船舶机械电力拖动

1、第一部分：电力拖动基础1 “船舶机械电力拖动船舶机械电力拖动”主要内主要内 容容 n电力拖动基础：低压电器（继电器与接触器）； 简单的继电器控制的电力拖动系统； n船舶甲板机械电力拖动系统：三速起货机（锚 机）；液压起货机； n机舱辅助机械电力拖动控制系统：锅炉；冰机 n船舶航向控制系统（自动舵）； n主机遥控系统 2 第第1部分部分 电器的基本知识电器的基本知识 第一部分：电力拖动基础3 1.1.1 电器定义电器定义 电器电器 电气器具。电气器具。 电器的定义：指能依据操作信号或外界现场信号的电器的定义：指能依据操作信号或外界现场信号的 要求，自动或手动接通和断开电路，连续或断续地要求，自动

2、或手动接通和断开电路，连续或断续地 改变电路参数，以实现对电路或用电设备的切换、改变电路参数，以实现对电路或用电设备的切换、 控制、保护、检测、变换和调节的元件、设备和电控制、保护、检测、变换和调节的元件、设备和电 工装置。工装置。 电器电器 一种能控制电的工具。一种能控制电的工具。 1.1 电器概述电器概述 第一部分：电力拖动基础4 1. 按工作电压等级分按工作电压等级分 低压电器：工作电压在低压电器：工作电压在交流交流1200V（1000V）或或直直 流流1500V以下的各种电器。以下的各种电器。 高压高压电器：工作电压高于交流电器：工作电压高于交流1200V或直流或直流1500V的的 各

3、种电器。各种电器。 1.1.2 电器的分类（控制）电器的分类（控制） 第一部分：电力拖动基础5 安全电压安全电压 安全电压定义：为防止触电事故而采用特定电源供安全电压定义：为防止触电事故而采用特定电源供 电的电压系列。电的电压系列。 我国我国GB3805-83安全电压标准规定：安全电压的额安全电压标准规定：安全电压的额 定值为定值为42、36、24、12、6V。（。（特低电压特低电压ELV） 有电击危险环境中，使用的手持式照明灯和局部照有电击危险环境中，使用的手持式照明灯和局部照 明灯应采用明灯应采用36V或或24V安全电压；安全电压； 金属容器内、特别潮湿处等特别危险环境中使用的金属容器内、

4、特别潮湿处等特别危险环境中使用的 手持式照明灯应采用手持式照明灯应采用12V安全电压；安全电压； 在水上作业等场所工作应使用在水上作业等场所工作应使用6V安全电压。安全电压。 采用超过采用超过24V的安全电压时必须采取防止直接触及的安全电压时必须采取防止直接触及 带电导体的防护措施带电导体的防护措施 第一部分：电力拖动基础6 2. 按动作原理分按动作原理分 手动电器：需要人工直接操作才能完成指令任务手动电器：需要人工直接操作才能完成指令任务 的电器。如刀开关、控制按钮、控制器、转换开的电器。如刀开关、控制按钮、控制器、转换开 关等。关等。 自动电器：不需要人工操作，而是按照电或非电自动电器：不

5、需要人工操作，而是按照电或非电 信号自动完成指令任务的电器。如交直流接触器、信号自动完成指令任务的电器。如交直流接触器、 继电器、高压断路器等继电器、高压断路器等 第一部分：电力拖动基础7 3. 按用途分按用途分 控制电器：用于各种控制电路和控制系统的电器。控制电器：用于各种控制电路和控制系统的电器。 主令电器：用于自动控制系统中发送控制指令的电主令电器：用于自动控制系统中发送控制指令的电 器。器。 保护电器：用于保护电路及用电设备的电器。保护电器：用于保护电路及用电设备的电器。 配电电器：用于电能的输送和分配的电器。配电电器：用于电能的输送和分配的电器。 执行电器：用于完成某种动作或传动功能

6、的电器。执行电器：用于完成某种动作或传动功能的电器。 第一部分：电力拖动基础8 4. 按工作原理分按工作原理分 电磁式电器：依据电磁感应原理来工作的电器。电磁式电器：依据电磁感应原理来工作的电器。 非电量控制电器：电器的工作是依靠外力或某种非电量控制电器：电器的工作是依靠外力或某种 非电物理量的变化而动作的电器。非电物理量的变化而动作的电器。 第一部分：电力拖动基础9 5. 按电器的执行机构特点分按电器的执行机构特点分 有触点电器：电器通断电路的功能由触点来实现。有触点电器：电器通断电路的功能由触点来实现。 无触点电器：电器通断电路的功能不是通过机械无触点电器：电器通断电路的功能不是通过机械

7、接触，而是根据输出信号的高低实现的（即半导接触，而是根据输出信号的高低实现的（即半导 体器件的开关效应，如可控硅的导通和阻断、三体器件的开关效应，如可控硅的导通和阻断、三 极管的饱和截止来实现电路的通断）。极管的饱和截止来实现电路的通断）。 第一部分：电力拖动基础10 CJ10交流接触器交流接触器 DZ10断路器断路器 DW10多油断路器多油断路器 第一部分：电力拖动基础11 CJ20接触器接触器 DZ20断路器断路器 DW15断路器断路器 第二代电器产品第二代电器产品 第一部分：电力拖动基础12 CJ40接触器接触器 DZS断路器断路器 DW45断路器断路器 第一部分：电力拖动基础13 国外

8、从国外从20世纪世纪90年代后期就推出了智能化、可通年代后期就推出了智能化、可通 信的第四代产品。信的第四代产品。 如今，我国低压电器也已进入第四代的开发。如今，我国低压电器也已进入第四代的开发。 传统低压电器向着高性能、高可靠、小型化、多传统低压电器向着高性能、高可靠、小型化、多 功能、组合化、模块化、电子化、智能化和零部功能、组合化、模块化、电子化、智能化和零部 件通用化的方向发展。件通用化的方向发展。 第一部分：电力拖动基础14 1.2 继电器（继电器（relay） 1.2.1 继电器及分类继电器及分类 是一种根据是一种根据( (电压、电流等电压、电流等) )或者或者 ( (温度、时间、

9、转速、压力温度、时间、转速、压力) )等信号的等信号的 变化带动触点动作，来接通或断开所控制的变化带动触点动作，来接通或断开所控制的 电路或者电器，以实现自动控制和保护电路电路或者电器，以实现自动控制和保护电路 或电器设备的电器。或电器设备的电器。 一般由一般由、和和 三个基本部分组成。三个基本部分组成。 可分为可分为和和两大两大 类。类。 第一部分：电力拖动基础15 1.1.可分为控制继电器和保护继电器。可分为控制继电器和保护继电器。 其中：热继电器、过电流继电器、欠电压继其中：热继电器、过电流继电器、欠电压继 电器属于电器属于继电器继电器；时间继电器、速度；时间继电器、速度 继电器、中间继

10、电器属于继电器、中间继电器属于继电器继电器。 2.可分为可分为继电器继电器 、 继电器、继电器、继电器、继电器、继电器、继电器、 继电器和继电器和继电器等。继电器等。 第一部分：电力拖动基础16 3.3.( (动作信号动作信号) )可分为可分为继电器、继电器、 继电器、继电器、继电器、继电器、继电器、继电器、 继电器等。继电器等。 可分为瞬时继电器可分为瞬时继电器( (动作时间小于动作时间小于 0.05s)0.05s)和延时继电器和延时继电器( (动作时间大于动作时间大于0.15s)0.15s)。 可分为有触点式继电器和无触点可分为有触点式继电器和无触点 式继电器。式继电器。 第一部分：电力拖

11、动基础17 是以电磁吸合力为驱动动力是以电磁吸合力为驱动动力 源的继电器。源的继电器。 在输入至电磁线圈中的电流的作用下，由其在输入至电磁线圈中的电流的作用下，由其 机机 械部件的相对运动而产生预定响应动作。械部件的相对运动而产生预定响应动作。 所配装的电磁线圈有所配装的电磁线圈有交流交流和和直直 流流两种，各自构成两种，各自构成继电器和继电器和 继电器。继电器。 配装不同功能的电磁线圈后可配装不同功能的电磁线圈后可 分别制成分别制成、和和 。 第一部分：电力拖动基础18 线圈端子线圈端子 线圈线圈 铁心铁心 轭铁轭铁 衔铁衔铁 支杆支杆 触点触点 触点端子触点端子 K K 电磁式继电器的结构

12、电磁式继电器的结构 第一部分：电力拖动基础19 动断（动断（NC）触点）触点动合（动合（NO）触点）触点 工工 作作 原原 理理 演演 示示 第一部分：电力拖动基础20 输入电路中的控制电流为交输入电路中的控制电流为交 流的电磁继电器。流的电磁继电器。 输入电路中的控制电流为直输入电路中的控制电流为直 流的电磁继电器。流的电磁继电器。 利用永久磁铁或具有很高剩磁利用永久磁铁或具有很高剩磁 特性的铁芯，使电磁继电器的衔铁在其线圈断电后特性的铁芯，使电磁继电器的衔铁在其线圈断电后 仍能保持在线圈通电时的位置上的继电器。磁保持仍能保持在线圈通电时的位置上的继电器。磁保持 继电器具有继电器具有。 利用

13、密封在管形外壳内并具有触利用密封在管形外壳内并具有触 点簧片和衔铁磁路双重作用的舌簧的动作来开、闭点簧片和衔铁磁路双重作用的舌簧的动作来开、闭 或转换线路的继电器。或转换线路的继电器。 第一部分：电力拖动基础21 是根据线圈两端电压大小而接通或是根据线圈两端电压大小而接通或 断开控制电路的继电器。这种继电器线圈的断开控制电路的继电器。这种继电器线圈的导线细导线细、 匝数多匝数多、阻抗大阻抗大，并联在电路中并联在电路中。 有过电压、欠电压和零电压继电器之分。有过电压、欠电压和零电压继电器之分。 第一部分：电力拖动基础22 电磁式电流继电器的线圈电磁式电流继电器的线圈在电路在电路 中以反映电路中电

14、流的变化。为了不中以反映电路中电流的变化。为了不 影响电路的正常工作，电流继电器影响电路的正常工作，电流继电器 、。 电磁式电流继电器除了有用于一般控电磁式电流继电器除了有用于一般控 制的电流继电器外，还有作为保护用制的电流继电器外，还有作为保护用 的的和和 。 第一部分：电力拖动基础23 ：线圈电流高于整：线圈电流高于整 定值时动作的继电器称为过电流继定值时动作的继电器称为过电流继 电器。过电流继电器在电路正常工电器。过电流继电器在电路正常工 作时衔铁不吸合，当电路中的电流作时衔铁不吸合，当电路中的电流 超过整定值时衔铁才吸合超过整定值时衔铁才吸合(动作动作) 。 ：当线圈电流低于：当线圈电

15、流低于 整定值时动作的继电器称为欠电流整定值时动作的继电器称为欠电流 继电器。继电器。 第一部分：电力拖动基础24 第一部分：电力拖动基础25 是一个电压继电器，但它是一个电压继电器，但它 的触点数多、触点容量大的触点数多、触点容量大(额定电流额定电流5-10A A) ，是用来转换控制信号的中间元件。，是用来转换控制信号的中间元件。 中间继电器中间继电器是线圈的通电或断电信号，是线圈的通电或断电信号， 信号形式为触点的动作。信号形式为触点的动作。 中间继电器主要用途中间继电器主要用途是当其他继电器的触点数是当其他继电器的触点数 或触点容量不够时，可借助中间继电器来扩大或触点容量不够时，可借助中

16、间继电器来扩大 它们的触点数或触点容量。它们的触点数或触点容量。 第一部分：电力拖动基础26 第一部分：电力拖动基础27 线圈不通电时两触点是断开的，通线圈不通电时两触点是断开的，通 电后，两个触点就闭合。以合字的拼音字头电后，两个触点就闭合。以合字的拼音字头“H”表表 示。示。 线圈不通电时两触点是闭合的，通线圈不通电时两触点是闭合的，通 电后两个触点就断开。用断字的拼音字头电后两个触点就断开。用断字的拼音字头“D”表示。表示。 这这型。这种触点组共有三个型。这种触点组共有三个 触点，即中间是动触点，上下各一个静触点。线圈触点，即中间是动触点，上下各一个静触点。线圈 不通电时，动触点和其中一

17、个静触点断开和另一个不通电时，动触点和其中一个静触点断开和另一个 闭合，线圈通电后，动触点就移动，使原来断开的闭合，线圈通电后，动触点就移动，使原来断开的 成闭合，原来闭合的成断开状态，达到转换的目的。成闭合，原来闭合的成断开状态，达到转换的目的。 这样的触点组称为这样的触点组称为。用。用“转转”字的拼音字字的拼音字 头头“z”表示。表示。 第一部分：电力拖动基础28 第一部分：电力拖动基础29 ：使继电器动作的最小功率称为继：使继电器动作的最小功率称为继 电器的灵敏度。电器的灵敏度。 ：对于电压继电器，：对于电压继电器， 它的线圈额定电压为该继电器的额定电压它的线圈额定电压为该继电器的额定电

18、压; ;对对 于电流继电器，它的线圈额定电流为该继电于电流继电器，它的线圈额定电流为该继电 器的额定电流。器的额定电流。 ：使继电器衔铁开始：使继电器衔铁开始 运动时线圈的电压运动时线圈的电压( (电压继电器电压继电器) )或电流或电流( (电流电流 继电器继电器) )值，称为吸合电压或吸合电流，用值，称为吸合电压或吸合电流，用 U UXHXH或或I IXHXH表示。表示。 第一部分：电力拖动基础30 继电器衔铁开继电器衔铁开 始释放时线圈的电压或电流，用始释放时线圈的电压或电流，用U USFSF或或 I ISFSF表示。表示。 释放电压释放电压( (或电流或电流) )与吸合与吸合 电压电压(

19、 (或电流或电流) )的比值，用的比值，用K K表示，表示，K K值恒值恒 小于小于1 1。（偏高？偏低？）。（偏高？偏低？） 电压继电器的返回系数电压继电器的返回系数 K=UK=USFSF/U/UXHXH 电流继电器的返回系数电流继电器的返回系数 K=IK=ISFSF/I/IXHXH 第一部分：电力拖动基础31 ：吸合时间是从：吸合时间是从 线圈接受电信号到衔铁完全吸合所需的线圈接受电信号到衔铁完全吸合所需的 时间时间; ;释放时间是线圈失电到衔铁完全释释放时间是线圈失电到衔铁完全释 放所需的时间。放所需的时间。 ：根据控制系统的要求，预先：根据控制系统的要求，预先 使继电器达到某一个吸合值

20、或释放值，使继电器达到某一个吸合值或释放值， 这个预先设定的吸合值这个预先设定的吸合值( (电压或电流电压或电流) )或或 释放值释放值( (电压或电流电压或电流) )就叫整定值。就叫整定值。 额定、吸合、释放值、设定大小？中间继电器？额定、吸合、释放值、设定大小？中间继电器？ 第一部分：电力拖动基础32 磁簧继电器磁簧继电器 风速继电器风速继电器 第一部分：电力拖动基础33 压力继电器压力继电器 光电继电器光电继电器 温度继电器温度继电器 第一部分：电力拖动基础34 第一部分：电力拖动基础35 n在电力拖动控制系统中，不仅需要动作迅速在电力拖动控制系统中，不仅需要动作迅速 的继电器，而且需要

21、当吸引线圈通电或断电的继电器，而且需要当吸引线圈通电或断电 以后其触点经过一定时间延时后再动作的继以后其触点经过一定时间延时后再动作的继 电器，这种继电器称为电器，这种继电器称为。 n时间继电器按其动作原理与构造不同，可分时间继电器按其动作原理与构造不同，可分 为为、和和等等 。 第一部分：电力拖动基础36 第一部分：电力拖动基础37 第一部分：电力拖动基础38 是利用空气阻尼作是利用空气阻尼作 用获得延时的，用获得延时的，因交流，因交流 继电器不能象直流继电器那样依靠断电后继电器不能象直流继电器那样依靠断电后 磁阻尼磁阻尼延时，因而采用空气阻尼式延时。延时，因而采用空气阻尼式延时。 空气阻尼

22、式时间继电器分为空气阻尼式时间继电器分为和和 两种类型。两种类型。 第一部分：电力拖动基础39 11线圈线圈 22静铁心静铁心 33衔铁衔铁 44反力弹簧反力弹簧 55推版推版 66活塞杆活塞杆 77杠杆杠杆 88塔形弹簧塔形弹簧 99弱弹簧弱弹簧 1010橡皮膜橡皮膜 1111空气室壁空气室壁 1212活塞活塞 1313调节螺钉调节螺钉 1414进气孔进气孔 1515微动开关微动开关 （延时）（延时） 1616微动开关微动开关 （不延时）（不延时） 1717微动按钮微动按钮 17 瞬动触点：瞬动触点： 延时动触点延时动触点 第一部分：电力拖动基础40 11线圈线圈 22静铁心静铁心 33衔铁

23、衔铁 44反力弹簧反力弹簧 55推版推版 66活塞杆活塞杆 77杠杆杠杆 88塔形弹簧塔形弹簧 99弱弹簧弱弹簧 1010橡皮膜橡皮膜 1111空气室壁空气室壁 1212活塞活塞 1313调节螺钉调节螺钉 1414进气孔进气孔 1515微动开关微动开关 （延时）（延时） 1616微动开关微动开关 （不延时）（不延时） 1717顶杆顶杆 17 第一部分：电力拖动基础41 第一部分：电力拖动基础42 又称为半导体时间继电又称为半导体时间继电 器。按其构成可分为式晶体管时间器。按其构成可分为式晶体管时间 继电器和数字式时间继电器。继电器和数字式时间继电器。 多用于电力传动、自动多用于电力传动、自动

24、顺序控制及各种过程控制系统中，并以其顺序控制及各种过程控制系统中，并以其 延时范围宽、精度高、体积小、工作可靠延时范围宽、精度高、体积小、工作可靠 的优势逐步取代传统的电磁式、空气阻尼的优势逐步取代传统的电磁式、空气阻尼 式等时间继电器。式等时间继电器。 第一部分：电力拖动基础43 第一部分：电力拖动基础44 第一部分：电力拖动基础45 电子时间继电器实物 目前电子时间继电器目前电子时间继电器 多采用数字式，精度多采用数字式，精度 高定时范围大功能灵高定时范围大功能灵 活活 第一部分：电力拖动基础46 是一种具有过载保护特性的过电流型继是一种具有过载保护特性的过电流型继 电器。电器。 电动机在

25、运行过程中，如果长期过载、频繁起动、电动机在运行过程中，如果长期过载、频繁起动、 欠电压运行或者断相运行等都可能使电动机的电欠电压运行或者断相运行等都可能使电动机的电 流超过它的额定值。如果超过额定值的量不大，流超过它的额定值。如果超过额定值的量不大， 熔断器在这种情况下不会熔断，这样将引起电动熔断器在这种情况下不会熔断，这样将引起电动 机过热，损坏绕组的绝缘，缩短电动机的使用寿机过热，损坏绕组的绝缘，缩短电动机的使用寿 命，严重时甚至烧坏电动机。因此，采用热继电命，严重时甚至烧坏电动机。因此，采用热继电 器器，也适用，也适用 于对其他电气设备的过载保护于对其他电气设备的过载保护。 第一部分：

26、电力拖动基础47 1 1、双金属片固定件；、双金属片固定件； 2 2、双金属片；、双金属片； 3 3、热原件；、热原件； 4 4、导板；、导板； 5 5、补偿双金属片；、补偿双金属片； 6 6、7 7、9 9、触点；、触点； 8 8、复位调节螺钉；、复位调节螺钉； 1010、复位按钮；、复位按钮； 1111、调节旋钮；、调节旋钮； 1212、支撑件；、支撑件； 快速分断 装置 第一部分：电力拖动基础48 第一部分：电力拖动基础49 第一部分：电力拖动基础50 是在热继电器的结构基础是在热继电器的结构基础 上增加了断相保护装置的一种保护型热继电器。上增加了断相保护装置的一种保护型热继电器。 在在

27、的工作电路中若三相中有一的工作电路中若三相中有一 相断线而出现过载电流，则因为断线那一相的相断线而出现过载电流，则因为断线那一相的 双金属片不弯曲而使热继电器不能及时动作，双金属片不弯曲而使热继电器不能及时动作， 有时甚至不动作，故不能起到保护作用。这时有时甚至不动作，故不能起到保护作用。这时 就需要使用带断相保护的热继电器，就需要使用带断相保护的热继电器， 第一部分：电力拖动基础51 1 1、上导板；、上导板； 2 2、下导板；、下导板； 3 3、双金属片；、双金属片； 4 4、动断触点；、动断触点； 5 5、杠杆机构。、杠杆机构。 L3相断相（线）保护示意图相断相（线）保护示意图 第一部分

28、：电力拖动基础52 的电动机及电源对称性较好的情的电动机及电源对称性较好的情 况可选用两相或三相结构的热继电器况可选用两相或三相结构的热继电器; ; 的电动机应选用带断相保护装置的三的电动机应选用带断相保护装置的三 相结构热继电器。相结构热继电器。 原则上热继电器的额定电流应按电动机的原则上热继电器的额定电流应按电动机的 额定电流来选择。但对于过载能力较差的电额定电流来选择。但对于过载能力较差的电 动机，其配用的热继电器动机，其配用的热继电器( (主要是发热元件主要是发热元件) ) 的额定电流应适当小些，一般选取热继电器的额定电流应适当小些，一般选取热继电器 的额定电流的额定电流( (实际上是

29、选取发热元件的额定实际上是选取发热元件的额定 电流电流) )为电动机额定电流的为电动机额定电流的60%-80%60%-80%。 第一部分：电力拖动基础53 原理（星形接法带不带断相保护都可）原理（星形接法带不带断相保护都可） 设额定电流为设额定电流为Ie，热继电器设定电流也为，热继电器设定电流也为Ie，断，断W相：相： 对于星形接法：线电流等于相电流，热继电器动作时，相对于星形接法：线电流等于相电流，热继电器动作时，相 电流不会超过电流不会超过Ie；无论带不带断相保护影响不大；无论带不带断相保护影响不大； 当然带断相保护动作更快更好。当然带断相保护动作更快更好。 当然实际上电机电流由于负载情况

30、，断相后电流会增加；当然实际上电机电流由于负载情况，断相后电流会增加； 第一部分：电力拖动基础54 三角形接法三角形接法 n设电机额定电流为设电机额定电流为Ie，热继电器设，热继电器设 定电流也为定电流也为Ie，此时相电流，此时相电流(绕组额绕组额 定定)为为Ip=Ie/1.732=0.58Ie; n断断B相后：相后： n对于三角形接法：普通热继电器动对于三角形接法：普通热继电器动 作时作时,三个相电流分别为三个相电流分别为Ie/3， Ie/3, Ie*2/3，一相绕组已经超过，一相绕组已经超过Ip(14%), 可能已经烧坏；可能已经烧坏； n实际上电机电流由于负载情况，断实际上电机电流由于负

31、载情况，断 相后电流会增加；带断相保护时动相后电流会增加；带断相保护时动 作值保护变小，保护提前从而安全作值保护变小，保护提前从而安全 第一部分：电力拖动基础55 对于工作时间较短、间歇时间较长的电动对于工作时间较短、间歇时间较长的电动 机，以及虽然长期工作但发生过载现象的可机，以及虽然长期工作但发生过载现象的可 能性很小的电动机，可以不设过载保护。能性很小的电动机，可以不设过载保护。 双金属片式热继电器一般用于轻载、不频双金属片式热继电器一般用于轻载、不频 繁起动电动机的过载保护。对于重载、频繁繁起动电动机的过载保护。对于重载、频繁 起动的电动机，则可用过电流继电器起动的电动机，则可用过电流

32、继电器( (延时动延时动 作型的作型的) )作它的过载保护和短路保护。因为热作它的过载保护和短路保护。因为热 元件受热变形需要时间，故热继电器不能作元件受热变形需要时间，故热继电器不能作 短路保护用。短路保护用。 第一部分：电力拖动基础56 在安装和使用保护型热继电器的过程中，必须在安装和使用保护型热继电器的过程中，必须 按照产品说明书规定的方式安装。当与其他电按照产品说明书规定的方式安装。当与其他电 器安装在一起时，应将热继电器安装在其他电器安装在一起时，应将热继电器安装在其他电 器的下方，以免其动作受其他电器发热的影响。器的下方，以免其动作受其他电器发热的影响。 除去尘埃和污垢。若双金属片

33、出除去尘埃和污垢。若双金属片出 现锈斑，可用棉布蘸上汽油轻轻揩拭，现锈斑，可用棉布蘸上汽油轻轻揩拭， 。另外，当主电路发生短路事故后，应。另外，当主电路发生短路事故后，应 检查发热元件和双金属片是否己经发生永久性检查发热元件和双金属片是否己经发生永久性 变形。变形。 第一部分：电力拖动基础57 常用于三相异步电动机按速度原则控常用于三相异步电动机按速度原则控 制的反接制动线路中，亦称制的反接制动线路中，亦称。 主要由转子、定子和触点三部分组成。主要由转子、定子和触点三部分组成。 转子是一个圆柱形永久磁铁，定子是一个笼型空转子是一个圆柱形永久磁铁，定子是一个笼型空 心圆环，由硅钢片叠成，并装有笼

34、型绕组。心圆环，由硅钢片叠成，并装有笼型绕组。 的作用是与的作用是与配合使用，对笼型配合使用，对笼型 异步电动机进行反接制动控制。异步电动机进行反接制动控制。 在机床控制线路中，常用的速度继电器主要由在机床控制线路中，常用的速度继电器主要由JY1JY1 和和JFZ0JFZ0系列。系列。 第一部分：电力拖动基础58 第一部分：电力拖动基础59 速度继电器的速度继电器的相连接，定子空相连接，定子空 套在转子上。当电动机转动时，速度继电器的转套在转子上。当电动机转动时，速度继电器的转 子子( (永久磁铁永久磁铁) )随之转动，在空间产生旋转磁场，随之转动，在空间产生旋转磁场， 切割定子绕组，而在其中

35、感应出电流。此电流又切割定子绕组，而在其中感应出电流。此电流又 在旋转磁场作用下产生转矩，使定子随转子转动在旋转磁场作用下产生转矩，使定子随转子转动 方向而方向而。此时，与定子装在一起。此时，与定子装在一起 的摆锤推动触点动作，使动断触点断开，动合触的摆锤推动触点动作，使动断触点断开，动合触 点闭合。当点闭合。当，定子产生，定子产生 的转矩减小，的转矩减小，。 第一部分：电力拖动基础60 第一部分：电力拖动基础61 ，是，是 近年来迅速发展起来的一种新型密封近年来迅速发展起来的一种新型密封 触点的继电器。触点的继电器。 干簧继电器的主要部件是由干簧继电器的主要部件是由铁镍合金铁镍合金 制成的干

36、簧片，它即能导磁又能导电，制成的干簧片，它即能导磁又能导电， 兼有普通电磁继电器的触点和磁路系兼有普通电磁继电器的触点和磁路系 统的双重作用。统的双重作用。 第一部分：电力拖动基础62 干簧片装在密封的玻璃管内，管内充有纯净干干簧片装在密封的玻璃管内，管内充有纯净干 燥的惰性气体，以防止触点表面氧化。为了提燥的惰性气体，以防止触点表面氧化。为了提 高触点的可靠性和减小接触电阻，通常在干簧高触点的可靠性和减小接触电阻，通常在干簧 片的触点表面镀有导电性良好，耐磨的贵重金片的触点表面镀有导电性良好，耐磨的贵重金 属属( (如金、铂、铑及合金如金、铂、铑及合金) )。在于簧管外面套一。在于簧管外面套

37、一 励磁线圈就构成一只完整的干簧继电器，励磁线圈就构成一只完整的干簧继电器， 第一部分：电力拖动基础63 固态继电器简称固态继电器简称SSRSSR，是一种无触点通断电子开，是一种无触点通断电子开 关，因为可以实现电磁继电器的功能，故称关，因为可以实现电磁继电器的功能，故称“固固 态继电器态继电器”；又因其；又因其“断开断开”和和“闭合闭合”均为无均为无 触点，无火花，因而又称其为触点，无火花，因而又称其为“”。 上看，是一种两个接线端上看，是一种两个接线端 为输入端，另两个接线端为输出端的四端器件；为输入端，另两个接线端为输出端的四端器件； 来看，是在其输入来看，是在其输入 端与输出端之间采用

38、端与输出端之间采用来实现输入输出的来实现输入输出的 电隔离的一种控制电器。电隔离的一种控制电器。 第一部分：电力拖动基础64 由于固态继电器是由由于固态继电器是由组成的无触点组成的无触点 开关元件，各开关元件，各电子元件履行各自功能而又电子元件履行各自功能而又 、的一种的一种 。所以固态继电器与电磁继电器相比，所以固态继电器与电磁继电器相比， 它具有体积小、重量轻、工作可靠、寿命长，它具有体积小、重量轻、工作可靠、寿命长， 对外界干扰小、能与逻辑电路兼容、抗干扰对外界干扰小、能与逻辑电路兼容、抗干扰 能力强、开关速度快、使用方便等一系列优能力强、开关速度快、使用方便等一系列优 点。因此，固态继

39、电器作为点。因此，固态继电器作为“继电器继电器”类电类电 子产品的子产品的品种已被广泛地应用于自品种已被广泛地应用于自 动控制系统中。动控制系统中。 第一部分：电力拖动基础65 固态继电器固态继电器可分为可分为 和和。 可分为可分为和和。 可分为可分为、 和和。其中，以光。其中，以光 电隔离型为最多。电隔离型为最多。 第一部分：电力拖动基础66 ，固态继电器可分为交流，固态继电器可分为交流 型固态继电器型固态继电器和直流型固态继电器和直流型固态继电器 两种。两种。AC-SSRAC-SSR以以作为开关作为开关 元件，而元件，而DC-SSRDC-SSR一般以一般以作为开关元作为开关元 件，分别用来

40、接通或关断交流或直流负载电源。件，分别用来接通或关断交流或直流负载电源。 ，则固态继电器又可分为，则固态继电器又可分为 固态继电器、固态继电器、固态继电器和固态继电器和 固态继电器。装配式固态继电器。装配式SSRSSR可装配在电路板上，可装配在电路板上， 焊接式焊接式SSRSSR可直接焊装在印刷电路板上。可直接焊装在印刷电路板上。 第一部分：电力拖动基础67 交流固态继电器原理 第一部分：电力拖动基础68 原理 当输入端未加电压信号时，光耦合器的光敏晶体管因未接收光而截止， V1饱和，V3和V4因无触发电压而截止，此时SSR关闭。当加入输入信 号时，光耦合器中的发光二极管发光，光敏晶体管饱和，

41、使V1截止。 此时若V3两端电压在-(1025)V或1025V范围内时，只要适当选择 分压电阻R4和R5，就可使V2截止，这样使V3触发导通，从而使V 4的 控制极上得到从R6URV 3URR7或反方向的触发脉冲，而使 V4导通，使负载接通交流电源。而若交流电压波形在图2中的区内时， 则因V2饱和而抑制V3和V4的导通，而使SSR被抑制，从而实现了过零 触发控制。由于1025V幅值与电源电压幅值相比可近似看作“零”。 因此，一般就将过零电压粗略地定义为025V，即认为在此区域内， 只要加入输入信号，过零触发型ACSSR都能导通。 当输入端电压信号撤除后，光耦合器中的光敏晶体管截止，V1饱 和，

42、V3截止，但此时V4仍保持导通，直到负载电流随电源电压减小到 小于双向晶闸管的维持电流时，SSR才转为截止。 SSR的输出端器件可分为双向晶闸管和两只单向晶闸管反并联形 式。若负载为电动机一类的感性负载，则其静态电压上升率dv/dt是一 个重要参数。由于单向晶闸管静态电压上升率(200V/s)大大高于双向 晶闸管的换向指标(10V/s)，因此若采用两只大功率单向晶闸管反并联 代替双向晶闸管，一方面可提高输出功率；另一方面也可提高耐浪涌 电流的冲击能力，这种SSR称为增强型SSR。 第一部分：电力拖动基础69 固态继电器的输入端的固态继电器的输入端的左右，最小左右，最小 。直流固态继电器可通过功

43、率晶体管。直流固态继电器可通过功率晶体管( (交交 流固态继电器通过双向晶闸管流固态继电器通过双向晶闸管) )再驱动负载。再驱动负载。 固态继电器的负载能力固态继电器的负载能力( (最大负载电流最大负载电流) )随温度升高而随温度升高而 降低，因此使用时降低，因此使用时使用。使用。 值值( (一般为负载电流的一般为负载电流的7 7倍倍) )， 以防止损坏固态继电器。以防止损坏固态继电器。 固态继电器固态继电器SSRSSR的内部电子元件均的内部电子元件均， 其值通常在其值通常在5-10mA5-10mA。因此，它的输出回路不能实现电。因此，它的输出回路不能实现电 气隔离，这一点在使用中应特别注意。

44、气隔离，这一点在使用中应特别注意。 第一部分：电力拖动基础70 固态继电器优点 n（1 1）高寿命，高可靠）高寿命，高可靠:SSR:SSR没有机械零部件，由固体器件没有机械零部件，由固体器件 完成触点功能，由于没有运动的零部件，因此能在高冲完成触点功能，由于没有运动的零部件，因此能在高冲 击，振动的环境下工作，由于组成固态击，振动的环境下工作，由于组成固态继电器继电器的元器件的元器件 的固有特性，决定了固态的固有特性，决定了固态继电器继电器的寿命长，可靠性高。的寿命长，可靠性高。 n （2 2）灵敏度高，控制功率小，电磁兼容性好）灵敏度高，控制功率小，电磁兼容性好: :固态固态继电继电 器器的

45、输入电压范围较宽，驱动功率低，可与大多数逻辑的输入电压范围较宽，驱动功率低，可与大多数逻辑 集成电路兼容不需加缓冲器或驱动器。集成电路兼容不需加缓冲器或驱动器。 n （3 3）快速转换）快速转换: :固态固态继电器继电器因为采用固体器件，所以切因为采用固体器件，所以切 换速度可从几毫秒至几微妙。换速度可从几毫秒至几微妙。 n （4 4）电磁干扰小）电磁干扰小: :固态固态继电器继电器没有输入没有输入 线圈线圈 ，没有触，没有触 点燃弧和回跳，因而减少了电磁干扰。大多数交流输出点燃弧和回跳，因而减少了电磁干扰。大多数交流输出 固态固态继电器继电器是一个零电压开关，在零电压处导通，零电是一个零电压

46、开关，在零电压处导通，零电 流处关断，减少了电流波形的突然中断，从而减少了开流处关断，减少了电流波形的突然中断，从而减少了开 关瞬态效应。关瞬态效应。 第一部分：电力拖动基础71 固态继电器的缺点 n（1）导通后的管压降大，可控硅或双相控硅的正向降压 可达12V，大功率晶体管的饱和压降也在12V之间，一 般功率场效应管的导通电阻也较机械触点的接触电阻大。 （2）半导体器件关断后仍可有数微安至数毫安的漏电流， 因此不能实现理想的电隔离。 （3）由于管压降大，导通后的功耗和发热量也大，大功 率固态继电器的体积远远大于同容量的电磁继电器，成本 也较高。 （4）电子元器件的温度特性和电子线路的抗干扰能

47、力较 差，耐辐射能力也较差，如不采取有效措施，则工作可靠 性低。 （5）固态继电器对过载有较大的敏感性，必须用快速熔 断器或RC阻尼电路对其进行过在保护。固态继电器的负 载与环境温度明显有关，温度升高，负载能力将迅速下降。 第一部分：电力拖动基础72 第一部分：电力拖动基础73 1.3 接触器（contactor） n接触器是一种应用广泛的开关电器。接触器主要用于频 繁接通或分断交、直流主电路和大容量的控制电路，可 远距离操作，配合继电器可以实现定时操作、联锁控制 及各种定量控制和失压及欠压保护，广泛应用于自动控 制电路，其主要控制对象是电动机，也可用于控制其它 电力负载，如电热器、照明、电焊

48、机、电容器组等。 n根据主触点通过的电流的种类的不同，接触器有交流接 触器与直流接触器之分。 n按操作机构分为电磁式接触器 、液压式接触器、气动式 接触器 n电磁式接触器-继电接触器，结构与原理同电磁式继电器 相同，不过触头容量大，体积大。最广泛的是交流接触 器。 第一部分：电力拖动基础74 接触器有关符号：接触器有关符号： 接触器线圈接触器线圈 接触器主触头用于主电路接触器主触头用于主电路 （流过的电流大，（流过的电流大，需加灭弧装置需加灭弧装置） 常开常开 常闭常闭 接触器辅助触头用于控制电路接触器辅助触头用于控制电路 （流过的电流小，无（流过的电流小，无需加灭弧装置需加灭弧装置） 第一部

49、分：电力拖动基础75 交流继电接触器的参数 1）额定电压 指主触点额定工作电压，应等于负载的额定电压。一只接触器常规定 几个额定电压，同时列出相应的额定电流或控制功率。通常，最大工作电压即为 额定电压。常用的额定电压值为220V、380V、660V等。 （2）额定电流 接触器触点在额定工作条件下的电流值。380V三相电动机控制电路 中，额定工作电流可近似等于控制功率的两倍。常用额定电流等级为5A、10A、 20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A、600A。 （3）通断能力 可分为最大接通电流和最大分断电流。最大接通电流是指触点闭合 时不会造成触点熔焊时的最大电流值；最大

50、分断电流是指触点断开时能可靠灭弧 的最大电流。一般通断能力是额定电流的510倍。当然，这一数值与开断电路 的电压等级有关，电压越高，通断能力越小。 （4）动作值 可分为吸合电压和释放电压。吸合电压是指接触器吸合前，缓慢增加 吸合线圈两端的电压，接触器可以吸合时的最小电压。释放电压是指接触器吸合 后，缓慢降低吸合线圈的电压，接触器释放时的最大电压。一般规定，吸合电压 不低于线圈额定电压的85，释放电压不高于线圈额定电压的70% （5）吸引线圈额定电压 接触器正常工作时，吸引线圈上所加的电压值。一般该电 压数值以及线圈的匝数、线径等数据均标于线包上，而不是标于接触器外壳铭牌 上，使用时应加以注意。

51、 （6）操作频率 接触器在吸合瞬间，吸引线圈需消耗比额定电流大57倍的电流， 如果操作频率过高，则会使线圈严重发热，直接影响接触器的正常使用。为此， 规定了接触器的允许操作频率，一般为每小时允许操作次数的最大值。 （7）寿命 包括电寿命和机械寿命。目前接触器的机械寿命已达一千万次以上，电 气寿命约是机械寿命的5%20。 第一部分：电力拖动基础76 1.4 电磁机构的工作特性电磁机构的工作特性 输入电能输入电能磁场能量磁场能量 l SNi R F m 第一部分：电力拖动基础77 电磁吸力电磁吸力 如果空气隙中的磁场均匀分布，根据麦克斯韦电磁如果空气隙中的磁场均匀分布，根据麦克斯韦电磁 力计算公式

52、：力计算公式： 0 2 at 2 SB F 真空的磁导率真空的磁导率 mH/104 7 0 S SBF 27 2 7 at 8 10 8 10 当端面面积当端面面积S为常数时，电磁吸力与为常数时，电磁吸力与B2或或2成正比。成正比。 第一部分：电力拖动基础78 电磁机构的工作特性常用吸力特性和反力特性来电磁机构的工作特性常用吸力特性和反力特性来 描述。描述。 吸力特性：电磁机构的吸引线圈通电后，铁心吸吸力特性：电磁机构的吸引线圈通电后，铁心吸 引衔铁的电磁吸力与气隙的关系曲线。引衔铁的电磁吸力与气隙的关系曲线。 反力特性：电磁机构使衔铁释放的力与气隙的关反力特性：电磁机构使衔铁释放的力与气隙的

53、关 系曲线。系曲线。 第一部分：电力拖动基础79 1）直流电磁铁的吸力特性）直流电磁铁的吸力特性 0mm RR m R IN S Rm 0 0 空气隙的磁阻空气隙的磁阻 2 at 1 F S Fat 27 8 10 在在IN一定时，电磁吸力一定时，电磁吸力Fat与气隙大小与气隙大小的平方成反比。的平方成反比。 72 0 at 2 10 u = 8 S F 第一部分：电力拖动基础80 直流电磁机构的吸力特性直流电磁机构的吸力特性 电磁铁未吸合时，磁电磁铁未吸合时，磁 路中有空气隙路中有空气隙磁路中磁路中 的磁阻较大，所以磁的磁阻较大，所以磁 通较小，电磁吸力通较小，电磁吸力Fat 也较小；也较小

54、； 电磁铁吸合后，气隙电磁铁吸合后，气隙 减小磁路中的磁阻也减小磁路中的磁阻也 减小，磁通增大电磁减小，磁通增大电磁 吸力也增大。吸力也增大。 在直流电磁铁吸合过程中，电磁吸力是逐渐增加，完在直流电磁铁吸合过程中，电磁吸力是逐渐增加，完 全吸合时电磁吸力最大。对于要求可靠性高或频繁动全吸合时电磁吸力最大。对于要求可靠性高或频繁动 作的控制系统常采用直流电磁机构。作的控制系统常采用直流电磁机构。 第一部分：电力拖动基础81 m R IN S F at 27 8 10 S R m 当气隙当气隙相同时，安匝数大的电磁铁其电磁吸力越相同时，安匝数大的电磁铁其电磁吸力越 大。大。 当然电磁线圈的励磁电压

55、当然电磁线圈的励磁电压U的升高或降低，即励磁的升高或降低，即励磁 电流电流I的增大或减小，以及气隙的大小都将影响到的增大或减小，以及气隙的大小都将影响到 电磁铁的吸力特性，从而影响电磁铁的工作。电磁铁的吸力特性，从而影响电磁铁的工作。 第一部分：电力拖动基础82 2）交流电磁铁的吸力特性）交流电磁铁的吸力特性 设，气隙中的电磁感应强度按正弦规律变换。设，气隙中的电磁感应强度按正弦规律变换。 tBBsin m 交流电磁铁吸力瞬时值的表达式：交流电磁铁吸力瞬时值的表达式： t FF F2cos 22 atmatm at SB SB F 2 m 7 0 2 m atm 8 10 2 0 2 at 2

56、 SB F 第一部分：电力拖动基础83 交流电磁吸力交流电磁吸力 交流电磁铁电磁吸力的大小是随时间周期性的变化。交流电磁铁电磁吸力的大小是随时间周期性的变化。 第一部分：电力拖动基础84 交流电磁吸力的平均值交流电磁吸力的平均值 交流电磁铁电磁吸力的大小取决于电流变化的一个交流电磁铁电磁吸力的大小取决于电流变化的一个 周期内电磁吸力的平均值。周期内电磁吸力的平均值。 244 1 0 2 0 2 0 0 atmmm T at F S SB dtF T F S F m atm 27 8 10 fN U 44. 4 m 当励磁电压当励磁电压U、频率、频率f和线圈匝数和线圈匝数N不变时，交流电磁铁不变

57、时，交流电磁铁 的电磁力的电磁力F0也不变。也不变。 第一部分：电力拖动基础85 交流励磁电流交流励磁电流I将随气隙长度将随气隙长度成正比增大成正比增大 气隙磁阻气隙磁阻Rm要随气隙长度要随气隙长度的加大成正比增加。的加大成正比增加。 m 4.44 RU i NfNS 当励磁电压当励磁电压U、频率、频率f和线圈匝数和线圈匝数N不变时，交流电磁不变时，交流电磁 铁的磁通最大值铁的磁通最大值m几乎不变几乎不变 。 fN U 44. 4 m 第一部分：电力拖动基础86 交流电磁机构的吸力特性交流电磁机构的吸力特性 F0=f() i=f() 交流电磁铁吸合前后交流电磁铁吸合前后m的值是不变的，故电磁力

58、的值是不变的，故电磁力F0 也不变。考虑到漏磁的影响，其吸力随气隙的减小略也不变。考虑到漏磁的影响，其吸力随气隙的减小略 有增加有增加. 第一部分：电力拖动基础87 结论结论 交流电磁机构的励磁电流在线圈已通电但衔铁尚交流电磁机构的励磁电流在线圈已通电但衔铁尚 未动作时，电流比额定工作电流大得多。未动作时，电流比额定工作电流大得多。 若发生衔铁卡住不能吸合或衔铁频繁动作，交流若发生衔铁卡住不能吸合或衔铁频繁动作，交流 线圈将可能因过电流而烧毁。线圈将可能因过电流而烧毁。 在可靠性要求高或频繁操作的场合，一般不采用在可靠性要求高或频繁操作的场合，一般不采用 交流电磁机构。交流电磁机构。 思考：交

59、流线圈换成直流线圈？思考：交流线圈换成直流线圈？ 第一部分：电力拖动基础88 交流机构瞬时吸力交流机构瞬时吸力 吸力最大吸力最大 吸力为吸力为0 电磁吸力为零将小于弹簧的反作用力，衔铁将从与铁心电磁吸力为零将小于弹簧的反作用力，衔铁将从与铁心 闭合处被拉开；闭合处被拉开； 当电磁吸力大于弹簧反作用力时，衔铁又被吸合。当电磁吸力大于弹簧反作用力时，衔铁又被吸合。 第一部分：电力拖动基础89 短路环短路环 短路环短路环 铁心铁心 吸引线圈吸引线圈 衔铁衔铁 解决交流电磁铁产生振动和噪音的措施解决交流电磁铁产生振动和噪音的措施 第一部分：电力拖动基础90 20 i21/ 21 2 1 短路环的作用：

60、短路环的作用：只要只要 合成吸力始终大于弹簧合成吸力始终大于弹簧 反作用力反作用力Ff，就能消除，就能消除 衔铁的振动，从而消除衔铁的振动，从而消除 噪音。噪音。 短路环通常包围的短路环通常包围的 铁心截面，一般用铜、铁心截面，一般用铜、 康铜或铬合金等材料制康铜或铬合金等材料制 成。成。 第一部分：电力拖动基础91 3）反力特性）反力特性 电磁机构中与电磁吸力方向相反的力，如释放弹簧电磁机构中与电磁吸力方向相反的力，如释放弹簧 的弹力、触点弹簧的弹力、运动部件的重力和摩擦的弹力、触点弹簧的弹力、运动部件的重力和摩擦 力统称为电磁机构的反力。力统称为电磁机构的反力。 电磁机构使衔铁释放的力电磁