电气自动控制技术

1、第4章 电气自动控制技术,4.1 低压电器 4.2 三相异步电动机基本控制电路 4.3 三相异步电动机常用控制系统,4.1 低压电器,用来对电能的产生、输送、分配与应用起开关、控制、保护与调节作用的电工设备称为电器。低压电器通常指工作在交流电压1200v及以下电路中的电气设备。习惯上3kv以上电路的电器统称为高压电器。,按作用分类 a)控制电器 这类电器，主要用于电力传动系统中。有启动器、接触器、控制继电器、控制器、主令电器、电阻器、变阻器、电压调整器及电磁铁等。 b)配电电器 这类电器，主要用于低压配电系统和动力设备中，有刀开关和转换开关、熔断器、断路器等。,根据低压电器它电气线路中所处的地

2、位和作用，通常按三种方式分类：,4.1 低压电器,按动作方式分类 a)手控电器 这类电器是指依靠人力直接操作来进行切换等动作的电器，如刀开关、负荷开关、按钮、转换开关等。 b)自控电器 这类电器是指按本身参数(如电流、电压、时间、速度等)的变化或外来信号而自动进行工作的电器，如各种形式的接触器、继电器等。 按有、无触点分类 a)有触点电器 前述各种电器都是有触点的，由有触点的电器组成的控制电路又称为继电接触控制电路。 b)无触点电器 用晶体管或晶闸管做成的无触点开关、无触点逻辑元件等属于无触点电器。,4.1.1 刀开关和熔断器,1. 刀开关,绝缘板,刀片,刀夹座,刀开关主要作为隔离开关使用，合

3、闸时先合上闸刀开关，再合上控制负载；断电时次序相反。但不能用它切断负载。,刀开关结构,刀开关符号,2. 熔断器,熔断器又称保险丝，是一种简便有效的短路保护电器，串联在保护电路中。熔体一般是熔点较低的铅锡合金丝或片，也可由铜丝构成。,有填料封闭管式 刀形触头熔断器,螺旋式熔断器,保险丝熔断器,熔断器符号,2. 熔断器,熔断器熔体熔断所需时间与通入电流的大小有关，称为熔断器的保护特性（或安秒特性）。,熔断器额定电流值的选择,(1) 对于不出现启动电流的负载， 如电灯、电炉等电阻性负载，熔体额定电流in可等于或稍大于负载的额定电流il。,(2) 空载启动的电动机,熔断器的保护特性,2. 熔断器,熔断

4、器额定电流值的选择,(3) 频繁启动或带载启动的电机,(4) 几台电机合用的熔体,in(1.52.5)*in容量最大的电动机+ in其余电动机,4.1.2 自动空气断路器,可实现短路、过载、失压保护。,锁钩,主触点 手动闭合,衔铁释放,自动空气断路器原理图,连杆装置,释放弹簧,m 3,弹簧,弹簧,4.1.3 主令电器,1.按钮,主令电器是用于闭合、断开控制线路的电器设备，用于发布指令或用于程序控制。,按钮帽,复位弹簧,常闭触头,常闭按钮 (停止按钮),常开按钮 (启动按钮),复合按钮,外形图,结构,符号,常开触头,4.1.3 主令电器,2.行程开关,结构示意图,行程开关主要将机械位移变成电信号

5、。可用于自动切换、限位保护、行程控制等。,4.1.3 主令电器,3.组合开关,组合开关外形 接线图 符号,4.1.4 接触器,1.接触器的结构与工作原理,用于频繁地接通和断开交、直流电路及大容量控制电路的开关电器。,线圈,辅助触点,铁心,衔铁,电源,主触点,常闭,常开,弹簧,4.1.4 接触器,1.接触器的结构与工作原理,符号,用于主电路 流过的大电流 (需加灭弧装置),用于控制电路流过的小电流 (无需加灭弧装置),属于同一器件的线圈和触点用相同的文字表示,2.接触器的主要技术参数,4.1.4 接触器,额定工作电压、电流 动作值 额定工作制 操作频率 接通和分断能力 机械寿命和电寿命,交直流主

6、电路用控制电器接通与分断能力分类,4.1.5 控制继电器,继电器和接触器的结构和工作原理大致相同。 主要区别： 接触器的主触点可以通过大电流； 继电器的体积和触点容量小，触点数目多，且只能通过小电流。所以，继电器一般用于控制电路中。,1. 电压继电器及中间继电器,当作用于吸引线圈的电压值达到规定值时才动作。 电压继电器：主要作为欠压、失压保护。 中间继电器：触头数目较多，用于传递信号和同时控制多个电路，也可直接控制小容量电动机或其他电气执行元件。,继电器按动作原理分类如下：,2.电流继电器,电流继电器当作用于吸引线圈的电流值达到规定值时才动作。可用于过载或过载保护。,3.时间继电器,时间继电器

7、自吸引线圈得到控制信号至触头动作之间有一段延时。用于以时间为函数的电动机启动过程控制。,4.热继电器,通过受热元件产生的机械形变推动机构动作开闭触头。用于过载保护。,继电器按动作原理分类如下：,4.2 三相异步电动机基本控制电路,4.2.1 三相异步电动机直接启动控制电路,4.2.1 三相异步电动机直接启动控制电路,(a)结构图,fu2,4.2.1 三相异步电动机直接启动控制电路,fu1,km,qs,n c b a,工作原理,fu2,启动,合上开关qs,km辅助触点闭合自锁。,按下启动按钮sb2 ,km线圈通电，,利用自身辅助触点，维持线圈通电的作用称自锁,n c b a,4.2.1 三相异步

8、电动机直接启动控制电路,工作原理,停止,fu1,km,qs,fu2,在电工技术中所绘制的控制线路图为原理图，它不考虑电器的结构和实际位置，突出的是电气原理。,电器自动控制原理图的绘制原则及读图方法：,1. 按国家规定的电工图形符号和文字符号画图。 2. 控制线路由主电路(被控制负载所在电路) 和控制电路 (控制主电路状态)组成。 3. 属同一电器元件的不同部分(如接触器的线圈和触点)按其功能和所接电路的不同分别画在不同的电路中，但必须标注相同的文字符号。 4. 所有电器的图形符号均按无电压、无外力作用下的正常状态画出，即按通电前的状态绘制。 5. 与电路无关的部件(如铁心、支架、弹簧等) 在控

9、制电路中不画出。,4.2.1 三相异步电动机直接启动控制电路,分析和设计控制电路时应注意以下几点：,（1）使控制电路简单，电器元件少，而且工作又要准确可靠;,（2）尽可能避免多个电器元件依次动作才能接通另一个电器的控制电路;,（3）必须保证每个线圈的额定电压，不能将两个线圈串联。,4.2.1 三相异步电动机直接启动控制电路,主电路,(1) 电路原理图,控制电路,4.2.1 三相异步电动机直接启动控制电路,(2) 控制原理,4.2.1 三相异步电动机直接启动控制电路,合上开关q,启动,km辅助触点闭合自锁。,按下起动按钮sb2 , km线圈通电，,转动,4.2.2 继电器控制电路的逻辑函数式,分

10、析继电器控制电路的工作时，可以通过了解继电器、接触器线圈的通、断电规律进行判断。,1.基本逻辑关系式,1）与逻辑及其表达式 与逻辑是指决定事件的各个条件全部具备后，事件才发生。,km=sb1 sb2,2）或逻辑及其表达式 或逻辑是指决定事件的各个条件中有一个或一个以上具备后，事件才发生。,km=sb1 + sb2,3）非逻辑及其表达式 或逻辑是指决定事件的条件出现时，事件不发生，条件不发生时，事件发生。,4.2.2 继电器控制电路的逻辑函数式,1.基本逻辑关系式,2）或逻辑及其表达式,电器sb触头不动作时，线圈通电，说明该触头是常闭触头。,4.2.2 继电器控制电路的逻辑函数式,2.继电器控制

11、电路的逻辑函数表示式,三相异步电动机直接启动控制原理图,4.2.2 继电器控制电路的逻辑函数式,2.继电器控制电路的逻辑函数表示式,实现启动保持停止控制关系的方法不是唯一的。,停止优先,启动优先,4.2.3 热继电器及电动机过载保护,1.热继电器的机构与工作原理,工作原理： 发热元件接入电机主电路，若长时间过载，双金属片被加热。因双金属片的下层膨胀系数大，使其向上弯曲，杠杆被弹簧拉回，常闭触点断开。,热继电器的结构和符号,4.2.3 热继电器及电动机过载保护,2.电动机用热继电器做过载保护的原理电路图,4.3 三相异步电动机常用控制系统,1.三相异步电动机正反转控制,将电动机接到电源的任意两根

12、线对调一下， 即可使电动机反转。,需要用两个接触器来实现这一要求。 当正转接触器工作时，电动机正转； 当反转接触器工作时，将电动机接到电源的任意两根连线对调一下，电动机反转。,4.3.1 正反转控制,在改变电机方向时，必须先停车，再开转向按钮。sbf和sbr决不允许同时按下，否则造成电源两相短路。,正转主触点,kmf,kmr,fr,kmf,fu,.,qs,正转接触器,正转按钮,反转接触器,反转按钮,反转主触点,1.三相异步电动机正反转控制,2.联锁控制,fu,kmr,kmf,kmf,kmr,fr,qs,kmf,联锁(互锁),联锁(互锁),在同一时间内，两个接触器只允许一个通电工作的控制作用，称

13、为“联锁”。,利用接触器的触点实现联锁控制称电气联锁。,sbr,kmr,kmr,fu,kmr,kmf,kmf,.,kmr,qs,kmf,这种依靠机械机构保证两个接触器不能同时通电的方法称为机械联锁（互锁）,同时采用了机械 连锁和电器联锁,2.联锁控制,缺点：改变转向时必须先按停止按钮,4.3.2 行程控制,1.限位控制,限位控制就是当生产机械运动部件到位后，通过行程开关将机械位移变为电信号，通过控制电路使运动部件停止运行。,2.往复运动控制,2.往复运动控制,4.3.3 时间控制,1.时间继电器,空气式时间继电器结构,时间继电器符号,通电延时 动作触头,断电延时 动作触头,线圈,4.3.3 时间控制,1.时间继电器,阻容式时间继电器原理框图,2.时间控制线路举例,1）三相异步电动机y启动自动控制,km1接通电源 km2绕组y 联接 km3绕组联接,电源控制,y转换 时间控制,y联接,联接,2.时间控制线路举例,1）三相异步电动机y启动自动控制,启动过程：,按sb2,km1、kt、km2通电,km3断电,电动机y联接启动,通电,通电,通电,电源控制,y转换 时间控制,y联接,联接,通电延 时断开,通电延 时闭合,经预定延 时时间,kt的延时常开触头闭合、 常闭触头断开,km2断电,km3通电,电动机 联接运行,断电,通电,2.时间控制线路举例,