船舶电气设备及系统课件 第八章讲义

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1、第八章 电动机的自动控制基础,第八章 电动机的自动控制基础,第八章小结,8-1 控制电器的结构原理和功能,8-2 电动机的基本保护环节,8-3 控制电路的基本控制环节,8-4 可编程序控制器及应用,学习第八章应该注意的点,第八章学习应注意的几个问题： 1.常用电器有哪些？各自如何工作？如何表示？ 2.电动机的基本保护环节有哪些？这些保护环节分别采用什么元器件进行保护？ 3.控制电路有哪些基本控制环节？这些环节实现的功能如何？是怎么工作的？ 本章主要是原理性的概念不要求计算。 相对比较难的点： 常用电器工作原理（尤其是时间继电器符号）。,8-1 控制电器的结构原理和功能,接触器 主令电器 熔断器

2、 继电器 电磁制动器,本节介绍的主要控制电器,8.1.1 接触器(contactor),用途：接触器是利用电磁吸力原理用于频繁地接通和切断大电流电路(即主电路)的开关电器。 组成：触头系统、电磁机构（含线圈和有反力弹簧等）、灭弧装置等。 原理：线圈通电，触头改变状态；线圈断电，触头恢复原状。 电磁式分类：触头控制的电流种类分(即线圈电流种类)：交、直流。,交流接触器的外形与结构,接触器,用于频繁地接通和断开大电流电路的开关电器。,(a) 外形,(b) 结构,接触器,用于频繁地接通和断开大电流电路的开关电器。,线圈,辅助触点,铁心,衔铁,电源,电机,主触点,常闭,常开,弹簧,符号,用于主电路 流

3、过的大电流 (需加灭弧 装置),用于控制电路流过的小电流 (无需加灭弧装置),属于同一器件的线圈和触点用相同的文字表示。,接触器技术指标：额定工作电压、电流、触点数目等。,常用的交流接触器有CJ10、CJ12、CJ20和3TB等系列。,触头系统,桥式触头,指式触头,符号 KM,组成：包括主触头、辅助触头和触头弹簧。 分类：常开(动合)和常闭(动断)两种。 主触头：可制成单极、双极、三极、四极或五极，且多为常开触头。交流多为桥式，直流多为指式。,灭弧装置,栅片灭弧：镀铜铁片，制成“人”字形，插在陶瓷灭弧罩内。 适用：交流接触器，电弧过零即灭。 原理：电弧在铁片产生磁通，吸入片中分成多段冷却，且分

4、压而迅速熄灭。 磁吹灭弧：直流接触器常用串励磁吹灭弧装置。线圈与触头串联，电弧在线圈磁场中受力向上运动。被拖长扩散而迅速冷却熄灭。 P.118，图8-3。 特点：电流反向时，磁吹力的作用不变。但小电流时，由于吹力减弱将造成灭弧困难。,电磁机构,组成：交流电磁机构由铁心、吸引线圈、衔铁等组成的E形电磁铁和反力弹簧(释放弹簧)构成。直流电磁机构常用转动拍合式结构。 P.118，图8-4。 原理：线圈通电后，产生的电磁吸力将衔铁吸合，带动触头工作。当线圈断电或电流小到一定程度时，由反力弹簧作用使衔铁释放。 属性：交流“恒磁链”即“恒磁通”，卡住将烧毁。直流“恒磁势”，吸合后串入经济电阻以减少线圈电流

5、。 吸力特性不同，P.118 ，图8-5 。,接触器的调整方法,返回系数 Kf ：Kf = Xf / Xx 定义：可靠释放的最大输入量与可靠动作(衔铁吸合)的最小输入量之比： 调整方法：动作值和释放值的大小，可通过调整 反力弹簧松紧 非磁性垫片厚度以及 气隙的大小来实现。 补充说明：一般电磁式接触器或继电器返回系数都小于1。国标规定：接触器线圈额定电压的70%以上应可靠吸合，40%以下则应可靠释放。,铁芯和衔铁：交流接触器用硅钢片，直流接触器用整块钢。 线圈：交流接触器线圈有较大交流阻抗，匝数少线粗。直流接触器线圈只有电阻，匝数多线细。 短路环：为了消除交流接触器工作时的振动和噪声，交流接触器

6、的电磁铁心上必须装有短路环。而直流接触器则没有短路环。,交直流接触器在电磁机构上的区别,接触器 contactor； 触头 contact； 主触头 main contact； 辅助触头 auxiliary contact； 线圈 coil。 说明：期末可能有“综合题”，虽然题目要求为：“Could answer in Chinese or English”，但最好用中文回答。,接触器有关单词,8.1.2 主令电器,定义：主令电器是用来发送控制、操作命令的手动电器。 是切换控制线路的单极或多极电器，其触头容量小，不能切换主电路。 包括：按钮、行程开关、万能转换开关、主令控制器等。 用途：主令控

7、制器用来频繁切换(通断)控制线路(小电流线路)的手动电器。在船舶上：起货机、锚机都由它进行操作或控制。 注意：不能切换主电路，不要被“主”字迷惑。,用途：按钮开关通常用来接通或断开控制电路。有各种防护形式和多对常开/闭触头等。 触头：分为常开和常闭两种。常开称为“动合”(动作后闭合)，常闭称为“动断”(动作后断开)。 名词：动作指按钮受压后的状态。“常”就是“常态”，指没有任何外力，只在内部反力弹簧作用下的状态。 符号：SB,按钮开关,按钮（手动切换电器）,(b) 结构,按钮常用于接通和断开控制电路。,按钮的外形图和结构如图所示。,按钮开关的外形和符号,(a) 外形图,万能转换开关 （comm

8、utator switch，多路多极开关）,用途：多触头、多位置可控制多回路通断的主令开关，即多路多极开关。 组成：触头系统、操作机构、转轴、手柄、齿轮啮合机构等。有自复位式和定位式两种操作方式。 表示：采用触头闭合表。“”表示对应档接通；空白则表示断开。,按钮式,转臂式,原理：又称限位开关，是利用机械运动部件碰撞或接近来控制其触头动作。 种类：常用型式有按钮式和转臂式两种。,行程开关(limit switch，限位开关),(b)示意图,用于自动往复控制或限位保护等。结构与按钮类似，但 其动作要由机械撞击。,(a)外形图,行程开关(limit switch，限位开关),用途：多位置多回路的控制

9、开关，适合于频繁操作并要求有多种控制状态的场合，例如起货机、锚机的控制等。 主要切换控制电路的。 表示：小圆圈表示触头；虚线表示档位；黑点表示接通。也有采用触头闭合表表示的。,主令控制器,结构示意图,档位的表示,触头与凸轮,外观,8.1.3 熔断器(fuse),用途与类型：短路保护。常用管式和螺旋式。 保护类型：材料不同，可分为：缓、中、速熔。 特性：反时限， 熔断时间与电流成反比。 额定电流选择：普通负载等于额定电流；电动机等负载，(1.52.5)电动机额定电流，轻载或降压起动时取下限，重载或直接起动时取上限。,熔断器额定电流 IF的选择：,(1) 电灯、电炉等电阻性负载,IF IL,(3)

10、 频繁起动的电机,(2) 单台电机,熔断器用于低压线路中的短路保护。,常用的熔断器有插入式熔断器、螺旋式熔断器、管式熔断器和有填料式熔断器。,定义：是根据输入电量(如电流、电压)或非电量(如时间、温度、压力、转速等)变化而通断控制线路的电器，常用于信号传递和多个电路扩展控制。 原理分类：根据原理可分为电磁式和非电磁式。输入为电量的基本为电磁式，输入为非电量的基本为非电磁式。 返回系数：定义同接触器(动作与释放之比)，普通为0.10.4，高返回系数的可达0.8。 其它分类：交/直流，电流/电压/中间继电器等。,8.1.4 继电器(relay),继电器,主要区别在于： 接触器的主触点可以通过大电流

11、； 继电器的体积和触点容量小，触点数目多，且只能通过小电流。所以，继电器一般用于控制电路中。,1. 电流及电压继电器,电流继电器：可用于过载或过载保护， 电压继电器：主要作为欠压、失压保护。,继电器和接触器的结构和工作原理大致相同。,中间继电器(Contact protective relay),中间继电器触头容量小，触点数目多，用于控制线路。,通常用于传递信号和同时控制多个电路，也可直接用它来控制小容量电动机或其他电气执行元件。,(a) 外形,中间继电器外形与符号,结构原理：与接触器类似，但没有灭弧装置。 分类：根据输入量不同，分为：电压、电流继电器。根据用途分为：欠/过电压、过/过电流。“

12、过”在正常工作时未动作，超过正常则动作；“欠”在正常工作时已经动作，低于正常则复位。 补充：电压继电器中有一类称为“中间继电器”，其作用有二：作为信号放大用(线圈控制电流小，但触头可控制较大电流)；作为触头扩展用(有些器件触头少，而需要控制回路多，用一个触头控制中间继电器线圈，其触头同时动作，达到扩展目的)。,电磁式继电器(electromagnetic relay),工作原理：有电磁式、空气阻尼 (或气囊)式、电动式、钟摆(或机械)式及半导体(电子)式等。较常用的是空气阻尼式和半导体式。 线圈触头类型：线圈有通电延时时间继电器和断电延时时间继电器两种，其符号各有差别。,时间继电器(timin

13、g delay),通电延时线圈,断电延时线圈,1.通电延时闭合，断电瞬时断开的常开触头。 2.通电瞬时闭合，断电延时断开的常开触头。 3.通电延时断开，断电瞬时闭合的常闭触头。 4.通电瞬时断开，断电延时闭合的常闭触头。,特点：延时精确，时间范围大，但触头容量小。,半导体时间继电器,电源通电，VT1导通，VT2截止，C4开始充电，充电结束后VT2导通，VT1截止，K通电，触头K1K4改变状态。,特点：触头容量大，但延时不精确，时间范围小。如SJ7-A，触头有瞬时动作和延时动作两种(有常开/常闭各一对)。延时时间在0.4180s之间。 原理：气囊进气节流，排气不节流。 将电磁机构反装，可变成断电

14、延时型。,空气阻尼式时间继电器,a) 通电延时继电器,(a) 外形,（1）空气式延时继电器,延时继电器的外形与结构,b) 断电延时继电器,延时继电器的外形与结构,(a) 外形,（1）空气式延时继电器,通电延时的空气式时间继电器结构示意图,微动开关2,微动开关1,(2) 空气式时间继电器,断电延时的空气式时间继电器结构示意图,常闭 延时闭合,常闭 延时断开,空气式时间继电 器的延时范围大 (有 0.4 60 s 和 0.4 180s 两种)。 结构简单，但准 确度较低。,时间继电器的型号有JS7-A和JJSK2等多种类型。,原理：利用电流的热效应，使双金属片弯曲，从而使触头动作。 注意：1.热继

15、电器只用作过载保护或缺相保护，不能用作短路保护。 2.热继电器动作后须经过冷却(一般为2分钟左右)后，按动复位按钮才能复位。,热继电器(thermal relay),发热元件串在主电路，常闭触头保护用，常开报警用。,实物,原理,热继电器,用于电动机的过载保护。,热继电器外形与结构,(a) 外形,(b) 结构,发热元件接入电机主电路，若长时间过载，双金属片被加热。因双金属片的下层膨胀系数大，使其向上弯曲，杠杆被弹簧拉回，常闭触点断开。,发热元件,杠杆,工作原理,结构原理图,双金属片,常闭触头,热继电器,用于电动机的过载保护。,作用：速度继电器是传递转速信号的继电器，即用来对速度进行检测用的。 原理：将速度转化成圆环上导条的受力（与异步电动机原理相似），当圆环所受的力大于弹簧力(可人为整定)时，触头动作。 结构： 书，P.124，图8-15。 符号：主体为圆圈。 触头可加限定符号。,速度继电器,电动机的机械制动采用电磁制动器来实现的，常见的有圆盘式和抱闸式两种。 圆盘式：书，P.125，图8-16。采用圆盘摩擦片。 抱闸式：采用瓦状摩擦片。,8.1.5 电磁制动器(electromagnetic brake),注意：带动位能性负载的电动机，要求采用断电抱闸的制动方式。,松闸状态(不制动),抱闸状态(制动),可实现短路、过载、失压保护。,（补充） 自动空气断路器(自动开关),