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(共20张PPT)
项目四
三相异步电动机的电气控制
任务一 电气控制线路图、接线图和布置图的识读
任务分析
由于各种生产机械的工作性质和加工工艺不同,它们对电动机的控制要求也不同。要使电动机按照生产机械的要求正常安全地运转,必须配置一定的电器,组成控制线路,才能达到控制目的。在生产实践中,一台生产机械的控制线路可以比较简单,也可能很复杂,但任何复杂的控制线路总是由一些基本控制线路组合起来的。因此要了解电路图、连接图和布置图,并掌握电气原理图、接线图和布置图的绘制原则。
任务目标
了解电气图形符号与文字符号的含义;
了解电气原理图、接线图和布置图的概念;
掌握电气原理图、接线图和布置图的绘制规则。
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一、电气原理图
电气原理图用来表示电路各电气元器件中导电部件的连接关系和工作原理。电气原理图应根据简单、清晰的原则,采用电气元器件展开形式来绘制。它不按电气元器件的实际位置来画,也不反映电气元器件的大小、安装位置,只用国家标准规定的图形符号来表示电气元器件的导电部件及其接线端钮,再用导线将这些导电部件连接起来以反映其连接关系。电气原理图结构简单,层次分明,关系明确,适用于分析研究电路的工作原理,且为其他电气图的依据,在设计部门和生产现场获得广泛的应用。
现以图4-1所示CW6132型普通车床的电气原理图为例讲解绘制电气原理图的原则和注意事项。
1.绘制电气原理图的原则
(1)电气原理图的绘制标准。图中所有元器件都应采用国家标准统一规定的图形符号和文字符号。
(2)电气原理图的组成。电气原理图由电源电路、主电路和辅助电路三部分组成。
①电源电路一般画成水平线,三相交流电源相序L1、L2、L3自上而下依次画出,中性线N和保护地线PE依次画在相线之下。
②主电路是从电源到电动机的电路,主要由刀开关、熔断器、接触器主触头、热继电器发热元件与电动机组成。主电路用粗线绘制在图面的左侧或上方。
③辅助电路包括控制电路、照明电路、信号电路及保护电路等。它们由继电器、接触器的电磁线圈,继电器、接触器辅助触头,控制按钮,其他控制元件触头、控制变压器、熔断器、照明灯、信号灯及控制开关等组成。辅助电路要跨接在两相电源线之间,一般按照控制电路、指示电路和照明电路的顺序依次用细实线垂直画在主电路图的右侧,且电路中与下边电源线相连的耗能元件(如接触器和继电器的线圈、指示灯、照明灯等)要画在电路图的下方,而电器的触头要画在耗能元件与上边电源线之间。为读图方便,一般应按照自左至右、自上而下的排列来表示操作顺序。
(3)电器触头的画法。原理图中各元器件触头状态均按没有外力作用时或未通电时触头的自然状态画出。对于接触器、电磁式继电器,按电磁线圈未通电时触头状态画出;对于控制按钮、行程开关的触头,按不受外力作用时的状态画出;对于断路器和开关电器触头,按断开状态画出。当电器触头的图形符号垂直放置时,以“左开右闭”原则绘制,即垂线左侧的触头为常开触头,垂线右侧的触头为常闭触头;当符号为水平放置时,以“上闭下开”原则绘制,即在水平线上方的触头为常闭触头,水平线下方的触头为常开触头。
(4)电气元器件的画法。原理图中的各电气元器件均不画实际的外形图,原理图中只画出其带电部件,同一电气元器件上的不同带电部件按电路中的连接关系画出,但必须按国家标准规定的图形符号画出,并且用同一文字符号标明。对于几个同类电器,在表示名称的文字符号之后加上数字序号,以示区别。
(5)原理图的布局。电气原理图中,同一电器的各元器件不按实际位置画在一起,而是按功能布置,即同一功能的电气元器件集中在一起,尽可能按动作顺序从上到下或从左到右绘制。
(6)线路连接点、交叉点的绘制。画电气原理图时,应尽可能减少线条和避免线条交叉。对有电联系的交叉导线连接点,用小黑圆点表示;无电联系的交叉导线则不画小黑圆点。
(7)电路编号法。电路图采用电路编号法,即对电路中各个接点用字母或数字编号。主电路在电源开关的出线端按相序依次编号为 U11、V11、W11。然后按从上至下、从左到右的顺序,每经过一个电气元件,编号递增,如 U12、V12、W12,U13、V13、W13。一台三相交流电动机或设备的三根出线依次编号为 U、V、W。对于多台电动机引出线的编号,可在字母前用不同的数字区别,如1U、1V、1W。辅助电路编号按“等电位”原则从上至下、从左至右用数字依次编号,每经过一个电气元件后,编号要依次递增。控制电路编号的起始数字必须是1,其他辅助电路编号的起始数字依次递增100,如照明电路编号从101开始,指示电路编号从201开始等。
2.电气原理图图面区域的划分
为了便于确定原理图的内容和组成部分在图中的位置,有利于读者检索电气线路,常在各种幅面的图纸上分区。每个分区内竖边用大写的拉丁字母编号,横边用阿拉伯数字编号。编号的顺序应从与标题栏相对应的图幅的左上角开始,分区代号用该区的拉丁字母或阿拉伯数字表示。有时为了分析方便,也把数字区放在图的下面。为了方便读图,利于理解电路的工作原理,还常在图面区域对应的原理图上方标明该区域的元件或电路的功能,以方便阅读分析电路。
3.继电器、接触器触头位置的索引
电气原理图中,在继电器、接触器线圈的下方注有该继电器、接触器相应触头所在图位置的索引代号,索引代号用图面区域号表示。其中左栏为常开触头所在图区号,右栏为常闭触头所在图区号。
4.电气原理图中技术数据的标注
各电气元器件的相关数据和型号,常在电气原理图中电气元件文字符号下方标出。如图4-1中热继电器文字符号FR下方标有6.8~11A,该数据为热继电器的动作电流值范围,而8.4A为该继电器的整定电流值。
电气元件布置图是用来表明电气原理图中各元器件在控制板上的实际安装位置,采用简化的外形符号而绘制的一种简图。它不表达电器的具体结构、作用、接线情况及工作原理,主要用于电气元件的布置和安装。图中各电器的文字符号必须与电路图和接线图的标注相一致。电气元件布置图是控制设备生产及维护的技术文件,电气元件的布置应注意以下几方面。
(1)体积大和较重的电气元件应安装在电器安装板的下方,而发热元件应安装在电器安装板的上方。
(2)强电、弱电应分开,弱电应屏蔽,防止外界干扰。
(3)需要经常维护、检修、调整的电气元件的安装位置不宜过高或过低。
(4)电气元件的布置应考虑整齐、美观、对称。外形尺寸与结构类似的电器安装在一起,以利于安装和配线。
(5)电气元件布置不宜过密,应留有一定间距。如用走线槽,应加大各排电器间距,以利于布线和维修。
二、电气元件布置图
电气元件布置图根据电气元件的外形尺寸绘出,并标明各元器件间距尺寸。控制盘内电气元件与盘外电气元件的连接应经接线端子进行,在布置图中应画出接线端子板并按一定顺序标出接线号。图4-2所示为CW6132型车床控制盘电气元件布置图。
安装接线图是根据电气设备和电气元件的实际位置和安装情况绘制的,用来表示电气设备、电气元件的位置、配线方式和接线方式,主要用于安装接线、线路的检查维修、故障处理。通常接线图与电气原理图和元件布置图一起使用。接线图表示出项目的相对位置、项目代号、端子号、导线号、导线型号、导线截面等内容。接线图中的各个项目采用简化外形表示,简化外形旁应标注项目代号,并应与电气原理图中的标注一致。安装接线图的绘制原则如下。
(1)各电气元器件均按实际安装位置绘出,元器件所占图面按实际尺寸以统一比例绘制。
(2)一个元器件中所有的带电部件均画在一起,并用点画线框起来,即采用集中表示法。
(3)各电气元器件的图形符号和文字符号必须与电气原理图一致,并符合国家标准。
(4)各电气元器件上凡是需接线的部件端子都应绘出,并予以编号;各接线端子的编号必须与电气原理图上的导线编号相一致。
(5)绘制安装接线图时,走向相同的相邻导线可以绘成一股线。
三、安装接线图
图4-3所示为根据上述原则绘制的与图4-1对应的电器箱外连部分电气安装接线图。
(1)识读电路图,明确线路所用电气元件及其作用,熟悉线路的工作原理。
(2)根据电路图或元件明细表配齐电气元件,并进行检验。
(3)根据电气元件选配安装工具和控制板。
(4)根据电路图绘制布置图和接线图,然后按要求在控制板上固装电气元件。
四、电动机基本控制线路的安装步骤
(5)根据电动机容量选配主电路导线的截面积。控制电路导线一般采用截面积为1mm2 的铜芯线,按钮线一般采用截面积为0.75mm2 的铜芯线,接地线一般采用截面积不小于1.5mm2 的铜芯线。
(6)根据接线图布线,同时将剥去绝缘层的两端线头套上标有与电路图相一致编号的编码套管。
(7)安装电动机。
(8)连接电动机和所有电气元件金属外壳的保护接地线。
(9)连接电源、电动机等控制板外部的导线。
(10)自检。
(11)交验。
(12)通电试车。(共133张PPT)
项目四
三相异步电动机的
电气控制
任务二 常用低压电器
任务分析
电器对电能的生产、输送、分配和使用起控制、调节、检测、转换及保护作用,是所有电工器械的简称。我国现行标准将工作在交流50Hz、额定电压1200V及以下和直流额定电压1500V及以下电路中的电器称为低压电器。低压电器种类繁多,它作为基本元器件已广泛用于发电厂、变电所、工矿企业、交通运输和国防工业等电力输配电系统和电力拖动控制系统中。随着科学技术的不断发展,低压电器将沿着体积小、质量轻、安全可靠、使用方便及性价比高的方向发展。
任务目标
了解常用低压电器的功能、分类和工作原理;
学会选择使用低压电器;
会进行低压电器的检测、接线和简单操作。
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一、低压断路器
低压断路器又称自动空气开关,可用来分配电能、不频繁起动电动机、对供电线路及电动机等进行保护,用于正常情况下的接通和分断操作以及严重过载、短路及欠压等故障时的自动切断电路。低压断路器在分断故障电流后,一般不需要更换零件,且具有较强的接通和分断能力,因而获得了广泛应用。低压断路器按用途分有配电、限流、灭磁、漏电保护等几种;按动作时间分有一般型和快速型;按极数分有单极、双极、三极和四极断路器;按结构分有框架式和塑料外壳式。DZ系列低压断路器实物如图4-4所示。
1.低压断路器的结构
低压断路器主要由触头系统、灭弧装置、保护装置、操作机构等组成。
(1)触头系统及灭弧装置。低压断路器的触头系统一般由主触头、弧触头和辅助触头组成。主触头是断路器的执行元件,用来接通和分断主电路,为提高其分断能力,主触头上装有灭弧装置。灭弧装置采用栅片灭弧方法。灭弧栅一般由长短不同的钢片交叉组成,放置在由绝缘材料组成的灭弧室内,构成低压断路器的灭弧装置。
(2)脱扣器。保护装置由各类脱扣器构成,以实现短路、失压、过载等保护功能。脱扣器是断路器的感受元件,当电路出现故障时,脱扣器感测到故障信号后,经自由脱扣器使断路器主触头分断,从而起到保护作用。按接受故障不同,有如下几种脱扣器:
①分励脱扣器。分励脱扣器是用于远距离使断路器断开电路的脱扣器,其实质是一个电磁铁,由控制电源供电,可以按照操作人员指令或继电保护信号使电磁铁线圈通电,衔铁动作,切断电路。一旦断路器断开电路,分励脱扣器电磁线圈也就断电,所以分励脱扣器是短时工作的。
②欠电压、失电压脱扣器。这是一个具有电压线圈的电磁机构,其线圈并接在主电路中。当主电路电压消失或降至一定值以下时,电磁吸力不足以继续吸持衔铁,在反力作用下,衔铁释放,衔铁顶板推动自由脱扣机构,将断路器主触头断开,实现欠电压与失电压保护。
③过电流脱扣器。过电流脱扣器实质是一个具有电流线圈的电磁机构,电磁线圈串接在主电路中,流过负载电流。当正常电流通过时,产生的电磁吸力不足以克服反力,衔铁不被吸合;当电路出现瞬时过电流或短路电流时,电磁吸力大于反力,使衔铁吸合并带动自由脱扣机构使断路器主触头断开,实现过电流与短路电流保护。
④热脱扣器。热脱扣器由热元件、双金属片组成,将双金属片热元件串接在主电路中,其工作原理与双金属片式热继电器相同。当过载到一定值时,由于温度升高,双金属片受热弯曲并带动自由脱扣机构,使断路器主触头断开,实现长期过载保护。
(3)自由脱扣机构和操作机构。
自由脱扣机构是用来联系操作机构和主触头的机构,当操作机构处于闭合位置时,也可操作分励脱扣机构进行脱扣,将主触头断开。操作机构是实现断路器闭合、断开的机构。通常电力拖动控制系统中的断路器采用手动操作机构,低压配电系统中的断路器有电磁铁操作机构和电动机操作机构两种。
图4-5所示为DZ5-20型低压断路器的外形和结构。低压断路器有较完善的保护装置,但结构复杂,价格较高,维修麻烦。
2.低压断路器的工作原理
低压断路器的工作原理如图4-6所示。
图中,低压断路器的3组主触头串联在被保护的三相主电路中,搭钩钩住弹簧,使主触头保持闭合状态。当线路正常工作时,电磁脱扣器中线圈所产生的吸力不能将它的衔铁吸合。当线路发生短路时,电磁脱扣器的吸力增加,将衔铁吸合,并撞击杠杆把搭钩顶上去,在弹簧的作用下切断主触点,实现短路保护。当线路上电压下降或失去电压时,欠电压脱扣器的吸力减小或失去吸力,衔铁被弹簧拉开,撞击杠杆把搭钩顶开,切断主触头,实现失压保护。当线路过载时,热脱扣器的双金属片受热弯曲,也把搭钩顶开,切断主触头,实现过载保护。
3.常用低压断路器
常用的低压断路器有塑壳式断路器和框架式断路器。塑壳式断路器是低压配电线路及电动机控制和保护中的一种常用开关电器,其常用型号有DZ5和DZ10系列。DZ5-20表示额定电流为20A 的 DZ5系列塑壳式低压断路器。框架式断路器的常见型号有 DW4、DW7、DW10等系列。目前在工厂、企业最常用的是DW10系列,它的额定电压为交流380V、直流440V,额定电流有200A、400A、600A、1000A、1500A、2500A及4000A共7个等级。操作方式有直接手柄式杠杆操作、电磁铁操作和电动机操作等,其中2500A 和4000A 需要的操作力太大,所以只能使用电动机操作。DZ系列断路器的动作时间低于0.02s,DW 系列断路器的动作时间大于0.02s。
低压断路器的型号组成及其含义如图4-7所示。
4.低压断路器的主要技术数据
(1)额定电压。断路器在电路中长期工作时的允许电压值。
(2)断路器额定电流。脱扣器允许长期通过的电流,即脱扣器额定电流。
(3)断路器壳架等级额定电流。每一件框架或塑壳中能安装的最大脱扣器额定电流。
(4)断路器的通断能力。在规定操作条件下,断路器能接通和分断短路电流的能力。
DZ20系列低压断路器的主要技术参数如表4-1所示。
5.低压断路器的选用
对于不频繁起动的笼型电动机,只要在电网允许范围内,都可以首先考虑采用断路器直接起动,这样可以大大节约电能,且没有噪声。低压断路器的选型要求如下。
(1)断路器额定电压不小于安装地点电网的额定电压。
(2)断路器额定电流不小于线路或设备的额定电流。
(3)断路器通断能力不小于线路中可能出现的最大短路电流。
(4)欠电压脱扣器额定电压等于线路额定电压。
(5)分励脱扣器额定电压等于控制电源电压。
(6)长延时电流整定值等于电动机额定电流。
(7)对保护笼型异步电动机的断路器,瞬时整定电流为8~15倍电动机额定电流;对于保护绕线转子异步电动机的断路器,瞬时整定电流为3~6倍电动机额定电流。
(8)6倍长延时电流整定值的可返回时间等于或大于电动机实际起动时间。
用低压断路器实现短路保护比熔断器性能更加优越,因为当三相电路发生短路时,很可能只有一相的熔断器熔断,造成单相运行。对于低压断路器,只要造成短路都会使开关跳闸,将三相电源全部切断。且低压断路器有其他自动保护作用。但其结构复杂,操作频率低,价格较高,适用于要求较高的场合。
6.低压断路器常见故障的处理方法
低压断路器常见故障的处理方法如表4-2所示。
二、接触器
接触器属于控制类电器,是一种适用于远距离频繁接通和分断交直流主电路和控制电路的自动控制电器。其主要控制对象是电动机,也可用于其他电力负载,如电热器、电焊机等。接触器具有欠压保护、零压保护、控制容量大、工作可靠、寿命长等优点,它是自动控制系统中应用最多的一种电器,其实物图如图4-8所示。
接触器按操作方式分,有电磁接触器、气动接触器和电磁气动接触器;按灭弧介质分,有空气电磁式接触器、油浸式接触器和真空接触器等;按主触头控制的电流性质分,有交流接触器、直流接触器;按电磁机构的励磁方式分,有直流励磁操作与交流励磁操作。其中应用最广泛的是空气电磁式交流接触器和空气电磁式直流接触器,简称为交流接触器和直流接触器。
(一)交流接触器
1.交流接触器的结构
交流接触器由电磁系统、触头系统、灭弧系统、释放弹簧及底座等部分构成,如图4-9所示。
1)电磁系统
电磁系统由铁心、线圈和衔铁组成。铁心用相互绝缘的硅钢片叠压而成,以减少交变磁场在铁心中产生的涡流和磁滞损耗,避免铁心过热。铁心上装有短路铜环,以减少衔铁吸合后的振动和噪声。线圈一般采用电压线圈。交流接触器起动时,铁心气隙较大,线圈阻抗很小,起动电流较大。衔铁吸合后,气隙几乎不存在,磁阻变小,感抗增大,这时的线圈电流显著减小。
交流接触器线圈电压在其额定电压的85%~105%时,能可靠地工作。电压过高,则磁路趋于饱和,线圈电流将显著增大,线圈有被烧坏的危险;电压过低,则吸不牢衔铁,触头跳动,不但影响电路正常工作,而且线圈电流会达到额定电流的十几倍,使线圈过热而烧坏。因此,电压过高或过低都会造成线圈发热而烧毁。
2)触头系统
触头系统包括用于接通、切断主电路的主触头和用于控制电路的辅助触头,中小容量交流接触器的主、辅助触头一般采用直动式双断口桥式结构,大容量主触头采用转动式单断口指型触头。辅助触头在结构上通常是常开和常闭成对的。交流接触器的触头按接触情况可分为点接触式、线接触式和面接触式三种。当线圈通电后,衔铁在电磁吸力作用下吸向铁心,同时带动动触头动作,实现常闭触头断开,常开触头闭合。当线圈断电或线圈电压降低时,电磁吸力消失或减弱,衔铁在释放弹簧作用下释放,触头复位,实现低压释放保护功能
3)灭弧系统
交流接触器分断大电流电路时,往往会在动、静触点之间产生很强的电弧。电弧的产生,一方面损坏触头,缩短触头的使用寿命;另一方面延长电路的切断时间,甚至引起弧光短路,造成事故。容量较小的交流接触器一般采用双断口电动力灭弧,容量较大的交流接触器一般采用灭弧栅灭弧。
4)辅助部件
交流接触器的辅助部件包括底座、反作用弹簧、缓冲弹簧、触头压力弹簧、传动机构和接线柱等。反作用弹簧的作用是:线圈得电时,电磁力吸引衔铁并将弹簧压缩;线圈失电时,弹力使衔铁、动触头恢复原位。缓冲弹簧装在静铁心与底座之间,衔铁吸合向下运动时会产生较大的冲击力,缓冲弹簧可起缓冲作用,保护外壳不受冲击。触头压力弹簧的作用是增强动、静触头间的压力,增大接触面积,减小接触电阻。交流接触器的图形符号如图4-10所示。
2.交流接触器的工作原理
交流接触器是利用电磁铁吸力及弹簧反作用力配合动作,使触头接通或断开的。当吸引线圈通电时,铁心被磁化,吸引衔铁向下运动,使常闭触头断开,常开触头闭合。当线圈断电时,磁力消失,在反作用弹簧的作用下,衔铁回到原来位置,也就使触头恢复到原来状态,如图4-11所示。
3.交流接触器的常见故障
(1)触头过热。触头过热的主要原因是接触压力不足、触点表面氧化、触点容量不够等,造成触头表面接触电阻过大,使触头发热。
(2)触头磨损。触头磨损的主要原因:一是电气磨损,由电弧的高温使触头上的金属氧化和蒸发所造成;二是机械磨损,由触头闭合时的撞击和触头表面相对滑动摩擦所造成。
(3)线圈失电后触头不能复位。其主要原因是触头被电弧熔焊在一起,铁心剩磁太大,复位弹簧弹力不足,活动部分被卡住等。
(4)铁心噪声大。交流接触器运行中发出轻微的嗡嗡声是正常的,但声音过大就属异常。其主要原因是:短路环脱落;衔铁歪斜或衔铁与铁心接触不良;其他机械方面的原因,如复位弹簧弹力太大、衔铁不能完全吸合等。
(5)线圈过热或烧毁。线圈过热或烧毁是流过线圈的电流过大造成的,其主要原因是线圈匝间短路,衔铁闭合后有间隙,操作频率、外加电压过高或过低等。
(二)直流接触器
直流接触器主要用于额定电压至440V、额定电流至600A的直流电力线路中,作为远距离接通和分断线路,以控制直流电动机的起动、停止和反向,多用在冶金、起重和运输等设备中。直流接触器和交流接触器一样,也是由电磁系统、触头系统和灭弧装置等部分组成的。图4-12所示为直流接触器的结构。
1.电磁系统
直流接触器的电磁系统由线圈、铁心和衔铁组成。由于线圈中通的是直流电,铁心中无磁滞和涡流损耗,铁心不发热,所以铁心可用整块铸铁或铸钢制成,且无须安装短路环。线圈的匝数较多,电阻大,线圈本身发热,因此线圈做成长而薄的圆筒状,且不设线圈骨架,使线圈与铁心直接接触,以便散热。
2.触点系统
直流接触器的触点也分为主触点和辅助触点。主触点一般做成单极或双极,因主触点接通或断开的电流较大,故采用滚动接触的指形触点,以延长触头的使用寿命。辅助触点的通断电流较小,常采用点接触的双断点桥式触点。
3.灭弧装置
直流接触器的主触头在分断较大电流时,会产生强大的电弧。在同样的电气参数下,熄灭直流电弧比熄灭交流电弧要困难,因此,直流接触器的灭弧一般采用瓷吹式灭弧装置。
(三)接触器的主要技术参数
接触器的主要技术参数有极数和电流种类、额定工作电压、额定工作电流、约定发热电流、额定通断能力、线圈额定工作电压、允许操作频率、机械寿命和电气寿命、接触器线圈的起动功率和吸持功率、使用类别等。
1.接触器的极数和电流种类
接触器的极数(主触头的个数)有两极、三极与四极等,电流种类有直流和交流。
2.额定工作电压
接触器的额定工作电压是指主触头之间的正常工作电压值,也就是主触头所在电路的电源电压。直流接触器额定工作电压有110V、220V、440V、660V,交流接触器额定工作电压有127V、220V、380V、500V、660V。
3.额定工作电流
接触器的额定工作电流是指主触头正常工作时通过的电流值。直流接触器的额定工作电流有40A、80A、100A、150A、250A、400A和600A等,交流接触器的额定工作电流有10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A和600A。
4.约定发热电流
约定发热电流是指在规定条件下试验时,在8h工作制下,各部分温升不超过极限时接触器所承载的最大电流。对老产品只讲额定工作电流,对新产品则有约定发热电流和额定工作电流之分。
5.额定通断能力
额定通断能力是指接触器主触头在规定条件下能可靠地接通和分断的电流值。在此电流值下接通电路时主触头不应发生熔焊;在此电流下分断电路时,主触头不应发生长时间燃弧。电路中超出此电流值的分断任务,则由熔断器、断路器等承担。
6.线圈额定工作电压
线圈额定工作电压是指接触器电磁吸引线圈正常工作电压值。常用接触器线圈额定工作电压等级为:对于交流线圈,有127V、220V、380V;对于直流线圈,有110V、220V、440V。
7.允许操作频率
允许操作频率指接触器在每小时内可实现的最高操作次数。交、直流接触器允许操作频率有600次/时、1200次/时等。
8.机械寿命和电气寿命
机械寿命是指接触器在需要修理或更换机构零件前所能承受的无载操作次数。电气寿命是指在规定的正常工作条件下,接触器不需修理或更换的有载操作次数。
9.接触器线圈的起动功率和吸持功率
直流接触器起动功率和吸持功率相等。交流接触器起动视在功率一般为吸持视在功率的5~8倍。而线圈的工作功率是指吸持有功功率。
10.使用类别
接触器用于不同负载时,其对主触头的接通和分断能力要求不同,按不同使用条件来选用相应使用类别的接触器便能满足其要求。
部分CJ20系列交流接触器的主要技术参数见表4-3。
接触器的型号组成及其含义如图4-13所示。
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01
Part One
1.选用接触器时应注意的事项
(1)接触器主触头的额定电压大于等于负载额定电压。
(2)接触器主触头的额定电流大于等于1.3倍负载额定电流。
(3)接触器线圈额定电压。当线路简单、使用电器较少时,可选用220V或380V;当线路复杂、使用电器较多或在不太安全的场所时,可选用36V、110V或127V。
(4)接触器的触头数量、种类应满足控制线路要求。
(5)操作频率。当通断电流较大且通断频率超过规定数值时,应选用额定电流大一级的接触器型号,否则会使触头严重发热,甚至熔焊在一起,造成电动机等负载缺相运行。
2.接触器常见故障及其处理方法
接触器常见故障及其处理方法如表4-4所示。
继电器是根据外界输入的信号来控制电路中电流的通与断的自动切换电器。它主要用来反映各种控制信号,以改变电路的工作状态,实现既定的控制程序,达到预定的控制目的,同时提供一定的保护。它一般不直接控制电流较大的主电路,而通过接触器实现对主电路的控制。继电器具有结构简单、体积小、反应灵敏、工作可靠等特点,因而应用广泛。继电器主要由感测机构、中间机构、执行机构三部分组成。感测机构把感测到的参量传递给中间机构,并和整定值相比较,当满足预定要求时,执行机构便动作,从而接通或断开电路。
继电器的种类很多,按用途分为控制继电器和保护继电器,按反映信号分为电压继电器、电流继电器、时间继电器、热继电器、温度继电器、速度继电器和压力继电器等,按动作原理分为电磁式、感应式、电动式和电子式等,按输出方式分为有触头式和无触头式。
三、电磁继电器
图4-14所示为常用电磁继电器的外形。
中间继电器本质上是电压继电器,它是用来远距离传输或转换控制信号的中间元件。其输入线圈的通电或断电信号,输出多对触头的通断动作。因此,它不但可用于增加控制信号的数目,实现多路同时控制,而且因为触头的额定电流大于线圈的额定电流,所以还可用来放大信号。
中间继电器按线圈电压种类不同,有直流中间继电器和交流中间继电器两种。有的电磁式直流继电器,更换不同电磁线圈便可成为直流电压、直流电流及直流中间继电器;若在铁心柱上套有阻尼套筒,又可成为电磁式时间继电器。因此,这类继电器具有通用性,又称为通用继电器。
(一)中间继电器
图4-15所示为中间继电器的结构和符号,其结构和工作原理与接触器类似。该继电器由静铁心、动铁心、线圈、触头系统和复位弹簧等组成。其触头对数较多,没有主、辅助触头之分,各对触头允许通过的额定电流相等,额定电流多为5A,有的为10A。吸引线圈的额定电压有12V、24V、36V、110V、127V、220V、380V等多种,可供选择。
电磁式中间继电器常用的有JZ7、JDZ2、JZ14等系列,引进产品有 MA406N系列、3TH系列。JZ14系列中间继电器的型号、规格、技术参数见表4-5。
JZ14系列中间继电器的型号含义如图4-16所示。
热继电器是利用电流流过发热元件产生热量来使检测元件受热弯曲,进而推动机构动作的一种保护电器。由于发热元件具有热惯性,热继电器在电路中不能用于瞬时过载保护,更不能做短路保护,主要用作电动机的长期过载保护。在电力手动控制系统中应用最广的是双金属片式热继电器。
(二)热继电器
1.热继电器的结构及特点
1)结构
热继电器的种类很多,按极数分为单极、两极和三极,其中三极又分为带断相保护装置的和不带断相保护装置的;按复位方式可分为自动复位式和手动复位式。热继电器实物如图4-17所示。
热继电器由热元件、触头系统、动作机构、复位按钮和整定电流装置等组成,其外形、结构及符号如图4-18所示。
2)特点
(1)具有过载和断相保护功能。
(2)具有一定的温度补偿功能。
(3)动作电流可以方便地调节。
(4)具有手动复位与自动复位功能。
2.热继电器的工作原理
双金属片是热继电器的感测元件,它是将两种线膨胀系数不同的金属片以机械碾轧的方式形成一体,线膨胀系数大的为主动片,小的称为被动片。如图4-18(b)所示,使用时,将热继电器的三相热元件分别串接在电动机的三相主电路中,当电动机负载正常时,三个热元件的电流为额定值,主双金属片发
热正常,内外导板同时推动左移,但未超过临界位置,触头不动作,常闭静触头仍闭合。当电动机过载时,流过热元件的电流增大,使主双金属片受热向左弯曲较大,推动外导板并带动内导板向左继续移动。通过补偿双金属片和推杆,使动触头与常闭静触头分开,以切断控制电路,达到保护电动机的目的。
当发生一相断路时,该双金属片逐渐冷却而向右移,并带动内导板右移,外导板仍在未断相的双金属片的推动下向左移。由于外、内导板一左一右移动,产生了差动作用,因此使热继电器迅速脱扣动作,切断控制电路,保护电动机。调节凸轮用来改变补偿双金属片与导板间的距离,达到调节整定动作电流的目的。此外,调节复位螺钉来改变常开触头的位置,使继电器工作在手动复位或自动复位两种工作状态。调试手动复位时,在故障排除后需按下复位按钮才能使常闭触头闭合。
补偿双金属片可在规定范围内补偿环境温度对热继电器的影响,当环境温度变化时,主双金属片与补偿双金属片同时向同一方向弯曲,使导板与补偿双金属片之间的推动距离保持不变。这样,继电器的动作特性将不受环境温度变化的影响。
3.典型热继电器产品及主要技术参数
常用的热继电器有JR20、JRS1、JR36、JR21、3UA5、3UA6、LR1-D、T系列。JR20系列热继电器具有断相保护、温度补偿、整定电流值可调、手动脱扣、自动复位、动作后的信号指示等功能。它与交流接触器的安装方式有分立结构,还有组合式结构,可通过导电杆与挂钩直接插接,并电气联结在CJ20接触器上。引进的系列热继电器常与B系列接触器组合成电磁起动器。
表4-6列出了JR20系列热继电器的技术参数。
JR20系列热继电器的型号含义如图4-19所示。
4.热继电器的选用
热继电器主要用于电动机的过载保护,选用热继电器时应根据使用条件、工作环境、电动机形式及其运行条件及要求、电动机起动情况及负荷情况综合考虑。
(1)热继电器有三种安装方式,即独立安装式、导轨安装式和插接安装式。应按实际安装情况选择其安装形式。
(2)原则上热继电器的额定电流应按电动机的额定电流选择。但对于过载能力较差的电动机,其配用的热继电器的额定电流应适当小些,通常选取热继电器的额定电流为电动机额定电流的60%~80%。
(3)在不频繁起动的场合,要保证热继电器在电动机起动过程中不产生误动作。当电动机起动电流为其额定电流6倍及以下,起动时间不超过5s时,若很少连续起来,可按电动机额定电流选用热继电器。当电动机起动时间较长,就不宜采用热继电器,而采用过电流继电器做保护。
5.热继电器常见故障的处理方法
热继电器常见故障的处理方法如表4-7所示。
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02
Part One
在继电器的吸引线圈通电或断电以后,触头经过一定延时才能使执行部分动作的继电器,称为时间继电器。其广泛应用在需要按时间顺序进行控制的电气电路中。时间继电器按动作原理可分为空气阻尼式、电磁式、电动式和电子式等,按延时方式可分为通电延时型和断电延时型。通电延时型时间继电器当接收输入信号后延迟一定时间,输出信号才发生变化;当输入信号消失后,输出瞬时复原。断电延时型时间继电器当接收输入信号,瞬时产生相应的输出信号,当输入信号消失后,延迟一定时间,输出信号才复原。
1.空气阻尼式时间继电器
空气阻尼式时间继电器是利用空气阻尼的原理制成的,它由电磁系统、延时机构和触头系统三部分组成。根据触头延时的特点,空气阻尼式时间继电器有通电延时型和断电延时型两种。衔铁位于铁心和延时机构之间的为通电延时型,铁心位于衔铁和延时机构之间的为断电延时型。图4-20所示为JS7系列时间继电器的外形和结构。
图4-21(a)所示为通电延时型时间继电器的延时原理。继电器断电时,衔铁处于释放状态,衔铁顶动活塞杆并压缩波纹状气室,压缩阀门弹簧打开阀门,排出气室内的空气;通电后,衔铁被吸引,推板使微动开关立即动作,同时活塞杆在塔形弹簧的作用下,带动与活塞相连的橡皮膜向上运动,运动的速度受进气孔进气速度的限制。由于橡皮膜下方气室的空气稀薄,与橡皮膜上方的空气形成压力差,因此活塞杆不能迅速上升。活塞杆只能带动杠杆慢慢地移动,经过一段时间后,杠杆不能压动微动开关,使其动作。
从线圈通电起,到延时触点完成动断为止的时间,称为延时时间。转动调节螺钉可调节进气孔的大小,以改变延时时间。
将通电延时型时间继电器的电磁机构翻转180°安装,即成为断电延时型时间继电器,它的工作原理与通电延时型相似,其延时原理如图4-21(b)所示。
空气阻尼式时间继电器具有结构简单、延时范围较大、价格较低的优点,但其延时精度较低,没有调节指示机构,适用于延时精度要求不高的场合。时间继电器的符号如图4-22所示。
JS7系列空气阻尼式时间继电器的主要技术参数见表4-8。
(4)一般情况下,可选用两相结构的热继电器;对于电网电压均衡性较差、无人看管的电动机或与大容量电动机共用一组熔断器时,应选用三相结构的热继电器。对于三角形接法的电动机,应选用带断相保护装置的热继电器。
(5)双金属片式热继电器一般用于轻载、不频繁起动电动机的过载保护。对于重载、频繁起动的电动机,则可用过电流继电器做过载和短路保护。
(6)当电动机工作于重复短时工作制时,要注意确定热继电器的允许操作频率。因为热继电器的允许操作频率是很有限的,操作频率较高时,热继电器的动作特性会变差,甚至不能正常工作。对于频繁正反转和频繁通断的电动机,不宜采用热继电器做保护,可选用埋入电动机绕组的温度继电器或热敏电阻来保护。
JS7系列时间继电器的型号含义如图4-23所示。
2.电磁式时间继电器
电磁式时间继电器一般只用于直流电路,且只能直流断电延时动作。它利用阻尼的方法延缓磁通变化的速度,以达到延时的目的,其结构如图4-24所示。它是在直流电磁式继电器的铁心上附加一个短路线圈而制成的。线圈从电源上断开后,主磁通就逐渐减小,由于磁通变化,在短路线圈中感应出电流。由楞次定律可知,感应电流所产生的磁通是阻止主磁通变化的,因而磁通的衰减速度放慢,延长了衔铁的释放时间。
电磁式时间继电器的断电延时时间可达0.2~10s,其延长时间的调整方法有:一是利用非磁性垫片改变衔铁与铁心间的气隙来粗调;二是调节反作用弹簧的松紧,弹簧越紧,则延时越短,反之越长,调节弹簧可使延长时间得到平滑调节,故用于细调。电磁式时间继电器的延时整定精度不是很高,但继电器本身的适应能力较强。
3.电子式时间继电器
电子式时间继电器按其结构可分为阻容式时间继电器和数字式时间继电器,按延时方式分为通电延时型和断电延时型。阻容式时间继电器利用RC电路充放电原理构成延时电路。图4-25所示为单结晶体管RC充放电式时间继电器的原理。电源接通后,经二极管整流、滤波及稳压管稳压后的直流电压经二极管 VD1 整流、电容C1 滤波及稳压管稳压后的直流电压RP1和R2 向C3 充电,电容C3 两端电压按指数规律上升。此电压大于单结晶体管 V的峰点电压时,V导通,输出脉冲使晶闸管 VT导通,继电器线圈得电,触点动作,接通或分断外电路。阻容式时间继电器主要适用于中等延时时间的场合。数字式时间继电器采用计算机延时电路,由脉冲频率决定延时时间。它不但延时长,而且精度更高,延时过程可数字显示,延时方法灵活,但线路复杂,价格较高,主要用于长时间延时的场合。
电子式时间继电器具有体积小、精度较高、延时范围较广、调节方便、消耗功率小、寿命长等优点。
4.时间继电器的选用
(1)根据控制电路的控制要求选择通电延时型或断电延时型。
(2)根据对延时精度要求的不同选择时间继电器类型。对延时精度要求不高的场合,一般选用电磁式或空气阻尼式时间继电器;对延时精度要求高的场合,应选用晶体管式或电子式时间继电器。
(3)应注意电源参数变化的影响。对于电源电压波动大的场合,选用空气阻尼式比晶体管式好;而在电源频率波动大的场合,不宜采用电子式时间继电器。
(4)应注意环境温度变化的影响。在环境温度变化较大的场合,不宜采用晶体管式时间继电器。
(5)对操作频率也要加以注意,因为操作频率过高不仅会影响电气寿命,还可能导致延时误动作。
(6)考虑延时触头种类、数量和瞬动触头种类、数量是否满足控制要求。
5.时间继电器常见故障的处理方法
空气阻尼式时间继电器常见故障的处理方法如表4-9所示。
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根据线圈中电流大小而动作的继电器称为电流继电器。使用时,电流继电器的线圈与被测电路串联,用来反映电路电流的变化。为了使接入继电器线圈后不影响电路的正常工作,其线圈匝数少,导线粗,阻抗小。
电流继电器可分为过电流继电器和欠电流继电器。电流高于整定值而动作的继电器称为过电流继电器,其常用于电动机的过载及短路保护;电流低于整定值而动作的继电器称为欠电流继电器,其常用于直流电动机磁场控制及失磁保护。
JT4系列过电流继电器的外形、结构如图4-26(a)和图4-26(b)所示,它由线圈、静铁心、衔铁、触头系统和反作用弹簧等组成。过电流继电器的符号如图4-26(c)所示。
1.过电流继电器
正常工作时,线圈流过负载电流,即使流过额定电流,衔铁仍处于释放状态,而不被吸合;当流过线圈的电流超过额定负载电流一定值时,衔铁才被吸合而动作,从而带动触头动作,其常闭触头断开,分断负载电路,起过电流保护作用。通常,交流过电流继电器的吸合电流I0=(1.1~3.5)IN,直流过电流继电器的吸合电流I0=(0.75~3)IN。由于过电流继电器在出现过电流时衔铁吸合动作,其触头来切断电路,故过电流继电器无释放电流值。
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根据线圈两端电压大小而动作的继电器称为电压继电器。电磁式电压继电器线圈并接在电路电源上,用于反映电路电压的大小。其触头的动作与线圈电压大小直接有关,在电力拖动控制系统中起电压保护和控制作用。电压继电器按吸合电压相对其额定电压大小可分为过电压继电器和欠电压继电器。
1.过电压继电器
过电压继电器在电路中用于过电压保护。当线圈电压为额定电压时,衔铁不吸合;当线圈电压高于其额定电压的1.1倍以上动作时,衔铁吸合动作。当线圈所接电路电压降低到继电器释放电压时,衔铁返回释放状态,相应触头也返回原来状态。所以,过电压继电器释放值小于吸合值,其电压返回系数KV<1,规定KV>0.65时,为高返回系数继电器。由于直流电路一般不会出现过电压,所以没有直流过电压继电器。交流过电压继电器吸合电压调节范围为U0=(1.05~1.2)UN。
2.欠电压继电器
欠电压(或零电压)继电器在电压低于规定值时动作,对电路进行欠电压保护。线圈电压低于其额定电压值时衔铁吸合,线圈电压很低时衔铁释放。一般直流欠电压继电器的吸合电压U0=(0.3~0.5)UN,释放电压Ur=(0.07~0.2)UN;交流欠电压继电器的吸合电压U0=(0.6~0.85)UN,释放电Ur=(0.1~0.35)UN。由此可见,欠电压继电器的返回系数很小。电压继电器的符号如图4-28所示。
(六)速度继电器
速度继电器是按照预定速度的快慢而动作的继电器,因为它主要应用在电动机反接制动控制电路中,所以也称为反接控制继电器。
1.速度继电器的结构
速度继电器是将电动机的转速信号经电磁感应原理来控制触头动作的电器,当转速达到规定值时动作。其主要由定子、转子和触头系统三部分组成。定子是一个笼型空心圆环,由硅钢片叠成,并嵌有笼型导条。转子是一个圆柱形永久磁铁。触头系统有正向运转时动作的和反向运转时动作的触头各一组,每组又各有一对常闭触头和一对常开触头,如图4-29所示。
2.速度继电器的工作原理
使用时,继电器转子的轴与电动机轴相连接,定子空套在转子外围。当电动机起动旋转时,继电器的转子2随着转动,永久磁铁的静止磁场就成为旋转磁场。定子8内的绕组9因切割磁力线而产生感应电动势,形成感应电流,并在磁场作用下产生电磁转矩,使定子随转子旋转方向转动,但因有簧片11挡住,定子只能随转子旋转方向做一偏转。当定子偏转到一定角度时,在簧片11的作用下使常闭触头断开而常开触头闭合。推动触头的同时也压缩相应的反作用弹簧,其反作用力阻止定子偏转。当电动机转速下降时,继电器转子转速随之下降,定子导条中的感应电动势、感应电流、电磁转矩均减小。
当继电器转子转速下降到一定值时,电磁转矩小于反作用弹簧的反作用力矩,定子返回原位,继电器触头恢复到原来状态。调节螺钉的松紧,
可调节反作用弹簧的反作用力大小,也就调节了触头动作所需的转子转速。一般速度继电器触头的动作速度为140r/min左右,触头的复位转速为100r/min。当电动机正向运转时,定子偏转使正向常开触头闭合,常闭触头断开,同时接通、断开与它们相连的电路;当正向旋转速度接近零时,定子复位,使常开触头断开,常闭触头闭合,同图4-30 速度继电器的型号含义时与其相连的电路也改变状态。当电动机反向运转时,定子向反方向偏转,使反向动作触头动作,情况与正向时相同。
常用的速度继电器有JY1和JFZ0系列。JY1系列可在700~3600r/min范围内可靠地工作。JFZ0-1型适用于300~1000r/min;JFZ0-2型适用于1000~3600r/min。这两种系列均具有两对常开、常闭触头,触头额定电压为380V,额定电流为2A。速度继电器的型号含义如图4-30所示。
3.速度继电器的技术参数
JY1、JFZ0系列速度继电器的技术参数见表4-10。
4.速度继电器的选用
速度继电器主要根据电动机的额定转速来选择。使用时,速度继电器的转轴应与电动机同轴连接;安装接线时,正反向的触点不能接错,否则不能起到反接制动时接通和断开反向电源的作用。
5.速度继电器常见故障的处理方法
速度继电器常见故障的处理方法如表4-11所示。
四、熔断器
熔断器是一种结构简单、使用维护方便、体积小、价格便宜的保护电器,当电流超过规定值一定时间后,以它本身产生的热量使熔体熔化而分断电路。熔断器广泛用于照明电路中的过载和短路保护及电动机电路中的短路保护,其实物图如图4-31所示。
1.熔断器的结构及工作原理
熔断器按结构可分为开启式、半封闭式和封闭式,封闭式熔断器又分为有填料、无填料管式和有填料螺旋式等;按用途分为工业用熔断器、保护半导体器件熔断器、具有两段保护特性的快慢动作熔断器、自复式熔断器等。其图形、文字符号如图4-32所示。
熔断器主要由熔体、熔断管、填料及导电部件等组成。熔体是熔断器的主要部分,常做成丝状、片状、带状或笼状。其材料有两类:一类为低熔点材料,如铅锡合金、锑铝合金、锌等;另一类为高熔点材料,如银、铜、铝等。熔断器接入电路时,熔体串接在电路中,负载电流流经熔体。当电路发生短路或通过过电流时,通过熔体的电流使其发热,当达到熔体金属熔化温度时会自行熔断,其间伴随着燃弧和熄弧过程,随之切断故障电路,起到保护作用。当电路正常工作时,熔体在额定电流下不应熔断,所以其最小熔化电流必须大于额定电流。填料目前广泛应用的是石英砂,它既是灭弧介质又能起到帮助熔体散热的作用。
2.熔断器的特点及用途
常用熔断器的特点及用途如表4-12所示。
3.熔断器的主要技术参数及典型产品
1)熔断器的主要技术参数
(1)额定电压:从灭弧角度出发,保证熔断器能长期正常工作的电压。如果熔断器的实际工作电压超过额定电压,则一旦熔体熔断,可能发生电弧不能及时熄灭的现象。
(2)熔体额定电流:在规定的工作条件下,电流长时间通过熔体而熔体不熔断的最大电流。
(3)熔断器额定电流:保证熔断器能长期正常工作的电流,由熔断器各部分长期工作时所允许的温升决定。熔断器额定电流应不小于所选熔体的额定电流,且在额定电流范围内不同规格的熔体可装入同一熔壳内。
(4)极限分断能力:熔断器在额定电压下所能分断的最大短路电流值。它取决于熔断器的灭弧能力,与熔体的额定电流大小无关。一般有填料的熔断器分断能力较高,可大至数十安到数百千安。较重要的负载或距离变压器较近时,应选用分断能力较大的熔断器。
熔断器的型号及含义如图4-33所示。
2)熔断器的典型产品
熔断器的种类很多,按结构可分为半封闭瓷插式、螺旋式、无填料密封管式和有填料密封管式,按用途分为一般工业用熔断器、半导体保护用快速熔断器和特殊熔断器。典型产品有RL6、RL7、RL96、RLS2系列螺旋式熔断器,RL1B系列带断相保护螺旋式熔断器,RT18、
RT18-Y系列熔断器及RT14系列有填料密封管式熔断器。此外,还有引进国外技术生产的NT系列有填料封闭式刀型触头熔断器与 NGT系列半导体器件保护用熔断器等。
熔断器的主要技术参数见表4-13。
4.常用熔断器
1)瓷插式熔断器
常用的瓷插式熔断器(RC1A系列)由瓷盖、瓷底座、静触头、动触头和熔体组成,如图4-34所示。静触头在瓷底座两端,中间有一空腔,它与瓷盖的凸起部分共同形成灭弧室。额定电流在60A以上的,灭弧室中还有帮助灭弧的编织石棉带。动触头在瓷盖两端,熔体沿凸起部分跨接在两个动触头上。瓷插式熔断器一般用于交流50Hz、额定电压380V及以下、额定电流200A以下的电路末端,用于电气设备的短路保护和照明电路的保护。
2)有填料螺旋式熔断器
有填料螺旋式熔断器由瓷帽、熔管、瓷套及瓷底座等组成。熔管是一个瓷管,内装熔体和灭弧介质石英砂,熔体的两端焊在熔管两端的金属盖上,其一端标有不同颜色的熔断器指示器,当熔体熔断时指示器弹出,便于发现并更换同型号的熔管。有填料螺旋式熔断器的外形和结构如图4-35所示。
这种熔断器的特点是其熔管内充满了石英砂填料,以增强熔断器的灭弧能力。因为石英砂具有很大的热惯性与较高的绝缘性能,且为颗粒状,与电弧接触面大,能大量吸收电弧的能量,使电弧很快冷却,所以加快了电弧的熄灭过程该熔断器的优点是体积小,灭弧能力强,有熔断指示,工作安全可靠。因此,其在交流额定电压500V、额定电流200A及以下的配电和机电设备中大量使用。
3)无填料密封管式熔断器
无填料密封管式熔断器由熔管、熔体和插座等组成,熔体被封闭在不充填料的熔管内,其结构如图4-36所示。15A以上熔断器的熔管由钢纸管、黄铜套管和黄铜帽等组成,新产品中熔管用耐电弧的玻璃钢制成。常用的无填料密封管式熔断器有RM7和RM10系列。
这种熔断器有两个特点:一是采用变截面锌片做熔体。当电路过载或短路时,变截面锌
片狭窄部分的温度急剧升高并首先熔断,特别是在短路时,熔体的几个狭窄部分同时熔断,形成较大空隙,灭弧更容易。二是采用钢纸管或三聚氰胺玻璃做熔管。当熔体熔断时,熔管在电弧作用下分解大量气体,使管内压力迅速增大,促使电弧迅速熄灭。这种熔断器的优点是灭弧能力强,熔体更换方便,被广泛用于发电厂、变电所和电动机的保护。
4)自复式熔断器
常用的熔断器中,熔体一旦熔断,需要更换新的熔体才能使电路重新接通。在某种意义 上说,这样既不方便,也不能及时恢复供电。自复式熔断器可以解决该问题,它是应用非线 性电阻元件在高温下电阻特性突变的原理制成的。 自复式熔断器由金属钠制成熔丝,它在常温下具有高电导率,短路电流产生的高温能使 钠汽化,气压增高,高温高压下气态钠的电阻迅速增大,呈高电阻状态,从而限制了短路电 流。短路电流消失后,温度下降,气态钠又变为固态钠,恢复原来良好的导电性能,故自复式 熔断器可重复使用。因其只能限流,不能分断电路,故常与断路器串联使用,以提高分断能 力。目前,自复式熔断器的典型产品有 RZ1系列熔断器,适用于交流380V 的电路中与断 路器配合使用。
5.熔断器的选择
熔断器的选择主要包括选择熔断器的类型、额定电压、额定电流和熔体额定电流等。
1)熔断器的选择原则
(1)根据使用条件确定熔断器的类型。
(2)选择熔断器的规格时,应先选定熔体的规格,再根据熔体去选择熔断器的规格。
(3)熔断器的保护特性应与被保护对象的过载特性有良好的配合。
(4)在配电系统中,各级熔断器应相互匹配,一般上一级熔体的额定电流要比下一级熔体的额定电流大2~3倍。
(5)对于保护电动机的熔断器,应注意电动机起动电流及起动时间的影响。熔断器一般只用于电动机的短路保护,过载保护应采用热继电器。
(6)熔断器的额定电流应不小于熔体的额定电流,额定分断能力应大于电路中可能出现的最大短路电流。
2)一般熔断器的选择
(1)熔断器类型的选择。在选择熔断器时,主要根据负载的情况和短路电流的大小来选择其类型。例如,对于容量较小的照明电路或电动机的保护,宜采用RC1A系列瓷插式熔断器或RM10系列无填料密封管式熔断器;对于短路电流较大的电路或有易燃气体的场合,宜采用具有高分断能力的RL系列螺旋式熔断器或RT系列有填料密封管式熔断器;对于保护硅整流器件及晶闸管的场合,应采用快速熔断器。
此外,也要考虑使用环境,例如,管式熔断器常用于大型设备及容量较大的变电所等场合;瓷插式熔断器常用于无振动的场合;螺旋式熔断器多用于机床配电;电子设备一般采用熔丝座。
(2)熔断器额定电压的选择。熔断器的额定电压应大于或等于所接电路的额定电压。
(3)熔体额定电流的选择。熔体额定电流大小与负载大小、负载性质有关。对于负载平稳无冲击电流的照明电路、电热电路等,可按负载电流大小来确定熔体的额定电流;对于有冲击电流的电动机负载电路,为起到短路保护作用,又保证电动机的正常起动,其熔断器熔体额定电流的选择又分为以下三种情况:
(4)熔断器额定电流的选择。当熔体额定电流确定后,根据熔断器额定电流大于或等于熔体额定电流来确定熔断器额定电流。每一种电流等级的熔断器可以选配多种不同电流的熔体。
6.熔断器使用和维护的注意事项
(1)熔断器的插座和插片的接触应保护良好。
(2)熔体烧断后,应首先查明原因,排除故障。更换熔体时,新熔体的规格与旧熔体的规格应一致。
(3)更换熔体或熔管时,必须将电源断开,以防触电。
(4)安装螺旋式熔断器时,电源线应接在瓷底座的下接线座上,负载线应接在螺纹壳的上接线座上。这样可保证更换熔管时螺纹壳体不带电,保证操作者的人身安全。
7.熔断器常见故障的处理方法
熔断器常见故障的处理方法如表4-14所示。
主令电器是一种在电气自动控制系统中用于发送或转换控制指令的电器。它一般用于控制接触器、继电器或其他电器线路,使电路接通或分断,从而实现对电力传输系统或生产过程的自动控制。主令电器应用广泛,种类繁多,常用的有按钮、行程开关、接近开关、万能转换开关和主令控制器等,此处仅介绍按钮和行程开关。
五、主令电器
控制按钮简称按钮,是一种短时接通和断开小电流电路的手动电器,常用于控制电路中,发出起动或停止等指令,以控制接触器、继电器等电器的线圈电流的接通或断开,再由它们去接通或断开主电路。
(一)按钮
1.按钮的结构和工作原理
按钮由按钮帽、复位弹簧、桥式动触头、静触头和外壳等组成,其外形、结构和符号如图4-37所示。每个按钮中的触头形式和数量可根据需要装配成一常开一常闭到六常开六常闭等形式。
(1)常开按钮。按钮未按下时,触头是断开的;当按钮按下时,触头接通;按钮松开后,在复位弹簧作用下触头又返回原位断开。它常用作起动按钮。
(2)常闭按钮。按钮未按下时,触头是闭合的;当按钮按下时,触头断开;按钮松开后,在复位弹簧作用下触头又返回原位闭合。它常用作停止按钮。
(3)复合按钮。将常开按钮和常闭按钮组合为一体。当按钮按下时,其常闭触头先断开,然后常开触头闭合;按钮松开后,在复位弹簧作用下触头又返回原位。它常用在控制电路中做电气联锁。
按钮按保护形式分为开启式、保护式、防水式和防腐式等,按结构形式分为嵌压式、紧急式、钥匙式、带信号灯式、带灯揿纽式、带灯紧急式等。按钮颜色有红、黑、绿、黄、白、蓝等。
2.按钮的主要技术参数
按钮的主要技术参数有额定电压、额定电流、结构形式、触头数量及按钮颜色等。常用按钮的额定电压为交流电压380V,额定工作电流为5A。常用的控制按钮有 LA18、LA19、LA20及 LA25等系列。LA20系列控制按钮的主要技术参数见表4-15。
LA20系列按钮的型号含义如图4-38所示。为便于识别各个按钮的作用,避免误操作,通常在按钮帽上做出不同标记或涂上不同颜色,如蘑菇形表示急停按钮,红色表示停止按钮,绿色表示起动按钮。
3.按钮选用原则
(1)根据使用场合,选择按钮的种类,如开启式、防水式、防腐式等。
(2)根据用途,选择按钮的结构形式,如钥匙式、紧急式、带灯式等。
(3)根据控制回路的需求,确定按钮数,如单钮、双钮、三钮、多钮等。
(4)根据工作状态指示和工作情况的要求,选择按钮及指示灯的颜色。
4.按钮常见故障的处理方法
按钮常见故障的处理方法如表4-16所示。
行程开关又称位置开关或限位开关,可将机械信号转换为电信号,以实现对机械的控制。它是根据运动部件的位置而切换的电器,能实现运动部件极限位置的保护。它的作用原理与按钮类似,利用生产机械运动部件的碰压使其触头动作,从而将机械信号转变为电信号。
(二)行程开关
1.行程开关的结构和用途
各系列行程开关的结构基本相同,主要由触头系统、操作机构和外壳组成。行程开关按其结构可分为直动式、滚轮式和微动式三种。行程开关动作后,复位方式有自动复位和非自动复位两种。按钮式和单轮旋转式行程开关为自动复位式,双轮旋转式行程开关没有复位弹簧,在挡铁离开后不能自动复位,必须由挡铁从反方向碰撞后才能复位。行程开关的外形如图4-39所示。
2.行程开关的工作原理
当运动机械的挡铁压到滚轮上时,杠杆连同转轴一起转动,并推动撞块;当撞块被压到一定位置时,推动微动开关动作,使常开触头分断,常闭触头闭合;在运动机械的挡铁离开后,复位弹簧使行程开关各部件恢复常态。行程开关的结构、动作原理和符号如图4-40所示。
行程开关的触头动作方式有蠕动型和瞬动型两种。蠕动型触头的分合速度取决于挡铁的移动速度,当挡铁的移动速度低于分合速度时,触头切换太慢,易受电弧烧灼,从而缩短触头的使用寿命,也影响动作的可靠性。为克服以上缺点,可采用具有快速换接动作机构瞬动型触头。
3.行程开关的主要技术参数
JLXK1系列行程开关的主要技术参数见表4-17。
JLXK系列行程开关的型号含义如图4-41所示。
4.行程开关的选用原则
(1)根据应用场合及控制对象选择种类。
(2)根据安装使用环境选择防护形式。
(3)根据控制回路的电压和电流选择行程开关的系列。
(4)根据运动机械与行程开关的传力和位移关系选择行程开关的头部形式。(共17张PPT)
项目四
三相异步电动机的
电气控制
任务三
电动机点动、连动控制电路
任务分析
了解点动、连动控制电路在实际生产中的应用,以及使电动机点动、连动的原理;熟悉电动机点动、连动控制电路的构成和工作原理;会安装和检修点动、连动控制电路。
任务目标
能够正确识别、选择、安装、使用常用低压电器,熟悉它们的功能、基本结构、工作原理及型号含义,熟记它们的图形符号和文字符号;
熟悉电动机点动、连动控制电路的构成和工作原理;
会安装与检修电动机点动、连动控制电路。
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一、点动与连动控制电路概述
自锁与互锁的控制系统统称为电气的联锁控制系统,在电气控制电路中 应用十分广泛,是最基本的控制方式。生产机械的运转状态有短时间断运转 与连续运转,所以对其拖动电动机的控制也有点动与连续运转两种控制方式,对 应的有点动控制与连动控制电路,如图4-42所示。 图4-42(a)所示是基本的点动控制电路。按下点动按钮SB,KM 线圈通 电,电动机起动运转;松开按钮SB,KM 线圈断电释放,电动机停转。所以该 电路为单纯的点动控制电路。图4-42(b)所示是用开关SA 断开或接通自锁 电路,可实现点动也可实现连动。闭合开关SA 时,可实现连动控制;SA 断开时,可实现点 动控制。图4-42(c)所示是用复合按钮SB3实现点动控制,按钮SB2实现连动控制的电路。
二、点动与连动控制电路的工作原理
1.点动正转控制电路
点动正转控制电路是用按钮、接触器来控制电动机运转的,最简单的正转控制电路如图4-42(a)所示。
电路的工作原理如下:
先闭合电源开关 Q。
起动:按下SB→KM 线圈得电→KM 主触点闭合→电动机 M 起动运转。
停止:松开SB→KM 线圈失电→KM 主触点分断→电动机 M 失电停转。
停止使用时,断开电源开关 Q。
2.开关选择运行状态电路
电路如图4-42(b)所示,松开转换开关SA,该电路为点动正转控制电路,工作原理和图4-42(a)所示电路相同。闭合转换开关SA,电路为自锁正转控制电路。此电路是用按钮、接触器来控制电动机运转的正转控制电路。三相异步电动机的自锁控制电路的主电路和点动控制的主电路大致相同,但在控制电路中又串接了一个停止按钮SB1,在起动按钮SB2两端并接了接触器 KM 的一对辅助触点。接触器自锁正转控制电路不但能使电动机连续运转,而且有一个重要的特点,就是具有欠压和失压(或零压)保护作用。它主要由按钮开关SB(起/停电动机使用)、交流接触器 KM(用作接通和切断电动机的电源及失压保护和欠压保护等)、热继电器(用作电动机的过载保护)等组成。
1)欠压保护
欠压是指电路电压低于电动机应加的额定电压。欠压保护是指当电路电压下降到某一数值时,电动机能自动脱离电源电压停转,避免电动机在欠压下运行的一种保护。因为当电路电压下降时,电动机的转矩随之减小,电动机的转速也随之降低,从而使电动机的工作电流增大,影响电动机的正常运行。电压下降严重时还会引起堵转现象,以致损坏电动机。采用接触器自锁正转控制电路就可避免电动机的欠压运行,这是因为当电路电压下降到一定值时,接触器线圈磁通减弱,产生的电磁吸力减小。当电磁吸力减小到小于反作用弹簧的拉力时,动铁心被迫释放,带动主触点、自锁触点同时断开,自动切断主电路和控制电路,电动机失电停转,达到欠压保护的目的。
2)失压保护
失压保护是指电动机在正常运行中,由于外界某种原因引起突然断电时,能自动切断电动机电源;当重新供电时,保证电动机不能自行起动,避免造成设备和人身伤亡事故。采用接触器自锁控制电路,由于接触器自锁触点和主触点在电源断电时已经断开,使控制电路和主电路都不能接通。所以在电源恢复供电时,电动机就不能自行起动运转,保证了人身和设备的安全。
自锁正转控制电路的工作原理如下:
先闭合电源开关 Q,闭合转换开关SA。
起动:按下SB2→KM 线圈得电→KM 主触点闭合→电动机 M 起动连续运转→KM 自锁触点闭合自锁。
停止:按下SB1→KM 线圈失电→KM 主触点分断→电动机 M 失电停转→KM 自锁触点分断。
3.连动与点动混合正转控制电路
机床设备在正常运行时,一般电动机都处于连续运行状态;但在试车或调整刀具与工件的相对位置时,又需要电动机能点动控制。实现这种控制要求的电路是连动与点动混合正转控制电路,如图4-42(c)所示。
电路的工作原理如下:
先闭合电源开关 Q。
1)连续控制
起动:按下SB2→KM 线圈得电→KM 主触点闭合→电动机 M 起动连续运转→KM 自锁触点闭合自锁。
停止:按下SB1→KM 线圈失电→KM 主触点分断→电动机 M 失电停转→KM 自锁触点分断。
2)点动控制
起动:按下SB3→SB3常闭触点先分断,切断自锁电路→SB3常开触点后闭合→KM 线圈得电→KM 主触点闭合→电动机 M 起动运转→KM 自锁触点闭合。
停止:松开SB3→SB3常开触点先恢复分断→SB3常闭触点后恢复闭合→KM 线圈失电→KM 自锁触点分断→KM 主触点分断→电动机 M 失电停转。
生产任务单
生产任务单
生产任务单
生产任务单(共17张PPT)
项目四
三相异步电动机的
电气控制
任务四 电动机正反转控制电路
任务分析
了解正反转控制电路在实际生产中的应用,以及使电动机正反转的原理;熟悉电动机正反转控制电路的组成和工作原理;会安装和检修电动机正反转控制电路。
任务目标
能够正确识别、选择、安装、使用常用低压电器,熟悉它们的功能、基本结构、工作原理及型号含义,熟记它们的图形符号和文字符号;
熟悉电动机正反转控制电路的组成和工作原理;
会安装与检修电动机正反转控制电路。
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一、正反转控制电路概述
单向转动的控制电路比较简单,但是只能使电动机朝一个方向旋转,带动生产机械的运动部件朝一个方向运动。很多生产机械往往要求运动部件能向正、反两个方向运动,如机床工作台的前进和后退,万能铣床主轴的正反转,起重机的上升和下降等。当改变通入电动机定子绕组的三相电源相序,即把接入电动机三相电源进线中的任意两相对调接线时,电动机就可以反转。下面介绍几种常用的正反转控制电路。
二、正反转控制电路的工作原理
1.转换开关控制电动机正反转控制电路
转换开关控制电动机正反转控制电路如图4-45所示。图中SC是转换开关,它有四对触头,三个工作位置。当SC置于上、下不同位置时,通过其触头来改变电动机定子接入三相交流电源的相序,进而改变电动机的旋转方向。这里,接触器 KM 作为线路接触器使用。转换开关SC为电动机旋转方向预选开关,由按钮来控制接触器,再由接触器主触头来接通或断开电动机三相电源,实现电动机的起动和停止。
2.无互锁的正反转控制电路
主电路如图4-46(a)所示。图4-46(b)所示电路是将两个单向旋转控制电路组合而成的。主电路由正、反转接触器 KM1、KM2的主触头来实现电动机三相电源任意两相的换相,从而实现电动机正反转。当需要正转起动时,按下正转起动按钮SB2,KM1线圈通电吸合并自锁,电动机正向起动运转;当需要反转起动时,按下反转起动按钮SB3,KM2线圈通电吸合并自锁,电动机反向起动运转。但若在按下正转起动按钮SB2,电动机已进入正转运行后,发生又按下反转起动按钮SB3的误操作,由于正反转接触器 KM1、KM2线圈均通电吸合,其主触头均闭合,于是发生电源两相短路,致使熔断器FU1熔体熔断,电动机无法工作。因此,该电路在任何时候只允许一个接触器通电工作。
3.电气互锁的正反转控制电路
接触器联锁的正反转控制电路如图4-46(c)所示。线路中采用了两个接触器,即正转用接触器KM1和反转用接触器KM2,它们分别用正转按钮SB2和反转按钮SB1控制。从主电路中可以看出,这两个接触器的主触点所接通的电源相序不同,KM1按L1—L2—L3相序接线,KM2按L3—L2—L1相序接线。
由主电路看出,接触器KM1和KM2的主触点不允许同时闭合,否则将造成两相电源短路事故。为了避免两个接触器同时得电动作,在正反转控制电路中分别串接了对方接触器的一对常闭辅助触头,形成相互制约的控制,这种相互制约的控制关系称为互锁,这种互锁称为电气互锁。这样,当一个接触器得电动作时,通过其常闭触点使另一个接触器不能得电动作,接触器间这种相互制约的作用称为接触器联锁。
电路工作原理如下:
先闭合电源开关 Q。
正转控制:按下SB2→KM1线圈得电→KM1自锁触点闭合自锁→KM1主触点闭合→电动机 M 正转起动连续运转。
反转控制:按下SB3→KM2线圈得电→KM2自锁触点闭合自锁→KM2主触点闭合→电动机 M 反转起动连续运转。
停止:按下SB1,整个控制电路失电,主触点分断,电动机 M 失电停转。从以上分析可见,该线路的优点是工作可靠,缺点是操作不便,正、反转变换时需要按下停止按钮。
为了解决电气互锁的正反转控制电路操作不便的缺点,可以采用按钮互锁的正反转控制电路,这种正反转控制电路的工作原理与电气互锁的正反转控制电路的工作原理基本相同。
4.按钮、接触器双重互锁的正反转控制电路
为了克服接触器互锁的正反转控制电路的不足,在接触器互锁的基础上增加一对按钮互锁,这对互锁是将正、反转起动按钮的常闭辅助触头串接在对方接触器线圈电路中,这种互锁称为按钮互锁,又称机械互锁。图4-46(c)所示是具有双重互锁的控制电路。
电路工作原理如下:
先闭合电源开关 Q
正转控制:按下SB2→SB2常闭触点先分断,对 KM2联锁
→SB2常开触点后闭合→KM1线圈得电→KM1自锁触点闭合自锁
→KM1主触点闭合→电动机 M 正转起动连续运转
→KM1联锁触点分断,对 KM2联锁。
反转控制:按下SB3→SB3常闭触点先分断→KM1线圈失电→KM1自锁触点分断
→SB3常开触点后闭合→KM1主触点分断→电动机 M 正转失电
→KM1联锁触点恢复闭合→KM2线圈得电→KM2自锁触点闭合自锁
→KM2主触点闭合→电动机 M 起动连续反转
→KM2联锁触点分断对 KM1联锁。
停止:按下SB1→整个控制电路失电→主触点分断→电动机 M 失电停转。
该电路可以实现不按停止按钮,由正转直接变反转,或由反转直接变正转。这是因为按钮互锁触头可实现先断开正在运行的电路,再接通反向运转电路,这种电路称为正—反—停电路。
生产任务单
生产任务单
生产任务单
生产任务单(共30张PPT)
项目四
三相异步电动机的
电气控制
目 录
CONTENTS
任务一 电气控制线路图、接线图和布置图的
识读
任务二 常用低压电器
任务三 电动机点动、连动控制电路
任务四 电动机正反转控制电路
目 录
CONTENTS
任务五 电动机的位置、自动往返、顺序和
多地控制电路
任务六 三相异步电动机的降压起动控制电路
任务七 三相异步电动机的制动控制电路
任务八 绕线转子异步电动机的基本控制电路
任务五 电动机的位置、自动往返、顺序和多地控制电路
任务分析
在生产过程中,一些生产机械运动部件的行程或位置要受到限制,或者需要其运动部件在一定范围内自动往返循环,如摇臂钻床、万能铣床、镗床等。此外,在装有多台电动机的生产机械上,各电动机所起的作用不同,有时需要按一定的顺序起动或停止,才能保证操作过程的合理和工作的安全可靠。例如,万能铣床要求主轴起动后进给电动机才能起动,平面磨床的冷却泵要求砂轮电动机起动后才能起动。还有一些机械由于体积比较大,为了操作方便,可以采用多地控制的方法。这就要求正确识别、选用、安装、使用行程开关,熟悉电动机位置控制、自动往返控制、顺序控制和多地控制电路的组成和工作原理,会安装与检修电动机位置控制、自动往返控制、顺序控制和多地控制电路。
任务目标
会正确识别、选用、安装、使用行程开关、时间继电器,熟悉它们的功能、基本结构、工作原理及型号含义,熟记它们的图形符号和文字符号;
熟悉电动机位置控制、自动往返控制、顺序控制和多地控制电路的组成和工作原理;
会安装与检修电动机位置控制、自动往返控制、顺序控制和多地控制电路。
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一、顺序控制电路
3.直流电动机的调速
可采用恒功率弱磁向上调速,或调节励磁电阻,直至转速达到所需要的值,但转速不得超过技术条件所允许的最高转速。恒转矩负载可以采用降压或电枢回路串电阻向下调速。
4.直流电动机停机
(1)如为变速电动机,先将转速降到最低值。
(2)去掉电动机负载后切断电源开关。
(3)切断励磁回路,励磁绕组不允许在停车后长期通额定电流。
二、直流电动机的维护
直流电动机在使用过程中定期进行检查时应注意下列事项:
1.顺序控制电路的组成
在生产实际中,有些设备往往要求其上的多台电动机的起动与停止必须按一定的先后顺序进行,这种控制方式称为电动机的顺序控制。顺序控制可在主电路中实现,也可在控制电路中实现。
主电路中实现两台电动机顺序起动的电路如图4-48所示。图中,电动机 M1、M2分别由接触器KM1和KM2控制,但电动机 M2的主电路接在接触器主触头的下方,这样就保证了起动时必须先起动电动机 M1。只有当接触器 KM1主触头闭合,电动机 M1起动后才可起动电动机 M2,实现了 M1先起动 M2后起动的控制。
2.顺序控制电路的工作原理
顺序控制也可在控制电路中实现,图4-49所示为两台电动机顺序起动控制电路。图4-49(b)所示是顺序起动,两台电机同时停止控制电路。
电路工作原理如下:
先闭合电源开关 Q。
如果先按下SB4按钮,因KM1常开辅助触头断开,电动机 M2不可能先起动,达到按顺序起动电动机 M1、M2的目的。
生产机械除要求按顺序起动外,有时还要按一定顺序停止,如带式输送机,前面的第一台输送机先起动,再起动后面的第二台输送机;停车时应先停第二台,再停第一台,这样才不会造成物料在传送带上的堆积和滞留。图4-49(c)所示是顺序起动逆序停止控制电路,此电路是在图4-49(b)所示电路的基础上,将接触器 KM2的常开辅助触头并接在停止按钮SB1的两端,这样即使先按下 SB1,由于 KM2线圈仍通电,电动机 M1不会停转。只有按下SB3,电动机 M2先停后,再按下SB1才能使 M1停转,达到先停 M2、后停 M1的要求。
在许多顺序控制中,要求有一定的时间间隔,此时往往用时间继电器来实现。图4-50所示为时间继电器控制的顺序起动电路,接通主电路与控制电路电源,按下起动按钮SB2,KM1、KT同时通电并自锁,电动机 M1起动运转。当通电延时型时间继电器 KT延时时间到时,其延时闭合的常开触头闭合,接通 KM2线圈电路并自锁,电动机 M2起动运转,同时KM2常闭辅助触头断开将时间继电器 KT线圈电路切断,KT不再工作,即 KT仅在起动时起作用。
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生产任务单
生产任务单
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在一些大型生产机械和设备上,要求操作人员能在两地或多地对同一台电动机进行操作和控制,以达到操作方便的目的。多地控制是用多组起动按钮、停止按钮来进行的,这些按钮连接的原则是:起动按钮常开触头要并联,即逻辑“或”的关系;停止按钮常闭触头要串联,即逻辑“与”的关系。图4-52所示为三地联锁控制电路图。
二、多地控制
三、自动往复循环控制
1.自动往复循环控制电路概述
在生产中,某些机床的工作台需要自动往复运行,通常是利用行程开关来控制自动往复运动的行程,并由此来控制电动机的正反转或电磁阀的通断电,从而实现生产机械的自动往复运行。图4-53(a)所示为机床工作台自动往复运动示意图,在床身两端固定有行程开关ST1、ST2,用来表明加工的起点和终点。在工作台上安有撞块 A和B,随工作台一起移动,分别压下ST2、ST1来改变控制电路的状态,实现电动机的正反向运转,拖动工作台实现自动往复运动。图4-53(b)所示为自动往复循环控制电路。图中ST1为反向转正向行程开关,ST2为正向转反向行程开关,SQ1为正向限位开关,SQ2为反向限位开关。
2.自动往复循环控制电路的工作原理
电路工作原理如下:
先闭合电源开关 Q。
以后重复上述过程,工作台就在限定的行程内自动往返运动。
停止时:按下停止按钮SB1→控制电路失电→KM1(或 KM2)主触点分断→电动机 M失电停转→工作台停止运动。
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项目四
三相异步电动机的
电气控制
目 录
CONTENTS
任务一 电气控制线路图、接线图和布置图的
识读
任务二 常用低压电器
任务三 电动机点动、连动控制电路
任务四 电动机正反转控制电路
目 录
CONTENTS
任务五 电动机的位置、自动往返、顺序和
多地控制电路
任务六 三相异步电动机的降压起动控制电路
任务七 三相异步电动机的制动控制电路
任务八 绕线转子异步电动机的基本控制电路
任务六 三相异步电动机的降压起动控制电路
任务分析
前面介绍的各种控制电路起动时,加在电动机定子绕组上的电压为电动机的额定电压,属于全压起动,也称直接起动。直接起动的优点是电气设备少,线路简单,维修量较小。但是异步电动机直接起动时,起动电流一般为额定电流的4~7倍,电源变压器容量不够,电动机功率较大的情况下会使变压器输出电压下降,影响电动机的起动转矩,也会影响同一供电线路中其他电气设备的正常工作。因此,需要掌握异步电动机降压起动的各种方法和线路的安装。
任务目标
会正确识别、选择、安装、使用时间和中间继电器,熟悉它们的功能、基本结构、工作原理及型号含义,熟记它们的图形符号和文字符号;
会正确安装定子电路串电阻降压起动控制电路;
会正确安装与检修星形-三角形降压起动控制电路。
知识链接
交流电动机从接入电源开始,转速由零上升到某一稳定转速为止的过程称为起动过程,简称起动。10kW 及其以下容量的三相异步电动机通常采用全压起动,即起动时电动机的定子绕组直接接在额定电压的交流电源上。但当电动机容量超过10kW 时,因起动电流较大,线路压降大,负载端电压降低,影响电动机附近电气设备的正常运行,所以一般采用降压起动。降压起动是指起动时降低加在电动机定子绕组上的电压,待电动机运转起来后再将电压恢复到额定值,使之运行在额定电压下。降压起动可以减少起动时对线路的影响。但电动机的电磁转矩与定子端电压的平方成正比,使得电动机的起动转矩相应减小。降压起动方式有星形-三角形降压起动、自耦变压器降压起动、软起动、延边三角形降压起动、定子电路串电阻降压起动等。常用的是星形-三角形降压起动与自耦变压器降压起动,软起动是一种现代电动机控制技术,正在一些场合推广使用,后两种已很少采用。
定子电路串电阻降压起动是指在电动机起动时,把电阻串接在电动机定子绕组与电源之间,通过电阻的分压作用来降低定子绕组上的起动电压。待电动机起动后,再将电阻短接,使电动机在额定电压下正常运行。常见的控制电路有手动控制、时间继电器自动控制和手动自动混合控制等,下面以自动控制为例进行介绍。
一、定子电路串电阻降压起动
定子电路串电阻降压起动电路如图4-55所示。
电路工作原理如下:
先闭合电源开关 QS。
按下SB1→KM1线圈得电→KM1自锁触点闭合自锁
→KM1主触点闭合→电动机 M 串电阻R降压起动
→KM1常开触点闭合→KT线圈得电→
→KT常开触点延时闭合→KM2线圈得电→KM2自锁触点闭合自锁
→KM2主触点闭合,R短接
→KM2联锁触点先分断→KM1线圈失电→KM1的触点全部复位分断
→KT线圈失电→KT常开触点瞬时分断。
停止时:按下停止按钮SB2→控制电路失电→KM1(或 KM2)主触点分断→电动机 M失电停转。
二、星形-三角形降压起动
如果电动机在正常运转时做三角形联结,起动时先把它改接成星形,使加在绕组上的电压降低到额定值的1/√3,起动电流为三角形接法的1/3。待电动机的转速升高后,再通过开关把它改接成三角形,使它在额定电压下运转。利用这种方法起动时,起动转矩只有直接起动的1/3。这种起动方法只适用于轻载或空载下起动,常见的起动线路有以下几种。
1.按钮、接触器控制星形-三角形降压手动起动电路
按钮、接触器控制星形-三角形降压手动起动电路如图4-56所示。
星形-三角形降压起动的优点是起动设备的费用小,在起动过程中没有电能损失。
2.时间继电器自动控制星形-三角形降压起动电路
图4-57所示为 QX4系列自动控制星形-三角形起动电路,适用于125kW 及以下的三相笼型异步电动机星形-三角形降压起动和停止的控制。该电路由接触器 KM1、KM2、KM3,热继电器FR,时间继电器KT,按钮SB1、SB2等元件组成,具有短路保护、过载保护和失压保护等功能。
电路工作原理:先闭合电源开关 Q,按下起动按钮SB2,KM1、KT、KM3线圈同时通电并实现 KM1的自锁,电动机三相定子绕组接成星形接入三相交流电源进行降压起动。当电动机转速接近额定转速时,通电延时型时间继电器动作,KT常闭触头断开,KM3线圈断电释放;同时 KT常开触头闭合,KM2线圈通电吸合并自锁,电动机绕组接成三角形全压运行。当 KM2通电吸合后,KM2常闭触头断开,使 KT线圈断电,避免时间继电器长期工作。KM2、KM3常闭触头为互锁触头,以防同时接成星形和三角形造成电源短路。
三、自耦变压器降压起动
电动机自耦变压器降压起动是将自耦变压器一次侧接在电网上,起动时定子绕组接在自耦变压器二次侧上。这样,起动时电动机获得的电压为自耦变压器的二次电压。待电动机转速接近额定转速时,再将电动机定子绕组接在电网上(额定电压)进入正常运转。这种降压起动方法适用于较大容量电动机的空载或轻载起动。自耦变压器二次绕组一般有三个抽头,用户可根据电网允许的起动电流和机械负载所需的起动转矩来选择。
图4-58所示为 XJ01系列自耦变压器降压起动电路。图中,KM1为降压起动接触器,KM2为全压运行接触器,KA为中间继电器,KT为降压起动时间继电器,HL1为电源指示灯,HL2为降压起动指示灯,HL3为正常运行指示灯。
电路工作原理:闭合主电路与控制电路电源开关,HL1亮,表明电源电压正常。按下起动按钮SB2,KM1、KT线圈同时通电并自锁,将自耦变压器接入,电动机由自耦变压器二次电压供电做降压起动,同时 HL1灭,HL2亮,显示电动机正进行降压起动。当电动机转速接近额定转速时,时间继电器 KT通电延时常开触头闭合,使 KA线圈通电并自锁,其常闭触头断开 KM1线圈电路,KM1线圈断电释放,将自耦变压器从电路切除;KA 的另一对常闭触头断开,HL2灭;KA的常开触头闭合,使 KM2线圈通电吸合,电源电压全部加在电动机定子上,电动机在额定电压下进入正常运转,同时 HL3亮,表明电动机降压起动结束。由于自耦变压器星形联结部分的电流为自耦变压器一、二次电流之差,故用KM2辅助触头来连接。
这种熔断器的特点是其熔管内充满了石英砂填料,以增强熔断器的灭弧能力。因为石英砂具有很大的热惯性与较高的绝缘性能,且为颗粒状,与电弧接触面大,能大量吸收电弧的能量,使电弧很快冷却,所以加快了电弧的熄灭过程该熔断器的优点是体积小,灭弧能力强,有熔断指示,工作安全可靠。因此,其在交流额定电压500V、额定电流200A及以下的配电和机电设备中大量使用。
四、延边三角形降压起动
延边三角形降压起动时,把定子绕组的一部分接成三角形,另一部分接成星形,使整个绕组接成延边三角形,如图4-59所示。
延边三角形降压起动是在星形-三角形降压起动的基础上加以改进而形成的一种起动方式,它把星形和三角形两种接法结合起来,使电动机每相定子绕组承受的电压小于三角形接法时的相电压,而大于星形接法时的相电压,并且每相绕组电压的大小可随电动机绕组的抽头位置的改变而调节,从而克服了星形-三角形降压起动时的起动电压偏低、起动转矩偏小的缺点。
采用延边三角形降压起动的电动机需要有9个出线端,这样不用自耦变压器,通过调节定子绕组的抽头比K,就可以得到不同数值的起动电流和起动转矩,从而满足了不同的使用要求。延边三角形降压起动控制电路如图4-60所示。
生产任务单
生产任务单
生产任务单(共23张PPT)
项目四
三相异步电动机的
电气控制
目 录
CONTENTS
任务一 电气控制线路图、接线图和布置图的
识读
任务二 常用低压电器
任务三 电动机点动、连动控制电路
任务四 电动机正反转控制电路
目 录
CONTENTS
任务五 电动机的位置、自动往返、顺序和
多地控制电路
任务六 三相异步电动机的降压起动控制电路
任务七 三相异步电动机的制动控制电路
任务八 绕线转子异步电动机的基本控制电路
任务七 三相异步电动机的制动控制电路
任务分析
三相异步电动机断开电源以后,由于惯性作用不会马上停止转动,而是需要转动一段时间才能停止。这种现象对某些生产机械不适宜,如起重机的吊钩、万能铣床的立即停转等。为满足生产机械的这种要求,需要对电动机进行制动。
任务目标
熟悉电磁抱闸制动器的结构和工作原理,会正确连接电磁抱闸制动器通、断电制动控制电路;
熟悉他励直流电动机制动的目的和制动的概念;
掌握他励直流电动机制动的操作方法。
知识链接
制动就是给电动机一个与转动方向相反的转矩使它迅速停转。制动的方法一般有两类:机械制动和电气制动。机械制动是用机械装置产生机械力来强迫电动机迅速停车。电气制动是使电动机的电磁转矩方向与电动机旋转方向相反,起制动作用。电气制动可分为反接制动、能耗制动、再生制动及派生的电容制动等。这些制动方法各有特点,适用于不同场合,本任务介绍几种典型的制动控制电路。
反接制动是利用改变电动机电源的相序,使定子绕组产生相反方向的旋转磁场,从而产生制动转矩的一种制动方法。电源反接制动时,转子与定子旋转磁场的相对转速接近电动机同步转速的两倍,所以定子绕组中流过的反接制动电流相当于全压起动时起动电流的两倍,制动转矩大,制动迅速,冲击大,通常适用于10kW 及以下的小容量电动机。为了减小冲击电流,通常在笼型异步电动机定子电路中串入反接制动电阻。定子反接制动电阻接法有三相电阻对称接法和在两相中接入电阻的不对称接法两种。显然,采用三相电阻对称接法既限制了反接制动电流又限制了制动转矩,而采用不对称电阻接法只限制了制动转矩,但对未串制动电阻的那一相,仍具有较大的电流。另外,当电动机转速接近零时,要及时切断反相序电源,防止电动机反向再起动,通常用速度继电器来检测电动机转速并控制电动机反相序电源的断开。
一、电动机单向反接制动控制
图4-61所示为电动机单向反接制动控制电路。图中,KM1为电动机单向运行接触器,KM2为反接制动接触器,KS为速度继电器,R 为反接制动电阻。起动电动机时,闭合电源开关 Q,按下SB2,线圈 KM1通电并自锁,KM1主触头闭合,电动机 M 全压起动。当与电动机有机械连接的速度继电器 KS转速超过其动作值时,其相应触头闭合,为反接制动做准备。停止时,按下停止按钮SB1,其常闭触头断开,使线圈 KM1断电释放,KM1主触头断开,切断电动机原相序三相交流电源,电动机仍以惯性高速旋转。当将停止按钮SB1按到底时,其常开触头闭合,使线圈 KM2通电并自锁,电动机定子串入三相对称电阻R 并接入反相序三相交流电源进行反接制动,电动机转速迅速下降。当转速下降到 KS释放转速时,KS释放,其常开触头复位,断开线圈 KM2电路,KM2断电释放,主触头断开电动机反相序交流电源,反接制动结束,电动机自然停车至转速为零。
图4-62所示为电动机可逆运行反接制动控制电路。图中 KM1、KM2为电动机正、反转接触器,KM3为短接制动电阻接触器,KA1~KA4为中间继电器,KS为速度继电器,其中KS-1为正转闭合触头,KS-2为反转闭合触头。电阻R在起动时做定子串电阻降压起动用,停车时,R又作为反接制动电阻。
闭合电源开关,按下正转起动按钮SB2,正转中间继电器线圈 KA3通电并自锁,其常闭触头断开,互锁了反转中间继电器 KA1线圈电路,KA3常开触头闭合,使接触器 KM1线圈通电,KM1主触头闭合,使电动机定子绕组经电阻R 接通正相序三相交流电源,电动机 M开始正转降压起动。当电动机转速上升到一定值时,速度继电器正转,常开触头 KS-1闭合,中间继电器 KA1通电并自锁。这时由于 KA1、KA3的常开触头闭合,接触器 KM3线圈通电,于是电阻R被短接,定子绕组直接加以额定电压,电动机转速上升到稳定工作转速。所以,电动机转速从零上升到速度继电器 KS常开触头闭合这一区间是定子串电阻降压起动。
二、电动机可逆运行反接制动控制
在电动机正转运行状态须停车时,可按下停止按钮SB1,则 KA3、KM1、KM3线圈相继断电释放,但此时电动机转子仍以惯性高速旋转,使 KS-1仍维持闭合状态,中间继电器KA1仍处于吸合状态,所以在接触器 KM1常闭触头复位后,接触器 KM2线圈便通电吸合,其常开主触头闭合,使电动机定子绕组经电阻R获得反相序三相交流电源,对电动机进行反接制动。电动机转速迅速下降,当电动机转速低于速度继电器的释放值时,速度继电器常开触头 KS-1复位,KA1线圈断电,接触器 KM2线圈断电释放,反接制动过程结束。
电动机反向起动和反接制动停车控制电路工作情况与上述相似,不同的是速度继电器起作用的是反向触头 KS-2,中间继电器 KA2替代了 KA1,其余情况相同,在此不再赘述。
能耗制动是在电动机脱离三相交流电源后,向定子绕组内通入直流电源,建立静止磁场,转子以惯性旋转,转子导体切割定子恒定磁场产生转子感应电动势,从而产生转子感应电流,利用转子感应电流与静止磁场的作用产生制动的电磁转矩,达到制动的目的。在制动过程中,电流、转速和时间三个参量都在变化,可任取一个作为控制信号。以时间作为变化参量,控制电路简单,实际应用较多。图4-63所示为电动机单向运行时间原则能耗制动控制电路。
电动机现已处于单向运行状态,所以 KM1通电并自锁。若要使电动机停转,只要按下停止按钮SB1,KM1线圈断电释放,其主触头断开,电动机断开三相交流电源。同时,KM2、KT线圈同时通电并自锁,KM2主触头将电动机定子绕组接入直流电源进行能耗制动,电动机转速迅速降低。当转速接近零时,通电延时时间继电器 KT延时时间到,KT常闭延时断开触头动作,使 KM2、KT线圈相继断电释放,能耗制动结束。
三、电动机单向运行能耗制动控制
图中 KT的瞬动常开触头与 KM2自锁触头串接,其作用是:当发生 KT线圈断线或机械卡住故障,致使 KT常闭通电延时断开触头断不开,常开瞬动触头也合不上时,只要按下停止按钮SB1,即可成为点动能耗制动。若无 KT的常开瞬动触头串接 KM2常开触头,在发生上述故障时,按下停止按钮SB1后,将使 KM2线圈长期通电吸合,使电动机两相定子绕组长期接入直流电源。
图4-64所示为速度原则控制电动机可逆运行能耗制动控制电路。图中,KM1、KM2为电动机正、反转接触器,KM3为能耗制动接触器,KS为速度继电器。闭合电源开关QS,根据需要按下正转或反转起动按钮SB2或SB3,相应接触器KM1或KM2线圈通电吸合并自锁,电动机起动旋转。此时速度继电器相应的正向或反向触头 KS-1或 KS-2闭合,为停车接通 KM3实现能耗制动做准备。
停车时,按下停止按钮SB1,电动机定子三相交流电源切除。当按到底时,KM3线圈通电并自锁,电动机定子接入直流电源进行能耗制动,电动机转速迅速降低。当转速下降到低于100r/min时,速度继电器释放,其触头在反力弹簧作用下复位断开,使 KM3线圈断电释放,切除直流电源,能耗制动结束,以后电动机依惯性自然停车至转速为零。对于负载转矩较为稳定的电动机,能耗制动时采用时间原则控制为宜,因为此时对时间继电器的延时整定较为固定。而对于能够通过传动机构来反映电动机转速时,采用速度原则控制较为合适,视具体情况而定。
四、电动机可逆运行能耗制动控制
对于10kW 以下电动机,在制动要求不高时,可采用无变压器单管能耗制动。图4-65所示为无变压器单管能耗制动控制电路。图中 KM1为线路接触器,KM2为制动接触器,KT为能耗制动时间继电器。该电路整流电源电压为220V,由 KM2主触头接至电动机定子绕组,经整流二极管 VD 接至电源中性线 N 构成闭合电路。制动时电动机 U、V 相由KM2主触头短接,因此只有单方向制动转矩。
五、无变压器单管能耗制动控制
机械制动是利用机械装置使电动机迅速停转。常用的机械制动装置有电磁抱闸和电磁离合器。下面仅介绍电磁抱闸制动控制。电磁抱闸由电磁铁和闸瓦制动器两部分组成。
图4-66(a)所示为电磁抱闸制动原理图。在电动机起动旋转时,电磁铁线圈同时通电,在电磁吸力作用下,克服弹簧力将制动轮上的制动闸瓦张开,脱离与电动机同轴的制动轮,实现电动机的自由旋转。当电动机要停转时,在断开电动机三相交流电源的同时断开电磁铁线圈电源,电磁吸力消失,在弹簧力作用下将制动闸瓦紧紧压在制动轮上,使电动机迅速停转。
六、机械制动控制
图4-66(b)所示为电磁抱闸断电制动控制电路。闭合电源开关 Q,接通控制电路电源。起动电动机时,按下起动按钮SB2,接触器线圈KM1通电,其常开主触头KM1闭合,使电磁铁线圈 YB通电,制动闸瓦松开制动轮。与此同时,接触器线圈 KM2通电并自锁,电动机起动运行。停车时,按下停止按钮SB1,接触器线圈同时断电释放,接着线圈 YB断电,电动机脱离三相交流电源,同时电磁抱闸在弹簧作用下,制动闸瓦将制动轮紧紧抱住,电动机迅速停转。电磁抱闸制动比较安全可靠,能实现准确停车,被广泛应用在起重设备上。(共46张PPT)
项目四
三相异步电动机的
电气控制
目 录
CONTENTS
任务一 电气控制线路图、接线图和布置图的
识读
任务二 常用低压电器
任务三 电动机点动、连动控制电路
任务四 电动机正反转控制电路
目 录
CONTENTS
任务五 电动机的位置、自动往返、顺序和
多地控制电路
任务六 三相异步电动机的降压起动控制电路
任务七 三相异步电动机的制动控制电路
任务八 绕线转子异步电动机的基本控制电路
任务八 绕线转子异步电动机的基本控制电路
任务分析
在实际生产中对起动转矩大且能平滑调速的场合,常常采用三相绕线转子异步电动机。它可以通过滑环在转子绕组中串联电阻来改善电动机的机械特性,从而达到减小起动电流、增大起动转矩及平滑调速的目的。
任务目标
熟悉电流继电器、凸轮控制器及频敏变阻器的结构和工作原理,熟记它们的作用和符号,并会正确选择、安装、使用和检测维修;
熟悉绕线转子异步电动机基本控制电路的组成,会分析其工作原理;
会安装、调试与检修三相绕线转子异步电动机的基本控制电路。
知识链接
三相绕线转子异步电动机的转子绕组可通过铜环和电刷与外电路电阻相接,以减小起动电流,提高转子电路功率因数和起动转矩,适用于重载起动的场合。
按绕线转子异步电动机转子在起动过程中串接装置的不同,起动方式可分为串电阻起动和串频敏变阻器起动。
一、转子绕组串接电阻起动控制
三相绕线转子异步电动机起动时,在转子回路中接入做星形联结、分级切换的三相起动电阻,并把可变电阻调到最大位置,以减小起动电流,获得较大的起动转矩。随着电动机转速的升高,可变电阻逐级减小。起动完毕后,可变电阻减小到零,转子绕组被直接短接,电动机便在额定状态下运行。
电动机转子绕组中串联的外加电阻在每段切除前和切除后,三相电阻始终是对称的,称为三相对称电阻,如图4-67所示。起动过程依次切除R1、R2、R3,最后全部被切除。与上述相反,起动时串入的全部三相电阻是不对称的,而每段切除后三相仍不对称,称为三相不对称电阻。起动过程依次切除R1、R2、R3、R4,最后全部电阻被切除。
如果电动机要调速,则将可变电阻调到相应的位置即可,这时可变电阻便成为调速电阻。
1.按钮操作控制电路
按钮操作控制电路如图4-67所示。
电路工作原理如下:
先闭合电源开关 QS。
2.时间继电器自动控制电路
按钮操作控制电路的缺点是操作不便,工作也不够安全可靠,所以在实际中采用时间继电器自动控制短接起动电阻的控制电路,如图4-68所示。
电路工作原理如下:
先闭合电源开关 QS。
值得注意的是,电动机起动后进入正常运行时,只有两个接触器处于长期通电状态,而线圈的通电时间均压缩到最低限度。从电路工作要求出发,没必要让这些电器都处于通电状态,也为节省电能,延长电器的使用寿命,更为重要的是减少电路故障,保证电路安全可靠地工作。但此电路也存在下列问题:一旦时间继电器损坏,电路将无法实现电动机的正常起动和运行;在电动机的起动过程中,由于逐级短接转子电阻,将使电动机电流与电磁转矩突然增大,产生机械冲击。
绕线转子异步电动机采用转子绕组串接电阻的起动方法,要获得良好的起动特性,一般需要较多的起动级数,所用电器较多,控制线路复杂,设备投资大,维修不便,同时由于逐级切除电阻,会产生一定的机械冲击。因此,在工矿企业中对于不频繁起动设备,广泛采用频敏变阻器代替起动电阻来控制绕线转子异步电动机的起动,如图4-69所示。
频敏变阻器是一种阻抗随频率明显变化、静止的无触点电磁元件。它实质上是一个铁心损耗非常大的三相电抗器。在电动机起动时,将频敏变阻器RF 串接在转子绕组中,由于频敏变阻器的等值阻抗随转子电流频率的减小而减小,从而达到自动变阻的目的。因此,只需要用一级频敏变阻器就可以平稳地把电动机起动起来,起动完毕短接切除频敏变阻器。
二、转子绕组串接频敏变阻器起动控制电路
电路工作原理如下:
先闭合电源开关 QS。
绕线转子异步电动机凸轮控制器控制电路如图4-70所示。
三、凸轮控制器控制电路
图中,QS转换开关做引入电源用;熔断器FU1、FU2分别作为主电路和控制电路的短路保护;接触器 KM 控制电动机电源的通断,同时起欠压、失压保护作用;位置开关SQ1、SQ2分别作为电动机正反转时工作机构运动的限位保护;过电流继电器 KA1、KA2作为电动机的过载保护;R是电阻器;AC是凸轮控制器,它有十二对触头,如图4-70(a)所示。图中十二对触头的分合状态是凸轮控制器手轮处于位时的情况。当手轮处于正转或反转挡时,触头的分合状态如图4-70(b)所示,用“×”表示触头闭合,无此标记表示触头断开。最上面的四对配有灭弧罩的常开触头都用作零位保护。
先闭合电源开关 QS,然后将 AC手轮放在“0”位,这时,最下面三对触头 AC10~AC12闭合,为控制电路的接通做准备。按下SB1,接触器线圈 KM 得电,KM 主触头闭合,接通电源,为电动机起动做准备。KM 自锁触头闭合自锁。将 AC手轮从“0”位转到正转“1”位置,这时触头 AC10仍闭合,保持控制电路接通,触头 AC1、AC3 闭合,电动机 M 接通三相电源正转起动,此时由于触头 AC5~AC9 均断开,转子绕组串接全部电阻R,所以起动电流较小,起动转矩也较小。
如果电动机负载较重,则不能起动,但可起到消除传动齿轮间隙和拉紧钢丝绳的作用。当 AC手轮从正转“1”位转到“2”位时,触头 AC10、AC1、AC3 仍闭合,AC5 闭合,把电阻器R上的一级电阻短接切除,使电动机正转加速。同理,当 AC手轮依次转到正转“3”和“4”位置时,触头AC10、AC1、AC3、AC5 仍保持闭合,AC6 和AC7 先后闭合,把电阻器R的两级电阻相继切除,电动机 M 继续正转加速。当手轮转到“5”位置时,AC5~AC9 五对触头全部闭合,电阻器R全部电阻被切除,电动机起动完毕后全速运转。当把手轮转到反转的“1”~“5”位置时,触头 AC2 和 AC4 闭合,接入电动机的三相电源相序改变,电动机反转。
触头 AC11闭合使控制电路仍保持接通,接触器 KM 继续得电工作。凸轮控制器反向依次切除电阻的程序及工作原理与正转类似,读者可自行分析。由凸轮控制器触头分合状态表可以看出,凸轮控制器最下面的3对辅助触头 AC10~AC12,只有当手轮置于“0”位时才能全部闭合,而在其余各挡位置都只有1对触头闭合,而其余2对断开。这3对触头在控制电路中如此安排,就保证了手轮必须置于“0”位时,按下起动按钮SB1才能使接触器线圈得电动作,然后通过凸轮控制器 AC10使电动机进行逐级起动,从而避免了电动机的直接起动,同时防止了由于误按SB1而使电动机突然快速运转产生的意外事故。
四、电气控制系统常用的保护环节
电气控制系统必须在安全可靠的前提下满足生产工艺要求。为此,在电气控制系统的设计与运行中,必须考虑系统发生各种故障和不正常工作情况的可能性,在系统中设置有各种保护装置。所以,保护环节是所有电气控制系统不可缺少的组成部分。常用的保护环节有短路、过电流、过载、失电压、欠电压、过电压、弱磁保护等。
1.短路保护
当电器或线路绝缘遭到损坏,负载短路、接线错误时将产生短路现象。短路时产生的瞬时故障电流可达额定电流的十几倍到几十倍,使电气设备或配电线路因过电流而产生电动力损坏,甚至因电弧引起火灾。短路保护要求具有瞬动特性,即要求在很短时间内切断电源。短路保护的常用方法有熔断器保护和低压断路器保护。熔断器熔体的选择见项目一有关内容。低压断路器动作电流按电动机起动电流的1.2倍来整定,相应低压断路器切断短路电流的触头容量应加大。
2.过电流保护
过电流保护是区别于短路保护的一种电流型保护。过电流是指电动机或电气元件超过其额定电流的运行状态,其一般比短路电流小,不超过6倍额定电流。在过电流情况下,电气元件并不是损坏,只要在达到最大允许温升之前,电流值能恢复正常,还是允许的。但过大的冲击负载使电动机流过过大的冲击电流,以致损坏电动机。同时,过大的电动机电磁转矩也会使机械的传动部件受到损坏,因此要瞬时切断电流。电动机在运行中产生过电流的可能性要比发生短路的可能性大,特别是在频繁起动和正反转、重复短时工作电动机中更是如此。
过电流保护常用过电流继电器来实现,通常过电流继电器与接触器配合使用,即将过电流继电器线圈串接在被保护电路中,当电路电流达到其整定值时,过电流继电器动作,而过电流继电器常闭触头串接在接触器线圈电路中,使接触器线圈断电释放,接触器主触头断开来切断电动机电源。这种过电流保护环节常用于直流电动机和三相绕线转子异步电动机的控制电路中。若过电流继电器动作电流为1.2倍电动机起动电流,则过电流继电器也可实现短路保护作用。
3.过载保护
过载保护是过电流保护中的一种。过载是指电动机的运行电流大于其额定电流,但在1.5倍额定电流以内。引起电动机过载的原因很多,如负载的突然增加、缺相运行或电源电压降低等。若电动机长期过载运行,其绕组的温升将超过允许值而使绝缘老化、损坏。过载保护装置要求具有反时限特性,且不会受电动机短时过载冲击电流或短路电流的影响而瞬时动作,所以通常用热继电器做过载保护。当有6倍以上额定电流通过热继电器时,需经5s后才动作,这样在热继电器未动作时,可能使热继电器发热元件先烧坏,所以在使用热继电器做过载保护时,还必须装有熔断器或低压断路器等短路保护装置。由于过载保护特性与过电流保护不同,故不能用过电流保护方法来进行过载保护。对电动机进行缺相保护,可选用带断相保护的热继电器来实现过载保护。
4.失电压保护
电动机在一定的额定电压下才能正常工作,电压过高、过低或者工作过程中非人为因素的突然断电,都可能造成生产机械损坏或人身事故,因此在电气控制电路中,应根据要求设置失电压保护、过电压保护和欠电压保护。
电动机正常工作时,如果因为电源电压消失而停转,一旦电源电压恢复时,电动机有可能自行起动,这将造成人身事故或机械设备损坏。为防止电压恢复时电动机自行起动或电气元件自行投入工作而设置的保护称为失电压保护。采用接触器和按钮控制的起动、停止,就具有失电压保护作用。这是因为当电源电压消失时,接触器就会自动释放而切断电动机电源。当电源电压恢复时,由于接触器自锁触头已断开,电动机不会自行起动。如果不是采用按钮而是用不能自动复位的手动开关、行程开关来控制接触器,必须采用专门的零电压继电器。工作过程中一旦失电,零电压继电器释放,其自锁电路断开,电源电压恢复时,电动机不会自行起动。
5.欠电压保护
电动机运转时,电源电压过分降低引起电磁转矩下降,在负载转矩不变的情况下,转速下降,电动机电流增大。此外,由于电压降低引起控制电器释放,造成电路的不正常工作。因此,当电源电压降到额定电压的60%~80%时,将电动机电源切除而停止工作,这种保护称为欠电压保护。
除上述采用接触器及按钮控制方式,利用接触器本身的欠电压保护作用外,还可采用欠电压继电器进行欠电压保护,吸合电压通常整定为(0.8~0.85)UN,释放电压通常整定为(0.5~0.7)UN。其方法是将电压继电器线圈跨接在电源上,其常开触头串接在接触器线圈电路中,当电源电压低于释放值时,电压继电器动作使接触器释放,接触器主触头断开电动机电源,实现欠电压保护。
6.过电压保护
电磁铁、电磁吸盘等大电感负载及直流电磁机构、直流继电器等,在通断时会产生较高的感应电动势,将使电磁线圈绝缘击穿而损坏。因此,必须采用过电压保护措施。通常是在线圈两端并联一个电阻、电阻串电容或二极管电阻,以形成一个放电回路,实现过电压保护。
7.直流电动机的弱磁保护
直流电动机磁场的过度减少会引起电动机超速,需设置弱磁保护。这种保护是通过在电动机励磁线圈回路中串入欠电流继电器来实现的。电动机运行时,若励磁电流过小,欠电流继电器释放,其触头断开电动机电枢回路线路接触器线圈电路,接触器线圈断电释放,接触器主触头断开电动机电枢回路,电动机断开电源,实现保护电动机的目的。
8.其他保护
除上述保护外,还有超速保护、行程保护、油压保护等,这些都是在控制电路中串接一个受这些参量控制的常开触头或常闭触头来实现对控制电路的电源控制来实现的。这些装置有离心开关、测速发电机、行程开关、压力继电器等。
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