电机与电气控制1

1、考试 题型： 判断题（10*1） 填空题（10*1） 问答题（5*6） 设计题（5*10)电机 直流电机（并励直流发电机） 三相异步电机（电动机） 1-1 低压电器的基本知识低压电器的基本知识 根据外界的信号和要求，自动或手动接通或断开电路，断续或连续地改变电路参数，以实现对电路或非电路对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节用的电气装置。1)1)按工作电压等级按工作电压等级 高压电器：交流1200V以上、直流1500V及以上电路中的电器。 低压电器：用于交流1200V、直流1500V以下电路起通断、保护、控制或调节作用的电器。 例如：低压断路器、熔断器、刀开关和转换开关等。2 2）按操作方式

2、）按操作方式手动电器：通过人的操作发出动作指令的电器。如刀开关、按钮、转换开关。自动电器：产生电磁吸力而自动完成动作指令的电器。如低压断路器、接触器、继电器等。3)3)按执行功能按执行功能 执行电器：完成某种机械动作或传送功能的电器。如电磁铁、电磁离合器。 控制电器：用于各种控制电路和控制系统的电器。如继电器、接触器、主令开关。 辅助电器：用于保护电路及用电设备的电器。如熔断器。4 4）按工作原理）按工作原理电磁式电器：根据电磁感应原理而动作。非电量控制电器：依靠外力或非电量信号的变化而动作。 接触器：交流、直流； 继电器：电压和电流继电器、时间继电器、中间继电器、热继电器、速度继电器等； 熔

3、断器、主令开关等。 以继电器、接触器为基础的电气控制技术具有相当重要的地位。 可编程序控制器（PLC）是计算机技术与继电器、接触器控制技术相结合的产物，其输入、输出与低压电器密切相关，掌握继电接触器控制技术也是学习和掌握PLC应用技术必需的基础。 按工作原理按工作原理: :电磁式电器：电磁机构控制电器动作非电量控制电器：非电磁式控制电器动作 电磁式电器由感测感测和执行执行两部分组成。 感测部分（电磁机构）：感测部分（电磁机构）：接受外界输入的信号，使执行部分动作，实现控制的目的。 执行部分（触头系统）：执行部分（触头系统）：根据检测部分输出，执行相应的动作，接通或分断线路，实现控制的目的。 1

4、-主触点主触点 2-常闭辅助触点常闭辅助触点 3-常开辅助触点常开辅助触点 4-动铁心动铁心 5-线圈线圈 6-静铁心静铁心 7-灭弧罩灭弧罩 8-弹簧弹簧 电磁式电器结构示意图电磁式电器结构示意图 电磁机构电磁机构：将电磁能转换将电磁能转换成机械能，产生电磁吸力成机械能，产生电磁吸力带动触点动作带动触点动作. .触点：触点：接触器的执行元件，接触器的执行元件，用来接通或断开被控制电用来接通或断开被控制电路。路。灭弧装置：灭弧装置：熄灭触点分断熄灭触点分断电流瞬间触点之间气隙中电流瞬间触点之间气隙中产生的电弧。产生的电弧。其它：其它：包括包括释放弹簧机构、释放弹簧机构、支架与底座等。支架与底座

5、等。动铁心（衔铁）动铁心（衔铁）静铁心静铁心电磁线圈电磁线圈按按所控制电路所控制电路 主触点主触点 辅助触点辅助触点按原始状态按原始状态 常开触点常开触点 常闭触点常闭触点灭弧罩灭弧罩灭弧栅灭弧栅磁吹灭弧装置磁吹灭弧装置1 1电磁机构：电磁机构：通过电磁感应原理将电能转化成机械能并带动触头动作。 原理：原理： 当电磁线圈通电后，线圈电流产生磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触点动作，使常闭触点断开，常开触点闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触点复原，即常开触点断开，常闭触点闭合。 1-主触点主触点 2-常闭辅助触点常闭辅助触点 3-常开辅助触点

6、常开辅助触点 4-动铁心动铁心 5-线圈线圈 6-静铁心静铁心 7-灭弧罩灭弧罩 8-弹簧弹簧 1 1）组成：）组成：铁心(亦称静铁心)衔铁(亦称动铁心）线圈交流交流：硅钢片叠加：硅钢片叠加直流直流：整块铸铁或铸钢：整块铸铁或铸钢直动式直动式转动式转动式交流线圈交流线圈：短而粗，有骨架。：短而粗，有骨架。直流线圈直流线圈：细而长，无骨架。：细而长，无骨架。2 2）电磁特性）电磁特性 吸力特性吸力特性：电磁系统的电磁吸力与气隙的关系曲线。说明：说明：吸力特性与线圈励磁电流种类、线圈连接方式有关。当空气气隙较小，磁场分布均匀时，两铁芯截面间的电磁吸力的近似计算公式为：式中：空气导磁系数当为常数时，

7、与成正比。也可认为F与气隙磁通成正比。SSBF20202121mHo/10472直流电磁机构直流电磁机构的吸力特性的吸力特性 电流为常数电流为常数(与磁路的气隙大小无关，取决于线圈的电阻)，根据磁路定律，气隙磁通与气隙磁阻和匝数的关系式：则有:1mmINRR 22211mFR 2电磁吸力F与气隙成 成反比，所以吸力特性为二次曲线形状： 结论：结论：直流电磁机构的电磁吸力在衔铁闭合前后变化很大； 直流电磁机构中的流过线圈的电流在衔铁闭合前后不变。u交流电磁机构交流电磁机构的吸力特性的吸力特性假设线圈电压不变，则有：1mmINRR 4.444.44UEfNUfN 当频率、匝数和电压都为常数时，磁通

8、为常数：即交流电磁机构的电磁吸力F为常数 。当频率、匝数和电压都为常数时，磁通为常数时：由 ，则流过线圈的电流I随气隙 的变化成正比变化。结论：结论：1) 交流电压线圈在衔铁闭合前后吸力几乎不变化（如考虑漏磁通，随 的减少略有增加）。 2) 交流电压线圈中的电流在衔铁闭合前后随气隙 的减小 而减小。综上：综上：衔铁动作与否取决于线圈两端的电压。 直流电磁机构的衔铁动作不改变线圈电流。 交流电磁机构的衔铁动作改变线圈电流。 说明：说明：衔铁卡住不能吸合，或者频繁动作，交流电压线圈可能烧毁。 对于可靠性要求高，或频繁动作的控制系统采用直流电磁机构，而不采用交流电磁机构。反力特性反力特性：指电磁机构

9、反作用力（阻力）与气隙的关 系曲线。电磁机构的反力：作用弹簧、摩擦阻力作用弹簧、摩擦阻力和衔铁的重量衔铁的重量。电磁机构的反力特性如图： 0F21反力特性与吸力特性的配合反力特性与吸力特性的配合 F吸略大于F反电磁铁正常工作时衔铁在吸合的过程中，吸力必须大于吸力必须大于反力，但也不能太大否则影响电器的机械寿命反力，但也不能太大否则影响电器的机械寿命 短路环短路环: : 磁通是交变：衔铁产生强烈的振动和噪音，易使电器结构松散、寿命降低，同时使触头接触不良，易于熔焊与烧毁。 短路环：磁通分相的作用，使合成后的吸力在任一时刻都大于反力，消除振动和噪声。1)单相交流电磁机构存在的问题单相交流电磁机构存

10、在的问题2）短路环的作用）短路环的作用?思考：三相交流电磁体装短路环吗？三相交流电磁体装短路环吗？3. 3. 电弧的产生和灭弧装置电弧的产生和灭弧装置电弧的产生及危害电弧的产生及危害 1 1）电弧的产生）电弧的产生 触点由闭合到断开时，当电压超过1020V和电流超过80100mA，在拉开的两个触点之间将出现强烈的火花，实质是气体放电的现象，通常称之为“电弧”。根据电流性质的不同，电弧分交流电弧和直流电弧。 2 2）电弧的危害）电弧的危害 烧灼触点，降低电器的寿命和电器工作的可靠性。 使触点的分断时间延长，严重的会产生事故。灭弧装置灭弧装置 灭弧措施灭弧措施：降低电弧温度和电场强度。 常用的灭弧

11、方法有：常用的灭弧方法有：拉长电弧、冷却电弧和电弧分段 常用的灭弧装置：常用的灭弧装置： 1 1）磁吹式灭弧装置（）磁吹式灭弧装置（广泛应用于直流直流接触器中） 磁吹灭弧装置：利用电弧电流本身灭弧，电弧电流愈大，吹弧能力也越强。由于直流电弧比交流电弧难以熄灭，直流接触器常采用磁吹式灭弧装置灭弧。 2 2）灭弧栅）灭弧栅 （常用作交流交流灭弧装置） 3 3）灭弧罩）灭弧罩 （用于交流和直流交流和直流灭弧） 1-2 1-2 接触器接触器接触器接触器: : 频繁地接通或切断电动机或其它负载主电路的一种电磁式控制电器。特点：特点：频繁操作和远距离控制。分类：分类：接触器按主触点通过的电流种类可分为交流

12、交流接触器和接触器和直流直流接触器接触器。1 1、结构、结构: :触头系统：触头系统：主触头、辅助触头 常开触头（动合触头） 常闭触头（动断触头）电磁系统：电磁系统：动、静铁芯，吸引线圈和反作用弹簧灭弧系统：灭弧系统：灭弧罩及灭弧栅片灭弧2 2、工作原理：、工作原理： 线圈通电，衔铁吸合，常闭触头断开，常开触头闭合；线圈断电，衔铁释放，触头恢复常态，常开触头断开，常闭触头闭合。 为防止铁心振动，需加短路环。 交流接触器：线圈通以交流电，主触点接通、切断交流主电路。3 3、交流接触器特点：、交流接触器特点： 交变磁通穿过铁心，产全涡流和磁滞损耗，使铁心发热。 铁心用硅钢片冲压而成以减少铁损。 线

13、圈做成短而粗的圆筒状绕在骨架上以便于散热。 铁心端面上安装铜制的短路环，以防止交变磁通使衔铁产生强烈振动和噪声。 灭弧装置通常采用灭弧罩和灭弧栅。用途：用途：远距离通断直流电路或控制直流电动机的频繁起停。结构：结构：电磁机构、触头系统和灭弧装置。工作原理：工作原理：与交流接触器基本相同。灭弧系统：灭弧系统：磁吹灭弧(没有电流过零点) KM常闭辅助触点线圈KM主触点KM常开辅助触点KM 继电器是一种根据电气量（电压、电流等）或非电气量（温度、压继电器是一种根据电气量（电压、电流等）或非电气量（温度、压力、转速、时间等）的变化接通或断开控制电路的自动切换电器。力、转速、时间等）的变化接通或断开控制

14、电路的自动切换电器。电磁式继电器和接触器异同点：电磁式继电器和接触器异同点：相似点：结构和工作原理相似。结构和工作原理相似。 不同点：（：（1 1）继电器可对多种输入量的变化做出反应，而接触器只）继电器可对多种输入量的变化做出反应，而接触器只有在一定的电压信号下动作；有在一定的电压信号下动作； （2 2）继电器用于切换小电流电路的控制电路和保护电路，）继电器用于切换小电流电路的控制电路和保护电路，而接触器是用来控制大电流电路；而接触器是用来控制大电流电路； （3 3）继电器没有灭弧装置，触点容量小，用于控制电路。）继电器没有灭弧装置，触点容量小，用于控制电路。也无主副触头之分。接触器有灭弧装置

15、，触点容量大，用于主电路。也无主副触头之分。接触器有灭弧装置，触点容量大，用于主电路。1-3 1-3 继电器继电器继电器分类：按输入信号电压电流功率时间温度按工作原理电磁式感应式温 度电动式电子式按用途分控制继电器保护继电器作用：控制、放大、联锁、保护和调节作用：控制、放大、联锁、保护和调节特点：额定电流不大于特点：额定电流不大于5A5A继电特性曲线：继电特性曲线：x2：继电器吸合值继电器吸合值, ,要使继电器吸合要使继电器吸合, ,输入量必须大于等于输入量必须大于等于x2x1：继电器释放值：继电器释放值, ,要使继电器释放要使继电器释放, ,输入量必须小于等于输入量必须小于等于x1吸合值：使

16、衔铁吸合的电流值（或电压值）。吸合值：使衔铁吸合的电流值（或电压值）。释放值：使衔铁释放的电流值（或电压值）。释放值：使衔铁释放的电流值（或电压值）。电压继电器：电压继电器： 根据输入（线圈）电压大小而动作的继电器。特点：特点：线圈并联并联在电路中，匝数多，导线细，阻抗大。匝数多，导线细，阻抗大。分类：分类：过电压过电压继电器和欠电压欠电压继电器。欠电压继电器KVU U KVKVKV电流继电器：根据输入（线圈）电流大小而动作的继电器特点：线圈串接串接于电路中，导线粗、匝数少、阻抗小导线粗、匝数少、阻抗小。 分类：过电流过电流继电器、欠电流欠电流继电器过流电流继电器欠流电流继电器欠电流继电器KI

17、I I KIKIKI电流继电器的符号：电流继电器的符号： 本质上是一种电压继电器，本质上是一种电压继电器，工作原理与接触器相同，触头数工作原理与接触器相同，触头数目比较多。目比较多。 触点系统中没有主、辅触点触点系统中没有主、辅触点之分，触点容量相同。之分，触点容量相同。 热继电器是利用电流的热继电器是利用电流的热效应原理热效应原理来切断电路的保来切断电路的保护电器。护电器。u 作用：用来对连续运行的电动机进行作用：用来对连续运行的电动机进行过载及断相保护过载及断相保护，防止电动机过热而烧毁的保护电器。防止电动机过热而烧毁的保护电器。u 图形和文字符号图形和文字符号热元件热元件FRFR常闭触点

18、常闭触点FRFR u工作原理：工作原理：加热元件串接在电动机定子绕组中，其常闭触常闭触点点与接触器线圈电路接触器线圈电路串联。 电动机正常运行时，热元件产生的热量不会使触点系统动作；当电动机过载，流过热元件的电流加大，经过一定的时间，热元件产生的热量使双金属片的弯曲程度超过一定值，通过导板推动热继电器的触点动作（常开触点闭合，常闭触点断开）。切断接触器线圈电流，使电动机主电路失电。 故障排除后，手动复位热继电器触点可以重新接通控制电路。空气阻尼时间继电器空气阻尼时间继电器 时间继电器是一种根据电磁原理时间继电器是一种根据电磁原理或机械动作原理来实现触点系统延或机械动作原理来实现触点系统延时接通

19、或断开的自动切换电器。时接通或断开的自动切换电器。 作用：按整定时间长短通断电路作用：按整定时间长短通断电路 分类：分类： 按构成原理分：按构成原理分：电磁式 电动式 空气阻尼式 晶体管式 数字式 按延时方式分：按延时方式分：通电延时通电延时型型 断电延时断电延时型型 1 1、直流电磁式时间继电器：、直流电磁式时间继电器： 有一个阻尼铜套（在铁心上），利用电磁阻尼原理产生延时，有一个阻尼铜套（在铁心上），利用电磁阻尼原理产生延时， 只对断电时起作用，且延时时间较短，小于只对断电时起作用，且延时时间较短，小于5S5S。 2 2、空气阻尼式时间继电器：、空气阻尼式时间继电器： 利用空气阻尼原理，由电磁系统，延时机构，触头系统组成。利用空气阻尼原理，由电磁系统，延时机构，触头系统组成。可以做成通电延时型和断电延时型。可以做成通电延时型和断电延时型。触头有：瞬时触头和延时触头。触头有：瞬时触头和延时触头。延时触头：通电延时型：延时触头：通电延时型： 延时闭合的常开触头。延时闭合的常开触头。 延时断开的常闭触头。延时断开的常闭触头。 断开延时型：断开延时型： 延时闭合的常闭触头。延时闭合的常闭触头。 延时断开的常开触头。延时断开的常开触头。图形和文字符号图形和文字符号作用：作用：用作笼型异步电动机的反接制动控制，又称反接制动继电器。根据速度的大小通断电路。u结构：结