【正文】 課題一 電氣控制的基本知識分課題一 電氣控制的基本元件一、電器的分類按電壓高低分（1）高壓電器。交流1200V，直流1500V以上。（2）低壓電器。交流1200V，直流1500V以下。按控制電器輸出形式分（1）有觸點(diǎn)電器：如刀開關(guān)、接觸器等。（2）無觸點(diǎn)電器：如可控硅、固態(tài)繼電器、大功率三極管等。按控制對象不同分（1）采掘機(jī)械設(shè)備控制電器。（2）供電線路控制電器。按控制電器的作用分（1）主令電器：如按鈕、行程開關(guān)、各種傳感器等。（2）控制電器：如接觸器、繼電器、電磁閥等。（3）保護(hù)電器：如熱繼電器、熔斷器等。（4）執(zhí)行電器：如電磁鐵、電磁離合器等。二、煤礦常用控制電器主令電器（1）定義：主令電器是自動(dòng)控制系統(tǒng)中用于發(fā)送和轉(zhuǎn)換控制命令的電器。（2）作用：發(fā)送控制命令或信號的電器。（3）分類：控制按鈕、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)、主令控制器、 行程開關(guān)、接近開關(guān)等。1）防爆控制按鈕實(shí)物如圖11所示：一般都做成復(fù)合按鈕形式。電氣符號如圖12所示。圖11 防爆按鈕實(shí)物圖圖12 按鈕電氣符號圖2）轉(zhuǎn)換開關(guān)控制多回路的主令電器，也叫做萬能開關(guān)。實(shí)物圖如圖13所示。電氣符號如圖14所示：虛線代表三個(gè)位置，12345代表五對觸頭，“+”號代表接通，空白代表關(guān)斷。圖13 轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)物及電氣符號 圖14 電氣符號3）行程開關(guān)又稱位置開關(guān)或限位開關(guān)，它的作用與按鈕相同，只是其觸點(diǎn)的動(dòng)作不是靠手動(dòng)，而是靠生產(chǎn)機(jī)械的某些運(yùn)動(dòng)部件的檔鐵碰撞其滾輪使觸頭動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)電路的接通和斷開。其結(jié)構(gòu)及電氣符號如圖15所示。圖15 行程開關(guān)及電氣符號4）接近開關(guān)：是一種非接觸式的位置開關(guān)。它由感應(yīng)頭、高頻振蕩器、放大器和外殼等組成。當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件與接近開關(guān)的感應(yīng)頭接近時(shí)，就輸出一個(gè)電信號。它有電感式和電容式兩種。電感式接近開關(guān)的感應(yīng)頭是一個(gè)具有鐵氧體磁芯的電感線圈。只能用于檢測金屬體。振蕩器在感應(yīng)頭表面產(chǎn)生產(chǎn)生一個(gè)交變磁場，當(dāng)金屬塊接近感應(yīng)頭時(shí)，金屬中產(chǎn)生的渦流吸收了振蕩的能量，使振蕩減弱以致停振，因而存在振蕩和停振兩種信號，經(jīng)整形放大器轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的開關(guān)信號，從而起到“開”、“關(guān)”的控制作用。如圖16所示。圖16 接近開關(guān)及內(nèi)部原理圖接觸器（1）作用：接觸器是一種用來頻繁接通和斷開交直流主電路及大容量控制電路的自動(dòng)切換電器。它具有低壓釋放保護(hù)功能，并且用于頻繁操作和遠(yuǎn)距離控制，是電力拖動(dòng)自動(dòng)控制線路中使用最廣泛的電器元件。因它不具有短路保護(hù)作用，常和熔斷器、熱繼電器等保護(hù)電器配合使用。（2）分類：按電流種類通常分為交流接觸器和直流接觸器兩類。（3）實(shí)物如圖17所示：圖17 接觸器實(shí)物圖（4）結(jié)構(gòu)：1)觸頭系統(tǒng)：有主觸頭和輔助觸頭。主觸頭用于通斷主電路，輔助觸頭用于通斷控制電路。輔助觸頭有常開觸頭和常閉觸頭兩種。煤礦井下開關(guān)中多將主觸頭置于真空管中，這樣的接觸器叫真空接觸器。2)電磁系統(tǒng)：由動(dòng)、靜鐵芯，吸引線圈和反作用彈簧組成。 交流接觸器動(dòng)靜鐵芯由硅鋼片疊加而成，以減小工作中的渦流和磁滯損耗，且在鐵芯柱端部加有短路環(huán)以減小吸合時(shí)的振動(dòng)和噪聲。直流接觸器鐵芯由整塊軟鐵制成3)滅弧系統(tǒng)：由滅弧罩及滅弧柵片滅弧。（5）原理：如圖18所示。當(dāng)線圈通電后，產(chǎn)生的電磁力克服彈簧的反作用力，將銜鐵吸全并使動(dòng)、靜觸頭接觸，從而接通主電路。當(dāng)線圈斷電時(shí)，由于電磁吸力消失，銜鐵依靠彈簧的反作用力而跳開，動(dòng)觸頭和靜觸頭也隨之分離，切斷主電路。圖18 接觸器原理示意圖煤礦井下開關(guān)中的真空接觸器吸力線圈常用直流電，一是直流電穩(wěn)定，二是也可減少振動(dòng)和噪聲。直流電主要依靠整流電路、電容濾波、二極管進(jìn)一步整流獲得。線圈吸合常采用兩種方式：一種是大電流吸合，小電流維持；另一種是高電壓吸合，低電壓維持。如圖19所示。圖19 真空接觸器兩種工作方式（6）型號及電氣符號：如圖110所示。圖110 接觸器型號意義及電氣符號（7）接觸器的主要技術(shù)指標(biāo)：1）額定電壓：指主觸點(diǎn)額定工作電壓，應(yīng)等于負(fù)載的額定電壓。2）額定電流：指接觸器觸點(diǎn)在額定工作條件下的電流值。3）吸力線圈額定電壓：接觸器正常工作時(shí)，吸引線圈上所加的電壓值。一般該電壓數(shù)值以及線圈的匝數(shù)、線徑等數(shù)據(jù)均標(biāo)于線包上，而不是標(biāo)于接觸器外殼銘牌上，使用時(shí)應(yīng)加以注意。（8）接觸器選用原則：1）根據(jù)電路中負(fù)載電流的種類選擇接觸器的類型；2）接觸器的額定電壓應(yīng)大于或等于負(fù)載回路的額定電壓；3）吸引線圈的額定電壓應(yīng)與所接控制電路的額定電壓等級一致；4）額定電流應(yīng)大于或等于被控主回路的額定電流。電磁式繼電器（1）作用：繼電器是一種小信號控制電器。它利用電流、電壓、時(shí)間、速度、溫度等信號來接通和分?jǐn)嘈‰娏麟娐?，廣泛用于電動(dòng)機(jī)或線路的保護(hù)及各種生產(chǎn)機(jī)械的自動(dòng)控制。由于繼電器一般都不用來直接控制主電路，而是通過接觸器和其他開關(guān)設(shè)備對主電路進(jìn)行控制，因此繼電器載流容量小，不需滅弧裝置。繼電器有體積小、重量經(jīng)、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，但對其動(dòng)作的靈敏度要求較高。（2）分類：電壓繼電器、電流繼電器、中間繼電器、熱繼電器、時(shí)間繼電器和速度繼電器等，其中電壓繼電器、電流繼電器、中間繼電器均為電磁式。（3）結(jié)構(gòu)原理：與接觸器大致相同。但在結(jié)構(gòu)上體積較小，動(dòng)作靈敏，沒有龐大的滅弧裝置，且觸點(diǎn)的種類和數(shù)量也較多。如圖111所示。圖111電磁式繼電器原理及符號（4）電氣符號：1）電壓繼電器：電壓繼電器的線圈與被測電路并聯(lián)，以反應(yīng)電路的電壓變化。為不影響電路工作情況，其線圈匝數(shù)多、導(dǎo)線細(xì)、阻抗大。電壓繼電器又分為過電壓、欠電壓和零電壓繼電器三種。其電氣符號如圖1112所示。圖111 電壓繼電器符號2）電流繼電器：電流繼電器的線圈與被測電路串聯(lián)，以反應(yīng)電路電流的變化。為不影響電路工作情況，其線圈匝數(shù)少、導(dǎo)線粗、線圈阻抗小。電流繼電器又分為過電流繼電器和欠電流繼電器兩種。其電氣符號如圖112所示。圖112 電流繼電器符號3）中間繼電器：中間繼電器實(shí)質(zhì)上是電壓繼電器，但它的觸點(diǎn)對數(shù)多，觸頭容量較大，動(dòng)作靈敏。當(dāng)其他繼電器的觸頭對數(shù)或觸頭容量不夠時(shí)，可借助中間繼電器來擴(kuò)大它們的觸頭數(shù)和觸頭容量，起到中間轉(zhuǎn)換作用。其電氣符號如圖113所示。圖113中間繼電器符號時(shí)間繼電器時(shí)間繼電器有電磁式、空氣阻尼式、電動(dòng)式和晶體管式。目的是為電路提供必要的延時(shí)。其電氣符號如圖114所示。圖114時(shí)間繼電器符熱繼電器熱繼電器是利用電流的熱效應(yīng)原理工作的保護(hù)電器，在電路中用于電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)。應(yīng)用最廣泛的是雙金屬片的熱繼電器。它主要由熱元件、雙金屬片和觸頭三部分組成。熱繼電器的常閉觸頭串聯(lián)在被保護(hù)的二次回路中，它的熱元件由電阻值不高的電熱絲或電阻片繞成，串聯(lián)在電動(dòng)機(jī)或其他用電設(shè)備的主電路中?？拷鼰嵩碾p金屬片，是用兩種不同膨脹系數(shù)的金屬用機(jī)械輾壓而成，為熱繼電器的感測元件。如下圖115所示。固體繼電器新型固態(tài)繼電器是以電力電子器件構(gòu)成的電力電子開關(guān)，屬無觸點(diǎn)通斷組件，具有開關(guān)速度快、操作方便、無火花及拉弧現(xiàn)象等特點(diǎn)，適合在頻繁工作或潮濕、有腐蝕性氣體以及易燃?xì)怏w的環(huán)境中。而煤礦井下含有大量的瓦斯、煤塵等易燃易爆物質(zhì)，使用由全控型電力電子器件構(gòu)成的新型直流固態(tài)繼電器和以雙向晶閘管為核心的交流固態(tài)繼電器作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)用到煤電鉆綜合保護(hù)裝置中，代替原有的中間繼電器和交流接觸器，便能解決現(xiàn)有產(chǎn)品短路保護(hù)動(dòng)作時(shí)間長的問題。如圖116所示。圖115熱繼電器實(shí)物、原理及符號圖116固體繼電器實(shí)物及原理熔斷器熔斷器是一種簡單有效的保護(hù)電器。在使用時(shí)，熔斷器串接在所保護(hù)的電路中，作為電路及用電設(shè)備的短路和嚴(yán)重過載保護(hù)，主要用于短路保護(hù)。熔斷器主要由熔體（俗稱保險(xiǎn)絲）和安裝熔體的熔管（或熔座）兩部分組成。其電氣符號如圖117所示。圖117熔斷器實(shí)物及符號隔離開關(guān)如圖118所示。隔離換向開關(guān)用于煤礦井下隔爆型電磁啟動(dòng)器中，手動(dòng)操作，用于主電路的隔離和在無負(fù)載情況下改變電源的相序。在一般情況下保證隔離開關(guān)在無負(fù)載情況下進(jìn)行操作，接通、分?jǐn)唷⒏綦x電源和換相，在特殊情況下，隔離開關(guān)具有一定的分?jǐn)嗄芰ΑD118隔離開關(guān)實(shí)物圖圖118換向開關(guān)實(shí)物及符號思考練習(xí) 說明常用控制元件的作用并畫出其電氣符號？ 寫出自己工作中經(jīng)常接觸的控制元件型號。分課題二 識讀電氣原理圖一、電氣控制系統(tǒng)圖種類電氣控制系統(tǒng)圖分為電氣原理圖、電器布置圖和電氣安裝接線圖三種。由于它們的用途不同，繪制原則也有差別。根據(jù)學(xué)習(xí)的實(shí)際需要，這里重點(diǎn)介紹電氣原理圖。電氣原理圖電氣原理圖目的是便于閱讀和分析控制線路，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)簡單、層次分明清晰的原則，采用電器元件展開形式繪制。它包括所有電器元件的導(dǎo)電部件和接線端子，但并不按照電器元件的實(shí)際布置位置來繪制，也不反映電器元件的實(shí)際大小。電氣原理圖的繪制原則如下：（1）電氣原理圖一般分主電路和輔助電路（控制電路）兩部分。（2）主電路是電氣控制線路中大電流通過的部分，包括從電源到電機(jī)之間相連的電器元件；一般由組合開關(guān)、主熔斷器、接觸器主觸點(diǎn)、熱繼電器的熱元件和電動(dòng)機(jī)等組成。（3）輔助電路是控制線路中除主電路以外的電路，其流過的電流比較小。輔助電路包括控制電路、照明電路、信號電路和保護(hù)電路。其中控制電路是由按鈕、接觸器和繼電器的線圈及輔助觸點(diǎn)、熱繼電器觸點(diǎn)、保護(hù)電器觸點(diǎn)等組成。（4）電氣原理圖中所有電器元件都應(yīng)采用國家標(biāo)準(zhǔn)中統(tǒng)一規(guī)定的圖形符號和文字符號表示。（5）電氣原理圖中電器元件的布局，應(yīng)根據(jù)便于閱讀原則安排。主電路安排在圖面左側(cè)或上方，輔助電路安排在圖面右側(cè)或下方。無論主電路還是輔助電路，均按功能布置，盡可能按動(dòng)作順序從上到下，從左到右排列。（6）電氣原理圖中，當(dāng)同一電器元件的不同部件（如線圈、觸點(diǎn)）分散在不同位置時(shí)，為了表示是同一元件，要在電器元件的不同部件處標(biāo)注統(tǒng)一的文字符號。對于同類器件，要在其文字符號后加數(shù)字序號來區(qū)別。如兩個(gè)接觸器，可用1KM、2KM文字符號區(qū)別。（7）電氣原理圖中，所有電器的可動(dòng)部分均按沒有通電或沒有外力作用時(shí)的狀態(tài)畫出。對于繼電器、接觸器的觸點(diǎn)，按其線圈不通電時(shí)的狀態(tài)畫出，控制器按手柄處于零位時(shí)的狀態(tài)畫出；對于按鈕、行程開關(guān)等觸點(diǎn)按未受外力作用時(shí)的狀態(tài)畫出。（8）電氣原理圖中，應(yīng)盡量減少線條和避免線條交叉。各導(dǎo)線之間有電聯(lián)系時(shí)，在導(dǎo)線交點(diǎn)處畫實(shí)心圓點(diǎn)。根據(jù)圖面布置需要，可以將圖形符號旋轉(zhuǎn)繪制，一般逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)90o，但文字符號不可倒置。 圖119接觸器正轉(zhuǎn)自鎖控制電路圖二、接觸器正轉(zhuǎn)自鎖控制電路原理圖讀圖原理圖 如圖119所示。接線圖 如圖120所示。圖120接觸器正轉(zhuǎn)自鎖控制接線圖控制原理分析(1)合上電源開關(guān)QS，接通電源；(2)啟動(dòng)控制： 按下啟動(dòng)按鈕SB2接觸器KM電磁線圈得電吸合KM主觸點(diǎn)閉合 電動(dòng)機(jī)M得電啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)KM輔助動(dòng)合觸點(diǎn)閉合實(shí)現(xiàn)自鎖控制(3)停止控制：按下停止按鈕SB1 接觸器KM電磁線圈斷電釋放KM主觸點(diǎn)斷開 電動(dòng)機(jī)M斷電停止KM輔助動(dòng)合觸點(diǎn)斷開解除自鎖控制（4）過載保護(hù)：地面上的設(shè)備可用熱繼電器作為過載保護(hù)，這樣簡單經(jīng)濟(jì)。當(dāng)用熱繼電器時(shí)，熱繼電器的熱元件串接到主電路中，其執(zhí)行觸頭串接到接觸器吸合線圈回路中。熱繼電器保護(hù)原理是：當(dāng)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)過載并達(dá)到一定程度時(shí) 熱繼電器FR動(dòng)作FR動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開接觸器KM電磁線圈斷電釋放 KM主觸點(diǎn)斷開電動(dòng)機(jī)M斷電停止。電動(dòng)機(jī)斷電之后，熱繼電器熱元件溫度降低，經(jīng)過一定時(shí)間，熱繼電器自動(dòng)復(fù)位。井下電氣開關(guān)現(xiàn)在都不用熱繼電器，而是用綜合保護(hù)器進(jìn)行多種保護(hù)。綜合保護(hù)中過載保護(hù)原理是：電流互感器取出電流送入綜保中取樣值與標(biāo)準(zhǔn)整定值比較過載時(shí)，反時(shí)限延時(shí)延時(shí)時(shí)間到，門電路打開綜保執(zhí)行繼電器動(dòng)作中間繼電器傳遞接觸器釋放主電路被切斷。（5）失壓保護(hù) 電路如在工作中突然停電而又恢復(fù)供電，由于接觸器KM斷電時(shí)自鎖觸點(diǎn)已斷開，這就保證了在未再次按下啟動(dòng)按鈕SB2時(shí)接觸器KM不動(dòng)作，因此不會(huì)因電動(dòng)機(jī)自行啟動(dòng)而造成設(shè)備和人身事故。這種在突然停電時(shí)能夠自動(dòng)切斷電動(dòng)機(jī)電源的保護(hù)功能稱為失壓(或零壓)保護(hù)，由接觸器KM自身來實(shí)現(xiàn)。（6）欠壓保護(hù) 電路如果電源電壓過低(如降至額定電壓的85％以下)，則接觸器線圈產(chǎn)生的電磁吸力不足，接觸器會(huì)在復(fù)位彈簧的作用下釋放，從而切斷電動(dòng)機(jī)電源，防止電動(dòng)機(jī)在電壓不足的情況下運(yùn)行，這種保護(hù)功能稱為欠壓保護(hù)，同樣由接觸器KM實(shí)現(xiàn)。三、電氣控制的基本原則弱電控制強(qiáng)電，低電控制高電。強(qiáng)電來自外部電源，弱電一般來自設(shè)備內(nèi)部變壓器。弱控制強(qiáng)，小控制大，低控制高，這是電氣控制的第一條原則?；芈窙Q定通、斷。不管是主回路還是控制回路，不論是保護(hù)回路還是信號回路，只要能順利轉(zhuǎn)一圈，則表示電路接通，否則電路中斷。觸點(diǎn)相互串聯(lián)，電路相互制約。電氣回路一般不是單一的，一個(gè)回路的常開、常閉觸點(diǎn)往往串聯(lián)在另一個(gè)回路中，起到相互制約、閉鎖的作用，達(dá)到程序化控制的目的。只許一處啟動(dòng)，允許多處停止。如果能金牌啟動(dòng)，一個(gè)人在檢修設(shè)備時(shí)很不安全，而多處能夠停止，也是從安全的角度考慮當(dāng)發(fā)生緊急情況時(shí)，能隨時(shí)停機(jī)，如開關(guān)，在加接遠(yuǎn)方控制按鈕后，近控啟動(dòng)按鈕功能必須解除。機(jī)械、電氣互為閉鎖