机电传动课件

1、机机 电电 传传 动动 控控 制制张张 海海 根根 主主 编编高等教育出版社高等教育出版社主主 讲讲 : 安安 万万 德德绪绪 论论 电机与拖动基础知识；电机与拖动基础知识； 继电器继电器-接触器控制、接触器控制、PLC控制；控制； 步进电机控制；步进电机控制； 交直流调速控制；交直流调速控制； 伺服驱动控制等。伺服驱动控制等。机电传动控制是研究解决与生产机械的电器传动机电传动控制是研究解决与生产机械的电器传动控制有关的问题。控制有关的问题。主要阐述机电传动主要阐述机电传动控制原理控制原理和常用和常用控制电路控制电路及其及其控制电路的设计。控制电路的设计。主要介绍主要介绍:机电传动系统组成：机

2、电传动系统组成： 电动机电动机+电气控制电路电气控制电路+传动部件传动部件+工作机构工作机构 电机与拖动基础知识电机与拖动基础知识生产机械：生产机械： 由工作机构、传动机构、原动机及控制系统组成。由工作机构、传动机构、原动机及控制系统组成。电动机电动机电力拖动：电动机电力拖动：电动机+传动机构传动机构电气自动控制部分包括：电气自动控制部分包括： 使电动机起动、制动、反向、调速、快速定位等使电动机起动、制动、反向、调速、快速定位等电气控制部分和电气操作部分。电气控制部分和电气操作部分。 机电传动控制的发展过程机电传动控制的发展过程1） 用手动电器来控制执行电器用手动电器来控制执行电器 适用于容量

3、小，操作单一的场合适用于容量小，操作单一的场合2） 用继电器用继电器接触器自动控制接触器自动控制 由继电器、接触器、按钮、行程开关组成。由继电器、接触器、按钮、行程开关组成。 优点：结构简单、价格低廉、维护方便、抗干扰强，优点：结构简单、价格低廉、维护方便、抗干扰强，可实现自动化，集中控制，远距离控制。可实现自动化，集中控制，远距离控制。 缺点：控制形式固定，通用性和灵活性差，由于触点缺点：控制形式固定，通用性和灵活性差，由于触点开关动作工作频率低，触电易损坏，可靠性差。开关动作工作频率低，触电易损坏，可靠性差。3） 顺序控制器顺序控制器 生产过程中由于大量存在一些开关量控制的程序控制生产过程

4、中由于大量存在一些开关量控制的程序控制过程，而生产工艺及流程经常变化，因而继电接触器控制过程，而生产工艺及流程经常变化，因而继电接触器控制电路不能满足需求，集成电路组成的顺序控制器应运而生。电路不能满足需求，集成电路组成的顺序控制器应运而生。特点：具有程序变成更容易、程序存储量大，通用性强，特点：具有程序变成更容易、程序存储量大，通用性强，广泛用于各种机械设备及自动线上。广泛用于各种机械设备及自动线上。4）PLC 20世纪世纪60年代末，出现了具有运算功能和功率输出年代末，出现了具有运算功能和功率输出能力的可编程控制器。能力的可编程控制器。PLC由大规模集成电路、电子开由大规模集成电路、电子开

5、关、功率输出器件等组成的专用微型电子计算机。关、功率输出器件等组成的专用微型电子计算机。 特点：可代替大量的继电器，功耗小，体积。特点：可代替大量的继电器，功耗小，体积。 交直流调速控制交直流调速控制 速度调节是影响电气控制技术发展的另外一个因素。速度调节是影响电气控制技术发展的另外一个因素。 交流电动机结构简单、制造容易、造价低以及容易交流电动机结构简单、制造容易、造价低以及容易维修等特点广泛应用。维修等特点广泛应用。交流电动机调速：交流电动机调速：直流电动机调速：直流电动机调速： 直流电动机具有良好的起动、制动特性和调速性能，直流电动机具有良好的起动、制动特性和调速性能，能在很宽的范围内进

6、行平滑调速，所以对调速性能要求较能在很宽的范围内进行平滑调速，所以对调速性能要求较高及速度需要精确控制的设备以往都采用直流拖动。高及速度需要精确控制的设备以往都采用直流拖动。 由于变频技术的出现和高压大功率管的问世，交流由于变频技术的出现和高压大功率管的问世，交流电动机无极调速系统有了迅速发展，它是利用改变交流电动机无极调速系统有了迅速发展，它是利用改变交流电的频率等来实现电动机转速的无极调速。电的频率等来实现电动机转速的无极调速。 因无电刷与换向器，较直流电动机易于维护，且寿因无电刷与换向器，较直流电动机易于维护，且寿命长由发展前途。命长由发展前途。 伺服驱动控制伺服驱动控制 驱动机械设备各

7、坐标轴追随指令运动的传动装置称为驱动机械设备各坐标轴追随指令运动的传动装置称为伺服系统。伺服系统。 包括机械传动部件和产生主动力矩以及控制其运动的包括机械传动部件和产生主动力矩以及控制其运动的各种驱动装置。是一种精密的位置跟踪与定位系统。各种驱动装置。是一种精密的位置跟踪与定位系统。 伺服系统按调节原理可分开环和闭环。闭环系统又分伺服系统按调节原理可分开环和闭环。闭环系统又分为直流和交流伺服系统。为直流和交流伺服系统。 开环系统一般利用步进电动机。开环系统一般利用步进电动机。步进电机控制步进电机控制 步进电动机是一种将脉冲信号转换成直线或角位移的步进电动机是一种将脉冲信号转换成直线或角位移的执

8、行元件。执行元件。 系统简单、控制容易、维修方便、控制为全数字化。系统简单、控制容易、维修方便、控制为全数字化。第一章第一章 机电传动断续控制机电传动断续控制电动机带动生产机械运动的方式称为机电传动。电动机带动生产机械运动的方式称为机电传动。控制设备控制设备电动机电动机传动装置传动装置工作机构工作机构电源电源 由各种由各种电器元件组成，电器元件组成，用以控制电动用以控制电动机的运转。机的运转。 电能转换电能转换为机械能，用为机械能，用以拖动工机构以拖动工机构完成生产机械完成生产机械所规定的任务。所规定的任务。 用来实现电用来实现电动机与工作机构动机与工作机构的运动连接，并的运动连接，并根据工作

9、机构的根据工作机构的需要完成速度和需要完成速度和方向的变换。方向的变换。电动机的自动控制方式电动机的自动控制方式 断续控制：控制系统处理的信号为断续变化的开关量。断续控制：控制系统处理的信号为断续变化的开关量。 如异步电动机的继电器接触器控制系统。如异步电动机的继电器接触器控制系统。 连续控制：控制系统处理的信号为连续变化的模拟量。连续控制：控制系统处理的信号为连续变化的模拟量。 如直流电动机的调速系统。如直流电动机的调速系统。 数字控制：控制系统处理的信号为离散的数字量。数字控制：控制系统处理的信号为离散的数字量。 如机床的数控系统。如机床的数控系统。1.1 三相异步电动机三相异步电动机1.

10、1.1 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理图图1-1 三相异步电动机的结构图三相异步电动机的结构图1-轴承盖；轴承盖；2-端盖；端盖；3-接线盒；接线盒；4-散热筋；散热筋；5-定子铁心；定子铁心；6-定子绕组；定子绕组； 7-转轴；转轴；8-转子；转子；9-风扇；风扇；10-罩壳；罩壳；11-轴承；轴承；12机座机座1. 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构a）笼型绕组；）笼型绕组；b）转子外形）转子外形1U2U1V2V1W2W定子铁心定子铁心转子铁心转子铁心定子绕组定子绕组转子绕组转子绕组图图1-2 三相异步电动机的端面图三相异步电动机的端面图图图1-3 笼型绕组

11、结构图笼型绕组结构图2. 异步电动机的工作原理异步电动机的工作原理 电动机定子三相绕组电动机定子三相绕组U1U2、V1V2、W1W2可以可以联成星型也可以联成三角形。联成星型也可以联成三角形。（1）旋转磁场的产生旋转磁场的产生三角形联接（三角形联接（ ）星型联接（星型联接（ ） 假定将定子绕组联接成星型，并接在三相电源上，假定将定子绕组联接成星型，并接在三相电源上，绕组中便通入三相对称电流。绕组中便通入三相对称电流。120sin120sinsintIitIitIimWmVmU20Ttttt0主磁场主磁场N-S顺时针旋转顺时针旋转180度度（旋转磁场（旋转磁场n0在一对极在一对极p=1时）时）

12、三相电流共同产生的合成磁场将随着电流的交变而在三相电流共同产生的合成磁场将随着电流的交变而在空间不断地旋转，即形成旋转磁场。空间不断地旋转，即形成旋转磁场。如如（2）旋转磁场的旋转方向）旋转磁场的旋转方向 旋转磁场切割转子导体，便在其中感应出电动势旋转磁场切割转子导体，便在其中感应出电动势和电流。和电流。电动势的方向可由电动势的方向可由右手定则右手定则确定。确定。 转子导体电流与旋转磁场相互作转子导体电流与旋转磁场相互作用便产生电磁力用便产生电磁力 F 施加于导体上。电磁施加于导体上。电磁力力 F 的方向可由的方向可由左手定则左手定则确定。确定。 由电磁力产生电磁转距，从而使电动机转子转动起来

13、。由电磁力产生电磁转距，从而使电动机转子转动起来。转子转动的方向与磁场旋转的方向相同。转子转动的方向与磁场旋转的方向相同。 而磁场旋转的方向与通入绕组的三相电流的相序有关。而磁场旋转的方向与通入绕组的三相电流的相序有关。如果将联接三相电源的三相绕组的任意两相对调，就可以如果将联接三相电源的三相绕组的任意两相对调，就可以改变转子的旋转方向。改变转子的旋转方向。三相交流电流最大值到达的顺序三相交流电流最大值到达的顺序（相序）决定电动机转向。（相序）决定电动机转向。ABC 电流电流ABC 定子绕组（顺时旋转）定子绕组（顺时旋转）ABC 电流电流ACB 定子绕组（逆时旋转）定子绕组（逆时旋转）B 、C

14、两相对调两相对调 （3） 旋转磁场的极对数与旋转速度旋转磁场的极对数与旋转速度旋转磁场的极对数（旋转磁场的极对数（ p ）：）： 每相绕组只有一个线圈时，绕组的每相绕组只有一个线圈时，绕组的始端之间相差始端之间相差1200空间角，则产生的旋空间角，则产生的旋转磁场具有一对极（转磁场具有一对极（p=1）。）。 每相绕组有两个线圈绕组，其始端每相绕组有两个线圈绕组，其始端之间相差之间相差600空间角时，则产生的旋转磁空间角时，则产生的旋转磁场具有二对极（场具有二对极（p=2）。（）。（300空间角时，空间角时，p=3。）。）旋转磁场的转速旋转磁场的转速n0称为同步转速，其大小为称为同步转速，其大小

15、为)min(6010rpfn1f电流频率电流频率p磁场的极对数磁场的极对数 由工作原理可知，转子的转速由工作原理可知，转子的转速 n 必然小于旋转磁必然小于旋转磁场的转速场的转速n0（即所谓异步）。二者相差的程度用转差（即所谓异步）。二者相差的程度用转差率率 s 来表示。来表示。00nnns一般异步电动机在额定负载时的转差率约为一般异步电动机在额定负载时的转差率约为19%。 分别为定子相分别为定子相电压、绕组电阻、漏磁感抗。电压、绕组电阻、漏磁感抗。1.1.2 三相异步电动机特性分析三相异步电动机特性分析 三相异步电动机的定子、转子绕之间电磁关系同变三相异步电动机的定子、转子绕之间电磁关系同变

16、压器类似，其每相电路图如压器类似，其每相电路图如图所示。图所示。111XRu、22XR 、转子的绕组电阻、漏磁感抗。转子的绕组电阻、漏磁感抗。由此推导出异步电动机电磁转矩由此推导出异步电动机电磁转矩)(2202212211sXRfsRpUKmT)(2202212211sXRfsRpUKmT式中：式中：212NNK（N1、N2为定子和转子绕组的匝数）为定子和转子绕组的匝数）m1 为转子的质量；为转子的质量；s 为转差率；为转差率；f1 为电源频率；为电源频率；20X 为转子转速为转子转速 n=0 时，即时，即 s=1 时，转子绕组时，转子绕组漏磁感抗。漏磁感抗。)(2202212211sXRfs

17、RpUKmT 当电动机结构参数固定，电源电压不变时，根据电当电动机结构参数固定，电源电压不变时，根据电磁转矩磁转矩 得到转矩和转差率的关系曲线得到转矩和转差率的关系曲线 T= f ( s ) ，称为电，称为电动机的机械特性。动机的机械特性。T= f (s)曲线 与转矩最大值对应的转差率与转矩最大值对应的转差率 sc 称为临界转差率。称为临界转差率。0dsdT令令则则202XRsc得得到到201211max4XfpUKmT1. 固有机械特性固有机械特性 异步电动机在额定的电压和异步电动机在额定的电压和频率下，按规定的接线方式接线，频率下，按规定的接线方式接线，定、转子电路外界电阻和电抗为定、转子

18、电路外界电阻和电抗为零时的转速零时的转速 n 与电磁转矩与电磁转矩T之间之间的关系。的关系。三相异步电动机固有机械特性三相异步电动机固有机械特性1）起动点）起动点A （ n = 0（s =1） 起动转矩起动转矩T=T st 反映异步电动机直接起动时的反映异步电动机直接起动时的带负载能力。起动电流带负载能力。起动电流 I st =（47）IN2）额定工作点）额定工作点B（平稳运转时的工作点）（平稳运转时的工作点） nB = nN，TB = TN ，IB = IN 。3）同步转速点）同步转速点H0;0;0;20TIsnn负载、转子电流为零，是理想的空载点。负载、转子电流为零，是理想的空载点。4）最

19、大转矩点）最大转矩点 P 该点处的转矩为最大，叫临界点，该处的转该点处的转矩为最大，叫临界点，该处的转差率叫临界转差率。差率叫临界转差率。三相异步电动机固有机械特性三相异步电动机固有机械特性2. 人为机械特性人为机械特性 人为改变某些参数，即可得到不同的机械特性。改人为改变某些参数，即可得到不同的机械特性。改变参数后得到的机械特性称为人为机械特性。变参数后得到的机械特性称为人为机械特性。)(2202212211sXRfsRpUKmT（1）降低电源电压时，人为机械特性）降低电源电压时，人为机械特性201211max4XfpUKmT)(2202212211XRfRpUKmTst因为因为stTTU;

20、max21所以所以对应于不同电源电压的人为特性对应于不同电源电压的人为特性1U18.0U15.0U通过同步转速点的一组曲线簇通过同步转速点的一组曲线簇 若电压降低过多，使最大转矩小于负载转矩，则造若电压降低过多，使最大转矩小于负载转矩，则造成电动机停止运转。成电动机停止运转。 另外，因负载转矩没有变，电磁转矩也不变，降低另外，因负载转矩没有变，电磁转矩也不变，降低电压将电动机转速降低，转差率增大使得电流因转子电电压将电动机转速降低，转差率增大使得电流因转子电动势的增大而增大，从而引起定子电流的增大。动势的增大而增大，从而引起定子电流的增大。（2）转子电路串接对称电阻时，人为机械特性）转子电路串

21、接对称电阻时，人为机械特性 随外串接电阻增大临界转差率随外串接电阻增大临界转差率增大，但最大转矩和同步转速不增大，但最大转矩和同步转速不变。变。 随外串接电阻增大起动转矩随外串接电阻增大起动转矩增大。增大。对应于不同转子电阻的人为特性对应于不同转子电阻的人为特性 因此，可选择适当电阻接入转子电路，使最大转矩因此，可选择适当电阻接入转子电路，使最大转矩发生在起动瞬间。以改善电动机的起动性能。发生在起动瞬间。以改善电动机的起动性能。 但，如果再增大电阻，起动转矩反而减小。这是因但，如果再增大电阻，起动转矩反而减小。这是因为接入过大电阻将使转子电流下降过大所致。为接入过大电阻将使转子电流下降过大所致

22、。（3）改变定子电源频率）改变定子电源频率对应于不同定子电源频对应于不同定子电源频率的人为特性率的人为特性 改变定子电源频率改变定子电源频率 f1 时，同步时，同步转速转速 将随频率的变化将随频率的变化而变化。即而变化。即pfn1060;01 nf01nf还有还有cstsTTf;max1cstsTTf;max1（4）改变极对数）改变极对数 一般异步电动机的极对数是固定不变的。但多速异一般异步电动机的极对数是固定不变的。但多速异步电动机的极对数是可变的，是用绕组的接法来改变。步电动机的极对数是可变的，是用绕组的接法来改变。如图所示。如图所示。两个绕组串联两个绕组串联 p = 2两个绕组并联两个绕

23、组并联 p = 1 将保持电源频率将保持电源频率 f1 不变的情况下改变极对数不变的情况下改变极对数 p，同，同步转速步转速 将随将随 p 的增大而减小的增大而减小pfn1060 三角形接法，运行时三角形接法，运行时1、2、3接电源，接电源，4、5、6空着不空着不接，电动机低速运转。接，电动机低速运转。 星型接法，运行时星型接法，运行时1、2、3联接在一起，联接在一起，4、5、6接电接电源，电动机高速运转。源，电动机高速运转。 为了保证电动机旋转方向不变，从一种接法变为另为了保证电动机旋转方向不变，从一种接法变为另一种接法时，应改变电源的相序。一种接法时，应改变电源的相序。 当电动机由三角形接

24、法变为星型接法时，极对数减当电动机由三角形接法变为星型接法时，极对数减少一半。少一半。 相电压为相电压为UUYY31可以得到可以得到ccYYssmaxmax61TTYYststYYTT611. 1. 3 异步电动机的起动和制动异步电动机的起动和制动1. 异步电动机的起动异步电动机的起动笼型异步电动机：笼型异步电动机：绕线型异步电动机：绕线型异步电动机：直接起动直接起动降压起动降压起动转子串电阻起动转子串电阻起动电动机从静止状态一直加速到稳定转速的过程。电动机从静止状态一直加速到稳定转速的过程。（1）直接起动）直接起动直接加额定电压起动，也叫全压起动。直接加额定电压起动，也叫全压起动。 因为启动

25、电流大，所以只适用于因为启动电流大，所以只适用于“小容量小容量”电动机。电动机。所谓所谓“小容量小容量”电动机指电动机指)KW(4)KVA(43电动机功率电源总容量NstII%20变压器容量的电动机功率 电源允许的启动电流。stI电动机定子额定电流。NI（2）降压起动）降压起动降压起动：降压起动： 在定子电路中串联电阻或阻抗，用以降在定子电路中串联电阻或阻抗，用以降低每相绕组上的电压的方法来限制起动电流低每相绕组上的电压的方法来限制起动电流的起动方法。的起动方法。 设设为全压起动电流与降压起动电流值为全压起动电流与降压起动电流值比，即比，即ststII221211UUTTststststTT2

26、1或或则则缺点：缺点： 机械特性变软消耗能量大，只适合轻载不适合经机械特性变软消耗能量大，只适合轻载不适合经常起动的电动机。常起动的电动机。（3）绕线性电动机转子串电阻起动）绕线性电动机转子串电阻起动 绕线性电动机转子串电阻起动，即可绕线性电动机转子串电阻起动，即可增大起动转矩，又可限制起动电流。增大起动转矩，又可限制起动电流。 可实现大容量电动机的重载起动。可实现大容量电动机的重载起动。 开始起动时，开始起动时，n = 0 ，全部电阻接入，全部电阻接入，即起动电阻为即起动电阻为 R10 。 随转速上升，转速沿曲线随转速上升，转速沿曲线1变化，转矩变化，转矩 T 逐渐减少，逐渐减少，当减到当减

27、到 T2 时，接触器触点时，接触器触点S1闭合，闭合，RS1被切除，电动机的被切除，电动机的运行点由曲线运行点由曲线 1 跳到曲线跳到曲线 2 。 最后起动电阻全部切除，电动机转子绕组直接短路，最后起动电阻全部切除，电动机转子绕组直接短路，电动机运行点沿固有特性曲线电动机运行点沿固有特性曲线4变化。变化。 直到电磁转矩直到电磁转矩T与负载转矩与负载转矩 TL 相平衡，电动机稳定相平衡，电动机稳定运行。运行。 由于异步电动机的转矩和电压的平方成正比，考由于异步电动机的转矩和电压的平方成正比，考虑电压的允许降落，一般选最大起动转矩虑电压的允许降落，一般选最大起动转矩T1为为max185. 0TT

28、考虑起动时的带负载能力和快速性，选切换转矩考虑起动时的带负载能力和快速性，选切换转矩T2为为LTT)2 .11 .1 (2 起动级数越多，起动越平稳，而且平均转矩越大。起动级数越多，起动越平稳，而且平均转矩越大。一般选择一般选择3或或4级。级。2. 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动异步电动机的制动方法有能耗、反接、回馈制动。异步电动机的制动方法有能耗、反接、回馈制动。（1）能耗制动）能耗制动 除去交流电之后在定子绕组除去交流电之后在定子绕组中通入直流电，形成恒定磁场。中通入直流电，形成恒定磁场。 由于转子导体切割磁场，产由于转子导体切割磁场，产生与转向相反的制动力矩使转速生与转向相反的

29、制动力矩使转速急剧下降。急剧下降。 对笼型异步电动机为了增大高速时的制动转距，对笼型异步电动机为了增大高速时的制动转距，就需增大直流励磁；而对绕线性异步电动机，则采用转就需增大直流励磁；而对绕线性异步电动机，则采用转子串接电阻的方法。子串接电阻的方法。（2）反接制动）反接制动1）转子反转的反接制动）转子反转的反接制动 保持转子的旋转磁场不变，使保持转子的旋转磁场不变，使转子反转。异步电动机带有位能负转子反转。异步电动机带有位能负载，如果加大转子回路电阻，使其载，如果加大转子回路电阻，使其机械特性斜率加大。机械特性斜率加大。 随着转子电阻的加大，特性斜率加大。由特性曲随着转子电阻的加大，特性斜率

30、加大。由特性曲线线1变到曲线变到曲线2以至变到曲线以至变到曲线3。 电动机的起动转矩电动机的起动转矩Tst小于负载转矩小于负载转矩TL。 负载转矩拖着电动机反转，使电动机转矩与转速负载转矩拖着电动机反转，使电动机转矩与转速方向相反，起到制动的作用。方向相反，起到制动的作用。2）定子两相反接制动）定子两相反接制动 异步电动机在电动状态运行异步电动机在电动状态运行时，若将其定子两相绕组出线端时，若将其定子两相绕组出线端对调，则定子旋转磁场的方向改对调，则定子旋转磁场的方向改变，电动机转矩和旋转方向相反，变，电动机转矩和旋转方向相反，起到制动作用。起到制动作用。 图中特性曲线图中特性曲线1为笼型异步

31、电动机的机械特性，曲为笼型异步电动机的机械特性，曲线线2为绕线型异步电动机的机械特性。为绕线型异步电动机的机械特性。 应注意此接法当转速降到应注意此接法当转速降到0时必须及时切断电源，时必须及时切断电源，否则电动机将反转。否则电动机将反转。 异步电动机转速超过旋转磁场同步转速时，转子绕异步电动机转速超过旋转磁场同步转速时，转子绕组导体的运动速度大于旋转磁场速度，转子中感应电动组导体的运动速度大于旋转磁场速度，转子中感应电动势方向改变，从而转子电流方向也改变。势方向改变，从而转子电流方向也改变。 电动机转矩电动机转矩T的方向也随之改变，变得转速方向相的方向也随之改变，变得转速方向相反而起制动作用

32、。反而起制动作用。 这时异步电动机把轴上的机械能或系统储存的动能这时异步电动机把轴上的机械能或系统储存的动能变成电能反馈到电网上。变成电能反馈到电网上。3）发电反馈制动）发电反馈制动1.2 常用低压电器常用低压电器电器：电器： 用于接通和断开电路以及对电路或用电设备进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、监测和保护的电器元件。行控制、调节、切换、监测和保护的电器元件。低压电器：低压电器： 工作在交流工作在交流1200V或直流或直流1500V以下的电器。以下的电器。机电传动断续控制系统中常用低压电器的类型有：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：）执行电

33、器： 接受控制电路发出的开关信号，接通或断开接受控制电路发出的开关信号，接通或断开电动机主回路以及直接产生机械所需机械动作的电动机主回路以及直接产生机械所需机械动作的电器。如接触器、电磁离合器等。电器。如接触器、电磁离合器等。2）检测电器）检测电器 将电的或非电的模拟量转换为开关量的电器。将电的或非电的模拟量转换为开关量的电器。3）控制电器）控制电器 实现开关量逻辑运算及延时、计数的电器。实现开关量逻辑运算及延时、计数的电器。4）保护电器）保护电器 在线路发生故障，或者设备的工作状况超过在线路发生故障，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。规定的范围时，能及时分断电路的电器

34、。 是将电磁能转换机械能的电器元件。广泛应用于是将电磁能转换机械能的电器元件。广泛应用于机械制动、机械制动、 牵引及流体传动中的换向阀。也是电磁牵引及流体传动中的换向阀。也是电磁离合器、接触器和继电器的主要组成部分。其组成如离合器、接触器和继电器的主要组成部分。其组成如图所示。图所示。1.2.1 执行电器执行电器 执行电器以电磁式为主，主要有接触器、电执行电器以电磁式为主，主要有接触器、电磁铁、电磁离合器。磁铁、电磁离合器。1. 电磁铁电磁铁交流电磁铁交流电磁铁直流电磁铁直流电磁铁衔铁衔铁铁心铁心线圈线圈辅助动辅助动断触点断触点辅助动合触点辅助动合触点主触点主触点2. 接触器接触器 接触器是用

35、于接通和断开交直流主电路及大量接触器是用于接通和断开交直流主电路及大量控制电路的自动切换电器。控制电路的自动切换电器。基本结构有：电磁跌、触点、灭弧装置基本结构有：电磁跌、触点、灭弧装置触点：主触点；辅助动断触点；辅助动合触点触点：主触点；辅助动断触点；辅助动合触点灭弧装置：小容量；双断点桥式触点灭弧装置：小容量；双断点桥式触点 大容量；灭弧栅大容量；灭弧栅文字符号文字符号线圈线圈KM主触点主触点KM辅助动断辅助动断(合合)触点触点KM1.2.2 检测电器检测电器 检测电器的作用是将模拟量转换为开关量。模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、行拟量可

36、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。程、速度、压力等非电量。1. 按钮开关按钮开关1按钮帽按钮帽 2复位弹簧复位弹簧 3动断触点动断触点4动触点动触点 5动合触点动合触点按钮开关的图形和文字按钮开关的图形和文字动合按钮动合按钮SB动断按钮动断按钮SB复合按钮复合按钮SB2. 行程开关行程开关 行程开关又称限位开关行程开关又称限位开关,是利用机械运动部件的是利用机械运动部件的碰撞将运动信号变换为电路的通断信号的主令电器。碰撞将运动信号变换为电路的通断信号的主令电器。1压干；压干；2瞬动弹簧；瞬动弹簧；3动合触点动合触点4动断触点；动断触点；复位弹簧复位弹簧动合触点动合触

37、点ST动断触点动断触点ST行程开关的图形和文字行程开关的图形和文字行程开关有直动式、滚轮式、微动式三种。行程开关有直动式、滚轮式、微动式三种。3. 电流及电压继电器电流及电压继电器电流继电器：反映电路中的电流变化。电流继电器：反映电路中的电流变化。过电流继电器：线圈电流高于整定电流值而动作。过电流继电器：线圈电流高于整定电流值而动作。欠电流继电器：线圈电流低于整定电流值而动作。欠电流继电器：线圈电流低于整定电流值而动作。电压继电器：反映电路中的电压变化。电压继电器：反映电路中的电压变化。过电压继电器：线圈电压高于整定电压值而动作。过电压继电器：线圈电压高于整定电压值而动作。欠电压继电器：线圈电

38、压低于整定电压值而动作。欠电压继电器：线圈电压低于整定电压值而动作。电磁式继电器示意图电磁式继电器示意图吸引线圈吸引线圈K动合触点动合触点K动断触点动断触点K电磁式继电器图形和文字电磁式继电器图形和文字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。主要用于笼型异步电动机的反接制动。转子磁极转子磁极定子绕组定子绕组摆杆摆杆触点触点KS转子符号转子符号 触点符号触点符号1.2.3 控制电器控制电器 传统断续控制系统中，对开关量的逻辑运算、延时、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电器来完成。计数等功能主要依靠各类控制电器来完成。1. 中间继电器中间

39、继电器也是一种电压继电器，只是无需调整动作参数。也是一种电压继电器，只是无需调整动作参数。主要用途：进行电路的逻辑控制或实现触点的转换主要用途：进行电路的逻辑控制或实现触点的转换与扩展，因此触点对数比较多。与扩展，因此触点对数比较多。2. 时间继电器时间继电器能过实现触点延时通断的自动控制电器。能过实现触点延时通断的自动控制电器。有电磁、空气阻尼、电动式和晶体管式等。有电磁、空气阻尼、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通电延时型时间继电器通电延时型时间继电器利用空气阻尼原理获得延时的。利用空气阻尼原理获得延时的。优点：优点： 延时范围大、结构简延时范围大、结构简

40、单、寿命长、价格便宜。单、寿命长、价格便宜。缺点：缺点： 延时误差大。延时误差大。2） 晶体管式时间继电器晶体管式时间继电器特点：特点： 延时范围大、精度高、体积小、调节方便、延时范围大、精度高、体积小、调节方便、寿命长。已逐步取代机电式继电器。寿命长。已逐步取代机电式继电器。改变改变 RC 电路参数，就可以改变延时时间。电路参数，就可以改变延时时间。 当变压器原边当变压器原边通电时，正负半波通电时，正负半波分别由两个副边通分别由两个副边通过继电器过继电器 K的动断的动断触点，电阻触点，电阻R、R1、R2 向电容向电容 C 充电。充电。 刚开始时，刚开始时，VT1导通，导通，VT2截止，继电器

41、截止，继电器K的线圈没有电流，的线圈没有电流，触点不工作。触点不工作。 经过一段时间，经过一段时间，A点电位升高，当高于点电位升高，当高于B点的电位时，点的电位时，VD3导通，从而使导通，从而使VT1截止，截止，VT2导通。并通过导通。并通过R5 产生正反馈，使产生正反馈，使VT1加速截止，加速截止，VT2迅速导通，于是迅速导通，于是VT2集电极电流通过继电器集电极电流通过继电器K的线圈，使输出触点动作。的线圈，使输出触点动作。 同时其动断触点断开充电回路，动合触点接通放电回路，为同时其动断触点断开充电回路，动合触点接通放电回路，为下次充电作准备。电源断开后，继电器即刻释放。下次充电作准备。电

42、源断开后，继电器即刻释放。时间继电器的图形及文字符号时间继电器的图形及文字符号KTKTKTKT得电延时型得电延时型失电延时型失电延时型1.2.4 保护电器保护电器保护电器的作用：保护电器的作用： 在线路发生故障或者设备的工作状态超过一定的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，保护生允许范围时，及时断开电路，保证人身安全，保护生产设备。产设备。1. 热继电器热继电器 根据电流通过发热元件所产生的热量，使双金属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。片受热弯曲而推动机构动作的一种电器。2. 熔断器熔断器 串接在线路中

43、，当电路严重过载或发生短路故障时，串接在线路中，当电路严重过载或发生短路故障时，熔体溶化，分断电路，起到保护其它电器的作用。熔体溶化，分断电路，起到保护其它电器的作用。熔断器的结构熔断器的结构插入式插入式密封式密封式螺旋式螺旋式熔断器的主要特性（安秒特性）熔断器的主要特性（安秒特性）I/IN10立即熔断立即熔断FU熔断器图形熔断器图形文字符号文字符号3. 低压断路器低压断路器 也称自动开关，是一种用于自动切断电路故障也称自动开关，是一种用于自动切断电路故障的电器，常用于低压配电的总电源开关，同时可作的电器，常用于低压配电的总电源开关，同时可作为电动机主电路的短路、过载、欠电压保护开关。为电动机

44、主电路的短路、过载、欠电压保护开关。低压断路器工作原理：低压断路器工作原理：主触点串联在三相电路中。主触点串联在三相电路中。当断路器合闸，锁键当断路器合闸，锁键3钩住钩子钩住钩子4，主触点闭合。，主触点闭合。 当发生短路，主回路电流超过一定值时，电磁脱当发生短路，主回路电流超过一定值时，电磁脱钩器钩器6将衔铁将衔铁8吸合，顶起杠杆吸合，顶起杠杆7，使钩子和锁键脱开，使钩子和锁键脱开，在弹簧在弹簧1的作用下主触点断开电路。的作用下主触点断开电路。 当欠压或失压时，欠电压脱扣器当欠压或失压时，欠电压脱扣器11吸力减少，衔吸力减少，衔铁铁10在弹簧在弹簧9的作用下顶起杠杆的作用下顶起杠杆7，从而切断

45、电路。，从而切断电路。 当发生过载，但达不到电磁脱钩器动作电流时，当发生过载，但达不到电磁脱钩器动作电流时，发热元件发热元件13使双金属片使双金属片12受热弯曲，顶起杠杆受热弯曲，顶起杠杆7，从而，从而切断电路。切断电路。 低压断路器的图形低压断路器的图形和文字符号如图所示。和文字符号如图所示。QF1.3 基本控制电路基本控制电路 机械设备的机电接触器电气控制电路是由各种机械设备的机电接触器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、电动有触点的接触器、继电器、按钮、行程开关、电动机和其它电器组成的。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、制动用来实现对电力拖

46、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，以满足机电传动的要求。足机电传动的要求。1.3.1 电气控制原理图电气控制原理图电气电气设备设备图纸图纸电气控制原理图电气控制原理图电气设备位置图电气设备位置图电气设备接线图电气设备接线图 用各种电器符号连接起来描绘用各种电器符号连接起来描绘全部或部分电器设备工作原理的。全部或部分电器设备工作原理的。 表示各种电器设备在机械设备表示各种电器设备在机械设备中的实际安装位置。中的实际安装位置。 表示各种电器设备之间实际表示各种电器设备之间实际接线情况。接线情况。普通机床电器控制原理图普通

47、机床电器控制原理图电器控制原理图绘制原则电器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。）应将电源电路、主电路、控制电路和信号电路分开。电源电路绘成水平线；电源电路绘成水平线；主电路应垂直电源电路画。主电路应垂直电源电路画。控制电路和信号电路应垂直画控制电路和信号电路应垂直画在上下两水平电源线之间。在上下两水平电源线之间。电源相序电源相序L1、L2、L3由上而下；由上而下；中性线中性线N和保护地线和保护地线PE放在相线下面；放在相线下面；（3）电器的线圈、）电器的线圈、 信号灯等耗信号灯等耗 能元件直接能元件直接 与上下水平与上下水平 电源线联接。电源线联接。 而控制

48、触点而控制触点 应联接在上下水平电源线与耗能元件之间。应联接在上下水平电源线与耗能元件之间。（2）电气控制原理图中，同一电气元件的各个部位按）电气控制原理图中，同一电气元件的各个部位按其在电路图中所起的作用，它的图形符号可以不其在电路图中所起的作用，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。画在一起，但代表同一元件的文字符号必须相同。（4）所有电器触点均按没有通电或没有外力作用的状）所有电器触点均按没有通电或没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。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为便于检

49、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。原理图中每个电路的功能拉伯数字编号，处在原理图下部。原理图中每个电路的功能用文字表明在上部的用途栏中。用文字表明在上部的用途栏中。电路图电路图（6）每个接触器线圈的文字符号下面有两条竖直直线分成左、中、）每个接触器线圈的文字符号下面有两条竖直直线分成左、中、右三栏。右三栏。主触主触点所点所在图在图号区号区辅助辅助动合动合触点触点所在所在图号图号区区辅助辅助动断动断触点触点所在所在图号图号区区动合触点所在图号区动合触点所在图号区动断触点所动断触点所在图号区在图号区为备用触点继电器线圈的动合触点表示如下继电器线圈的动合触点表

50、示如下 每个继电器线圈下每个继电器线圈下面有一条竖直直线分成面有一条竖直直线分成左右栏。左右栏。1.3.2 异步电动机起动控制电路异步电动机起动控制电路1. 全压起动控制电路全压起动控制电路 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起动。下，笼型异步电动机可采用全压起动。开关起动电路（小型）开关起动电路（小型）接触器起动电路（中小型）接触器起动电路（中小型）2. 降压起动电路降压起动电路 大容量笼型异步电动机的起动电流很大，会引起电大容量笼型异步电动机的起动电流很大，会引起电网电压降低，使电动机转矩减少，甚至起动困难，而且

51、网电压降低，使电动机转矩减少，甚至起动困难，而且还会影响同一供电网络中其它设备的正常工作。还会影响同一供电网络中其它设备的正常工作。 所以大容量异步电动机的起动电流限制在一定的所以大容量异步电动机的起动电流限制在一定的范围内，不允许直接起动。范围内，不允许直接起动。直接起动条件：直接起动条件：起动次数起动次数不频繁不频繁电网容量电网容量电动机的容量电动机的容量 常用的降压起动电路方法有定子绕组串电阻、常用的降压起动电路方法有定子绕组串电阻、Y降压、串自藕变压器等。降压、串自藕变压器等。电压降不超过额定电压降不超过额定电压的电压的10%15%电动机的最大容量不得超过电动机的最大容量不得超过变压器

52、容量的变压器容量的28%30%1） 定子绕组串电阻降压起动定子绕组串电阻降压起动 按起动按钮按起动按钮SB2，接触器接触器KM1线圈得电线圈得电吸合。吸合。 KM1主触点主触点闭合，电动机闭合，电动机M串电串电阻阻R降压起动。降压起动。 同时时间继电器同时时间继电器KT线圈得电吸合，线圈得电吸合，KT触点延时闭合。触点延时闭合。 接触器接触器KM2线圈得电吸合，线圈得电吸合，KM2主触点闭合，启动电主触点闭合，启动电阻被短接，电动机全压运行，同时阻被短接，电动机全压运行，同时KM2的动断触点断开，时的动断触点断开，时间继电器间继电器KT线圈断电释放。线圈断电释放。起动电阻起动电阻R通过经验公式

53、计算通过经验公式计算ststststIIIIR190ststststIIIIR190中中stI为未串电阻前启动电流；为未串电阻前启动电流；)()74(AIINststI为串电阻前启动电流；为串电阻前启动电流；)() 32(AIINstNI为电动机的额定电流。为电动机的额定电流。起动电阻的功率为起动电阻的功率为)()3141(2WRIPst 若起动电阻仅在电动机的两相定子绕组中串联，若起动电阻仅在电动机的两相定子绕组中串联，选用的起动电阻应为上述计算值的选用的起动电阻应为上述计算值的1.5倍。倍。2） Y降压起动控制线路降压起动控制线路使用条件：使用条件： 正常工作时，定子绕组作三角形联接的电动

54、机。正常工作时，定子绕组作三角形联接的电动机。缺点：启动转矩只有全压起动的缺点：启动转矩只有全压起动的1/3，故只适用于，故只适用于空载或轻载启动。空载或轻载启动。QSSB2 KM1、KM2线线圈圈 KM1、KM2触点闭合触点闭合电动机电动机Y联接降压起动。联接降压起动。同时，同时，KT线圈得电线圈得电KT动动断触点延时断开断触点延时断开 KM2失电，失电，KT动合触点闭合动合触点闭合KM3得电得电电动机绕组由电动机绕组由Y联接自动转换成联接自动转换成联接。联接。KT的触点延时时间由电动机的容量及起动时间的快慢等决定。的触点延时时间由电动机的容量及起动时间的快慢等决定。1.3.3 三相异步电动

55、机正反向运行控制电路三相异步电动机正反向运行控制电路 三相异步电动机的三相电源进线中任意两相对调接线，三相异步电动机的三相电源进线中任意两相对调接线，就可以实现反转。就可以实现反转。1. 接触器互锁正反转控制电路接触器互锁正反转控制电路正：正：KM1电源相序为电源相序为L1、L2、L3；反：反：KM2电源相序为电源相序为L3、L2、L1要求：要求：KM1 、KM2不能同时通电。否则，不能同时通电。否则，L1和和L3短路。短路。 为此，为此，KM1 、KM2线圈各自支路中线圈各自支路中相互串联一个动断辅助触点，以保证相互串联一个动断辅助触点，以保证KM1 、KM2线圈不会同时通电。这两个触点叫互

56、线圈不会同时通电。这两个触点叫互锁触点，它们的作用称互锁作用。锁触点，它们的作用称互锁作用。正转：正转：SB1KM1得电得电KM1主触点闭合主触点闭合M3正转；同时正转；同时MK1动合闭合，动断断开。动合闭合，动断断开。反转：反转：SB3KM2得电得电KM2主触点闭合主触点闭合M3反转；同时反转；同时MK2动合闭合，动断动合闭合，动断断开。断开。停止停止 SB2（换向必须先按（换向必须先按SB2， 因此操作不便）因此操作不便） 图图b，可不用按，可不用按SB2而直接换向，当而直接换向，当正转接触器的主触点发生熔焊故障时，正转接触器的主触点发生熔焊故障时，不会发生相间短路故障。不会发生相间短路故

57、障。ab2. 自动往复循环控制电路自动往复循环控制电路 利用机械运动的行程来控制其自动往返的方法叫利用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。自动往复循环控制，它是通过位置开关来实现。QSSB2 KM1得电得电KM1主主触点闭合触点闭合M3正转正转工作台向工作台向左运动左运动挡铁挡铁1碰碰ST1 ST1动断动断触点断开触点断开KM1失电失电M3停。停。同时，同时，ST1动合触点闭合动合触点闭合KM2得电得电M3反转反转工作台往右移动。工作台往右移动。ST3、ST4为往复运动的极为往复运动的极限位置，以防限位置，以防ST1、ST2 失失灵，工作台继续运动不

58、停灵，工作台继续运动不停而造成事故。而造成事故。1.3.4 三相异步电动机制动控制电路三相异步电动机制动控制电路1. 反接制动控制电路反接制动控制电路QSSB2 KM1得电得电KM1主触点闭合主触点闭合电电动机运转动机运转达到一定速达到一定速度度KS动合触电闭合动合触电闭合为反接制动作准备。为反接制动作准备。停止：停止：SB1 KM1失电失电KM2得电得电KM2主触点闭合主触点闭合R进行反接制进行反接制动（反向转矩制动）动（反向转矩制动） 转速迅速下降转速迅速下降当当n100r/min时，时，KS动动合触点断开合触点断开MK2失电失电电动机断电电动机断电停止。停止。 反接制动时，定子和转子旋转

59、磁场的相对转速接近于两倍反接制动时，定子和转子旋转磁场的相对转速接近于两倍的同步转速，所以定子绕组中流过的反接制动电流相当于全压的同步转速，所以定子绕组中流过的反接制动电流相当于全压直接起动是电流直接起动是电流Ist的两倍。的两倍。 为此，为此，10kW以上电动机采用反接制动时，应串接以上电动机采用反接制动时，应串接一定的电阻，以限制反接制动电流。一定的电阻，以限制反接制动电流。当电源电压为当电源电压为380V时，若要反接制动电流时，若要反接制动电流stII21三相电路每相应串接的反接制动电阻为三相电路每相应串接的反接制动电阻为)(2205 . 1stIVR若使反接制动电流若使反接制动电流 时

60、，每相串接电阻值可取时，每相串接电阻值可取为为stII )(22013. 0stIVR若只在两相串接电阻，该电阻值为上述电阻值的若只在两相串接电阻，该电阻值为上述电阻值的1.5倍。倍。反接制动电阻的功率为反接制动电阻的功率为RIPst2)4131(2. 能耗制动控制电路能耗制动控制电路能耗制动方法：能耗制动方法： 在电动机脱离三项交流电源后，在定子绕组中加入在电动机脱离三项交流电源后，在定子绕组中加入一个直流电源，以产生恒定磁场，惯性运转的转子绕组一个直流电源，以产生恒定磁场，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。切割磁场而产生制动转矩使电动机迅速制动停转。起动：起动：