1、第1章 工廠電氣控制初步,1.1 工廠常用電器 1.2基本控制電路 1.3控制系統(tǒng)實(shí)例,本章主要內(nèi)容：,l核心是掌握繼電器、接觸器、按鈕開關(guān)等常規(guī)控制電器的動作執(zhí)行特點(diǎn)，由此對一般繼電接觸控制電路進(jìn)行熟練分析和設(shè)計(jì)。,l 工廠常用電器 l 基本控制電路 l控制系統(tǒng)實(shí)例,返回本章首頁,1.1 工廠常用電器,1.1.1工廠電器基本知識 1.1.2工廠常用電器 1.1.3電氣圖形,返回本章首頁,1.1.1工廠電器基本知識,1. 分類 （1）按適用的電壓范圍分類 分為低壓電器和高壓電器。 （2）低壓電器按所控制的對象分類 根據(jù)其控制的對象分為低壓配電電器和低壓控制電器。 （3）按所起作用分類 依據(jù)電器

2、所起的作用可分為控制電器和保護(hù)電器。 （4）按動作性質(zhì)分類 依據(jù)電器的動作性質(zhì)可分為自動控制電器和非自動控制電器。,2. 結(jié)構(gòu)及工作原理,下面分別以控制按鈕和接觸器為例介紹手動電器和自動電器的結(jié)構(gòu)和工作原理。 （1）按鈕 按鈕是手動控制電器的一種，用來發(fā)出信號和接通或斷開控制電路。圖1.1是按鈕的結(jié)構(gòu)示意圖和圖文符號，圖（a）中1、2是動斷（常閉）觸點(diǎn)，3，4是動合（常開）觸點(diǎn)，5是復(fù)位彈簧，6是按鈕帽。圖（b）為圖文符號。,（a） 結(jié)構(gòu)示意,（b） 圖文符號,圖1.1 按鈕,（2）接觸器,l 結(jié)構(gòu)及工作原理 接觸器是利用電磁吸力的原理工作的，主要由電磁機(jī)構(gòu)和觸頭系統(tǒng)組成。電磁機(jī)構(gòu)通常包括吸引

3、線圈、鐵心和銜鐵三部分。圖1.2為接觸器的結(jié)構(gòu)示意圖與圖文符號，（a）圖中，1、2，3、4是靜觸點(diǎn)，5、6是動觸點(diǎn)，7、8是吸引線圈，9、10分別是動、靜鐵心，11是彈簧。（b）圖中，1、2之間是常閉觸點(diǎn)，3、4之間是常開觸點(diǎn)，7、8之間是線圈。,（a） 結(jié)構(gòu)示意,（b）圖文符號,圖1.2 接觸器,電磁鐵特點(diǎn),根據(jù)吸引線圈通電電流的性質(zhì)分類，電磁鐵分為直流電磁鐵和交流電磁鐵。通常采用短路環(huán)來解決交流電磁鐵的振動問題。短路環(huán)的示意圖如圖1.3所示，其中1為短路環(huán)，2為鐵心。短路環(huán)起到磁通分相的作用，把極面上的交變磁通分成兩個(gè)交變磁通，并且使這兩個(gè)磁通之間產(chǎn)生相位差，那么它們所產(chǎn)生的吸力間也有一個(gè)

4、相位差，這樣，兩部分吸力就不會同時(shí)達(dá)到零值，當(dāng)然合成后的吸力就不會有零值的時(shí)刻，如果使合成后的吸力在任一時(shí)刻都大于彈簧拉力，就消除了振動。,圖1.3短路環(huán),滅弧,常用的滅弧方法有：拉長電弧、冷卻電弧和將電弧分段。 對于電弧較弱的接觸器，只采用滅弧罩即可。電弧較強(qiáng)的接觸器，常采用滅弧柵熄弧。圖1.4是滅弧柵的機(jī)構(gòu)圖。圖中1是滅弧室，2和5分別為動、靜觸點(diǎn)，3 為金屬柵片，4為電弧。滅弧柵是數(shù)片鋼片制成的柵狀裝置，當(dāng)觸點(diǎn)斷開發(fā)生電弧時(shí)，電弧進(jìn)入柵片內(nèi)，被分割為數(shù)段，迅速熄滅。,圖1.4滅弧柵,返回本節(jié),1.1.2工廠常用電器,手動控制電器 任何設(shè)備都需要操縱者給予一定的指令，才能完成規(guī)定的控制。手

5、動控制電器是自動控制設(shè)備中不可缺少的器件，常用的有刀開關(guān)、按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、行程開關(guān)等。 圖1.5是LW6型萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)的圖形符號和觸點(diǎn)合斷表。圖形符號中有6 個(gè)回路，3個(gè)擋位連線下有黑點(diǎn)“”的，表示這條電路是接通的。在觸點(diǎn)合斷表中用“”表示被接通的電路，空格表示轉(zhuǎn)換開關(guān)在該位置時(shí)此路是斷開的。,圖1.5萬能轉(zhuǎn)換開關(guān),2. 自動控制電器,（1）接觸器 （2）中間繼電器 （3）時(shí)間繼電器 （4）熱繼電器 （5）速度繼電器,圖1.6為空氣阻尼式通電延時(shí)型時(shí)間繼電器的結(jié)構(gòu)示意圖和圖文符號。它是利用空氣阻尼的原理來獲得延時(shí)的。主要由電磁系統(tǒng)、氣室及觸點(diǎn)系統(tǒng)組成。 工作原理：在圖1.6（a）中當(dāng)線圈11通

6、電時(shí)，電磁力克服彈簧14的反作用拉力而迅速將銜鐵向上吸合，銜鐵13帶動杠桿15立即使1、2常閉觸點(diǎn)分?jǐn)啵?、4常開觸點(diǎn)閉合。,（a） 結(jié)構(gòu)示意,（b） 圖文符號,圖1.6空氣阻尼通電延時(shí)型時(shí)間繼電器,熱繼電器的測量元件通常采用雙金屬片，由兩種具有不同線膨脹系數(shù)的金屬碾壓而成。主動層采用膨脹系數(shù)較高的鐵鎳鉻合金，被動層采用膨脹系數(shù)很小的鐵鎳合金。當(dāng)雙金屬片受熱后將向被動層方向彎曲，當(dāng)彎曲到一定程度時(shí)，通過動作機(jī)構(gòu)使觸點(diǎn)動作。如圖1.7所示，（a）圖是熱繼電器的結(jié)構(gòu)中感受部分的示意圖，（b）圖為圖文符號。 在圖1-7（a）中發(fā)熱元件2通電發(fā)熱后，主雙金屬片1受熱向左彎曲，推動導(dǎo)板3向左推動執(zhí)行機(jī)構(gòu)

7、發(fā)生一定的運(yùn)動。電流越大，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動幅度也越大。當(dāng)電流大到一定程度時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生躍變，即觸點(diǎn)發(fā)生動作從而切斷主電路。,（a） 感受部分結(jié)構(gòu)示意,（b） 圖文符號,圖1.7熱繼電器,速度繼電器用來感受轉(zhuǎn)速。它的感受部分主要包括轉(zhuǎn)子和定子兩大部分，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是觸頭系統(tǒng)。當(dāng)被控電機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)，帶動繼電器轉(zhuǎn)子以同樣速度旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使定子克服外界反作用力轉(zhuǎn)動一定角度，轉(zhuǎn)速越高角度越大。當(dāng)轉(zhuǎn)速高于設(shè)定值時(shí)，速度繼電器的觸點(diǎn)發(fā)生動作，當(dāng)速度小于這一設(shè)定值時(shí)，觸點(diǎn)又復(fù)原。速度繼電器常用于電機(jī)的降壓起動和反接制動，其圖文符號如圖1.8所示。,圖1.8速度繼電器圖文符號,3. 保護(hù)電器,保護(hù)電器包括熱繼電

8、器、熔斷器、電磁脫扣器等。 熱繼電器是利用電流的熱效應(yīng)來切斷電路的保護(hù)電器，它在控制電路中，用作電動機(jī)的過載保護(hù)，既能保證電動機(jī)不超過容許的過載，有可以最大限度地保證電動機(jī)的過載能力。當(dāng)然，首先要保證電動機(jī)的正常起動。,返回本節(jié),1.1.3電氣圖形,文字符號 2. 端子標(biāo)記 3. 電氣圖形,1. 文字符號,表1.1字母符號含義,2. 端子標(biāo)記,電氣圖中各電器的接線端子用規(guī)定的字母數(shù)字符號標(biāo)記。按國家標(biāo)準(zhǔn)GB402683電器接線端子的識別和用字母數(shù)字符號標(biāo)志接線端子的通則規(guī)定： 三相交流電源的引入線用L1、L2、L3、N、PE標(biāo)記。直流系統(tǒng)電源正、負(fù)極、中間線分別用L+、L與M標(biāo)記。三相動力電器

9、的引出線分別按U、V、W順序標(biāo)記。,3. 電氣圖形,常用的電氣圖有系統(tǒng)圖、框圖、電路圖、位置圖和接線圖等。 通常，系統(tǒng)圖用于描述系統(tǒng)或成套裝置，如圖1.9所示。框圖用于描述分系統(tǒng)或設(shè)備。國家標(biāo)準(zhǔn)GB6988.386電氣制圖 系統(tǒng)圖和框圖中，具體規(guī)定了繪制系統(tǒng)圖和框圖的方法，并闡述了它的用途。,圖1.9系統(tǒng)圖,位置圖用來表示成套裝置、設(shè)備中各個(gè)項(xiàng)目位置的一種圖。例如，圖1.10為某工廠電器位置圖，圖中詳細(xì)地繪制出了電氣設(shè)備中每個(gè)電器元件的相對位置，圖中各電器元件的文字代號必須與相關(guān)電路圖中電器元件的代號相同。,圖1.10位置圖,接線圖是電氣裝備進(jìn)行施工配線、敷線和校線工作時(shí)所應(yīng)依據(jù)的圖樣之一。它

10、必須符合電器裝備的電路圖的要求，并清晰地表示出各個(gè)電器元件和裝備的相對安裝與敷設(shè)位置，以及它們之間的電連接關(guān)系。它是檢修和查找故障時(shí)所需的技術(shù)文件，如圖1.11所示。在國家標(biāo)準(zhǔn)GB6988.586電氣制圖 接線圖和接線表中詳細(xì)規(guī)定了編制接線圖的規(guī)則。,圖1.11接線圖,返回本節(jié),1.2基本控制電路,1.2.1直接起動控制電路 1.2.2降壓起動 1.2.3數(shù)學(xué)輔助分析法 1.2.4電機(jī)的制動 1.2.5電機(jī)的調(diào)速 1.2.6順序控制,返回本章首頁,1.2.1直接起動控制電路,單向旋轉(zhuǎn) 2. 可逆轉(zhuǎn)動 3. 點(diǎn)動控制 4. 自動往返運(yùn)動,1.單向旋轉(zhuǎn),三相籠型電動機(jī)單向旋轉(zhuǎn)可用開關(guān)或接觸器控制，

11、圖1.12為接觸器控制電路。 接觸器控制電路圖中，Q為開關(guān)，F(xiàn)U1、FU2為主電路與控制電路的熔斷器，KM為接觸器，KR為熱繼電器，SB1、SB2分別為起動按鈕與停止按鈕，M為籠型感應(yīng)電動機(jī)。,圖1.12單向旋轉(zhuǎn),其中的保護(hù)環(huán)節(jié)為： 1）短路保護(hù)。 2）過載保護(hù)。 3）欠壓保護(hù)。,2. 可逆轉(zhuǎn)動,在實(shí)際生產(chǎn)中常需要運(yùn)動部件實(shí)現(xiàn)正反兩個(gè)方向的運(yùn)動，這就要求拖動電動機(jī)能做正反兩方向的運(yùn)轉(zhuǎn)。從電機(jī)原理可知，改變電動機(jī)三相電源相序即可改變電動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向。電動機(jī)的常用可逆旋轉(zhuǎn)控制電路如圖1.13所示。,圖1.13可逆旋轉(zhuǎn),3. 點(diǎn)動控制,生產(chǎn)過程中，不僅要求生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動部件連續(xù)運(yùn)動，還需要點(diǎn)動控制。圖1

12、.14為電動機(jī)點(diǎn)動控制電路。圖中的控制電路既可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動控制，又可實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。SB3為連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的停止按鈕，SB1為連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)起動按鈕，SB2為點(diǎn)動起動按鈕。,圖1.14點(diǎn)動控制電路,4. 自動往返運(yùn)動,在實(shí)際生產(chǎn)中，常常要求生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動部件能實(shí)現(xiàn)自動往返。因?yàn)橛行谐滔拗疲猿Ｓ眯谐涕_關(guān)做控制元件來控制電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)。圖1.15為電動機(jī)往返運(yùn)行的可逆旋轉(zhuǎn)控制電路。圖中KM1、KM2分別為電動機(jī)正、反轉(zhuǎn)接觸器，SQ1為反向轉(zhuǎn)正向行程開關(guān)，SQ2為正向轉(zhuǎn)反向行程開關(guān)，SQ3、SQ4分別為正向、反向極限保護(hù)用限位開關(guān)。,返回本節(jié),圖1.15往返運(yùn)行,1.2.2降壓起動,1. 自耦變壓器起動法 圖1.

13、16是采用自動控制自耦變壓器降壓起動的控制電路。是由交流接觸器、熱繼電器、時(shí)間繼電器、按鈕和自耦變壓器等元件組成。圖中KM1為正常運(yùn)轉(zhuǎn)接觸器，KM2為降壓起動接觸器，KA為起動中間繼電器，KT為降壓起動時(shí)間繼電器。,圖1.16自耦變壓器降壓起動,2. Y-D起動法 凡是正常運(yùn)行時(shí)三相定子繞組接成三角形運(yùn)轉(zhuǎn)的三相籠型感應(yīng)電動機(jī)，都可采用Y-D降壓起動。起動時(shí)，定子繞組先接成Y聯(lián)結(jié)，接入三相交流電源，起動電流下降到全壓起動時(shí)的1/3，對于Y系列電動機(jī)直接起動時(shí)起動電流為額定電流IN的5.57倍。當(dāng)轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，將電動機(jī)定子繞組改成D聯(lián)結(jié)，電動機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行。這種方法簡便、經(jīng)濟(jì)，可用在操作較頻

14、繁的場合，但其起動轉(zhuǎn)矩只有全壓起動時(shí)的1/3，Y系列電動機(jī)起動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的1.42.2倍。圖1.17為用于13kW以上電動機(jī)的起動電路，由三個(gè)接觸器和一個(gè)時(shí)間繼電器構(gòu)成。,圖1.17Y-D起動,返回本節(jié),1.2.3數(shù)學(xué)輔助分析法,用繼電接觸控制線路表示邏輯代數(shù)的基本運(yùn)算 邏輯函數(shù)與繼電接觸控制線路圖,1. 用繼電接觸控制線路表示邏輯代數(shù)的基本運(yùn)算,（1）“與”運(yùn)算（邏輯乘） 邏輯代數(shù)中運(yùn)算符號“”或“”讀作“與”?！芭c”運(yùn)算的真值表如表1.2所示。,表1.2與運(yùn)算,實(shí)現(xiàn)邏輯乘的器件叫做“與”門，它的邏輯符號如圖1.18（a）所示，圖1.18（b）顯示出了繼電控制線路中“與”運(yùn)算的實(shí)例，它表

15、示觸點(diǎn)的串聯(lián)。若規(guī)定觸點(diǎn)接通為“1”，斷開為“0”，線圈通電為“1”，斷電為“0”，則可以寫出KMKA1KA2，只有觸點(diǎn)KA1、KA2均接通，接觸器線圈KM能通電。,（a）邏輯符號,（b）控制線路實(shí)例,圖1.18 邏輯“與”,（2）“或”運(yùn)算（邏輯加） 邏輯代數(shù)中運(yùn)算符號“+”讀作“或”?！盎颉边\(yùn)算的真值表如表1.3所示。,表1.3或運(yùn)算,實(shí)現(xiàn)邏輯乘的器件叫做“或”門，它的邏輯符號如圖1.19（a）所示，圖1.19（b）顯示出了繼電控制線路中“或”運(yùn)算的實(shí)例，它表示觸點(diǎn)的并聯(lián)，可寫成KMKA1KA2，當(dāng)觸點(diǎn)KA1或KA2接通，或者KA1和KA2多接通時(shí)，接觸器線圈都可通電。,圖1.19 邏輯“

16、或”,（a）邏輯符號,（b）控制線路實(shí)例,（3）“非”運(yùn)算（邏輯非） 邏輯代數(shù)中“非”運(yùn)算的符號用變量上面的短橫線表示，讀作“非”?！胺恰边\(yùn)算的真值表如表1.4所示。它表示了事物相互矛盾的兩個(gè)對立面之間的關(guān)系。這種規(guī)律的因果規(guī)律稱為“非”邏輯關(guān)系。,表1.4 非運(yùn)算,實(shí)現(xiàn)邏輯“非”的器件叫做“非”門，它的邏輯符號如圖1.20（a）所示，圖1.20（b）示出了繼電控制線路中“非”運(yùn)算的實(shí)例，通常稱KA為原變量，為反變量，它們是一個(gè)變量的兩種形式，如同一個(gè)繼電器的一對常開、常閉觸點(diǎn)，在向各自相補(bǔ)的狀態(tài)切換時(shí)同步動作。圖（b）中，觸點(diǎn)KA的取值與線圈KM的取值相同，而KM1與繼電器的常閉觸點(diǎn)的取值相

17、同，所以，故實(shí)現(xiàn)了非運(yùn)算。,（a）邏輯符號,（b）控制線路實(shí)例,圖1.20 邏輯“非”,2. 邏輯函數(shù)與繼電接觸控制線路圖,（1）邏輯函數(shù) （2）邏輯圖和繼電接觸控制線路圖 由繼電接觸控制線路圖寫出邏輯函數(shù) 由邏輯函數(shù)畫出繼電接觸控制線路,圖1.21（a）為一個(gè)最簡單的起-保-停線路，接觸器線圈是串接在由觸點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)上，然后與電源相接，是一個(gè)串聯(lián)電路。它的邏輯函數(shù)是： 圖1.21（b）為圖（a）的反演電路，實(shí)現(xiàn)的邏輯功能完全相同，接觸器線圈與觸點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)，所以圖（b）是并聯(lián)電路。圖中所接的電阻R是限流電阻，防止電源短路。原理是通過開關(guān)網(wǎng)絡(luò)使線圈的兩端短接（線圈不通電）或不予短接（線圈通電），

18、來控制線圈。所以串聯(lián)電路是直接控制原理，并聯(lián)電路是旁路控制原理。,圖1.21 串聯(lián)和并聯(lián)繼電接觸控制線路,返回本節(jié),（a）,（b）,1.2.4電機(jī)的制動,圖1.22為電動機(jī)單向旋轉(zhuǎn)電機(jī)反接制動控制電路。當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速接近零時(shí)應(yīng)迅速切斷三相電源，否則電動機(jī)將反向起動。為此采用速度繼電器來檢測電動機(jī)的轉(zhuǎn)速變化，并將速度繼電器調(diào)整在n130r/min時(shí)觸點(diǎn)動作，而當(dāng)n100r/min時(shí)，觸點(diǎn)復(fù)原。圖1.22中，KM1為反接制動接觸器，KM2為電動機(jī)單向旋轉(zhuǎn)接觸器， KV為速度繼電器，R為反接制動電阻。,圖1.22 反接制動,返回本節(jié),1.2.5電機(jī)的調(diào)速,圖1.23是D-YY反轉(zhuǎn)向方案變極調(diào)速電動機(jī)接

19、線方法及控制電路。它是通過改變定子繞組的半相繞組電流方向來實(shí)現(xiàn)變極的。將三相繞組的首尾端依次相接，構(gòu)成一個(gè)封閉三角形，從首端引出線接電源，中間抽頭懸空著，構(gòu)成D聯(lián)結(jié)。若將三個(gè)首尾端相接構(gòu)成一個(gè)中性點(diǎn)N，而將各繞組中間抽頭接電源，構(gòu)成YY聯(lián)結(jié)。使每相的兩個(gè)半相繞組并聯(lián)，從而使其中一個(gè)半相繞組電流方向反了，于是電動機(jī)極對數(shù)減小一半，即pD=2pYY。,圖1.23 電機(jī)變極調(diào)速(a),返回本節(jié),（a）電機(jī)接線方法,（b）控制電路,圖1.23 電機(jī)變極調(diào)速(b),1.2.6順序控制,順序控制是指以預(yù)先規(guī)定好的時(shí)間或條件為依據(jù)，按預(yù)先規(guī)定好的動作次序，對控制過程各階段順序地進(jìn)行自動控制。圖1.24是順序控制原理圖，其中G1G4分別表示第一至第四程序的執(zhí)行電路，可根據(jù)每一程序的具體要求設(shè)計(jì)，K1K4分別表示G1G4程序執(zhí)行完成時(shí)發(fā)出的控制信號，SB5、SB6分別為起動和停止按鈕。,圖1.24 順序控制原理圖,返回本節(jié),1.3控制系統(tǒng)實(shí)例,1.3.1主軸和進(jìn)給電動機(jī)的控制 1.3.2 快速移動 1.3.3工作臺或主軸箱與主軸機(jī)動