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1、工厂电气控制 绪论 电力拖动系统的基本概念 电气控制技术的发展 一、电力拖动系统的基本概念 生产机械由三个基本部分组成：工作机构、传 动机构、原动机。 当原动机为电动机时，也 就是说，由电动机通过传动机构带动工作机构 进行工作时，这种拖动方式称为电力拖动。 电力拖动系统可分为两部分：电力拖动部分和 电气控制部分。把电动机以及与电动机有关联 的传动机构合并一起称为电力拖动部分；把控 制电动机的启动、制动、反向、调速等电气控 制和电气操纵部分称为电气控制部分即控制系 统。 二、电气控制技术的发展 电动机：(1)由一台电动机拖动多台设备，称为集中拖动。 （2）由一台电动机拖动一台生产机械，单电机拖动
2、。 （3）由多台电动机分别拖动各运动机构，多电机拖动。 电气控制系统：手动控制继电-接触器控制顺序控制器 可编程序控制器 二、电气控制技术的发展 控制方法 手动 自动 控制功能 简单 复杂 操作方式 笨重 轻巧 控制原理 有触点硬接线继电器 微处理器的软件 控制方式 集中拖动 顺序控制 DCS 网络 现场总线 以太 网 新 技 术 综合应用电子技术、检测技术 、 计算机技术、自动控制理论 M2 3 YA M3 3 M! 3 反转 正转 停SA5 FU1FU2 KM3 12 KM2 9 KM4 15 R U1 V1 W1 FR1 7 KS 5.5kW 1410r/min 1.5kW 1410r/
3、min U2 V2 W2 FR2 13 快速 进给 0.125kW 2790r/min KM6 19 KM5 18 KM1 7 U3 V3 W3 FR3 7 150VA 380 /127V 60VA 380 / 36V FU EL T QSL1 L2 L3 31 关 SA4 开32 总总开关及保护护 主轴转动轴转动 起动动 制动动 进给传动进给传动 正转转 反转转 冷确泵泵 变压变压 器及照明 主电路 第一章 常用低压电器 意 义 继电器、接触器控制技术是 进 代先进电气控制基础。 低压电器 电力拖动自动控制系统的基 本 组成元件。 介 绍 常用低压电器元件的用途、 类 型、符号、选用四方面。
4、 第一节 低压电器基本知识 一、低压电器的概念 电器：用来通断、控制、调节和保护目的的 电气设备。即电器就是一种能控制电的工 具。 工作电压在交流1.2KV或直流1.5KV及 以下的电器称为低压电器。 第一节 电器基本知识 二、低压电器分类 按用途分： 低压配电电器：刀开关、低压断路器、 熔断器等。 低压控制电器：接触器、继电器、控制 器、按钮等。 低压主令电器：按钮、主令开关、行程 开关、主令控制器等。 低压保护电器：熔断器、热继电器等。 低压执行电器：电磁铁、 电磁离合器等 。 用于各种控制电路和控制系统 的电器，例如接触器、继电器 、电动机起动器等。 用于电能的输送和分配的电 器，例如高
5、压断路器等。 用于自动控制系统中发送动作指 令的电器，例如按钮、转换开关 等。 用于保护电路及用电设备的 电器，例如熔断器、热继电 器等。 用于完成某种动作或传送功 能的电器，例如电磁铁、电 磁离合器等。 第一节 电器基本知识 二、低压电器分类 按操作方式分： 手动电器：刀开关、按钮、转换开关 自动电器：低压断路器、接触器、继电器 按工作条件分： 一般用途低压电器（通用低压电器），矿用低压电器 、航空低压电器等 电磁式电器 三、电磁式电器的工作原理 电磁机构（检测部分） 触头系统（执行部分） 吸引线圈 铁心 衔铁 灭弧装置 电器分感受部分（电磁机构）和执行部 分（触头系统）。除此之外，部分电器
6、 （如接触器）还有灭弧机构。 （一）、电磁机构 组成：吸引线圈和磁路 图1-1 电磁机构的形式 1衔铁 2-铁心 3-线圈 第一节 电器基本知识 三、低电磁式电器的结构及工作原理 1、常用的磁路结构（磁路包括铁心、衔铁、空气 隙）。 1）衔铁沿棱角转动的拍合式铁心 广泛应用于直流电器中。 2）衔铁沿轴转动的拍合式铁心 应用触点容量较大的交流电器中。 3）衔铁直线运动的双E形直动式铁心 多用于交流接触器、继电器中。 4）交流铁芯和直流铁芯 2、吸引线圈 作用将电能转换成磁场能量。 注意结构、交、直流、热的产生。 电压线圈、电流线圈 图11 常用的磁路结构 线圈自然状态 没有电 图11 常用的磁路
7、结构 线圈通电 图11 常用的磁路结构 机械运动 图11 常用的磁路结构 通电后动作情况 机械运动 （二）电磁吸力与吸力特性 电磁吸力 （1 1） 式中 F 磁极表面电磁吸力，单位为N； B 气隙中磁感应强度，单位为T； S 磁极截面积，单位为m2 ； 固定铁心与衔铁之间的气隙。 直流电磁铁时 B恒定值； 交流电磁铁时 BBmsint。 （12 ） 将式12代入式11整理得 式中 电磁吸力最大值 ； 电磁吸力平均值。 吸力特性吸力Ft与铁心间隙的特性曲 线。 （图12） 直流电磁铁（曲线 1 ） 励磁电流 I 与气隙 无关； 动作过程为 恒磁通势； F21/Rm21/2 吸力大小 随陡峭。 交
8、流电磁铁（曲线 2 ） 设线圈电压U不变，则UE4.44fN， U/4.44fN，由磁路定律NI/Rm 励磁电流 I 与气隙 成正比； 动作过程为 近似恒磁通； 吸力大小 随 平坦。 图12 电磁铁的吸力特性 1直流电磁铁吸力特性 2交流电磁铁吸力特性 3反力特性 1 2 3 F 0 分析曲线形状 为什么？ （三）反力特性和返回系数 反力特性 反作用力 Fr 与气隙 的关系曲线。 注意： 吸合 保证吸力特性位于反力特性上方； 释放保证吸力特性位于反力特性下方。 返回系数（-反映灵敏度的参数） 释放电压 Ure （或电流 Ire ） 与吸合电压 Uat （或电流 Iat ）。 或 反力特性反力特
9、性 吸力特性与反力特吸力特性与反力特 性的配合性的配合 （四）交流电磁机构上短路环的作用 图13 交流电磁机构实际吸力曲线 t Fat F 交流分量 F Fatm F0 Fr 0 最大值 交流分量 反力 由上述公式可知交流电磁铁的吸力是一个两倍电源 频率的周期量，即 恒定分量 F0 最大吸力 Fat 的一半 ； 交变分量 F0cos2t 变化范围是-F0 F0 。 所以 Fat 0 Fatm =2 F0 Fat的结果有时 0 则 Fat Fr 1-衔铁 2-铁心 3-线圈 4-短路环 图1-4 交流电磁铁的短路环 5.电磁铁的线圈 电压线圈：并联在电路中，匝数多、导线 细。 电流线圈：串联在电
10、路中，匝数少、导线 粗。 交流线圈：短而粗，有骨架。 直流线圈：细而长，无骨架。 三、电器的触点系统和电弧 （一）电器的触点系统 作用起接通和分断电路。 结构型式： 1、桥式触点 （图15 a、b） 2、指形触点（图15 c） 图15 触点的结构型式 运动过程 用力按下 运动过程结束 产生摩擦动作 产生摩擦动作 （二）电弧的产生及灭弧方法 I、U 大到某一数值时产生电弧。 U 1220V间； I 几百mA间。 原因 触头气体在电场作用下电离放电 、 游离现象。 结果 产生高温、发出强光，触头烧毁 。 常用的灭弧方法： 1、电动力灭弧 （图16） 应用 一般交流电路中。 图16 电动力灭弧示意图
11、 FF I I I I 2、磁吹灭弧 （图17） 应用 直流电路中。 图17 磁吹灭弧示意图 1磁吹线圈 2绝缘套 3铁心 4引弧角 5导磁夹板 6灭弧罩 7动触头 8静触头 3 2 1 4 5 6 7 8 3、窄缝灭弧 （图18） 应用 交、直流电路中。 图18 窄缝灭弧示意图 4、栅片灭弧 （图19） 应用 高压电路中。 图19 栅片灭弧示意图 1 2 3 F I I 接触器是一种远距离频繁地接通和断开用电设备主回路及 其他大容量用电回路的自动控制电器。 优点：操作频率高，使用寿命长，工作可靠、性能稳定、 维修简便。 应用频繁地接通、断开交直流电路，实现远 距离控制。主要用于控制电动机、电
12、热设备、 电焊机、电容器等的交直流主电路。 类型电磁接触器、气动接触器、液压接触器 。 电磁接触器：交流接触器、直流接触器。 第二节第二节 接接 触触 器（器（contactorcontactor） 电磁接触器结构示意图 电磁接触器结构示意图 静铁心 线 圈 主触点 常闭辅 助触点 常开辅 助触点 灭弧罩 动铁心 弹 簧 1 结构与工作原理 电磁机构：将电磁能转换 成机械能，产生电磁吸力 带动触点动作. 触点：接触器的执行元件 ，用来接通或断开被控制 电路。 灭弧装置：熄灭触点分断 电流瞬间触点之间气隙中 产生的电弧。 其它：包括释放弹簧机构 、支架与底座等。 按所控制电 路 主触点 辅助触点 按原始状态 常开触点 常闭触点
