船舶电机与拖动 第2版 课件 7 常用电器及控制电路

第七章常用电器及控制电路

主要内容

1.常用控制电器

2.常见控制电路

电器：

电器是一种用来对电路或电气系统进行分配、保护、控制与调节的器件，有配电电器和控制电器之分。本节主要介绍电力拖动系统中常用的电器，侧重于各电器在电路中的功能、应用及在电路图中的表示方法。

第一节常用控制电器的结构原理及功能

索引1、主令电器：所谓主令，可理解为“主管控制命令”。因此，主令电器是在控制电路中用于发出控制“命令”(信号)的电器。功能：主令电器触点容量一般较小。所以，主令电器只能用于切换、通断控制电路，不能通断主电路。主令电器是通过改变触点状态进行控制命令发送的。

常用的主令电器有：按钮开关、组合开关、行程开关、主令控制器等。

（1）按钮

按钮，又称为按钮开关，属于手动电器，可用来接通或断开控制电路，控制电动机或其他电气设备运行。

按钮的文字符号为SB，S表示控制开关类电器，B表示按钮，有常开（动合）、常闭（动断）触头，其图形符号是在普通触点符号基础上，再增加“手动”控制符号。复合按钮电路符号

（2）组合开关（万能转换开关）

是一种多触头、多位置(多档位)，可控制多个电气回路通断的主令开关，是多路多极开关。万能转换开关体积小，可通断的电流也较小。其文字符号为SA，还可用触头表表示。

常见控制电器的结构原理和功用

（3）行程开关

行程开关又称为限位开关，主要用于移动位置的控制，移动机构的撞块碰到行程开关，并使其动作。行程开关动作后，其触头改变状态，可控制电动机接触器。文字符号为SQ或SA。

常见控制电器的结构原理和功用

（4）主令控制器

主令控制器是一种多位置多回路的控制开关，有专门带明显档位的操作杆，同时由于其触头容量相对较大，可对回路进行频繁通断操作。

其文字符号也是SA；图形符号也是标有档位（虚线且带黑点）的触头，也可用触都表表示触头的通断。

用途：多位置多回路的控制开关，适合于频繁操作并要求有多种控制状态的场合，例如起货机、锚机的控制等。——主要切换控制电路的。表示：小圆圈表示触头；虚线表示档位；黑点表示接通。也有采用触头闭合表表示的。

主令控制器结构示意图档位的表示触头与凸轮外观

常见控制电器的结构原理和功用

2、熔断器

熔断器是一种保护电器，当电流超过规定值并经过足够时间后，熔体熔化，将其所接入的电路断开，对电路和设备起短路和严重过载保护。

船上常用的熔断器有管式和螺旋式等。

常见控制电器的结构原理和功用

熔断器：

熔断器主要由熔体(熔丝、熔片)和辅助部件组成，熔体采用熔点低的金属制作，具有“反时限特性”。熔体分类方法很多，要求掌握的有：根据熔体是否有填料，可分为有填料和无填料两种，有填料熔体熔断时，填料具有快速熄灭电弧的能力，常用于大电流保护。无填料熔体则用于保护电流较小的场合。根据熔体熔断速度，可分为普通和快速熔断器。快速熔断器主要用于保护电子器件和线路，普通熔断器则主要用于一般电器设备的保护。

常见控制电器的结构原理和功用

熔断器：

熔断器熔体额定电流选用，应根据具体负载进行选择。对于平稳负载，熔体额定电流可选择等于或略大于所有负载的工作电流：熔体额定电流≥所有负载的工作电流。

一般单台电动机：熔体额定电流≥电动机起动电流/2.5；对于起动频繁电动机，则应选择：熔体额定电流≥电动机起动电流/(1.6～6)

多台电动机合用，则应选择：

熔体额定电流=(1.5～2.5)×最大电动机额定电流+其他电动机额定电流之和熔断器使用时的注意事项①根据各种电器设备用电情况（电压等级、电流等级、负载变化情况等），在更换熔体时，应按规定换上相同型号、材料、尺寸、电流等级的熔体。⑤不能随便改变熔断器的工作方式，在熔体熔断后，应根据熔断管端头上所标明的规格，换上相应的新熔断管。不能用一根熔丝搭在熔管的两端，装入熔断器内继续使用。⑥作为电动机保护的熔断器，应按要求选择熔丝，而熔断器只能作电动机主回路的短路保护，不能作过载保护。⑦在接地线路中、三相四线制的中性线路中、直流电动机的励磁回路中不允许接入熔断器3、接触器：

接触器是利用电磁吸力原理，根据控制要求频繁接通和切断主电路的最常见的控制电器。

接触器有交、直流之分，但都是由触头系统(含灭弧装置)、电磁机构和反力弹簧构成。线圈通入电流，产生磁通和吸力后，衔铁克服反力弹簧作用被铁心吸合，同时通过联动机构带动所有触点改变状态。线圈断电，所有触点恢复原状。

交流接触器触点一般有三对主触点和若干对辅助触点。主触点的作用是通断主电路的，而辅助触点则用于其他控制电路的控制。常见控制电器的结构原理和功用

索引

常见控制电器的结构原理和功用

（1）交流接触器

铁心、线圈和衔铁为接触器的电磁机构，主触点、辅助触点和灭弧装置为触头系统。灭弧罩作用是保护主触点免受电弧烧灼。

常见控制电器的结构原理和功用

接触器：

交流接触器灭弧装置多为灭弧栅式灭弧罩，其灭弧原理参见第三章的有关说明，直流接触器的灭弧装置则常采用磁吹灭弧装置。实际使用时，为了保证灭弧效果，灭弧装置应注意防潮和保持清洁。

接触器的额定电压为其线圈工作时的额定电压，一般规定吸合线圈电压达到85％或以上时应可靠吸合，吸合线圈电压低于额定电压70％时应释放复位。接触器的额定电流是指其主触点额定工作时允许通过的电流。

常见控制电器的结构原理和功用

（2）电磁铁的吸力

电磁铁线圈通电后，由于铁心和衔铁被励磁电流磁化，将产生电磁吸力。电磁吸力F大小与经气隙进入衔铁的磁通密度B0大小和分布有关。F与B0的平方成正比，与气隙截面S0成正比。由于交流电磁铁通入的是交流电流，一个周期产生的B0有两个过零点，为了避免吸力为零时产生振动，其铁心应有短路环。（2）交、直流电磁铁的特点

直流电磁铁的特点：①是恒磁势电磁铁，②吸合前后线圈的励磁电流保持不变，③吸合前电磁吸力小，吸合后电磁吸力大。

交流电磁铁的特点：①是恒磁通电磁铁，②吸合前后电磁吸力保持不变，③吸合前线圈的励磁电流大，吸合后线圈的励磁电流小。此外，直流电磁铁的线圈匝数多，线细，常做成细长形、无骨架结构；交流电磁铁线圈匝数少，线粗，常做成矮胖形、有骨架结构。

铁芯和衔铁：交流接触器用硅钢片，直流接触器用整块钢。线圈：交流接触器线圈有较大交流阻抗，匝数少线粗。直流接触器线圈只有电阻，匝数多线细。短路环：为了消除交流接触器工作时的振动和噪声，交流接触器的电磁铁心上必须装有短路环。而直流接触器则没有短路环。

交直流接触器在电磁机构上的区别

常见控制电器的结构原理和功用

4、继电器：

继电器是传递信号的一种电器。主要功能是根据输入的物理量来控制其触头的状态。

继电器一般由检测环节、比较环节和执行机构(触头)组成。当检测环节检测的输入物理量超过事先整定的值后，经过比较环节比较，作为执行机构的触头改变状态，从而改变所控制的电路的状态，实现控制和保护的功能。

继电器可按作用原理分为：电磁、感应、机械、双金属片、电子、电动等型式；可按检测物理量不同分为：电压、电流、时间等继电器。

常见控制电器的结构原理和功用

（1）电磁式继电器

工作原理类似于接触器，只是由于继电器控制的主要是电流小的控制回路，无主触头，无灭弧装置。线圈输入电量超过动作值时动作，线圈输入电量减小到释放值后复位，释放值一般小于动作值，释放值与动作值之比称为返回系数。

电磁式继电器主要包括电压继电器、电流继电器和中间继电器等，文字符号分别为KV、KI和KA。其中，KA是继电器的通用文字符号。

中间继电器又是电压继电器，有两个作用：①.增加触点数；②.使信号容量得到放大。

常见控制电器的结构原理和功用

（2）时间继电器时间继电器是根据输入信号状态经过一定的延时，然后再改变输出信号状态的继电器。

时间继电器文字符号为KT，图形符号有线圈、延时触点和瞬时触点。时间继电器有通电延时型和断电延时两种。断电延时型线圈通电，所有触点动作；断电时瞬时触点复位延时时间到，延时触点才复位。

常见控制电器的结构原理和功用

气囊式时间继电器：根据延时原理不同，时间继电器有空气阻尼电磁式(又称为电磁式或气囊式)、电动式、电子式和机械式等。一般由输入环节、延时环节和输出环节三部分组成。气囊式通、断电可改变。

常见控制电器的结构原理和功用

电子式时间继电器：

电子式时间继电器的电路很多，但主要原理相同，都是利用电阻与电容支路的充放电时间进行延时。

调节电阻阻值，则电容充放电时间改变，时间继电器的延时时间也将改变。

常见控制电器的结构原理和功用

（3）热继电器

热继电器是利用电流热效应而动作的电器，适用于交流电动机过载保护，文字符号为FR。可作为电动机的过载或缺相保护。

常见控制电器的结构原理和功用

注意：①.至少要2个发热元件；②.动作或不能马上复位；③.有一对常开，一对常闭触点。

常见控制电器的结构原理和功用

（4）速度继电器

速度继电器是以转速作为输入信号检测的电器。速度继电器工作原理与鼠笼式异步电动机转子产生作用力原理相似。当转速达到某一值时，带有导条的圆环带动撞锤使对应转向的触点改变状态。文字符号为KS，图形符号中，虚线表示机械联动，n表示转速。

常见控制电器的结构原理和功用

（5）电磁制动器

又称为电磁刹车，是用来给电动机提供一个机械制动力矩的电磁机构，从而实现电动机快速停车，船用电磁制动器主要是圆盘式。

船舶电机用电磁制动器一般为断电抱闸型，制动器线圈断电时，制动器的动、静摩擦片紧密接触，电机不能转动；只有线圈通电，静摩擦片分离，电机才能转动。可实现短路、过载、失压保护。5、常用空气断路器锁钩主触点手动闭合

过流脱扣器

欠压脱扣器衔铁释放自动空气断路器原理图连杆装置释放弹簧

（1）常用断路器⑤漏电保护断路器：由断路器和漏电继电器组成，除能起一般断路器的作用外，还能在出现设备漏电或人身触电时，迅速自动断开故障电路，以保护人身及设备的安全。（2）断路器的选用首先根据具体使用条件选择类别，再按电路的额定电流及对保护的要求来选用。当额定电流在600A以下，短路电流不太大，可选用塑料外壳式断路器；断路器的保护装置：（3）分励脱扣器：按照操作人员命令或继电保护信号，使电磁铁线圈通电，衔铁动作，使自动开关断开电路。2.5.3继电器、电磁制动器的参数整定

主要内容2.5.3.1压力继电器、温度继电器、速度继电器设定值与幅差值的测试和调整2.5.3.2时间继电器的整定2.5.3.3热继电器的整定2.5.3.4电磁制动器间隙的调整1、压力继电器、温度继电器的测试和调整压力继电器的调整：①正确的方法是先调下限压力，降压，调节复位压力螺丝，整定触头复位的压力值（下限压力）。②再升压，调节压差螺丝，整定触头动作压力值（上限压力）。索引压力开关或传感器调整

调整时将压力开关或传感器按图2-88所示连接，通过试验泵对该设备进行增压或减压，通过压力表观察达到所需监控或显示报警的设定值时，检查是否有相应的输出信号。若输出信号不正常，则需进行参数调整。压力值压差值温度继电器的调整①正确的且较好的方法是先调下限温度，降温，调节复位温度螺丝，整定触头复位的温度值（下限温度）。②再升温，调节温差螺丝，整定触头动作温度值（上限温度）。①100℃以下温度传感器的检验一般采用实际加热的方法。将温度传感器插入试验装置中，调节温度调节器。使试验装置中介质的温度升高或下降，通过标准温度计观察达到所需的设定值，检查报警显示状况，应正确无误。②100℃以上热电阻式传感器的调整方法。它是利用导体或半导体的电阻值随温度变化的特性来测温的，调整时将接线盒中的温度传感器的接线断开，按图2-90接上可调电阻，根据温度所对应的电阻值标准图表册查出所需设定的温度值所对应的电阻值，调节可调电阻达到所需电阻值。检查显示与报警，应正确无误。③100℃以上热电偶式传感器试验方法。热电偶的结构简单，尺寸小，热惰性小、输出为电信号（热电势）。通常使用精度较高的毫伏计精确测量热电偶产生的热电势的毫伏数。检验时，在接线盒中将温度传感器的接线断开，按图2-91接上毫伏表，根据温度所对应的电压（毫伏）值标准图表册，查出所需设定的温度值对应的毫伏值，调节毫伏计达到所需的值，检查显示与报警状况，应正确无误。

速度继电器调整

速度继电器是以转速作为输入信号检测的电器。速度继电器工作原理与鼠笼式异步电动机转子产生作用力原理相似。当转速达到某一值时，带有导条的圆环带动撞锤使对应转向的触点改变状态。速度继电器是传递转速信号的继电器。可通过调整反力作用弹簧进行整定。时间继电器是从继电器得到输入信号起，需要经过一定的延时后才能使触点动作，主要用于需要按时间顺序控制的电路中。目前在交流电路中延时控制应用较为广泛的是晶体管式时间继电器。2、时间继电器的整定（1）调节延时时间的可调电位器使用日久，使电位器内碳膜磨损或进入灰尘，使延时时间不准确。应用少量电器清洗剂顺着电位器旋柄滴入，并转动旋柄，或对磨损严重的电位器及时更换。（2）晶体管损坏、老化，造成延时电路参数改变，会使延时时间不准确，甚至不延时。应拆下继电器进行检修或更换。（3）晶体管时间继电器因受振动，使元件焊点松动，插座脱离。应进行仔细检查或重新补焊。（4）检查元件的外观有无异常，不要随意拆开外壳进行调换、焊接，以免损坏元件，扩大故障面，在更换或代用时，应用相同型号、相同电压、延时范围接近的晶体管时间继电器。常见故障与处理3、热继电器的整定一般用于异步电动机的过载保护，是带有断相保护装置的热继电器，能在三相异步电动机一相断线时起保护作用。热元件的额定电流应为电动机额定电流的1.1~1.25倍；热继电器整定值一般按电动机额定电流的1.05倍选取；对于允许长期过载工作的电动机，当电动机长期过载超过20％时，热继电器应可靠动作，且热继电器的动作时间应大于电动机长期允许过载及起动的时间，整定值一般取电动机额定电流的1.2倍；

一般情况下可选用两相结构的热继电器，但有下列情况之一者应选用三相结构的热继电器：①电网电压不平衡②工作条件恶劣，很少有人看管的电动机③与大容量电动机并联的小容量电动机（共用同一组熔断器或供电变压器）

（2）更换热继电器要求更换的热继电器与原来热继电器的使用场合应相同；

更换的热继电器与原来热继电器的主要动作性能应该相同，特别是最低动作电流的倍数和整定电流的动作时间要相同；对于星形联结的电动机可使用两极或三极的热继电器；对于三角形联结的电动机和带有短路保护的电路，应使用三极的热继电器或带断相保护的热继电器；

更换的热继电器的电流值应与原来的热继电器相同，一般热继电器的电流值应等于或接近于电动机的额定电流值。更换热继电器后，要经过试验才能投入正式使用；（4）热继电器电流整定值的调整热继电器电流的整定值应与被保护电机的额定电流一致。若不一致，应转动刻度盘进行调整。①用电设备操作正常，但热继电器动作频繁。可能原因是热继电器的整定电流值小于被保护的设备的额定电流，处理方法是实测用电设备的工作电流，若用电设备的工作电流在额定范围内，应对热继电器电流的整定值进行重新调整，即转动刻度盘的刻度值使之与设备的额定电流相符；②电气设备烧毁，而热继电器未动作。可能原因是热继电器的整定电流值大于被保护的设备的额定电流，处理方法是修复并重新启用该设备后，实测用电设备的工作电流，并依据设备的额定电流对热继电器电流的整定值进行重新调整，即转动刻度盘的刻度值使之与设备的额定电流相符；④经过大的短路电流后，双金属片已产生了永久变形。此时要对热继电器进行重新调整或更换。第二节异电动机的基本保护电路

主要内容1电动机的基本保护环节2电动机控制电路的基本控制环节3异步电机的典型控制电路

电动机的保护概述：电动机工作时，难免会出现异常或故障，要求控制线路应有保护。最常见电气保护环节有：短路保护，过载保护，失、欠压保护及缺相保护等。此外，还有接地和漏电等异常现象，也常采用相应的措施进行保护。对电动机保护的要求主要是：快速、准确。只有快速，才能及时切除故障点，真正达到保护的目的。只有准确，才能最大限度地保护设备的正常运行，避免因各种干扰造成的误动作而影响设备的运行。索引

一、三相异电动机的基本保护环节1、短路保护

磁力电流不经负载而直接形成回路称短路。

常用的短路保护措施有：在电路中装设自动空气断路器（又称自动空气开关）、熔断器（俗称保险丝）等。当熔断器熔断后，应及时查明原因，在排除故障后，用特性和额定电流都相同或相近的熔断器来替换。磁力起动器是鼠笼式异步电动机最简单的直接起动线路，电动机的主要保护大部分都能在这一线路中找到。

短路保护由熔断器FU实现，热继电器FR则作为过载和缺相保护。与按钮SB1并联的KM自锁触头和接触器线圈KM配合，可实现欠压、失压保护。

电动机轴上所带负载超过额定负载，其定子电流将超过额定电流。过载电流会使电动机绕组的温度升高，加速绕组的老化，甚至损坏绝缘，并造成短路。可用于过载保护的电器有多种，一般用过载继电器来实现过载保护。热继电器和过电流继电器是两种最常用的过载继电器。自动空气开关也具有过载保护功能。热继电器是利用过载时的热效应来使保护电器动作以实现保护的。过电流继电器则是利用电磁效应使保护电器动作来实现过载保护的。2、过载保护

过载保护

电力拖动系统中广泛采用的热继电器来对电动机进行过载保护的电路如图2-6-1所示，在该控制电路中，FR为热继电器，对三相异步电动机起过载保护作用。热继电器有三个发热元件，分别串入三相异步电动机定子绕组电路的三相中（也可只使用其中的两个），而热继电器的常闭触头串联于控制电路的接触器KM线圈电路中。失压（欠压）保护是依据接触器本身的电磁机构和起动按钮来实现的。当电源电压由于某种原因消失时，三相异步电动机会自动停车。当电源电压恢复时，三相异步电动机不会自动起动，只有在操作人员按下起动按钮后，三相异步电动机才可起动，这种保护称为失压保护。3、失压保护和欠压保护索引失压保护和欠压保护接触器KM的主触头控制电动机电源的通断，一个常开辅助触点和起动按钮并联，这种接法称自锁，和起动按钮并联的常开辅助触点称自锁触点。这种控制电路具有欠压和失压保护功能。通常接触器吸引线圈的吸合电压为80%～85%额定电压，释放电压为40%～75%额定电压。

失压保护和欠压保护

失压和欠压保护：除了磁力起动器外，失压保护和欠压保护还常见于采用主令控制器控制的线路中，在主令控制器电路中则常称为“零位保护”或称为“零压保护”。零位保护的主要功能是：工作时若出现断电，只有控制手柄再零位，控制电路才能重新得电工作，索引

缺相是指三相异步电动机少接了一相电源，即三相缺了一相。不管是Y连接还是△连接，缺相时都变成单相。缺相后，异步机电流将增大，轻载即可达到额定电流，半载或重载时，电流将超过额定值，应及时切断电源进行保护。缺相可用至少有两个发热元件的热继电器进行检测保护，还可通过三相电源供电的适当配合实现保护，如锚机、起货机控制电路，就是采用三相电源对控制电路供电实现缺相保护的。一般热继电器的发热元件串接在三相主电路的任意两相之中。4、缺相保护第三节异步电动机的基本控制环节

主要内容

1、直接(全压)起动环节

2、互锁控制与联锁控制环节

3、其他控制环节1、点动控制：

特点是，异步电动机的起动、停止和运行的控制都需要操作人员进行直接操作。

点动控制适用于需要操作人员在场频繁调整和短时操作生产机械控制，如甲板舷梯起落设备、主机盘车机和行车等的控制都需要点动控制环节。

直接(全压)起动环节2、连续控制：

特点是，异步电动机起动和停止都需要操作人员参与，而运行则不需要操作人员的参与。自锁触头功能是：①.实现连续运行；②.可用于失、欠压保护。有起动优先和停止优先两种。

直接(全压)起动环节磁力起动器凡是接触器（或继电器）利用它自己的辅助触头来保持线圈吸合的，称之为自锁（自保），这个触头称为自锁（自保）触头，它起着自锁（自保）作用。

上述电路，如将自锁触头去掉，则变成点动控制电路。3、多地点控制：可在两个或以上地点进行起、停控制。接线要点：①.起动按钮并联；②.停止按钮串联。

直接(全压)起动环节4、行程控制

有行程控制是在船上应用较多的继电接触器基本控制环节之一。

一般采用行程开关控制，将其常闭触头与控制线路中的停止控钮(或接触器线圈回路)串联。撞块碰压行程开关时，行程开关常闭触头断开。其实质是一种限位保护。舵机、起货机等常见行程控制。限位控制是避免生产机械进入异常位置的一种限位保护。行程控制实例自动往返运动：1.能正向运行也能反向运行2.到位后能自动返回行程控