電工電子學(xué)_07電氣自動(dòng)控制

1、電工電子學(xué)1 為了使電動(dòng)機(jī)按照生產(chǎn)機(jī)械的要求運(yùn)轉(zhuǎn)，必須用一定的控制電器組成控制電路，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。目前國(guó)內(nèi)外普遍采用由接觸器、繼電器、按鈕開(kāi)關(guān)等有觸點(diǎn)電器組成的控制電路，稱(chēng)為繼電接觸器控制。如果再配合其它無(wú)觸點(diǎn)控制電器、控制電機(jī)、電子電路以及計(jì)算機(jī)化的可編程序控制器等，則可構(gòu)成生產(chǎn)機(jī)械的現(xiàn)代化自動(dòng)控制系統(tǒng)。本章主要討論三相異步電動(dòng)機(jī)的繼電接觸控制電路。27.1 常用低壓控制電器 低壓控制電器種類(lèi)繁多，按動(dòng)作性質(zhì)可分為手動(dòng)電器和自動(dòng)電器兩類(lèi)。手動(dòng)電器必須由人工操縱，如閘刀開(kāi)關(guān)、組合開(kāi)關(guān)、按鈕等。自動(dòng)電器是隨某些電信號(hào)（如電壓、電流等）或某些物理量的變化而自動(dòng)動(dòng)作的，如繼電器、接觸器、行程開(kāi)關(guān)

2、等?？刂齐娖鬟€有實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能的保護(hù)電器，如熔斷器、熱繼電器等。7.1.1 閘刀開(kāi)關(guān)閘刀開(kāi)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?jǐn)嚯娐罚蛴脕?lái)將電路與電源隔離，因此閘刀開(kāi)關(guān)又稱(chēng)為“隔離開(kāi)關(guān)”。按極數(shù)不同閘刀開(kāi)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(hào)如圖7.1.1所示。3 （a）結(jié)構(gòu)圖 （b）圖形符號(hào) 圖7.1.1 閘刀開(kāi)關(guān)4 7.1.2 組合開(kāi)關(guān) 組合開(kāi)關(guān)又稱(chēng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，是一種多觸點(diǎn)、多位置式可以控制多個(gè)回路的控制電器，圖7.1.2（a）是一種組合開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。它有多對(duì)靜觸片分別裝在各層絕緣墊板

3、上，靜觸片與外部的連接是通過(guò)接線(xiàn)端子實(shí)現(xiàn)的。各層的動(dòng)觸片套在裝有手柄的絕緣轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，而且不同層的動(dòng)觸片可以互相錯(cuò)開(kāi)任意一個(gè)角度。轉(zhuǎn)動(dòng)手柄時(shí)，各動(dòng)觸片均轉(zhuǎn)過(guò)相同的角度，一些動(dòng)、靜觸片相互接通，另一些動(dòng)、靜觸片斷開(kāi)。根據(jù)實(shí)際需要，組合開(kāi)關(guān)的動(dòng)、靜觸片的個(gè)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(kāi)關(guān)起停電動(dòng)機(jī)接線(xiàn)圖 圖7.1.2 組合開(kāi)關(guān)6 7.1.3 按鈕開(kāi)關(guān) 按鈕開(kāi)關(guān)簡(jiǎn)稱(chēng)“按鈕”。按鈕通常用來(lái)接通或斷開(kāi)控制電路，從而控制電動(dòng)機(jī)或其他電氣設(shè)備的運(yùn)行。按鈕的結(jié)構(gòu)如圖7.1.3所示，它由按鈕帽、動(dòng)觸點(diǎn)、靜觸點(diǎn)和復(fù)位彈簧等構(gòu)成。按鈕按下前的狀態(tài)稱(chēng)為常態(tài)，此時(shí)上面

4、的靜觸點(diǎn)與動(dòng)觸點(diǎn)是接通的，這對(duì)觸點(diǎn)稱(chēng)為動(dòng)斷觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn))，而下面的靜觸點(diǎn)與動(dòng)觸點(diǎn)則是斷開(kāi)的，這對(duì)觸點(diǎn)稱(chēng)為動(dòng)合觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）。當(dāng)按下按鈕帽時(shí)，上面的動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，而下面的動(dòng)合觸點(diǎn)接通，當(dāng)松開(kāi)按鈕帽時(shí)，動(dòng)觸點(diǎn)在復(fù)位彈簧的作用下復(fù)位，使動(dòng)斷觸點(diǎn)和動(dòng)合觸點(diǎn)都恢復(fù)原來(lái)的狀態(tài)。7（a）按鈕剖面圖 （b）復(fù)合按鈕 （c）符號(hào) 圖7.1.3 復(fù)合按鈕87.1.4 自動(dòng)空氣斷路器自動(dòng)空氣斷路器也稱(chēng)空氣開(kāi)關(guān)或自動(dòng)開(kāi)關(guān)，是常用的一種低壓保護(hù)電器，可實(shí)現(xiàn)短路、過(guò)載和失壓（欠壓）保護(hù)。它的結(jié)構(gòu)形式很多，圖7.1.5是自動(dòng)開(kāi)關(guān)的原理圖。 圖7.1.5 自動(dòng)空氣斷路器的原理圖97.1.5 熔斷器熔斷器中的熔體俗稱(chēng)保險(xiǎn)絲

5、或熔絲，一般為電阻率較高且熔點(diǎn)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(hù)的電路中，當(dāng)電路發(fā)生短路時(shí)，過(guò)大的短路電流使熔絲熔斷，從而切斷電源，達(dá)到保護(hù)線(xiàn)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(hù)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(hào)圖7.1.6 常用熔斷器及符號(hào)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(kāi)關(guān)。依靠電磁力它可以帶動(dòng)觸點(diǎn)直接接通或斷開(kāi)電動(dòng)機(jī)（或其他電氣設(shè)備）主電路。電磁鐵勵(lì)磁電流為交流的接觸器稱(chēng)為交流接觸器。交流接

6、觸器的結(jié)構(gòu)和符號(hào)如圖7.1.7所示。11（a）結(jié)構(gòu)圖 （b）符號(hào)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(hù)電路的電器，它主要用來(lái)傳遞信號(hào)、并不直接去操縱主電路。繼電器類(lèi)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(dòng)作的，當(dāng)這些物理量達(dá)到某一預(yù)定數(shù)值時(shí)，繼電器就開(kāi)始工作，帶動(dòng)觸點(diǎn)接通或切斷控制電路，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)主電路的控制和保護(hù)。121中間繼電器 中間繼電器是利用電磁鐵的動(dòng)作原理制成的電磁繼電器，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(jī)構(gòu)尺寸較小、結(jié)構(gòu)緊湊、觸點(diǎn)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(lái)傳

7、遞信號(hào)，把信號(hào)同時(shí)傳給多個(gè)有關(guān)控制元件或輔助電路，也可直接用來(lái)按制小容量電動(dòng)機(jī)或其他電氣執(zhí)行元件。而接觸器主要用來(lái)接通和斷開(kāi)主電路。中間繼電器觸點(diǎn)的額定電流比較小，一般不超過(guò)5A。在選用時(shí)，主要是考慮電壓等級(jí)和常開(kāi)及常閉觸點(diǎn)的數(shù)量。中間繼電器符號(hào)如圖7.1.8所示。 13KA線(xiàn)圈常開(kāi)觸頭KA常閉觸頭KA圖7.1.8 中間繼電器符號(hào)2熱繼電器熱繼電器主要用來(lái)對(duì)電器設(shè)備進(jìn)行過(guò)載保護(hù)，使之免受長(zhǎng)期過(guò)載電流的危害。圖7.1.9是熱繼電器的原理圖和符號(hào)。（a）原理圖 （b）符號(hào) 圖7.1.9 熱繼電器14發(fā)熱元件 FR 動(dòng)斷觸點(diǎn) FR3時(shí)間繼電器 時(shí)間繼電器是一種從得到輸入信號(hào)（線(xiàn)圈通電或斷電）起，經(jīng)過(guò)

8、一段時(shí)間延時(shí)后才動(dòng)作的繼電器。時(shí)間繼電器具有延時(shí)作用，適用于定時(shí)控制，可用于按照所需時(shí)間間隔來(lái)接通、斷開(kāi)或換接被控制電路。時(shí)間繼電器按觸點(diǎn)延時(shí)動(dòng)作的不同，可分為通電延時(shí)型和斷電延時(shí)型兩種類(lèi)型。按延時(shí)機(jī)構(gòu)的不同，時(shí)間繼電器分為電磁式、空氣阻尼式、電動(dòng)機(jī)式、電子式等類(lèi)型。圖7.1.10是通電延時(shí)的空氣阻尼式時(shí)間繼電器結(jié)構(gòu)示意圖。1516圖7.1.10 通電延時(shí)的空氣阻尼式時(shí)間繼電器結(jié)構(gòu)圖 7.1.8 行程開(kāi)關(guān) 控制某些機(jī)械的行程和位置時(shí)，利用行程開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制。行程開(kāi)關(guān)又稱(chēng)限位開(kāi)關(guān)，它是利用機(jī)械部件的位移來(lái)切換電路的自動(dòng)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(kāi)關(guān)則是用運(yùn)動(dòng)部件上

9、的撞塊（或擋板）來(lái)撞壓的。當(dāng)撞塊壓著行程開(kāi)關(guān)時(shí)，就像按下按鈕一樣，使其動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，而當(dāng)撞塊離開(kāi)時(shí)，就如同手松開(kāi)了按鈕，靠彈簧作用使觸點(diǎn)復(fù)位。圖7.1.12是行程開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)圖和符號(hào)。常用的行程開(kāi)關(guān)有撞 塊式（也稱(chēng)直線(xiàn)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(kāi)關(guān)無(wú)復(fù)位彈簧，不能自動(dòng)復(fù)位，它需要兩個(gè)方向的撞塊來(lái)回撞壓，才能復(fù)位。 1718（a）結(jié)構(gòu)圖 （b）符號(hào)圖7.1.12 行程開(kāi)關(guān)常閉觸點(diǎn)常開(kāi)觸點(diǎn)STSTST7.2 三相異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)停止控制電路圖7.2.1是三相異步電

10、動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng)-停止的控制電路。由閘刀開(kāi)關(guān)Q、熔斷器FU、接觸器KM、熱繼電器FR、籠型電動(dòng)機(jī)M組成了主電路。由按鈕、接觸器線(xiàn)圈KM，熱繼電器常閉輔助觸點(diǎn)組成控制電路，接在1、2兩點(diǎn)之間，用于控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。SBstP是一個(gè)按鈕的常閉觸點(diǎn)，SBst是另一個(gè)按鈕的常開(kāi)觸點(diǎn)。接觸器的線(xiàn)圈和輔助常開(kāi)觸點(diǎn)均用KM表示。FR是熱繼電器的常閉觸點(diǎn)。1920FRSB1SB2KMFR M3 圖7.2.1 電動(dòng)機(jī)直接啟停控制電路KMQQ12KMFU1工作原理 先將閘刀開(kāi)關(guān)Q閉合，按下起動(dòng)按鈕SB2，控制電路中的接觸器線(xiàn)圈KM通電，主觸點(diǎn)KM閉合，電動(dòng)機(jī)接通電源運(yùn)轉(zhuǎn)，與此同時(shí)并聯(lián)在起動(dòng)按鈕SB2上的常開(kāi)觸點(diǎn)KM

11、閉合，這樣即使松開(kāi)按鈕SB2，接觸器線(xiàn)圈仍然通電，從而保持電動(dòng)機(jī)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。這種依靠接觸器自身輔助常開(kāi)觸點(diǎn)使線(xiàn)圈保持通電的作用稱(chēng)為“自鎖”，與SB2并聯(lián)的起自鎖作用的輔助觸點(diǎn)KM稱(chēng)作自鎖觸點(diǎn)。212保護(hù)措施為確保電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行，三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)-停止控制電路還具有短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)和欠壓保護(hù)等功能。227.2.2 三相異步電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制電路在生產(chǎn)過(guò)程中，許多生產(chǎn)設(shè)備要求能夠?qū)崿F(xiàn)可逆運(yùn)行，例如機(jī)床的進(jìn)刀退刀、卷?yè)P(yáng)機(jī)提升設(shè)備、電動(dòng)閘門(mén)等，都要求電動(dòng)機(jī)能正、反轉(zhuǎn)。 圖7.2.2就是實(shí)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(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)反轉(zhuǎn)接觸器KMR工作時(shí)，由于調(diào)換了兩根

12、電源線(xiàn)，所以電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。2324KMFM3 KMRQFR圖7.2.2 兩個(gè)接觸器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn) 7.2.3 順序控制 在生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常要求幾臺(tái)電動(dòng)機(jī)配合工作，其起、停等動(dòng)作常常有順序上和時(shí)間上的約束。 圖7.2.4是兩臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)M1和M2的順序聯(lián)鎖控制電路，該電路可實(shí)現(xiàn)Ml先起動(dòng)后M2才能起動(dòng)，M2停車(chē)后M1才能停車(chē)的控制要求。圖7.2.4（a）是兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)主電路，圖7.2.4（b）和（c）是實(shí)現(xiàn)控制要求的兩種連接電路。下面以圖7.2.4（b）為例說(shuō)明電路的控制過(guò)程。2526圖7.2.4 兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)聯(lián)鎖控制（b）控制電路KM1KM2SB4SB3SB2KM1KM2FR2FR1KM2KM1S

13、B1（c）控制電路SB1SB3SB4SB2KM2FR1 FR2KM1KM1KM2KM2（a）主電路Q(chēng)QKM1M13 KM2 FR23 FR1M23 FU1FU2 7.2.4 時(shí)間控制 在自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)中，常要求按一定的時(shí)間間隔啟動(dòng)或關(guān)停某些設(shè)備。根據(jù)延時(shí)的要求，對(duì)電動(dòng)機(jī)按一定時(shí)間間隔進(jìn)行控制的方式叫做時(shí)間控制。利用時(shí)間繼電器可以實(shí)現(xiàn)時(shí)間控制。圖7.2.5是兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)按時(shí)間先后起動(dòng)的控制電路。2728圖7.2.5 兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)先后起動(dòng)控制電路（b）控制電路SB1SB2KM1KM2KM1FR1KTFR2KT（a）主電路Q(chēng)QKM1M13 KM2 FR23 FR1M23 FU1FU2 7.2.5 行程控制 在生產(chǎn)過(guò)程中，若需要控制某些機(jī)械的行程和位置時(shí)，可以利用行程開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖7-19所示的是用行程開(kāi)關(guān)控制機(jī)床工作臺(tái)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的示意圖和控制電路。29圖7.2.7 行程控制電路STaSTb終點(diǎn) 前進(jìn)原位 后退（a）示意圖STaSTbAAM（b）控制電路KMFSBFSBRKMFKMRFRSTbSTbSTaKMFKMRSB1 KMR u圖中行程開(kāi)關(guān)S