電氣控制與應(yīng)用

電氣控制與應(yīng)用第一頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日三相交流異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流一般為額定電流的4～7倍，在電源變壓器容量不夠大而電動(dòng)機(jī)功率較大的情況下，直接起動(dòng)該電動(dòng)機(jī)導(dǎo)致電源變壓器輸出電壓下降，這不僅減小了電動(dòng)機(jī)本身的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，而且還會(huì)影響同一供電線路中其他電氣設(shè)備的正常工作。因此，大容量籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流應(yīng)限制在一定的范圍內(nèi)，不允許直接起動(dòng)。對(duì)于空載起動(dòng)的三相籠型異步電動(dòng)機(jī)常采用降低電動(dòng)機(jī)定子繞組電壓的方法來(lái)減少起動(dòng)電流，常用的有定子繞組串電阻降壓起動(dòng)、星-三角降壓起動(dòng)和定子繞組串自耦變壓器降壓起動(dòng)等方法；空載起動(dòng)的三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)常采用轉(zhuǎn)子繞組串電阻和轉(zhuǎn)子繞組串頻敏變阻器降壓起動(dòng)等方法。第二頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日2.1認(rèn)識(shí)元器件 2.1.1時(shí)間繼電器在生產(chǎn)中經(jīng)常需要按一定的時(shí)間間隔對(duì)生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行控制，例如電動(dòng)機(jī)的降壓起動(dòng)需要一定的時(shí)間起動(dòng)，然后才能加上額定電壓運(yùn)行；在一條自動(dòng)化生產(chǎn)線中的多臺(tái)電動(dòng)機(jī)，常需要分批起動(dòng)，在第一批電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，需經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后才能起動(dòng)第二批等，這類自動(dòng)控制通常是利用時(shí)間繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。時(shí)間繼電器也是機(jī)床中的常用電器之一，是控制線路中的延時(shí)元件，常用的時(shí)間繼電器外觀如圖2-1所示。

a）b）c）d）圖2-1時(shí)間繼電器a）JS7系列b）JS11系列

c）JSZ3系列d）JS14A第三頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日時(shí)間繼電器有瞬時(shí)動(dòng)作觸點(diǎn)和延時(shí)動(dòng)作觸點(diǎn)兩種，根據(jù)延時(shí)觸點(diǎn)的動(dòng)作特點(diǎn)分為通電延時(shí)型和斷電延時(shí)型兩種。通電延時(shí)型是在時(shí)間繼電器的線圈通電時(shí)，其延時(shí)觸點(diǎn)延時(shí)動(dòng)作（分為延時(shí)斷開(kāi)和延時(shí)閉合兩種）、瞬時(shí)觸點(diǎn)瞬時(shí)動(dòng)作，線圈斷電時(shí)所有觸點(diǎn)都瞬時(shí)復(fù)位；斷電延時(shí)型是在線圈通電時(shí)，所有觸點(diǎn)都瞬時(shí)動(dòng)作，線圈斷電時(shí)，其延時(shí)觸點(diǎn)延時(shí)復(fù)位，瞬時(shí)觸點(diǎn)瞬時(shí)復(fù)位。觸點(diǎn)的電氣圖形和文字符號(hào)如圖2-2所示。a）b）c）d）e）f）g）h）圖2-2電氣圖形和文字符號(hào)線圈一般符號(hào)b)通電延時(shí)線圈c)斷電延時(shí)線圈d)通電延時(shí)閉合動(dòng)合（常開(kāi)）觸點(diǎn)

e)通電延時(shí)斷開(kāi)動(dòng)斷（常閉）觸點(diǎn)f）斷電延時(shí)斷開(kāi)動(dòng)合（常開(kāi)）觸點(diǎn)g）斷電延時(shí)閉合動(dòng)斷（常閉）觸點(diǎn)h）瞬動(dòng)觸點(diǎn)第四頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日1．時(shí)間繼電器的選擇（1）類型選擇。時(shí)間繼電器分為空氣阻尼式、數(shù)字式和電動(dòng)式等類型，凡是對(duì)延時(shí)要求不高的場(chǎng)合，一般采用價(jià)格較低的JS7系列空氣阻尼式時(shí)間繼電器；反之，如對(duì)延時(shí)要求較高，則可采用JS11數(shù)字式、JS10電動(dòng)式等系列的時(shí)間繼電器。（2）延時(shí)方式的選擇。時(shí)間繼電器有通電延時(shí)和斷電延時(shí)兩種，應(yīng)根據(jù)控制線路的要求來(lái)選擇哪一種延時(shí)方式的時(shí)間繼電器。（3）線圈電壓的選擇。根據(jù)控制線路電壓來(lái)選擇時(shí)間繼電器線圈的電壓。（4）電源、環(huán)境溫度變化時(shí)的選擇。在電源電壓波動(dòng)大的場(chǎng)合，采用空氣阻尼式或電動(dòng)式時(shí)間繼電器比采用數(shù)字式好，而在電源頻率波動(dòng)大的場(chǎng)合，不宜采用電動(dòng)式時(shí)間繼電器，在溫度變化較大處，則不宜采用空氣阻尼式時(shí)間繼電器。第五頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日2．時(shí)間繼電器的使用（1）JS7系列時(shí)間繼電器的延時(shí)時(shí)間，可在規(guī)定范圍內(nèi)自行調(diào)整，但由于這種時(shí)間繼電器精度較低，要準(zhǔn)確調(diào)整延時(shí)時(shí)間就比較困難，需要反復(fù)調(diào)試確定。平時(shí)應(yīng)經(jīng)常清除灰塵和油污，以免增大誤差。（2）電動(dòng)式時(shí)間繼電器延時(shí)范圍調(diào)節(jié)后，如需精確延時(shí)，應(yīng)首先接通同步電動(dòng)機(jī)電源，以減少電動(dòng)機(jī)起動(dòng)引起的誤差。對(duì)通電延時(shí)型時(shí)間繼電器，調(diào)節(jié)延時(shí)時(shí)間必須在斷開(kāi)電磁離合器線圈電源后才能進(jìn)行；對(duì)斷電延時(shí)型時(shí)間繼電器，調(diào)節(jié)整定延時(shí)時(shí)間必須在接通電磁離合器線圈電源后才能進(jìn)行。（3）JS11、JS23系列時(shí)間繼電器在使用前必須核對(duì)額定工作電壓與將接入的電源電壓是否相符，直流型的不要將電源的正負(fù)極性接錯(cuò)；接線時(shí)必須按接線端子圖正確接線，觸點(diǎn)電流不允許超過(guò)額定電流。第六頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日3．時(shí)間繼電器的常見(jiàn)故障故障現(xiàn)象可能原因排除方法延時(shí)觸點(diǎn)不動(dòng)作線圈斷線或接觸不良更換線圈或重新接線電源電壓低于線圈額定電壓調(diào)整電源電壓或更換線圈電動(dòng)式時(shí)間繼電器的同步電動(dòng)機(jī)線圈斷線更換同步電動(dòng)機(jī)的線圈電動(dòng)式時(shí)間繼電器棘爪無(wú)彈性，不能剎住棘齒修復(fù)或更換棘爪電動(dòng)式時(shí)間繼電器的游絲斷裂更換游絲延時(shí)時(shí)間縮短空氣阻尼式時(shí)間繼電器氣室裝配不嚴(yán)而漏氣重新裝配氣室空氣阻尼式時(shí)間繼電器氣室內(nèi)橡膠膜損壞更換橡膠膜電磁式時(shí)間繼電器的非磁性墊片磨損更換墊片延時(shí)時(shí)間變長(zhǎng)空氣阻尼式時(shí)間繼電器的氣室內(nèi)有灰塵、使氣道阻塞清除阻塞氣道的灰塵電動(dòng)式時(shí)間繼電器的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)缺少潤(rùn)滑油加入潤(rùn)滑油，活動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)第七頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日2.1.2中間繼電器中間繼電器的觸點(diǎn)容量較小，且沒(méi)有主、輔之分，相當(dāng)于接觸器的輔助觸點(diǎn)。中間繼電器觸點(diǎn)的額定電流多數(shù)為5A，對(duì)于電動(dòng)機(jī)額定電流不超過(guò)5A的控制系統(tǒng)，可用中間繼電器代替接觸器使用。其主要用途是當(dāng)其他繼電器的觸點(diǎn)數(shù)或觸點(diǎn)容量不夠時(shí)，可選用中間繼電器來(lái)增加觸點(diǎn)數(shù)或觸點(diǎn)容量，起到中間轉(zhuǎn)換的作用。常用中間繼電器的型號(hào)有JZ7系列和JZC1系列。其外觀和電氣符號(hào)如圖2-3所示。

a）b）c）d）e）圖2-3中間繼電器a）JZ7系列

b）JZC1系列

c）中間繼電器線圈

d）動(dòng)合觸點(diǎn)

e）動(dòng)斷觸點(diǎn)

第八頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日1．中間繼電器的選擇中間繼電器的選用應(yīng)根據(jù)被控制電路的電壓等級(jí)、所需觸點(diǎn)的數(shù)量和種類以及容量等要求來(lái)選擇。2．中間繼電器的使用中間繼電器的使用方法和接觸器相似，但由于中間繼電器觸點(diǎn)容量較小，一般接到控制電路中，不能接到主電路中。

第九頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日2.1.3電流繼電器電流繼電器用于電力拖動(dòng)系統(tǒng)的電流保護(hù)和控制。電流繼電器的觸點(diǎn)接于控制電路，為執(zhí)行元件。電流繼電器按照使用功能可分為欠電流繼電器和過(guò)電流繼電器兩種：過(guò)電流繼電器主要用于重載或頻繁起動(dòng)的場(chǎng)合，作為電動(dòng)機(jī)和主電路的過(guò)載或短路保護(hù)。過(guò)電流繼電器在電路正常工作時(shí)不動(dòng)作，整定范圍通常為額定電流的110％~350％。欠電流繼電器常用于直流電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)的弱磁保護(hù)，因直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與磁場(chǎng)激磁電流成反比，當(dāng)磁場(chǎng)激磁電流太小時(shí)，會(huì)使直流電動(dòng)機(jī)超速，造成事故。欠電流繼電器也常用于平面磨床電磁吸盤(pán)的弱磁和失磁保護(hù)。通用型電流繼電器通過(guò)整定值的調(diào)整可以作為過(guò)電流繼電器和欠電流繼電器使用，常用的通用型電流繼電器的外形和電氣符號(hào)如圖2-4所示。第十頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日

a）b）c）d）e）圖2-4通用型電流繼電器a）JL14系列

b）JL18系列

c）過(guò)電流繼電器線圈

d）欠電流繼電器線圈

e）觸點(diǎn)

第十一頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日1．過(guò)電流繼電器的選擇（1）過(guò)電流繼電器線圈的額定電流應(yīng)大于或等于電動(dòng)機(jī)的額定電流。（2）過(guò)電流繼電器的觸點(diǎn)種類、數(shù)量、額定電流應(yīng)滿足控制電路的要求。（3）過(guò)電流繼電器的動(dòng)作電流，一般為電動(dòng)機(jī)額定電流的1.7～2倍；需要頻繁起動(dòng)時(shí)，為電動(dòng)機(jī)額定電流的2.25～2.5倍。2．欠電流繼電器的選擇（1）欠電流繼電器線圈的額定電流應(yīng)大于或等于保護(hù)電路的額定電流。（2）欠電流繼電器的吸合動(dòng)作電流應(yīng)小于或等于保護(hù)電路額定電流的80％。（3）欠電流繼電器的釋放動(dòng)作電流應(yīng)小于保護(hù)電路最小電流的80％。第十二頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日3．電流繼電器的使用（1）按控制線路和設(shè)備的技術(shù)要求，仔細(xì)核對(duì)繼電器的銘牌數(shù)據(jù)（如線圈的額定電壓、電流、整定值以及延時(shí)等參數(shù)）是否符合要求。（2）檢查電流繼電器的活動(dòng)部分是否動(dòng)作靈活、可靠，外罩及殼體是否有損壞或缺件等情況；各部件應(yīng)清潔，觸點(diǎn)表面要平整，無(wú)油污、燒傷與銹蝕等。（3）當(dāng)銜鐵吸合后，彈簧在被壓縮位置上應(yīng)有1～2mm的壓縮距離，不能壓死；觸點(diǎn)的超行程不小于1.5mm，動(dòng)合觸點(diǎn)的分開(kāi)距離不小于4mm，動(dòng)斷觸點(diǎn)的分開(kāi)距離不小于3.5mm。第十三頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日2.1.4頻敏變阻器頻敏變阻器是一種由鑄鐵片或鋼板疊成鐵心,外面再套上繞組的三相電抗器，當(dāng)電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)或制動(dòng)過(guò)程的瞬間，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)很大、轉(zhuǎn)子電流的頻率高，此時(shí)頻敏變阻器的阻抗很大，轉(zhuǎn)子電路所產(chǎn)生的能量一小部分將被阻抗所限制，而絕大部分消耗在頻敏變阻器上并轉(zhuǎn)化成熱能。隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速增加，轉(zhuǎn)子電路中的電流和頻率不斷減小，頻敏變阻器的等值阻抗和消耗在頻敏變阻器上的能量也隨之減小。當(dāng)起動(dòng)完畢，轉(zhuǎn)差率接近為零，頻敏變阻器的等值阻抗和損耗亦接近零，從而達(dá)到自動(dòng)變阻的目的。頻敏變阻器主要由鐵芯、繞組及附件三大部分構(gòu)成。鐵芯由數(shù)片E形厚鋼板疊合；繞組由銅導(dǎo)線繞制而成，接成星形，繞組一般有0%、30％、80％、90％和100％五個(gè)抽頭。頻敏變阻器的外觀和電氣符號(hào)如圖2-5所示。第十四頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日1．頻敏變阻器的選擇頻敏變阻器適用于三相繞線式電動(dòng)機(jī)空載或輕載起動(dòng)，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、成本低、維護(hù)方便、起動(dòng)平滑等，缺點(diǎn)是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大。選用時(shí)由于計(jì)算比較復(fù)雜，一般根據(jù)電動(dòng)機(jī)功率和工作制式（偶爾起動(dòng)制、重復(fù)短時(shí)起動(dòng)制）查表選擇。（1）偶爾起動(dòng)負(fù)載主要包括水泵、空氣壓縮機(jī)、軋鋼機(jī)、傳送帶等機(jī)械。（2）重復(fù)短時(shí)起動(dòng)負(fù)載主要包括橋式起重機(jī)、升降臺(tái)等機(jī)械。2．頻敏變阻器的使用（1）對(duì)于偶爾起動(dòng)的頻敏變阻器，在起動(dòng)完畢后必須切除；對(duì)于重復(fù)短時(shí)起動(dòng)的頻敏變阻器，允許長(zhǎng)期接于轉(zhuǎn)子電路中。（2）偶爾起動(dòng)的頻敏變阻器允許連續(xù)起動(dòng)幾次，但是總的起動(dòng)時(shí)間輕載不得超過(guò)80s，重載不得超過(guò)120s。（3）如果起動(dòng)電流過(guò)小、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩太小、起動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，應(yīng)換接頻敏變阻器的抽頭，使匝數(shù)減少，一般使用80％的抽頭或更少的抽頭匝數(shù)。由于匝數(shù)少，起動(dòng)電流增大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也增大。（4）如果起動(dòng)電流過(guò)大、起動(dòng)時(shí)間過(guò)短，應(yīng)換接頻敏變阻器的抽頭，使用100％的抽頭匝數(shù)。匝數(shù)增加后，起動(dòng)電流減小，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也減小。（5）如果在剛起動(dòng)時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩過(guò)大，伴有機(jī)械沖擊現(xiàn)象，但起動(dòng)完畢后穩(wěn)定轉(zhuǎn)速又偏低（偶爾起動(dòng)頻敏變阻器完畢切除時(shí)，沖擊電流較大），應(yīng)增加頻敏變阻器的鐵芯氣隙。由于氣隙增加，起動(dòng)電流略增，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩略減，但起動(dòng)完畢時(shí)轉(zhuǎn)矩增大，提高了穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。（6）增加氣隙時(shí)，先松開(kāi)頻敏變阻器的四個(gè)拉緊螺栓，然后在E形鐵芯的上、下鐵芯之間增加非磁性墊片（銅板、鋁板、絕緣板），然后擰緊拉緊螺栓。注意：墊片尺寸不要大于鐵芯的尺寸，以免損傷線圈。第十五頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日2.2三相籠型異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制電路電動(dòng)機(jī)可否直接起動(dòng)，應(yīng)根據(jù)起動(dòng)次數(shù)、電網(wǎng)容量和電動(dòng)機(jī)的容量來(lái)決定。一般規(guī)定，起動(dòng)時(shí)供電母線上的電壓降落不得超過(guò)額定電壓的10％～15％；起動(dòng)時(shí)變壓器的短時(shí)過(guò)載不超過(guò)最大允許值，即電動(dòng)機(jī)的最大容量不超過(guò)變壓器容量的20％～30％。通常電動(dòng)機(jī)功率小于7.5kW的三相異步電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)時(shí)，可以直接起動(dòng)，超過(guò)7.5kW就得降壓起動(dòng)。第十六頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日2.2.1定子串電阻降壓起動(dòng)電路定子繞組串接電阻降壓起動(dòng)是指在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，把電阻串接在電動(dòng)機(jī)定子繞組與電源之間，通過(guò)電阻的分壓作用來(lái)降低定子繞組上的起動(dòng)電壓，待電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，再將電阻短接，使電動(dòng)機(jī)在額定電壓下全壓運(yùn)行。定子繞組串接電阻降壓起動(dòng)控制電路如圖2-6所示。第十七頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日2.2.2星-三角降壓起動(dòng)電路星-三角降壓起動(dòng)是指在三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，把定子繞組接成星形，以降低電壓、限制起動(dòng)電流；當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，再將定子繞組改接成三角形，使電動(dòng)機(jī)在額定電壓下正常運(yùn)行。星-三角降壓起動(dòng)的控制方式有手動(dòng)控制、按鈕與接觸器控制和時(shí)間繼電器自動(dòng)控制等，在機(jī)床設(shè)備中采用的是時(shí)間繼電器自動(dòng)控制的方式，其控制線路如圖2-8所示。第十八頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日星-三角降壓起動(dòng)控制電路第十九頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日2.2.3自耦變壓器降壓起動(dòng)電路自耦變壓器降壓起動(dòng)也稱為串電感降壓起動(dòng)，是利用串接在電動(dòng)機(jī)M繞組回路中的自耦變壓器降低加在電動(dòng)機(jī)繞組上的起動(dòng)電壓，待電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，再使電動(dòng)機(jī)與自耦變壓器脫離，電動(dòng)機(jī)即可在全壓下運(yùn)行。利用自耦變壓器構(gòu)成的降壓起動(dòng)控制線路如圖