1、控制電器交流接觸器和繼電器1. 交流接觸器1.1 接觸器是一種用來接通或斷開負載的交直流主電路或大容量控制電路的自動化切換電器。其主要控制對象是電動機、電熱器、電焊器、自動照明設(shè)備等。接觸器不僅能接通和切斷電路，而且還具有低電壓釋放保護作用。接觸器控制容量大，使用于頻繁操作和遠距離控制，是自動控制系統(tǒng)中的重要元件之一，通用接觸器可分為以下兩類：交流接觸器，主要由電磁機構(gòu)、觸頭系統(tǒng)、滅弧裝置等組成，常用的有CJ10、CJ12、CJ12B、CJ20等系列交流接觸器；直流接觸器，一般用于控制直流電氣設(shè)備，線圈中通以直流電，直流接觸器的動作原理和結(jié)構(gòu)基本上與交流接觸器相同。1.2交流接觸器的工作原理。

2、交流接觸器利用主接點來開閉電路，用輔助接點來執(zhí)行控制指令，主接點一般只有常開接點，而輔助接點常有兩對具有常開和常閉功能的接點，小型的接觸器也經(jīng)常作為中間繼電器配合主電路使用。交流接觸器的接點，由銀鎢合金制成，具有良好的導(dǎo)電性和耐高溫燒蝕性。交流接觸器的動作動力來源于交流電磁鐵，電磁鐵由兩個“山”字形的幼硅鋼片疊成，其中一個固定，在上面套上線圈，工作電壓有多種供選擇。為了使磁力穩(wěn)定，鐵芯的吸合面，加上短路環(huán)。交流接觸器在失電后，依靠彈簧復(fù)位。另一半是活動鐵芯，構(gòu)造和固定鐵芯一樣，用以帶動主接點和輔助接點的開短。20安培以上的接觸器加有滅弧罩，利用斷開電路時產(chǎn)生的電磁力，快速拉斷電弧，以保護接點。

3、2繼電器2.1繼電器的定義繼電器是一種當輸入量（電、磁、聲、光、熱）達到一定值時，輸出量將發(fā)生跳躍式變化的自動控制器件。2.2繼電器的繼電特性繼電器的輸入信號x從零連續(xù)增加達到銜鐵開始吸合時的動作值xx,繼電器的輸出信號立刻從y=0跳躍到y(tǒng)=ym,即常開觸點從斷到通。一旦觸點閉合，輸入量x繼續(xù)增大，輸出信號y將不再起變化。當輸入量x從某一大于xx值下降到xf,繼電器開始釋放，常開觸點斷開。我們把繼電器的這種特性叫做繼電特性，也叫繼電器的輸入-輸出特性。釋放值xf與動作值xx的比值叫做反饋系數(shù)，即 Kf=xf/xx 。觸點上輸出的控制功率Pc與線圈吸收的最小功率P0之比叫做繼電器的控制系數(shù)，即K

4、c=PC/P0 。繼電器輸入-輸出特性2.3繼電器分類繼電器的分類方法較多，可以按作用原理、外形尺寸、保護特征、觸點負載、產(chǎn)品用途等分類。按作用原理可分為以下幾種：電磁繼電器 在輸入電路內(nèi)電流的作用下，由機械部件的相對運動產(chǎn)生預(yù)定響應(yīng)的一種繼電器。固態(tài)繼電器 輸入、輸出功能由電子元件完成而無機械運動部件的一種繼電器。時間繼電器 當加上或除去輸入信號時，輸出部分需延時或限時到規(guī)定的時間才閉合或斷開其被控線路的繼電器。溫度繼電器 當外界溫度達到規(guī)定值時而動作的繼電器.風速繼電器 當風的速度達到一定值時，被控電路將接通或斷開。加速度繼電器 當運動物體的加速度達到規(guī)定值時，被控電路將接通或斷開。其它類

5、型的繼電器 如光繼電器、聲繼電器、熱繼電器等。2.4電磁繼電器工作原理電磁繼電器是一種用電磁鐵控制的電路開關(guān)，其構(gòu)造和工作原理如圖所示。由電磁鐵、弱電電源和電鍵組成控制電路。由電動機、強電電源和電磁繼電器的觸點部分組成工作電路。閉合控制電路電鍵，電磁鐵線圈中有控制電流通過時，電磁鐵就吸引銜鐵，使工作電路觸點閉合，電動機啟動。斷開控制電路的電鍵，電磁鐵失去磁性，彈簧把銜鐵拉起，在觸點處切斷工作電路，電動機停止工作。利用電磁繼電器可以用低電壓、弱電流的信號電路來控制高電壓、強電流的工作電路。電磁繼電器的種類繁多，但其基本原理都是利用電磁鐵控制電路的通斷。繼電器在自動控制、遠距離操縱方面有重要應(yīng)用。

6、2.5熱繼電器工作原理熱繼電器有各種各樣的結(jié)構(gòu)形式，最常用的是雙金屬片式結(jié)構(gòu)。雙金屬片是用兩種不同線膨脹系數(shù)的金屬片，通過機械輾壓在一起制成的，一端固定，另一端為自由端。當雙金屬片的溫度升高時，由于兩種金屬的線膨脹系數(shù)不同，所以它將彎曲。熱元件串接在電動機定子繞組中，電動機繞組電流即為流過熱元件的電流。當電動機正常運行時，熱元件產(chǎn)生的熱量雖能使雙金屬片彎曲，但不足以使繼電器動作；當電動機過載時，熱元件產(chǎn)生的熱量增大，使雙金屬片彎曲位移量增大，經(jīng)過一段時間后，雙金屬片彎曲推動導(dǎo)板，并通過補償雙金屬片與推桿將觸點分開，觸點為熱繼電器串于接觸器線圈回路的動斷觸點，斷開后使接觸器失電，接觸器的動合觸點

7、斷開電動機等負載回路，保護了電動機等負載。2.6中間繼電器主要用在電氣二次回路中，用以傳送信號、將信號放大或擴大聯(lián)動關(guān)系等。在輸煤程控系統(tǒng)中，低壓中間繼電器主要用以信號隔離，其他控制繼電器已大部分被PLC可編程程序代替。在中間繼電器的線圈中通以電流后，動鐵芯（銜鐵）將被吸引向靜鐵芯靠近，動鐵芯上帶有動觸點，靜鐵芯上帶有靜觸點，且一一對應(yīng)，二者靠近時動、靜觸點接觸，接通電路。當動靜鐵芯吸合時，中間繼電器的反作用力彈簧被壓縮，如果線圈斷電，則動觸點在反作用力彈簧的作用下返回原位。2.7時間繼電器具有一定限時作用的繼電器，在繼電保護和自動控制系統(tǒng)中作為時限元件，用來實現(xiàn)元件之間必要的時限配合，在得到

8、信號后，其觸點經(jīng)過一定延時后在閉合或斷開。主令電器和限位開關(guān)1主令電器主令電器是一種機械操作的控制電器，對各種電氣系統(tǒng)發(fā)出控制指令，使繼電器和接觸器動作，從而改變拖動裝置的工作狀態(tài)（如電動機的起動、停車、變速等），以獲得遠距離控制；主令電器是自動控制系統(tǒng)中用于接通或斷開控制電路的電器設(shè)備,用以發(fā)送控制指令或用作程序控制。主令電器應(yīng)用廣泛，種類繁多。最常見的有：控制按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)和 主令控制器等。如控制按鈕就是一種操作人員與控制裝置之間的中間環(huán)節(jié)；按鈕的觸點分常閉觸點(動斷觸點)和常開觸點(動合觸點)兩種.常閉觸點是按鈕未按下時閉合,按下后斷開的觸點.常開觸點是按鈕未按下時斷

9、開,按下后閉合的觸點.按鈕按下時,常閉觸點先斷開,然后常開觸點閉合;松開后,依靠復(fù)位彈簧使觸點恢復(fù)到原來的位置。行程開關(guān)也稱為位置開關(guān),主要用于將機械位移變?yōu)殡娦盘?以實現(xiàn)對機械運動的電氣控制.當機械的運動部件撞擊觸桿時,觸桿下移使常閉觸點斷開,常開觸點閉合;當運動部件離開后,在復(fù)位彈簧的作用下,觸桿回復(fù)到原來位置,各觸點恢復(fù)常態(tài)，線圈通電時產(chǎn)生電磁吸引力將銜鐵吸下,使常開觸點閉合,常閉觸點斷開.線圈斷電后電磁吸引力消失,依靠彈簧使觸點恢復(fù)到原來的狀態(tài)。接近開關(guān)則是一種非接觸式的檢測裝置，是一種當工作機械與它接近到一定程度時發(fā)出信號或進行控制的主令電器。2限位開關(guān)限位開關(guān)就是用以限定機械設(shè)備的

10、運動極限位置的電氣開關(guān)。 這種開關(guān)有接觸式的和非接觸式的。接觸式的比較直觀，機械設(shè)備的運動部件上，安裝上行程開關(guān)，與其相對運動的固定點上安裝極限位置的擋塊，或者是相反安裝位置。當行程開關(guān)的機械觸頭碰上擋塊時，切斷了（或改變了）控制電路，機械就停止運行或改變運行。由于機械的慣性運動，這種行程開關(guān)有一定的“超行程”以保護開關(guān)不受損壞。非接觸式的形式很多，常見的有干簧管、光電式、感應(yīng)式等。自動空氣開關(guān)和熔斷器1.自動空氣開關(guān)1.1自動空氣開關(guān)的作用自動空氣開關(guān)又稱自動空氣斷路器，主要用于低壓電動機等電器設(shè)備的不頻繁性的直接操作，集控制和多種保護功能于一身，除能完成接通和分斷電路外，還能對電路的過流、

11、短路或失壓進行保護。1.2自動空氣開關(guān)的特點具有操作安全，使用方便，工作可靠，安裝簡單。動作后（如短路故障排除后）不需要更換元件等優(yōu)點。1.3自動空氣開關(guān)的分類按極數(shù)分：單極、兩極和三極；按保護形式分：電磁脫扣器式、熱脫扣器式、復(fù)合脫扣器式（常用）和無脫扣器式；按全分斷時間分：一般和快速式；按結(jié)構(gòu)型式分：塑殼式、框架式、限流式、直流快速式、滅磁式和漏電保護式。1.4自動空氣開關(guān)的工作原理電路正常工作時，電磁脫扣器線圈電流所產(chǎn)生的磁力不能將其銜鐵吸合。當電路發(fā)生短路或較大的過電流時，磁力增加將銜鐵吸合，撞擊杠桿，搭鉤松開，觸頭分斷。當電路電壓下降較多或失去電壓時，欠壓脫扣器磁力減小或失去，其銜鐵

12、被彈簧拉開，撞擊杠桿，頂上搭鉤，觸頭分斷。當電路發(fā)生過載時，雙金屬片彎曲，撞擊杠桿，頂開搭鉤，觸頭分斷。當過電流時銜鐵11吸合，欠電壓時銜鐵7釋放；過載時雙金屬片10彎曲，三者都通過杠桿5使搭鉤3脫開，由主觸頭切斷電路。2.熔斷器熔斷器是電氣設(shè)備過負荷或短路時最常用、最簡單的一種保護裝置，它串聯(lián)在被保護的電路中，在正常情況下，相當于一根導(dǎo)線，當發(fā)生過負荷或短路使電路電流增大時，熔體因過熱熔斷，自動切斷電路。熔斷器由金屬熔體、熔體固定架及外殼組成，熔斷器的額定值主要有額定電壓、額定電流以及熔體的額定電流和極限分斷能力。它們的定義如下：額定電壓，熔斷器長期工作所能承受的工作電壓。額定電流。熔斷器殼

13、體和熔體長期工作時允許通過的最大工作電流。熔體的工作電流。熔體允許長期通過而不熔化的最大電流。熔體的額定電流與熔斷器的額定電流可以不同。極限分斷能力。低壓熔斷器一般用熔斷器所能斷開的最大電流表示；高壓熔斷器用額定開斷容量或額定開斷電流表示。2.1 瓷插式熔斷器一種半封閉插入式熔斷器，熔絲熔斷后只要從瓷座中拔出瓷蓋就能方便安全地更換熔絲，可作短路保護和一定程度上的過載保護用，由于它更換熔絲方便，所以應(yīng)用非常廣泛。2.2 螺旋式熔斷器由瓷帽、熔斷管、保護圈及瓷座組成的熔斷器，熔斷管內(nèi)裝有熔體和石英沙填料，熔體焊在熔管兩端的導(dǎo)電金屬蓋上，上端的蓋中央有一熔斷指示器，當熔斷器斷開時透過瓷帽上的觀察孔可

14、以看到指示器跳出。只要旋開瓷帽取出熔斷管裝上好的再旋入瓷座內(nèi)就行了。變頻器和軟啟動開關(guān)1.變頻器1.1變頻器的基礎(chǔ)知識變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成的。VVVF 是 Variable Voltage and Variable Frequency 的縮寫，意為改變電壓和改變頻率，也就是人們所說的變壓變頻。2: CVCF是 Constant Voltage and Constant Frequency 的縮寫，意為恒電壓、恒頻率，也就是人們所說的恒壓恒頻。通常，把電壓和頻率固定不變的工頻交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的

15、裝置稱作“變頻器”。為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備首先要把電源的交流電變換為直流電（DC），這個過程叫整流。把直流電（DC）變換為交流電（AC）的裝置，其科學術(shù)語為“inverter”(逆變器)。 一般逆變器是把直流電源逆變?yōu)橐欢ǖ墓潭l率和一定電壓的逆變電源。對于逆變?yōu)轭l率可調(diào)、電壓可調(diào)的逆變器我們稱為變頻器。變頻器輸出的波形是模擬正弦波，主要是用在三相異步電動機調(diào)速用，又叫變頻調(diào)速器。1.2變頻器的工作原理本文中所指的電機為感應(yīng)式交流電機，在工業(yè)領(lǐng)域所使用的大部分電機均為此類型電機。感應(yīng)式交流電機（以后簡稱為電機）的旋轉(zhuǎn)速度近似地取決于電機的極數(shù)和頻率。電機的極數(shù)是固定不變的。由于極數(shù)值

16、不是一個連續(xù)的數(shù)值（為2的倍數(shù)，例如極數(shù)為2，4，6），所以不適合改變極對數(shù)來調(diào)節(jié)電機的速度。另外，頻率是電機供電電源的電信號，所以該值能夠在電機的外面調(diào)節(jié)后再供給電機，這樣電機的旋轉(zhuǎn)速度就可以被自由的控制。因此，以控制頻率為目的的變頻器，是做為電機調(diào)速設(shè)備的優(yōu)選設(shè)備。 n = 60f/p，n: 同步速度，f: 電源頻率 ，p: 電機極數(shù)，改變頻率和電壓是最優(yōu)的電機控制方法 。如果僅改變頻率，電機將被燒壞。特別是當頻率降低時，該問題就非常突出。為了防止電機燒毀事故的發(fā)生，變頻器在改變頻率的同時必須要同時改變電壓。1.3. 當電機的旋轉(zhuǎn)速度（頻率）改變時，其輸出轉(zhuǎn)矩會怎樣？工頻電源：由電網(wǎng)提供的

17、動力電源（商用電源）起動電流：當電機開始運轉(zhuǎn)時，變頻器的輸出電流、變頻器驅(qū)動時的起動轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩要小于直接用工頻電源驅(qū)動；電機在工頻電源供電時起動和加速沖擊很大，而當使用變頻器供電時，這些沖擊就要弱一些。工頻直接起動會產(chǎn)生一個大的起動電流。而當使用變頻器時，變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機上的，所以電機起動電流和沖擊要小些。通常，電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要隨頻率的減?。ㄋ俣冉档停┒鴾p小。減小的實際數(shù)據(jù)在有的變頻器手冊中會給出說明。通過使用磁通矢量控制的變頻器，將改善電機低速時轉(zhuǎn)矩的不足，甚至在低速區(qū)電機也可輸出足夠的轉(zhuǎn)矩。1.4變頻器50Hz以上的應(yīng)用情況大家知道, 對一個特定的電機來說, 其額定

18、電壓和額定電流是不變的，如變頻器和電機額定值都是: 15kW/380V/30A, 電機可以工作在50Hz以上，當轉(zhuǎn)速為50Hz時, 變頻器的輸出電壓為380V, 電流為30A. 這時如果增大輸出頻率到60Hz, 變頻器的最大輸出電壓電流還只能為380V/30A. 很顯然輸出功率不變. 所以我們稱之為恒功率調(diào)速。這時的轉(zhuǎn)矩情況怎樣呢?因為P=wT (w:角速度, T:轉(zhuǎn)矩). 因為P不變, w增加了, 所以轉(zhuǎn)矩會相應(yīng)減小， 我們還可以再換一個角度來看：電機的定子電壓 U = E + I*R (I為電流, R為電子電阻, E為感應(yīng)電勢，可以看出, U,I不變時, E也不變， 而E = k*f*X,

19、 (k:常數(shù), f: 頻率, X:磁通), 所以當f由50-60Hz時, X會相應(yīng)減小 ，對于電機來說, T=K*I*X, (K:常數(shù), I:電流, X:磁通), 因此轉(zhuǎn)矩T會跟著磁通X減小而減??；同時, 小于50Hz時, 由于I*R很小, 所以U/f=E/f不變時, 磁通(X)為常數(shù). 轉(zhuǎn)矩T和電流成正比. 這也就是為什么通常用變頻器的過流能力來描述其過載(轉(zhuǎn)矩)能力. 并稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速(額定電流不變-最大轉(zhuǎn)矩不變結(jié)論: 當變頻器輸出頻率從50Hz以上增加時, 電機的輸出轉(zhuǎn)矩會減小。2.軟啟動開關(guān)2.1電動機的軟啟動隨著科學技術(shù)的不斷進步發(fā)展,大功率晶體管的開發(fā)與應(yīng)用,使晶體管控制電動機啟停

20、成為可能.電動機軟啟動就是在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生并逐漸發(fā)展起來的,其容量逐漸增大,功能不斷擴充,實用性與可靠性逐步提高.由于電動機軟啟動(以下簡稱軟啟動)存在諸多優(yōu)點,在生產(chǎn)中特別是對電動機啟停控制上獲得越來越廣泛的應(yīng)用.從開關(guān)本身的功能及上述優(yōu)點看，軟啟動具有一定的實用性.若能將其應(yīng)用到廠用系統(tǒng)會對提高，系統(tǒng)運行穩(wěn)定,節(jié)能降耗起到一定作用.由于電力系統(tǒng)生產(chǎn)的特點,對其穩(wěn)定性與可靠性有很高的要求,能否穩(wěn)定運行是考核一個廠綜合能力的主要指標,而廠用系統(tǒng)穩(wěn)定運行是保證機組穩(wěn)定的重要因素.由于廠用電系統(tǒng)運行的連續(xù)性,耗用相當?shù)陌l(fā)電量,一般電廠要達到發(fā)電量8%一10%,較低的亦在6%一8%,所以降低廠用電率對

21、提高電廠的經(jīng)濟效益具有一定意義2.1.1 提高廠用電系統(tǒng)穩(wěn)定性 眾所周知,異步電動機啟動時由于啟動電流大引起電動機發(fā)熱,并引起母線電壓下降,影響其它設(shè)備的正常運行.特別是容量較大,啟動轉(zhuǎn)矩大的電動機出現(xiàn)這種情況將更為嚴重.現(xiàn)一般大型電廠大都采用直接啟動,雖然能夠滿足電動機的啟動要求,但大電流對設(shè)備的沖擊較大,也會引起母線電壓下降,對其它設(shè)備產(chǎn)生一定的影響.由于軟啟動具有較好啟動特性及限制啟動電流的功能,能夠整定電動機啟動時的最高電流限定值,減小對設(shè)備的沖擊及母線電壓下降程度,提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性,特別是對一些較小系統(tǒng)需要采用降壓啟動的設(shè)備意義更大,效果將更明顯.由于其具有啟停時間可調(diào),對一般的設(shè)

22、備能夠?qū)嵭衅椒€(wěn)啟停,對提高設(shè)備的穩(wěn)定性,減輕對電動機本身及被拖動設(shè)備的沖擊都有一定的作用.2.1.2節(jié)能降耗，由于電力系統(tǒng)生產(chǎn)的連續(xù)性,廠用電動機是長期連續(xù)運行的,但輔機并不是總在滿載狀況下運行,因此電動機的效率會有所下降,造成一定的損失。軟啟動能夠根據(jù)負荷情況自動調(diào)節(jié)功率因數(shù),使電動機在工作中達到較高效率,特別是在輕載情況下節(jié)能效果更為顯著.大大降低,在輕載時節(jié)能效果較為明顯,當電動機滿負荷時也有一定的節(jié)能效果，而且在啟動后自動短路晶閘管，使電動機和電網(wǎng)相連，實現(xiàn)節(jié)能和提高運行效率目的。2.2軟啟動的基本原理軟啟動的實質(zhì)是一種降壓啟動，與“Y”啟動和自耦降壓啟動的原理是一樣的，不同的是軟啟動采用了無觸點電子開關(guān)控制電壓，其電壓平穩(wěn)上升，而不是突變；它是利用晶閘管的開關(guān)特性將三對反并聯(lián)的晶閘管串接到電動機的三相電路上，通過調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)角的大小來改變晶閘管的開通程度，從而控制了輸出到電動機的電壓的大小，達到控制電動機的啟動特性的目的。而當電動機啟動過程完畢后，軟啟動控制器就會控制交流接觸器吸