電工電子學(xué)_電氣自動控制

1、電工電子學(xué) 1 為了使電動機按照生產(chǎn)機械的要求運轉(zhuǎn)，必須用一定的控制電 器組成控制電路，對電動機進行控制。目前國內(nèi)外普遍采用由接觸器、 繼電器、按鈕開關(guān)等有觸點電器組成的控制電路，稱為繼電接觸器控 制。如果再配合其它無觸點控制電器、控制電機、電子電路以及計算 機化的可編程序控制器等，則可構(gòu)成生產(chǎn)機械的現(xiàn)代化自動控制系統(tǒng)。 本章主要討論三相異步電動機的繼電接觸控制電路。 2 7.1 常用低壓控制電器 低壓控制電器種類繁多，按動作性質(zhì)可分為手動電器和自動電器兩類。 手動電器必須由人工操縱，如閘刀開關(guān)、組合開關(guān)、按鈕等。自動電 器是隨某些電信號（如電壓、電流等）或某些物理量的變化而自動動 作的，如繼

2、電器、接觸器、行程開關(guān)等?？刂齐娖鬟€有實現(xiàn)保護功能 的保護電器，如熔斷器、熱繼電器等。 7.1.1 閘刀開關(guān) 閘刀開關(guān)由刀座、手柄、觸刀、瓷底（絕緣底板）組成。在低壓電路 中，用于不頻繁接通和分斷電路，或用來將電路與電源隔離，因此閘 刀開關(guān)又稱為“隔離開關(guān)”。按極數(shù)不同閘刀開關(guān)分為單極（單刀）、 雙極（雙刀）和三極 （三刀）三種，每種又有單投和雙投之別。它 的結(jié)構(gòu)和電路圖中的符號如圖7.1.1所示。 3 （a）結(jié)構(gòu)圖 （b）圖形符號 圖7.1.1 閘刀開關(guān) 4 7.1.2 組合開關(guān) 組合開關(guān)又稱轉(zhuǎn)換開關(guān)，是一種多觸點、多位置式可以控制多 個回路的控制電器，圖7.1.2（a）是一種組合開關(guān)的結(jié)構(gòu)

3、示意圖。 它有多對靜觸片分別裝在各層絕緣墊板上，靜觸片與外部的連接是通 過接線端子實現(xiàn)的。各層的動觸片套在裝有手柄的絕緣轉(zhuǎn)動軸上，而 且不同層的動觸片可以互相錯開任意一個角度。轉(zhuǎn)動手柄時，各動觸 片均轉(zhuǎn)過相同的角度，一些動、靜觸片相互接通，另一些動、靜觸片 斷開。根據(jù)實際需要，組合開關(guān)的動、靜觸片的個數(shù)可以隨意組合。 常用的有單極、雙極、三極、四極等多種。 5 （a）結(jié)構(gòu)圖 （b）用組合開關(guān)起停電動機接線圖 圖7.1.2 組合開關(guān) 6 7.1.3 按鈕開關(guān) 按鈕開關(guān)簡稱“按鈕”。按鈕通常用來接通或斷開控制電路，從而 控制電動機或其他電氣設(shè)備的運行。按鈕的結(jié)構(gòu)如圖7.1.3所示，它 由按鈕帽、動

4、觸點、靜觸點和復(fù)位彈簧等構(gòu)成。按鈕按下前的狀態(tài)稱 為常態(tài)，此時上面的靜觸點與動觸點是接通的，這對觸點稱為動斷觸 點（常閉觸點)，而下面的靜觸點與動觸點則是斷開的，這對觸點稱 為動合觸點（常開觸點）。當(dāng)按下按鈕帽時，上面的動斷觸點斷開， 而下面的動合觸點接通，當(dāng)松開按鈕帽時，動觸點在復(fù)位彈簧的作用 下復(fù)位，使動斷觸點和動合觸點都恢復(fù)原來的狀態(tài)。 7 （a）按鈕剖面圖 （b）復(fù)合按鈕 （c）符號 圖7.1.3 復(fù)合按鈕 8 7.1.4 自動空氣斷路器 自動空氣斷路器也稱空氣開關(guān)或自動開關(guān)，是常用的一種低壓保護電 器，可實現(xiàn)短路、過載和失壓（欠壓）保護。它的結(jié)構(gòu)形式很多，圖 7.1.5是自動開關(guān)的原

5、理圖。 圖7.1.5 自動空氣斷路器的原理圖 9 7.1.5 熔斷器 熔斷器中的熔體俗稱保險絲或熔絲，一般為電阻率較高且熔點較低的 合金制成，例如鉛錫合金等，或用截面積很小的良導(dǎo)體制成，例如銅、 銀等。它串接在被保護的電路中，當(dāng)電路發(fā)生短路時，過大的短路電 流使熔絲熔斷，從而切斷電源，達到保護線路和電氣設(shè)備的目的。熔 斷器是電路中最常用最有效的短路保護電器。常用的熔斷器有管式、 嵌入式和螺旋式三種，如圖7.1.6所示。 10 （a）管式熔斷器 （b）嵌入式熔斷器 （c）螺旋式熔斷器 （d）符號 圖7.1.6 常用熔斷器及符號 7.1.6 交流接觸器 接觸器是一種利用電磁力操作的電磁開關(guān)。依靠電

6、磁力它可以帶動觸 點直接接通或斷開電動機（或其他電氣設(shè)備）主電路。電磁鐵勵磁電 流為交流的接觸器稱為交流接觸器。交流接觸器的結(jié)構(gòu)和符號如圖 7.1.7所示。 11 （a）結(jié)構(gòu)圖 （b）符號 圖7.1.7 交流接觸器 7.1.7 繼電器 繼電器是用于控制電路和保護電路的電器，它主要用來傳遞信 號、并不直接去操縱主電路。繼電器類型很多，工作原理也不相同， 但都是在某種物理星如電壓、電流、溫度、壓力、速度及行程等的作 用下而動作的，當(dāng)這些物理量達到某一預(yù)定數(shù)值時，繼電器就開始工 作，帶動觸點接通或切斷控制電路，從而實現(xiàn)對主電路的控制和保護。 12 1中間繼電器 中間繼電器是利用電磁鐵的動作原理制成的

7、電磁繼電器，其結(jié) 構(gòu)結(jié)構(gòu)與交流接觸器基本相同，只是其電磁機構(gòu)尺寸較小、結(jié)構(gòu)緊湊、 觸點數(shù)量較多。由于中間繼電器的觸頭容量小，所以在電路通常用來 傳遞信號，把信號同時傳給多個有關(guān)控制元件或輔助電路，也可直接 用來按制小容量電動機或其他電氣執(zhí)行元件。而接觸器主要用來接通 和斷開主電路。中間繼電器觸點的額定電流比較小，一般不超過5A。 在選用時，主要是考慮電壓等級和常開及常閉觸點的數(shù)量。中間繼電 器符號如圖7.1.8所示。 13 KA 線圈 常開觸頭 KA 常閉觸頭 KA 圖7.1.8 中間繼電器符號 2熱繼電器 熱繼電器主要用來對電器設(shè)備進行過載保護，使之免受長期過載電流 的危害。圖7.1.9是熱

8、繼電器的原理圖和符號。 （a）原理圖 （b）符號 圖7.1.9 熱繼電器 14 發(fā)熱元件 FR 動斷 觸點 F R 3時間繼電器 時間繼電器是一種從得到輸入信號（線圈通電或斷電）起，經(jīng) 過一段時間延時后才動作的繼電器。時間繼電器具有延時作用，適用 于定時控制，可用于按照所需時間間隔來接通、斷開或換接被控制電 路。時間繼電器按觸點延時動作的不同，可分為通電延時型和斷電延 時型兩種類型。按延時機構(gòu)的不同，時間繼電器分為電磁式、空氣阻 尼式、電動機式、電子式等類型。圖7.1.10是通電延時的空氣阻尼 式時間繼電器結(jié)構(gòu)示意圖。 15 16 圖7.1.10 通電延時的空氣阻尼式時間繼電器結(jié)構(gòu)圖 7.1.

9、8 行程開關(guān) 控制某些機械的行程和位置時，利用行程開關(guān)進行控制。行程 開關(guān)又稱限位開關(guān)，它是利用機械部件的位移來切換電路的自動電器， 它的結(jié)構(gòu)和工作原理都與按鈕相似，只是按鈕用手按，而行程開關(guān)則 是用運動部件上的撞塊（或擋板）來撞壓的。當(dāng)撞塊壓著行程開關(guān)時， 就像按下按鈕一樣，使其動斷觸點斷開，動合觸點閉合，而當(dāng)撞塊離 開時，就如同手松開了按鈕，靠彈簧作用使觸點復(fù)位。圖7.1.12是 行程開關(guān)的結(jié)構(gòu)圖和符號。常用的行程開關(guān)有撞 塊式（也稱直線式） 和滾輪式。滾輪式又分為單滾輪式和雙滾輪式，其中雙滾輪式行程開 關(guān)無復(fù)位彈簧，不能自動復(fù)位，它需要兩個方向的撞塊來回撞壓，才 能復(fù)位。 17 18 （

10、a）結(jié)構(gòu)圖 （b）符號 圖7.1.12 行程開關(guān) 常閉觸點 常開觸點 ST ST ST 7.2 三相異步電動機常用的繼電接觸控制電路 任何復(fù)雜的控制電路都是由一些基本的控制電路組成的。 7.2.1直接起動停止控制電路 圖7.2.1是三相異步電動機的直接起動-停止的控制電路。由閘刀開關(guān) Q、熔斷器FU、接觸器KM、熱繼電器FR、籠型電動機M組成了主電 路。由按鈕、接觸器線圈KM，熱繼電器常閉輔助觸點組成控制電路， 接在1、2兩點之間，用于控制電動機的運行。SBstP是一個按鈕的常 閉觸點，SBst是另一個按鈕的常開觸點。接觸器的線圈和輔助常開觸 點均用KM表示。FR是熱繼電器的常閉觸點。 19

11、20 FR SB1 SB2 KM FR M 3 圖7.2.1 電動機直接啟停控制電路 KM Q Q 1 2 KM FU 1工作原理 先將閘刀開關(guān)Q閉合，按下起動按鈕SB2，控制電路中的接觸器 線圈KM通電，主觸點KM閉合，電動機接通電源運轉(zhuǎn)，與此同時并聯(lián) 在起動按鈕SB2上的常開觸點KM閉合，這樣即使松開按鈕SB2，接觸 器線圈仍然通電，從而保持電動機持續(xù)運轉(zhuǎn)。這種依靠接觸器自身輔 助常開觸點使線圈保持通電的作用稱為“自鎖”，與SB2并聯(lián)的起自鎖 作用的輔助觸點KM稱作自鎖觸點。 21 2保護措施 為確保電動機正常運行，三相異步電動機起動-停止控制電路還具有 短路保護、過載保護和欠壓保護等功能

12、。 22 7.2.2 三相異步電動機正、反轉(zhuǎn)控制電路 在生產(chǎn)過程中，許多生產(chǎn)設(shè)備要求能夠?qū)崿F(xiàn)可逆運行，例如機床的進 刀退刀、卷揚機提升設(shè)備、電動閘門等，都要求電動機能正、反轉(zhuǎn)。 圖7.2.2就是實現(xiàn)這種控制的電路。在圖7.2.2中，當(dāng)正轉(zhuǎn)接觸器 KMF工作時，電動機正轉(zhuǎn)；當(dāng)反轉(zhuǎn)接觸器KMR工作時，由于調(diào)換了兩 根電源線，所以電動機反轉(zhuǎn)。 23 24 KMF M 3 KMR Q FR 圖7.2.2 兩個接觸器實現(xiàn)電動機的正反轉(zhuǎn) 7.2.3 順序控制 在生產(chǎn)過程中經(jīng)常要求幾臺電動機配合工作，其起、停等動作 常常有順序上和時間上的約束。 圖7.2.4是兩臺異步電動機M1和M2的順序聯(lián)鎖控制電路，該電

13、 路可實現(xiàn)Ml先起動后M2才能起動，M2停車后M1才能停車的控制要求。 圖7.2.4（a）是兩臺電動機主電路，圖7.2.4（b）和（c）是實現(xiàn)控 制要求的兩種連接電路。下面以圖7.2.4（b）為例說明電路的控制 過程。 25 26 圖7.2.4 兩臺電動機聯(lián)鎖控制 （b）控制電路 KM1 KM2 SB4 SB3 SB2 KM1 KM2 FR2 FR1 KM2 KM1 SB1 （c）控制電路 SB1 SB3 SB4 SB2 KM2 FR1 FR2 KM1 KM1 KM2 KM2 （a）主電路 Q Q KM1 M1 3 KM2 FR2 3 FR1 M2 3 FU1 FU2 7.2.4 時間控制 在

14、自動化生產(chǎn)線中，常要求按一定的時間間隔啟動或關(guān)停某些 設(shè)備。根據(jù)延時的要求，對電動機按一定時間間隔進行控制的方式叫 做時間控制。利用時間繼電器可以實現(xiàn)時間控制。圖7.2.5是兩臺電 動機按時間先后起動的控制電路。 27 28 圖7.2.5 兩臺電動機先后起動控制電路 （b）控制電路 SB1SB2 KM1 KM2 KM 1 FR1 KT FR2 KT （a）主電路 Q Q KM1 M1 3 KM2 FR2 3 FR1 M2 3 FU1 FU2 7.2.5 行程控制 在生產(chǎn)過程中，若需要控制某些機械的行程和位置時，可以利 用行程開關(guān)來實現(xiàn)。圖7-19所示的是用行程開關(guān)控制機床工作臺作 往復(fù)運動的示意圖和控制電路。 29 圖7.2.7 行程控制電路 STa STb 終點 前進 原位 后退 （a）示意圖 STaSTb AA M （b）控制電路 KMF SBF SBR KMF KMR FR STb STb STa KMF KMR SB1 KMR u圖