《電子與電工技術(shù)》課件第8章

8.1幾種常用的低壓電器8.2電氣原理圖的繪制規(guī)則

8.3三相異步電動機的基本控制8.4應(yīng)用舉例實訓四三相電機控制

小結(jié)習題

第8章繼電—接觸器控制8.1.1刀開關(guān)

刀開關(guān)是一種手動電器，用來接通和斷開電路。刀開關(guān)可分為開啟式負荷開關(guān)、封閉式負荷開關(guān)、組合開關(guān)、熔斷器式刀開關(guān)等。

1．開啟式負荷開關(guān)

開啟式負荷開關(guān)又稱閘刀開關(guān)，是結(jié)構(gòu)最簡單的手動電器。如圖8-1(a)所示，開啟式負荷開關(guān)由靜插座、手柄、動觸刀、鉸鏈支座和絕緣底板組成。開啟式負荷開關(guān)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。8.1幾種常用的低壓電器圖8-1開啟式負荷開關(guān)的基本結(jié)構(gòu)及電氣符號

2．封閉式負荷開關(guān)

封閉式負荷開關(guān)又稱鐵殼開關(guān)，其結(jié)構(gòu)如圖8-2所示。它與閘刀開關(guān)基本相同，但在鐵殼開關(guān)內(nèi)裝有速斷彈簧，彈簧的作用是使閘刀快速接通和斷開，以消除電弧。另外，在鐵殼開關(guān)內(nèi)還設(shè)有聯(lián)鎖裝置，即在閘刀閉合狀態(tài)時，開關(guān)蓋不能開啟，以保證安全。鐵殼開關(guān)的型號有HH10、HH11等系列。圖8-2封閉式負荷開關(guān)的結(jié)構(gòu)圖

3．組合開關(guān)

組合開關(guān)又稱轉(zhuǎn)換開關(guān)，是手動控制電器。它是一種凸輪式的作旋轉(zhuǎn)運動的刀開關(guān)。組合開關(guān)主要用于電源引入或5.5kW以下電動機的直接啟動、停止、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等場合。按極數(shù)不同，組合開關(guān)有單極、雙極、三極和多極結(jié)構(gòu)，常用的為HZ10系列組合開關(guān)。HZ10系列組合開關(guān)的結(jié)構(gòu)及圖形符號如圖8-3所示。圖8-3HZ10系列組合開關(guān)結(jié)構(gòu)圖

8.1.2熔斷器(保險絲)

熔斷器是一種最簡單有效的保護電器。在使用時，熔斷器串接在所保護的電路中，作為電路及用電設(shè)備的短路和嚴重過載保護，主要用作短路保護。熔斷器主要由熔體(俗稱保險絲)和安裝熔體的熔管(或熔座)兩部分組成。熔體由易熔金屬材料鉛、鋅、錫、銀、銅及其合金制成，通常制成絲狀和片狀。熔管是裝熔體的外殼，由陶瓷、絕緣鋼紙制成，在熔體熔斷時兼有滅弧作用。

1．瓷插式熔斷器

瓷插式熔斷器的結(jié)構(gòu)和電氣符號如圖8-4所示。

2．螺旋式熔斷器

螺旋式熔斷器的外形和結(jié)構(gòu)如圖8-5所示。

3．管式熔斷器

管式熔斷器分為有填料式和無填料式兩類，如圖8-6所示。圖8-4瓷插式熔斷器圖8-5螺旋式熔斷器圖8-6管式熔斷器8.1.3按鈕

按鈕又稱控制按鈕，也是一種簡單的手動開關(guān)，通常用于發(fā)出操作信號，接通或斷開電流較小的控制電路，以控制電流較大的電動機或其他電氣設(shè)備的運行。

按鈕的結(jié)構(gòu)和圖形符號如圖8-7所示。圖8-7按鈕的結(jié)構(gòu)及電氣符號8.1.4交流接觸器

交流接觸器是利用電磁吸力來接通和斷開電動機或電源到負載的主電路的自動電器。

圖8-8是交流接觸器的主要結(jié)構(gòu)及圖形符號。交流接觸器主要由電磁鐵和觸點兩部分組成，當電磁鐵線圈通電后，吸住動鐵芯(也稱銜鐵)，使常開觸點閉合，因而把主電路接通；電磁鐵斷電后，靠彈簧反作用力使動鐵芯釋放，切斷主電路。圖8-8交流接觸器的結(jié)構(gòu)及電氣符號8.1.5繼電器

繼電器是一種根據(jù)外來電信號來接通或斷開電路，以實現(xiàn)對電路的控制和保護作用的自動切換電器。繼電器一般不直接控制主電路，而反映的是控制信號。繼電器的種類很多，根據(jù)用途可分為控制繼電器和保護繼電器；根據(jù)反映的不同信號可分為電壓繼電器、電流繼電器、中間繼電器、時間繼電器、熱繼電器、速度繼電器、溫度繼電器和壓力繼電器等。

1．熱繼電器

電動機在工作時，當負載過大、電壓過低或發(fā)生一相斷路故障時，電動機的電流都要增大，其值往往超過額定電流。

影響電動機的壽命，甚至燒毀電動機，因此需要有過載保護。熱繼電器用于電動機的過載保護，它是利用電流熱效應(yīng)使雙金屬片受熱后彎曲，通過聯(lián)動機構(gòu)使觸點動作的自動電器。

圖8-9是熱繼電器的結(jié)構(gòu)及電氣符號。圖8-9熱繼電器的結(jié)構(gòu)及電氣符號

2．時間繼電器

在生產(chǎn)中，經(jīng)常需要按一定的時間間隔來對生產(chǎn)機械進行控制。

空氣阻尼式時間繼電器是利用空氣阻尼原理獲得延時的，它由電磁機構(gòu)、延時機構(gòu)、觸頭三部分組成。其外形及結(jié)構(gòu)圖如圖8-10所示。圖8-10空氣阻尼式時間繼電器的結(jié)構(gòu)及電氣符號圖8-11是通電延時的空氣阻尼式時間繼電器的結(jié)構(gòu)和觸頭符號。線圈1通電后，吸下銜鐵2，活塞桿3因失去支撐，在釋放彈簧4的作用下開始下降，帶動傘形活塞5和固定在

其上的橡皮膜6一起下移，在膜上面造成空氣稀薄的空間，活塞由于受到下面空氣的壓力，只能緩慢下降。經(jīng)過一定時間后，杠桿8才能碰觸微動開關(guān)9，使常閉觸點斷開，常開觸點閉合。圖8-11通電延時的空氣阻尼式時間繼電器

3．速度繼電器

速度繼電器主要用作籠型異步電動機的反接制動控制，所以也稱反接制動繼電器。它主要由轉(zhuǎn)子、定子和觸頭三部分組成。轉(zhuǎn)子是一個圓柱形永久磁鐵，定子是一個籠形空心圓環(huán)，由硅鋼片疊成，并裝有籠型繞組。圖8-12為速度繼電器的外形、結(jié)構(gòu)及電氣符號。圖8-12速度繼電器8.1.6行程開關(guān)

行程開關(guān)又稱限位開關(guān)，是一種利用生產(chǎn)機械某些運動部件的碰撞來發(fā)出控制指令的自動電器，用于控制生產(chǎn)機械的運動方向、行程大小或位置保護等。

行程開關(guān)的種類很多，但其結(jié)構(gòu)基本一樣，不同的僅是動作的傳動裝置。從結(jié)構(gòu)上看，行程開關(guān)可分為三部分：操作機構(gòu)、觸點系統(tǒng)和外殼。圖8-13為行程開關(guān)的外形圖及電氣符號。圖8-13行程開關(guān)8.1.7低壓斷路器

低壓斷路器又稱自動空氣開關(guān)、自動空氣斷路器或自動開關(guān)，它是一種半自動開關(guān)電器。當電路發(fā)生嚴重過載、短路以及失壓等故障時，低壓斷路器能自動切斷故障電路，有效保護串接在它后面的電氣設(shè)備。在正常情況下，低壓斷路器也可用于不頻繁接通和斷開的電路及控制電動機。塑料外殼式低壓斷路器又稱裝置式低壓斷路器或塑殼式低壓斷路器，一般用作配電線路的保護開關(guān)、電動機及照明線路的控制開關(guān)等。其外形如圖8-14所示，它主要由觸頭系統(tǒng)、滅弧裝置、自動與手動操作機構(gòu)、外殼、脫扣器等部分組成。根據(jù)功能的不同，低壓斷路器所裝脫扣器主要有電磁脫扣器(用于短路保護)、熱脫扣器(用于過載保護)、失壓脫扣器、過勵脫扣器以及由電磁和熱脫扣器組合的復(fù)式脫扣器等。脫扣器是低壓斷路器的重要部分，可人為整定其動作電流。圖8-14常用塑殼式低壓斷路器的外形及電氣符號塑殼式低壓斷路器的工作原理如圖8-15所示。正常工作時，熱脫扣器的發(fā)熱元件10溫升不高，不會使雙金屬片彎曲到頂動連桿6的程度；電磁脫扣器13的線圈磁力不大，不能吸住銜鐵12而撥動連桿6，開關(guān)處于正常供電狀態(tài)。如果主電路發(fā)生過載或短路，電流超過熱脫扣器或電磁脫扣器動作電流，則雙金屬片11或銜鐵12將撥動連桿6，使跳扣4被頂離鎖扣3，彈簧1的拉力使觸頭2分離而切斷主電路。當電壓失壓和低于動作值時，線圈9的磁力減弱，銜鐵8受彈簧7拉力向上移動，頂起連桿6使跳扣4與鎖扣3分開切斷回路，起到失壓保護作用。圖8-15DZ型塑殼式低壓斷路器工作原理圖8.2.1控制線路的結(jié)構(gòu)圖和原理圖

例如圖8-16是控制線路的結(jié)構(gòu)圖。其原理是三相電源通過閘刀開關(guān)、熔斷器、接觸器常開觸點、熱繼電器發(fā)熱元件接至電動機。這部分稱為主電路。主電路電流大，功率大?？?/p>

制電路是由按鈕SB、接觸器線圈KM、熱繼電器常閉接點K串聯(lián)后，由1、2兩點接電源?？刂齐娐冯娏餍。β市?。8.2電氣原理圖的繪制規(guī)則圖8-16控制線路的結(jié)構(gòu)圖8.2.2電氣原理圖繪制的基本規(guī)則

電氣原理圖繪制的基本規(guī)則如下：

(1)原理圖中，所有電動機、電器等元件都應(yīng)采用國家統(tǒng)一規(guī)定的圖形符號和文字符號來表示。

(2)原理圖一般分為主電路和輔助電路兩部分畫出。

(3)原理圖中，各電氣元件的導電部件如線圈和觸點的位置，應(yīng)根據(jù)便于閱讀和分析的原則來安排，繪在它們完成作用的地方。

(4)原理圖中，所有電器觸點都按沒有通電或沒有外力作用時的開閉狀態(tài)畫出。

(5)原理圖中，有直接電聯(lián)系的交叉導線的連接點，要用黑圓點表示。

(6)原理圖中，無論是主電路還是輔助電路，各電氣元件一般應(yīng)按動作順序從上到下、從左到右依次排列，可水平或垂直布置。

在上述原則的基礎(chǔ)上，就可把圖8-16畫成原理圖，如圖8-17所示。圖8-17控制線路的原理圖8.3.1點動控制

所謂點動控制，是指按下按鈕時電動機動作，放開按鈕時電動機即停止工作。

圖8-18所示為點動控制電路圖，它由組合開關(guān)QS、熔斷器FU1、按鈕SB、接觸器KM和電動機M組成。8.3三相異步電動機的基本控制圖8-18點動控制電路圖8.3.2啟?？刂?/p>

大多數(shù)生產(chǎn)機械需要連續(xù)工作，例如水泵、通風機、機床等，如仍采用點動控制電路，則需要操作人員一直按著按鈕來工作，這顯然不符合生產(chǎn)實際的要求。為了使電動機在按鈕按過以后能保持連續(xù)運轉(zhuǎn)，需用接觸器的一副常開觸頭與按鈕并聯(lián)，如圖8-19所示。圖8-19啟?？刂?/p>

8.3.3正反轉(zhuǎn)控制

生產(chǎn)上有許多設(shè)備需要正、反兩個方向的運動，例如機床主軸的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，工作臺的前進和后退，吊車的上升和下降等，都要求電動機能夠正反轉(zhuǎn)。我們知道，為了實現(xiàn)三相異步電動機的正、反轉(zhuǎn)，只要將接到電源的三根連線中的任意兩根對調(diào)即可。因此，可利用兩個接觸器和三個按鈕組成正反轉(zhuǎn)控制電路。

1．無聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制

如圖8-20所示，KM1為正轉(zhuǎn)接觸器，KM2為反轉(zhuǎn)接觸器，SB2為正轉(zhuǎn)按鈕，SB3為反轉(zhuǎn)按鈕。

2．有聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路

為了克服上述電路的缺點，常用具有聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路。具有電氣聯(lián)鎖的控制電路如圖8-21所示。圖8-20無聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制

圖8-21具有電氣聯(lián)鎖的控制電路

在正反轉(zhuǎn)控制電路中，除采用電氣聯(lián)鎖外，還可采用機械聯(lián)鎖。如圖8-22所示，SB2和SB3的常閉按鈕串聯(lián)在對方的常開觸點電路中。這種利用按鈕的常開、常閉觸點，在電路

中互相牽制的接法，稱為機械聯(lián)鎖(按鈕聯(lián)鎖)。具有電氣、機械雙重聯(lián)鎖的控制電路是電路中常見的，也是最可靠的正反轉(zhuǎn)控制電路，它能實現(xiàn)由正轉(zhuǎn)直接到反轉(zhuǎn)或由反轉(zhuǎn)直接

到正轉(zhuǎn)的控制。圖8-22具有雙重聯(lián)鎖的控制電路

8.3.4行程控制

在生產(chǎn)中，由于工藝和安全的需要，常要求按照生產(chǎn)機械中某一運動部件的行程或位置變化來對生產(chǎn)機械進行控制，行程控制通常是利用行程開關(guān)來實現(xiàn)的。

行程控制的電路如圖8-23所示。圖8-23行程控制電路8.3.5順序控制

在生產(chǎn)機械中，往往有多臺電動機，各電動機的作用不同，需要按一定的順序進行動作，才能保證整個工作過程的合理性和可靠性。例如，X62W型萬能銑床上要求主軸電動機啟動后，進給電動機才能啟動。這種控制稱為電動機的順序控制。

如圖8-24所示，電路中有兩臺電動機M1和M2，它們分別由接觸器KM1和KM2控制。圖8-24順序控制電路8.3.6時間控制

時間控制電路指按照時間順序進行運行狀態(tài)切換的控制電路，一般用時間繼電器來控制動作時間的間隔。下面以鼠籠式異步電動機Y—△換接啟動控制為例來介紹時間控制。Y—△換接啟動的原理是把正常運行時應(yīng)作△形連接的電動機在啟動時接成Y形，以減少啟動電流，待轉(zhuǎn)速上升后再改接成△形，投入正常運行。這是一種最常用的降壓啟動方法。

圖8-25為Y—△減壓啟動常采用的控制線路。圖8-25時間控制電路

8.4.1C620—1型機床電氣控制

常見車床的結(jié)構(gòu)如圖8-26所示，它由床身、主軸箱、掛輪箱、溜板箱、進給箱、光杠、絲杠、刀架、尾架等部分組成。

C620—1型車床的電氣控制電路如圖8-27所示。8.4應(yīng)用舉例圖8-26常見車床的結(jié)構(gòu)示意圖圖8-27C620—1型車床電氣控制電路8.4.2加熱爐自動上料控制線路

圖8-28是加熱爐自動上料的控制線路。圖8-28加熱爐自動上料圖一、實訓目的

(1)了解交流接觸器、熱繼電器和按鈕的結(jié)構(gòu)及其在控制電路中的作用。

(2)能夠看懂電路原理圖。

(3)學習異步電動機基本控制電路的連接。

(4)學習用萬用表檢查控制電路的方法，初步培養(yǎng)分析和排除電路故障的能力。

二、實訓要點

鍛煉學生的看圖和動手能力。實訓四三相電機控制三、設(shè)備與儀器四、實驗內(nèi)容、方法及步驟

1.實驗原理

繼電接觸器控制大量應(yīng)用于對電動機的啟動、停轉(zhuǎn)、正反轉(zhuǎn)、調(diào)整制動等控制，從而使生產(chǎn)機械按既定的要求動作，同時也能對電動機和生產(chǎn)機械進行保護。

(1)交流接觸器主要由一個鐵芯線圈以及三個主觸頭和若干輔助觸點組成。

2.預(yù)習要求

3.實訓過程

(1)在實驗線路板找到交流接觸器、熱繼電器和按鈕等控制電器，了解其結(jié)構(gòu)及動作原理。

(2)在斷開電源的情況下，用萬用表判斷上述各種電器的常開(動合)、常閉(動斷)觸點和線圈等對應(yīng)的接線柱，并將所測線圈的電阻記入下表。檢查接觸器的常開和常閉觸

點時，可用手將其動鐵芯反復(fù)按下和松開，若接觸良好，則應(yīng)無接觸電阻。

(3)用按鈕及交流接觸器控制三相電動機的啟動、運轉(zhuǎn)及點動，如圖8-29所示。

(4)接觸器控制三相電動機的正反向運轉(zhuǎn)。

根據(jù)圖8-30所示原理圖接線，要求接線準確、電動機能正反轉(zhuǎn)及停止操作。圖8-29用按扭及交流接觸器控制電路圖圖8-30三相電動機正反轉(zhuǎn)控制電路圖五、練習

(1)通過實驗總結(jié)用萬用表檢查控制電路的方法。

(2)實驗過程中有無出現(xiàn)故障？是什么性質(zhì)的故障？你是如何檢查和排除的？

(1)常用低壓控制電器的構(gòu)造、工作原理、電氣符號等基本環(huán)節(jié)。

將繼電器、接觸器、按鈕等電器元件組合起來對電動機或某些工藝過程進行的自動控制，稱為繼電—接觸器控制。接觸器是用來控制電動機或其他用電設(shè)備主電路通斷的電器；按鈕和各種繼電器則是控制接觸器吸引線圈回路或其他控制回路通斷的電器。

(2)控制線路的結(jié)構(gòu)圖和控制線路的原理圖的基本概念，有關(guān)電氣原理圖的繪制規(guī)則。小結(jié)

(3)根據(jù)實際情況設(shè)計控制電路原理圖。

(4)為進一步熟悉三相異步電動機的控制，需進行實訓。

8-1交流接觸器有何用途？主要由哪幾部分組成？各起什么作用？

8-2簡述熱繼電器的主要結(jié)構(gòu)和動作原理。

8-3行程開關(guān)與按鈕有何相同之處與不同之處？

8-4在電動機主電路中既然裝有熔斷器，為什么還要裝熱繼電器？它們各起什么作用？

8-5如圖8-31所示電路中，哪些能實現(xiàn)點動控制，哪些不能，為什么？習題圖8-31習題8-5圖

8-6畫出三相鼠籠式電動機既能連續(xù)工作、又能點動工作的繼電接觸器控制線路。

8-7某機床的主電動機(三相鼠籠式)為7.5kW，380V，15.4A，144