电器控制基本知识

1、第1章 电器控制基本知识 教学提示：在电力拖动控制系统中，各类生产机械均由电动机拖动，因此，在生产过程中要对电动机进行自动控制，使生产机械各部件的动作按顺序进行，保证生产过程和工艺合乎要求。因此，掌握电气控制电路的基本原理，对理解生产机械的整体电气控制电路的原理和维修非常重要。本章将对一些常用的控制电器作简单介绍，同时对一些基本控制线路的组成、工作原理和作用作相关介绍。 教学目标：通过对常用低压电器、电气控制技术的学习，掌握继电器、接触器、按钮开关等常规控制电器的动作执行特点，由此达到会分析机械设备电气控制原理，设计简单设备电气控制柜的原理图、接线图。 1.1 常用工厂电器常用工厂电器1.2

2、继电器控制线路基础继电器控制线路基础1.1 1.1 常用工厂电器常用工厂电器1.1.1 按钮按钮1.1.2 接触器接触器1.1.3 继电器继电器1.1.1 1.1.1 按钮按钮 按钮开关的结构如右图 按钮的动作： 按下按钮时，先断开常闭触点，后接通常开触点；按钮释放后，在复位弹簧的作用下，按钮触点自动复位的先后顺序相反。通常，在无特殊说明的情况下，有触点电器的触点动作顺序均为“先断后合”。 1按钮帽 2复位弹簧 3桥式触点 4常开静触点 5常闭静触点图l-2 按钮开关结构示意图 国际GB5226-85对按钮颜色作了如下规定： 1）“停止”和“急停”按钮必须是红色；2）“启动”按钮颜色为绿色；3

3、）“启动”与“停止”交替动作的按钮必须是黑 白、白色或灰色；4）“点动”按钮必须为黑色；5）“复位”按钮必须为蓝色。 控制按钮的选择： 要考虑其使用的场所，根据具体的控制方式和要求选择按钮的结构形式、所需要的触点数量、种类及颜色。 按钮开关的图形符号及文字符号如下图。 （a）常开触点 （b）常闭触点 （c）复合触点 图1-3 按钮开关的图形和文字符号1.1.2 1.1.2 接触器接触器 接触器是一种自动的电磁式开关，它通过电磁力作用下的吸合和反力弹簧作用下的释放，使触头闭合和分断，导致电路的接通和断开。 接触器在电力拖动和自动控制系统中，主要控制对象是电动机，也可用于控制电热设备、电焊机、电容

4、器组等其他负载。 接触器具有欠压保护、零压保护、操作频率高、控制容量大、工作可靠、使用寿命长、维护方便等优点，它是自动控制系统中应用最多的一种电器。 接触器的分类 1. 交流接触器 2. 直流接触器 接触器的图形符号如下图所示，文字符号为KM。 (a)线圈 (b)主触点 (c)辅助触点 图1-5 接触器的图形符号 交流接触器主要由四部分组成： 1）电磁机构 2）触点系统 3）灭弧装置 4）其他部件 CJ10-20型交流接触器的外形与结构如右图 1灭弧罩 2触点压力弹簧片 3主触点 4反作用弹簧 5线圈 6短路环 7静铁心 8弹簧 9动铁心 10辅助常开触点 11辅助常闭触点 图l-4 CJ10

5、-20型交流接触器 直流接触器主要用于远距离接通或分断额定电压至440V，额定电流至630V的直流电路或频繁地操作和控制直流电动机启动、停止、反转及反转制动。 直流接触器的结构和原理基本上与交流接触器相同，如右图。1铁心 2线圈 3衔铁 4静触点 5动触点6辅助触点 7、8接线柱 9反作用弹簧 10底板图l-6 直流接触器的结构原理图 1.1.3 1.1.3 继电器继电器 继电器是根据电量或非电量（如电压、电流、转速、时间、温度等）的变化，来接通和分断控制电路，实现自动控制和保护电力推动装置的电器。 继电器主要用于反映控制信号，一般不用来直接控制电流较强的主电路，因此与接触器相比，其分断能力较

6、小，一般不设灭弧装置。 由于继电器在控制线路中的重要性，要求继电器具有反映灵敏、动作准确、切换迅速、工作可靠、结构简单、体积小、重量轻等特点。 继电器的分类1. 电磁式继电器 按吸引线圈的电流种类可分为：交流电磁继电器和直流电磁继电器； 按继电器反映的参数可分为：电流继电器、电压继电器、中间继电器等。2. 时间继电器 根据触头延时的特点，可分为通电延时与断电延时两种 按其动作原理可分为电磁式、电动式、空气阻尼式、晶体管式等。常用的为空气阻尼式。 3. 热继电器 1. 电磁式继电器 电磁式继电器属于有触点自动切换电器，广泛应用于电力拖动系统中，起控制、放大、连锁、保护与调节的作用，以实现控制过程

7、的自动化。它是应用最早也是应用最多的一种继电器。 电磁式继电器典型结构如右图 1座底 2反力弹簧 3、4调节螺钉 5非磁性垫片 6衔铁 7铁心 8极靴 9电磁线圈 10触点系统图1-7 电磁式继电器典型结构图1）电流继电器 电流继电器是根据电流值的大小而动作的继电器。它串联在被测电路中，所反映的是电路中电流的变化。 为使电流串入电流继电器后不影响电路正常工作，要求电流继电器线圈的匝数要少、导线要粗、阻抗要小，这样线圈的功率损耗较小。 电流继电器根据用途不同可分为过电流、欠电流继电器。 电流继电器在电气原理图中的符号如下图。 过电流线圈 欠电流线圈 常开触头 常闭触头 图1-8 电流继电器符号2

8、）电压继电器 电压继电器是根据电压大小而动作的继电器。它并联在被测电路中，反映被测电路中电压的变化，要求线圈匝数多、导线细、阻抗大。 电压继电器在电气原理图中的符号如下图。 过电压线圈 欠电压线圈 常开触头 常闭触头 图1-9 电压继电器符号 3）中间继电器 中间继电器是将一个输入信号变成多个输出信号，或将信号放大（即增大触点容量），起到信号中转作用的继电器。 中间继电器在电气原理图中的符号如下图。 线圈 常开触头 常闭触头 图1-10 电压继电器符号 2. 2. 时间继电器时间继电器 时间继电器是一种根据电磁原理或机械动作原理在电路中控制动作时间（即触点系统自动延时接通或断开）的继电器。 1

9、）直流电磁式时间继电器 直流电磁式时间继电器是利用磁系统在电磁线圈断电后磁通延缓变化的原理工作的。为了实现延时，常在继电器电磁系统中增设阻尼圈。 优点：结构简单、运行可靠、寿命长、允许通电次数多。 缺点：它只适用于直流电路，且仅能在断电延时实现延时功能，这就限制了它的应用范围。并且直流电磁式时间继电器延时时间短，精度不高，且体积较大。 2）空气阻尼式时间继电器 空气阻尼式时间继电器是利用空气阻尼原理获得延时的 。 优点：结构简单、延时范围大、寿命长、价格低廉且不受电源电压及频率波动的影响。 缺点：延时误差较大（10%20%），无调节刻度指示。因而常用于延时精度要求不高的控制电路中。 空气阻尼式

10、时间继电器结构原理图如下图。 （a）通电延时型 （b）断电延时型1线圈 2铁心 3衔铁 4反力弹簧 5推板 6活塞杆 7杠杆 8塔形弹簧 9弱弹簧 10橡皮膜 11空气室壁 12活塞 13调节螺钉 14进气孔 15、16微动开关 图1-11 JS7-A系列时间继电器动作原理示意图3）电子式时间继电器 电子式时间继电器常用的是阻容式时间继电器。它是利用电容对电压变化的阻尼作用来实现延时的。 优点：延时时间长，线路简单，延时调节方便，且温度补偿性好，电容利用率高，性能稳定，延时误差小，触点容量大。 缺点：存在延时易受温度与电源波动的影响，抗干扰性差，修理不便且价格昂贵。时间继电器的图形符号如下图

11、。(a)线圈一般符号 (b)通电延时线圈 (c)断电延时线圈 (d)延时闭合常开触点 (e) (f) (g) (h) (i) (e)延时断开常闭触点 (f)延时断开常开触点 (g)延时闭合常闭触点 (h)瞬时闭合常开触点 (i) 瞬时断开常闭触点 图1-12 时间继电器的图形符号3. 热继电器 热继电器是利用电流的热效应推动动作机构，使触头系统闭合或分断的保护电器。 热继电器主要用于电力拖动系统中电动机的过载保护、断相保护、电流不平衡运行的保护以及其他电气设备发热状态的控制。 热继电器原理示意图如右图。 1热元件 2双金属片 3导板 4触点复位图1-14 热继电器原理示意图1.2 继电器控制线

12、路基础 1.2.1 电路的逻辑表示及逻辑运算电路的逻辑表示及逻辑运算1.2.2 电动机点动、长动电动机点动、长动1.2.3 单向运转，可逆转动单向运转，可逆转动1.2.4 降压起动降压起动 电气控制系统由开关量构成控制时，电路状态与逻辑函数之间存在着对应关系，为将电路状态用逻辑函数的方式表达，通常对电器作如下规定： 1）用KM、KA、SB等作为电器的常开触点， 、 、 等表示常闭触点。 2）触点闭合时，逻辑状态为“1”；触点断开时，逻辑状态为“0”。 3）线圈通电时为“1”状态，线圈失电时为“0”状态。KM1.2.1 电路的逻辑表示及逻辑运算KASBABAB000010100111表1-1 与

13、运算真值表 1. “与”运算（逻辑乘） 逻辑与的公式为：J=AB。 “与”运算的真值表如右表所示。 “与”门的逻辑符号如下图（a）所示。 继电控制线路中“与”运算的实例如下图（b）。（a）逻辑符号 （b）控制线路实例 图1-15 逻辑“与”ABA+B0000111011112. “或”运算（逻辑加） 逻辑或的公式为：J=A+B。 “或”运算的真值表如右表所示。 “或”门的逻辑符号如下图（a）所示 。 继电控制线路中“或”运算的实例如下图（b）（a）逻辑符号 （b）控制线路实例 图1-16 逻辑“或”A0110表1-3非运算真值表A3. “非”运算（逻辑非） 逻辑非的公式为： 。 “非”运算的真

14、值表如右表所示。 “非”门的逻辑符号如下图（a）所示 。 继电控制线路中“非”运算的实例如下图（b）（a）逻辑符号 （b）控制线路实例 图1-17 逻辑“非” 所谓的点动控制是指：按下按钮，电动机就得电运转；松开按钮，电动机就失电停转。 右图为电动机点动、长动控制电路原理图。1.2.2 1.2.2 电动机点动、长动电动机点动、长动图1-18 点动、长动控制电路原理图 1.2.3 单向运转，可逆转动 1. 电动机单向运转控制线路 电动机单向旋转可用开关或接触器控制，右图为接触器控制电路原理图。 该电路除了由熔断器FU作短路保护，由接触器作欠压和失压保护外，还采取了过载保护措施。 过载保护是指当电动机出现过载时能自动切断电动机电源，使电动机停转的一种保护。 图1-19 电动机单向运转控制电路原理图 2. 接触器连锁的可逆转动控制线路 电动机的常用可逆旋转控制电路如右图所示。 接触器联锁可逆转动控制线路的优点是工作安全可靠。 缺点是操作不便，因电动机从正转变为反转，必须先按下停止按钮后，才能按反转启动按钮，否则由于接触器的联锁作用，不能实现反转。 图1-20可逆旋转控制线路原理图 1.2.4 降压起动 所谓降压启动是将额定电压的一部分加在电动机定子绕阻的启动方法。 右图为用于13kW以上电动机的启动电路，由三个接触器和一个时间继电器构成。 图