工厂电气控制基础

第1章工厂电气控制初步1.1工厂常用电器1.2基本控制电路1.3控制系统实例本章主要内容：l核心是掌握继电器、接触器、按钮开关等常规控制电器的动作执行特点，由此对一般继电接触控制电路进行熟练分析和设计。l

工厂常用电器l

基本控制电路l

控制系统实例返回本章首页1.1工厂常用电器1.1.1工厂电器基本知识1.1.2工厂常用电器1.1.3电气图形返回本章首页1.1.1工厂电器基本知识1.分类（1）按适用的电压范围分类分为低压电器和高压电器。（2）低压电器按所控制的对象分类根据其控制的对象分为低压配电电器和低压控制电器。（3）按所起作用分类依据电器所起的作用可分为控制电器和保护电器。（4）按动作性质分类依据电器的动作性质可分为自动控制电器和非自动控制电器。2.结构及工作原理下面分别以控制按钮和接触器为例介绍手动电器和自动电器的结构和工作原理。（1）按钮按钮是手动控制电器的一种，用来发出信号和接通或断开控制电路。图1.1是按钮的结构示意图和图文符号，图（a）中1、2是动断（常闭）触点，3，4是动合（常开）触点，5是复位弹簧，6是按钮帽。图（b）为图文符号。（a）结构示意（b）图文符号图1.1按钮（2）接触器l

结构及工作原理接触器是利用电磁吸力的原理工作的，主要由电磁机构和触头系统组成。电磁机构通常包括吸引线圈、铁心和衔铁三部分。图1.2为接触器的结构示意图与图文符号，（a）图中，1、2，3、4是静触点，5、6是动触点，7、8是吸引线圈，9、10分别是动、静铁心，11是弹簧。（b）图中，1、2之间是常闭触点，3、4之间是常开触点，7、8之间是线圈。（a）结构示意（b）图文符号图1.2接触器电磁铁特点根据吸引线圈通电电流的性质分类，电磁铁分为直流电磁铁和交流电磁铁。通常采用短路环来解决交流电磁铁的振动问题。短路环的示意图如图1.3所示，其中1为短路环，2为铁心。短路环起到磁通分相的作用，把极面上的交变磁通分成两个交变磁通，并且使这两个磁通之间产生相位差，那么它们所产生的吸力间也有一个相位差，这样，两部分吸力就不会同时达到零值，当然合成后的吸力就不会有零值的时刻，如果使合成后的吸力在任一时刻都大于弹簧拉力，就消除了振动。图1.3短路环灭弧常用的灭弧方方法有：拉长长电弧、冷却却电弧和将电电弧分段。对于电弧较弱弱的接触器，，只采用灭弧弧罩即可。电电弧较强的接接触器，常采采用灭弧栅熄熄弧。图1.4是灭弧栅栅的机构图。。图中1是灭灭弧室，2和和5分别为动动、静触点，，3为金属属栅片，4为为电弧。灭弧弧栅是数片钢钢片制成的栅栅状装置，当当触点断开发发生电弧时，，电弧进入栅栅片内，被分分割为数段，，迅速熄灭。。图1.4灭灭弧栅返回本节1.1.2工工厂常用电电器手动控制电器器任何设备都需需要操纵者给给予一定的指指令，才能完完成规定的控控制。手动控控制电器是自自动控制设备备中不可缺少少的器件，常常用的有刀开开关、按钮、、转换开关、、行程开关等等。图1.5是LW6型万能转换开开关的图形符符号和触点合合断表。图形形符号中有6个回路，，3个挡位连连线下有黑点点“·”的，，表示这条电电路是接通的的。在触点合合断表中用““×”表示被被接通的电路路，空格表示示转换开关在在该位置时此此路是断开的的。图1.5万万能转换开关关触点号ⅠⅡⅢ1×××2

××3××

4

××5××

6

××2.自动控控制电器（1）接触器器（2）中间继继电器（3）时间继继电器（4）热继电电器（5）速度继继电器图1.6为空空气阻尼式通通电延时型时时间继电器的的结构示意图图和图文符号号。它是利用用空气阻尼的的原理来获得得延时的。主主要由电磁系系统、气室及及触点系统组组成。工作原理：在在图1.6（（a）中当线圈11通电时，电电磁力克服弹弹簧14的反反作用拉力而而迅速将衔铁铁向上吸合，，衔铁13带带动杠杆15立即使1、、2常闭触点点分断，3、、4常开触点点闭合。（a）结构示意（b）图文符号图1.6空空气阻尼尼通电延时时型时间继继电器热继电器的的测量元件件通常采用用双金属片片，由两种种具有不同同线膨胀系系数的金属属碾压而成成。主动层层采用膨胀胀系数较高高的铁镍铬铬合金，被被动层采用用膨胀系数数很小的铁铁镍合金。。当双金属属片受热后后将向被动动层方向弯弯曲，当弯弯曲到一定定程度时，，通过动作作机构使触触点动作。。如图1.7所示，，（a）图是热继电电器的结构构中感受部部分的示意意图，（b）图为图文符符号。在图1-7（a）中发热元件件2通电发发热后，主主双金属片片1受热向向左弯曲，，推动导板板3向左推推动执行机机构发生一一定的运动动。电流越越大，执行行机构的运运动幅度也也越大。当当电流大到到一定程度度时，执行行机构发生生跃变，即即触点发生生动作从而而切断主电电路。（a）感受部分结结构示意（b）图文符号图1.7热热继电器器速度继电器器用来感受受转速。它它的感受部部分主要包包括转子和和定子两大大部分，执执行机构是是触头系统统。当被控控电机转动动时，带动动继电器转转子以同样样速度旋转转而产生电电磁转矩，，使定子克克服外界反反作用力转转动一定角角度，转速速越高角度度越大。当当转速高于于设定值时时，速度继继电器的触触点发生动动作，当速速度小于这这一设定值值时，触点点又复原。。速度继电电器常用于于电机的降降压起动和和反接制动动，其图文文符号如图图1.8所所示。图1.8速速度继电电器图文符符号3.保护护电器保护电器包包括热继电电器、熔断断器、电磁磁脱扣器等等。热继电器是是利用电流流的热效应应来切断电电路的保护护电器，它它在控制电电路中，用用作电动机机的过载保保护，既能能保证电动动机不超过过容许的过过载，有可可以最大限限度地保证证电动机的的过载能力力。当然，，首先要保保证电动机机的正常起起动。返回本节1.1.3电气图图形文字符号2.端端子标记记3.电电气图形形1.文字字符号表1.1字字母符号号含义2.端子子标记电气图中各各电器的接接线端子用用规定的字字母数字符符号标记。。按国家标标准GB4026—83《电器接线端端子的识别别和用字母母数字符号号标志接线线端子的通通则》规定定：三相交流电电源的引入入线用L1、L2、L3、、N、PE标记。直流流系统电源源正、负极极、中间线线分别用L+、L－与M标记。三相相动力电器器的引出线线分别按U、V、W顺序标记。。3.电气气图形常用的电气气图有系统统图、框图图、电路图图、位置图图和接线图图等。通常，系统统图用于描描述系统或或成套装置置，如图1.9所示示。框图用用于描述分分系统或设设备。国家家标准GB6988.3——86《电气制图系系统图图和框图》》中，具体体规定了绘绘制系统图图和框图的的方法，并并阐述了它它的用途。。图1.9系系统图位置图用来来表示成套套装置、设设备中各个个项目位置置的一种图图。例如，，图1.10为某工工厂电器位位置图，图图中详细地地绘制出了了电气设备备中每个电电器元件的的相对位置置，图中各各电器元件件的文字代代号必须与与相关电路路图中电器器元件的代代号相同。图1.10位置图图接线图是电电气装备进进行施工配配线、敷线线和校线工工作时所应应依据的图图样之一。。它必须符符合电器装装备的电路路图的要求求，并清晰晰地表示出出各个电器器元件和装装备的相对对安装与敷敷设位置，，以及它们们之间的电电连接关系系。它是检检修和查找找故障时所所需的技术术文件，如如图1.11所示。。在国家标标准GB6988.5——86《电气制图接接线图图和接线表表》中详细细规定了编编制接线图图的规则。。图1.11接线图图返回本节1.2基基本控制电电路1.2.1直接起起动控制电电路1.2.2降压起起动1.2.3数学辅辅助分析法法1.2.4电机的的制动1.2.5电机的的调速1.2.6顺序控控制返回本章首首页1.2.1直接起起动控制电电路单向旋转2.可可逆转动动3.点点动控制制4.自自动往返返运动1.单向向旋转三相笼型电电动机单向向旋转可用用开关或接接触器控制制，图1.12为接接触器控制制电路。接触器控制制电路图中中，Q为开关，FU1、FU2为主电路与与控制电路路的熔断器器，KM为接触器，KR为热继电器器，SB1、SB2分别为起动动按钮与停停止按钮，，M为笼型感应应电动机。。图1.12单向旋旋转其中的保护护环节为：：1）短路保保护。2）过载保保护。3）欠压保保护。2.可逆逆转动在实际生产产中常需要要运动部件件实现正反反两个方向向的运动，，这就要求求拖动电动动机能做正正反两方向向的运转。。从电机原原理可知，，改变电动动机三相电电源相序即即可改变电电动机旋转转方向。电电动机的常常用可逆旋旋转控制电电路如图1.13所所示。图1.13可逆旋旋转3.点动动控制生产过程中中，不仅要要求生产机机械运动部部件连续运运动，还需需要点动控控制。图1.14为为电动机点点动控制电电路。图中中的控制电电路既可实实现点动控控制，又可可实现连续续运转。SB3为连续运转转的停止按按钮，SB1为连续运转转起动按钮钮，SB2为点动起动动按钮。图1.14点动控控制电路4.自动动往返运动动在实际生产产中，常常常要求生产产机械的运运动部件能能实现自动动往返。因因为有行程程限制，所所以常用行行程开关做做控制元件件来控制电电动机的正正反转。图图1.15为电动机机往返运行行的可逆旋旋转控制电电路。图中中KM1、KM2分别为电动动机正、反反转接触器器，SQ1为反向转正正向行程开开关，SQ2为正向转反反向行程开开关，SQ3、SQ4分别为正向向、反向极极限保护用用限位开关关。返回本节图1.15往往返返运运行行1.2.2降降压压起起动动1.自自耦耦变变压压器器起起动动法法图1.16是是采采用用自自动动控控制制自自耦耦变变压压器器降降压压起起动动的的控控制制电电路路。。是是由由交交流流接接触触器器、、热热继继电电器器、、时时间间继继电电器器、、按按钮钮和和自自耦耦变变压压器器等等元元件件组组成成。。图图中中KM1为正正常常运运转转接接触触器器，，KM2为降降压压起起动动接接触触器器，KA为起起动动中中间间继继电电器器，，KT为降降压压起起动动时时间间继继电电器器。。图1.16自自耦耦变变压压器器降降压压起起动动2.Y-D起动动法法凡是是正正常常运运行行时时三三相相定定子子绕绕组组接接成成三三角角形形运运转转的的三三相相笼笼型型感感应应电电动动机机，，都都可可采采用用Y-D降压压起起动动。。起起动动时时，，定定子子绕绕组组先先接成成Y联结结，，接接入入三三相相交交流流电电源源，，起起动动电电流流下下降降到到全全压压起起动动时时的的1/3，，对对于于Y系列电动动机直接接起动时时起动电电流为额额定电流流IN的5.5～7倍倍。当转转速接近近额定转转速时，，将电动动机定子子绕组改改成D联结，电电动机进进入正常常运行。。这种方方法简便便、经济济，可用用在操作作较频繁繁的场合合，但其其起动转转矩只有有全压起起动时的的1/3，Y系列电动动机起动动转矩为为额定转转矩的1.4～～2.2倍。图图1.17为用用于13kW以上电动动机的起起动电路路，由三三个接触触器和一一个时间间继电器器构成。。图1.17Y-D起动返回本节节1.2.3数数学辅助助分析法法用继电接接触控制制线路表表示逻辑辑代数的的基本运运算逻辑函数数与继电电接触控控制线路路图1.用用继电接接触控制制线路表表示逻辑辑代数的的基本运运算（1）““与”运运算（逻逻辑乘））逻辑代数数中运算算符号““×”或或“·””读作““与”。。“与””运算的的真值表表如表1.2所所示。表1.2与运算实现逻辑辑乘的器器件叫做做“与””门，它它的逻辑辑符号如如图1.18（a）所示，图图1.18（b）显示出了了继电控控制线路路中“与与”运算算的实例例，它表表示触点点的串联联。若规规定触点点接通为为“1””，断开开为“0”，线线圈通电电为“1”，断断电为““0”，，则可以以写出KM＝KA1××KA2，只有触点点KA1、、KA2均接通，，接触器器线圈KM能通电。。（a）逻辑符号号（b）控制线路路实例图1.18逻逻辑““与”（2）““或”运运算（逻逻辑加））逻辑代数数中运算算符号““+”读读作“或或”。““或”运运算的真真值表如如表1.3所示示。表1.3或运算实现逻辑辑乘的器器件叫做做“或””门，它它的逻辑辑符号如如图1.19（（a）所示，图图1.19（b）显示出了了继电控控制线路路中“或或”运算算的实例例，它表表示触点点的并联联，可写写成KM＝KA1××KA2，当触点KA1或KA2接通，或或者KA1和KA2多接通通时，，接触触器线线圈都都可通通电。图1.19逻逻辑辑“或或”（a）逻辑符符号（b）控制线线路实实例（3））“非非”运运算（（逻辑辑非））逻辑代代数中中“非非”运运算的的符号号用变变量上上面的的短横横线表表示，，读作作“非非”。。“非非”运运算的的真值值表如如表1.4所示示。它它表示示了事事物相相互矛矛盾的的两个个对立立面之之间的的关系系。这这种规规律的的因果果规律律称为为“非非”逻逻辑关关系。。表1.4非运算算实现逻逻辑““非””的器器件叫叫做““非””门，，它的的逻辑辑符号号如图图1.20（a）所示，，图1.20（（b）示出了了继电电控制制线路路中““非””运算算的实实例，，通常常称KA为原变变量，，为反反变量量，它它们是是一个个变量量的两两种形形式，，如同同一个个继电电器的的一对对常开开、常常闭触触点，，在向向各自自相补补的状状态切切换时时同步步动作作。图图（b）中，触触点KA的取值值与线线圈KM的取值值相同同，而而KM1与继电电器的的常闭闭触点点的取取值相相同，，所以以，故故实现现了非非运算算。（a）逻辑符符号（b）控制线线路实实例图1.20逻逻辑辑“非非”2.逻逻辑辑函数数与继继电接接触控控制线线路图图（1））逻辑辑函数数（2））逻辑辑图和和继电电接触触控制制线路路图由继电电接触触控制制线路路图写写出逻逻辑函函数由逻辑辑函数数画出出继电电接触触控制制线路路图1.21（a）为一个个最简简单的的起-保-停线线路，，接触触器线线圈是是串接接在由由触点点构成成的网网络上上，然然后与与电源源相接接，是是一个个串联联电路路。它它的逻逻辑函函数是是：图1.21（b）为图（（a）的反演演电路路，实实现的的逻辑辑功能能完全全相同同，接接触器器线圈圈与触触点网网络并并联，，所以以图（（b）是并联联电路路。图图中所所接的的电阻阻R是限流流电阻阻，防防止电电源短短路。。原理理是通通过开开关网网络使使线圈圈的两两端短短接（（线圈圈不通通电））或不不予短短接（（线圈圈通电电），，来控控制线线圈。。所以以串联联电路路是直直接控控制原原理，，并联联电路路是旁旁路控控制原原理。。图1.21串串联联和并并联继继电接接触控控制线线路返回本本节（a）（b）1.2.4电电机的的制动动图1.22为电电动机机单向向旋转转电机机反接接制动动控制制电路路。当当电动动机转转速接接近零零时应应迅速速切断断三相相电源源，否否则电电动机机将反反向起起动。。为此此采用用速度度继电电器来来检测测电动动机的的转速速变化化，并并将速速度继继电器器调整整在n>130r/min时触点点动作作，而而当n<100r/min时，触触点复复原。。图1.22中中，KM1为反接接制动动接触触器，，KM2为电动动机单单向旋旋转接接触器器，KV为速度度继电电器，R为反接接制动动电阻阻。图1.22反反接接制动动返回本本节1.2.5电电机的的调速速图1.23是D-YY反转向向方案案变极极调速速电动动机接接线方方法及及控制制电路路。它它是通通过改改变定定子绕绕组的的半相相绕组组电流流方向向来实实现变变极的的。将将三相相绕组组的首首尾端端依次次相接接，构构成一一个封封闭三三角形形，从从首端端引出出线接接电源源，中中间抽抽头悬悬空着着，构构成D联结。若将将三个首尾尾端相接构构成一个中中性点N，而将各绕组组中间抽头头接电源，，构成YY联结。使每每相的两个个半相绕组组并联，从从而使其中中一个半相相绕组电流流方向反了了，于是电电动机极对对数减小一一半，即pD=2pYY。图1.23电机机变极调速速(a)返回本节（a）电机接线方方法（b）控制电路图1.23电机机变极调速速(b)1.2.6顺序控控制顺序控制是是指以预先先规定好的的时间或条条件为依据据，按预先先规定好的的动作次序序，对控制制过程各阶阶段顺序地地进行自动动控制。图图1.24是顺序控控制原理图图，其中G1～G4分别表示第第一至第四四程序的执执行电路，，可根据每每一程序的的具体要求求设计，K1～K4分别表示G1～G4程序执行完完成时发出出的控制信信号，SB5、SB6分别为起动动和停止按按钮。图1.24