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1、第五章 建筑设备电气控制,常用控制电器的类型；设备电气控制的一般规律；电动机的常用控制图形；建筑设备电气控制（各种）,一.常用低压电器种类及应用,1）分类作用(控制、保护、转换和通断)分：控制电器（刀开关、接触器）、保护电器、执行电器（电磁铁、电磁阀）和辅助电器等。组成安装自动与否,1.分类和基本保护措施,2）保护措施,2.1）过载保护:电机起动太长或自起动；电网电压太低；机械故障；机械负荷增加；三相电机作单相运行；2.2）短路保护：绝缘损坏，直接2.3）欠电压或失电压保护2.4）断相保护2.5）漏电保护,2.常用的控制与保护电器,按钮主要用于远距离操作继电器、接触器接通或断开控制电路，从而控
2、制电动机或其他电气设备的运行。按钮的触点分常闭触点（动断触点）和常开触点（动合触点）两种。常闭触点是按钮未按下时闭合、按下后断开的触点。常开触点是按钮未按下时断开、按下后闭合的触点。按钮按下时，常闭触点先断开，然后常开触点闭合；松开后，依靠复位弹簧使触点恢复到原来的位置。按钮内的触点对数及类型可根据需要组合，最少具有一对常闭触点或常开触点。,1）按钮,2）接触器,是利用电磁吸力进行工作的电磁开关，用来频繁地远距离接通或断开主电路或大中容量的用电设备。基本类型为交流和直流两种。线圈通电时产生电磁吸引力将衔铁吸下，使常开触点闭合，常闭触点断开。线圈断电后电磁吸引力消失，依靠弹簧使触点恢复到原来的状
3、态。,根据用途不同，交流接触器的触点分主触点和辅助触点两种。主触点一般比较大，接触电阻较小，用于接通或分断较大的电流，常接在主电路中；辅助触点一般比较小，接触电阻较大，用于接通或分断较小的电流，常接在控制电路（或称辅助电路）中。有时为了接通和分断较大的电流，在主触点上装有灭弧装置，以熄灭由于主触点断开而产生的电弧，防止烧坏触点。接触器是电力拖动中最主要的控制电器之一。在设计它的触点时已考虑到接通负荷时的起动电流问题，因此，选用接触器时主要应根据负荷的额定电流来确定。如一台Y112M-4三相异步电动机，额定功率4kW，额定电流为8.8A，选用主触点额定电流为10A的交流接触器即可。除电流之外，还
4、应满足接触器的额定电压不小于主电路额定电压。,3）继电器,继电器是一种根据特定输入信号而动作的自动控制电器，其种类很多，有中间继电器、热继电器、时间继电器等类型。电力系统中应用的继电器种类繁多，按继电器动作的构成原理可分为；电磁型、感应型、磁电型、整流型、极化型、半导体型和热力型等，按继电器反应的物理量性质可分为电流、电压、功率、方向、阻抗、周波等继电器。（1）中间继电器中间继电器通常用来传递信号和同时控制多个电路，也可用来直接控制小容量电动机或其他电气执行元件。中间继电器的结构和工作原理与交流接触器基本相同，与交流接触器的主要区别是触点数目多些，且触点容量小，只允许通过小电流。在选用中间继电
5、器时，主要是考虑电压等级和触点数目。,（2）热继电器,下层金属膨胀系数大，上层的膨胀系数小。当主电路中电流超过容许值而使双金属片受热时，双金属片的自由端便向上弯曲超出扣板，扣板在弹簧的拉力下将常闭触点断开。触点是接在电动机的控制电路中的，控制电路断开便使接触器的线圈断电，从而断开电动机的主电路。,（3）时间继电器,通电延时空气式时间继电器利用空气的阻尼作用达到动作延时的目的。吸引线圈通电后将衔铁吸下，使衔铁与活塞杆之间有一段距离。在释放弹簧作用下，活塞杆向下移动。在伞形活塞的表面固定有一层橡皮膜，活塞向下移动时，膜上面会造成空气稀薄的空间，活塞受到下面空气的压力，不能迅速下移。当空气由进气孔进
6、入时，活塞才逐渐下移。移动到最后位置时，杠杆使微动开关动作。延时时间即为从电磁铁吸引线圈通电时刻起到微动开关动作时为止的这段时间。通过调节螺钉调节进气孔的大小就可调节延时时间。吸引线圈断电后，依靠复位弹簧的作用而复原。空气经出气孔被迅速排出。此时间继电器有两个延时触点：一个是延时断开的常闭触点，个是延时闭合的常开触点，此外还有两个瞬动触点。,二.电气控制原理线路的逻辑设计法,利用逻辑代数这一工具进行电路设计。1.基本思路1、首先将控制系统的输入、输出电器元件的状态用状态变量进行表示。2、然后根据控制要求列出状态变量的逻辑表达式。3、简化逻辑表达式。4、最后根据逻辑表达式绘制控制线路。,2.预备
7、知识2.1状态变量的假定输入量：触点A=1，表示触点动作（常开触点闭合、常闭触点断开）。触点A=0，表示触点复位（常开触点断开、常闭触点闭合）。输出量：线圈K=1，表示线圈上电。线圈K=0，表示线圈失电。,3.基本逻辑表达式与控制电路,3.1“与”电路1）电路图,2）真值表,3）状态表,4）逻辑表达式 K=AB,注：只把K=1的状态列出,3.2、“或”电路,1）电路图,2）真值表,3）状态表,4）逻辑表达式 K=AB,3.3、“非”电路,1）电路图,2）真值表,3）状态表,4）逻辑表达式 K=A,3.4、时序电路,1）电路图,2）真值表,3）状态表,注：1*表示短信号，1表示长信号。,1、交换
8、率 AB=BA2、结合率 A（BC）=（AB）C A+（B+C）=（A+B）+C3、分配率 A（B+C）=AB+AC A+（BC）=（A+B）（B+C）4、重迭率 AA=A，A+A=A,4.逻辑代数定理,6、非非率 A=A7、反演率 A+B=AB，AB=A+B,5.组合逻辑电路设计,组合逻辑电路：执行元件的输出状态只与同一时刻控制元件的状态有关。即输出对输入无影响。电路设计方法：1、确定状态变量2、列出状态表满足控制要求3、写出执行元件的逻辑表达式4、简化逻辑表达式5、绘制控制线路,设计举例,某电路只有在继电器KA1，KA2，KA3中任何一个或两个动作时，才能运转，而在其他条件下都不运转，试设
9、计其控制线路。解：1、确定状态变量 2、列状态表 输入：KA1、KA2、KA3；输出：KM,2、状态表,4、绘制控制线路,5.时序逻辑电路设计,时序逻辑电路的输出状态不仅与同一时刻的输入状态有关，而且还与输出量的原有状态及其组合顺序有关，即输出量通过反馈作用，对输入状态产生影响。这种逻辑电路的设计要设置中间记忆元件（如中间继电器等），记忆输入信号的变化，以达到各程序两两区分的目的。,设计方法,1、根据工艺要求确定逻辑变量、列出状态变量表（主令元件、检测元件、执行元件）。2、为区分所有状态，而增设必要的中间记忆元件（中间继电器）。3、根据状态表，列出执行元件的逻辑表达式。4、简化逻辑表达式，据此
10、绘出控制线路。5、检查、完善所设计的电路。,三.三相异步电动机的制基本环节,通过开关、按钮、继电器、接触器等电器触点的接通或断开来实现的各种控制叫做继电-接触器控制，这种方式构成的自动控制系统称为继电-接触器控制系统。典型的控制环节有点动控制、单向自锁运行控制、正反转控制、行程控制、时间控制等。电动机在使用过程中由于各种原因可能会出现一些异常情况，如电源电压过低、电动机电流过大、电动机定子绕组相间短路或电动机绕组与外壳短路等等，如不及时切断电源则可能会对设备或人身带来危险，因此必须采取保护措施。常用的保护环节有短路保护、过载保护、零压保护和欠压保护等。,5.2.1 简单起停控制,1、点动控制,
11、合上开关S，三相电源被引入控制电路，但电动机还不能起动。按下按钮SB，接触器KM线圈通电，衔铁吸合，常开主触点接通，电动机定子接入三相电源起动运转。松开按钮SB，接触器KM线圈断电，衔铁松开，常开主触点断开，电动机因断电而停转。,2、直接起停控制,（1）起动过程。按下起动按钮SBl，接触器KM线圈通电，与SB1并联的KM的辅助常开触点闭合，以保证松开按钮SBl后KM线圈持续通电，串联在电动机回路中的KM的主触点持续闭合，电动机连续运转，从而实现连续运转控制。（2）停止过程。按下停止按钮SB2，接触器KM线圈断电，与SBl并联的KM的辅助常开触点断开，以保证松开按钮SB2后KM线圈持续失电，串联
12、在电动机回路中的KM的主触点持续断开，电动机停转。,与SBl并联的KM的辅助常开触点的这种作用称为自锁。图示控制电路还可实现短路保护、过载保护和零压保护。起短路保护的是串接在主电路中的熔断器FU。一旦电路发生短路故障，熔体立即熔断，电动机立即停转。起过载保护的是热继电器FR。当过载时，热继电器的发热元件发热，将其常闭触点断开，使接触器KM线圈断电，串联在电动机回路中的KM的主触点断开，电动机停转。同时KM辅助触点也断开，解除自锁。故障排除后若要重新起动，需按下FR的复位按钮，使FR的常闭触点复位（闭合）即可。起零压（或欠压）保护的是接触器KM本身。当电源暂时断电或电压严重下降时，接触器KM线圈
13、的电磁吸力不足，衔铁自行释放，使主、辅触点自行复位，切断电源，电动机停转，同时解除自锁。,3、正反转控制,（1）正向起动过程。按下起动按钮SBl，接触器KM1线圈通电，与SBl并联的KM1的辅助常开触点闭合，以保证KMl线圈持续通电，串联在电动机回路中的KM1的主触点持续闭合，电动机连续正向运转。（2）停止过程。按下停止按钮SB3，接触器KMl线圈断电，与SBl并联的KM1的辅助触点断开，以保证KMl线圈持续失电，串联在电动机回路中的KMl的主触点持续断开，切断电动机定子电源，电动机停转。（3）反向起动过程。按下起动按钮SB2，接触器KM2线圈通电，与SB2并联的KM2的辅助常开触点闭合，以保
14、证KM2线圈持续通电，串联在电动机回路中的KM2的主触点持续闭合，电动机连续反向运转。,特别注意KM1和KM2线圈不能同时通电，因此不能同时按下SBl和SB2，也不能在电动机正转时按下反转起动按钮，或在电动机反转时按下正转起动按钮。如果操作错误，将引起主回路电源短路。,4.带电气联锁的正反转控制电路,将接触器KM1的辅助常闭触点串入KM2的线圈回路中，从而保证在KMl线圈通电时KM2线圈回路总是断开的；将接触器KM2的辅助常闭触点串入KM1的线圈回路中，从而保证在KM2线圈通电时KMl线圈回路总是断开的。这样接触器的辅助常闭触点KMl和KM2保证了两个接触器线圈不能同时通电，这种控制方式称为联
15、锁或者互锁，这两个辅助常开触点称为联锁或者互锁触点。,存在问题：电路在具体操作时，若电动机处于正转状态要反转时必须先按停止按钮SB3，使联锁触点KMl闭合后按下反转起动按钮SB2才能使电动机反转；若电动机处于反转状态要正转时必须先按停止按钮SB3，使联锁触点KM2闭合后按下正转起动按钮SBl才能使电动机正转。,同时具有电气联锁和机械联锁的正反转控制电路,采用复式按钮，将SB1按钮的常闭触点串接在KM2的线圈电路中；将SB2的常闭触点串接在KMl的线圈电路中；这样，无论何时，只要按下反转起动按钮，在KM2线圈通电之前就首先使KM1断电，从而保证KM1和KM2不同时通电；从反转到正转的情况也是一样
16、。这种由机械按钮实现的联锁也叫机械联锁或按钮联锁，,5.行程控制,5.1、限位控制,当生产机械的运动部件到达预定的位置时压下行程开关的触杆，将常闭触点断开，接触器线圈断电，使电动机断电而停止运行。,5.2、自动往返控制,按下正向起动按钮SB1，电动机正向起动运行，带动工作台向前运动。当运行到SQ2位置时，挡块压下SQ2，接触器KMl断电释放，KM2通电吸合，电动机反向起动运行，使工作台后退。工作台退到SQl位置时，挡块压下SQl，KM2断电释放，KM1通电吸合，电动机又正向起动运行，工作台又向前进，如此一直循环下去，直到需要停止时按下SB3，KMl和KM2线圈同时断电释放，电动机脱离电源停止转
17、动。,6.时间控制,星形-三角形换接起动控制,按下起动按钮SBl，时间继电器KT和接触器KM2同时通电吸合，KM2的常开主触点闭合，把定子绕组连接成星形，其常开辅助触点闭合，接通接触器KMl。KMl的常开主触点闭合，将定子接入电源，电动机在星形连接下起动。KMl的一对常开辅助触点闭合，进行自锁。经一定延时，KT的常闭触点断开，KM2断电复位，接触器KM3通电吸合。KM3的常开主触点将定子绕组接成三角形，使电动机在额定电压下正常运行。与按钮SBl串联的KM3的常闭辅助触点的作用是：当电动机正常运行时，该常闭触点断开，切断了KT、KM2的通路，即使误按SB1，KT和KM2也不会通电，以免影响电路正
18、常运行。若要停车，则按下停止按钮SB3，接触器KMl、KM2同时断电释放，电动机脱离电源停止转动。,四.三相鼠笼式异步电机的启动、制动和控制,1.三相鼠笼式异步电动机的起动及其控制1）直接起动的控制线路IQ/Ied=3/4+变压器容量/(4*电动机容量),2.减压起动,不满足直接起动，必须采用减压起动。串电阻减压起动自耦变压器起动星-三角减压起动,1）串自耦变压器起动,1.1线路构思 起动时的定子得到电压为自耦变压器的二次电压，一般为额定电压的6080%，起动结束后切除。1.2工作情况 合上闸刀QS,按下按钮SB1，接触器KM1和KT线圈同时通电，电动机串接自耦变压器TM减压起动，时间继电器的
19、瞬时常开触头闭合形成自锁，起动结束后，时间继电器的延时触头动作，使失电释放，TM被切除，而接触器KM2通电吸合，电动机在全压下稳定运行。,用中间继电器代替时间继电器后的线路图如图5-7示,工作思路：起动过程：合上闸刀QS,按下按钮SB1，接触器KM1通电，KM2通电，KM3常闭触点闭，电动机串接自耦变压器TM减压起动，起动结束后，按下SB2，KA线圈通电，KA常闭断，KM1失电，KM1常开开，KM2失电，TM被切除，而接触器KM3通电吸合，KM3常闭断，KA断电，电动机在全压下稳定运行。,2）星-角减压起动,工作思路星220V，角380V，工作情况按下起动按钮SBl，接触器KM通电，时间继电器
20、KT和KMy同时通电吸合，把定子绕组连接成星形，KMy常开辅助主触点闭合，将定子接入电源，电动机在星形连接下起动。KM的一对常开辅助触点闭合，进行自锁。经一定延时，KT的常闭触点断开，常开触点延时闭合，接触器KM通电吸合。KM的常开主触点将定子绕组接成三角形，使电动机在额定电压下正常运行，同时切断KT。若要停车，则按下停止按钮SB2，接触器同时断电释放，电动机脱离电源停止转动,QX3-13型自动星-角起动，由三个接触器、1个时间继电器、一个热继电器组成。工作过程略,2.鼠笼式异步电机的制动用其控制,机械制动与电气制动。反接制动反接限制电阻，速度继电器（KA）能耗制动单向和双向能耗制动，可以按速
21、度和时间原则进行控制,1）反接制动,速度继电器控制原理略,单向反接制动的控制线路,构思工作情况：SB1-KM1-运转，KA的转子-速度高时，KA闭合，SB2-KM1失电-KM2-反接制动开始-速度低时，KA复位，KM2失电，制动结束，按钮SB2才可抬起。,单向反接制动的控制线路2,加入1 只中间继电器SB1-KM1-运转，KA的转子-速度高时，KA闭合，KA1闭合，SB2-KM1失电-KM2-反接制动开始-速度低时，KA复位，KA1失电，KM2失电，制动结束。,2）.能耗制动,单向能耗控制的时间原则控制线路QSSB1KM1主触头闭合，运转；SB2KM2，KT，能耗制动，停机KT延时触头打开，使
22、KM2失电，切除直流电。,3.鼠笼式异步电机的调速及其控制,方法：变极调速、调压调速、电磁耦合调速、液力耦合调速、变频调速等。变极调速：每相只有一套中间抽头的绕组，可实现2：1和3：2的双速变化，如24，48和46，812.若每相有一套不带抽头的绕组和一套带中间抽头的绕组，可实现三速变化。每相带2套中间抽头绕组，则可实现四速变化,由a到b的接法，实现了42的过渡，实现了2倍速运行。,变极调节,接触器控制的双速控制线路QSSB1KM1-形，低速；SB2KM1失电KM2，KM3，双y形并联，高速保证可靠，采用串联自锁方式,时间继电器控制的双速控制线路开关SA高速时KTKM1-形，低速延时，KT2断
23、开，KM1失电，KT3彼时闭合，KM2KT3KM2，KM3，进入高速运行。,4.绕线式电机 的起动及其控制,串接外加电阻或频敏电阻，减小了起动电流，增加了功率因数和起动转矩。1）转子回路串接起动电阻起动控制线路构思：一般接成星形，起动前，起动电阻全部接入电路，再逐段切除（短接），根据短接的办法，可以有三相不对称接法和三相电阻对称接法。可以按照时间原则或电流原则来实现,QSSB1KM全部电阻接入，KT1KM1，R1短接KT2-，延时后R2短接KM3，延时后，R3短接进入稳定运行阶段。,电流继电器FA直流型。释放电流FA1FA2FA3,2)转子回路串频敏变阻器,较好的起动设备，有接近恒转矩的平滑无级无级起动性能，无机械冲击。频敏变阻器，开启的、星形接法的、数片厚的E钢板叠合的三相电抗器，由铁芯与线圈组成，铁损大。相当于一等效电阻R和电抗并联，接入转子电路中。转子电流的频率f2=sf1（电源频率），而X与R是与s的平方成正比。,转换开关SA，ZQSSB1KM1KTUT，起动结束后，KT触头延时闭合KAKM2通电使UT短接，稳定运行。SSB1KM1UT当看到电流表中读数降到电机额定电流时，按下SB2KAKM2UT被短接。,END,
