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电气控制基础 1 一 电气原理图 电气控制系统图一般有三种 电气原理图 电器布置图和电气安装接线图 电气原理图目的是便于阅读和分析控制线路 应根据结构简单 层次分明清晰的原则 采用电器元件展开形式绘制 它包括所有电器元件的导电部件和接线端子 但并不按照电器元件的实际布置位置来绘制 也不反映电器元件的实际大小 下面以图2 1所示的某机床的电气原理图为例 来说明电气原理图的规定画法和应注意的事项 2 3 绘制电气原理图时应遵循的原则 电气原理图一般分主电路和辅助电路 控制电路 两部分 1 主电路是电气控制线路中大电流通过的部分 包括从电源到电机之间相连的电器元件 一般由组合开关 主熔断器 接触器主触点 热继电器的热元件和电动机等组成 2辅助电路是控制线路中除主电路以外的电路 其流过的电流比较小和辅助电路包括控制电路 照明电路 信号电路和保护电路 其中控制电路是由按钮 接触器和继电器的线圈及辅助触点 热继电器触点 保护电器触点等组成 3 电气原理图中所有电器元件都应采用国家标准中统一规定的图形符号和文字符号表示 4 3 电气原理图中电器元件的布局 应根据便于阅读原则安排 主电路安排在图面左侧或上方 辅助电路安排在图面右侧或下方 无论主电路还是辅助电路 均按功能布置 尽可能按动作顺序从上到下 从左到右排列 4 电气原理图中 当同一电器元件的不同部件 如线圈 触点 分散在不同位置时 为了表示是同一元件 要在电器元件的不同部件处标注统一的文字符号 对于同类器件 要在其文字符号后加数字序号来区别 如两个接触器 可用KMI KMZ文字符号区别 5 电气原理图中 所有电器的可动部分均按没有通电或没有外力作用时的状态画出 对于继电器 接触器的触点 按其线圈不通电时的状态画出 控制器按手柄处于零位时的状态画出 对于按钮 行程开关等触点按未受外力作用时的状态画出 6 电气原理图中 应尽量减少线条和避免线条交叉 各导线之间有电联系时 在导线交点处画实心圆点 根据图面布置需要 可以将图形符号旋转绘制 一般逆时针方向旋转90o 但文字符号不可倒置 5 图面区域的划分 图纸上方的1 2 3 等数字是图区的编号 它是为了便于检索电气线路 方便阅读分析从而避免遗漏设置的 图区编号也可设置在图的下方 图区编号下方的的文字表明它对应的下方元件或电路的功能 使读者能清楚地知道某个元件或某部分电路的功能 以利于理解全部电路的工作原理 6 符号位置的索引 符号位置的索引用图号 负次和图区编号的组合索引法 索引代号的组成如下 图号是指当某设备的电气原理图按功能多册装订时 每册的编号 一般用数字表示 当某一元件相关的各符号元素出现在不同图号的图纸上 而当每个图号仅有一页图纸时 索引代号中可省略 页号 及分隔符 当某一元件相关的各符号元素出现在同一图号的图纸上 而该图号有几张图纸时 可省略 图号 和分隔符 当某一元件相关的各符号元素出现在只有一张图纸的不同图区时 索引代号只用 图区 表示 如图2 1图区9中的KA常开触点下面的 8 即为最简单的索引代号 它指出了继电器KA的线圈位置在图区民图2 1中接触器KM线圈及继电器KA线圈下方的文字是接触器KM和继电器KA相应触点的索引 电气原理图中 接触器和继电器线圈与触点的从属关系使用右图表示 即在原理图中相应的线圈的下方 给出触点的图形符号 并在下面标 7 接触器触点的索引格式 继电器触点的索引格式 8 6 2 电气元件布置图 电器设备和元器件的布置应注意以下几个方面 1 体积大和较重的电器设备 元 器件应安装在电器安装板的下方 而发热元器件应安装在上方 2 强电 弱电应分开 弱电要加 以屏蔽防止外界干扰 3 需要经常维护 检修 调整的电气元件安装位置不宜过高或过低 4 电气元件的布置应考虑整齐 美观 对称 外形尺寸与结构类似的电器应安装在一起 以利安装和配线 5 布置图根据设备的复杂程度可集中绘制在一张图纸上 控制柜 操作台的电气元件布置图也可以分别绘出 9 C620 1型车床电气电器布置图 10 电气安装接线图 按电器元件的布置位置和实际接线 用规定的图形符号绘制的图形称为电气安装接线图 是电气装备和电器元件安装 配线 维护和检修电器故障的依据 电气安装接线图 3 电气安装接线图 11 绘制原则 必须遵循相关国家标准 各电器元件的位置 文字符号必须和电气原理图中标注的一致 同一电器元件的各部件必须画在一起 各电器元件的位置必须与实际安装位置一致 不在同一安装板或控制柜中的电器元件或信号的电气连接一般应通过端子排连接 走向相同 功能相同的多根导线可以用单线或线束表示 画连接线时 应标明导线的规格 型号 颜色 根数和穿线管的尺寸 12 C620 1型车床电气电器接线图 13 补充 电器元件的明细表是将成套装置设备中的各组成部件的名称 型号 规格 数量列成表格供准备材料或维修用 14 15 二 基本控制电路 16 电气控制原理图 17 电气控制原理图 交机电机 熔丝 交流接触器 热妓电器 空气开关 按钮开关 18 电气控制原理图 交机电机 熔丝 交流接触器 热妓电器 空气开关 19 电气控制原理图 交机电机 熔丝 交流接触器 热妓电器 空气开关 20 电气控制原理图 交机电机 熔丝 交流接触器 热妓电器 空气开关 21 电气控制原理图 交机电机 熔丝 交流接触器 热妓电器 空气开关 22 电气控制原理图 交机电机 熔丝 交流接触器 热妓电器 空气开关 23 电气控制原理图 交机电机 熔丝 交流接触器 热妓电器 空气开关 24 电气控制原理图 交机电机 熔丝 交流接触器 热妓电器 空气开关 25 电气控制原理图 交机电机 熔丝 交流接触器 热妓电器 空气开关 1 26 电气控制原理图 交机电机 熔丝 交流接触器 热妓电器 空气开关 1 2 27 电气控制原理图 交机电机 熔丝 交流接触器 热妓电器 空气开关 1 2 3 28 电气控制原理图 交机电机 熔丝 交流接触器 热妓电器 空气开关 1 2 3 4 29 电气控制原理图 交机电机 熔丝 交流接触器 热妓电器 空气开关 1 2 3 4 5 30 电气控制原理图 交机电机 熔丝 交流接触器 热妓电器 空气开关 1 2 3 4 5 4 3 6 3 31 基本电路 32 基本电路 4 5 33 基本电路 1 2 3 4 5 3 34 基本电路 1 2 3 4 5 3 35 基本电路 1 2 3 4 5 3 3 36 基本电路 37 基本电路 38 基本电路 39 基本电路 40 基本电路 41 基本电路 42 基本电路 43 基本电路 44 基本电路 45 基本电路 46 基本电路 47 基本电路 48 基本电路 49 基本电路 50 基本电路 51 基本电路 52 基本电路 53 基本电路 54 基本电路 55 基本电路 56 基本电路 57 主电路的组成 空气开关 断路器 熔丝 短路保护 交流接触器 三相异步交流电机 热继电器 过载保护 58 主电路的组成 空气开关 断路器 熔丝 短路保护 交流接触器 三相异步交流电机 热继电器 过载保护 59 断路器 热继电器交流接触器 交流电源 60 控制电器的分类 中间继电器 继电器 热继电器 溶丝 交流接触器 主令开关 行程开关 压力继电器 接近开关开关 空气开关 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 6 5 主控器件 保护器件 控制器件 发信器件 信号器件 辅助器件 变压器 指示灯 61 常用低压电器 62 一 刀开关 QS 4 常用低压电器介绍一 配电电器 63 4 常用低压电器介绍 低压开关主要作隔离 转换 接通和分断电路用 多数用作机床电路的电源开关和局部照明电路的控制开关 有时也可用于直接控制小容量电动机的启动 停止和正 反转 主要有刀开关 组合开关和自动空气开关三种 4 1低压开关 64 1 刀开关 a b c 图1 1HK系列开启式负荷开关a 实物图 b 结构图 c 符号1 瓷质手柄2 动触头3 出线座4 瓷底座5 静触头6 进线座7 胶盖紧固螺钉8 胶盖 65 2 组合开关 组合开关又叫转换开关 实质为刀开关 它体积小 触头对数多 灭弧性能比刀开关好 接线方式灵活 操作方便 常用于交流50Hz 380V以下及直流220V以下的电气线路中 非频繁的接通和分断电路 换接电源和负载以及控制5kW以下小容量感应电动机的启动 停止和正反转 66 3 自动空气开关 自动空气开关又叫低压断路器或自动空气断路器 又简称断路器 用于不频繁地接通和断开电路以及控制电动机的运行 当电路中发生严重过载 短路及失压等故障时 能自动切断故障电路 有效地保护接在它后面的电气设备 自动空气开关具有操作安全 安装使用方便 工作可靠 动作值可调 分断能力较高 兼顾用多种保护 动作后不需要更换组件等优点 自动空气开关按结构形式可分为塑壳式 又称装置式 框架式 又称万能式 限流式 直流快速式 灭磁式和漏电保护式等六类 67 5 过电流脱扣器6 过载脱扣器7 失压脱扣器8 分励脱扣器 68 4 2熔断器 1瓷插座2动触点3熔体4瓷插件5静触点瓷插式熔断器 1铜帽2绝缘管3熔体4垫片5接触刀RM10系列熔断器 它的主要部分就是熔体 也叫保险丝 1 作用 短路保护 69 1 作用 用于频繁地接通和断开大电流电路的开关电器 接触器具有遥控功能 同时还具有欠压 失压保护的功能 接触器的主要控制对象是电动机 4 3 交流接触器 KM 70 1 电磁系统 2 交流接触器的组成及符号 铁芯 衔铁 通电线圈 2 触头系统 三对主触头 用于主电路 流过的电流大 需加灭弧装置 常开触点 常闭触点 3 灭弧装置 辅助触点用于控制电路 流过的电流小 无需加灭弧装置 71 铁芯 通电线圈 衔铁及其固定在衔铁上的动触头 支撑弹簧 静触点 辅助常闭触点 辅助常开触点 三对常开主触头 3 工作原理 利用电磁吸力的作用而动作的 72 73 220 74 图1 图2 图3 图4 图5 75 一 按钮 SB 二 控制电器 76 1 作用 用于接通或断开辅助电路的 靠手动 2 结构 1 常闭触点或动断触点2 常开触点或动合触点 按钮的触头允许通过的电流较小 一般不超过5A 因此一般情况下它不直接控制主电路的通断 而是在控制电路中发出指令或信号去控制接触器 继电器等电器 再由它们去控制主电路的通断 功能转换或电气联锁 77 78 表1 6按钮颜色的含义 按钮的符号如图1 22所示 5 按钮的颜色 79 二 行程开关 ST 也称限位开关 行程开关是一种按工作机械的行程 发出操作命令以控制其运动方向和行程大小的开关 其作用原理与按钮相同 区别在于它不是靠手指的按压而是利用生产机械运动部件的碰压使其触头动作 从而将机械信号转变为电信号 用以控制机械动作或用作程序控制 80 81 3 选用行程开关主要根据动作要求 安装位置及触头数量选择 4 常见故障及处理方法行程开关的常见故障及处理方法见表 1 表2 1常见故障及处理方法 82 三 继电器 继电器和接触器的结构和工作原理大致相同 主要区别在于 1 接触器的主触点可以通过大电流 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 2 接触器一般用于主电路的控制 继电器一般用于控制电路中 控制其他电器或作为主电器的保护 83 中间继电器 它的原理和交流接触器一样 都是由固定铁芯 动铁芯 弹簧 动触点 静触点 线圈 接线端子和外壳组成 线圈通电 动铁芯在电磁力作用下动作吸合 带动动触点动作 使常闭触点分开 常开触点闭合 线圈断电 动铁芯在弹簧的作用下带动动触点复位 一般是没有主触点的 因为过载能力比较小 所以它用的全部都是辅助触头 中间继电器外形与符号 84 在工程实际中 中间继电器主要有两个作用 一是隔离作用 二是增加辅助接点 在实际应用中增加接点比较少 因为现在的接触器可以另加很多对辅助接点 而且动作也可靠 所以没有必要在一般控制日路中增加辅助继电器 而隔离作用在目前的控制中用得是比较多的 主要有两个方面的隔离 一是将一个控制回路分隔为两个甚至更多的相对独立的回路 二是将强电量的模拟信号通过中间继电器转化为开关量侑源或无源 85 在工业控制线路和现在的家用电器控制线路中 常常会有中间继电器存在 对于不同的控制线路 中间继电器的作用有所不同 其在线路中的作用常见的有以下几种 1 代替小型接触器中间继电器的触点具有一定的带负荷能力 当负载容量比较小时 可以用来替代小型接触器使用 比如电动卷闸门和一些小家电的控制 这样的优点是不仅可以起到控制的目的 而且可以节省空间 使电器的控制部分做得比较精致 2 增加接点数量这是中间继电器最常见的用法 例如 在电路控制系统中一个接触器的接点需要控制多个接触器或其他元件时而是在线路中增加一个中间继电器 86 3 增加接点容量我们知道 中间继电器的接点容量虽然不是很大 但也具有一定的带负载能力 同时其驱动所需要的电流又很小 因此可以用中间继电器来扩大接点容量 比如一般不能直接用感应开关 三极管的输出去控制负载比较大的电器元件 而是在控制线路中使用中间继电器 通过中间继电器来控制其他负载 达到扩大控制容量的目的 4 转换接点类型在工业控制线路中 常常会出现这样的情况 控制要求需要使用接触器的常闭接点才能达到控制目的 但是接触器本身所带的常闭接点已经用完 无法完成控制任务 这时可以将一个中间继电器与原来的接触器线圈并联 用中间继电器的常闭接点去控制相应的元件 转换一下接点类型 达到所需要的控制目的 87 5 用作开关在一些控制线路中 一些电器元件的通断常常使用中间继电器 用其接点的开闭来控制 例如如彩电或显示器中常见的自动消磁电路 三极管控制中间继电器的通断 从而达到控制消磁线圈通断的作用 6 转换电压在工业控制线路控制线路中电压是DC24V 接触器KM2需控制电磁阀KT的通断 而电磁阀的线圈电压是AC220V 而将电磁阀的线圈直接与接触器的接点相接 在原理上不是不可以 但考虑到维修习惯和使用安全问题 应该在另一个地方安装一个中间继电器 通过中间继电器来控制电磁阀 这样做可以将直流与交流 高压与低压分开 便于以后的维修并有利于安全使用 88 7 消除电路中的干扰在工业控制或计算机控制线路中 虽然有各种各样的干扰抑制措施 但干扰现象还是或多或少地存在着 为了防止干扰对系统操作的误动作 这时可以在控制线路中串联一个小型中间继电器 一般干扰不会引起中间继电器的动作 89 2 时间继电器 KT 时间继电器是在感受外界信号后 其执行部分需要延迟一定时间才动作的一种继电器 分有通电延时型和断电延时型 JS7 A空气阻尼式时间继电器是利用空气阻尼的原理来获得延时的 主要由电磁系统 气室及触点系统组成 90 工作原理 线圈通电时 电磁力克服弹簧的反作用拉力而迅速将衔铁向下吸合 衔铁带动杠杆延时使常闭触点分断 常开触点闭合 铁芯 线圈 衔铁 挡板 重锤 气室 活塞连杆机构 空气调整镙钉 杠杆及支点 通电延时闭合的常开触点 通电瞬时打开的常闭触点 91 时间继电器各部分图符号和文字符号 常闭触点 常开