单元五常用低压电器及电气控制电路 电子教案 电工与电子技术 .doc

单元五：常用低压电器及控制电路教学目标知识目标：l 了解常用低压控制电器的组成结构及工作原理；l 熟悉常用低压控制电器的功能及使用场合；l 能正确选择和使用常用低压控制电器；l 掌握电气原理图的的读图方法，了解绘制原则；l 熟悉各种电气控制线路的工作原理；能力目标：l 能设计绘制电动机的基本控制线路。素质目标：培养学生的创新设计能力教学重点常用低压电器的原理及使用方法；典型控制电路教学难点典型控制电路的原理及设计教学手段视频演示；实物演示；教学板书；电子课件教学学时8H教 学 内 容 与 教 学 过 程 设 计注 释任务一 ：常用低压电器的认识（一）手动低压电器的认识1.刀开关刀开关由操作手柄、触刀、静插座和绝缘底板组成，依靠手动进行触刀插入与脱离静插座的控制。 1开启式负荷开关开启式负荷开关由瓷底板、静触头、触刀、瓷柄、熔体和胶壳等构成，故又称瓷底胶壳刀开关。 安装和使用时应注意：（1） 电源进线应接在静触头一边的进线端(进线座应在上方)，用电设备应接在动触头一边的出线端。这样，当开关断开时，触刀和熔丝均不带电，以保证更换熔丝时的安全。（2）安装时，刀开关在合闸状态下手柄应该向上，不能倒装和平装，以防止触刀松动落下时误合闸。2封闭式负荷开关 封闭式负荷开关由触刀、熔体、操作机构和铁外壳等构成。由于整个开关装于铁壳内，又称铁壳开关。特点：盖子打开时开关不能闭合或开关闭合时盖子不能打开。操作机构中，在手柄转轴与底座之间装有速动弹簧，能使开关快速接通与断开，而开关的通断速度与手柄操作速度无关，这样有利于迅速灭弧。使用铁壳开关应注意下列事项：（1）铁壳开关不允许随意放在地面上使用。（2）操作时要在铁壳开关的手柄侧，不要面对开关，以免意外故障使开关爆炸，铁壳飞出伤人。（3）外壳应可靠接地，防止意外漏电造成触电事故。 2.组合开关组合开关是一种多档式、控制多回路的手动电器，又称转换开关。组合开关由分别装在多层绝缘件内的动、静触片组成。图5-4 HZ系列转换开关组合开关常用作交流50Hz、电压380V以下和直流电压220V以下的电电源引入开关，5kW以下异步电动机的直接起动和正反转控制，以及机床照明电路中的控制开关。使用时要根据电源的种类、电压等级、额定电流和触头数进行选用。3.按钮按钮是一种手动且一般可以自动复位的主令电器。 按钮的形式很多，其结构一般由按钮帽、复位弹簧、桥式触头和外壳等组成，有一对常闭触头和常开触头。当按下按钮帽时，常开触头闭合，常闭触头断开；松开按钮帽，触头在弹簧的作用下复位。 （二）自动电器1.自动空气断路器自动空气断路器也称为低压断路器等，其相当于刀开关、熔断器、热继电器、过电流继电器和欠电压继电器的组合，是一种自动切断电路故障的保护电器。组成：由触头系统、操作机构和保护元件三部分组成。原理：主触头是由操作机构和自由脱扣器操纵其通断的，其通断可用操作手柄操作，也可用电磁机构操作，故障时自动脱扣，当电路恢复正常时，必须重新手动合闸后才能工作。图5-7 万能式低压断路器1.灭弧罩 2.开关本体 3.抽屉座 4.合闸按钮 5分.闸按钮 6.智能脱扣器7.摇匀柄插入位置8.连接试验分离指示特点：空气断路器具有体积小、安装方便、操作安全的特点。脱扣时将三相电源同时切断，可避免电动机断相运行。在短路故障排除以后，可重复使用，不像熔断器需 更换新熔体。 2.交流接触器 接触器是一种靠电磁力的作用使触点闭合或断开来接通和断开电路自动控制电器，可用来频繁地接通和断开主电路及大容量的控制电路，并具有远距离操作、失压保护、欠电压保护、控制容量大、工作可靠及寿命长等优点，在电力拖动自动控制系统中应用非常广泛。 （ 1）触器的结构接触器由电磁机构、触头系统、灭弧系统、释放弹簧机构、辅助触头及基座等几部分组成。 （a） (c) (d) (a) (b) (c) (d)（2）交流接触器的工作原理电磁线圈通电后，铁心中产生磁通，于是在衔铁气隙处产生电磁吸力，将衔铁吸合，经传动机构带动主触头和辅助触头动作，常开触头闭合接通主电路，同时辅助常开触头闭合、常闭触头断开，在控制电路起联锁作用。3.熔断器 熔断器是一种结构最简单、使用最方便、价格最低廉的的短路保护电器。组成：它由熔体和安装熔体的绝缘管或绝缘座组成。原理：当该电路发生严重过载或短路故障时，熔体自行熔断，切断故障电流。分类：熔断器的类型主要有瓷插式、螺旋式和管式三种。 应用按以下方法选择： （1）对于电炉和照明等电阻性负载，可用作过载保护和短路保护，熔体的额定电流应稍大于或等于负载的额定电流。（2）电动机的起动电流很大，熔体的额定电流因考虑起动时熔体不能熔断而应选得较大，因此对电动机只宜作短路保护而不能作过载保护。 对于单台电动机，熔体的额定电流()应不小于电动机额定电流()的1.525倍，即：(1.52.5) 。轻载起动或起动时间较短时，系数可取近1.5，带负载起动、起动时间较长或起动较频繁时，系数可取2.5。对于多台电动机的短路保护，熔体的额定电流()应不小于最大一台电动机的额定电流()的1.52.5倍，加上同时使用的其他电动机额定电流之和()，即：5 热继电器 继电器是一种根据电量或非电量（如温度、压力）的变化来接通或断开小电流电路的自动电器，其触头通常接在控制电路中，从而实现控制和保护的目的。 结构： b为差动导板，用于三相电路的断相保护，图c为热元件图形符号，文字符号为双字母FR，图d、e分别为常开、常闭触点图形符号。图中电流调节凸轮1用于调节整定电流，温度补偿装置保证动作特性在较大环境温度范围内基本不变，弓簧片式瞬跳结构使触点动作迅速可靠。 原理：当发生三相均衡过载时，三相双金属片都受热向左弯曲，推动外导板6并带动内导板7同时向左移动，通过补偿双金属片11和推杆13，使动触点9与动断静触点8分开，从而切断控制电路，达到保护电动机的目的。当发生一相断路时，即断相情况下，该相双金属片逐渐冷却而右移，并带动内导板7右移，而外导板6仍在未断相的双金属片的推动下向左移，由于内、外导板一左一右地移动，就产生了差动作用，在差动导板的作用下，并通过杠杆10的放大作用，使动触点9与动断静触点8分开，从而切断控制电路，保护了电动机。 任务二：电气原理图的学习（一）电气原理图的绘制原则 1.电气原理图的作用（1）通过电路图，便于详细理解表达对象的作用原理；（2）用于测试和寻找故障；（3）为绘制接线图提供依据。2.电气原理图的绘制原则电气控制原理图分为主电路和辅助电路两部分。绘制电气原理图原则：（1）电路图中所有的电器部件都必须按国家标准规定的图形符号和种类代号(字母文字符号)来表示。（2）电器元件及各部件均按未通电和不受外力作用时的正常状态画出。（3）电器元件及各部件不按实际位置画，而是以阅读和分析电路工作原理的需要为主画出。主电路画在辅助电路的左侧或上面，各分支电路按动作顺序从上到下或从左向右依次排列。（4）同一种类的电器元件用同一字母文字符号后加数字序号来区分；同一个电器的不同部件可用同一个字母文字符号标注，其相似部分可以在种类代号之后用圆点(·)或横杠()隔开的数字来区分，也可用触头编号的方法来区分。图5-11一台电动机正反转控制电气原理图3.接线图的绘制原则电气接线图是根据电气设备和电气元件的实际结构、安装情况绘制的，用来表示接线方式、电气设备元件的位置、接线场所的形状和尺寸等。（1）各电器不画实体，以图形符号代表，各电器元件的位置均应与实际安装位置一致。（2）接线图中的各电器元件的字母文字符号及接线端子的编号应与电路图一致，并按电路图连接。（3）不在同一处的电器元件的联接应通过接线端子进行。（4）画连接导线时，应标明导线的规格、型号、根数及穿线管的尺寸。 图5-12 一台电动机正反转控制电气接线图（二）电气原理图的读图方法 电气原理图阅读分析基本方法与步骤是“先机后电、先主后辅、化整为零、集零为整，统观全局”。1先机后电 首先应了解生产机械的基本结构、运行情况、工艺要求、操作方法，以期对生产机械的结构及其运行上有个总体的了解，进而明确对电力拖动自动控制的要求，为阅读和分析电路作好前期准备。2先主后辅 先阅读主电路，看设备由几台电动机拖动，各台电动机的作用、电动机的起动方法、控制要求、制动方式、保护措施等；然后再分析辅助电路。3化整为零 在分析辅助电路时，从拖动控制要求出发，一个环节一个环节地阅读和分析各控制部分的控制电路，先对各台电动机的控制电路划分成若干个局部电路，每一台电动机的控制电路又按起动、调整、制动、反向等环节来分析。信号电路、检测电路与局部照明电路等，这部分电路具有相对的独立性，但是这部分电路大多是由控制电路中的元件来控制的，可结合控制电路一并分析。4集零为整、统观全局 在逐个分析完局部电路之后，还应统观全部电路，看各局部电路之间的联锁关系，机、电、液的配合情况，电路中设有哪些保护环节。以期对整个电路有清晰的理解。任务三 三相笼型异步电动机典型控制电路 1点动控制电路用接触器构成的点动控制电路。图中L1、L2、L3为三相电源线，该电路由刀开关QS、熔断器FU和接触器KM、按钮SB等组成。其中由QS、FU、KM主触头、热继电器FR的热元件与电动机M构成主电路，由SB及KM线圈、热继电器FR的常闭触头构成辅助控制电路，其电源由L1、L2、L3中的任两相提供。原理：当电动机需点动控制时，先合上电源开关QS引入三相电源，按下起动按钮SB，接触器线圈KM通电，其衔铁吸合带动触头系统动作，连接在主电路中的三个常开主触头KM闭合，电动机M接通电源起动运行。松开SB按钮，接触器KM线圈断电，其衔铁受弹簧力的作用而复位，其触头系统恢复常态，即接在主电路中的三个主主触头断开，电动机断电停转。这种只有按下按钮SB时，电动机才旋转，松开按钮SB时就停转的电路，称为点动控制电路。 2自锁控制电路三相笼型异步电动机自锁控制直接起动控制电路。该电路的主电路与点动控制电路相同，辅助控制电路中增加了停止按钮SB1和接触器的常开辅助触头KM。原理：电动机起动时，合上电源开关QS，接通辅助电路电源。按下起动按钮SB2，接触器KM线圈通电吸合，KM常开主触头与常开辅助触头同时闭合。主触头闭合，使电动机接入三相交流电源起动；并接在起动按钮SB2两端的常开辅助触头闭合，短接了SB2 ，松开手时，起动按钮SB2自动复位，但接触器KM线圈仍通过自身常开辅助触头这一通路而保持通电，从而确保电动机继续运转。这种依靠接触器自身常开辅助触头闭合而使其线圈保持通电的作用，称为自锁。电动机需要停止时，按下停止按钮SBl，接触器KM线圈断电，KM的常开主触头、常开辅助触头均断开，分别切断电动机主电路和辅助电路，电动机因断电停止转动。 3 . 三相笼型异步电动机的正反转控制电路 电路图：接触器联锁正反转控制电路。原理：将正、反转起动按钮的常闭触头串接在反、正转接触器线圈电路中，起互锁作用，这种互锁称按钮互锁。此电路完成“正反停”的操作控制。图5-16接触器 、按钮双重联锁电动机正反转控制电路4 行程控制（1）行程开关行程开关是用来反映工作机械的行程位置而发出命令以控制其运动方向和行程的小容量开关电器。结构：从结构上看行程开关由操作头、触头系统和外壳组成。原理：当安装在生产机械上的挡块撞击滚轮1时，撞杆转向右边，带动凸轮2转动，压迫推杆3，使微动开关4的常闭触头迅速断开，常闭触头迅速闭合。一旦受力消失，各触头由复位弹簧5的作用恢复到原来状态。2自动往复行程控制 上述这种用行程开关按照运动部件的位置变化所进行的控制，称作按行程原则的自动控制。行程控制是起重机、电梯、机床和自动生产线应用最为广泛的控制方式之一。5.时间控制（1）时间继电器时间继电器是接受到输入信号后，经过一定时间的延时后才响应的电器。时间继电器按照动作原理与构造的不同，可分为空气阻尼式、电磁式、电动式、晶体管式等。时间继电器按延时方式可分为通电延时型和断电延时型。 （2）三相笼型异步电动机的降压起动控制这种方法适用于正常运行时定子三相绕组“”接法的电动机。在起动时，将三相定子绕组的首端A、B、C接三相电源，把定子绕组的尾端X、Y、Z接在一起，由接触器KMY接成星形联结；待转速接近稳定时，接触器KMY 断电，再将A接Z、B接X、C接Y，由接触器KM改接成三角形。 工作过程：合上电源开关QS，按下起动按钮SB2，这时，接触器KM、KMY、时间继电器KT线圈得电，接触器KM主触头和常开触头闭合，KMY主触头闭合且其常闭触头断开，电动机星形联结起动。经过延时时间后，时间继电器KT的常开触头闭合、常闭触头断开，使接触器KMY线圈失电，接触器KMY主触头断开，同时接触器KMY常闭触头复位闭合，使得接触器KM线圈得电，接触器KM主触头和常开触头闭合，电动机改为三角形联结。6. 联锁控制1按顺序起动下面以两台电动机为例说明常用的顺序起动控制电路，其中接触器KMl控制第一台电动机M1，接触器KM2控制第二台电动机M2。 （2）按顺序停止实际生产中，有时对起动顺序没有要求，但要求多台电动机停止转动时有先有后，即按顺序停止。图5-23所示为可实现两台电动机顺序停止的控制电路（主电路未画，起动顺序不作要求），由于在SB1停止按钮两端并联着一个KM2的常开触头，所以只有先按下停止按钮SB3，使接触器KM2线圈断电，即电动机M2停止，然后按动SB1才能使接触器KM1线圈断电，电动机M1才能停止。实现控制的原则是把控制先停止电动机的接触器的常开触头，并联到后停止电动机停止按钮常闭触头上。 本 章 小 结1.工作电压范围在直流以下、 以下的电工器件称为低压电器。可分为低压配电电器和控制电器两大类。2.刀开关是最简单的手动开关，包括开启式和封闭式两种。通常作为隔离开关，有时也用于小容量电动机的启停控制。3.主令电器主要用来通、断控制电路以达到控制主电路的目的。有按钮开关、行程开关等。4.断路器可用于电路不频繁地分与合，它具有过载、短路、失压的保护功能。5.继电器是一种根据输入的电信号或非电信号来控制电路中电流的通与断自动控制电器。包括控制继电器如中间继电器、时间继电器、保护继电器等。6. 接触器是一种用来接通或分断交流、直流主电路或大容量控制电路的低压控制电器。由电磁系统、触头系统和灭弧系统组成。7.熔断器在低压电路中可用作过载保护和短路保护。在电动机控制线路中，因电动机的启动电流较大，所以只宜作短路保护而不能做过载保护。8.常用的电气图包括电气原理图、电气接线图和电器布置图等。电气图是采用国家统一规定的图形符号和文字符号来表示电气设备和元器件的连接关系和电气工作原理的图。9. 电气控制系统的基本线路有：三相异步电动机的点动控制电路，自锁控制电路、正反转控制电路、降压启动控制电路、顺序控制电路等。它们是分析和设计机械设备电气控制线路的基础。10. 电气原理图的分析程序是：主电路控制电路辅助电路联锁、保护环节特殊控制环节，先化整为零进行分析，再集零为整，进行总体检查。电气控制线路的检查方法，按照先检查主电路再检查控制电路的顺序，按照电路图从电源开始检查。 明确低压电器的分类电流实际方向与参考方向强调注意事项电动势针对于电源注意电功率的计算结果与原件吸收还是释放功率的关系电阻元件是耗能元件电感元件是储能元件电容元件是储能元件强调注意事项15第 页