机电传动断续控制

1、第3章 机电传动断续控制,31 常用低压电器,用于接通和断开电路以及对电路或用电设备进行控制、调节、切换、检测和保护的电气元件称为电器。工作在交流电压1 200 V或直流电压1 500 V以下的电器属于低压电器。 机电传动断续控制系统中常用低压电器的类型有： 1)执行电器-接受控制电路发出的开关信号，接通或断开电动机主电路以及直接产生生产机械所需机械动作的电器。 2)检测电器-将电的或非电的模拟量转换为开关量的电器。 3)控制电器-实现开关量逻辑运算及延时、记数的电器。 4)保护电器-在线路发生故障，或者设备的工作状况超过规定的范围时，能及时分断电路的电器,3.1.1 执行电器,执行电器以电磁

2、式为主，常用的有接触器、电磁铁、电磁离合器等。 1电磁铁 电磁铁是将电磁能转换为机械能的电器元件。广泛应用于机械制动、牵引及流体传动中的换向阀。它也是电磁离合器、接触器和继电器的主要组成部分,a)交流电磁铁,b)直流电磁铁,电磁铁的工作特性,直流电磁铁的特点,直流电磁铁的线圈电流与衔铁位置无关，但电磁吸力与气隙长度关系很大，所以，衔铁工作行程不能很大，由于线圈电感大，线圈断时会产生过高的自感电势，故使用时要采取措施消除自感电势（常在线圈两端并联一个二极管或电阻）。直流电磁铁的工作可靠性好、动作平衡、寿命比交流电磁铁长，它适用于运用频繁或工作平衡可靠的执行机构。常用的直流电磁铁有：MZZ1A、M

3、ZZ2S 系列直流制动电磁铁和MW1、MW2 系列起重电磁铁。 采用电磁铁制动电动机的机械制动方法，对于经常制动和惯性较大的机械系统来说，应用得非常广泛。常称为电磁抱闸制动。 起重电磁铁可以起重各种钢铁、分散的钢砂等磁性物体，如MW1-45 型直流起重电磁铁在起重钢板时起重力可达到4.4105N。 选用电磁铁时，应根据机械所要求的牵引力、工作行程、通电持续率、操作频率等来选,311 执行电器,2电磁离合器 电磁离合器是利用表面摩擦或电磁感应来传递两个转动体间转矩的执行电器。由于能够实现远距离操纵，控制能量小，便于实现机床自动化，同时动作快，结构简单，因此，获得了广泛的应用。常用的电磁离合器有摩

4、擦片式电磁离合器，摩擦粉末离合器，电磁转差离合器。 除上述利用摩擦原理制成的电磁离合器外，尚有利用电磁感应原理制成的电磁转差离合器（又称滑差离合器,多片式电磁离合器的摩擦片,电磁粉末离合器,3. 接触器,接触器是一种用于接通和断开交、直流主电路及大容量控制电路的自动切换电器。其主要控制对象是电动机，也可用于控制电热器等电力负载，应用十分广泛。 接触器的主触点用于通断主电路，辅助触点用于通短电流较小的控制电路。根据主触头所接回路的电流种类，接触器分为交流和直流两种,312 检测电器,检测电器的作用是将模拟量转换为开关量。模拟量可以是电流、电压等电量，也可以是温度、行程、速度、压力等非电量。 1按

5、钮开关 按钮开关是广泛用于控制电路的主令电器，用以发出接通或断开的控制信号。按钮开关由按钮帽、复位弹簧、桥式触点和外壳等组成,312 检测电器,2行程开关 行程开关又称限位开关，是利用机械运动部件的碰撞将运动位置信号变换为电路的通断信号的主令电器。可实现行程控制及极限位置的保护。 行程开关的工作原理和按钮开关类似，其结构可分为直动式、滚轮式和微动式三种,312 检测电器,3电流及电压继电器 电流及电压继电器属于电磁式继电器，其动作原理与接触器基本相同。主要由电磁机构和触点系统组成，因为继电器无须分断大电流电路，故触点均用无灭弧装置的桥式触头。 电流继电器可分为过电流继电器和欠电流继电器： 过电

6、流继电器是线圈电流高于整定值而动作 欠电流继电器是线圈电流低于整定值而动作。 电压继电器是反映电路中电压的变化，其线圈并联在被测电路中，故线圈匝数较多，导线较细。 电流继电器类似也分为过电压继电器和欠电压继电器两类，主要用在保护电路中,312 检测电器,电磁式继电器的典型结构,4速度继电器,速度继电器主要用于笼型异步电动机的反接制动。其结构主要由转子、定子和触点三部分组成。 速度继电器转轴1与电动机同轴连接，当电动机转动时，带动永久磁铁2一起转动，定子绕组4切割磁场产生感应电动势与电流。此电流和旋转磁场作用产生电磁转矩，使定子3朝着转子转动方向偏摆，通过摆杆5推动簧片6使动断触点断开，动合触点

7、闭合。当电动机转速下降到一定值时，电磁转矩减小，簧片的反作用力使触点复位,1一转轴；2一转子磁极；3一定子；4一定子笼型绕组；5一摆杆；6一簧片；7一动触点； 8一动合触点；9一动断触点,313 控制电器,在传统断续控制系统中，对开关量的逻辑运算、延时、计数等功能主要依靠各类控制继电器来完成。 1中间继电器（KA） 中间继电器也是一种电压继电器，只是无需调整动作参数。线圈接通额定电压，电磁机构即动作，线圈断电，电磁机构即复位。中间继电器的主要用途是进行电路的逻辑控制或实现触点转换与扩展，因而触点对数比较多。 2时间继电器（KT） 时间继电器就是一种能够实现触点延时通断的自动控制电器。有电磁式、

8、空气阻尼式、电动式和晶体管式等,1）空气阻尼式时间继电器,空气阻尼式时间继电器的优点是延时范围大、结构简单、寿命长、价格便宜，缺点是延时误差大(lO20,2)晶体管式时间继电器,晶体管式时间继电器具有延时范围广、精度度、体积小、调节方便和使用寿命长等优点，已逐步取代机电式时间继电器,314 保护电器,保护电器的作用就是在线路发生故障或者设备的工作状态超过一定的允许范围时，及时断开电路，保证人身安全，保护生产设备。 1. 热继电器 热继电器是根据电流通过发热元件所产生的热量，使双金属片受热弯曲而推动机构动作的一种电器。它主要用于电动机的过载、断相及电流不平衡的保护,2熔断器,熔断器是一种结构简单

9、，却十分有效的保护电器。它串接在线路中，当电路严重过载或发生短路故障时熔体熔化，分断电路，起到保护作用。 熔体是熔断器的核心部分，熔体材料基本上分为两类：一类由铅、锌、锡及锡铅合金等低熔点金属制成，主要用于小电流电路；另一类由银或铜等较高熔点金属制成，用于大电流电路。在小电流电路中，熔体为丝状。熔丝直径分成若干等级。在大电流电路中，熔体为不同截面尺寸的金属片。 熔断器主要特性为“安秒特性，即熔体的熔断电流I与熔断时间t之间关系曲线 熔断器常见结构有： 1)插入式 2)螺旋式 3)封闭管式 熔断器的图形和文字符号,3低压断路器,低压断路器又名自动开关，是一种用于自动切断电路故障的电器。常用作低压

10、配电的总电源开关，同时也可作为电动机主电路的短路、过载和欠电压保护开关。 低压断路器主要由触点系统、操作机构、各种脱扣器和灭弧装置等组成,32 电动机的启、制动控制电路及启、制动设备的计算,机械设备的继电接触电气控制电路是由各种有触点的接触器、继电器、按钮、行程开关及电动机和其它电器组成的。用来实现对电力拖动系统的起动、换向、制动及调速等运行性能的控制和对拖动系统的保护，以满足机电传动控制的需要,32 1 电气控制原理图,电气设备图纸有三类。即电气控制原理图、电气设备位置图和电气设备接线图。 电气控制原理图是用各种电器符号连接起来描绘全部或部分电气设备工作原理的。 电气设备位置图表示各种电气设

11、备在机械设备和电气控制柜中的实际安装位置，以便机电设备的制造、安装及维修。 电气设备接线图表示各电气元件之间的实际接线情况，是用于安装接线、检查维修和施工的。 国家最新标准是GBT 47281984，1985电气图用图形符号、GBI、71591987电气技术中的文字符号制定通则,32 1 电气控制原理图,电气控制原理图绘制原则： (1)应将电源电路、主电路、控制电路和信号电路分开绘制。 (2)同一电气元件的各个部件按其在电路中所起的作用，它的图形符号可以不画在一起，但代表同一元件的文字符号必须相同。 (3)电器的线圈、信号灯等耗能元件直接与下水平电源线联接。 (4)所有电器触点均按没有通电或没

12、有外力作用的状态绘制，行程开关均按挡块碰撞前的状态绘制。 (5)为便于检修线路和方便阅读，原理图分为若干个图区并用阿拉伯数字编号，处在原理图下部。 (6)每个接触器线圈的文字符号下面有两条竖直线分成左、中、右三栏，栏中写有受其控制而动作的触点所处图区数字,某普通机床的电气控制电路,32 2 继电器接触器自动控制的基本线路,1. 起动控制电路 1）全压起动控制电路 对于小容量笼型异步电动机或变压器允许的情况下，笼型异步电动机可采用全压直接起动,32 2 继电器接触器自动控制的基本线路,2）减压起动控制电路 若直接起动的条件不满足，必须采取降压起动的措施。常用的降压起动方法有定子绕组串电阻、Y一降

13、压、串自耦变压器等 定子绕组串电阻降压起动控制电路 起动电阻R可通过以下近似公式计算： 式中： 为未串电阻前起动电流，单位为A，一般， =(47) ； 为串联电阻后的起动电流，单位为A，一般 =(23) ； 为电动机的额定电流，单位为A。 若是起动电阻仅在电动机的 两相定子绕组中串联时，选 用的起动电阻应为上述计算 值的15倍,32 2 继电器接触器自动控制的基本线路,Y一降压起动控制线路 Y一降压起动适用于正常工作时定子绕组作三角形联结的电动机。由于方法简便且经济，所以使用较普遍，但起动转矩只有全压起动的13，故只适用于空载或轻载起动。Y一起动控制线路如图3.28所示,32 2 继电器接触器

14、自动控制的基本线路,2. 正反向运行控制电路 若将接至电动机三相电源进线中任意两相对调接线，即可达到反转的目的，常用的电动机正反转控制电路有以下几种 1）接触器互锁正反转控制电路,32 2 继电器接触器自动控制的基本线路,2）自动往复循环控制电路 利用生产机械运动的行程来控制其自动往返的方法叫自动往复循环控制，它是通过位置开关来实现的。 图中位置开关ST3和STT4安装在工作台往复运动的极限位置上，以防止位置开关STl和ST2失灵，工作台继续运动不停止而造成事故,3. 制动控制电路,1）反接制动控制电路 当电源电压为380 V时，若要限制反接制动电流，则三相电路每相应串入的反接制动电阻R的阻值

15、估算如下： 若使反接制动电流时，每相串接电阻R的阻值可取为 如果反接制动只在两相中串接电阻，该电阻值应略大些，分别取上述电阻值的15倍。 反接制动电阻的功率为,2）能耗制动控制电路,能耗制动的方法就是在电动机脱离三相交流电源后，在定子绕组中加入一个直流电源，以产生一个恒定磁场，惯性运转的转子绕组切割磁场而产生制动转矩使电动机迅速制动停转。 能耗制动所需的直流电压和直流电流可分别用下式计算,4. 双速电动机控制电路,一般的电动机只有一种转速，但有些生产设备为了实现多级变速同时又不使机械变速机构过分复杂往往采用双速或三速电动机，最常用的是双速电动机。 图3.33所示为双速电动机控制电路，可实现电动

16、机绕组三角形与双Y形联结及相互转换，即实现高低速变换,5、其它基本控制电路,1）点动控制 按下起动按钮再抬起后，电动机若连续运转，此即所谓长动。而按下按钮时电动机运转工作，手放开按钮后电动机即停止工作，称为点动。机床的试车调整及刀架、横梁、立柱的快速移动时是需要点动操作的,2）多点控制,较大型的设备，为了操作方便，常要求能在多个地点进行起停控制。方法是将分散在各操作按钮站的起动按钮引线并联，停止按钮引线串联即可。图3.35 a)为三处起停的控制电路。 对于大型设备，为了保证操作安全，要求几个操作者同时按下起动按钮后才能起动工作，如图3.35 b)所示,3）互锁与联锁控制,互锁 互锁控制是设备控

17、制中的重要环节。 图中的KMl和KM2的两个动断触点通常叫做“互锁触点。在电动机正反转控制电路中常用这种互锁，防止电源短路。这实际上也是一种保护环节,联锁控制,在设备控制电路中，经常要求电动机有顺序的起动，如某些机床主轴必须在油泵工作后才能工作；龙门刨床工作台移动时，导轨内也必须有足够的润滑油；在铣床的主轴旋转后，工作台方可移动，都要求有联锁关系,3 3 电动机的保护,设备电气控制系统要长期的无故障的运行，还必须有各种保护措施，否则会造成电动机、电网、电气设备事故或危及人身安全。保护环节是所有电气控制系统不可缺少的组成部分。 电气控制系统中常用的保护环节有过载保护、短路保护，零压和欠压保护以及

18、弱磁保护等,3 3 电动机的保护,1短路保护 常用的短路保护电器有熔断器和自动开关。 1)熔断器保护 熔断器比较适合于对动作准确度和自动化程度要求较差的系统中，如小容量的笼型电动机，一般的普通交流电源等。在发生短路时，很可能发生一相熔断器熔断，造成单相运行。 2)自动开关保护 自动开关在发生短路时可将三相电路同时切断。由于自动开关结构复杂，操作频率低，因而广泛用于控制要求较高的场合,2过载保护,电动机长期超载运行，绕组温升超过其允许值，电机的绝缘材料就要变脆，寿命降低，严重时将使电机损坏。过载电流越大，达到允许温升的时间就越短。常用的过载保护电器是热继电器，热继电器可以满足这样的要求：当电动机

19、为额定电流时，电机为额定温升，热继电器不动作，在过载电流较大时，热继电器则经过较短时间就会动作。 由于热惯性原因，热继电器不会受电动机短时过载冲击电流或短路电流的影响而瞬时动作，所以在用热继电器作过载保护的同时，还必须设有短路保护。并且选作短路保护的熔断器熔体的额定电流不应超过4倍热继电器发热元件额定电流,3零压与欠压保护,当电动机正常运行时，如果电源电压因某种原因消失，那么在电源电压恢复时，电动机就将自行起动，这就可能造成生产设备损坏，甚至造成人身事故。为了防止电压恢复时电动机自动起动的保护叫“零压保护。 当电动机正常运行时，电源电压过分地降低将会引起一些电器释放，造成控制电路不正常工作，可

20、能产生事故；电源电压过分降低也会引起电动机转速下降甚至停转。因此需要在电源电压降到一定值以下时将电源切断，这就是“欠压保护。 一般常用电磁式电压继电器实现欠压保护。而利用按钮的自动回复作用和接触器的自锁作用，可不必另加设零压保护继电器 带有自锁环节的电路本身已兼备了零压保护环节,4过流保护,过电流保护广泛用于直流电动机或绕线型异步电动机，对于三相笼型异步电动机，一般不采用过流保护而采用短路保护。 过流往往是由于不正确的起动和过大的负载转矩引起的，一般比短路电流要小。在电动机运行中产生过电流要比发生短路电流的可能性更大，尤其是在频繁正反转起制动的重复短时工作制的电动机中更是如此。直流电动机和绕线

21、型异步电动机线路中过电流继电器也起短路保护作用，一般过电流的动作值为起动电流的12倍左右,3 4 继电接触器控制电路的设计方法,电气控制线路的设计方法一般有两种； 1）一般设计法 2）逻辑设计法,3 4 继电接触器控制电路的设计方法,一般设计法又称经验设计法，是根据生产工艺要求，利用各种典型的线路环节组合设计而成。这种设计方法比较简单，但要求设计人员必须熟悉大量的控制线路，具有丰富的设计经验。在设计过程中往往需要经过反复修改，即使这样设计出来的线路可能不是最简、最佳方案。 逻辑设计法是根据生产工艺的要求，利用逻辑代数来分析、设计线路的。用这种方法设计的线路比较合理，特别适合完成较复杂的生产工艺

22、所要求的控制线路。但是逻辑设计法难度较大，不易掌握。这里仅介绍一般设计法,3 3 电动机的保护,用一般设计方法设计控制线路时的设计思路和应注意的几个原则如下： 1用一般设计方法设计控制线路时的设计思路 1) 应最大限度地了解生产机械和工艺对电气控制线路的要求。 2) 根据工艺要求和工作程序，逐一画出运动部件或执行元件的控制电路。 3) 根据控制要求将手动与自动选择、点动控制、各种保护环节等分别接入线路。 4) 线路完善，简化线路，去除多余线路和触点。 5) 选择电器件，确定动作整定值。 6) 设计接线图，编写设计文件,3 3 电动机的保护,2用一般设计方法设计控制线路时的设计原则： 在满足生产

23、要求的前提下，应力求简单、经济。 1) 尽量选用标准、常用或经过实际考验过的线路和环节。 2) 减少连接导线的数量和长度。 3) 尽量缩减电器的数量，采用标准件，并尽可能选用相同型号。 4) 应减少不必要的触点以简化线路，这样也可以提高可靠性。在简化过程中，主要着眼于同类性质的合力，同时应注意触点的额定电流是否允许。 5）控制线路在工作时，除必要的电器必须通电外，其余的尽量不通电以节约能源,3保证控制线路工作的可靠和安全,应尽量选用机械和电器寿命长、结构坚实、动作可靠、抗干扰性能好的电器。同时应注意以下几点： 1) 设计电路时，应正确连接电器的线圈。 2) 在交流控制电路中不能串联接入两个电器

24、的线圈。 3) 在控制线路中应避免出现寄生电路。 4) 在线路中尽量避免许多电器依次动作才能接通另一个电器的控制电路。 5) 设计的线路应能适应所在电网的情况。根据电网容量的大小、电压、频率的波动范围以及允许的冲击电流数值等决定电动机的起动方式是直接起动还是减压起动。 6) 在线路中采用小容量继电器的触点来控制大容量接触器的线圈时，要计算继电器触点断开和接通容量是否足够。如果不够，必须加小容量接触器或中间继电器，否则工作不可靠。 7) 在控制线路中充分考虑各种联锁关系以及各种必要的保护环节，以避免因误操作而发生事故,3 5 机床控制电路举例,1. C650一2型普通车床控制电路 车床在金属切削

25、机床这类机械设备中所占比例最大，应用也最广泛，它能够车削外圆、内孔、端面、螺纹，并可用钻头、铰刀等刀具进行钻孔、镗孔等加工,3 5 机床控制电路举例,1)主电路 该车床共有三台笼型三相异步电动机。M1为主电动机，功率20 kW。它可以由接触器KM1、KM2实现正、反转，并能停车制动。为限制制动电流，定子绕组中串有电阻R，并由KM3控制其是否接入。FUl熔断器为M1短路保护，FR1热继电器为其过载保护、电流表PA用以监视其工作电流。M2为冷却泵电动机，功率150 W，由KM4接触器起动，FR2为其过载保护。M3为快速移动电动机，功率17 kW，拖动溜板箱快速移动，KM5为其起动接触器，M3因短时

26、工作故不设过载保护,3 5 机床控制电路举例,2)控制电路 (1)主电动机的正、反转控制 由图可知，按钮SB2、SB3分别为主电动机M1的正、反转控制按钮。 按下反向起动按钮SB3，反向起动过程与正向起动类似。 (2)主电动机的点动控制 按下点动按钮SBl不松手，KMI。线圈得电主触点闭合，M1主电动机定子绕组串人电阻R起动。此时由于中间继电器KA未通电，尽管KMl辅助触点(1 317)闭合，但并不能实现自锁，故当手抬开后KMI线圈随即断电，主电动机M1停转,3 5 机床控制电路举例,2)控制电路 (3)主电动机的反接制动控制 该车床当主电动机正转或反转按下停止按钮时都能反接制动。若正转时停车

27、，按下停止按钮SB，所有控制电器线圈断电。KMl、KM3的主触点断开，这时电阻尺接人限制了制动电流。中间继电器KA的动断触点(517)闭合，由于此时速度继电器正转动合触点KSl(1723)闭合，当松开停止按钮SB时，KMl的常闭触头(2325)已闭合，KM2线圈通电吸合，将主电动机M1的电源反接，实现反接制动。当转速接近零(小于40 rmin)时，KS的动合触点(1723)断开，KM2线圈断电制动结束。 反转停车时的反接制动过程类似,3 5 机床控制电路举例,2)控制电路 (4)刀架快速移动和冷却泵控制 转动刀架手柄，压下行程开关SQ，其常开触点(833)闭合，接触器KM5线圈通电吸合，电动机M3起动运转，刀架快速移动。 冷却泵电动机M2的起停分