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1、1课题一 电气控制的基本知识分课题一 电气控制的基本元件一、电器的分类1、按电压高低分（1）高压电器。交流 1200V，直流 1500V以上。（2）低压电器。交流 1200V，直流 1500V以下。2、按控制电器输出形式分（1）有触点电器：如刀开关、接触器等。（2）无触点电器：如可控硅、固态继电器、大功率三极管等。3、按控制对象不同分（1）采掘机械设备控制电器。（2）供电线路控制电器。4、按控制电器的作用分（1）主令电器：如按钮、行程开关、各种传感器等。（2）控制电器：如接触器、继电器、电磁阀等。（3）保护电器：如热继电器、熔断器等。（4）执行电器：如电磁铁、电磁离合器等。二、煤矿常用控制电器
2、1、主令电器（1）定义：主令电器是自动控制系统中用于发送和转换控制命令的电器。（2）作用：发送控制命令或信号的电器。（3）分类：控制按钮、万能转换开关、主令控制器、 行程开关、接近开关等。1）防爆控制按钮实物如图 1-1所示：一般都做成复合按钮形式。电气符号如图 1-2所示。图 1-1 防爆按钮实物图图 1-2 按钮电气符号图22）转换开关控制多回路的主令电器，也叫做万能开关。实物图如图 1-3所示。电气符号如图 1-4所示：虚线代表三个位置，12345 代表五对触头， “+”号代表接通，空白代表关断。图 1-3 转换开关实物及电气符号 图 1-4 电气符号3）行程开关又称位置开关或限位开关，
3、它的作用与按钮相同，只是其触点的动作不是靠手动，而是靠生产机械的某些运动部件的档铁碰撞其滚轮使触头动作来实现电路的接通和断开。其结构及电气符号如图 1-5所示。图 1-5 行程开关及电气符号4）接近开关：是一种非接触式的位置开关。它由感应头、高频振荡器、放大器和外壳等组成。当运动部件与接近开关的感应头接近时，就输出一个电信号。它有电感式和电容式两种。电感式接近开关的感应头是一个具有铁氧体磁芯的电感线圈。只能用于检测金属体。振荡器在感应头表面产生产生一个交变磁场，当金属块接近感应头时，金属中产生的涡流吸收了振荡的能量，使振荡减弱以致停3振，因而存在振荡和停振两种信号，经整形放大器转换成二进制的开
4、关信号，从而起到“开” 、 “关”的控制作用。如图 1-6所示。图 1-6 接近开关及内部原理图2、接触器（1）作用：接触器是一种用来频繁接通和断开交直流主电路及大容量控制电路的自动切换电器。它具有低压释放保护功能，并且用于频繁操作和远距离控制，是电力拖动自动控制线路中使用最广泛的电器元件。因它不具有短路保护作用，常和熔断器、热继电器等保护电器配合使用。（2）分类：按电流种类通常分为交流接触器和直流接触器两类。（3）实物如图 1-7所示：图 1-7 接触器实物图（4）结构：1)触头系统：有主触头和辅助触头。主触头用于通断主电路，辅助触头用于通断控制电路。辅助触头有常开触头和常闭触头两种。煤矿井
5、下开关中多将主触头置于真空管中，这样的接触器叫真空接触器。2)电磁系统：由动、静铁芯，吸引线圈和反作用弹簧组成。 交流接触器动静铁芯由硅钢片叠加而成，以减小工作中的涡流和磁滞损耗，且在铁芯柱端部加有短路环以减小吸合时的振动和噪声。直流接触器铁芯由整块软铁制成3)灭弧系统：由灭弧罩及灭弧栅片灭弧。（5）原理：如图 1-8所示。当线圈通电后，产生的电磁力克服弹簧的反作用力，将衔铁吸全并使动、静触头接触，从而接通主电路。当线圈断电时，由于电磁吸力消失，衔铁依靠弹簧的反作用力而跳开，动触头和静触头也随之分离，切断主电路。4图 1-8 接触器原理示意图煤矿井下开关中的真空接触器吸力线圈常用直流电，一是直
6、流电稳定，二是也可减少振动和噪声。直流电主要依靠整流电路、电容滤波、二极管进一步整流获得。线圈吸合常采用两种方式：一种是大电流吸合，小电流维持；另一种是高电压吸合，低电压维持。如图 1-9所示。图 1-9 真空接触器两种工作方式（6）型号及电气符号：如图 1-10所示。图 1-10 接触器型号意义及电气符号（7）接触器的主要技术指标：1）额定电压：指主触点额定工作电压，应等于负载的额定电压。2）额定电流：指接触器触点在额定工作条件下的电流值。3）吸力线圈额定电压：接触器正常工作时，吸引线圈上所加的电压值。一般该电压数值以及线圈的匝数、线径等数据均标于线包上，而不是标于接触器外壳铭牌上，使用时应
7、加以注意。（8）接触器选用原则：51）根据电路中负载电流的种类选择接触器的类型；2）接触器的额定电压应大于或等于负载回路的额定电压；3）吸引线圈的额定电压应与所接控制电路的额定电压等级一致；4）额定电流应大于或等于被控主回路的额定电流。3、电磁式继电器（1）作用：继电器是一种小信号控制电器。它利用电流、电压、时间、速度、温度等信号来接通和分断小电流电路，广泛用于电动机或线路的保护及各种生产机械的自动控制。由于继电器一般都不用来直接控制主电路，而是通过接触器和其他开关设备对主电路进行控制，因此继电器载流容量小，不需灭弧装置。继电器有体积小、重量经、结构简单等优点，但对其动作的灵敏度要求较高。（2
8、）分类：电压继电器、电流继电器、中间继电器、热继电器、时间继电器和速度继电器等，其中电压继电器、电流继电器、中间继电器均为电磁式。（3）结构原理：与接触器大致相同。但在结构上体积较小，动作灵敏，没有庞大的灭弧装置，且触点的种类和数量也较多。如图 1-11所示。图 1-11电磁式继电器原理及符号（4）电气符号：1）电压继电器：电压继电器的线圈与被测电路并联，以反应电路的电压变化。为不影响电路工作情况，其线圈匝数多、导线细、阻抗大。电压继电器又分为过电压、欠电压和零电压继电器三种。其电气符号如图 1-112所示。图 1-11 电压继电器符号2）电流继电器：电流继电器的线圈与被测电路串联，以反应电路
9、电流的变化。为不影响电路工6作情况，其线圈匝数少、导线粗、线圈阻抗小。电流继电器又分为过电流继电器和欠电流继电器两种。其电气符号如图 1-12所示。图 1-12 电流继电器符号3）中间继电器：中间继电器实质上是电压继电器，但它的触点对数多，触头容量较大，动作灵敏。当其他继电器的触头对数或触头容量不够时，可借助中间继电器来扩大它们的触头数和触头容量，起到中间转换作用。其电气符号如图 1-13所示。图 1-13中间继电器符号4、时间继电器时间继电器有电磁式、空气阻尼式、电动式和晶体管式。目的是为电路提供必要的延时。其电气符号如图 1-14所示。图 1-14时间继电器符5、热继电器热继电器是利用电流
10、的热效应原理工作的保护电器，在电路中用于电动机的过载保护。应用最广泛的是双金属片的热继电器。它主要由热元件、双金属片和触头三部分组成。热继电器的常闭触头串联在被保护的二次回路中，它的热元件由电阻值不高的电热丝或电阻片绕成，串联在电动机或其他用电设备的主电路中。靠近热元件的双金属片，是用两种不同膨胀系数的金属用机械辗压而成，为热继电器的感测元件。如下图 1-15所示。6、固体继电器新型固态继电器是以电力电子器件构成的电力电子开关，属无触点通断组件，具有开关速度快、操作方便、无火花及拉弧现象等特点，适合在频繁工作或潮湿、有腐蚀性气体以及易燃气体的环境中。7而煤矿井下含有大量的瓦斯、煤尘等易燃易爆物
11、质，使用由全控型电力电子器件构成的新型直流固态继电器和以双向晶闸管为核心的交流固态继电器作为执行机构应用到煤电钻综合保护装置中，代替原有的中间继电器和交流接触器，便能解决现有产品短路保护动作时间长的问题。如图 1-16所示。图 1-15热继电器实物、原理及符号图 1-16固体继电器实物及原理7、熔断器熔断器是一种简单有效的保护电器。在使用时，熔断器串接在所保护的电路中，作为电路及用电设备的短路和严重过载保护，主要用于短路保护。熔断器主要由熔体（俗称保险丝）和安装熔体的熔管（或熔座）两部分组成。其电气符号如图 1-17所示。图 1-17熔断器实物及符号88、隔离开关如图 1-18 所示。隔离换向
12、开关用于煤矿井下隔爆型电磁启动器中，手动操作，用于主电路的隔离和在无负载情况下改变电源的相序。在一般情况下保证隔离开关在无负载情况下进行操作，接通、分断、隔离电源和换相，在特殊情况下，隔离开关具有一定的分断能力。图 1-18隔离开关实物图图 1-18换向开关实物及符号思考练习1、 说明常用控制元件的作用并画出其电气符号？2、 写出自己工作中经常接触的控制元件型号。分课题二 识读电气原理图一、电气控制系统图1、种类电气控制系统图分为电气原理图、电器布置图和电气安装接线图三种。由于它们的用途不同，绘制原则也有差别。根据学习的实际需要，这里重点介绍电气原理图。2、电气原理图电气原理图目的是便于阅读和
13、分析控制线路，应根据结构简单、层次分明清晰的原则，采用电器元件展开形式绘制。它包括所有电器元件的导电部件和接线端子，但并不按照电器元件的实际布置位置来绘制，也不反映电器元件的实际大小。电气原理图的绘制原则如下：9（1）电气原理图一般分主电路和辅助电路（控制电路）两部分。（2）主电路是电气控制线路中大电流通过的部分，包括从电源到电机之间相连的电器元件；一般由组合开关、主熔断器、接触器主触点、热继电器的热元件和电动机等组成。（3）辅助电路是控制线路中除主电路以外的电路，其流过的电流比较小。辅助电路包括控制电路、照明电路、信号电路和保护电路。其中控制电路是由按钮、接触器和继电器的线圈及辅助触点、热继
14、电器触点、保护电器触点等组成。（4）电气原理图中所有电器元件都应采用国家标准中统一规定的图形符号和文字符号表示。（5）电气原理图中电器元件的布局，应根据便于阅读原则安排。主电路安排在图面左侧或上方，辅助电路安排在图面右侧或下方。无论主电路还是辅助电路，均按功能布置，尽可能按动作顺序从上到下，从左到右排列。（6）电气原理图中，当同一电器元件的不同部件（如线圈、触点）分散在不同位置时，为了表示是同一元件，要在电器元件的不同部件处标注统一的文字符号。对于同类器件，要在其文字符号后加数字序号来区别。如两个接触器，可用 1KM、2KM 文字符号区别。（7）电气原理图中，所有电器的可动部分均按没有通电或没
15、有外力作用时的状态画出。对于继电器、接触器的触点，按其线圈不通电时的状态画出，控制器按手柄处于零位时的状态画出；对于按钮、行程开关等触点按未受外力作用时的状态画出。（8）电气原理图中，应尽量减少线条和避免线条交叉。各导线之间有电联系时，在导线交点处画实心圆点。根据图面布置需要，可以将图形符号旋转绘制，一般逆时针方向旋转 90o，但文字符号不可倒置。 图 1-19接触器正转自锁控制电路图二、接触器正转自锁控制电路原理图读图1、原理图 如图 1-19所示。2、接线图 如图 1-20所示。10图 1-20接触器正转自锁控制接线图3、控制原理分析(1)合上电源开关 QS，接通电源；(2)启动控制：按下
16、启动按钮 SB2-接触器 KM电磁线圈得电吸合-KM 主触点闭合- 电动机 M得电启动运转KM辅助动合触点闭合-实现自锁控制(3)停止控制：按下停止按钮 SB1 -接触器 KM电磁线圈断电释放-KM 主触点断开 -电动机 M断电停止KM辅助动合触点断开-解除自锁控制（4）过载保护：地面上的设备可用热继电器作为过载保护，这样简单经济。当用热继电器时，热继电器的热元件串接到主电路中，其执行触头串接到接触器吸合线圈回路中。热继电器保护原理是：当电动机在运行中出现过载并达到一定程度时- 热继电器 FR动作-FR动断触点断开-接触器 KM电磁线圈断电释放- KM主触点断开-电动机 M断电停止。电动机断电之后，热继电器热元件温度降低，经过一定时间，热继电器自动复
