常用低壓電器與控制電路課件

模塊七常用低壓電器與控制電路目前在國(guó)內(nèi)的電動(dòng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，還較多地采用繼電器、接觸器等有觸點(diǎn)的自動(dòng)電器和按鈕、閘刀等手動(dòng)電器配合使用來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。這種控制電路一般被稱(chēng)為繼電接觸器控制系統(tǒng)，它是一種有觸點(diǎn)的斷續(xù)控制電路。一般來(lái)講，控制電路所包含的電器可分為手動(dòng)電器與自動(dòng)電器兩大類(lèi)。手動(dòng)電器是由工作人員手動(dòng)操縱的，如閘刀開(kāi)關(guān)、組合開(kāi)關(guān)和按鈕等。而自動(dòng)電器是按照指令、信號(hào)或某個(gè)物理量的變化而自動(dòng)動(dòng)作的，如各種繼電器、接觸器、行程開(kāi)關(guān)等。項(xiàng)目一常用低壓電器1.開(kāi)關(guān)用來(lái)接通和切斷電源的電器叫開(kāi)關(guān)。開(kāi)關(guān)種類(lèi)很多，主要介紹刀開(kāi)關(guān)。（1）HK系列磁底膠蓋刀開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖7-1（a）。使用時(shí)應(yīng)注意：電源接線(xiàn)必須接進(jìn)線(xiàn)座；操作時(shí)人站在開(kāi)關(guān)的側(cè)面，拉合閘動(dòng)作要迅速；開(kāi)關(guān)不允許倒裝。兩極開(kāi)關(guān)UN=220V，三極開(kāi)關(guān)UN=380V，IN有15A、30A、60A三種規(guī)格。適用于照明、電熱線(xiàn)路或作5.5kW以下三相異步電動(dòng)機(jī)不頻繁操作的操作開(kāi)關(guān)。對(duì)于照明、電熱負(fù)載開(kāi)關(guān)的UN可選220V或380V，開(kāi)關(guān)的IN等于或稍大于負(fù)載最大工作電流；對(duì)于電動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)的UN選380V，IN等于或大于電動(dòng)機(jī)額定電流的三倍。（2）HH系列鐵殼開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖7-1（ｂ）。它的特點(diǎn)是因裝有速斷機(jī)構(gòu)，開(kāi)關(guān)通、斷速度快與操作手柄動(dòng)作快慢無(wú)關(guān)；因裝在機(jī)械聯(lián)鎖裝置，加上有鐵防護(hù)外殼，所以這種開(kāi)關(guān)安全及電氣性能均好。使用時(shí)應(yīng)注意：開(kāi)關(guān)外殼應(yīng)可靠接地（或接零）；操作時(shí)不要面對(duì)開(kāi)關(guān)；不能隨意放在地面上使用。適用于電熱，照明等各種配電設(shè)備或作不大于13KW三相異步電動(dòng)機(jī)的操作開(kāi)關(guān)。對(duì)于控制電動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)，IN應(yīng)取2～2.5倍電動(dòng)機(jī)額定電流。2.組合開(kāi)關(guān)組合開(kāi)關(guān)又稱(chēng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，如圖7-2所示。它是一種結(jié)構(gòu)更為緊湊的手動(dòng)開(kāi)關(guān)電器。其結(jié)構(gòu)為裝在一根轉(zhuǎn)軸上的若干個(gè)動(dòng)觸片，和靜觸片單根旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)疊裝于數(shù)層絕緣板內(nèi)，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄時(shí)，每一動(dòng)觸片即插入相應(yīng)的靜觸片中，隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而改變通斷位置。它可同時(shí)接通一部分電路。②用途空氣斷路器又稱(chēng)為自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)，是一具有保護(hù)功能的電器，能自動(dòng)切斷短路、過(guò)載等故障，在正常情況下，用來(lái)不頻繁地通、斷電路。（2）安裝方法及使用注意①安裝前應(yīng)擦凈脫扣器電磁鐵工作面上的防銹漆脂。②斷路器與熔斷器配合使用時(shí)，為保證使用的安全，熔斷器應(yīng)裝在斷路器之前。③不允許隨意調(diào)整電磁脫扣器的整定值。④使用一段時(shí)間后，應(yīng)檢查彈簧是否生銹、卡住，防止不能正常動(dòng)作。⑤如有嚴(yán)重的電灼傷痕跡，可用干布擦去；如觸頭燒毛，可用砂紙或細(xì)銼修整，主觸頭一般不允許用銼刀修整。⑥應(yīng)經(jīng)常清除灰塵，防止絕緣水平降低。4.按鈕組合開(kāi)關(guān)一般用來(lái)接通或斷開(kāi)大電流的電路，而按鈕通常用來(lái)接通或斷開(kāi)小電流的控制電路，從而間接控制電動(dòng)機(jī)或其它電氣設(shè)備的運(yùn)行，其結(jié)構(gòu)原理及符號(hào)如圖7-5所示。在沒(méi)有外力的正常情況下，觸橋在復(fù)位彈簧的作用下使觸點(diǎn)1和觸點(diǎn)2處于連通閉合狀態(tài)，而觸點(diǎn)3和觸點(diǎn)4處于斷開(kāi)狀態(tài)。當(dāng)手動(dòng)按下按鈕時(shí)，觸點(diǎn)1-2由閉合轉(zhuǎn)為斷開(kāi)，觸點(diǎn)3-4由斷開(kāi)轉(zhuǎn)為閉合。如果松開(kāi)按鈕，觸橋在復(fù)位彈簧的推力作用下自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)的正常位置，即自動(dòng)復(fù)位。根據(jù)這一工作原理，觸點(diǎn)3-4被稱(chēng)為常開(kāi)觸點(diǎn)，觸點(diǎn)1-2被稱(chēng)為常閉觸點(diǎn)。顯然，所謂“常開(kāi)”、“常閉”觸點(diǎn)，是以電器未動(dòng)作或無(wú)外力作用下觸點(diǎn)所處的狀態(tài)來(lái)命名的。一般來(lái)說(shuō)，電器在外力作用下動(dòng)作時(shí)，常閉觸點(diǎn)先斷開(kāi)，常開(kāi)觸點(diǎn)后閉合；外力消失后，常開(kāi)觸點(diǎn)先斷開(kāi)，常閉觸點(diǎn)后閉合。即觸點(diǎn)的通斷總是遵循這樣一個(gè)規(guī)律——“先斷后通”。按鈕觸點(diǎn)的接觸面積很小，額定電流通常不超過(guò)5A。有些按鈕還帶有信號(hào)燈。5.行程開(kāi)關(guān)行程開(kāi)關(guān)（又稱(chēng)限制開(kāi)關(guān)或位置開(kāi)關(guān)），是實(shí)現(xiàn)位置控制、行程控制、限位保護(hù)和程序控制的自動(dòng)電器。它的作用與按鈕相同，都是對(duì)控制電路發(fā)出接通、斷開(kāi)或信號(hào)轉(zhuǎn)換等指令的電器。兩者的區(qū)別在于：行程開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的動(dòng)作不是象按鈕那樣通過(guò)手工按動(dòng)來(lái)完成，而是利用生產(chǎn)機(jī)械某些運(yùn)動(dòng)部件的碰撞或接近使其觸點(diǎn)動(dòng)作，從而達(dá)到一定控制要求的電器。各種系列的行程開(kāi)關(guān)其基本結(jié)構(gòu)相同，都是由操作頭、觸點(diǎn)系統(tǒng)和外殼組成。區(qū)別僅在于使行程開(kāi)關(guān)動(dòng)作的傳動(dòng)裝置不同，—般有旋轉(zhuǎn)式、按鈕式等數(shù)種。圖7-6是按鈕式行程開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)原理圖。⑵RL系列熔斷器見(jiàn)圖7-9所示，在熔斷管中裝有熔絲，通過(guò)金屬信號(hào)色點(diǎn)、小彈簧與管兩端的金屬冒聯(lián)通，在管內(nèi)填滿(mǎn)石英砂以助滅弧。熔絲斷后，在小彈簧作用下信號(hào)色點(diǎn)掉下來(lái)。接線(xiàn)時(shí)為了安全，進(jìn)線(xiàn)接下接線(xiàn)端。RL系列螺旋式熔斷器UN=500V、IN為15～200A共分五個(gè)規(guī)格。它體積小、換熔體方便、安全可靠并帶熔斷顯示，分?jǐn)嗄芰^強(qiáng)。適合于控制箱、配電屏、機(jī)床設(shè)備及振動(dòng)較大的場(chǎng)合作短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)。7.交、直流接觸器接觸器是一種可以用來(lái)頻繁地接通和斷開(kāi)大電流電路的自動(dòng)控制電器。主要控制電動(dòng)機(jī)之類(lèi)的動(dòng)力負(fù)載。它除了能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、遠(yuǎn)距離控制外，還具有失電壓保護(hù)功能。（1）結(jié)構(gòu)：CJ0系列交流接觸器它的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖7-10。①電磁系統(tǒng)包括動(dòng)、靜鐵心及線(xiàn)圈。靜鐵心兩端的短路環(huán)是為了減小振動(dòng)及噪音而設(shè)置的。②觸頭系統(tǒng)，采用的是帶銀觸點(diǎn)的橋式觸頭，銀觸點(diǎn)的主要優(yōu)點(diǎn)是氧化層對(duì)接觸電阻影響不大。在滅弧罩內(nèi)的三對(duì)觸頭較大，用來(lái)控制電流大的主電路叫主觸頭，又因線(xiàn)圈不通電時(shí)它是斷開(kāi)的，所以屬動(dòng)合觸頭。滅弧罩兩邊的兩對(duì)較小的觸頭，用于控制電路叫輔助觸頭。它們總共是兩對(duì)動(dòng)合、兩對(duì)動(dòng)斷觸頭。③滅弧系統(tǒng)，由滅弧罩和滅弧棚片構(gòu)成，作用是加速滅弧。40A以下的接觸器沒(méi)安裝滅弧棚片。④其他部分有反作用彈簧、觸頭壓力彈簧片、緩沖彈簧等。（2）工作原理：以圖7-11（a）所示點(diǎn)動(dòng)控制為例，按動(dòng)按鈕，線(xiàn)圈通電，動(dòng)鐵心克服反作用彈簧的反作用吸合力，動(dòng)合觸頭閉和使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)；松開(kāi)按鈕，線(xiàn)圈斷電，在反作用彈簧的作用下，動(dòng)鐵心復(fù)位動(dòng)合觸頭斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)斷電。（3）接觸器的選擇：①根據(jù)負(fù)載電流類(lèi)型選擇接觸器的類(lèi)型。交流負(fù)載選用交流接觸器；直流負(fù)載一般選用直流接觸器。在電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)中主要是交流電動(dòng)機(jī)，而直流電動(dòng)機(jī)或負(fù)載的容量比較小時(shí)，也可用交流接觸器進(jìn)行控制，但觸頭的額定電流應(yīng)適當(dāng)選大一些。（2）熱繼電器是一種利用電流的熱效應(yīng)來(lái)對(duì)電路作過(guò)載保護(hù)的保護(hù)電器，主要用作電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)。圖7-13所示是熱繼電器的外形圖，它主要由雙金屬片和電阻絲構(gòu)成的熱元件、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、觸頭、復(fù)位按鈕、電流整定裝置構(gòu)成。它的動(dòng)作原理與DZ5系列低壓斷路器中的熱脫扣動(dòng)作原理基本相同：雙金屬片彎曲推動(dòng)滑桿，頂動(dòng)人字撥桿使觸頭動(dòng)作。注意：因熱繼電器動(dòng)作具有熱慣性，它不能作短路保護(hù)；更換熱繼電器后勿忘重新整定電流；多次動(dòng)作應(yīng)查明動(dòng)作原因。（3）時(shí)間繼電器是一種利用電磁或機(jī)械原理或電子技術(shù)來(lái)延遲觸頭動(dòng)作時(shí)間自動(dòng)控制器，種類(lèi)很多。圖7-14所示是JS7-A系列時(shí)間繼電器的結(jié)構(gòu)原理圖。其中圖a是通電延時(shí)型，其工作原理如下：線(xiàn)圈通電，弦鐵克服反作用彈簧而吸合，瞬時(shí)觸頭動(dòng)作；同時(shí)在塔形彈簧的作用下活塞桿向上運(yùn)動(dòng)，但被橡膠膜密封的氣室必須經(jīng)過(guò)受調(diào)節(jié)螺桿控制大小的進(jìn)氣口進(jìn)氣后，才能讓活塞桿隨橡膠膜一起緩慢地向上運(yùn)動(dòng)，進(jìn)氣口越大移動(dòng)速度越快，反之越慢。經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)，活塞桿頂部的凹肩推動(dòng)杠桿壓延時(shí)觸頭，即時(shí)間繼電器通電延時(shí)觸頭動(dòng)作。線(xiàn)圈斷電時(shí)，在反作用彈簧的作用下，活塞桿隨銜鐵一起向下返回，這時(shí)氣室內(nèi)的空氣通過(guò)橡膠膜、弱彈簧和活塞的局部所形成的單向閥很快排出，延時(shí)觸頭及瞬時(shí)觸頭瞬時(shí)復(fù)位。JS7-A時(shí)間繼電器分通電延時(shí)和斷電延時(shí)兩種。斷電延時(shí)與通電延時(shí)兩種時(shí)間繼電器的組成元件是通用的，從結(jié)構(gòu)上說(shuō)，只要改變電磁機(jī)構(gòu)的安裝方向，便可獲得兩種不同的延時(shí)方式。當(dāng)銜鐵位于鐵心和延時(shí)機(jī)構(gòu)之間時(shí)為通電延時(shí)，而當(dāng)鐵心位于銜鐵和延時(shí)機(jī)械之間時(shí)為斷電延時(shí)。斷電延時(shí)繼電器的工作原理與上述相同。另外常用的還有晶體管時(shí)間繼電器，它們的最大特點(diǎn)是延時(shí)范圍廣、精度高、耐沖擊、延時(shí)整定便利、壽命長(zhǎng)。按其原理分為阻容式和數(shù)字式兩大類(lèi)。常見(jiàn)的有JS20型單結(jié)晶體管—晶閘管時(shí)間繼電器和JSJ型晶體三極管時(shí)間繼電器。項(xiàng)目二三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng)控制1.點(diǎn)動(dòng)控制點(diǎn)動(dòng)控制指按下按鈕時(shí)電動(dòng)機(jī)就起轉(zhuǎn)，松開(kāi)按鈕時(shí)電動(dòng)機(jī)就停轉(zhuǎn)。許多生產(chǎn)機(jī)械調(diào)整試車(chē)或運(yùn)行時(shí)要求電動(dòng)機(jī)做到點(diǎn)動(dòng)動(dòng)作，如搖臂鉆床立柱的放松和夾緊、龍門(mén)刨床橫梁的上下移動(dòng)、起重機(jī)吊鉤、小車(chē)和大車(chē)運(yùn)行的操作控制、刀架的快速進(jìn)給等均是點(diǎn)動(dòng)控制。接受點(diǎn)動(dòng)控制的電動(dòng)機(jī)大多數(shù)都容量不大而且工作時(shí)間短。點(diǎn)動(dòng)控制線(xiàn)路如圖7-16所示。點(diǎn)動(dòng)控制的操作原理如下：合上閘刀開(kāi)關(guān)Q后，按下按鈕SB，接通電源，交流接觸器KM的吸引線(xiàn)圈通電，交流接觸器KM的三個(gè)常開(kāi)主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)M通電起轉(zhuǎn)。松開(kāi)按鈕SB，交流接觸器KM的吸引線(xiàn)圈斷電，交流接觸器KM的三對(duì)常開(kāi)主觸點(diǎn)斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)M斷電停轉(zhuǎn)。主電路用三相50Hz、380V的電源供電。三相閘刀開(kāi)關(guān)Q起隔離電源作用；熔斷器FU起短路保護(hù)作用；熱繼電器FR起過(guò)載保護(hù)作用；交流接觸器KM起失壓或掉電保護(hù)作用。2.起停控制（1）直接起停控制電路對(duì)于運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)又不需要改變轉(zhuǎn)向的電動(dòng)機(jī)，例如用來(lái)拖動(dòng)泵和鼓風(fēng)機(jī)等的電動(dòng)機(jī)，可以用圖7-17所示的。直接起停控制電路的主電路與圖7.16所示的主電路完全相同，故省略不畫(huà)。其控制電路與圖7.16所示的控制電路相比，增加了與起動(dòng)按鈕SB2并聯(lián)的交流接觸器的常開(kāi)輔助觸點(diǎn)KM和停止按鈕SB1。其操作原理如下：閉合閘刀開(kāi)關(guān)Q，接通電源。按下起動(dòng)按鈕SB2，接觸器KM的線(xiàn)圈通電，吸合銜鐵，帶動(dòng)接觸器KM主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)通電起轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，接觸器KM輔助觸點(diǎn)閉合，旁路了起動(dòng)按鈕SB2，因此松開(kāi)起動(dòng)按鈕SB2后，接觸器KM的線(xiàn)圈繼續(xù)通電，使電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行。與起動(dòng)按鈕SB2并聯(lián)的接觸器KM的常開(kāi)輔助觸點(diǎn)在這里起著保持線(xiàn)圈通電的作用，稱(chēng)為自鎖（觸點(diǎn)），這是電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行的關(guān)鍵。由圖7-17可知，自鎖觸點(diǎn)通常是常開(kāi)輔助觸點(diǎn)，且總與手動(dòng)電器并聯(lián)，起著替代手動(dòng)電器的作用。按下停止按鈕，接觸器KM的線(xiàn)圈斷電，釋放銜鐵，使得接觸器KM的三個(gè)主觸點(diǎn)同時(shí)斷開(kāi)，從而斷開(kāi)主電路，電動(dòng)機(jī)斷電停轉(zhuǎn)。同時(shí)，也使得接觸器KM的常開(kāi)輔助觸點(diǎn)斷開(kāi)，所以松開(kāi)停止按鈕后，控制電路仍為斷電狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)保持停轉(zhuǎn)。（2）連續(xù)工作與點(diǎn)動(dòng)控制許多機(jī)床設(shè)備要求主電動(dòng)機(jī)既能連續(xù)工作，又能點(diǎn)動(dòng)控制。只要在電動(dòng)機(jī)起?？刂凭€(xiàn)路的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)復(fù)式按鈕SB3就可以達(dá)到連續(xù)工作與點(diǎn)動(dòng)控制的目的，如圖7-18所示。按鈕SB2是連續(xù)工作按鈕，而按鈕SB3是點(diǎn)動(dòng)按鈕。項(xiàng)目三三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制很多生產(chǎn)機(jī)械要求有正、反兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，如機(jī)床工作臺(tái)的進(jìn)退、主軸的正反轉(zhuǎn)、起重機(jī)的升降等都是由電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。我們知道，只要改變電動(dòng)機(jī)電源的相序就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。那么在直接起動(dòng)控制電路基礎(chǔ)上，再增加一個(gè)交流接觸器及相應(yīng)的控制電路就可以實(shí)現(xiàn)這一要求。圖7-19是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電路。該電路利用兩套交流接觸器KMF和KMR分別控制電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，兩個(gè)接觸器主觸點(diǎn)之間的聯(lián)接，必須保證由主觸點(diǎn)KMF閉合改變?yōu)橹饔|點(diǎn)KMR閉合時(shí)，電動(dòng)機(jī)接至電源的三根導(dǎo)線(xiàn)中有兩根要相互對(duì)調(diào)位置。正反轉(zhuǎn)控制電路的操作步驟如下：合上閘刀開(kāi)關(guān)Ｑ，接通電源。按下正轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕SBSTF，正轉(zhuǎn)接觸器KMF的線(xiàn)圈通電，它的常開(kāi)主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)正向起轉(zhuǎn)；它的常開(kāi)輔助觸點(diǎn)閉合，實(shí)現(xiàn)自鎖。按下停止按鈕SB，正轉(zhuǎn)接觸器KMF的線(xiàn)圈斷電，它的常開(kāi)主觸點(diǎn)斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)；它的常開(kāi)輔助觸點(diǎn)閉合，撤消自鎖。按下反轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕SBSTR，反轉(zhuǎn)接觸器KMR的線(xiàn)圈通電，它的常開(kāi)主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)反向起轉(zhuǎn)；它的常開(kāi)輔助觸點(diǎn)閉合，實(shí)現(xiàn)自鎖。按下停止按鈕SB，反轉(zhuǎn)接觸器KMR的線(xiàn)圈斷電，它的常開(kāi)主觸點(diǎn)斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)；它的常開(kāi)輔助觸點(diǎn)閉合，撤消自鎖。值得一提的是，如果兩接觸器的線(xiàn)圈同時(shí)通電，則兩接觸器的主觸點(diǎn)將同時(shí)閉合，從而使得兩相火線(xiàn)短接，發(fā)生電源短路事故。為了避免此類(lèi)情況的發(fā)生，電路中還引入了互鎖觸點(diǎn)（或稱(chēng)為聯(lián)鎖觸點(diǎn)），即如圖7-19所示，正轉(zhuǎn)接觸器KMF的一個(gè)常閉輔助觸點(diǎn)串接在反轉(zhuǎn)接觸器KMR的線(xiàn)圈所處的電路中，而反轉(zhuǎn)接觸器KMF的一個(gè)常閉輔助觸點(diǎn)則串接在正轉(zhuǎn)接觸器KMR的線(xiàn)圈所處的電路中。