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1、第8章 电动机的自动控制基础,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,内容简介,本章首先介绍常用的控制电器如继电器、接触器等，讲述组成电器控制线路的基本规则；之后，分析可编程控制器的工作原理。,电器是一种能根据外界的信号（机械力、电动力和其它物理量），自动或手动接通和断开电路，从而断续或连续地改变电路参数或状态，实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测和调节用的电气元件或设备。,什么是电器,低压电器：常指用于交流额定电压1200v、直流额定电压1500v及以下的电路中的电器产品,8.1 控制电器的结构原理
2、和功能,8.1.1 接触器,当吸引线圈通电后，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。,（a）线圈通以直流电的电磁机构 I与无关 b）线圈通以交流电,接触器有关符号：,2) 接触器的主要技术参数,（1）线圈额定电压：指接触器吸合线圈的额定工作电压。,（2）额定电流：指主触头的额定工作电流。,（3）动作值：指接触器的吸合线圈电压和释放电压。,8.1.2 主令电器,主令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。主令电器主要包括按钮、行程开关、万能转换开关、主令控制器等。,1) 按钮开关,按钮开关通常用来接通或断开控制
3、电路，从而控制电动机或其他电气设备的运行。,2) 万能转换开关(多路多极开关),转换开关有自复位式和定位式两种操作方式。自复位式转换开关当人手离开操作手柄时能自动回复到原始位置；定位式转换开关则每隔30或45有一个定位。,3) 行程开关,行程开关又称限位开关，是利用机械运动部件的碰撞或接近来控制其触头动作的开关电器。常用型式有按钮式和转臂式两种,主令控制器是一种多位置多回路的控制开关，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。,4) 主令控制器,低压熔断器是低压配电系统中起安全保护作用的一种电器，广泛应用于电网保护和用电设备保护。主要作短路保护，有时也可起过载保护作用
4、。船上常用的有管式和螺旋式 。,8.1.3 熔断器,螺旋式熔断器,瓷插式熔断器,熔断器按结构可分为：开启式、半封闭式和封闭式三种。封闭式熔断器又分为无填料管式、有填料管式和有填料螺旋式等。,（a）管式熔断器,（b）螺旋式熔断器,（c）保护特性,（d）电路符号,1 熔断器的结构和特征 （1）插入式熔断器 （2）螺旋式熔断器 （3）有填料封闭管式快速熔断器,2熔断器的选用 （1）电灯支路：熔体额定电流支路上所有电灯的工作电流之和。 （2）单台直接起动电动机：熔体额定电流（15 25）电动机额定电流 （3）配电变压器低压侧：熔体额定电流（112） 变压器低压侧额定电流,熔体额定电流 的选择：,频繁起
5、动的电机,2. 电动机主回路,（稍大）,1. 平稳负载 （如电灯、电炉）,几台电动机共电路,3熔断器使用时的注意事项 （1）根据各种电器设备用电情况（电压等级、电流等级、负载变化情况等），在更换熔体时，应按规定换上相同型号、材料、尺寸、电流等级的熔体。 （2）按线路电压等级选用相应电压等级的熔断器，通常熔断器额定电压不应低于线路额定电压。 （3）根据配电系统中可能出现的最大短路电流，选择具有相应分断能力的熔断器。 （4）在电路中，各级熔断器应相应配合，通常要求前一级熔体比后一级熔体的额定电流大23倍，以免发生越级动作而扩大停电范围。,（5）不能随便改变熔断器的工作方式，在熔体熔断后，应根据熔断
6、管端头上所标明的规格，换上相应的新熔断管。不能用一根熔丝搭在熔管的两端，装入熔断器内继续使用。 （6）作为电动机保护的熔断器，应按要求选择熔丝，而熔断器只能作电动机主回路的短路保护，不能作过载保护。 （7）在下列线路中，不允许接入熔断器 接地线路中。 三相四线制的中性线路中。 直流电动机的励磁回路。,三、接触器 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。 接触器按控制电流的种类可分为：交流接触器和直流接触器，两类接触器在触头系统、电磁机构、灭弧装置等方面均有所不同 。,按操作方式分有：,电磁接触器、气动接触器和电磁气动接触器；,按灭弧介质分有：,空气电磁式接
7、触器、油浸式接触器和真空接触器等；,按主触头控制的电路种类分有：,交流接触器、直流接触器 、切换电容接触器等 ；,按电磁机构的励磁方式分有：,直流励磁操作与交流励磁操作两种 。,1交流接触器 图8-6是交流接触器的结构图和原理图。它主要是由电磁铁和触点组两部分组成。,（a）结构图 （b）原理图 图8-6 交流接触器,按状态的不同，接触器的触点分为动合（常开）触点和动断（常闭）触点两种。接触器在线圈未通电时的状态称为释放状态；线圈通电、铁心吸合时的状态称为吸合状态。接触器处于释放状态时断开、而处于吸合状态时闭合的触点称为动合触点；反之称为动断触点。,辅助触点既有动合触点，也有动断触点，通常接在由
8、按钮和接触器线圈组成的控制电路中，以实现某些功能，这部分电路又称辅助电路。,图8-7 接触器点动控制电路,图8-8 接触器连续运行控制电路,2直流接触器 直流接触器由操作电磁系统、触点灭弧系统、辅助触点及底板等部分组成。当接通操作线圈的操作电源时，电磁系统就产生电磁吸力，带动可动部分，使接触器触点闭合；当操作线圈断电时，电磁吸力消失， 在触点压力和反力弹簧的带动下，使触点断开。,交直流接触器在电磁机构有很大的区别，交流接触器的线圈铁芯和衔铁由硅钢片叠成，以便减少铁损，而直流接触器的铁心和衔铁可用整块钢。交流接触器的吸引线圈因具有较大的交流阻抗，故线圈匝数比较少，且采用较粗的漆包铜线绕制。相比之
9、下，直流接触器的线圈匝数较多，绕制的漆包线较细。,图8-9 短路环,为了消除交流接触器工作时的振动和噪声，交流接触器的电磁铁心上必须装有短路环，其原理参见关于交流电磁铁的介绍，图8-9所示为交流接触器上短路环的示意图。,四、继电器 继电器是根据电量(如电流、电压)或非电量(如时间、温度、压力、转速等)的变化而通断控制线路的电器，常用于信号传递和多个电路的扩展控制。,其结构和动作原理与电磁式接触器相似，与接触器不同的地方是继电器无主、辅触头之分，动作灵敏。它也有交流和直流之分。,分类： 过电压、欠电压、零电压继电器。,1电磁式继电器,（1）电压继电器：其电压线圈匝数多、线径细，并联于电路中。正常
10、电压时，衔铁被吸合。当电压低于某一整定值或为零时，衔铁被释放。,（2）电流继电器：其电流线圈匝数少、线径粗，串联于电路中。当电流达到某一整定值时，衔铁被吸合或释放。,（3）中间继电器：是将一个输入信号变为一个或多个输出信号的继电器。其作用是增加触头数量以扩大控制范围；具有以弱控强的开关信号“放大”能力。在较复杂的电路中用作程序控制元件。,2. 时间继电器,类型：,电子式,阻容式,电磁式（空气式）,电动式,机械式,数字式,（1）空气阻尼式时间继电器的工作原理,空气阻尼式时间继电器主要由电磁机构、工作触头(微动开关)、气室及传动机构等组成,它有通电延时与断电延时两种。,延时时间的长短与气室的进气量
11、有关，调节螺钉可整定延时时间，调节范围在0.4180s之间。,断 电 式,常闭 断电后 延时闭合,常开 断电后 延时断开,通 电 式,瞬 时 动 作,延 时 动 作,常闭触点,常开触点,常开 通电后 延时闭合,常闭 通电后 延时断开,（2）半导体时间继电器,C1、C2为滤波电容,当电源变压器接上电源，正、负半波由二个二次绕组分别向电容C4充电， A点电位按指数规律上升。原始状态VT1管导通、VT2管截止。,+,+,_,_,附加电源的目的，提高线性度和增加延时时间。,（2）半导体时间继电器,当A点电位高于B点电位，VT1管截止、VT2管导通，VT2管集电极电流通过高灵敏继电器KA的线圈，右侧继电
12、器KA的触点输出信号，同时KA的常闭触点断开充电电路，KA的常开触点闭合使电容放电，为下次工作做好准备。,+,+,_,_,（2）半导体时间继电器,调节电位器RW1的数值，就可以改变延时的大小，延时可达0.2s300s。,+,+,_,_,3 热继电器,热继电器是利用电流的热效应而动作的电器。,热继电器脱扣后，经过一段时间冷却可自动或手动复位，图示的结构只能手动复位。热继电器也是反时限特性。,它主要作用是对电动机实现过载保护。整定电流与电动机的额定电流基本上一致 。,热继电器的符号,（a）外形图 （b）原理图 图8-10 热继电器,感应式,4 速度继电器,按转速大小传递信号的继电器。按结构的不同分
13、为感应式、离心式等。圆环的转动力矩很小，当转速降到100rmin时，触头在弹簧反力作用下恢复原位。,定子-由硅钢片迭成笼型空心圆环套在转子上，装有鼠笼型短路绕组。,转子-圆柱形永久磁铁，与电动机同轴连接。,8.1.5 电磁制动器,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。,1) 圆盘式电磁制动器,当电动机运转时，电磁刹车线圈通电产生吸力，将静摩擦片(即电磁铁的衔铁)吸住，而与动摩擦片相脱开，使电动机可自由旋转。停车时，刹车线圈失电，静摩擦片被反作用弹簧紧压到安装在电动机轴上的动摩擦片上，产生摩擦力矩，迫使电动机停转。,调整制动器外壳上的螺栓，用于改变反作用弹簧制动力矩
14、，但必须注意所有螺栓要均匀调节，否则会造成摩擦片歪斜、气隙不均匀，出现噪声和振动。,圆盘式电磁制动器工作时静、动摩擦片之间的间隙通常在2至6mm之间，间隙过小，容易造成松闸时静、动摩擦片之间的擦碰；间隙过大，则在制动时产生较大机械碰撞。,2) 抱闸式电磁制动器,抱闸式电磁制动器又叫电磁抱闸，其制动原理与圆盘式电磁制动器相仿。它由制动电磁铁和制动闸瓦制成。当制动电磁铁线圈通电后，产生吸力，使抱闸闸瓦松开，电动机便能自由转动；当线圈断电时，闸瓦在弹簧力作用下，将电动机闸轮刹住，使电动机迅速停转。,8.2 电动机的基本保护环节,对电动机控制而言，须具备四种基本保护：短路电流保护，过载保护(或过电流保
15、护)，欠电压保护(包括零电压保护)以及对三相交流电动机缺相保护等。,一、短路保护 电流不经负载而直接形成回路称短路。 常用的短路保护措施有：在电路中装设自动空气断路 器（又称自动空气开关）、熔断器（俗称保险丝）等。 熔断器串联在电源和用电电路之间，如图8-13中的 FU1。当流过的电流超过其允许值时，熔体自动熔 断，从而切断故障电路。当流过熔断器的电流小于其额 定电流时，熔断器可长期工作而不熔断。当流过的电流 超过其额定电流时，并不是立即熔断，而是要经过一定 的时间使熔体的温度达到熔点后才会熔断。,二、过载保护 对于大多数电气设备来说，当电流超过其额定值（即过载）时，并不一定会立即损坏，但长时
16、间的或严重的过载是不能允许的。故在电路中常装设过载保护，以防被保护电器因过载而损坏。 过载保护的原理是：当被保护电器出现长时间过载或超强度过载时，利用过载时出现的热效应、电磁效应等使过载保护电器动作，使被保护设备脱离电源。 用于过载保护的电器：热继电器、过电流继电器、自动空气开关。,三、失压（欠压）保护,失压(零压)（欠压）保护是依据接触器本身的电磁机构和起动按钮来实现的。当电源电压由于某种原因消失时，电动机会自动停车。当电源电压恢复时，电动机不会自动起动，只有在操作人员按下起动按钮后，电动机才可起动，这种保护称为失压保护。当电源电压过分降低（欠压）时，电动机为了维护电磁转矩满足负载转矩的需要，其电流必将增加，使电动机可能过载甚至烧毁。而此时由于电源电压过分降低，接触器反力弹簧的作用力大于电磁吸力时衔铁将释放，主触头断开，使电动机脱离电源，实现欠压保护。,用作零电压和欠电压保护的继电器或接触器，必须具备高返回系数，吸引线圈的吸合电压Ux，一
