电工电子技术第七章.ppt

电工电子技术,2010.11,第七章继电-接触器控制,7.1常用控制电器7.2三相异步电动机的基本控制电路7.3基本电气识图本章小结,利用继电器、接触器实现对电动机和生产设备的控制和保护，称为继电接触器控制系统。,本章主要介绍几种常用的低压电器，基本的控制环节和保护环节的典型线路。,继电接触器控制系统：,控制电器：,对电动机和生产机械实现控制和保护的电工设备。如：刀开关、组合开关、按钮、中间继电器、交流接触器、行程开关等。,一、开关电器,第一节常用控制电器,用于不频繁接通或断开电路的开关，或用于机床电路电源的引入开关。按其动作方式可分为手动电器和自动电器两类。,手动电器的动作是由工作人员手动操纵的，如刀开关、组合开关、按钮等。,自动电器的动作是根据指令、信号或某个物理量的变化自动进行的，如中间继电器、交流接触器、行程开关等。,图8-1刀开关的结构和符号,1刀开关,是一种简单而使用广泛的手动电器，一般在不频繁操作的低压电路中用于接通和切断电源，有时也用来控制小容量电动机的直接起动与停机。,手柄,绝缘底板,静插座（静触点）,闸刀（动触点）,刀开关由闸刀、静插座、操作把柄和绝缘底板组成，为节省材料和安装方便，还可把刀开关与熔断器组合在一起，以便断路和短路时自动切断电路。刀开关的额定电压通常为250V和500V，额定电流在1500A以下。安装刀开关时，电源线应接在静触点上，负荷线接在和闸刀相连的端子上，若有熔断丝的刀开关，负荷线应接在闸刀下侧熔断丝的另一端，以保证刀开关切断电源后，闸刀和熔断丝不带电。在垂直安装时，操作把柄向上合为接通电源；向下拉为断开电源，不能反装，否则会因闸刀松动自然下落而误将电源接通。刀开关的额定电流应大于它所控制的电路的最大负荷电流。,2.万能转换开关（又称组合开关）,组合开关时一种转动式的闸刀开关。它主要用于接通或切断电路、换接电源、控制小型笼型异步电动机起动、停止、正反转或局部照明。由静触片、动触片组装在绝缘盒而成的动触点装在转轴上，手柄转动转轴使动触片与静触片接通与断开。可由数层组合而成。可实现多条线路、不同联接方式的转换。在选用组合开关时，要根据控制要求以及线路的工作电压和工作电流来选择一般用于低压、电流100A以下的电路中做电源开关。,图85万能转换开关起停电动机的接线图,(b)结构,按钮常用于控制电路的接通和断开。,按钮的外形图和结构如图所示。,(a)外形图,3、按钮(手动切换电器),按钮开关的符号：,动作时，先断后通,4.熔断器,日常见到的保险丝是最简单的熔断器，熔断器用以切断线路的过载和短路故障。它串联在被保护的线路中，正常运行时如同一根导线，起通路作用，当线路过载或短路时，由于大电流很快将熔断器熔断，起到保护电路上其他电器设备的作用。熔断主要由熔体、熔管和支持熔体的触点插座三部分组成。熔体受电流的热效应，起断开大电流的作用，熔管起限制电弧飞溅，装填料起辅助灭弧(围绕着机械式开关的弧触头，用以限制电弧并帮助电弧熄灭的装置)作用。熔断器种类很多，常用的主要三种。熔断器的选用，除了根据应用场合选择适当的结构形式外，主要是选择熔体的额定电流。,熔体额定电流的选择：（1）照明和电热负载的熔体：为确保照明和电热负载的正常工作而不被损坏，应使熔体额定电流被保护设备的额定电流。（2）一台电动机的熔体：因电动机的起动电流是额定电流的57倍，为使电动机能正常起动，必须按照电动机起动电流来确定熔体的电流，可按熔体额定电流电动机起动电流/kK为经验系数，一般情况取k=2.5；若起动频繁，则取k=1.62，这样可防止电动机起动时熔体熔断，又能在短路时尽快熔断熔体。（3）多台电动机合用的熔体：考虑多台电动机未必能同时起动，以及对按发热条件选择导线截面的要求，其熔断额定电流=（1.52.5）最大容量电动机的额定电流+其余电动机额定电流之和。,熔断器熔体额定电流IF的选择,(1)电灯、电炉等电阻性负载,IFIL,(3)频繁起动的电动机,(2)单台电动机,(4)几台电动机合用的总熔体,熔体额定电流（1.52.5）容量最大的电动机额定电流其余电动机的额定电流之和,交流接触器是一种依靠电磁力作用了来接通和切断带有负载的主电路或大容量控制电路的自动切换电器，它与按钮配合使用，可以对电动机进行远距离自动控制，但它本身不能切断短路电流和过负荷电流。,5、交流接触器,用于频繁地接通和断开大电流电路的开关电器。,交流接触器的外形与结构,交流接触器主要由电磁系统、触点系统和灭弧装置组成。,其中：触点系统是接触器的执行部分，包括主触点、辅助触点和弹簧。主触点的作用是接通和分断主回路，控制较大的电流，而辅助触点是在控制回路中，用于接通或分断较小的电流。交流接触器一般具有三对常开主触点，常开、常闭辅助触点各两对。,选用交流接触器时，必须根据电动机容量、主电路工作电压、吸引线圈工作电压及辅助触点的种类和数量来确定。应使主触点电压大于或等于所控制回路电压，主触点电流大于或等于负载额定电流。,继电器,继电器是一种根据某种输入信号（电压、电流、转速、时间、温度等）的变化来接通或断开控制电路，实现自动控制或保护电力装置的电器。,热继电器是利用感温元件受热而动作的一种继电器，它主要用来保护电动机或其他负载免于过载。电动机的过载一般发生在下列情况：三相缺相运行、欠压运行、长时间过负荷运行、间歇运行的电动机操作过于频繁、经常受起动电流的冲击、反接制动等。,6.热继电器,发热元件接入电机主电路，若长时间过载，,发热元件,杠杆,工作原理,结构原理图,双金属片,动断触点,用于电动机的过载保护。,双金属片被加热，向上弯曲，直到脱扣。,常闭触点断开。,符号：,上图是热继电器原理图。热元件是一段阻值不大的电阻丝，使用时与电动机主回路串联，被热元件包围着的双金属片是有不同膨胀系数的金属材料压制而成。电动机长期过载时，电流长期超过容许值，热元件发热使双金属片发生弯曲上翘时，杠杆借助于弹簧的拉力作用使动断触点分开，触点是接在电动机的控制回路中，由于控制电路断开而使接触器线圈断电，从而切断了电动机的主电路。复位按钮用来使热元件恢复原位，热继电器动作，当查明事故原因并排除故障后，若需恢复正常运行，只要按下复位按钮，使杠杆被双金属片撑住，动断触点又恢复闭合状态。,由于热惯性，热继电器不能作短路保护。因为发生短路事故时，我们要求电路立即断开，而热断电器是不能立即动作的。但是这个热惯性也是合乎我们要求的，在电动机起动或短时过载时，热继电器不会动作，这可避免电动的不必要的停车。热继电器有连个或三个加热元件，使用时分别串联在两根或三根电源线上，可直接反映三相电流的大小。选用热继电器时，应根据负载的额定电流来确定其型号和加热元件的电流等级。,7.中间继电器,中间继电器和接触器的结构和工作原理大致相同。,在继电-接触器控制电路中，为解决接触器触点少的矛盾，而采用触点多、容量相对较大的中间继电器，用它作中间控制环节，用以信号传递与转换，或同时控制多个电路，对小容量电动机也可代替接触器作接通和切断电源用。中间继电器的结构与动作原理与交流接触器相似，都是由电磁系统和触点系统组成，而不同的是其容量小些，触点多些，它也有动合和动断触点，但没有主、辅触点之分，也没有灭弧装置。选用中间继电器时，主要根据控制电路的电压和控制的要求来选择线圈额定电压等级和触点书目。,主要特点在于：,继电器的体积和触点容量小，触点数目多，且只能通过小电流。所以，继电器一般用于控制电路中。,自动空气开关又称自动空气断路器，建成自动开关，是常用的一种低压保护电器，当电路发生短路、严重过载及电压过低等故障时能自动切断电路。它与熔断器配合是低压设备和线路保护的一种最基本的保护手段。自动空气开关主要组成部分是：触点系统、灭弧装置（围绕着机械式开关的弧触头，用以限制电弧并帮助电弧熄灭的装置），机械传动机构和保护装置等。,8.断路器(自动开关、空气开关),可实现短路、过载、失压保护。,锁钩,主触点手动闭合,衔铁释放,断路器原理图,连杆装置,释放弹簧,上图为装有（电磁）脱扣器（即保护装置）的自动空气开关结构原理图。主触点靠操作结构来闭合，开关的自由脱扣机构是一套连杆装置，有过流脱扣器和欠压脱扣器等，它们都是电磁铁。当主触点闭合后就被锁钩锁住。过流脱扣器在正常运行时其衔铁是释放着的，一旦发生严重过载或短路故障时，与主电路串联的线圈流过大电流而产生较强的电磁吸力把衔铁往下吸而顶开锁钩，使主触点断开，起了过流保护作用。欠压脱扣器的工作恰恰相反，当电路电压正常时，并在电路上的励磁线圈产生足够强的电磁力将衔铁吸住，使连杆同脱扣机构脱离，主触点得以闭合。若失压，其吸力减小或完全消失，衔铁就被释放而使主触点断开，当电源电压恢复正常时，必须重新合闸后才能工作，实现了失压保护。,自动空气开关的种类繁多，可按用途、结构型式、极数、限流性能以及操作方式分为多种。自动空气开关需根据保护电路的保护特性选择其类型，根据被保护电路的电压和电路选择自动空气开关的额定电压和额定电流，根据被保护电路所要求保护方式选择脱扣器种类，同时还需考虑脱扣器的电流等。,第二节三相异步电动机的基本控制电路,三相异步电动机的基本控制电路包括点动控制直接起动控制正反转控制多地控制行程控制时间控制,这些电路都是用继电接触器和按钮控制电动机的起动与停止，用熔断器和热继电器对电动机进行短路保护和过载保护。这就是继电-接触器控制的基本电路。但工业用的生产机械，其动作时多种多样的，因此，继电-接触器控制电路也是多种多样的。但是，各种控制电路只不过是在基本电路基础上，根据生产机械要求，适当增加一些电气设备罢了。生产中常遇到如下一些环节：点动控制；单向自锁运动控制；电动机正、反转互锁控制；负载的多地控制；行程控制；时间控制等。这些控制环节也称为典型控制环节，一台比较复杂的设备，它的控制电路常包括几个典型环节，因此掌握这些典型环节，对阅读、应用和设计控制电路是至关重要的。,7.2.1三相笼型异步电动机的直接起动控制,最简单的直接起动控制电路莫过于用刀开关Q控制，如右图所示，其电源的接通和断开是通过人们操作刀开关来实现的。电路中的熔断器FU作短路保护用，它不能用作过载保护，如车间中的三相电风扇、砂轮机等常用这种控制电路。本电路有一个致命的弱点就是无法实现遥控和自动，当然也可以用组合开关来代替刀开关。,1点动控制所谓点动控制，是指按下按钮时电动机动作，放开按钮时，电动机即停止工作。生产机械在进行试车和调整时常要求点动控制。图1所示为点动控制电路图，它由组合开关QS、熔断器FU1、按钮SB、接触器KM和电动机M组成。当电动机需要点动时，先合上QS，再按下SB，使接触器KM的吸引线圈通电，铁心吸合，于是接触器的三对主触头闭合，电动机与电源接通而运转。松开SB后，接触器KM的线圈失电，动铁心在弹簧力作用下释放复位，主触头KM断开，于是电动机就停转。,图1,2单向运行控制电路（起、停控制电路）大多数生产机械需要连续工作，例如水泵、通风机、机床等，如仍采用点动控制电路，则需要操作人员一直按着按钮来工作，这显然不符合生产实际的要求。为了使电动机在按钮按过以后能保持连续运转，需用接触器的一副常开触头与按钮并联，如图2所示。,图2起、停控制,当按下起动按钮SB2以后，接触器线圈KM通电，其主触头KM闭合，电动机运转同时辅助触头KM也闭合，它给线圈KM另外提供了一条通路，因此按钮松开后线圈能保持通电，于是电动机便可连续运行。接触器用自己的常开辅助触头“锁住”自己的线圈电路，这种作用称为自锁，此时该触头称为自锁触头这时的按钮SB2已不再起点动作用，故改称它为起动按钮。另外，电路中还串接了一个停止按钮SB1，当需要电动机停转时，按下SB1使常闭触头断开，线圈KM失电，主触头和自锁触头同时断开，电动机便停转。,在图2所示的电路中，刀开关Q作为隔离开关使用，当需要对电动机或电路进行检查、维修时，用它来隔离电源，确保操作安全。隔离开关一般不能用于带负载切断或接通电源起动时应先合上Q，再按起动按钮SB2；断电时则应先按停止按钮SB1，再断开Q。熔断器FU在电路中起短路保护作用，一旦发生短路事故，熔丝熔断，切断电源，电动机立即停转。热继电器FR在电路中起过载保护作用，当发生过载事故时，热继电器FR的常闭点断开，控制电路断电，交流接触器KM线圈断电，其常开主触点断开，电动机停转,上述电路还具有零压保护和欠压保护，即在停电或电压过低时，接触器线圈的电磁吸力消失或不足，使主触头断开，切断了电动机的电源，同时也使自锁触头断开。而当电源恢复正常时，必须再按起动按钮才能使电动机重新起动。如果使用手动刀开关控制，则当电源恢复时，电动机会自行起动，有可能造成人身和设备事故。,3、多地控制,要能够从两个或两个以上地点控制同一台电动机。每一个控制点都必须有一个起动按钮和一个停机按钮。,按钮的接线原则：所有起动按钮并联所有停机按钮串联,在生产过程中，很多生产机械的运行部件都需要正、反两个方向运动，如水闸的起、闭，机床工作台的前进、后退等。有第六章可知，要使三相异步电动机正、反转，只要改变引入到电动机的三相电源相序即可。用倒顺开关能实现异步电动机的正、反转，但它不能实现遥控和自控。,4、正反转互锁控制,改变定子绕组电源相序，实现电动机正反转控制。,需要用两个接触器来实现这一要求。,电动机正反转的基本控制电路1,按下SB1,缺点：1、改变转向时必须先按停止按钮SB3。2、容易误操作，若未先按SB3就按下反向转动按钮（SB1或SB2），会造成主电路线间短路。,按下SB2,解决措施：在控制电路中利用接触器触点实现“联锁”。,在同一时间内，两个接触器只允许一个通电工作的控制作用，称为“联锁”。,缺点：改变转向时还是必须先按停止按钮。,解决措施：利用复合按钮在控制电路中加入机械连锁。,断电,通电,闭合自锁,断开,按下SB1,电动机正反转的控制电路2,利用复合按钮的触点实现联锁控制称机械联锁。,电动机正反转的控制线路3,电动机正反转的控制电路3,原已断开,先断开,断电,闭合,闭合,闭合,通电,当电机正转时，按下反转按钮SB2,电机反转,原已闭合,7.2.2、行程控制,根据生产机械运动部件的位置或行程距离进行的控制称为行程控制。如起重机械和某种机床的直线运动部件，当到达边缘位置时，就要求自动停止或者往复运动。这种行程控制可利用行程开关来实现。通过这种开关，控制生产机械的运动，当其运行到某一规定位置时，通过行程开关转变为对电路的控制，以改变生产机械的状态。,1.行程开关是实现行程控制的自动电器，当运动部件到达预定位置时，运动部件上的挡块便撞动行程开关，使行程开关上的触点导通状态发生变化，常开触点导通，常闭触点断开，从而对控制电路进行切换。,行程控制按其控制方式分限位控制和自动往返控制两种。,2.限位控制图22所示是吊车上下限位控制电路，它能够按照所要求的空间限位使电动机自动停车。在吊车上安装一块撞块，在吊车上下行程两端的终点处分别安装行程开关SQ1和SQ2，将它们的常闭触头串接在电动机正反转接触器KM1和KM2的线圈回路中。,图22,当按下正转按钮SB2时，正转接触器KM1通电，电动机正转，此时吊车上升。到达顶点时，吊车撞块顶撞行程开关SQ1，使其常闭触头断开，接触器线圈KM1断电，于是电动机停转，吊车不再上升（此时应有抱闸将电动机转轴抱住，以免重物滑下）。此时即使再误按SB2，接触器线圈KM1也不会通电，从而保证吊车不会运行超过SQ1所在的极限位置。当按下反转按钮SB3时，反转接触器KM2通电，电动机反转，吊车下降，到达下端终点时顶撞行程开关SQ2，电动机停转，吊车不再下降。,这种限位控制的方法并不局限于吊车的上下运动，它也适用于有同类要求的其他生产机械，例如建筑工地上的塔式起重机，在铁轨的两端安装行程开关可以防止起重机行走时超出极限位置而出轨。,3.自动往复行程控制某些生产机械如万能铣床要求工作台在一定距离内能自动往复运动，以便对工件连续加工。为实现这种自动往复行程控制，可将行程开关SQ1和SQ2安装在机床床身的左右两侧，将撞块A、B装在工作台上，并在图22的基础上再将行程开关SQ1的常开触头与反转按钮SB3并联，将行程开关SQ2的常开触头与正转按钮SB2并联，如图23所示。,图10-23自动往复行程控制,当电动机正转带动工作台向右运动到极限位置时，撞块A碰撞行程开关SQ1，一方面使其常闭触头断开，使电动机先停转，另一方面也使其常开触头闭合，相当于自动按了反转按钮SB3，使电动机反转带动工作台向左运动。这时撞块A离开行程开关SQ1，其触头自动复位。由于接触器KM2自锁，故电动机继续带动工作台左移，当移动到左面极限位置时，撞块B碰到行程开关SQ2，一方面使其常闭触头断开，使电动机先停转，另一方面其常开触头又闭合，相当于按下正转按钮SB2，使电动机正转，带动工作台右移。如此往复不已，直至按下停止按钮SB1才会停止。,SQ1,SQ2,1,2,按SB1时,(其常闭断开，常开闭合),KM1断电,KM2通电,行程开关,2.自动往返运动,挡块,7.2.3时限控制,某些生产机械的控制电路需要按一定的时间间隔接通或断开某些控制电路，如三相异步电动机的Y-换接起动，这就需采用时间继电器来实现延时控制。时间继电器种类很多，有空气式、电磁式及电子式等，现介绍在交流控制电路中应用最普遍的空气式时间继电器。,Y-换接起动的原理是把正常运行时应作形连接的电动机在启动时接成Y形，以减少起动电流，待转速上升后再改接成形，投入正常运行。这是一种最常用的降压起动方法。图24为Y-减压起动常采用的控制线路，线路工作原理如下：合上总开关QS，按SB2起动按钮，KT、KM3通电吸合，KM3触点动作使KM1也通电吸合并自锁，电动机M形成星形减压起动。随着电动机转速的提高，起动电流下降，这时时间继电器KT延时到，其延时常闭点断开，因而KM3断电释放，KM2通电吸合，电动机M接成三角形正常运行，这时时间继电器也断电释放。,图24Y-减压起动控制电路,Y-减压起动投资少，线路简单，操作方便，但起动转矩较小。这种方法适用于空载或轻载。,1电动机的丫-换接起动,按SB1,延时时间到,7.3基本电气识图,电动机或其他电气设备的电气控制系统是由多种电器组成，主要有接触器、继电器及按钮等组成的控制系统叫继电-接触器控制系统，为了分析该系统各种电器的工作情况和控制原理、需用电路按规定的图形和文字符号表示出来，这种图形叫电气图。电气图中的各种电器和电机等电气元件都用国家标准局规定的图形和文字符号表示，1990年开始全面使用，可参照GB4728-85电气图形符号和GB7159-87电气技术中的文字制订通则的规定，这些图形符号以“像形表示”为主，课本P124表7.1和7.2摘录了一些常用的图形和文字符号。,继电接触器控制电气图可分为：原理图、接线图和安装图。在原理图中的各种电器及部件都不是按实际位置绘制，而使根据控制的基本原理和要求分别绘在电路图中各个相应的位置，以表明各电器件的电路联系，便于分析控制线路原理，接线图和安装图是用于维修和安装，一般需画出各种电器件的位置及相互的关系，本节仅介绍电气原理图。,通常把原理图的整个电路分为主电路和控制电路两部分，主电