建筑电气控制技术(第二版)马小军

1、第一章 常用控制电器,第一节 概述,一、电器的定义,电器是一种能根据外界的信号和要求，手动或自动地接通或断开电路，断续或连续地改变电路参数以实现电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节用的电气设备。,简而言之：,电器就是一种能控制电的工具,二、控制电器,控制电器能对电能进行分配、控制和调节。 由控制电器组成的自动控制系统，称为继电接触控制系统。 我们通常把工作电压在1200V以下的电器称为低压电器。 控制电器主要是低压电器。,三、电器分类,控制电器的用途广泛，职能多样，因而品种规格繁多，工作原理各异，常用分类方法有：,操作方式,使用场合,原理结构,四、电器的作用,控制 保护 测量 调

2、节 指示 转换,常用低压电器的主要种类和用途如 表1-1所示,五、电器触点,有触点电器 电器通断的执行功能由触点来实现。 无触点电器 电器通断的执行功能不是由触点结构来实现，而是根据开关元件输出信号的高低电平来实现。 混合式电器 有触点和无触点结合的电器。,在执行通断任务的转换过程中，引入转换深度的概念,式中： R DK - 断开或截止时，执行电路的电阻值 R JT - 接通或导通时，执行电路的电阻值,对于有触点电器,混合电器 h 介于二者之间,对于无触点电器,感测部分,电磁机构,执行部分,触点系统,第二节 电磁式控制电器的工作原理,一、电磁机构,主要作用是将电磁能量转换成机械能量，带动触点动

3、作，接通或分断电路。 1常用的磁路结构 常用的磁路结构如图 1-1所示。 2吸引线圈 吸引线圈的作用是将电能转换成磁场能量。,衔铁沿棱角转动的拍合式铁心,衔铁沿轴转动的拍合式铁心,双E型直动式铁心,1一衔铁 2一铁心 3一吸引线圈,二、电磁吸力与吸力特性,电磁式电器是根据电磁铁的基本原理而设计，电磁吸力是影响其可靠工作的一个重要参数。,1直流电磁机构的电磁吸力特性 （二次曲线 ） 2交流电磁机构的电磁吸力特性 3反力特性,单相交流电磁机构要防止抖动,1 - 衔铁 2 - 铁芯 3 - 线圈绕组 4 - 短路环,三、电器的触点系统,触点是电器的执行部分，起接通和分断电路的作用。触点也叫触头。触点

4、的结构形式很多，按其所控制的电路可分为主触点和辅助触点。主触点用于接通或断开主电路，允许通过较大的电流；辅助触点用于接通或断开控制电路或信号电路，只能通过较小的电流。,触点按其原始状态可分为 常开触点：原始状态时断开，线圈通电后闭合的触点叫常开触点； 常闭触点：原始状态时闭合，线圈通电后断开的触点叫常闭触点。 常开触点又叫动合触点； 常闭触点又叫动断触点。,主触点通常用常开触点(点); 辅助触点既可用常开触点也可用常闭触点。,动触点：随衔铁运动而运动的触点; 静触点：不作相对运动的触点。,触点按其结构形式,a. b-桥式触点 c.-指形触点,四、电弧的产生及灭弧方法,在大气中开断电路时，如果被

5、开断电路的电流超过某一数值，开断后加在触点间隙(或称弧隙)两端电压超过某一数值时，触点间隙中就会产生电弧。 电弧实际上是触点间气体在强电场作用下产生的放电现象，产生高温并发出强光，将触点烧损，并使电路的切断时间延长，严重时会引起火灾或其他事故，因此，在电器中应采取适当措施熄灭电弧。,常用的灭弧方法,1电动力灭弧,2磁吹灭弧,1-磁吹线圈 2-绝缘套 3-铁心 4-引弧角 5-导磁夹板 6-灭弧罩 7-动触点 8-静触点,3灭弧栅,4.窄缝灭弧,第三节 接触器,接触器，是一种用来自动接通或断开大电流电路的电器。它可以频繁地接通或分断交直流电路，并可实现远距离控制。其主要控制对象是电动机，也可用于

6、电热设备、电焊机、电容器组等其它负载。它还具有低电压释放保护功能，接触器具有控制容量大、过载能力强、寿命长、设备简单经济等特点，是电力拖动自动控制线路中使用最广泛的电器元件。,触点系统：主触点、辅助触点 常开触点（动合触点） 常闭触点（动断触点） 电磁系统：动、静铁芯，吸引线圈和反作用弹簧 灭弧系统：灭弧罩及灭弧栅片灭弧,1结构,交流接触器,1一灭弧罩 2一触点压力弹簧片 3一主触点 4一反作用弹簧 5一线圈 6一短路环 7一静铁心 8一弹簧 9一动铁心 10一辅助常开触点 11一辅助常闭触点,交流接触器结构图,灭弧装置,2工作原理,线圈加额定电压，衔铁吸合，常闭触点断开，常开触点闭合；线圈电

7、压消失，触点恢复常态。为防止铁心振动，需加短路 环。,3、接触器的符号,额定电压,127、220、380、500V,5、10、20、40、60、100、150、250、400、600A,额定电流,吸引线圈额定电压,36、110（127）、220、380V,四、交流接触器的主要技术指标,根据电路中负载电流的种类选择接触器的类型； 接触器的额定电压应大于或等于负载回路的额定电压； 吸引线圈的额定电压应与所接控制电路的额定电压等级一致； 额定电流应大于或等于被控主回路的额定电流。,五、接触器的使用选择原则,第四节 电磁式继电器,继电器是根据某种输入信号的变化，接通或断开控制电路，实现自动控制和保护电

8、力拖动装置的自动电器。,继电器的种类很多，按输入信号的性质分为：电压继电器、电流继电器、时间继电器、温度继电器、速度继电器、压力继电器等； 按工作原理可分为：电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、热继电器和电子式继电器等； 按输出形式可分为：有触点和无触点两类； 按用途可分为：控制用与保护用继电器等。,继电器分类,一、电磁式继电器的结构与工作原理,继电器是一种根据特定形式的输入信号而动作的自动控制电器。 继电器的结构与接触器类似。 与接触器不同的是，继电器用于通断控制电路，因此触点容量小，无灭弧系统；其动作参数可改变（调节），全部触点接于控制电路。 工作原理也与接触器类似。,1-铁心 2-

9、旋转棱角 3-释放弹簧 4-调节螺母 5-衔铁 6-动触点 7-静触点 8-非磁性垫片 9-线圈,二、特性及主要参数,1.特性 输入-输出特性（继电器特性曲线）,X输入量 Y输出量,X2 - 继电器吸合值，欲使继电器动作，输入量需大于此值。 X1 - 继电器释放值，欲使继电器释放，输入量需小于此值。,继电器符号,2. 技术参数,返回系数-继电器释放值与吸合值的比值，即：,可调整,一般继电器是低 ，主要是避免误动作。,欠电压继电器,继电器的另一个重要参数是： 动作时间（吸合时间及释放时间），一般继电器的吸合时间与释放时间为0.050.15s，快速继电器为0.0050.05s，它的大小影响继电器的

10、操作频率。,三、几种常用继电器,1.电压继电器 过电压继电器-吸合整定值为保护线路额定电压的1.051.2倍，利用其常闭触点切断控制电路。 欠电压继电器-释放整定值为线路额定电压的0.10.6倍，利用其常开触点切断控制电路。,线圈并联接入主电路 线圈匝数多，线径细，阻抗大,电压继电器符号,2.电流继电器 过电流继电器-吸合整定值：直流（1.14）Ie，交流（1.13.5）Ie，利用其常闭触点切断控制电路。 欠电流继电器-释放整定值：（0.10.2）Ie，利用其常开触点切断控制电路。欠电流继电器只有直流产品。,线圈串联接入主电路 线圈匝数少，线径粗，阻抗小,电流继电器符号,电流与电压继电器的区别

11、： 主要是线圈N。 电压继电器 (KA) 多 导线细 检测负载电压 并联接入电路。 电流继电器 (KI) 少 导线粗 检测负载电流 串联接入电路。,3.中间继电器 中间继电器实质上是一种电压继电器，结构和工作原理与接触器相同。但它的触点数量较多，在电路中主要是扩展触点的数量。另外其触点的额定电流较大。,继电器的触点最多有四对。,4.时间继电器 凡是感测元件通电或断电后，其触点要延迟一段时间才动作的电器叫做时间继电器。时间继电器在电路中起着控制时间的作用，用于继电接触控制系统中按时间参量变化规律进行控制。,常用的时间继电器的种类有： 电磁式、空气阻力式、电动机式、半导体式以及最新的数字式。,(a

12、) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h),(a) 线圈一般符号 (b) 通电延时线圈 (c) 断电延时线圈 (d) 通电延时闭合动合（常开）触点 (e) 通电延时断开动断（常闭）触点 （f）断电延时断开动合（常开）触点 （g）断电延时闭合动断（常闭）触点（h）瞬动触点,延时继电器符号,图示是通电延时继电器； 线圈位置调换180度，就是断电延时继电器。,半导体时间继电器,数字式（单片机控制的时间继电器）,第五节 常用非电磁类继电器,非电磁类继电器的感测元件接受非电量信号(如：温度、转速、位移及机械力等)。常用的非电磁类继电器有：热继电器、速度继电器、干簧继电器、永磁感应继电器等

13、。,一、热继电器 (FR),热继电器主要用于电力拖动系统中电动机负载的过载保护。 继电器结构与工作原理,作用：电动机的过载保护,利用双金属片受热弯曲去推动杠杆使触点动作,利用电阻值随温度变化而变化的特性制成,利用过载电流发热使易熔合金熔化而使继电器动作,型式：双金属片式,热敏电阻式,易熔合金式,结构：由发热元件、双金属 片和触点及动作机构 等部分组成 。,热继电器,1-热元件 2-双金属片 3-导板 4-常闭触点,双金属片式,1电流调节凸轮 2a、2b 簧片. 3 手动复位按钮 4 弓簧 5 主双金属片 6 下导板 7 上导板 8 常闭静触点 9 动触点 10 杠杆 11 复位调节螺钉 12

14、补偿双金属片 13 推杆 14 连杆 15 压簧,热继电器的连接,热元件串接于电动机的主电路中， 常闭触点串接于电动机的控制电路中。,热继电器动作后，必须手动复位。 热继电器的选择主要根据电动机的额定电流来确定热继电器的型号。 在三相异步电动机电路中，对Y联结的电动机可选两相或三相结构的热继电器，一般采用两相结构的热继电器，即在两相主电路中串接热元件。对于三相感应电动机，定子绕组为联结的电动机必须采用带断相保护的热继电器。,使用热继电器注意事项：,二、速度继电器,速度继电器又称为反接制动继电器。它的主要用于笼型异步电动机的反接制动控制。它是靠电磁感应原理实现触点动作的。,1.电动机轴 2.转子

15、 3.定子 4.绕组 5.定子柄 6.常开触点 7.常闭触点 8.动触点 9.簧片,干簧继电器是一种具有密封触点的非电磁式继电器。干簧继电器可以反映电压、电流、功率以及电流极性等信号，在检测、自动控制、计算机控制技术等领域中应用广泛。 干簧继电器还可以用永磁体来驱动，反映非电信号，用作限位及行程控制以及非电量检测等。主要部件为干簧继电器的干簧水位信号器，适用于工业与民用建筑中的水箱、水塔及水池等开口容器的水位控制和水位报警。,三、干簧继电器,1.舌簧片 2.线圈 3.玻璃管 4.骨架,第六节 刀开关与低压断路器,开关是最普通、使用最早的电器。其作用是分合电路、开断电流。常用的有刀开关、隔离开关

16、、负荷开关、转换开关(组合开关)、自动空气开关(空气断路器)等。,开关有有载运行操作、无载运行操作、选择性运行操作之分；又有正面操作、侧面操作、背面操作几种；还有不带灭弧装置和带灭弧装置之分。刀口接触有面接触和线接触两种，线接触形式，刀片容易插入，接触电阻小，制造方便。开关常采用弹簧片以保证接触良好。,一、低压刀开关,刀开关是手动电器中结构最简单的一种，主要用作电源隔离开关，也可用来非频繁地接通和分断容量较小的低压配电线路。,1.开关板用刀开关（不带熔断器式刀开关）,2. 带熔断器式刀开关,3. 负荷开关 (1)开启式负荷开关,(2)封闭式负荷开关（铁壳开关）,接线时应将电源线接在上端，负载接

17、在下端，这样拉闸后刀片与电源隔离，可防止意外事故发生。 刀开关安装时，手柄要向上，不得倒装或平装。安装正确，作用在电弧上的电动力和热空气的上升方向一致，就能使电弧迅速拉长而熄灭，反之，两者方向相反电弧将不易熄灭，严重时会使触点、刀片烧伤，甚至造成极间短路。另外如果倒装，手柄可能因自动下落而引起误动作合闸，将可能造成人身和设备安全事故。,刀开关安装注意事项:,二、组合开关（转换开关） 结构：静触点一端固定在胶木盒内，另一端伸 出盒外，与电源或负载相连。动触片套 在绝缘方杆上，绝缘方轴每次作90正 或反方向的转动，带动静触点通。 特点：结构紧凑，安装面积小，操作方便。 用途：电源的引入开关；通断小

18、电流电路； 控制以下电动机。,（a）外形 （b） 符号 （c) 结构,低压断路器也称为自动空气开关，可用来接通和分断负载电路，也可用来控制不频繁起动的电动机。它功能相当于闸刀开关、过电流继电器、失压继电器、热继电器及漏电保护器等电器部分或全部的功能总和，是低压配电网中一种重要的保护电器。 低压断路器具有多种保护功能(过载、短路、欠电压保护等)、动作值可调、分断能力高、操作方便、安全等优点，所以目前被广泛应用。,三、低压断路器,功能：不频繁通断电路，并能在电路过载、短路及失压时自动分断电路。 特点：操作安全，分断能力较高。 分类：框架式（万能式）和塑壳式（装置式） 结构：触点系统、灭弧装置、脱扣

19、机构、传动机构。,万能式低压断路器结构图,塑壳式低压断路器原理图,1主触点2自由脱扣器3过电流脱扣器4分励脱扣器 5热脱扣器6失压脱扣器 7按钮,塑壳式低压断路器原理图,1主触点2自由脱扣器3过电流脱扣器4分励脱扣器 5热脱扣器6失压脱扣器 7按钮,线路短路或严重过载保护,塑壳式低压断路器原理图,1主触点2自由脱扣器3过电流脱扣器4分励脱扣器 5热脱扣器6失压脱扣器 7按钮,远距离跳闸，对电路不起保护作用,塑壳式低压断路器原理图,1主触点2自由脱扣器3过电流脱扣器4分励脱扣器 5热脱扣器6失压脱扣器 7按钮,线路过载保护,塑壳式低压断路器原理图,1主触点2自由脱扣器3过电流脱扣器4分励脱扣器

20、5热脱扣器6失压脱扣器 7按钮,电动机的失压保护,低压断路器的选用原则,根据线路对保护的要求确定断路器的类型和保护形式，确定选用框架式、装置式或限流式等。一般而言，框架式断路器对短路电流的分断能力较装置式的大、体积也较大。 通常，支线负荷采用非选择型二段式保护(过载延时和短路瞬时保护)，多选用装置式断路器；支干线选用过载延时和短路短延时保护，可采用非选择型二段式，也可采用选择型三段式保护，视其级间配合要求而定；干线(电源首端)的保护为主保护，应本着减少故障范围和保护动作可靠的原则选用主断路器。,第七节 熔断器,熔断器是一种简单而有效的保护电器。在电路中主要起短路保护作用。 熔断器主要由熔体和安

21、装熔体的绝缘管(绝缘座)组成。使用时，熔体串接于被保护的电路中，当电路发生短路故障时，熔体被瞬时熔断而分断电路，起到保护作用。,瓷插式熔断器,螺旋式熔断器,有填料式熔断器,无填料密封式熔断器,快速熔断器,自恢复熔断器,熔断器的安秒特性 熔断器的动作是靠熔体的熔断来实现的，当电流较大时，熔体熔断所需的时间就较短。而电流较小时，熔体熔断所需用的时间就较长，甚至不会熔断。因此对熔体来说，其动作电流一动作时间特性即安一秒特性为一反时限特性，如图1-33所示。,熔断器特性,熔断器只能起到短路保护作用，不能起过载保护作用。如确需在过载保护中使用，必须降低其使用的额定电流，如8A的熔体用于10A的电路中，作

22、短路保护兼作过载保护用，但此时的过载保护特性并不理想。 熔断器的选择, 主要依据负载的保护特性和短路电流的大小选择熔断器的类型。对于容量小的电动机和照明支线，常采用熔断器作为过载及短路保护。,1. 保护无起动过程的平稳负载如照明线路、电阻、电炉等时，熔体额定电流略大于或等于负荷电路中的额定电流。,2.保护单台长期工作的电机熔体电流可按最大起动电流选取，也可按下式选取： IRN (1.52.5)IN 式中IRN-熔体额定电流；IN-电动机额定电流。如果电动机频繁起动，式中系数可适当加大至33.5，具体应根据实际情况而定。,3.保护多台长期工作的电机（供电干线） IRN (1.52.5)IN ma

23、x+IN IN max-容量最大单台电机的额定电流。IN 其余.电动机额定电流之和。,4. 熔断器的级间配合 为防止发生越级熔断、扩大事故范围，上、下级(即供电干、支线)线路的熔断器间应有良好配合。选用时，应使上级(供电干线)熔断器的熔体额定电流比下级(供电支线)的大12个级差。,第八节 主令电器,控制系统中，主令电器是一种专门发布命令、直接或通过电磁式电器间接作用于控制电路的电器，常用来控制电力拖动系统中电动机的起动、停车、调速及制动等。 常用的主令电器有：控制按钮、行程开关、接近开关，万能转换开关、主令控制器及其它主令电器如脚踏开关、倒顺开关、紧急开关、钮子开关等。,一、控制按钮,控制按钮

24、是一种结构简单、使用广泛的手动主令电器，它可以与接触器或继电器配合，对电动机实现远距离的自动控制，用于实现控制线路的电气联锁。,1.按钮帽 2.复位弹簧 3.动触点 4.常闭静触点 5.常开静触点,一个按钮既可作常开按钮，也可作常闭按钮。 常开按钮作起动按钮，绿色或黑色。 常闭按钮作停止按钮，红色。 一般有触点电器的触点动作顺序均为： “先断后合”。,二、行程开关,行程开关又称限位开关，用于控制机械设备的行程及限位保护。 行程开关可分为直动式、滚轮式、微动式和组合式。,图1-36 按钮式 1.推杆 2.弹簧 3.动断触点 4.动合触点,图1-37 滚轮式 1.滚轮 2.上转臂 3、5、11.弹

25、簧 4.套架 6.滑轮 7.压板 8、9触点 10横板,图1-38 微动式 1.推杆 2.弹簧 3.压缩弹簧 4.动断触点 5.动合触点,行程开关,三、万能转换开关,万能转换开关是一种多档式、控制多回路的主令电器。万能转换开关主要用于各种控制线路的转换、电压表、电流表的换相测量控制、配电装置线路的转换和遥控等。万能转换开关还可以用于直接控制小容量电动机的起动、调速和换向。,万能转换开关,a)外形图 b)结构原理图 1-凸轮块 2-动触点 3-静触点 4-接线端子 5-支杆 6-转动轴 7-凸轮块 8-小轮,本章小结,开关电器、主令电器、接触器、继电器、熔断器等低压电器的作用、结构、工作原理；

26、低压电器图形和文字符号； 每种低压电器的技术参数； 低压电器的使用和选择方法。,第二章 电气控制的基本环节与规律,由于生产机械的种类繁多，所要求的电气控制线路也是千变万化、多种多样的。但无论是比较简单的，还是很复杂的电气控制线路，都是由一些基本环节组合而成。本章着重阐明组成这些电气控制线路的基本规律和典型线路环节。这样，再结合具体的生产工艺要求，就不难掌握电气控制线路的分析和设计方法。,第一节 电气控制系统的电路图及绘制原则,电气控制系统中用国家规定的统一符号、文字和图形的形式来表示各电器元件及其相互连接关系，这就是电气控制系统的电路图。,电气原理图 电气安装图,根据电气设备的工作原理绘制而成

27、，它具有结构简单、层次分明；便于研究和分析电路的工作原理等优点。,按照电器实际位置和实际接线线路，用给定的符号画出来的，这种电路图用于电气设备的安装和维修。,电气控制系统的电路图绘制规律如下：,1元件、器件和设备的图形符号和文字符号应符合 国家规范。 2主电路和辅助电路分开。 3用平行线绘制，少交叉，并尽可能按照动作顺序先后排列。 4原理图中各电气元件和部件在控制线路中的位置，应根据便于阅读的原则安排。,5元器件和设备的可动部分在图中通常应表示成：,触点为非激励状态，即电器没有通电和没有外力作用时触点的状态； 接触器和电磁式继电器等系指线圈不加电压时的触点状态； 按钮、行程开关等指未被压合时触

28、点状态，也就是动合触点开启、动断触点闭合的状态。,6为安装和维护方便，各接线端子应编号，规则见GB4026电器接线端子的识别和用字母数字符号标志接线端子的通则。一般主电路用字母加数字来表示接线端子；辅助电路用数字编号，以单双数区分电源极性（以每一回路中电压降为最大的元件为界，如以接触器的线圈为界）。,举例：电路原理图,图2-1a为三相交流电动机的起停控制电路原理图,图2-1a三相交流电动机的起停控制电路电原理图,返回,图2-1b三相交流电动机的起停控制电路安装接线图,第二节、 电气控制的基本环节,1、点动控制环节 图2-2 用表示有驱动力，表示无驱动力；X=1表示动合触点X闭合，X=0表示动合

29、触点X断开。 SBKMKM =1M 起动 SBKMKM =0M 停止,小结:通过分析，可看出图2-2所示电路，只有在按下按钮SB时电动机M才能通电起动运行，故称为点动控制电路。按钮SB和接触器KM的这种组合称为点动控制环节。,2、起保停控制环节 图2-1,SB1KMKM=1M 起动 SB2KMKM=0M 停止,接触器KM的辅助动合触点称为自锁触点,图2-1线路设有以下几种保护:,1短路保护 熔断器FU1 2过载保护 热继电器FR 3欠压保护和失压保护 自锁触点 实现,返回,结束,返回,第三节 电气控制的基本控制规律,一、联锁控制规律,（一）、互斥联锁,电动机正反转 图2-3,SB1KM1KM1

30、=1M 正转 SB3KM1KM1=0M 停止 SB2KM2KM2=1M 反转,L1、L3 线路短路,互斥联锁,SB1KM1KM1=1M 正转 =0 (互锁) SB2 KM2 不会通电,（二）、顺序联锁,1.起动联锁 a）,2.停止联锁 b）,M1先起动，M2后起动，将KM1常开触头串入KM2线圈回路中。,M2先停止，M1后停止，将KM2常开触头并在M1停止按钮旁。,（三）、长动与点动联锁,长动与点动联锁是既能正常起保停控制，又能进行点动控制。,方法二：加中间继电器（KA）,长动与点动的区别就在于有无自锁触点的作用。,例如：甲、乙两地同时控制一台电机。,方法：两起动按钮并联；两停车按钮串联。,(

31、四)、多地点控制,甲地,乙地,电器互锁规律：欲使两接触器不能同时工作，只需将两接触器的常闭触点互相串入对方的线圈电路中即可。 顺序控制规律：要求甲接触器得电后，乙接触器方可得电，只需将甲的常开触点串在乙的线圈电路中；要求乙接触器失电后，甲接触器方可失电，只需将乙的常开触点并在甲的停车按钮上。 实现多地控制的原则：控制按钮的常开触点并联，常闭触点串联。,小结,联锁控制的关键是正确地选择联锁触点。,二、参量控制规律,控制过程的变化参量很多，通过测量元件反应参量的变化，并将这一变化参量反馈回来作用与控制装置，实现自动控制，这就是参量控制规律。,常用的变化参量有行程、时间、速度、电流等,（一）行程控制

32、,利用行程开关（极限开关）实现限位控制 。,SB1KM1KM1=1M右移，至右终端位置， SQ2KM1M，停止。,（二）时间控制,利用时间继电器实现由降压起动至全压运行的切换，即用时间继电器的延时来控制降压起动时间。,（三）速度控制,图2-10所示为单向运行电动机反接制动控制电路。利用速度继电器实现对反接制动的控制。,（四）液位控制,图2-11所示为建筑物生活水箱水位自动控制电路。通过水位控制器实现水泵的起停控制。,液位传感器（SL1低水位，SL2高水位,（五）压力控制,图2-12所示为建筑物消防喷淋系统中恒压泵的控制电路。利用压力继电器实现对泵的自动启停。,第四节 三相异步电动机控制电路,1

33、.起动性能 起动时定子起动电流与额定电流之比值大约57。 起动电流大对线路有影响，将造成较大的电压降落，影响其他负载正常工作。,2.起动方法 直接起动-小(轻)负载 降压起动,一、降压起动控制电路,（一）自耦降压起动控制电路,时间继电器延时自动切换的自耦降压起动控制电路 图2-13,自耦降压起动控制电路的基本要求,（1）不允许存在全电压直接起动的可能。 （2）降压起动完毕后，不允许在自耦变压器二次侧电压或经自耦变压器部分绕组降压后的电压下起动。,（3）投入全电压运转后，不得存在自耦变压器再次接入主电路的可能，以防止自耦变压器部分绕组短路而另一部分绕组过电压运行。 （4）在可能的情况下，尽量减少

34、和避免电动机二次涌流（指第二次接入交流电网时过渡过程所产生的冲击电流）的冲击。,（二）Y-起动控制电路,电动机在工作时其定子绕组是联接成三角形的，那么在起动时可把它联成星形，等到转速接近额定值时再换成三角形。这样，在起动时就把定子每相绕组上的电压降到正常工作电压的 。,星形,三角形,时间继电器延时自动切换的Y-起动控制电路,图2-14,Y-起动控制电路基本要求,（1）不得存在全电压起动的可能。 （2）Y形与形接法接触器之间必须有互锁以防短路现象的发生。 （3）对有可能长期处于轻载的电动机，控制电路应考虑电动机能长期在Y形接法下工作的可能。,（三）延边形起动控制电路,这一电路的设计思想是兼取星形

35、连接与三角形连接的优点，以期完成更为理想的启动过程。其转换过程仍按照时间原则来控制。如前所述，星形启动有很多优点，但不足的是启动转矩太小。设想如果能兼取星形接法启动电流小，而三角形接法启动转矩大的优点，可在启动时将电动机定子绕组的一部分接成星形，而另一部分接成三角形，在启动结束以后，再换接成三角形接法，这就是所谓延边三角形启动方式。,延边三角形/三角形电动机绕组连接,图2-15是时间继电器延时自动切换的延边形起动控制电路,（四）定子串电阻降压起动控制电路 如图2-9所示。,（五）软启动,由于传统的降压启动设备存在许多缺点，因此现在出现了电子控制的软启动器。图2-16所示为软启动器(Soft s

36、tarter)原理示意图。,图2-17 不同起动方法下的起动转矩和起动时的电机电压,二、制动控制电路,因为电动机的转动部分有惯性，所以把电源切断后，电动机还会继续转动一定时间而后停止。为了缩短辅助工时，提高生产机械的生产效率，并为了安全起见，往往要求电动机能够迅速停车和反转。这就需要对电动机制动。对电动机制动，也就是要求它的转矩与转子的转动方向相反。这时的转矩称为制动转矩。,（一）机械制动控制电路,1断电抱闸 如图2-18所示。 注意:本图中电磁抱闸装置应为断电抱闸型 2通电抱闸 如图2-19所示。,图2-18 机械制动控制电路,图2-19 通电抱闸制动控制电路,（二）反接制动控制电路,1单向

37、运行的反接制动控制电路 如图2-10所示。 2可逆运行的反接制动控制电路 如图2-20所示。 图2-21为具有限流电阻的反接制动控制电路。 图2-22所示为限流电阻在起动过程和制动过程中都起作用的反接制动控制电路。,图2-20 反接制动控制电路,图2-21具有限流电阻的反接制动控制电路,图2-22 限流电阻在起动和制动中都起作用的反接制动控制电路,（三）能耗制动控制电路,1按时间整定控制的能耗制动控制电路，如图2-23所示。 2按速度整定控制的能耗制动控制电路，如图2-24所示。,能耗制动的控制线路的设计思想是制动时在定子绕组中任意两相通入直流电流，形成固定磁场，它与旋转着的转子中的感应电流相

38、互作用，从而产生制动转矩。,图2-23 按时间整定控制的能耗制动控制电路,图2-24 按速度整定控制的能耗制动控制电路,第五节 三相异步电动机的调速电路,一、异步电动机调速原理 调速即速度调节，是指在电力拖动系统中人为地改变电动机的转速，以满足工作机械的不同转速要求。调速是通过改变电动机的参数或电源电压等方法来改变电动机的机械特性，从而改变它与负载机械特性的交点，使得电动机的稳定转速改变。,由三相异步电动机的转速公式可知，三相异步电动机的调速方法主要有变极对数调速、变转差率调速及变频调速三种。 其中变转差率的方法可通过调定子电压、改变转子电路中的电阻以及采用串级调速、电磁转差离合器调速等来实现

39、。改变转子电路电阻的调速方法只适用于绕线转子异步电动机。变频调速和串级调速比较复杂将在专门的课程中讲授。,双速电动机定子绕组端子编号,二、双速电动机控制电路,双速电动机调速控制电路,一般的三相异步电动机极对数是不能随意改变的，必须选用双速或多速电动机。变极对数仅适用于三相笼型异步电动机。,三、 电动机变频调速控制,只要连续改变f，就可以实现平滑调速。但变频调速时要注意变频与调压的配合。通常分基频(电源额定频率)以下调速和基频以上调速。,图2-27 U/f=常数的变频调速机械特性 图2-28 U=Us 变频调速机械特性曲线,第三章 电气控制系统的设计,第一节 设计的基本原则,1熟悉控制对象的总体

40、技术要求及工作过程，弄清对电气控制系统的技术要求。 2了解设备的现场工作条件、供电情况及测量仪表的种类等。 3通过技术经济分析，选择最佳传动方案和控制方案。 4设计出简单合理、工作可靠、维护方便的电器控制电路。 5保证使用的安全性。,一、设计的要求,二、设计步骤,1拟定电气设计任务书及技术条件。 2确定电气传动方案和控制方案。 3选择传动电动机。 4设计控制电路原理图。,5选择电器元件或装置，制定电器元件或装置易损坏件及备用件的清单。 6绘制电气控制系统位置图及接线图。 7设置操作台、电器柜及非标准电气元件。 8编写设计计算书和使用说明书，包括操作顺序说明、维修说明及调整方法等。,根据实际情况

41、，对上述步骤可作适当的调整。,三、控制方式的选择,控制方式,时间控制,速度控制,电流控制,行程控制,四、控制电路的电压或电流,1对于比较简单的控制电路： AC220V/380V,2对于比较复杂的控制电路 将控制电压降压： 110V/36V,3 对于操作比较频繁直流拖动的控制 电路：DC220V/110V,五、保护环节,短路保护 - 熔断器和低压断路器 过热保护 - 热继电器和低压断路器的热脱扣器 过流保护 - 过电流继电器和低压断路器的过电流脱扣器 零压、欠压保护 - 接触器或电磁式电压继电器 失磁保护 - 欠电流继电器,第二节 电气控制系统电路设计,经验设计法,（一）设计依据,电动机等用电设

42、备的起停由接触器主触点的闭合和断开来实现；接触器主触点的动作，由控制回路中该接触器的线圈通电和断电所决定；且满足组成控制电流基本规律的要求接触器线圈的通电和断电取决于所在回路中的动合触点和动断触点的动作情况；接触器线圈所在回路中的动合触点和动断触点的组合关系（串并联）及其动作情况由控制对象对控制过程的要求所决定，且满足组成控制电路基本规律的要求。,（二）基本步骤,1收集分析现有同类设备的电器控制电路，以便设计时的扬长避短。 2根据控制对象电器控制电路的要求，首先设计各个独立环节的控制电路，然后由各个环节之间的关系进一步拟定联锁控制电路及辅助电路的设计。,主电路设计主要考虑电动机的起动、正反转、

43、制动、点动及多速电动机的调速要求。 控制电路设计主要考虑如何满足电动机的各种运转功能以及控制对象的控制过程要求。 辅助电路设计主要考虑如何完善整个控制电路的设计，包括短路、过载、超程、零压、联锁、光电测试、信号及照明等等各种保护或辅助环节。,3全面检查所设计的控制电路，在条件允许的情况下，进行模拟试验，克服在工作过程中因误动作而产生的事故因素，逐步完善整个电器控制电路的设计。,（三）基本特点,1设计过程是逐步完善的过程，一般不易获得最佳设计方案。但经验设计法简单易行，使用很广。 2需反复修改草图，故会影响设计进度。 3需要一定的经验才能进行设计，在设计中往往会因考虑不周而影响电路的可靠性。 4

44、一般需要进行模拟试验。,（四）提高经验设计的电路可靠性的要点,1在满足功能要求的前提下尽量简化电路，减少触点，避免不必要的联锁动作现象。,（1）合并同类触点 如图3-1所示 （2）利用转换触点 如图3-2所示 （3）在直流电路中，利用半导体二极管的单向导电性来有效地减少触点数目，如图3-3所示。 （4）线路中应尽量减少多个电器元件依次动作后才能接通另一个电器元件，如图3-4所示。,（5）应考虑电器触点的接通和分断能力 （6）应考虑电器元件触点“竞争”问题，同一继电器的常开触点和常闭触点有“先断后合”型和“先合后断”型。如下图所示。,2要保证控制线路工作的安全和可靠性,（1）线圈的连接,（2）电

45、器触点的连接,3控制线路力求简单、经济,（1）尽量减少连接导线 将电器元件触点的位置合理安排，可减少导线根数和缩短导线的长度，以简化接线。如图3-8 （2）控制线路在工作时，除必要的电器元件必须长期通电外，其余电器应尽量不长期通电，以延长电器元件的使用寿命和节约电能。,4防止寄生电路,控制线路在工作中出现意外接通的电路叫寄生电路。,举例-钻削加工,1)自动循环 即刀架由位置1移动到位置2进行钻削加工后自动退回位置1，实现自动循环。 2)无进给切削 即钻头到达位置2时不再进给，但钻头继续旋转进行无进给切削以提高工件加工精度。 3)快速停车 停车时，要求快速停车以减少辅助工时。 图3-10,开始设

46、计,1设计主电路因要求刀架自动循环，故电动机实现正、反向运转，故采用两个接触器以改变电源相序。 2确定控制电路的基本部分，设置由起动、停止按钮、正反向接触器组成的控制电动机正反转的基本控制环节，以及必要的自锁环节和互锁环节， 图3-11所示基本控制线路,3设计控制电路的特殊部分,1)工艺要求刀架能自动循环 2)实现无进给切削 图3-12 3)快速停车 图3-13 4）设置必要的保护环节,图3-1 合并同类触点,图3-2 触点转换,图3-3 利用二极管有效地减少触点数目,图3-4 减少多个电器元件依次通电,图3-8 减少连接导线 a)不合理 b)合理,图3-10 刀架的自动循环示意图,图3-11

47、刀架前进、后退的控制线路,图3-12,图3-13 完整的钻削加工时刀架自动循环控制线路,第四章 空调与制冷系统的电气控制,空气调节是一门维持室内良好热环境的技术。 良好的热环境是指能满足实际需要的室内空气温度、相对湿度、流动速度、洁净度等。 空气调节（简称空调）系统的任务就是根据使用对象的具体要求，使上述参数部分或全部达到规定的指标。,一、概述,空调系统的分类,按空气处理设备的设置情况进行分类： 1）集中式系统 2）分散式系统（也称局部系统） 3）半集中式系统,二、分散式空调系统的电气控制实例,夏季运行 降温、减湿 冬季运行 升温、增湿,三、集中式空调系统的电气控制实例,1.集中式空调系统电气

48、控制特点 该系统能自动地调节温、湿度和自动地进行季节工况的自动转换，做到全年自动化。开机时，只需按一下风机启动按钮，整个空调系统就能自动投入正常运行（包括各设备之间的程序控制、调节和季节的转换）；停机时，只要按一下空调风机停止按钮，就可以按一定程序停机。,图4-16 波纹管温控器控制电路,2. 集中式空调系统的电气控制,（1）风机、水泵电机的控制 空调系统的电气控制电路图见图4-20，运行前，进行必要的检查后，合上电源开关QS，并将其它选择开关置于自动位置。,图4-20,（2）温度自动调节及季节自动转换 温度自动调节及季节自动转换电路见图4-21。,（3）湿度控制环节及季节的自动转换,空调工程

49、所用的冷源可分为天然冷源和人工冷源两种。人工制冷的方法有许多种，目前广泛使用的是利用液体在低压下汽化时要吸收热量这一特性来制冷的。属于这一类的制冷装置有：压缩式制冷、溴化锂吸收式制冷和蒸汽喷射制冷等。,四、 制冷系统的电气控制实例,1. 压缩式制冷的基本原理,2. 螺杆式冷水机组的电气控制,第五章 水泵与锅炉设备的电气控制,第一节 生活水泵的控制,根据要求不同，可通过水位或压力来控制 。,一、水位控制 水位控制一般用于 1）高位水箱给水 2）污水池排水,水位信号 电信号的设备称为水（液）位控制器（传感器），,常用的水位控制器有： 干簧管开关式 浮球（磁性开关,水银开关,微动开关）式 电极式 电

50、接点压力表式,干簧管原理结构图,1.舌簧片 2.玻璃管 3.舌簧片,干簧管水位控制器的安装和接线图,二、水泵的电气控制,1）单台泵控制方案； 2）两台泵互为备用、备用泵手动投入的控制方案； 3）两台泵互为备用，备用泵自动投入的控制方案； 4）较大的泵又有降压启动，两台泵降压启动的备用泵手动投入和备用泵自动投入的控制方案等。,图5-4 两台泵互为备用，备用泵自动投入控制电路图,三、 其它水位控制器,1）浮球磁性开关液位控制器（图5-5、6、7） 2）电极式水位控制器（图5-8 ） 3）压力式水位控制器（图5-9 、10） 4）电阻式水位传示仪（图5-11 、12）,第二节 消防水泵的控制,人工灭

51、火常用的是室内消火栓,两者仅是启动信号不同。,自动喷水灭火,图5-13 消火栓水泵电气控制电路图,图5-14 湿式自动喷水灭火系统示意图,图5-15湿式自动喷水灭火系统电路图,第三节 防、排烟设备的控制,发生火灾时产生的烟气主要成分为一氧化碳，人在这种气体的窒息作用下，死亡率很高，约占50%70%。烟气也遮挡人的视线，使人们在疏散时难以辨别方向,尤其是高层建筑，因其自身的“烟囱效应”，使烟上升速率极快，如不及时排除，很快会垂直扩散到各处。,因此，当发生火灾时，应立即使防、排烟设备投入工作，排烟设备需要快速打开，将火灾烟气迅速的排向室外，防烟设备需要快速关闭，防止烟气窜入楼梯间及其它区域。,防、

52、排烟设备的种类由建筑或建筑环境专业确定，一般有自然排烟、机械排烟、自然与机械排烟并用或机械加压送风排烟等方式。一般应根据建筑环境专业的工艺要求进行电气控制设计。防排烟系统的电气控制视所确定的防排烟设施，由以下不同要求与内容组成：,（1）消防中心控制室能显示各种电动防排烟设施的状态情况，并能进行联动遥控和就地手控。,（2）根据火灾情况，打开有关排烟道上的排烟口，启动排烟风机（有正压送风机时应同时启动）和降下有关防火卷帘门和防烟垂壁，打开安全出口的电动门。与此同时，关闭有关的防烟阀门及防火口，停止有关防烟区域内的空调系统。,（3）在排烟口、防火卷帘门、防烟垂壁、电动安全出口等执行机构处布置火灾探测

53、器，通常为一个探测器联动一个执行机构，但大的厅室也可以几个探测器联动一组同类机构。,（4）设有正压送风的系统应打开送风口，启动送风机。 防排烟设施一般要有三种驱动方式：手动，即由人来操纵。自身动作，其设备本身装有易熔合金，当火灾发生时产生的高温使其熔化，利用阀门的自重而动作。电动，由消防控制中心或本地的火灾探测器通过控制模块发出的动作信号（接通电源），由电磁铁或电动执行机构驱动，使其动作。各防、排烟设施动作后，通过本身微动开关的常开触点闭合而发出动作信号。,防火卷帘门设置于建筑物中防火分区通道口处，当火灾发生时可根据消防控制室、探测器的指令或就地手动操作，使卷帘门下降至一定高度，以达到人员紧急

54、疏散、灾区隔火、隔烟、控制火灾蔓延的目的。,图-5-23 防火卷帘门的电气控制电路,第四节 锅炉的电气控制,图5-25 单冲量给水调节原理图,图5-26 双冲量给水调节原理,图5-27 三冲量给水调节原理,图5-28 过热蒸汽温度调节原理,图5-29 过剩空气损失和不完全燃烧损失,图5-31锅炉仪表控制方框图,图5-32 双冲量给水调节系统方框图,图5-33 差压式流量计,图5-34 弹簧管电阻式压力变送器 图5-35 差压式水位平衡器,第六章 电梯的电气控制,概 述,一、电梯产品的隶属关系 电梯、手扶梯、自动人行道等都属于起重运输设备。,电梯-垂直方向上运行 手扶梯-斜面上运行 自动人行道-

55、水平面上运行,运输设备,电梯的定义：,是把任何货物从一个水平面提升到另一个平面上的起重运输设备。,二、电梯产品的发展简史,公元前2800年在古代埃及为了建筑当时的金字塔曾使用过由人力驱动的升降机械。 公元1765年，瓦特发明了蒸汽机之后，1858年美国研制初以蒸汽为动力，并通过皮带传动和蜗轮减速装置驱动的电梯。,1878年英国的阿姆斯特朗发明了水压梯。并随着水压梯的发展淘汰了蒸汽梯。后来又出现了采用液压泵和控制阀以及直接柱塞式和侧柱塞式结构的液压梯，这种液压梯至今仍为人们所采用。 但是，电梯得以兴盛发展的根本原因在于采用了电力作为动力来源。,18世纪末发明了电机，并随着电机技术的发展，19世纪

56、初开始使用交流异步单速和双速电动机做动力的交流电梯，特别是交流双速电动机的出现， 显著改善了电梯的工作性能。 由于这种电梯的制造和维修成本低廉，因此， 在速度为1.0m/s一下的电梯品种中，仍广泛采用这类交流双速电机驱动的电梯。,在20世纪初，美国奥的斯电梯公司首先使用直流电动机作为动力，生产出以槽轮式驱动的直流电梯，从而为今天的高速度、高行程电梯的发展奠定了基础。 20世纪30年代美国纽约市的102层摩天大楼建成，美国奥的斯（OTIS）电梯公司为这座大楼制造和安装了74台速度为6.0m/s的电梯。从此以后，电梯这个产品， 一直在日新月异的发展着。,目前的电梯产品，不但规格品种多，自动化程度高

57、，而且安全可靠，乘坐舒适。近几年来，随着电子工业的发展，微处理机和电子计算机已成功的应用到电梯的电气控制系统中去，采用无触点元件的电梯电气控制系统已开始批量生产。电梯的运行速度已高达10m/s以上。,我国电梯的使用历史悠久。从1908年在上海汇中饭店等一些高层建筑里安装了第一批进口电梯起，到新中国成立以前的1949年，全国各大城市中安装使用的电梯已有数百台，上海和天津等地也相继建立了几家电梯修配厂，从事电梯的安装和维修业务。,新中国成立以后，先后在上海、天津、沈阳、西安、北京、广州等地建立了电梯建造厂，使我国的电梯工业从无到有，从安装维修到制造，从小到大的发展起来。 我国从20世纪50年代就开

58、始批量生产电梯，用我们自己生产的电梯产品装备了人民大会堂、北京饭店等政府机关和国家宾馆。,二十世纪60年代开始批量生产手扶梯和自动人行道，用我们自己生产的手扶梯装备了北京地铁车站，用我们自己生产的自动人行道装备了北京首都机场。 随着我国对外开放，对内搞活经济的政策深入贯彻执行，随着技术引进工作的进一步开展， 我国的电梯工业又取得巨大发展。产量连续多年成倍增长，产品质量和、整机性能明显提高。,为了进一步推动电梯工业的发展，我国又新颁布了一批具有国际水平的电梯制造标准，各制造厂家已开始用新的标准去更新、设计电梯产品的主要零部件，电梯工业蓬勃发展的局面已经形成。,三、电梯的运行工作情况,电梯在做垂直运行的过程中，有起点站也有终点站。对于三层以上建筑物内的电梯，起点站和终点站之间还设有停靠站。起点站设在一楼，终点站设在最高楼，设在一楼的起点站常被作为基站。起点站和终点站称两端站，两端站之间的停靠