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1、郑州职业技术学院电气电子工程系,工厂电气控制设备,机电教研室 卢青波,绪论,课程的性质和任务电力拖动的组成电气控制技术的发展概况控制技术的发展过程电器产品的发展,绪论,1.课程的性质和任务“工厂电气控制设备”是一门实践性较强的 专业课。该技术在生产过程、科学研究及其他各领域 应用十分广泛。2.主要内容 以电动机或其他执行电器为控制对象，介绍电气控制的基本原理、线路、程序及控制装置 的设计方法。,绪论,3.基本任务：1）熟悉常用控制电器的基本结构、工作原理、用途及型号，达到能正确使用和选用的目的。2）熟练掌握电气控制线路的基本环节，具有对一般电气控制线路的独立分析能力.3）熟悉典型生产设备电气控
2、制系统，具有从事电气设备的安装、调试、运行和维护的能力。4）具有设计和改进一般生产设备电气控制线路的基本能力。,绪论,电力拖动的组成,绪论,电气控制设备的发展概况,在控制方法上主要是从手动控制到自动控制；在控制功能上是从简单到复杂（智能化）；在操作方式上由笨重到轻巧（信息化处理）；从控制原理上，由单一的有触点硬接线继电器控制系统转向以微处理器或计算机为中心的网络化控制系统。,目前，电气控制技术已发展为集微电子技术、电力电子技术、自动控制技术、计算机技术、网络通信技术、测试技术和可靠性技术为一体的综合技术。,绪论,控制技术的发展过程,电气产品的发展,第一章 常用低压电器,低压电器基本知识接触器控
3、制继电器其它常用电器,第一节 低压电器基本知识,电器：凡是对电能的生产、输送、分配和应用能起到切换、控制、调节、检测以及保护等作用的电工器械，均称为电器。低压电器：低压电器通常是指在交流1200V及以下、直流1500V及以下的电路中使用的电器。高压电器：交流1200V以上、直流1500V以上。,(一)低压电器的分类,按所控制的对象分为：低压配电电器-用于配电系统中，有刀开关、熔断器等。低压控制电器-用于电力拖动自动控制系统和用电设备中，主要有接触器、控制继电器、主令开关、起动器、电磁铁等。,(一)低压电器的分类,按动作性质分为：自动切换电器-这类电器有电磁铁等动力机构，按照指令、信号或参数变化
4、而自动动作，使工作电路接通和切断，如接触器、自动开关等。非自动切换电器-这类电器没有动力机构，依靠人力或其他外力来接通或切断电路，如刀开关、转换开关等。,(一)低压电器的分类,按工作原理分为：电磁式电器-依据电磁感应原理来工作的电器，如交直流接触器、各种电磁式继电器等。非电量控制器-电器根据外力或某种非电物理量的变化而动作，如刀开关、行程开关、按钮、速度继电器压力继电器、温度继电器等。,(一)低压电器的分类,按用途分为：控制电器-用来控制电动机的启动、正反转、制动、调速等动作的电器，如开关、信号控制电器、接触器、继电器、电磁启动器、控制器等。保护电器-用于保护电路及用电设备，使其安全运行的电器
5、。如熔断器、电流继电器、热继电器等。执行电器-用来驱动生产机械运行或保持机械装置在指定位置的电器。如电磁阀、电磁离合器、电磁制动器等。,(二)低压电器的基本结构,从组成上看，电器一般都具有两个基本组成部分，即感测部分和执行部分。感测部分大多是电磁机构，执行部分一般是触头。当触头分断大电流电路时，一般还需要灭弧装置。,1.电磁机构,电磁机构是将电磁能转换成机械能从而带动触头的闭合或分断。一般由线圈、铁心和衔铁三部分组成。工作原理：线圈通以电流后产生磁场，磁通经铁心、衔铁和工作气隙形成闭合回路，产生的电磁吸力克服复位弹簧的反作用力，将衔铁吸向铁心；线圈断电后，衔铁在复位弹簧的力作用下恢复原始状态。
6、,1.电磁机构,电磁机构根据动作方式的不同分为直动式和转动式。电磁铁分为直流电磁铁和交流电磁铁。,直流电磁铁的线圈通直流电，产生恒定磁通，铁心中没有磁滞损耗与涡流损耗，只有线圈本身的铜损，因此铁心用电工纯铁或铸钢制成圆环形，线圈无骨架。交流电磁铁为减少交变磁场在铁心中产生的涡流和磁滞损耗，铁心一般采用硅钢片迭压后铆成，线圈有骨架，呈短粗形以增加散热面积。,1.电磁机构,单相交流电磁机构的短路环的作用：避免衔铁震动和撞击。,2.触头机构,触头用来接通和断开电路，是一切有触头的电器的执行元件。对触头的要求一般是：接通时导电性能好、不跳（不振）、噪声小、不过热；断开时能可靠地消除规定容量下的电弧。,
7、2.触头机构,触头接触形式：点接触、线接触、面接触。,2.触头机构,触头结构形式：桥式触头、指形触头,3.灭弧装置,电弧产生：在自然环境下断开电路时，如果被断开电路的电流（或电压）超过某一数值时（根据触头材料的不同其值约在0.25-1A，12-20V之间），在触头间隙中就会产生电弧。灭弧的基本方法：电动力吹弧、磁吹灭弧、窄缝灭弧、栅片灭弧。交流接触器的灭弧装置采用电动力吹弧和栅片灭弧；直流接触器则采用磁吹灭弧、窄缝灭弧。,3.灭弧装置(1),工作原理：触头断开时产生电弧的同时，会产生如图所示的磁场（右手螺旋定则），此时电弧相当于载流体，根据左手定则，磁场对电弧作用图示的电动力将电弧拉断，从而起
8、到灭弧作用。,3.灭弧装置(2),工作原理：触头回路(主回路)中串接有吹弧线圈(较粗的几匝导线，其间穿以铁心增加导磁性)，通电后会产生较大的磁通。触头分断的瞬间产生的电弧就是载流体，它在磁通的作用下产生电磁力F将电弧拉长并冷却从而灭弧。,3.灭弧装置(3),工作原理：依靠磁场产生的电动力将电弧拉入用耐弧材料制成的狭缝中，加快散热冷却，从而达到灭弧目的。,3.灭弧装置(4),工作原理：栅片由表面镀铜的薄钢板制成，嵌装在灭弧罩内，彼此绝缘。当触头分开时，所产生的电弧在电动力的作用下被拉入一组栅片中，电弧进入栅片后被分割成数段，一方面栅片间的电压不足以维持电弧或重新起弧，另一方面栅片有散热冷却作用，
9、因此电弧会迅速熄灭。,第二节 接触器,定义：用于远距离频繁地接通或断开交直流主电路及大容量控制电路的一种自动开关电器。分类：交流接触器、直流接触器。组成：电磁机构、触头系统、灭弧装置、释放弹簧、触头弹簧、触头压力弹簧、支架及底座等。,交流接触器,控制线圈接线,主触点接线,(一)接触器的主要技术参数,电流种类：交流、直流。额定电压：指主触点的额定工作电压直流有：24V、110V、220V、440V、660V交流有：127V、220V、380V、500V、660V额定电流：主触点的额定电流额定通断能力：主触头在规定条件下可靠地接通和分断的电流值。线圈额定工作电压：吸引线圈正常工作的电压值 交流线圈
10、：127V、220V、380V 直流线圈：110V、220V、400V,(一)接触器的主要技术参数,允许操作频率：每小时可以实现的最高操作次数，一般为600次/时、1200次/时；机械寿命（1000万次以上）与电气寿命（100万次以上）线圈的起动功率和吸持功率：直流接触器起动和吸持功率相等，交流接触器起动功率为吸持功率的5-8倍,(二)接触器的常用型号,空气电磁式交流接触器：CJ20、CJ21、CJ26、CJ29、CJ35、CJ40、LC1-D、3TB、3TF等。切换电容器接触器：CJ16、CJ19、CJ41、CJX4、LC1-D等。直流接触器：CZ18、CZ21、CZ22、CZ0等。,(二)
11、接触器的常用型号,(二)接触器的常用型号,(二)接触器的常用型号,CJ20系列型号含义,(二)接触器的常用型号,(二)接触器的常用型号,图形符号及文字符号,(三)几款常见的接触器(1),(三)几款常见的接触器(2),(三)几款常见的接触器(3),第三节 控制继电器,定义：继电器是一种根据某种物理量的变化，使其自身的执行机构动作的电器。它既可以用来改变控制线路的工作状态，按照预先设计的控制程序完成预定的控制任务；也可以根据电路状态、参数的改变对电路实现某种保护。组成：检测机构、中间机构和执行机构。检测机构的作用是接受外界输入信号并将信号传递给中间机构；中间机构对信号的变化进行判断、物理量转换、放
12、大等；当输入信号变化到一定值时，执行机构(一般是触头)动作，从而使其所控制的电路状态发生变化，接通或断开某部分电路，达到控制或保护的目的。分类：按输入信号可分为：电压继电器、电流继电器、功率继电器、速度继电器，压力继电器、温度继电器等；按工作原理可分为：电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、电子式继电器、热继电器等；按用途可分为控制与保护继电器；按输出形式可分为有触点和无触点继电器。,(一)控制继电器结构,电磁式继电器的结构组成和工作原理与电磁式的接触器相似，它也是由电磁机构和触点系统两个主要部分组成。电磁机构由线圈、铁心、衔铁组成。触点系统由于其触点都接在控制电路中，且电流小，故不装设灭
13、弧装置。它的触点一般为桥式触点，有常开和常闭两种形式。另外，为了实现继电器动作参数的改变，继电器一般还具有改变释放弹簧松紧和改变衔铁开后气隙大小的装置。,(一)控制继电器结构,继电器与接触器的区别,继电器：用于控制电路、电流小，没有灭 弧装置，可在电量或非电量的作用下动作。接触器：用于主电路、电流大，有灭弧装置，一 般只能在电压作用下动作。,（一）控制继电器结构,直流继电器电磁机构均为U形拍合式，铁心和衔铁均由电工软铁制成。交流继电器的电磁机构有U形拍合式、E形直动式、螺旋式等，铁心与衔铁均由硅钢片叠制而成，且在铁心柱端面上嵌有短路环。,1.电磁机构,(一)控制继电器结构,一般为桥式触头，有常
14、开和常闭两种形式，无灭弧装置。,2.触头系统,3.调节装置,用以改变继电器的动作参数。,(二)电磁式继电器的特性及主要参数,（一）特性：继电器输出量随输入量变化的关系，即输入-输出特性。（二）主要参数：额定参数：额定电压、额定电流动作参数：吸合电压U0、释放电压Ur、吸合电流I0、释放电流Ir整定值：动作参数的调整值返回参数：释放值与吸合值的比值，用K表示动作时间：一般为,(三)电磁式电压继电器与电流继电器,电磁式继电器反映的是电信号，当线圈反映电压信号时，为电压继电器；当线圈反映电流信号时，为电流继电器。其在结构上的区别主要在线圈上，电压继电器的线圈匝数多、导线细，而电流继电器的线圈匝数少、
15、导线粗。电磁式继电器有交、直流之分，它是按线圈通过交流电还是直流电来区分的。,1.电磁式电压继电器,电磁式电压继电器线圈并接在电路电压上，用于反映电路电压大小。其触头的动作与线圈电压大小直接有关，在电力拖动控制系统中起电压保护和控制作用。按吸合电压相对其额定电压大小可分为过电压继电器和欠电压继电器。,(1)过电压继电器,作用：用于过压保护，当线圈电压高于其额定电压时衔铁吸合；当线圈电压降到其释放电压时衔铁释放。因直流电路一般不会出现过电压，故没有直流过电压继电器，交流过电压继电器的吸合电压调节范围为：U0=（）UN。,(2)欠电压继电器,作用：用于欠电压保护，当线圈电压低于其额定电压时衔铁吸合
16、；当线圈电压很低时衔铁释放。直流欠电压继电器：U0=（）UN，Ur=（）UN交流欠电压继电器：U0=（）UN，Ur=(0.1-0.35)UN,2.电磁式电流继电器,电磁式电流继电器线圈串接在电路中，用于反映电路电流的大小。其触头的动作与否与线圈电流大小直接有关。按线圈电流种类有交流电流继电器和直流电流继电器，按吸合电流大小可分为过电流继电器和欠电流继电器。,(1)过电流继电器,作用：用于过流保护，当线圈电流高于其额定电流一定值时衔铁吸合。通常：交流过电流继电器的吸合电流 I0=（）IN，直流过电流继电器的吸合电流 I0=（0.75-3）IN，,(2)欠电流继电器,作用：用于欠电流保护，当继电器
17、线圈流过负载额定电流时，衔铁吸合；当负载电流降低至继电器的释放电流时，衔铁释放。直流欠电流继电器：I0=（）IN，Ir=（）IN无交流欠电流继电器,(四)电磁式中间继电器,实质：是一种电磁式电压继电器特点：触头数量多作用：在电路中起增加触头数量和起中间放大作用分类：直流中间继电器、交流中间继电器,中间继电器接线,典型的中间继电器,(五)常用的电磁式继电器(1),直流电磁式通用继电器：JT3、JT9、JT10、JT18等系列,(五)常用的电磁式继电器(2),电磁式中间继电器：JZ7、JDZ2、JZ14、MA406N、3TH系列等,(五)常用的电磁式继电器(3),电磁式交、直流电流继电器：JL3、
18、JL14、JL15等系列,(六)时间继电器,定义：输入信号输入后，经一定的延时，才有输出信号的继电器。符号:KT按动作原理分：电磁式、空气阻尼式、电动式与电子式。,1.电磁式时间继电器,2.时间继电器的技术参数,3.时间继电器的图形符号,4.常见的时间继电器,JS23系列空气式时间继电器,(七)热继电器,定义：利用测量元件被加热到一定程度而动作的一种继电器，是具有过载保护特性的过电流继电器。长期过载、频繁启动、欠电压、断相运行均会引起过电流。作用：电动机或其他设备的长期过载保护和断相保护。,1.电气控制对热继电器性能的要求,具有合理可靠的保护特性具有一定的温度补偿动作电流可以方便地调节具有自动
19、复位和手动复位功能,2.双金属片热继电器的结构及工作原理,结构：热元件、主双金属片、触头系统、动作机构、复位按钮、电流整定装置和温补元件等,2.双金属片热继电器的结构及工作原理,工作原理,当电动机过载时，通过发热元件1的电流使双金属片2向左膨胀，2推动3，3带动4顺时针转动，拨差5作顺时针方向转动，从而使动断触点断开以切断电路，电动机得到保护。图中，感温元件4用做温度补偿，调节旋钮9用于整定动作电流。,3.热继电器的典型产品,(1)典型产品:JR21、JRS1-3、JR36、JR21、3UA5、3UA6、LR1-D、T系列等(2)主要参数：,3.热继电器的典型产品,3.热继电器的典型产品,(3
20、)热继电器的型号含义及图形符号,4.常见的热继电器,4.常见的热继电器,(八)速度继电器,定义：速度继电器用来感受转速。它的感受部分主要包括转子和定子两大部分，执行机构是触头系统。使用情况：速度继电器常用于电机的降压起动和反接制动,(八)速度继电器,工作过程：当被控电机转动时，带动继电器转子以同样速度旋转而产生电磁转矩，使定子克服外界反作用力转动一定角度，转速越高角度越大。当转速高于设定值时，速度继电器的触点发生动作，当速度小于这一设定值时，触点又复原。,(八)速度继电器,机床上常用的速度继电器有JY1型、JFZ0型两种。一般速度继电器的动作转速为120r/min，触头复位转速为100r/mi
21、n以下。,第四节 其它常用电器,刀开关熔断器主令电器塑料外壳断路器,(一)刀开关,是一种手动电器，广泛应用于配电设备作隔离电源用，也用于直接起动笼型感应电动机。刀开关安装时，手柄应该向上，不得倒装，必须将电源线接在上端，负载线接在下端，以保证安全。刀开关按照极数可以分为单极刀开关、双极刀开关和三极刀开关；,(二)组合开关,其操作是左右旋转的平面操作，所以又称为转换开关。一般用于电气设备中，非频繁地接通与分断电路，换接电源和负载，测量三相电压以及控制小容量感应电动机的正反转和星-三角减压气动。,(二)组合开关,(三)熔断器,定义：当流过其电流值超过规定值一定时间后，以它本身产生的热量使熔体熔化而
22、分断电路的电器。作用：用于低压配电系统及用电设备中作短路和过电流保护。工作原理：熔体串接在电路中，负载电流流经熔体，当电路发生短路或过电流时，通过熔体的电流使其发热，从而自行熔断而切断电路。,1.主要技术参数及典型产品,(1)主要技术参数：额定电压额定电流极限分断能力熔断电流,1.主要技术参数及典型产品,螺旋式：RL6、RL7、RL96、RLS2系列带断相保护螺旋式：RL1B系列半导体器件保护用：NGT系列,型号含义,2.常见的熔断器(1),2.常见的熔断器(2),2.常见的熔断器(3),2.常见的熔断器(4),(四)开启式负荷开关,俗称胶盖瓷底刀开关，主要用于电气照明电路，电热电路的控制开关
23、，也可用作分支电路的配电开关。,(五)控制按钮,控制按钮是一种接通或分断小电流电路的主令电器，其结构简单应用广泛。触头允许通过的电流较小一般不超过5A，主要用在低压控制电路中手动发出控制信号。控制按钮由按钮帽，复位弹簧，桥式动、静触头和外壳等组成。一般为复合式即同时具有常开、常闭触头。按下时常闭触头先断开，然后常开触头闭合。去掉外力后在恢复弹簧的作用下，常开触头断开，常闭触头复位,(五)控制按钮,(五)控制按钮,(五)控制按钮,(六)位置开关,位置开关包括行程开关、限位开关和微动开关行程开关用以反应工作机械的行程，发出命令以控制其运动方向或行程大小的主令电器。限位开关为限制工作机械行程到达终点
24、而起作用的行程开关。微动开关具有瞬时动作和微小行程的灵敏开关。,1.行程开关,1.行程开关,1.行程开关,行程开关示意图,行程开关符号,2.微动开关,当推杆在机械作用下压下一定距离时，由于弯片状弹簧的瞬时作用使桥式动触头瞬时动作。当外力失去后，推杆在复位弹簧作用下迅速复位，触头恢复原状。,3.接近开关,(七)万能转换开关,1.结构：操作机构、定位装置、触头系统 2.作用：用于低压控制电路的转换、电测仪表的转换、配电设备的遥控和转换、不频繁起停的小容量电动机控制,(七)几款常用的万能转换开关(1),(七)几款常用的万能转换开关(2),(七)几款常用的万能转换开关(3),(八)塑料外壳式断路器,定
25、义：又称自动空气开关，是一种既有手动开关作用又能自动进行欠电压、失电压、过载、和短路保护的开关电器按用途分类：保护电动机用、保护配电线路用、保护照明线路用结构：主触头、灭弧装置、各种脱扣器、自由脱扣机构、操作机构,(八)塑料外壳式断路器,工作原理：当电路正常运行时，电磁脱扣器的电磁线圈虽然串联在电路中，但所产生的电磁吸力不能使衔铁动作，只有当电路中的电流达到动作电流时，衔铁才被迅速吸合，同时撞击杠杆，使锁扣脱扣，主触电被弹簧迅速拉开将主电路分断。,(八)塑料外壳式断路器,(八)塑料外壳式断路器,(八)常见的塑料外壳式断路器(1),(八)常见的塑料外壳式断路器(2),(八)常见的塑料外壳式断路器(3),(八)常见的塑料外壳式断路器(4),
