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1、1,机床电气控制技术,郑州大学机械工程学院,第二章 机床电气控制低压电器基础,2,第二章 目 录,2.1 低压电器的基础知识 2.2 接触器 2.3 断路器 2.4 继电器 2.5 熔断器 2.6 主令电器 2.7 电源变压器 2.8 信号指示器件 2.9 执行电器 2.10 新型低压电器及发展,3,学习目的与要求,1.掌握机床电气控制中主要的主流低压电器的概念、原理、结构、符号、功能；2.掌握主要的主流低压电器的基本选用规则；3.了解当前新型低压电器及发展趋势,4,低压电器是泛指能根据使用要求及控制信号，能手动或自动分合额定电压在直流DC1200V、交流AC1500V及以下的电路，以实现电路
2、中被控制对象的控制、调节、变换、检测、保护等作用的基本器件国际知名品牌ABB公司（瑞士）、施耐德公司（法国）、ORMNO公司（日本）、西门子SIEMENS公司（德国）、通用GE电气（美国）等。国内知名品牌正泰公司、德力西公司、上海人民华通集团、TCL工业电气、CNC长城电器等。,2.1 低压电器的基础知识,5,2.1.1 低压电器的分类,1）按控制对象不同：配电电器（用于低压电网）、控制电器（用于电力拖动及自动控制系统）；2）按操作方式不同：自动电器、手动电器；3）按用途不同，可将低压电器分为控制电器、保护电器、执行电器 4）按工作原理：电磁式电器、非电量控制电器,6,2.1.2 低压电器的基
3、本结构,电磁式电器是低压电器中最典型也是应用最广泛的一种电器（如接触器、继电器等）。电磁式电器三大基本组成部分：感测部分、执行部分和保护部分。感测部分是电磁机构，执行部分一般是触头，保护部分一般是灭弧装置。,7,1、电磁机构,电磁机构的主要作用是将电能转换为机械能一般由铁芯、衔铁和线圈等组成。其结构形式按动作方式的不同，分为拍合式和直动式两大类 电磁机构的线圈分为直流线圈和交流线圈两类,8,常用电磁机构的结构,(a)衔铁沿棱角转动的拍和式铁芯；(b)衔铁沿轴转动的拍合式铁芯；(c)衔铁直线运动的直动式铁芯1衔铁；2铁芯；3吸引线圈,9,工作原理,线圈中工作电流磁场磁路电磁吸力+复位弹簧的反作用
4、力衔铁吸向铁芯衔铁铁芯可靠闭合连接机构相应触头动作；,10,直流线圈恒定磁通，铁芯中无磁滞损耗和涡流损耗，只有铜损，因此铁芯材料由电工软铁或铸钢制成，而且线圈无骨架，成细长型。交流线圈交变磁场，铁芯中有涡流与磁滞损耗，铁芯一般采用硅钢片叠压后铆成，线圈有骨架，且成短粗型，以增加散热面积。铁芯形状有E形和U形两种，多用于触头容量较大的交流电器中。衔铁直线运动的直动式铁芯，多用于触头为中、小容量的交流接触器和继电器中。同时为了避免交变磁场的磁通过零点时引起衔铁的抖动，需在铁芯的端部开槽，嵌入一铜短路环，使环内感应电流产生的磁通与环外磁通不同时过零，达到电磁吸力始终大于弹簧反作用力的目的，消除了交流
5、铁芯的抖动,11,图2-2 交流电磁铁的短路环,1衔铁；2铁心；3线圈；4短路环,12,2、触头系统,触头是电磁式电器的执行部分，接通或断开电路主触头和辅助触头：主触头用于接通或断开主电路，允许通过较大的电流；辅助触头用于接通或断开控制电路，只能通过较小的电流。常开(或动合)触头和常闭(或动断)触头桥式触头与指式触头两种，其中桥式触头又分为点接触式和面接触式，指形触头在接通或分断时产生滚动摩擦，以利于去掉触头表面的氧化膜。指形触头适用于接电次数多、电流大的场合,13,根据接触形式不同可分为点接触、线接触和面接触三类。点接触适用于电流不大，触头压力小的场合；线接触适用于接电次数多，电流大的场合；
6、面接触适用于大电流的场合,14,触点结构形式,15,触头的接触电阻,接触电阻大时触头易发热，温度升高，从而使触头易产生熔焊现象，既影响工作的可靠性，又降低了触头的寿命。触头接触电阻的大小主要与触头的接触形式、接触压力、触头材料及触头的表面状况有关减小触头接触电阻的方法主要如下：(1)增加接触压力，增加接触面积。可在动触点上安装一个触点弹簧。(2)选择电阻系数小的材料。在触点上镀银或嵌银，以减小接触电阻。(3)改善触点的表面状况，尽量避免或减少触头表面氧化物形成，注意保持触头表面清洁，避免聚集尘埃。,16,3、灭弧装置,低压控制电器常用的灭弧方法有：电动力灭弧、磁吹灭弧、窄缝（纵缝）灭弧、栅片灭
7、弧、机械灭弧等。,17,电动力灭弧示意图：1静触头；2动触头,桥式触头在分断时具有电动力吹弧功能。当触头打开时，在断口中产生电弧，同时也产生如图中所示的磁场。根据左手定则，电弧电流要受到一个指向外侧的力F 的作用，使其向外运动并拉长，迅速离开触头而熄灭。这种灭弧方法多用于小容量交流接触器等交流电器中,18,图2-6 磁吹灭弧示意图1磁吹线圈；2绝缘套；3铁心；4引弧角；5磁导夹板；6灭弧罩；7动触头；8静触头,与触点电路串联的吹弧线圈，产生的磁场由导磁夹板引向触点周围，其方向由右手定则确定(为图中所示)，触点间的电弧所产生的磁场，其方向为+和所示。这两个磁场在电弧下方方向相同(叠加)，在弧柱上
8、方方向相反(相减)，所以弧柱下方的磁场强于上方的磁场。在下方磁场作用下，电弧受力的方向为F所指的方向，在F的作用下，电弧被吹离触点，经引弧角引进灭弧罩，使电弧熄灭,19,图2-7栅片灭弧装置1灭弧栅片；2触点；3电弧,灭弧栅是一组相互绝缘薄钢片，当电弧进入栅片时被分割成一段段串联的短弧，而栅片就是这些短弧的电极，这样就使每段短弧上的电压达不到燃弧电压。同时整个灭弧栅的绝缘强度大大加强，以致外加电压无法维持，电弧迅速熄灭。此外，栅片还能吸收电弧热量，使电弧迅速冷却。在交流电器中常采用栅片灭弧。,20,图2-8窄缝（纵缝）灭弧装置,灭弧罩内有一个或数个纵缝，缝的下部宽，上部窄，是利用灭弧罩的窄缝来
9、实现的。当触头断开时，电弧在电动力的作用下进入缝内，窄缝可将电弧柱分成若干直径较小的电弧，同时可将电弧直径压缩，使电弧同缝紧密接触，加强冷却和去游离作用，使电弧熄灭加快。灭弧罩通常用耐弧陶土、石棉水泥或耐弧塑料制成,21,按操作方式分为电磁接触器、气动接触器和电磁气动接触器；按灭弧介质分为空气电磁接触器、油浸式接触器和真空接触器等。最常用的分类是按照接触器主触头控制的电路种类来划分，即将接触器分为交流接触器和直流接触器两大类。在机床上应用最多的是电磁交流接触器,2.2 接触器,22,2.2.1 接触器的工作原理,电磁接触器工作原理示意图,23,两个“E”形铁芯A和铁芯B相向放置，铁芯B固定且在
10、中间的分支上缠绕着电磁线圈C。可动触点F与铁芯A相连，G为固定触点，H为还原弹簧。当C中有电流通过时，A、B之间会产生磁场，并吸引A向下移动。F与G闭合，此时常开触头闭合，常闭触头打开。当C中没有电流流过时，磁场消失，A和F在弹簧H的作用下向上运动并复位，F与G断开。F、G为接触器的主触点，主要应用与主回路。在A的两侧分别还有可动触点J和固定触点K，可动触点M和固定触点N。这两对触点叫做接触器的辅助触点，主要用于较小电流的控制回路中。,24,25,(f)线圈无电流或复位,(g)线圈有电流,26,2.2.2 接触器的实际结构,图2-11 交流接触器外形图,27,图2-12 接触器端子指示图,28
11、,图2-13 接触器内部结构图,29,2.2.3 接触器的主要技术参数,接触器的主要技术参数：极数、电流种类、额定电压、额定电流、额定通断能力、线圈额定电压、允许操作频率、寿命、使用类别等(1)接触器的极数和电流种类 接触器极数是指其主触头的对数，有两极、三极和四极接触器；按主电路的电流种类分有交流接触器和直流接触器。,30,(2)额定工作电压指主触头之间正常工作电压值，也就是主触头所在电路的电源电压。(3)额定电流接触器触头在额定工作条件下的电流值。常用接触器触头的额定电压和额定电流值如表2-1所示。,31,表2-1 接触器触点的额定电压和额定电流的等级表,32,(4)线圈的额定电压常用的线
12、圈额定电压等级如表所示，选用时一般交流负载用交流线圈的接触器，直流负载用直流线圈的接触器。但交流负载频繁动作时可采用直流线圈的交流接触器。,33,表2-2 接触器线圈的额定电压等级表（单位：V）,34,(5)通断能力 指接触器主触头在规定条件下能可靠接通和分断的电流值。在此电流值下接通电路时，主触头不应造成熔焊。在此电流值下分断电路时，主触头不应发生长时间燃弧。一般通断能力是额定电流的510 倍。这一数值与开断电路的电压等级有关，电压越高，通断能力越小。,35,(6)寿命:包括电寿命和机械寿命。目前接触器的机械寿命已达一千万次以上，电气寿命约是机械寿命的5%20%。(7)使用类别:接触器用于不
13、同负载时，其对主触头的接通与分断能力要求不同，按不同使用条件来选用相应使用类别的接触器便能满足其要求。根据低压电器基本标准的规定，接触器的使用类别比较多，其中用于电力拖动控制系统中的接触器常见的使用类别及典型用途如表2-3所示。,36,表2-3 接触器使用类别及典型用途表,37,接触器的使用类别代号通常标注在产品的铭牌或工作手册中。表中要求接触器主触点达到的接触和分断能力为：AC1和DC1类允许接通和分断额定电流 AC2、DC3和DC5类允许接通和分断4倍额定电流 AC3类允许接通6倍额定电流和分断额定电流 AC4类允许接通和分断6倍额定电流,38,(8)额定操作频率 指每小时的操作次数。交流
14、接触器一般不超过600次/h，而直流接触器一般不超过1200次/h。操作频率直接影响到接触器的电寿命和灭弧罩的工作条件，对于交流接触器还影响到线圈的温升。其它技术参数：绝缘电压、辅助触头的额定电压/电流等，在实际应用时都需要加以选择。,39,2.2.4 接触器的选用,(1)接触器极数与电流种类的确定 接触器由主电路电流种类来决定选择直流接触器还是交流接触器。三相交流系统中一般选用三极接触器，当需要同时控制中性线时，则选用四极交流接触器。单相交流和直流系统中常选用两极或三级并联，一般场合选用电磁式接触器，易燃易爆场合应选用防爆型及真空接触器。,40,(2)根据接触器所控制的负载的类型选择相应使用
15、类别的接触器如负载是一般任务则选用AC3 类别；负载为重任务则应选用AC4 类别；如负载是一般任务与重任务混合时，则可根据实际情况选用AC3 或AC4 类接触器；如选AC3 类别时，应降级使用。,41,(3)根据负载功率和操作情况来确定接触器主触头的电流等级当接触器使用类别与所控制负载的工作任务相对应时，一般按控制负载电流值来决定接触器主触头的额定电流值；若不对应，应降低接触器主触头电流等级使用。(4)根据接触器主触头接通与分断主电路电压等级来决定接触器的额定电压。(5)接触器吸引线圈的额定电压应由所连接的控制电路确定。,42,(6)接触器的触头数(主触头和辅助触头)和种类(常开或常闭)应满足
16、主电路和控制电路的要求。其中最重要的因素是主触头电流等级的确定，一般来说主触头额定电流Imc可通过下式计算，应略大于此值：,式中：Imc 主触头额定电流，A；PN 被控制的电动机额定功率，kW；K常数，一般取11.4；UN 电动机的额定电压，V。,43,主触头电流等级的快速算法,持续运行的设备：接触器按67-75%算，即100A的交流接触器，只能控制最大额定电流是67-75A以下的设备。间断运行的设备：接触器按80%算，即100A的交流接触器，只能控制最大额定电流是80A以下的设备。反复短时工作的设备：接触器按116-120%算，即100A的交流接触器，只能控制最大额定电流是116-120A以
17、下的设备。,44,2.2.5 接触器使用中的注意事项,(1)励磁线圈电压应为85%105%UN；(2)铁芯衔铁上短路环应完好；(3)衔铁、触点支持件等活动部件应动作灵活；(4)铁芯、衔铁端面接触良好，无异物；(5)触点表面接触良好，有一定的超程和接触压力；(6)操作频率应在允许范围内。,45,2.3 断路器,开关是最为普通的低压电器之一，其作用是分合电路，开断电流。开关的种类：刀开关、隔离开关、负荷开关、转换开关、组合开关、断路器等。低压断路器使用最多，将控制保护功能合为一体，是一种既有手动开关作用，又能进行自动失压、欠压、过载和短路保护的电器，可用来分配电能、不频繁地启动异步电动机、对电动机
18、及电源线路进行保护，当它们发生严重过载、短路或欠电压等故障时能自动切断电源，其功能相当于熔断式断路与过流、过压、热继电器等的组合，而且在分断故障电流后，一般不需要更换零部件,46,2.3.1 低压断路器的工作原理,通断电流、简单的短路、过载保护及提供隔离和安全保护功能。开发设计与选购：人身安全；电气线路与设备的保护；可靠的、不间断的电力供应,47,图2-14 低压断路器工作原理图1-主触头；2-自由脱扣机构；3-过电流脱扣器；4-分离脱扣器；5-热脱扣器；6-欠电压脱扣器；7-停止按钮,48,工作过程分析,低压断路器的主触头1 是靠手动操作或自动合闸;主触头1 闭合后，自由脱扣机构2将主触头锁
19、在合闸位置上。过电流脱扣器3 的线圈和电源并联。当电路发生短路或严重过载时，过电流脱扣器3 的衔铁吸合，使自由脱扣机构2 动作，主触头1 断开主电路。当电路过载时，热脱扣器5 的热元件发热使双金属片向上弯曲，推动自由脱扣机构2 动作。当电路欠电压时，欠电压脱扣器6 的衔铁释放，也使自由脱扣机构动作。分离脱扣器4 则作为远距离控制用，在正常工作时，其线圈是断电的。在需要远距离控制时，按下起动按钮7，使线圈得电，衔铁带动自由脱扣机构动作，使主触头断开。,49,图2-15 断路器的图形及文字符号,(a)单极时,横向放置,竖向放置,QA,QA,(b)三极时,竖向放置,横向放置,QA,QA,50,2.3
20、.2 低压断路器的结构与操作,断路器的种类是非常多的，如 真空断路器，框架断路器，塑壳断路器等。在机床控制中经常用到的有塑壳断路器、微型断路器、电动机保护断路器等,51,断路器的操作与内部结构图,(a)断路器的“接入”、“切断”,(b)内部结构图（热脱口器型）,52,2.3.3 低压断路器的主要特性,(1)额定极限短路分断能力Icu 断路器的分断能力指标有两种：额定极限短路分断能力Icu和额定运行短路分断能力Ics。Ics作为一个特性参数，并非只简单考虑断路器的分断能力，而是作为一种分断指标，即分断几次短路故障后，还能保证其正常工作。对塑壳式断路器而言，应有足够的Icu，能够分断短路电流使开关
21、跳闸。按规定塑壳式断路器的Ics只要大于25%Icu就算合格。对供电要求不高的配电系统，只须考虑Icu。,53,(2)限流分断能力 限流分断能力是指断路器短路跳闸时限制故障电流的能力。断路器发生短路时，触头快速打开产生电弧，相当于在线路中串入一个迅速增加的电弧电阻，从而限制了故障电流的增加。断路器断开时间越短，Ics就越接近Icu，限流效果就越好，也可大大降低短路电流引起的电磁效应、电动效应和热效应对断路器和用电设备的不良影响，延长断路器的使用寿命。,54,(3)短路保护短路保护就是短路瞬时跳闸。(4)过载延时保护过载延时保护是指负荷电流超过设备的限定范围有烧毁设备的危险，保护装置能在一定时间
22、内切断电源。过载有个热量积累的过程，保护动作不需要过于迅速。对于短时过电流，保护不应该动作。,55,(5)隔离功能隔离功能就是要求断路器断开后的泄漏电流不致对人身和设备产生危害。多次短路跳闸后开关性能下降，泄漏电流会增大。对人体而言30mA以下为安全漏电电流，而在恶劣的环境中，超过300mA的泄漏电流持续2小时以上，就可能使绝缘损坏发生相地短路进而引发火灾。(6)漏电保护漏电器:热磁式、电子式。电子式漏电器具有体积小、精度高、灵敏度高的优点，但其抗干扰能力较差。目前电子式漏电保护器占据主流，当漏电电流达到整定值时，驱动转换触点输出漏电保护信号，使脱扣器动作切断电源。,56,2.3.4 断路器的
23、选择与使用,选择注意事项：(1)低压断路器的额定电流和额定电压应大于或等于线路、设备的正常工作电压和工作电流。(2)低压断路器的极限分断能力应大于或等于电路最大短路电流。(3)欠电压脱扣器的额定电压等于线路的额定电压。(4)过电流脱扣器的额定电流大于或等于线路的最大负载电流。,57,使用注意事项：(1)低压断路器投入使用时应先进行整定，按照要求整定热脱扣器的动作电流，以后就不应随意旋动有关的螺丝和弹簧。(2)在安装低压断路器时，应注意把来自电源的母线接到开关灭弧罩一侧的端子上，来自电气设备的母线接到另外一侧的端子上。(3)在正常情况下，每6个月应对开关进行一次检修，清除灰尘。(4)发生断、短路
24、事故的动作后，应立即对触点进行清理，检查有无熔坏，清除金属熔粒、粉尘，特别要把散落在绝缘体上的金属粉尘清除掉。,58,低压断路器与熔断器,用低压断路器来实现短路保护比熔断器要好：1）因为三相电路短路时，熔断器易造成缺相运行；2）低压断路器还有其他自动保护作用，性能优越；3）但低压断路器结构复杂，操作频率低，价格高，因此适合于要求较高的场合，如控制柜供电电源开关。,59,2.4 继电器,继电器是一种根据输入信号的变化接通和断开控制电路，实现控制目的的电器。继电器与接触器不同：不能用通断大电流电路，而主要用于电动机或线路的保护以及生产过程顺序控制。继电器通过测量环节输入外部信号(如电压、电流等电量
25、，或者温度、压力、速度等非电量)并传递给中间机构，将它与整定值(即设定值)进行比较，当达到整定值时(过量或欠量)，中间机构就使执行机构产生输出动作，从而闭合或分断电路，达到控制电路的目的。,60,继电器分类,(1)按用途：控制继电器、保护继电器。(2)按动作原理：电磁式继电器、感应式继电器、热继电器、机械式继电器、电动式继电器、电子继电器。(3)按输入信号：电压继电器、电流继电器、时间继电器、速度继电器、压力继电器、温度继电器。(4)按动作时间：瞬时继电器、延时继电器。,61,2.4.1 电磁式继电器,电磁式继电器是利用电磁原理，使铁心产生闭合动作，从而带动触点动作，使控制电路接通或断开，实现
26、控制电路状态的改变。继电器和接触器两者的区别：继电器的触点用于控制电路，流过触头的电流比较小(一般5A 以下)，故不需要灭弧装置，不能用来接通和分断负载电路。常用的电磁式继电器有电压继电器、中间继电器和电流继电器。,62,1、电磁继电器的工作原理,图2-18电磁式继电器工作原理,线圈通电棒状铁芯就成为电磁铁产生吸引力铁片下移带动可动触点与固定触点闭合；线圈没有电流铁片在复位弹簧的作用下复位触点断开,63,2、电磁继电器的结构,主要是由电磁机构、触点和复位弹簧构成,图2-19 电磁继电器的外形图,64,电磁继电器结构的剖开图,(a)结构剖开图,(b)内部芯子图,65,3、电磁式继电器的特性,继电
27、器的主要特性是输入-输出特性，又称继电特性。X2称为继电器吸合值，欲使继电器吸合，输入量X必须等于或大于X2；X1称为继电器释放值，欲使继电器释放，X必须等于或小于X1。,图2-21 继电特性曲线图,继电器吸合值,继电器释放值,66,继电器重要参数之继电器的返回系数,继电器的返回系数KfX1/X2。Kf值是可以调节的，可通过调节释放（复位）弹簧的松紧程度(拧紧时，X1与X2同时增大，Kf也随之增大；放松时，Kf减小)或调整铁心与衔铁间非磁性垫片的厚度(增厚时X1增大、Kf增大；减薄时Kf减小)来达到。Kf值：一般继电器，Kf值应在0.10.4之间，这样当继电器吸合后，输入量波动较大时不致引起误
28、动作；欠电压继电器则要求高的返回系数，Kf值在0.6 以上。设某继电器Kf0.66，吸合电压为额定电压的90%，则电压低于额定电压的50%时，继电器释放，起到欠电压保护作用,67,重要参数之吸合时间和释放时间,吸合时间是指从线圈接受电信号到衔铁完全吸合所需的时间；释放时间是指从线圈失电到衔铁完全释放所需时间。一般继电器的吸合时间与释放时间为0.05s0.15s，快速继电器为0.005s0.05s，它的大小影响继电器的操作频率。,68,4、常用电磁式继电器,(1)电压继电器根据线圈两端电压的大小通断电路的继电器称为电压继电器。电压继电器的线圈并接在电路上，对所接电路上的电压高低作出反应，用于控制
29、系统的电压保护和控制。电压继电器：过电压继电器、欠电压继电器和零电压继电器,69,电压继电器符号,过电压 线圈,(b)欠电压 线圈,(c)常开触点,(d)常闭触点,70,2.4.2 热继电器,热继电器作用防止电动机长时间过载等情况特点与电流继电器和熔断器不同，热继电器中发热元件有热惯性，在电路中不能做瞬时过载保护，更不能做短路保护。分类：按相数单相、两相和三相式三种类型，三相式热继电器常用于三相交流电动机的过载保护，可按其职能分为不带断相保护和带断相保护两种类型。热继电器一般与接触器组合使用。,71,1、热继电器的结构,热继电器外形图,72,2、热继电器的工作原理,1双金属片固定支点；2双金属
30、片；3热元件；4导板；5补偿双金属片；6常闭触点；7常开触点；8复位螺钉；9动触点；10复位按钮；11调节旋钮；12支撑；13压簧；14推杆,热继电器工作原理图,73,组成：热元件、双金属片和触头热元件由发热电阻丝做成。双金属片由两个热膨胀系数不同的金属辗压而成。当电动机过载时，热元件产生的热量增大，使双金属片弯曲位移增大，经过一定时间后，双金属片弯曲到推动导板 4，并通过补偿双金属片5与推杆14将动触点9 和常闭触点6分开，动触点9和常闭触点6为热继电器串于接触器线圈回路的常闭触点，断开后使接触器失电，接触器的常开触点断开电动机的电源以保护电动机。,74,调节旋钮11 是一个偏心轮，它与支撑
31、12 构成一个杠杆，13 是一个压簧，转动偏心轮，改变它的半径即可改变补偿双金属片5 与导板4 的接触距离，因而达到调节整定动作电流的目的。此外，靠调节复位螺钉8 来改变常开触点7 的位置使热继电器能工作在手动复位和自动复位两种工作状态。调试手动复位时，在故障排除后要按下复位按钮10才能使动触点恢复与常闭触点6 相接触的位置。,75,热继电器的图形符号和文字符号,76,热继电器内部结构图,77,3、热继电器的选用,主要技术参数：热继电器额定电流、相数、热元件额定电流、整定电流及调节范围等。应按电动机形式、工作环境、启动情况及负荷情况等几方面综合选择:(1)原则上,热继电器的额定电流应按电动机的
32、额定电流选择。对于过载能力较差的电动机，其配用的热继电器(主要是发热元件)的额定电流可适当小些。通常，选取热继电器的额定电流(实际上是选取发热元件的额定电流)为电动机额定电流的60%80%。,78,(2)在不频繁启动场合，要保证热继电器在电动机的启动过程中不产生误动作。通常，当电动机启动电流为其额定电流6 倍以及启动时间不超过6s 时，若很少连续启动，就可按电动机的额定电流选取热继电器。(3)当重复短时工作场合，首先注意确定热继电器的允许操作频率。因为热继电器的操作频率是很有限的，如果用它保护操作频率较高的电动机，效果很不理想，有时甚至不能使用。(4)在三相异步电动机电路中，对定子绕组为Y 连
33、接的电动机应选用两相或三相结构的热继电器；定子绕组为连接的电动机必须采用带断相保护的热继电器。,79,2.4.3 时间继电器,时间继电器从线圈通电或断电开始，经过一定的延时后触点状态才发生变化。可分为通电延时型和断电延时型。通电延时型通电延迟，断电瞬时；断电延时型通电瞬时断电延迟时间继电器种类：电磁式、空气阻尼式、电动机式和电子式等,80,线圈 常开触点 常闭触点 线圈 常开触点 常闭触点(a)通电延时符号(b)断电延时符号 时间继电器的文字与图形符号,(a)电动式,(b)电子式,(c)空气阻尼式,时间继电器外形,81,1、电子式时间继电器工作原理,利用RC电路的充放电特性产生时间延迟，来完成
34、电器继电器触点的延时开闭动作。电子式时间继电器利用电容器的充放电特性，利用半导体检测、放大电容器两端的电压，从而使继电器动作，因而机械动作的部件较少，所以寿命长，适用于高频且定时时间较短的应用情况。,82,图2-32 电子式时间继电器基本电路,S,83,图2-33 电子式时间继电器电路框图,84,2、空气阻尼式时间继电器工作原理,空气阻尼式时间继电器利用空气阻尼原理达到延时目的。它由电磁机构、延时机构和触点组成。电磁机构有交流、直流两种；延时方式有通电延时型和断电延时型：两种继电器原理和结构均相同，只是将其电磁机构翻转180安装。当衔铁位于铁心和延时机构之间时为通电延时型；当铁心位于衔铁和延时
35、机构之间时为断电延时型。,85,图2-34 JS7-系列时间继电器结构图,86,线圈1 得电衔铁3 吸合活塞杆6 在塔形弹簧8作用下带动活塞12 及橡皮膜10 上移橡皮膜下方空气室空气变得稀薄，形成负压，活塞杆只能缓慢移动，其移动速度由进气孔气隙大小来决定经一段延时后，活塞杆通过杠杆7压动微动开关15，使其触点动作通电延时；线圈断电衔铁释放橡皮膜下方空气室内的空气通过活塞肩部所形成的单向阀迅速排出使活塞杆、杠杆、微动开关等迅速复位,87,(a)通电延时型(b)断电延时型图2-35 JS7-A系列时间继电器(空气阻尼式)原理图l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
36、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,88,空气阻尼式时间继电器的优点：延时范围大、结构简单、寿命长、价格低廉；缺点：是延时误差大，没有调节指示，很难精确地整定延时值，在延时精度要求高的场合不宜使用,89,3、电动机式时间继电器工作原理,电动机式时间继电器通过输入信号使电动机运转，经过规定时间后，通过机械作用实现输出触点的开闭。电动机式时间继电器以同步电机一定转数为基准进行定时，由离合器、减速齿轮组合而成；特点：动作稳定，延时范围宽，如OMRON的该类继电器延时范围从1秒至十几个小时。,90,图2-36 电动机式时间继电器通的内部结构图
37、,91,2.4.4 监控继电器,根据监控对象的不同，监控继电器可以分为：电源监控继电器，负载监控继电器，电机保护继电器，温度监控继电器，速度监控继电器，液位监控继电器等等。可以监控：断相、相不对称、低电压、过电压、绝缘监测等等与电源相关的参数。可以使电源和电压故障被及早检测出来，并在造成更大损失之前予以适当处理。负载监控继电器可以用于监控电流、功率因数，包括电机负载和电子负载的监控。,92,温度监控继电器有数字式和模拟式两种液位监控继电器配有探针，是利用液体的导电特性进行工作的。探针浸入液体就会有电流流过，否则就不会有电流。这样就可以对液位溢出或干运转进行可靠的两点控制并报警。速度继电器是依靠
38、电磁感应原理实现触点动作的，主要由定子、转子和触点3 部分组成。转子是一个圆柱形永久磁铁，定子是一个笼形空心圆环，并装有笼形绕组。工作时，速度继电器转子的轴与被控电动机轴相连接，而定子空套在转子上。当电动机转动时，速度继电器的转子随之一起转动，这样，永久磁铁的静止磁场就成了旋转磁场。定子内的笼型导体因切割磁场而产生感应电动势，从而产生电流，此电流与旋转磁场相互作用产生电磁转矩。转子转速越高，定子导体内产生的电流越大，电磁转矩也就越大。当定子偏转到一定角度时，装在定子轴上的摆锤推动簧片动作，使常闭触点打开而常开触点闭合。这样就达到了监控电机转速的目的了。,93,2.5 熔断器,熔断器担负的主要任
39、务是为电线电缆作过载与短路保护。其次的作用是设备和电器的保护。在机床电气控制中应用熔断器的场合有：(1)小型断路器或塑壳式断路器进线的后备保护(2)在可能出现短时过载和短路的电动机回路中担负保护任务(3)开关电器，如接触器和马达启动器的短路保护,94,2.5.1 熔断器的工作原理,熔断器主要由熔体和安装熔体的绝缘管(或盖、座)等部分组成。其中熔体是主要部分，它既是感测元件又是执行元件。融化系数：Ir与熔体额定电流Ire之比称为熔断器的，即K=Ir/Ire，K的值小对小倍数过载保护有力，但K也不宜接近于1，否则不仅熔体在Ire下工作温度会过高，而且还有可能因保护特性本身的误差而发生熔体在Ire下
40、也熔断的现象，影响熔断器工作的可靠性。,95,2.5.2 熔断器的结构与分类（符号）,熔断器的种类很多，按结构可分为半封闭插入式、螺旋式、无填料密封管式和有填料密封管式。按用途可分为一般工业用熔断器、半导体器件保护用快速熔断器和特殊熔断器(如具有两段保护特性的快慢动作熔断器、自复式熔断器)。插入式熔断器、螺旋式熔断器、封闭式熔断器、快速熔断器,96,97,2.5.3 熔断器的选用,1、熔断器的主要参数(1)额定电压：指熔断器长期工作时和分断后能够承受的电压。(2)额定电流：指熔断器长期工作时的电流，有两种：熔管额定电流（熔断器的额定电流）、熔体的额定电流。熔管额定电流等级少，而熔体电流等级较多
41、，在一种电流规格的熔断管内有适于几种电流规格的熔体，但熔体的额定电流最大不能超过熔断管的额定电流。(3)极限分断能力：指熔断器在规定的额定电压和功率因数(或时间常数)条件下，能可靠分断的最大短路电流。(4)熔断电流：指通过熔体并能使其融化的最小电流。,98,2、熔断器的选择：种类、额定电压、熔管额定电流和熔体的额定电流等。(1)熔断器类型：负载的保护特性和短路电流大小选择。(2)熔断器额定电压：应等于或大于电器设备额定电压。(3)熔体的额定电流：负载平稳无冲击的照明电路、电阻、电炉，略大于或等于负荷电路中额定电流。IreIe；对于单台长期工作的电动机，熔体电流可按最大起动电流选取，也可按下式选
42、取：Ire(1.52.5)Ie如果电动机频繁起动，式中系数可适当加大至33.5，具体应根据实际情况而定。,99,对于多台长期工作的电动机(供电干线)的熔断器：Ire(1.52.5)IemaxIe式中：Iemax-多台电动机中容量最大的一台电动机额定电流；Ie其余电动机额定电流之和。根据熔断器额定电流大于或等于熔体额定电流。(4)熔断器级间的配合：为防止发生越级熔断，应使上级(供电干线)熔断器的熔体额定电流比下级(供电支线)的大12 个级差。,100,2.6 主令电器,主令电器用来闭合和断开控制电路，以控制电气设备的启、停、制动及调速等。主令电器不允许分合主电路；种类：控制按钮、行程开关、接近开
43、关、万能转换开关、主令控制器及其他主令电器，如脚踏开关、倒顺开关、紧急开关、钮子开关等。旋钮和按钮作用：接通或断开控制回路，结构简单，使用广泛，一般具有自动复位功能，在操作后，触点自动回复为初始状态，可以进行点动操作；旋钮一般具有机械自锁装置，可以保持操作状态。,101,2.6.1 旋钮和按钮,图2-39 按钮外形图,图2-41 按钮的图形符号,102,图2-40旋钮外形图,图2-42 旋钮的图形符号,103,2、控制按钮的种类及动作,(1)按结构形式：旋钮式用手动旋钮进行操作。指示灯式按钮内装入信号灯显示信号。紧急式装有蘑菇型钮帽，以示紧急动作。(2)按触点形式：动合按钮外力未作用时，触点断
44、开，外力作用时，触点闭合，但外力消失后，在复位弹簧作用下自动恢复到原来的断开状态。动断按钮外力未作用时，触点闭合，外力作用时，触点断开，但外力消失后，在复位弹簧作用下自动恢复到原来的闭合状态。复合按钮既有动合按钮，又有动断按钮的按钮组，称为复合按钮。,104,2.6.2 行程开关与脚踏开关,1、行程开关行程开关根据生产机械的行程发出命令以控制其运行方向或行程长短的主令电器。限位开关或终点开关若将行程开关安装于生产机械行程终点处，以限制其行程。行程开关种类很多，按其结构可分为直动式、滚轮式和微动式3种，而每一类中又有多种形式，并采用支臂和触头座能拆分安装的模块化结构。,105,图2-45 行程开
45、关外形图,106,图2-46 行程开关的符号,107,图2-47 行程开关结构与动作说明图,108,2、脚踏开关脚踏开关利用脚踏、足踩对机械装置的运行或停止进行操作的一种开关器件。,图2-48 脚踏开关外形图,109,图2-49 脚踏开关结构图,110,2.6.3 万能转换开关,万能转换开关是一种多档式、控制多回路的主令电器，主要用于低压断路操作机构的合闸与分闸控制、各种控制线路的转换、电压和电流表的换相测量控制、配电装置线路的转换和遥控等。万能转换开关还可以直接控制小容量电动机的启动、调速和换向。除在电路图中画出触头图形符号外，还应画出操作手柄与触头分合状态的关系。,111,112,图2-5
46、1 万能转换开关原理图,图2-52 万能转换开关简化原理图,113,图2-53 万能转换开关的图形符号,当万能转换开关打向左45时，触头l-2、3-4、5-6 闭合，触头7-8打开；打向0时，只有触头5-6闭合，向右45时，触头7-8闭合，其余打开。,45,0,45,3-4,1-2,5-6,7-8,触头编号,万能转换开关,114,2.7 电源变压器,2.7.1 变压器 1、机床控制变压器 机床控制变压器一般为单相变压器，为各类机床、机械设备等一般电器的控制电源、步进电机驱动器、局部照明及指示灯提供电源。该变压器不仅仅是电压等级的变换，同时还起到了隔离和稳定电源的作用，提高了系统工作的可靠性。,
47、115,图2-54 机床控制变压器外形图,116,图2-55 机床控制变压器图形与文字符号,117,2、三相变压器,118,3、变压器的选择：变压器的额定值,(1)标准变压器先选初级（原边）额定电压U1(380V，220V)，再选次级额定电压U2，U3，（次级额定值是指在初级加额定电压时，次级的空载输出，次级带有额定负载时输出电压下降5%，选择输出额定电压应略高于负载额定电压）。确定次级绕组额定电流I1，I2，I3，一般绕组的额定输出电流应不小于额定负载电流。次级额定容量由总容量确定：P2=U2I2+U3I3+U4I4+根据次级电压，电流（或总容量）来选择变压器，三相变压器也是按照以上方法进行
48、选择。,119,(2)非标准变压器：,选择初级（原边）额定电压U1(380V，220V)、频率（如50Hz），次级绕组电压、电流及总容量，方法与标准变压器相同。根据要求确定初、次极线圈之间的屏蔽层，有特殊绝缘要求的次级绕组，应提出耐压要求，引出线端子及排列有特殊要求的，应以图示加以说明。有防护等级要求，外形尺寸限制等其它条件的，要与制造商协商解决。变压器的选用除了要满足变压比之外，还要考虑变压器性价比，优先选用多变压档输出的变压器，以达到只用一个变压器就能够同时满足控制回路、照明回路、标准电器等对电压大小的不同要去，这样一方面节约成本，另一方面节省了空间。,120,2.7.2 直流稳压电源,直
49、流稳压电源：将电网中提供的交流电转换为稳定输出的直流电。按整流管的工作状态：线性稳压电源和开关型稳压电源。1、开关电源,121,2、开关电源的选择,电源的输出的电压、电流、功率和输出回路数目；电源的外形尺寸、安装方式、安装孔位；电源的冷却方式；电源在系统中的位置及走线；环境温度；绝缘强度；电磁兼容；环境条件等。电源应工作在50%80%负载为佳尽量选用厂家标准系列产品，含标准尺寸和输出电压。在系统设计时尽量减少系统电源等级数目，从而减少电源输出的回路数目，以降低成本，并尽量选用多路输出共地的电源。,122,电源的散热问题：如果系统能形成良好的自然对流风道，且电源位于风道上，可以考虑选择自然冷却的
50、电源；如果系统的通风较差，或系统内部温度较高，可以考虑选择带风冷的电源。所在环境：不是很恶劣或在电控柜中（符合防护等级IP54），可选择普通电源；如果在条件恶劣的环境中使用，比如油污、潮湿、腐蚀等，选择全封闭的一体化电源较好。,123,2.8 信号指示器件,信号指示器件是最基本的表达机床工作状态的电器元件，主要有光指示器件，如指示灯；声指示器件，如电铃、电笛和蜂鸣器，以及声光混合指示器件，如声光报警器等。2.8.1 指示灯指示灯在视觉上给操作者提供机床的状态信息，电铃与电笛是在听觉上给操作者以提示。,124,指示灯作用,指示：引起注意或指示应该完成某种任务，红、绿、黄、蓝色的指示灯通常用于这种
