擇有填料封閉式熔斷器，半導體元件選擇快速熔斷器。(2)根據線路電壓選擇熔斷器的額定電壓。(3)根據負載特性選擇熔斷器的額定電流。(4)需要多級熔體配合時，熔斷器的后一級熔體額定電流要比前一級?。豢傞l和各分支電流不一樣，熔體的選擇也不一樣。2.3.6?主令電器主令電器用于在控制電路中以開關接點的通斷形式來發(fā)布控制命令，使控制電路執(zhí)行對應的控制任務。主令電器應用廣泛，種類繁多，常見的有控制按鈕、行程開關、接近開關、萬能轉換開關、主令控制器、選擇開關和足踏開關等，這里只介紹前兩種。1.控制按鈕1)控制按鈕的作用控制按鈕俗稱按鈕或按鈕開關?？刂瓢粹o用于在電路中發(fā)出啟動或者停止指令，是一種短時間接通或斷開小電流電路的手動控制器，?？刂泣c啟動器、接觸器、繼電器等電器線圈電流的接通或斷開?？刂瓢粹o的外形、結構與圖形符號如圖2-18所示，型號及含義如圖2-19所示。2)控制按鈕的顏色以及所代表的含義控制按鈕的顏色以及所代表的含義如表2-6所示。3)控制按鈕的分類控制按鈕從外形和操作方式上可以分為平鈕和急停按鈕，其中急停按鈕也叫蘑菇頭按鈕。另外常見的按鈕還有鑰匙鈕、旋鈕、拉式鈕、萬向操縱桿式、帶燈式等多種類型。4)控制按鈕的選用控制按鈕的選用根據以下原則進行：(1)應根據使用場合選擇控制按鈕的種類，如開啟式、防水式、防腐式等。(2)應根據用途選用合適的型式，如鑰匙式、緊急式、帶燈式等。(3)應根據控制回路的需要確定不同的按鈕數，如單鈕、雙鈕、三鈕、多鈕等。(4)應根據工作狀態(tài)指示和工作情況的要求選擇按鈕及指示燈的顏色。2.行程開關行程開關俗稱限位開關，它是一種能實現行程控制的小電流(5A以下)主令電器。1)行程開關的作用行程開關利用機械運動部件的碰撞使其觸頭動作，通過觸頭的開合控制其他電器來控制運動部件的行程，或運動一定行程使其停止，或在一定行程內自動返回或自動循環(huán)，從而達到控制部件的行程、運動方向或實現限位保護的功能。行程開關的外形、結構與圖形符號如圖2-20所示，行程開關的型號與含義如圖2-21所示。2)行程開關的分類行程開關按運動形式可分為直動式、微動式和轉動式等；按觸點的性質分可為有觸點式和無觸點式。3)行程開關的選用行程開關的選用根據以下原則進行：(1)當生產機械運動速度不是太快時，通常選用一般用途的行程開關；當生產機械行程通過的路徑不宜裝設直動式行程開關時，應選用凸輪軸轉動式的行程開關；當對生產機械工作效率要求很高以及對可靠性及精度要求也很高時，應選用接近開關。(2)應根據使用環(huán)境條件選擇開啟式或保護式等防護形式的行程開關。(3)應根據控制電路的電壓和電流選擇行程開關系列。(4)應根據生產機械的運動特征選擇行程開關的結構形式。2.4?操作指導2.4.1?接觸器的拆裝1.接觸器的外形結構CJT1-10接觸器外形結構如圖2-22所示。2.接觸器的拆卸接觸器的拆卸過程如下：(1)松開線圈外部固定螺絲(兩顆)，如圖2-23所示。(2)松開底蓋螺絲(兩顆)，如圖2-24所示。由于內部有反作用力彈簧，所以在松開螺絲時要用手指適當用力按住接觸器底蓋，防止松開螺絲時內部元件彈出。(3)取出鐵芯、彈簧夾片和反作用力彈簧，如圖2-25所示。(4)取出線圈，如圖2-26所示。3.接觸器的安裝接觸器的安裝過程與拆卸過程相反。4.接觸器的檢測接觸器的檢測是指對線圈、主觸頭以及輔助觸頭進行檢測。如圖2-27所示是對接觸器線圈進行檢測，用MF-47F型萬用表R×10Ω擋測量線圈兩端的阻值，該型號接觸器的線圈阻值約為500Ω。如果所測線圈阻值為零，則說明線圈內部短路；如果所測阻值為無窮大(∞)，則說明線圈內部開路。主觸頭的檢測方法如圖2-28所示，用MF-47F型萬用表R×1k或10k擋測量，正常情況下所測的線圈阻值應該為無窮大(∞)。輔助常閉觸頭的檢測方法如圖2-29所示，用MF-47F型萬用表R×1擋測量，正常情況下所測的線圈阻值應該接近于零。輔助常開觸頭的檢測方法與主觸頭的檢測方法相同。2.4.2?行程開關的拆裝1.行程開關的外形JLXK1-211型行程開關的外形如圖2-30所示。2.行程開關的拆卸行程開關的拆卸過程如下：(1)打開外殼蓋子，如圖2-31所示。(2)卸下觸點系統，如圖2-32所示。(3)打開觸頭系統的外殼蓋，如圖2-33所示。(4)打開觸頭系統。觸頭系統內部結構如圖2-34所示。在打開觸頭系統的外殼蓋時，由于內部有反作用力彈簧，所以要掌握好力度，不要把內部動作連桿端撥走位，以防止壓力鐵片彈出。(5)拆卸外部連桿，如圖2-35所示。外部連桿結構如圖2-36所示。3.行程開關的安裝行程開關的安裝過程與拆卸過程完全相反。需要注意的是：在安裝外部連桿的時候，要注意動作傳送桿與動作傳送軸和內部連桿的位置。4.行程開關的檢測行程開關的檢測主要是指對常開觸點與常閉觸點進行檢測，如圖2-37所示。在對常開或常閉觸點進行檢測時，其外部連桿的方向不能變動。常開觸點檢測方法與接觸器的主觸頭的檢測方法相同；常閉觸點檢測方法則與接觸器的輔助常閉觸頭的檢測方法相同。2.4.3?時間繼電器的拆裝1.時間繼電器的外形JS7-1A型時間繼電器的外形如圖2-38所示。2.拆卸過程(1)拆卸線圈，如圖2-39所示。(2)拆卸線圈支架，如圖2-40所示。拆卸線圈支架時，要用兩拇指用力按住支架鉤，往外按的同時，稍微向下用力方可取出。(3)拆卸定時系統，如圖2-41所示。3.時間繼電器的安裝時間繼電器的安裝過程與拆卸過程剛好相反。4.時間繼電器的檢測時間繼電器有常開、常閉觸頭各一組，還有一組線圈觸頭。其常開、常閉觸頭的檢測方法與交流接觸器輔助常開及常閉觸頭的檢測方法一樣；而線圈觸頭的檢測方法則是要用MF-47F型萬用表R×10或R×100Ω擋測量其線圈兩端的阻值(該型號的線圈阻值約為1.2kΩ)。如所測阻值為零，則線圈內部短路；如所測阻值為無窮大(∞)，則線圈內部開路。時間繼電器的檢測如圖2-42所示。2.5?知識進階2.6.1?三相異步電動機的基礎知識電動機是利用電磁感應原理將電能轉換為機械能并輸出機械轉矩的電氣設備。為了保證電動機安全、可靠地運行，電動機必須定期進行維護與檢修。維修電動機不僅要掌握電動機的維護知識，使其經常處于良好的運行狀態(tài)，而且還要掌握其異常狀態(tài)的判斷、故障原因的鑒別以及正確迅速地進行修復的技能。電動機按照結構分，可分為三相籠型異步電動機和三相繞線轉子異步電動機。最常用的就是三相籠型異步電動機。1.三相異步電動機的基本結構三相異步電動機的結構如圖2-43所示。三相異步電動機的主要結構部件及作用如下：(1)定子部分：包括定子鐵芯、定子繞組和機座，其作用是通入三相交流電后產生旋轉磁場。(2)轉子部分：包括轉子鐵芯、轉子繞組和轉動軸，其作用是產生感應電動勢與感應電流，形成電磁轉矩。2.三相異步電動機定子繞組的接線方式三相異步電動機的定子繞組為電動機的電路部分，它是由若干線圈組成的三相繞組，在定子圓周上均勻分布，按一定的空間角度嵌放在定子鐵芯槽內。每相繞組有兩個引出線端，一個為首端，另一個為尾端。三相繞組共有6個引出端，分別引到機座接線盒內的接線柱上。根據供電電壓的不同，通過改變接線柱間連接片的連接關系，三相定子繞組可以接成星形(Y)，也可以接成三角形(△)，如圖2-44所示。3.三相異步電動機的工作原理電動機有三相對稱定子繞組，接通三相對稱交流電源后，繞組中流有三相對稱電流，在氣隙中產生一個旋轉磁場，轉速為n0(稱為同步轉速)，其大小取決于電動機的電源頻率f和電動機的極對數p，即n0=60f/p。此旋轉磁場切割轉子導體，在其中感應出電動勢和感應電流，其方向可用右手定則確定。此感應電流與磁場作用產生轉矩(轉矩的方向可用左手定則確定)，于是電動機便順著旋轉磁場方向旋轉，但轉子速度n必須小于n0，否則轉子中無感應電流，也就無轉矩。轉子轉速n略低于且接近于同步轉速n0，這是異步電動機“異步”的由來。通常用轉差率(S)表示轉子轉速n與同步轉速n0相差的程度，即S=(n0-n)/n0。一般在額定負載時三相異步電動機的轉差率在1%～9%之間。4.三相異步電動機的銘牌每臺異步電動機的機座上都裝有一塊銘牌，它表明了電動機的類型、主要性能、技術指標和使用條件，為用戶使用和維修提供了重要依據。三相異步電動機的銘牌如表2-8所示。(1)型號與含義。型號為Y-112M-4的三相異步電動機的型號含義如圖2-45所示。型號標在電動機銘牌上。(2)額定功率。額定功率是指電動機按銘牌所給條件運行時，軸端所能輸出的機械功率，單位為千瓦(kW)。(3)額定電壓。額定電壓是指電動機在額定運行狀態(tài)下加在定子繞組上的線電壓，單位為伏特(V)。(4)額定電流。額定電流是指電動機在額定電壓和額定頻率下運行，輸出功率達額定值時，電網注入定子繞組的線電流，單位為安培(A)。(5)額定頻率。額定頻率是指電動機所用電源的頻率。(6)額定轉速。額定轉速是指電動機轉子輸出額定功率時每分鐘的轉數。通常額定轉速比同步轉速(旋轉磁場轉速)低2％～6％。同步轉速、電源頻率和電動機磁極對數的關系為對于二極電動機(一對磁極)，則為對于四極電動機(兩對磁極)，則為其他極數的電動機的同步轉速可根據上述關系依次類推。(7)連接方法。接法是指電動機三相繞組6個線端的連接方法。將三相繞組首端U1、V1、W1接電源，尾端U2、V2、W2連接在一起，叫星形(Y)連接。將U1接W2、V1接U2、Wl接V2，再將這三個交點接在三相電源上，叫三角形(△)連接。(8)定額。電動機定額分連續(xù)、短時和斷續(xù)3種。連續(xù)是指電動機連續(xù)不斷地輸出額定功率而溫升不超過銘牌允許值。短時是指電動機不能連續(xù)使用，只能在規(guī)定的較短時間內輸出額定功率。斷續(xù)是指電動機只能短時輸出額定功率，但可以斷續(xù)重復啟動和運行。(9)溫升。電動機在運行過程中，部分電能會轉換成熱能，使電動機溫