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1、模块七 常用低压电器与控制电路 目前在国内的电动机自动控制系统中，还较多地采用继电器、接触器等有触点的自动电器和按钮、闸刀等手动电器配合使用来实现自动控制。这种控制电路一般被称为继电接触器控制系统，它是一种有触点的断续控制电路。 一般来讲，控制电路所包含的电器可分为手动电器与自动电器两大类。手动电器是由工作人员手动操纵的，如闸刀开关、组合开关和按钮等。而自动电器是按照指令、信号或某个物理量的变化而自动动作的，如各种继电器、接触器、行程开关等。 项目一 常用低压电器1. 开关 用来接通和切断电源的电器叫开关。开关种类很多，主要介绍刀开关。 常用低压电器与控制电路常用低压电器与控制电路（1） HK
2、系列磁底胶盖刀开关的结构见图系列磁底胶盖刀开关的结构见图7-1 （a）。）。 使用时应注意：电源接线必须接进线座；操作时人站在开关的侧面，拉合闸动作要迅速；开关不允许倒装。两极开关 UN=220V，三极开关 UN=380V，IN有15A、30A、60A三种规格。适用于照明、电热线路或作5.5kW以下三相异步电动机不频繁操作的操作开关。对于照明、电热负载开关的 UN可选220V或380V，开关的IN等于或稍大于负载最大工作电流；对于电动机开关的UN选380V， IN等于或大于电动机额定电流的三倍。常用低压电器与控制电路常用低压电器与控制电路（2）HH系列铁壳开关的结构见图系列铁壳开关的结构见图7
3、-1（）。（）。 它的特点是因装有速断机构，开关通、断速度快与操作手柄动作快慢无关；因装在机械联锁装置，加上有铁防护外壳，所以这种开关安全及电气性能均好。使用时应注意：开关外壳应可靠接地（或接零）；操作时不要面对开关；不能随意放在地面上使用。适用于电热，照明等各种配电设备或作不大于13KW三相异步电动机的操作开关。对于控制电动机开关，IN应取22.5倍电动机额定电流。 2. 组合开关组合开关 组合开关又称转换开关，如图7-2所示。它是一种结构更为紧凑的手动开关电器。其结构为装在一根转轴上的若干个动触片，和静触片单根旋转开关叠装于数层绝缘板内，转动手柄时，每一动触片即插入相应的静触片中，随转轴旋
4、转而改变通断位置。它可同时接通一部分电路。常用低压电器与控制电路常用低压电器与控制电路 组合开关用于控制鼠笼式异步电动机（4KW以下），起停频率每小时不宜超过1520次，开关的额定电流也应选大些，一般取电动机额定电流的1.52.5倍。组合开关额定持续电流有10、25、60和100（单位A）等多种，极数有单、双、三、四极几种。3. 空气断路器空气断路器（1）结构及用途）结构及用途结构 常用的空气断路器有塑壳式（装置式）和万能式（框架式）两类。结构和图形符号如图7-4所示。常用低压电器与控制电路常用低压电器与控制电路用途 空气断路器又称为自动空气开关，是一具有保护功能的电器，能自动切断短路、过载等
5、故障，在正常情况下，用来不频繁地通、断电路。 （2）安装方法及使用注意）安装方法及使用注意 安装前应擦净脱扣器电磁铁工作面上的防锈漆脂。 断路器与熔断器配合使用时，为保证使用的安全，熔断器应装在断路器之前。 不允许随意调整电磁脱扣器的整定值。 使用一段时间后，应检查弹簧是否生锈、卡住，防止不能正常动作。 如有严重的电灼伤痕迹，可用干布擦去；如触头烧毛，可用砂纸或细锉修整，主触头一般不允许用锉刀修整。 应经常清除灰尘，防止绝缘水平降低。4. 按钮按钮 组合开关一般用来接通或断开大电流的电路，而按钮通常用来接通或断开小电流的控制电路，从而间接控制电动机或其它电气设备的运行，其结构原理及符号如图7-
6、5所示。 常用低压电器与控制电路常用低压电器与控制电路 在没有外力的正常情况下，触桥在复位弹簧的作用下使触点1和触点2处于连通闭合状态，而触点3和触点4处于断开状态。当手动按下按钮时，触点1-2由闭合转为断开，触点3-4由断开转为闭合。如果松开按钮，触桥在复位弹簧的推力作用下自动恢复到原来的正常位置，即自动复位。根据这一工作原理，触点3-4被称为常开触点，触点1-2被称为常闭触点。显然，所谓“常开”、“常闭”触点，是以电器未动作或无外力作用下触点所处的状态来命名的。一般来说，电器在外力作用下动作时，常闭触点先断开，常开触点后闭合；外力消失后，常开触点先断开，常闭触点后闭合。即触点的通断总是遵循
7、这样一个规律“先断后通”。 按钮触点的接触面积很小，额定电流通常不超过5A。有些按钮还带有信号灯。常用低压电器与控制电路常用低压电器与控制电路5. 行程开关行程开关 行程开关（又称限制开关或位置开关），是实现位置控制、行程控制、限位保护和程序控制的自动电器。它的作用与按钮相同，都是对控制电路发出接通、断开或信号转换等指令的电器。两者的区别在于：行程开关触点的动作不是象按钮那样通过手工按动来完成，而是利用生产机械某些运动部件的碰撞或接近使其触点动作，从而达到一定控制要求的电器。 各种系列的行程开关其基本结构相同，都是由操作头、触点系统和外壳组成。区别仅在于使行程开关动作的传动装置不同，般有旋转式
8、、按钮式等数种。图7-6是按钮式行程开关的结构原理图。常用低压电器与控制电路常用低压电器与控制电路 在通常状态下，行程开关被安装在适当和特定的位置。桥式动触点使静触点1和静触点2连通，而静触点3和静触点4处于断开状态，故静触点1-2被称为常闭触点，静触点3-4被称为常开触点。当预装在生产机械运动部件上的挡块碰撞到推杆时，使常闭触点断开，常开触点闭合，从而起到切换电路的作用。同时，恢复弹簧被压缩，为以后的复位做好了准备。当挡块离开推杆时，推杆在恢复弹簧的作用下回到原来位置，从而使各触点复位。近年来，为了提高行程开关的使用寿命和操作频率，已开始采用晶体管无触点行程开关（又称接近开关）。6. 熔断器
9、熔断器 RC系列熔断器 见图7-8。RC1系列瓷插式熔断器的额定电压UN=380V 、额定电流 IN为5200A共分七个规格。它结构简单、更换方便、价格低廉，但分断能力不强。适用于作照明、电热电路的短路及过载保护。 常用低压电器与控制电路常用低压电器与控制电路 RL系列熔断器 见图7-9所示，在熔断管中装有熔丝，通过金属信号色点、小弹簧与管两端的金属冒联通，在管内填满石英砂以助灭弧。熔丝断后，在小弹簧作用下信号色点掉下来。接线时为了安全，进线接下接线端。RL系列螺旋式熔断器 UN=500V、IN为15200A共分五个规格。它体积小、换熔体方便、安全可靠并带熔断显示，分断能力较强。适合于控制箱、
10、配电屏、机床设备及振动较大的场合作短路保护、过载保护。7. 交、直流接触器交、直流接触器 接触器是一种可以用来频繁地接通和断开大电流电路的自动控制电器。主要控制电动机之类的动力负载。它除了能实现自动、远距离控制外，还具有失电压保护功能。（1）结构：CJ0系列交流接触器 它的结构见图7-10。 电磁系统包括动、静铁心及线圈。静铁心两端的短路环是为了减小振动及噪音而设置的。常用低压电器与控制电路常用低压电器与控制电路 触头系统，采用的是带银触点的桥式触头，银触点的主要优点是氧化层对接触电阻影响不大。在灭弧罩内的三对触头较大，用来控制电流大的主电路叫主触头，又因线圈不通电时它是断开的，所以属动合触头
11、。灭弧罩两边的两对较小的触头，用于控制电路叫辅助触头。它们总共是两对动合、两对动断触头。 灭弧系统，由灭弧罩和灭弧棚片构成，作用是加速灭弧。40A以下的接触器没安装灭弧棚片。 其他部分有反作用弹簧、触头压力弹簧片、缓冲弹簧等。 （2）工作原理：）工作原理： 以图7-11（a）所示点动控制为例，按动按钮，线圈通电，动铁心克服反作用弹簧的反作用吸合力，动合触头闭和使电动机起动；松开按钮，线圈断电，在反作用弹簧的作用下，动铁心复位动合触头断开，电动机断电。常用低压电器与控制电路常用低压电器与控制电路（3）接触器的选择： 根据负载电流类型选择接触器的类型。交流负载选用交流接触器；直流负载一般选用直流接
12、触器。在电力拖动控制系统中主要是交流电动机，而直流电动机或负载的容量比较小时，也可用交流接触器进行控制，但触头的额定电流应适当选大一些。 常用低压电器与控制电路常用低压电器与控制电路 触头的额定电压应等于或大于线路额定电压。 触头的额定电流可根据接触器技术数据选择，也可用经验公式估算，例对于CJ0交流接触器主触头，IN=KPN（电压额定功率/W）/UN （电动机额定电压/V），K取11.4。对于起动频繁、正反转、反接制动情况下，主触头IN应选得比上述大一个等级（或估算时K取值1.4） 线圈的UN等于控制线路额定电压。 触头的类型、数量应符合控制线路对它们的要求。 8. 继电器继电器 继电器是一
13、种能根据一定的信号，如电流、电压、时间、压力、温度等来通、断小电流电路的自动控制电器 。（1）中间继电器 是将一个输入信号变成一个或多个输出信号的继电器。它也分交流和直流中间继电器。图7-12所示是广泛使用的交、直流两用JZ7系列中间继电器的结构及电路符号图。 常用低压电器与控制电路常用低压电器与控制电路（2） 热继电器 是一种利用电流的热效应来对电路作过载保护的保护电器，主要用作电动机的过载保护。图7-13所示是热继电器的外形图，它主要由双金属片和电阻丝构成的热元件、传动结构、触头、复位按钮、电流整定装置构成。它的动作原理与DZ5系列低压断路器中的热脱扣动作原理基本相同：双金属片弯曲推动滑杆
14、，顶动人字拨杆使触头动作。注意：因热继电器动作具有热惯性，它不能作短路保护；更换热继电器后勿忘重新整定电流；多次动作应查明动作原因。常用低压电器与控制电路常用低压电器与控制电路（3） 时间继电器 是一种利用电磁或机械原理或电子技术来延迟触头动作时间自动控制器，种类很多。图7-14所示是JS7-A系列时间继电器的结构原理图。其中图a是通电延时型，其工作原理如下：线圈通电，弦铁克服反作用弹簧而吸合，瞬时触头动作；同时在塔形弹簧的作用下活塞杆向上运动，但被橡胶膜密封的气室必须经过受调节螺杆控制大小的进气口进气后，才能让活塞杆随橡胶膜一起缓慢地向上运动，进气口越大移动速度越快，反之越慢。经过一定的延时
15、，活塞杆顶部的凹肩推动杠杆压延时触头，即时间继电器通电延时触头动作。线圈断电时，在反作用弹簧的作用下，活塞杆随衔铁一起向下返回，这时气室内的空气通过橡胶膜、弱弹簧和活塞的局部所形成的单向阀很快排出，延时触头及瞬时触头瞬时复位。 JS7-A时间继电器分通电延时和断电延时两种。断电延时与通电延时两种时间继电器的组成元件是通用的，从结构上说，只要改变电磁机构的安装方向，便可获得两种不同的延时方式。当衔铁位于铁心和延时机构之间时为通电延时，而当铁心位于衔铁和延时机械之间时为断电延时。断电延时继电器的工作原理与上述相同。常用低压电器与控制电路常用低压电器与控制电路 另外常用的还有晶体管时间继电器，它们的
16、最大特点是延时范围广、精度高、耐冲击、延时整定便利、寿命长。按其原理分为阻容式和数字式两大类。常见的有JS20型单结晶体管晶闸管时间继电器和JSJ型晶体三极管时间继电器。常用低压电器与控制电路常用低压电器与控制电路常用低压电器与控制电路常用低压电器与控制电路项目二 三相鼠笼式异步电动机的直接起动控制1. 点动控制点动控制 点动控制指按下按钮时电动机就起转，松开按钮时电动机就停转。许多生产机械调整试车或运行时要求电动机做到点动动作，如摇臂钻床立柱的放松和夹紧、龙门刨床横梁的上下移动、起重机吊钩、小车和大车运行的操作控制、刀架的快速进给等均是点动控制。接受点动控制的电动机大多数都容量不大而且工作时
17、间短。 点动控制线路如图7-16所示。点动控制的操作原理如下：合上闸刀开关Q后，按下按钮SB，接通电源，交流接触器KM的吸引线圈通电，交流接触器KM的三个常开主触点闭合，电动机M通电起转。松开按钮SB，交流接触器KM的吸引线圈断电，交流接触器KM的三对常开主触点断开，电动机M断电停转。 常用低压电器与控制电路常用低压电器与控制电路 主电路用三相50Hz、380V的电源供电。三相闸刀开关Q起隔离电源作用；熔断器FU起短路保护作用；热继电器FR起过载保护作用；交流接触器KM起失压或掉电保护作用。2. 起停控制起停控制（1）直接起停控制电路 对于运行时间较长又不需要改变转向的电动机，例如用来拖动泵和
18、鼓风机等的电动机，可以用图7-17所示的。 直接起停控制电路的主电路与图7.16所示的主电路完全相同，故省略不画。其控制电路与图7.16所示的控制电路相比，增加了与起动按钮SB2并联的交流接触器的常开辅助触点KM和停止按钮SB1。 常用低压电器与控制电路常用低压电器与控制电路 其操作原理如下： 闭合闸刀开关Q，接通电源。按下起动按钮SB2，接触器KM的线圈通电，吸合衔铁，带动接触器KM主触点闭合，电动机通电起转。与此同时，接触器KM辅助触点闭合，旁路了起动按钮SB2，因此松开起动按钮SB2后，接触器KM的线圈继续通电，使电动机连续运行。与起动按钮SB2并联的接触器KM的常开辅助触点在这里起着保
19、持线圈通电的作用，称为自锁（触点），这是电动机连续运行的关键。由图7-17可知，自锁触点通常是常开辅助触点，且总与手动电器并联，起着替代手动电器的作用。 按下停止按钮，接触器KM的线圈断电，释放衔铁，使得接触器KM的三个主触点同时断开，从而断开主电路，电动机断电停转。同时，也使得接触器KM的常开辅助触点断开，所以松开停止按钮后，控制电路仍为断电状态，电动机保持停转。 （2）连续工作与点动控制 许多机床设备要求主电动机既能连续工作，又能点动控制。只要在电动机起停控制线路的基础上，增加一个复式按钮SB3就可以达到连续工作与点动控制的目的，如图7-18所示。按钮SB2是连续工作按钮，而按钮SB3是点
20、动按钮。常用低压电器与控制电路常用低压电器与控制电路 其动作次序如下： 按下连续工作按钮SB2时，接触器KM的线圈通电，带动接触器KM的主触点闭合，电动机通电起转。与此同时，接触器KM的辅助触点闭合，而且SB3的常闭触点也处闭合状态，从而旁路了起动按钮SB2，因此松开起动按钮SB2后，接触器KM的线圈继续通电，使电动机连续运行。 按下点动按钮SB3时，SB3的常闭触点首先断开，切断了自锁电路，紧接着SB3的常开触点闭合，使电动机开始点动运行；一旦松开点动按钮SB3，SB3的常开触点首先断开，使接触器KM的线圈断电，主触点断开，电动机断电停转。同时接触器KM的自锁触点复原断开，而后SB3的常闭触
21、点才复原闭合，电路点动完毕。常用低压电器与控制电路常用低压电器与控制电路项目三 三相鼠笼式异步电动机的正反转控制 很多生产机械要求有正、反两个方向的运动，如机床工作台的进退、主轴的正反转、起重机的升降等都是由电动机的正反转来实现的。我们知道，只要改变电动机电源的相序就可以改变电动机的转向。那么在直接起动控制电路基础上，再增加一个交流接触器及相应的控制电路就可以实现这一要求。图7-19是实现电动机的正反转控制电路。该电路利用两套交流接触器KMF和KMR分别控制电动机的正转和反转，两个接触器主触点之间的联接，必须保证由主触点KMF闭合改变为主触点KMR闭合时，电动机接至电源的三根导线中有两根要相互
22、对调位置。常用低压电器与控制电路常用低压电器与控制电路 正反转控制电路的操作步骤如下： 合上闸刀开关，接通电源。 按下正转起动按钮SBSTF，正转接触器KMF的线圈通电，它的常开主触点闭合，电动机正向起转；它的常开辅助触点闭合，实现自锁。按下停止按钮SB，正转接触器KMF的线圈断电，它的常开主触点断开，电动机停转；它的常开辅助触点闭合，撤消自锁。 按下反转起动按钮SBSTR，反转接触器KMR的线圈通电，它的常开主触点闭合，电动机反向起转；它的常开辅助触点闭合，实现自锁。 按下停止按钮SB，反转接触器KMR的线圈断电，它的常开主触点断开，电动机停转；它的常开辅助触点闭合，撤消自锁。 值得一提的是
23、，如果两接触器的线圈同时通电，则两接触器的主触点将同时闭合，从而使得两相火线短接，发生电源短路事故。为了避免此类情况的发生，电路中还引入了互锁触点（或称为联锁触点），即如图7-19所示，正转接触器KMF的一个常闭辅助触点串接在反转接触器KMR的线圈所处的电路中，而反转接触器KMF的一个常闭辅助触点则串接在正转接触器KMR的线圈所处的电路中。这两个常闭辅助触点就称为互锁触点。 常用低压电器与控制电路常用低压电器与控制电路 为了能够方便地控制电动机的转向，可以将正反转起动按钮改装为复式按钮，并实现互锁，如图7-20所示。当电动机正转时，按下反转起动按钮SBSTR，其常闭触点率先断开，而使正转接触器KMF的线圈率先断电，相应的常开主触点断开，相应的互锁触点恢复闭合。随着反转起动按钮SBSTR的常开触点的随后闭合，反转接触器KMF的线圈通电，电动机就反转。同时，反转接触器KMF的互锁触点断开，起互锁保护。由此可见，复式按钮中的常闭触点起着停止按钮的作用，由于复式按钮中的常开触点和常闭触点采用了联动结构，所以无须专门操作。 常用低压电器与控制电路常用低压电器与控制电路
