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1、工业电器与自动化工业电器与自动化电子教案电子教案工业电器与自动化工业电器与自动化 第一篇第一篇工业电器基础工业电器基础 在工业生产，电的应用极为广泛。电气化的程度已成为衡量一个国家生在工业生产，电的应用极为广泛。电气化的程度已成为衡量一个国家生产技术水平和综合国力的主要标志之一。产技术水平和综合国力的主要标志之一。一、电的特点一、电的特点（一）转化容易（二）传输方便（三）便于控制和测量。（一）转化容易（二）传输方便（三）便于控制和测量。二、常用的工业电器及电子设备二、常用的工业电器及电子设备 考虑到本教材主要面向考虑到本教材主要面向“工艺类工艺类”专业高职技能型人才的培养，主要以专业高职技能型
2、人才的培养，主要以三三相电机、单相、三相电源以及照明电路和基本电子电路为典型载体，训练相电机、单相、三相电源以及照明电路和基本电子电路为典型载体，训练学员的工业电器选择、安装、即使用能力的培养。学员的工业电器选择、安装、即使用能力的培养。电器篇导言电器篇导言工业电器与自动化工业电器与自动化 第三单元第三单元常用电机与电常用电机与电器器关键词：关键词：手控电器、接触器、继电器、熔断器、三相异步电动机、变压器 学习目标：学习目标：知识目标：知识目标：了解常用低压电器的特性和使用方法； 掌握常用三相异步电动机的特点、控制方式以及电机保护方式； 了解变压器的原理及使用特点。能力目标：能力目标：会根据电
3、气图纸选择低压电器； 能设计常用异步电机的典型控制电路、安装并通电调试；第三单元第三单元 常用电机与常用电机与电器电器 工作在交流电压1000V，或直流电压1200V以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器通称为低压电器。一、低压电器的分类一、低压电器的分类用途分类 1控制电器 用于各种控制电路和控制系统的电器。如接触器、各种控制继电器、控制器、起动器等。2主令电器 用于各种控制电路和控制系统的电器。如控制按钮、主令开关、行程开关、万能转换开关等。3保护电器 用于保护电路及用电设备的电器。如熔断器、热继电器、各种保护继电器、避雷器等。4配电电器 用于电能的输送和分配的电器。如高压熔断器、
4、隔断开关、刀开关、断路器等。5执行电器 用于完成某种动作或传动功能的电器。如电磁铁、电磁离合器等。3-1 常用低压电器常用低压电器二、手控电器二、手控电器 手控电器广泛应用于配电线路，用作电源的隔离、保护与控制。常用的有：刀开关、转换开关、控制按钮、行程开关等。（一）开关 开关是使负载和电源接通或断开的装置。常用的开关有刀开关、铁壳开关、转换开关等。1刀开关：刀开关又称闸刀开关，是一种结构简单、应用广泛的手控电器。 2铁壳开关：铁壳开关又称负荷开关， 3转换开关：转换开关又称组合开关，一般用于电气设备中不频繁地通断电路、转换电源和负载，小容量电动机不频繁的起停控制。5行程开关：行程开关也称为位
5、置开关或限位开关，能将机械信号转换为电信号，以实现对机械运动的控制。 3-1 常用低压电器常用低压电器三、接触器三、接触器 接触器是一种利用电磁吸力使触头闭合或断开的自动开关，用于自动地接通与断开大电流电路的电器。其主要控制对象是电动机，可实现远程控制，具有控制容量大、操作频率高、低电压释放保护等特点。 接触器按其主触头流过的电流制式不同，可分为交流接触器和直流接触器。3-1 常用低压电器常用低压电器四、接继电器四、接继电器 继电器是一种根据电量（电流、电压等）或非电量（压力、转速、时间、热量等）的变化来接通或断开控制电路，以完成控制和保护任务的电器。继电器种类很多，主要由控制继电器和保护继电
6、器两类。按反映的不同信号，可分为电压继电器、电流继电器、中间继电器、热继电器和速度继电器等；按工作原理可分为电磁式、感应式、电动式、电子式继电器和热继电器等。 五、熔断器五、熔断器 熔断器又称保险器，是一种低压电路中防止电路短路的保护电器。熔断器有管式、插入式和螺旋式等多种。3-1 常用低压电器常用低压电器一、三相异步电动机的基本结构一、三相异步电动机的基本结构 三相异步电动机是由两个基本部分构成：不动部分定子；转动部分转子二、三相异步电动机的工作原理二、三相异步电动机的工作原理（一）旋转磁场：异步电动机是利用旋转磁场和转子感生电流所产生的电磁转矩使电动机工作的。三相对称绕组通入三相对称电流，
7、三相对称电流共同产生的合成磁场随着电流的交变而在空间不断地旋转着即旋转磁场旋转磁场 ，旋转磁场切割转子导体，从而在导体中感应出电动势和电流，转子中电流同旋转磁场相互作用产生力矩使电机转动起来。同时，电动机的转子转动方向和磁场的旋转方向是相同的。 虽然电动机转子的转动方向与磁场方向相同，但转子的转速n不可能达到与旋转磁场的转速n0(旋转磁场的转速n0常称为同步转速)，即nn0 。 转子转速与磁场转速转子转速与磁场转速n0相差的程度用转差率相差的程度用转差率S来表示来表示 3-2 异步电动机异步电动机二、三相异步电动机的工作原理二、三相异步电动机的工作原理（二）电磁转矩 电动机的电磁转矩T简称转矩
8、，是三相交流异步电机很重要的物理量之一，由旋转磁场的每极磁通与转子电流I相互作用产生，与和I都成正比关系。另外，转矩T还与定子每相电压U的平方成比例，所以当电源电压有所变动时，对转矩的影响很大。电动机的转矩：电动机的转矩： T9550（P2n） Nm（牛顿（牛顿米）米） 式中 ：P2电动机轴上输出的机械功率，单位是kW（千瓦）； n转速，单位是r/min（转分）； 3-2 异步电动机异步电动机三、三相异步电动机的铭牌三、三相异步电动机的铭牌电动机按照制造厂规定的条件运行时，称为额定运行。 1额定功率PN额定运行时电动机轴上输出的机械功率，单位为KW； 2额定电压UN额定运行时定子绕组端的线电压
9、，单位为V或KV； 3额定频率f额定电压的频率，中国的标准工频为50Hz； 4额定电流IN额定运行时定子绕组的线电流值，单位为A； 5额定转速nN额定运行时的转速，r/min； 6工作制电动机的运行方式。 7绝缘等级和额定温升 绕组采用的绝缘材料按耐热程度共划分为Y、A、E、B、F、H、C七个等级，我国规定的标准环境温度为40，电机运行时因发热而升温，其允许的最高温度与标准环境湿度之差称为额定温升，额定温升是由绝缘等级决定的。 8噪声等级 9型号10接法：三角形、星形。 3-2 异步电动机异步电动机四、三相异步电动机的启动、正反转控制和制动控制四、三相异步电动机的启动、正反转控制和制动控制（一
10、）直接启动（一）直接启动 容量不大的鼠笼式异步电动机转子的转动惯量不大，启动后能在极短时间内达到正常转速，启动电流也随之极快的降到正常值。因此不需要附加任何启动设备，直接将电动机接入供电线路即可。这种方法称为直接启动。 直接起动控制电路一般有两种,分别为点动控制和连续控制。1点动控制电路点动控制电路 当合上电源开关QS，按下点动按钮SB时，接触器KM的线圈得电，其常开主触点闭合，电动机M接入三相电源而旋转；当松开SB时，KM的线圈断电，主触点断开，电动机断电停止旋转，实现了对电动机的点动控制。2连续控制连续控制 在点动控制电路中加上自锁电路可实现连续控制。 3-2 异步电动机异步电动机四、三相
11、异步电动机的启动、正反转控制和制动控制四、三相异步电动机的启动、正反转控制和制动控制（二）降压启动（二）降压启动 如果电动机直接启动时引起的线路电压降过大，则必须采用降压启动方法，就是在启动时降低加在电动机定子绕组上的电压，以减小启动电流。常用的降压方法有：1星三角形（星三角形（Y）启动法）启动法 Y启动法只适用于正常工作时定子绕组为形连接的电动机。启动时，先把定子绕组接成Y形，待转速达到相当高时，再改为正常的形联接。2自耦变压器降压启动自耦变压器降压启动 利用自耦变压器可进行电动机的降压起动。启动时，先把开关扳到起动位置，此时加在定子绕组上的电压小于电网电压，从而减小了起动电流。当转速接近额
12、定值时，再把开关扳到运行位置，切除自耦变压器。3定子串电阻降压起动控制电路定子串电阻降压起动控制电路 通过电器控制启动时在定子中串接电阻，启动完成后短接电阻。 3-2 异步电动机异步电动机四、三相异步电动机的启动、正反转控制和制动控制四、三相异步电动机的启动、正反转控制和制动控制（三）异步电动机的正反转控制（三）异步电动机的正反转控制 只要把电动机的三相电源进线中的任意两相对调，就可改变电动机的转动方向，因此正反转控制电路实质上是两个方向相反的单向运行电路。为了避免误动作引起电源相间短路，必须在这两个相反方向的单向运行电路中加设必要的互锁。（见控制图） 3-2 异步电动机异步电动机工业电器与自
13、动化工业电器与自动化图图3-1 点动控制电路点动控制电路 工业电器与自动化工业电器与自动化图图3-2 连续控制电路连续控制电路 工业电器与自动化工业电器与自动化图图3-3 降压降压Y-启动启动 工业电器与自动化工业电器与自动化图图3-4 自耦变压器降压启动自耦变压器降压启动 工业电器与自动化工业电器与自动化图图3-5 正反转控制电路正反转控制电路 四、三相异步电动机的启动、正反转控制和制动控制四、三相异步电动机的启动、正反转控制和制动控制（四）三相异步电动机的制动控制（四）三相异步电动机的制动控制三相异步电动机从切除电源到完全停止旋转，由于机械惯性，转子需要一段时间才能停止旋转，这往往满足不了
14、生产机械迅速停车的要求。目前一般采用的制动方法有机械制动和电气制动。所谓机械制动，是利用外加的机械力使电动机转子迅速停止的方法，多采用电磁抱闸方式。电气制动时使电动机的电磁转矩方向与电动机旋转方向相反，从而起制动作用。1反接制动控制反接制动控制反接制动就是改变异步电动机定子绕组中三相电源相序，产生与转子惯性转动方向相反的启动转矩而制动停转。 2能耗制动控制能耗制动控制 能耗制动是当电动机脱离三相交流电源后，迅速在定子绕组上加一直流电源，使定子绕组产生恒定的磁场，此时电动机转子在惯性作用下继续旋转，切割定子恒定磁场，在转子中产生感应电流，其产生与其旋转方向相反的电磁转矩，使转速下降至零。 3-2
15、 异步电动机异步电动机工业电器与自动化工业电器与自动化图图3-5 反接制动反接制动 工业电器与自动化工业电器与自动化图图3-6 能耗制动能耗制动 五五、电动机的保护电动机的保护 1短路保护短路保护 电动机绕组的绝缘、导线的绝缘损坏或线路发生故障时，会产生短路现象。短路时产生的短路电流可达到额定电流的几倍到几十倍，引起电气设备绝缘损坏和电气设备损坏。因此，要求一旦发生短路故障，控制电路能迅速地切断电源。这种保护叫短路保护。常用的短路保护元件有熔断器、断路器或采用专门的短路保护继电器等。2过电流保护过电流保护 过电流主要是由于不正确的启动方法、过大的负载、频繁启动与正反转运行和反接制动等引起的，它
16、远比短路电流小，但也可能是额定电流的好几倍。在电动机运行中产生的过电流比发生短路的可能性更大，会造成电动机和机械传动设备的机械性损伤，这就要求在过电流的情况下，其保护装置能可靠、准确、有选择性地、适时地切除电源。通常过电流保护是采用过电流继电器与接触器配合动作的方法来实现的，即电流继电器线圈串联在被保护电路中，电路电流达到其额定值时，过电流继电器动作，其动断触点串联在接触器控制回路中，由接触器去切断电源。 3-2 异步电动机异步电动机五五、电动机的保护电动机的保护 3过载保护过载保护 电动机长期过载运行，其绕组温升将超过规定的允许值，会加速绕组绝缘老化而缩短使用寿命，严重过载还会使电动机很快损
17、坏。因此必须为电动机设置长期运行过载保护装置，常用的过载保护装置是热继电器。由于热继电器存在热惯性，所以在使用热继电器为电动机作过载保护的同时，还应设置短路保护，并且作短路保护的熔断器熔体的额定电流不应超过4倍热继电器发热元件的额定电流。 4断电及欠电压保护断电及欠电压保护 当电动机正常运行时，如果电源中断或因某种原因突然消失，那末电动机将停转；然而当电源电压恢复后，电动机有可能自行启动。这种自行启动有可能造成人身或设备事故。由于多台电动机同时自行启动，会引起供电线路不允许的过电流和电压降。因此，当供电消失时，必须立即切断电源，实现断电保护。常用的零电压与欠电压保护装置有：按钮、接触器、欠电压继电器等。 3-2 异步电动机异步电动机
