电气控制第二章

第二章其他常用低压电器电磁式低压电器中，感测元件接受的是电压或电流信号，但在众多的低压电器中，其感测信号还可能是发热、温度、转速、以及机械力等不同形式的非电量信号。对于不同形式的信号，感测元件的结构形式与电磁式电器也有根本的不同，因此出现了各种各样的其他低压电器。2.1热继电器2.1.1热继电器的作用与分类作用：●过载保护。当电动机处在长时间过载运行状态时，切断电路。●能随过载程度改变动作时间。●由于热惯性，对电机的过载保护不是瞬时的，不能做短路保护，与电流继电器和熔断器不同。分类：按相数分：单相、两相、三相；在三相电路中按职能分：带断相保护、不带断相保护。2.1.2热继电器的保护特性和工作原理2.1.2.1电动机的过载特性和热继电器的保护特性电动机的过载特性：（课本图2-1上方曲线）电动机在不超过允许温升的条件下，电动机的过载电流与电动机通电时间的关系。图中，β表示电动机实际电流和额定电流的比值，当β或=1时，电动机处于安全工作区，当β1时，电动机处于过载状态，电动机的安全工作时间随着过载程度的增加，越来越短，这就要求热继电器的分断时间随过载程度的增加也越来越短。电动机过载特性曲线是一条临界曲线，电动机的过载电流和时间如果取在曲线上方，电动机就会烧毁，曲线下方是安全范围。由于各种误差的影响，电动机过载特性不可能是一条精准的曲线，而是一条带子，带子越宽，误差越大，带子越窄，误差越小。热继电器保护特性热继电器过载电流与动作时间的关系。热继电器的保护特性曲线应该在电动机过载特性曲线下方，如果发生过载，热继电器就会在电动机未达到允许过载极限值之前动作，分断电动机电源。同理，由于各种误差的影响，热继电器保护特性曲线也是带状的。2.1.2.2热继电器工作原理热元件：使双金属片发热的元件，串联在电动机主回路中使用。双金属片受热方式：直接受热、间接受热、复合受热、互感器受热。热继电器内部结构（课本图2-4）：双金属片受热动作通过热元件的发热弯曲，额定电流时，双金属片虽然弯曲，但不足以使常闭触点分断。如果过载，热元件发热程度增加，双金属片的弯曲程度也增加，弯曲的双金属片带动一系列的机械机构使热继电器常闭触点分断。使用热继电器需要主意的几个部分（下页附图）发热元件部分：接线较粗，串接在电动机主回路中。常闭触点（图中标NC）、常开触点（图中标NO）：应用与控制回路。调节旋钮：整定动作电流。自动复位、手动复位选择旋钮：选择复位方式。手动复位按钮：热继电器保护后，如果选择手动复位模式，则需要按下该按钮时，热继电器常闭触点才能闭合。什么情况下选手动复位，什么情况下选自动复位？过载故障未知，必须等排除故障后手动复位，使热继电器常闭触点闭合。故障已知，且不需要人工去排除故障，可用自动复位，等双金属片冷却后，热继电器自动复位，常闭触点闭合。2.1.3带断相保护的热继电器什么情况下用断相保护导线松开，接触器接触不良、单相熔断器熔断等原因会造成断相。在三相中的一相断开且输出功率不变的情况下，另外两相的电流会增大很多。星型接法的情况：电动机绕组和热继电器是串联的，流过绕组电流等于流过热继电器电流，所以普通两相或三相热继电器可以对此作出保护。三角形接法的情况：流过电动机绕组的电流小于流过热继电器的电流，必须使用带断相保护的热继电器。断相保护原理（图2-5）差动机构：双金属片同时发热会导致常闭触点断开，断相时，不发热的双金属片由于冷却反向运动，也会导致常闭触点的断开。2.1.4热继电器的主要技术参数技术数据：表2-1热继电器的额定电流和其对应热元件的额定电流不同，选择是应按热元件额定电流选择。图形符号、文字符号：2.1.5热继电器的选用（课本P26）额定电流：按发热元件选择。按电机的过载能力选择。电动机启动状况：保证电机启动时热继电器不会动作。启动时电流为额定电流6倍，启动时间不超过6秒。电动机启动次数：要主意热继电器的操作频率。超过热继电器操作频率的频繁启动不适合用热继电器，因为双金属片热量会积累，使触点动作。可以用温度继电器保护电机。Y形接法的电动机采用普通的两相或三相热继电器保护，三相严重不平衡，工作环境恶劣的情况下，选用三相热继电器保护。三角形接法的电动机需要采用带断相保护的热继电器。热继电器不可以做短路保护，动作速度太慢。2.1.6使用主意事项电机额定电流应取发热元件中间值，这样整定时才有上下调节的余地。如额定电流30A的电机，选择发热元件时电流整定范围为28-36-45A，先把整定值设定在36档上，再根据实际运行情况调大或者调小整定值。自动复位和手动复位的选择。外部导线选择：必须严格按照表2-1选择。导线的粗细会影响发热元件的散热。热继电器和电动机周围的环境应尽量相同。温度过高过低都会影响热继电器的动作时间。按照产品说明书上的规定安装，于其他器件安装在一起的时候，热继电器要放在下面，以免受到其他设备发热的影响。定期去除尘埃和污垢，若双金属片出现锈斑，用汽油轻轻擦拭，切忌用砂纸打磨。使用中每年要通电校验一次。另外当主电路发生短路事故后，应检查发热元件和双金属片是否发生永久变形。若发生永久变形或无法判断时，则应进行通电实验。在调整是绝不允许弯折双金属片。2.2信号继电器输入量为非电信号，且当信号达到一定值时，才能使触头动作的继电器。常用的有：温度继电器、速度继电器、压力继电器、液位继电器、干簧继电器和光电继电器。2.2.1温度继电器为什么使用温度继电器：热继电器是感测电流的大小决定电机是否过载，是否发热。而电机发热并不一定是由于过流造成的，如：电网电压升高，导致电机铁心发热，这样也会使绕组温度升高。电动机环境温度过高及通风不良。这时热继电器是起不到保护作用的，此时需要以温度为直接感测量控制触点的动作。温度继电器是按温度原则动作的继电器。安装位置：电动机内部。分类：双金属片式温度继电器、热敏电阻式温度继电器。2.2.1.1双金属片式温度继电器动作原理（图2-7）：动触点直接安装在双金属片上，温度上升，双金属片动作，带动触点分离。缺点：工艺复杂、体积大、双金属片易老化、反应滞后。2.2.1.2热敏电阻式温度继电器感测元件热敏电阻安装在电机内部，温度升高电阻值变化。继电器主体在电动机外部，如安装在电动机的控制电气柜中。工作原理（图2-8）：电源部分电桥部分输出部分晶闸管工作原理2.2.2速度继电器工作原理：靠电磁感应使速度继电器电机定子动作，带动机械部分，实现触点动作。速度传感器转子通过2与电动机轴相连，电机转动时，速度传感器的转子也随着转动。速度传感器的定子中绕组感应出电流，导体的受力方向与转子旋转方向一致，导致定子带动着杆5运动。当电机达到一定转速时，杆5使触点动作，速度传感器常闭触点断开，常开触点闭合。速度传感器可以反映出两个量：电机的转速是否达到或超过传感器动作值；电机的旋转方向。码盘，可以反映出电机转速的详细信息。符号：2.2.3压力继电器用于气压和液压的检测，感测部分安装于水路、气路或油路的分支管中。当气压或液压发生变化时，压力继电器发出信号控制电机的启停。（打压装置常为电机）动作压力的大小可以通过给定螺帽进行调节。2.2.4液位继电器（图2-12）反映锅炉或水箱内的液位信息。利用锅炉内浮筒的上升下落来接通断开外部触点。2.2.5干簧继电器结构：导磁簧片、惰性气体管。动作原理：受周围磁场驱动，两个导磁簧片被磁化，相互吸引，接触，接通电路。当磁场消失后，两个导磁簧片断开。特点：寿命长、动作快、承受电压低。2.3主令电器主令电器是用来闭合和分断控制电路的低压电器，用以控制电力拖动系统中电动机启动、停车、制动以及调速等。主令电器不可分断主回路，它是专门用来发命令的电器。常用主令电器有：控制按钮、行程开关、万能开关、主令控制器等。2.3.1控制按钮按钮符号：按钮用字母SB表示。按下按钮时常闭触点先断开，常开触点后闭合。松开按钮时，由于反力弹簧的作用，常开触点先断开，常闭触点后闭合。（注：有的按钮有松手复位功能，有的按钮需要再次按下才复位，课本上的按钮都有反力弹簧）根据需要选择按钮的触点数：1常开1常闭、6常开6常闭。按钮颜色：红色表示停止，绿色黑色表示启动。按钮种类单式、复式按钮（具有防爆功能）紧停按钮控制按钮（两对常开常闭触点、一对常开常闭触点）指示灯在各类电气设备及电气线路中做电源指示和指挥信号、预告信号、运行信号、故障信号及其他信号指示。常用的有黄、绿、红、白、蓝五种。指示灯文字符号为HL，图形符号圆内画十字。2.3.2行程开关依照生产机械的行程发出命令以控制其运动方向或行程长短的主令电器。若将行程开关安装在机械行程的终点处，以限制其行程，则称为限位开关或终点开关。（为了安全，通常终点处不止一个限位开关）。应用场合：运动设备、特定的位置完成特定动作。工作原理：类似于按钮，区别在于，按钮需要人手动按，而行程开关是由运动着的机械设备去碰。分类：直动式、滚轮式、微动式。滚轮式符号直动行程开关缺点是触点分合速度取决于机械的移动速度，当移动速度低于0.4m/min时，触点分断太慢，易受电弧烧毁。此时应采用滚轮式行程开关（上轮臂偏离积累到一定程度，触点瞬时分断）。微动式行程开关微动式行程开关体积小、重量轻、动作灵敏，适用于行程控制要求较精确的场合。但由于推杆允许的行程小（动作行程LX-5型为0.3～0.7mm、LXW-11型为1.2mm），结构强度不高，因此使用时必须从机构上对推杆的最大行程加以限制，以免压坏开关。滚轮行程开关当生产机械行程比较小作用力也很小时，采用微动行程开关。接近开关：非接触式行程开关，属于电子器件。2.3.3万能转换开关万能开关是由多组结构相同的触点组件叠装而成的多回路控制电器。结构：操作机构、定位装置、触点。按手柄操作方式分类：自复式、定位式手柄位置：左、中、右，或者有更多的位置可以选择。手柄拧在某个固定位置的时候，万能转换开关众多触点的开与关也固定的。拧一下手柄就可以向控制回路发出多个指令。六对触点：十二对触点带钥匙多位置：万能开关的图形表示（图2-21）万能开关手柄有多个位置，每个不同位置又有多个触点输出该触点开或断的状态，万能开关的图形表示较普通开关要复杂，有两种方法表示万能开关的状态：1开关位置用虚线，触点接通用“黑点”，触点断开无“黑点”。2表格：“叉”表示触点接通。万能开关多用于控制线路，如果直接控制电机时，电机的容量应该较小。若用于可逆控制时，电动机停止后才允许反向。2.3.4主令控制器原理和读图方式和万能转换开关相似，主令电器的触点更多，手柄位置也更多，完成的转换更复杂。2.4熔断器作用过载保护：过载时，流过熔体的电流使其发热，当达到熔化温度时，熔体熔断。短路保护：短路时，熔体快速熔断。2.4.1熔断器的结构和分类结构：熔断管（盖、座）：1安装熔体2熔体熔断时熄灭电弧。熔体及导电部件：熔断器的主要部分，即是感测元件又是执行元件。分类：按结构分：半封闭插入式、螺旋式、无填料密封管式、有填料密封管式。按用途分：一般工业用熔断器、半导体器件保护用快速熔断器。自复式熔断器：熔体用金属钠制成，过流时，熔体熔化变为蒸汽，和其它金属蒸汽不同，钠蒸汽电阻很高，从而使电路分断。当钠蒸汽冷却后，变成固体，自动恢复。半封闭插入式（见课本图2-23）熔体安装在上边壳中螺旋式（图2-24）：多用于机床保护。熔体装在上边螺旋帽中。可以直接从螺旋帽上看到熔体是否熔断。无填料密封管式有填料密封管式填料为石英砂，目的是为了熔体断裂时减震，防止熔断器外壳炸裂。快速熔断器用于电力电子器件保护，如变频器的保护2.4.2熔断器的保护特性（熔化特性）指熔体电流和熔化时间之间的关系。曲线类似与热继电器的保护特性曲线，也具有反时限特性。（见课本图2-27）Ire：额定电流，熔体在该电流绝对不会熔断。Ir：最小熔断电流，当熔体通过电流大于等于Ir时，熔体