常用低压电器和控制电路.ppt

电气控制技术电气控制技术 张艳张艳 机电信息工程学院机电信息工程学院 1 教学参考书和要求：教学参考书和要求： n n 教学参考书：教学参考书： (1)(1)常用低压电器原理及其控制技术常用低压电器原理及其控制技术 王仁祥王仁祥 编著，机械工业出版社编著，机械工业出版社 (2)(2)电气控制基础与可编程控制器应用教程电气控制基础与可编程控制器应用教程 高溥高溥 主编，西安电子科技大学出版社主编，西安电子科技大学出版社 n n 要求：要求： 掌握常用低压电器的原理、功能。掌握常用低压电器的原理、功能。 做到能够正确选择使用与控制系统相关的做到能够正确选择使用与控制系统相关的 一些常用低压电器。一些常用低压电器。 2 第第0 0章章 电器控制技术概述电器控制技术概述 n n 低压电器简介低压电器简介 n n 基本控制环节基本控制环节 n n 电动机的保护电动机的保护 n n 控制电路综合举例控制电路综合举例 3 0.1 0.1 低压电器简介低压电器简介 n n 低压电器低压电器指工作在交流指工作在交流1000V1000V或者直流或者直流 1200V1200V额定电压以下的电路中的电器。额定电压以下的电路中的电器。 n n 作用作用：实现对电路或非电对象的通断切换：实现对电路或非电对象的通断切换 、控制、检测、保护、变换和调节等。、控制、检测、保护、变换和调节等。 4 0.1 0.1 低压电器简介低压电器简介 常用低压电器的分类：常用低压电器的分类： n n 控制电器：控制电器：用于控制电路，如接触器（交用于控制电路，如接触器（交 、直流接触器）、继电器（时间继电器、直流接触器）、继电器（时间继电器、 热继电器）等。热继电器）等。 n n 配电电器：配电电器：用于分配电能，如开关、熔断用于分配电能，如开关、熔断 器等。器等。 n n 执行电器：执行电器：用于完成所要求的动作，如用于完成所要求的动作，如电电 磁阀、执行机构等。磁阀、执行机构等。 n n 其它电器：其它电器：变频器、智能电器等。变频器、智能电器等。 5 v作用：短路和严重过载保护 v应用：串接于被保护电路的首端 v优点：结构简单，维护方便，价格便宜，体小量轻 v参数：最主要参数为熔体的额定电流 v分类： 0.2 0.2 常用低压电器常用低压电器 瓷插式RC 螺旋式RL 有填料式RT 无填料密封式RM 快速熔断器RS 自恢复熔断器 FU v文字符号 0.2.1 0.2.1 熔断器熔断器 （保险丝/管） 6 瓷插式熔断器 0.2.1 熔断器 7 螺旋式熔断器 0.2.1 熔断器 8 有填料式熔断器 0.2.1 熔断器 9 无填料密封式熔断器 0.2.1 熔断器 10 快速熔断器 0.2.1 熔断器 11 自恢复熔断器 0.2.1 熔断器 12 0.2.2 刀开关 俗称俗称“闸刀闸刀”，是一种手动电器。，是一种手动电器。 安装安装时，手柄要朝上。时，手柄要朝上。 用于控制容量小于用于控制容量小于7.5KW7.5KW的电机。的电机。 分类： 按刀的级数分:单极、双极和三极 按灭弧装置分：带灭弧装置和不带灭弧装置 按刀的转换方向分为：单掷和双掷 按接线方式分为：板前接线和板后接线 按操作方式分为：手柄操作和远距离联杆操 作 按有无熔断器分：带熔断器和不带熔断器 作用：隔离电源，不频繁通断电路 13 1.开关板用刀开关（不带熔断器式刀开关） v 作用：不频繁地手动接通、断开电路和隔离电源用 。 v 结构图和符号 ：刀开关的刀开关的文字符号文字符号为为Q Q或或QSQS。 Q 或 QS 0.2.2 刀开关 14 0.2.2 刀开关 2.带熔断器式刀开关用作电源开关、隔 离开关和应急开关，并作电路保护用。 15 3.负荷开关 (1)开启式负荷开关 v用途：作不频繁带负荷操作和短路保护用。 v结构：由刀开关和熔断器组合成。瓷底板上装 有进线座、静触头、熔丝、出线座及刀片式动 触头，工作部分用胶木盖罩住，以防电弧灼伤 人手。 v分类：单相双极和三相三极两种 0.2.2 刀开关 16 17 3.负荷开关 (2)封闭式负荷开关（铁壳开关） v 作用：手动通断电路及短路保护。 0.2.2 刀开关 18 0.2.30.2.3接触器接触器 19 触头系统：主触头、辅助触头 常开触头（动合触头） 常闭触头（动断触头） 电磁系统：动、静铁芯，吸引线圈和反作用弹簧 灭弧系统：灭弧罩及灭弧栅片灭弧 （1）结构 1. 交流接触器 20 交流接触器结构图 主触头 常闭辅助触头 常开辅助触头 静铁心 动铁心 吸引线圈 灭弧装置 21 线圈 铁芯 衔铁 主触头 弹簧 辅助 触头 M 3 电机 (2)(2)交交流接触器原理流接触器原理 动作过程 线圈通电 衔铁被吸合 触头闭合 电机接通 电源 22 用途：远距离通断直流电路或控制直流电动机的频繁 起停。 结构：电磁机构、触头系统和灭弧装置。 工作原理：与交流接触器基本相同。 2.直流接触器 23 3.3.接触器有关符号：接触器有关符号： 接触器线圈 接触器主触头用于主电路 （如果流过的电流过大，需加灭弧装置） 常开 常闭 接触器辅助触头用于控制电路 （流过的电流很小） 接触器控制对象：电动机及其它电力负载 接触器技术指标：额定工作电压、电流、触点数目等。 24 额定电压 交流接触器： 127、220、380、500V 直流接触器： 110、220、440V 交流接触器：5、10、20、40、60、100、150、250、400、600A 直流接触器：40、80、100、150、250、400、600A 额定电流 吸引线圈额定电压 交流接触器：36、110（127）、220、380V 直流接触器：24、48、220、440V 4. 接触器的主要技术指标 25 根据电路中负载电流的种类选择接触器的类型； 接触器的额定电压应大于或等于负载回路的额定 电压； 吸引线圈的额定电压应与所接控制电路的额定电 压等级一致； 额定电流应大于或等于被控主回路的额定电流。 5.接触器的使用选择原则 26 0.2.4 0.2.4 继电器继电器 27 v作用：控制、放大、联锁、保护和调节 v分类： 按用途分 ：控制和保护继电器 按动作原理分：电磁式、感应式、电动式、电 子式、机械式 按输入量分：电流、电压、时间、速度、压力 按动作时间分：瞬时、延时继电器 v 特点：额定电流不大于5A 0.2.4 继电器继电器 28 1. 1.继电器继电器 继电器和接触器的工作基本原理一样。主要区别： 接触器的主触点可以通过很大电流，而继电器的触点只能通 过小电流。所以，继电器只能用于逻辑控制电路。 继电器要比接触器动作要快很多，因此继电器常被用来快速 动作的回路中，如继电保护等。 中间继电器 电压继电器 电流继电器 时间继电器（具有延时功能） 热继电器（做过载保护） . 继电器类型：继电器类型： 过压继电器 欠压继电器 29 2. 2.继电器的原理结构继电器的原理结构 动作过程 线圈通电 衔铁吸合动片 触点闭合 常开触点 线圈 衔铁 弹簧 触点公共端磁轭 动片 常闭触点 30 3. 3.继电器有关符号：继电器有关符号： 继电器线圈 继电器触点 常闭 继电器应用对象：逻辑控制回路。 继电器技术指标：额定工作电压、触点额定电压/额 定电流、触点数目等。 常开 带指示灯的继电器 31 发热元件 0.2.5 0.2.5 热继电器热继电器 1.结构： 常闭触头 双金属片 I 2.工作原理： 发热元件接入电机主电路，若长时间过载，双金属 片被烤热。因双金属片的下层膨胀系数大，使其向 上弯曲，扣板被弹簧拉回，常闭触头断开。 扣板 32 33 3.热继电器的符号 发热元件 串联在主电路中 串联在控制电路中 常闭触头 FR FR 热继电器应用对象：电机过流(过载)保护。 热继电器技术指标：额定工作电压、触点额定电压/ 额定电流等。 34 0.2.6 0.2.6 时间继电器时间继电器 时间继电器主要实现延时接通、延时断开等功能。 通电延时(接通/断开缓吸)继电器： 断电延时(接通/断开缓放)继电器： 1.图形符号 35 2. 2.空气阻尼式时间继电器的工作原理空气阻尼式时间继电器的工作原理 阻尼腔 常开触头 延时闭合 常闭触头 延时打开 线圈 衔铁 常闭触头 常开触头 线圈通电 衔铁吸合（向下） 连杆动作 瞬动触头动作 延时触头延时动作 动作过程 瞬动触点 延时触点 36 37 38 时间继电器触头类型时间继电器触头类型 断 电 式 常闭断电后 延时闭合 常开断电后 延时断开 通 电 式 瞬 时 动 作 延 时 动 作 常闭触点 常开触点 常开通电后 延时闭合 常闭通电后 延时断开 39 0.2.7 0.2.7 控制按钮控制按钮 常开按钮 电路符号 SB 复合按钮 复合按钮把常开按钮和常闭按钮 做在一起。 电路符号 SB 常闭按钮 电路符号 SB 40 41 0.2.8 0.2.8 行程开关行程开关 用作电路的限位保护、行程控制、自动切换等。 原理结构与按钮类似，但其动作要由机械撞击。 常开触头 ST 常闭触头 电路符号 ST 42 1-推杆 2-弹簧 3-动断触头 4-动合触点 直动式行程开关滚轮式行程开关 1-滚轮 2-上转臂 3、5、11-弹簧 4-套架 6-滑轮 7-压板 8、9-触点 10-横板 微动式行程开关 1.推杆 2.弹簧 3.压缩弹簧 4.动断触点 5.动合触点 43 0.2.9 0.2.9 接近开关接近开关 n接近开关可以替代行程开关 n高频振荡式：金属物质接近时控制高频振荡器起或停 n霍尔式：磁敏元件与磁铁 n超声波式：发射超声波和接收超声波 n差动线圈式：检测金属物质涡流和磁场变化 n永磁式等：磁铁和干簧继电器 常开(动合)触头 ST 常闭(动断)触头 电路符号 ST 44 0.2.10 0.2.10 转换开关转换开关 n 转换开关是选择开关，主要用于电路的切换。例如三 相电压表切换、电流表的切换、手自动切换、远方(集 中)就地停止切换等 电气符号 45 0.2.11 0.2.11 低压断路器 功能：不频繁通断电路，并能在电路过载、短路及失 压时自动分断电路。 v 特点：操作安全，分断能力较高。 v 分类：框架式（万能式）和塑壳式（装置式） v 结构：触头系统、灭弧装置、脱扣机构、传动机构。 46 常用电气图形、文字符号表 SB 位置开关 一般三极 电源开关 符号符号名称图形符号名称图形符号 低压断路器 QS QF 常闭 常开 转换开关 SQ SA 停止 起动 控制按钮 接触器 主触点 线圈 辅助触点 KT FR 热继电器 47 0.3 0.3 简单的接触器控制简单的接触器控制 开关 自保持 停止按钮 起动按钮 ABC M 3 特点：小电流控 制大电流 48 n n 电机起动、停止（点动控制、连续运行、多地点电机起动、停止（点动控制、连续运行、多地点 控制、顺序控制等）控制、顺序控制等） n n 电机正反转控制电机正反转控制 n n 行程控制行程控制 n n 时间控制时间控制 n n 速度控制速度控制 1.基本控制环节 0.4 0.4 电动机控制电路电动机控制电路 49 u电气控制系统图 将控制电路中的各种电器元件和连接按 照一定的图形符号与文字符号表达出来 的图形就是电气控制系统图。 电气控制系统图包括电器原理图、电器 元件布置图和电气接线图等。 50 电气控制系统图绘制原则： (1) 所有元件均按照国标的图形符号和文字符号表示； (2) 主电路与辅电路分开画； (3) 同一元件的不同部分可绘制在不同位置，但必须使 用统一文字符号表示； (4) 所有电器的可动部分均按照没有通电或者无外力的 状态下画出； (5) 尽量减少线条和避免线条交叉； (6) 层次分明。 u电气控制系统图 51 2.异步机的直接起动点动控制 M 3 ABC KM FU QS B C KM SB 动作过程 按钮松开线圈（KM）断电 触头（KM）打开 电机停转。 按下按钮（SB） 线圈（KM）通电 触头（KM）闭合电机转动； 控制电路 主电路 接触器控制系统可分为： 主电路和控制电路两部分 52 3.异步机的直接起动电机连续运行 KM 自保持 自保持的作用 按下按下SB2SB2按钮按钮，线圈(KM)通电，电机起动；同 时，辅助触头(KM)闭合，即使按钮松开，线 圈仍保持通电状态，电机连续运转。 按下按下SB1SB1按钮按钮，线圈(KM)断电，电机停转 KM SB2 C M 3 ABC KM FU QS B SB1 起动按钮停车按钮 53 KM SB1 KM SB2 KH FR M 3 ABC KM FU QS 4.异步机的直接起动有过载保护 发热元件 热继电 器触头 当电路电动机过载时，热继电器常闭 触点断开，发热元件将接触器线圈断 电而使主触点断开，电动机停转。 54 举例：甲、乙两地同时控制一台电机 KM SB1甲 SB2甲 KM SB1乙 方法：采用两个起动、两个停止按钮， 两起动按钮并联，两停止按钮串联。 5.多地点控制 乙地 甲地 SB1乙 55 方法一：用复合按钮 6.点动/连续运行_1 SB3：点动 SB2：连续运行 控制 关系 该电路缺点：动作不够可靠。 KM SB1 KM SB2 FR SB3 QS FR M 3 A BC KM FU 主电路 控制电路 56 6.点动/连续运行_2 方法二：加中间继电器(KA)。 控制 关系 SB：点动 SB2：连续运行 SB KA SB1 KA_1 SB2 FR KM KA_2 M 3 A B C KM FU FR 57 以下控制电路能否实现即能点动、以下控制电路能否实现即能点动、 又能连续运行又能连续运行 KM SB1 KM SB2 KH SB 思考思考 不能点动！ 58 7.电机的正反转控制_1 KMF KMFSB1 SBF KH KMR KMR SBR M 3 ABC KMF FU QS KH KMR 该电路必须先停车才能由正转到反转或由反转 到正转。SBF和SBR不能同时按下，否则会造 成相间短路! SBR反转停车 SB1 操作过程： SBF正转 反转按钮 正转按钮 59 7.电机的正反转控制_2 互锁作用互锁作用：正转时，SBR不起作用；反转时， SBF不起作用。从而避免两接触器同时工 作造成主回路短路。 KMR M 3 A B C KMF FU Q S KH 互锁 KMF SB1 KMF SBF KH KMR KMR SBR KMF KMR 60 8.电机的复杂控制电路 61 行程控制_1 KMR M 3 ABC KMF FU QS FR 行程控制实质为电机的正 反转控制，只是在行程的 终端要加限位开关。 正程逆程 B A 62 行程控制电路_2 控制回路 KMF FR KMR SB1 KMF SB2 STA SB3 STB KMR KMR KMF 限位开关 正程 限位开关 STASTB 逆程 至右极端位置撞开STA 动作过程 SB2正向运行 电机停车 （反向运行同样分析） 63 行程控制_3自动往复运动 电电 机机 正程逆程 工作要求：1. 能正向运行也能反向运行 2. 到位后能自动返回 64 电机 STaSTb KMR SBR KMF FR KMF SB1 KMF SBF KMR KMR STa STb 自动往复运动控制电路自动往复运动控制电路 限位开关采用复合式开关 。正向运行停车的同时， 自动起动反向运行；反之 亦然。 关键措施关键措施 53页 65 9.定时控制 时间继电器 定时类型： 钟表式 空气式 电子式 阻容式 数字式 。 66 KM FU QS KH A x B y C z KM-Y A B C X Y Z Y Z BY X C A KM- 定时控制-举例： 主电路 （1）电机的Y起动 KM-Y闭合，电 机接成 Y 形； KM-闭合，电 机接成 形。 电机 绕组 67 KM FU QS KH 电机 A x B y C z KM -Y KM- 主电路接通电源 延时 KT KM- KM- Y Y 转换完成 SB2 KM KT KM-Y KM- KM- KT KTKM-Y KM-Y KM- KM- KT KM- KM SB1 SB2 KM Y 起动控制电路 KH 68 控制要求： 起动：先起M1，延时10秒后起M2 （2）顺序控制 M1 M2 第一条皮带 第二条皮带 皮带运输机的控制电路皮带运输机的控制电路 69 顺序控制电路1 两电机只保证起动的先后顺序，没有延时要求。 FU KM2 KH2 A B C FU M 3 A B C KM1 KH1 M 3 主电路 KM1 KM2SB3 SB4 KH2 KM2 KM1SB1 SB2 KH1 KM1 控制电路 70 不可以不可以 ! 主触头(KM1)负荷过重。 两电机要各自独立控制！ M 3 KM1 KH KM2 KH M 3 主电路 KM2 KM1 SB2 KM2 KM1 SB3 SB1 控制电路 这样实现顺序 控制可不可以? 71 顺序控制电路2：M1起动后，M2延时起动。 SB2 KM1 KT KM2 延时 KM2 M1起动 KT M2起动 主电路同前控制电路 KM1 SB1 SB2 KT KH KM1 KM2 KM2 KM2 KT 72 KM1 SB1 SB2 KT KH KM1 KM2 KM2 KT 实现M1起动后M2延时起动的顺序控制，用以下电路 是否可以？ SB2 KM1 KT KM2 延时 KM2 M1起动 M2起动 不可以！ 继电器、 接触器的线 圈有各自的 额定值， 线圈不能串 联。 73 0.50.5电动机的保护电动机的保护 电动机保护 的类型： 失压保护：采用继电器、接触器控制 短路保护：加熔断器 过载保护：加热继电器 74 M 3 ABC KM FU QS 主 电 路 KM SB1 KM SB2 控制电路 0.5.1 失压保护：采用继电器、接触器控制 n n 继电器、接触器线圈电压继电器、接触器线圈电压85%85%时，时， 触头自动断开，可避免烧坏电机触头自动断开，可避免烧坏电机 n n 电源停电后再来电时，可避免电机电源停电后再来电时，可避免电机 自动起动而伤人。自动起动而伤人。 75 0.5.2 短路保护：加熔断器 频繁起动 的电机： 异步电动机的起动电流Is t约为额定电流IN的(57)倍。 选择熔体额定电流IF时，既要躲开起动电流，又要在 短路时起保护作用。 IF选择公式如下： 一般电机： 76 KM SB1 KM SB2 KH 电机过载运行使电流增大，但又比短 路电流小。此时熔断器不熔断，应增 加热继电器，进行过载保护。 M 3 A B C KM FU QS KH 0.5.3 过载保护： 1.加热继电器 热继电器 的热元件 热继电 器触头 77 作用：可实现短路、过载、失压保护。 2.自动空气断路器（自动开关） 结构： 过流 脱扣器 欠压 脱扣器 工作原理：过流时，过流脱扣器将脱钩顶开，断开电源； 欠压时，欠压脱扣器将脱钩顶开，断开电源。 78 0.6 0.6 速度控制速度控制 动触点 静触点 外环 工作原理 速度继电器的轴 由电动机带动， 其外环转动到一 定速度时，撞击 动触点，使常开 触点闭合，常闭 触点打开。 速度继电器 79 速度控制反接制动电路 M 3 KM1 R KM2 KM1 SB1KS KM2 KM2 SB2 KM1 KM1 SB1 KM2 KS 正常工作时，KM1通电，电 机正向运转，速度继电器 (KS)常开触头闭合；停车时 ，按SB1，KM1断电，KM2 通电，开始反接制动，当电 机的速度接近零时，KS打开 ，电机停止运转，反接制动 结束。 限流 电阻 SB2：起动，SB1：停止 80 例(1)-运料小车的控制 设计一个运料小车控制电路，同时满足以下要求： 1. 小车启动后，前进到A地。然后做以下往复运动： 到A地后停2分钟等待装料，然后自动走向B。 到B地后停2分钟等待卸料，然后自动走向A。 2. 有过载和短路保护。 3. 小车可停在任意位置。 电机 正程 逆程 B A 0.7 0.7 控制电路综合举例控制电路综合举例 81 运料小车控制电路 M 3 A B C KMF FU Q S KH KMR STa 、STb 为A、B 两端的限位开关 KTa 、KTb 为 两个时间继电器 主回路 KMF KH KMR SBF SB1 KMF STa STa KTa STb KTb KMR KMR KMF STb KTa KTb SBR 38页 82 该电路的问题：小车在两极端位置时，不 能停车。 动作过程动作过程 SBFKMF 小车正向运行 至A端撞STa KTa 延时2分钟 KMR 小车 反向运行至B端 撞STb KTb 延时2分钟 KMF 小车正 向运行如此往 反运行。 KMF KMF KH KMR SBF SB1STa STa KTa STb KTb KMR KMR KMF STb KTa KTb SBR 83 加中间继电器（KA）实现任 意位置停车的要求 KMF KMF SBF KMR KH STa STa KTa STb KTb KMR KTa KMR KMF STb KTb SB1 SB2 KA KA SBR 84 -工作台位置控制 控制电路综合举例：例(2) 起动后工作台控制要求： (1) 运动部件A从1到2 (2)运动部件B从3到4 (3)运动部件A从2回到1 (4)运动部件B从4回到3 自动循环 B M1 A M2 ST3ST4ST2ST1 1234 85 工作台位置控制电路 (1)根据动作顺序 设计控制电路。 (2)检查有无互锁。 (3)检查能否正确 启动 、停车。 设计步骤： KMAF KH ST4 KMBR S