教材机床电气第一章.docx

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教材机床电气第一章

项目1低压电器的检修

电器是一种能根据外界的信号（机械力、电动力和其它物理量），自动或手动接通和断开电路，从而断续或连续地改变电路参数或状态，实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测和调节用的电气元件或设备。

低压电器：

常指用于交流额定电压50Hz、1200v、直流额定电压1500v及以下的电路中的电器产品，否则为高压电器。

任务1.1开关电器的选用与检修

知识要点

1.教学目标：

了解开关电器分类；理解刀开关、转换开关、低压断路器的工作原理、作用；识记刀开关、转换开关、低压断路器的图形符号和文字符号；掌握开关电器参数的整定和维修。

2.教学重难点：

刀开关、转换开关、低压断路器的图形符号和文字符号；开关电器参数的整定和维修。

技能目标

1.能正确选用和使用开关电器；

2.能根据实际工作要求会整定开关电器；

3.会检修与维护开关电器。

1.1.1低压电器的概述

1.1.1.1低压电器的分类

1．按电器的动作性质分

（1）手动电器:

主要依靠外力直接操作来进行切换的电器。

如刀开关、按钮、行程开关等。

（2）自动电器：

依靠外来信号的作用，自动完成接通或分断电路，如继电器、接触器等。

2．按电器的性能和用途分

（1）控制电器：

主要用于低压配电系统中，如接触器、主令电器等。

（2）保护电器：

主要用于过载、短路、过电流、欠电流等保护，如熔断器、热继电器等。

3．按有无触点分

（1）有触点电器：

可按照生产过程的要求控制它们接通或断开电路，达到自动控制和自动保护的目的。

这一类带触点开关电器的优点是动作可靠机械强度好、开关特性稳定，但是，它们也存在一系列缺点：

如动作速度慢、消耗功率多、灵敏度较低、体积较大和机械部分容易磨损等。

常用有触点电器有刀开关、接触器、继电器、按扭等。

（2）无触点电器：

有许多突出的优点：

动作速度快、消耗功率少、灵敏度高、体积小、重量轻、无机械磨损。

常用无触点电器有：

晶体管、接近开关、固态继电器等。

4．按工作原理分

（1）电磁式电器：

根据电磁原理来动作的电器。

如接触器等。

（2）非电量控制电器；依靠外力或速度、压力、温度等的变化而动作的电器。

如压力继电器、按扭等。

5．根据控制对象分

（1）配电电器：

主要用于低压配电系统和动力回路。

常用的有：

刀开关、转换开关、熔断器、自动开关、接触器等。

（2）控制电器：

主要用于在电力线路中起控制、保护或调节作用。

常用的有：

接触器、继电器等。

1.1.1.2低压电器的电磁系统

1．结构特点

（1）感受部分：

它感受外界的信号，并作出有规律的反应。

（2）执行部分：

它根据指令进行电路的接通或切断。

2．组成及工作原理：

（1）组成：

铁芯、衔铁、线圈、短路环。

如图1-1所示。

图1-1电磁系统组成部分

铁芯：

交流铁芯是硅钢片叠加，直流铁芯是整块铸铁或铸钢。

衔铁：

有直动式和转动式。

线圈：

有电压线圈，并联在电路中，匝数多、导线细；电流线圈，串联在电路中，匝数少、导线粗；交流线圈，短而粗，有骨架；直流线圈，细而长，无骨架。

短路环：

减小衔铁吸合时产生的振动和噪音。

（2）工作原理

线圈通入电流，产生磁场，经铁芯、衔铁和气隙形成回路，产生电磁力，将衔铁吸向铁芯。

1.1.1.3低压电器的触电系统

1．含义：

通过触头的开合控制电路通、断。

一般采用铜材料制成；对于小容量电器常用银质材料制成。

2．分类

（1）按接触形式分类

点接触：

用于电流较小的场合使用；

线接触:

介于点接触和面接触之间；

面接触:

用于电流较大的场合使用。

（2）按电流大小分类

主触头：

用于通断电流较大的主电路。

辅助触头：

用于通断电流较小的控制电路。

1.1.1.4低压电器的灭弧系统

1．电弧：

开关电器切断电流电路时，触头间电压大于10V，电流超过80mA时，触头间会产生蓝色的光柱，即电弧。

2．作用：

用来迅速熄灭主触点在分断电路时所产生的电弧，保护触点不受电弧灼伤，并使分断时间缩短。

3.电弧的危害

（1）延长了切断故障的时间;

（2）高温引起电弧附近电气绝缘材料烧坏；

（3）电弧对人体的伤害;

（4）形成飞弧造成电源短路事故;

（5）油开关内部温度、压力剧增引起爆炸。

4．灭弧措施：

电动力灭弧、磁吹式灭弧、窄缝灭弧、栅片灭弧、利用介质灭弧、改善触头表面材料。

1.1.2开关电器

分类：

主要有刀开关，组合开关，低压断路器。

1.1.2.1刀开关

1．作用：

是最简单的手动配电电器，电源引入开关，不频繁通断电路。

广泛应用于照明电路、小容量（5.5KW及以下）的动力电路且不频繁启动的控制电路中。

2．分类

（1）按灭弧装置分：

带灭弧装置和不带灭弧装置；

（2）按刀的转换方向分为：

单掷和双掷；

（3）按刀的级数分:

单极、双极和三极；

（4）按接线方式分为：

板前接线和板后接线；

（5）按有无熔断器分：

带熔断器和不带熔断器；

（6）按操作方式分为：

手柄操作和远距离联杆操作。

1.1.2.1.1开启式刀开关

1．不带熔断器式刀开关

（1）作用：

不频繁地手动接通、断开电路和隔离电源用。

图1-2不带熔断器式刀开关

（2）文字符号：

QS

图1-3不带熔断器式刀开关的图形符号

2．带熔断器式刀开关

（1）作用：

用作电源开关、隔离开关和应急开关，并作短路保护作用。

图1-4带熔断器式刀开关

（2）文字符号：

QS

图1-5熔断器式刀开关的图形符号

（3）组成：

刀座、刀片、熔丝、瓷底座、上下胶木盖。

图1-6带熔断器式刀开关的组成部分

（4）安装注意事项

安装时电源线应接在刀座上方，负载线应接在刀片下面熔丝的另一端。

通常是垂直安装，刀片向下为断开。

常用的胶盖开关有HK1、HK2型，额定电流为15、30、60A。

1.1.2.1.2铁壳开关

1．作用：

铁壳开关又称为封闭式负荷开关。

一般应用于不频繁地接通和分断负荷电路，也可以用作15KW以下的电动机的不频繁启动的控制开关。

2．组成

图1-7铁壳开关组成部分

3．封闭式负荷开关型号及含义为

4．使用铁壳开关应注意下列事项：

对于电热和照明电路，铁壳开关可以根据额定电流选择；对于电动机，开关额定电流可选电动机额定电流的1.5倍；外壳应可靠接地,以防止意外漏电造成触电事故。

1.1.2.2转换开关（组合开关）

1．结构：

静触头一端固定在胶木盒内，另一端伸出盒外，与电源或负载相连。

动触片套在绝缘方杆上，绝缘方轴每次作90°正或反方向的转动，带动静触头通。

2．用途：

电源的引入开关；通断小电流电路;控制５ＫＷ以下电动机的直接启动、停止、反转和调速的控制开关。

3．分类：

有单级、双极和三级之分。

图1-8转换开关结构图

图1-9转换开关实物图

4．文字符号SA

图1-10转换开关图形符号

1.1.2.3低压断路器

1．定义：

低压断路器又称为自动空气开关或自动空气断路器。

是一种可以自动切断电路故障的组合型保护电器，既有手动开关作用又能自动进行欠压、失压、过载和短路保护的电器。

主要用于低压动力线路中，用于分断和接通负荷电路。

2．结构：

触头系统、灭弧装置、脱扣机构、传动机构。

主要有框架式（万能式）和塑壳式（装置式）。

3．文字符号QF

图1-11低压断路器图形符号

4．结构原理图

图1-12塑壳式低压断路器原理图

1-主触头；2-自由脱扣器；3过电流脱扣器；4-分励脱扣器；5-热脱扣器；6-失压脱扣器；7-按钮

5．低压断路器的主要技术参数

（1）额定电压

（2）额定电流

（3）极数

（4）脱扣器型

（5）整定电流范围

（6）分断能力

（7）动作时间

图1-13各种类型低压断路器的实物图

6.低压断路器的选用原则

（1）根据线路对保护的要求确定自动开关的类型和保护形式；

（2）低压断路器的额定电压应等于或大于被保护线路的额定电压；

（3）低压断路器欠压脱扣器额定电压应等于被保护线路的额定电压；

（4）低压断路器的额定电流及过流脱扣器的额定电流应大于或等于被保护线路的计算电流；

（5）低压断路器的极限分断能力应大于线路的最大短路电流的有效值；

（6）配电线路中的上、下级自动开关的保护特性应协调配合，下级的保护特性应位于上级保护特性的下方且不相交；

（7）低压断路器的长延时脱扣电流应小于导线允许的持续电流。

任务1.2熔断器的选用与检修

知识要点

1.教学目标：

了解熔断器的分类；理解熔断器的组成、作用；识记熔断器的图形符号和文字符号；掌握熔断器参数的整定和维修。

2.教学重难点：

熔断器的图形符号和文字符号；熔断器参数的整定和维修。

技能目标

1.能正确选用和使用熔断器；

2.能根据实际工作要求会整定熔断器；

3.会检修与维护熔断器。

1.2.1熔断器的概述

1．作用：

电路的短路和严重过载保护，串接于被保护电路的首端。

是一种广泛应用的最有效最简单的保护电器。

2．组成：

熔座、熔体。

熔体是熔断器的主要部分，它既是感测元件又是执行元件。

它使用不同金属材料（如铅锡合金、银、铜）制成的丝状、片状、笼状或带状器件。

3．分类：

快速熔断器，瓷插式，螺旋式，有填料式，无填料密封式，快速熔断器。

图1-14各种类型熔断器的实物图

4.文字符号FU

图1-15熔断器图形符号

1.2.2熔断器的选择

1.2.2.1熔断器选择原则

1.按照线路要求和安装条件选择熔断器的型号。

容量小的电路选择半封闭式或无填料封闭式；短路电流大的选择有填料封闭式；半导体元件保护选择快速熔断器。

2.按照线路电压选择熔断器的额定电压。

3.根据负载特性选择熔断器的额定电流。

4.选择各级熔体需相互配合，后一级要比前一级小，总闸和各分支线路上电流不一样，选择熔丝也不一样。

5.熔体不能选择太小，如选择过小，易出现一相保险丝熔断后，造成电机单相运转而烧坏。

1.2.2.2熔断器熔体电流的计算方法

1.用于电炉、照明等电阻性负载的短路保护，熔体的额定电流等于或稍大于电路的工作电流。

2.保护一台电动机时，熔体的额定电流按下式计算：

IRTR≥（1.5～2.5）IRT

式中：

IRTR---熔体额定电流；IRT---电动机额定电流

3.保护多台异步电动机时，若各台电动机不同时起动，则应按下式计算：

IRTR≥（1.5～2.5）IRmax+∑IRT

式中IRmax：

容量最大的一台电动机的额定电流；∑IRT：

其余电动机额定电流之和。

1.2.2.3熔断器使用维护注意事项

1.熔断器的插座和插片的接触应保持良好。

2.熔体烧断后，应首先查明原因，排除故障。

更换熔体时，应使新熔体的规格与换下来的一致。

3.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。

这样可保证保证操作者人身安全。

任务1.3接触器的选用与检修

知识要点

1.教学目标：

了解接触器的分类；理解接触器的组成、作用；识记接触器的图形符号和文字符号。

2.教学重难点：

交流接触器和直流接触器的图形符号和文字符号；交流接触器和直流接触器的接触器工作原理。

技能目标

1.能正确选用和使用接触器；

2.会检修与维护接触器。

1.3.1接触器概述

1．含义：

接触器用以接通和分断负载。

它与热过载继电器组合，保护运行中的电气设备。

它与继电控制回路组合，远控或联锁相关电气设备。

用来频繁接通和断开电动机或其他负载主电路。

是机床电动机主电路中最重要的控制电器。

2．分类：

直流接触器，交流接触器。

3．文字符号KM

图1-16接触器图形符号

4．接触器的符号及型号含义

图1-17接触器型号含义

例如，CJl2—250／3为CJl2系列交流接触器，额定电流250A，三个主触点。

1.3.2交流接触器

1.3.2.1组成

1．触头系统

分类：

主触头、辅助触头；常开触头（动合触头）、常闭触头（动断触头）

（1）主触点：

通断较大电流的主电路。

按主触点的容量大小有桥式触点和指形触点；

直流接触器、电流20A以上的交流接触器均装有灭弧罩（或带有栅片或磁吹的灭弧装置）。

注意：

不能将交直流接触器的主触点互换使用，否则使灭弧发生困难。

（2）辅助触点：

通断较小电流的控制电路。

特点：

桥式触点、触点的容量较小。

辅助触点可分为：

常开触点、常闭触点；辅助触点的作用：

控制电路中起联锁、逻辑运算；辅助触点没有灭弧装置，一般不能用来分断主电路。

2.电磁系统

组成：

动、静铁芯，吸引线圈、反作用弹、铁芯和衔铁组成。

3．灭弧系统：

灭弧罩及灭弧栅片灭弧。

图1-18交流接触器组成

1.3.2.2工作原理

图1-19交流接触器工作原理图

当接触器的励磁线圈通电后，在衔铁气隙处产生电磁吸力，使衔铁吸合。

由于主触点支持件与衔铁固定在一起，衔铁吸合带动主触点也闭合，接通主电路。

与此同时，衔铁还带动辅助触电动作，使动合触点闭合，动断触点断开。

当线圈断电或电压显著降低时，电磁吸力消失或变小，衔铁在复位弹簧的作用下释放，使主、辅触电恢复到原来的状态，切断电路。

常用的交流接触器产品，国内有NC3（CJ46）、CJ12、CJ10X、CJ20、CJX1、CJX2等系列。

图1-20交流接触器结构原理图

1.3.2.3交流接触器常见故障

1．触头过热

2.触头磨损

3.线圈失电后触头不能复位

4.铁心噪声大

5．线圈过热或烧毁

1.3.3直流接触器

1.用途：

远距离通断直流电路或控制直流电动机的频繁起停。

2.结构：

电磁机构、触头系统和灭弧装置。

3.直流接触器与交流接触器的工作原理相同。

结构也基本相同，不同之处是，铁心线圈通以直流电，不会产生涡流和磁滞损耗，所以不发热。

为方便加工，铁心由整块软钢制成。

为使线圈散热良好，通常将线圈绕制成长而薄的圆筒型，与铁心直接接触，易于散热。

常用的直流接触器有：

CZ0、CZ18等系列。

1.3.4接触器的主要技术参数

1．额定电压：

接触器铭牌额定电压是指主触点上的额定电压。

通常用的电压等级为：

　　　　直流接触器：

220V、440V、660V；

　　　　交流接触器：

220V、380V、500V。

2．额定电流：

接触器铭牌额定电流指主触点的额定电流。

常用的电流等级为：

　　　直流接触器：

25A、40A、60A、100A、l50A、250A、400A、600A；

　　　交流接触器：

5A、10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A、600A。

3.线圈的额定电压：

接触器线圈正常工作的电压

常用的等级为：

直流线圈；24V、48V、220V、440V；

　　　交流线圈：

36V、127V、220V、380V。

4．额定操作频率：

额定操作频率是指每小时接通次数。

说明：

交流接触器最高为600次／h；直流接触器可高达1200次／h。

5.主触点和辅助触点数目。

1.3.5接触器的选用

1．控制交流负载应选用交流接触器，控制直流负载则选用直流接触器。

2．接触器的使用类别应与负载性质相一致。

3．主触点额定电压应大于或等于负载回路的额定电压。

4．主触点的额定电流应大于或等于负载的额定电流。

5.吸引线圈电流种类和额定电压应与控制回路电压相一致，接触器在线圈额定电压85%及以上时应能可靠吸合。

6．接触器的主触点和辅助触点的数量应满足控制系统的要求。

1.3.6接触器的维护、常见故障及处理

1．应定期检查接触器的各部件，要求可动部分不卡住，紧固无松脱，零部件如损坏应及时检修。

2．触头表面应经常保持清洁。

3.触头表面因电弧作用而形成金属小球时及时铲除。

4.触头严重磨损后，超程应及时调整，当厚度只剩下1／3时，应及时调换触头。

5.银合金触头表面团电弧而生成黑色氧化膜时，不会造成接触不良现象，因此不必锉修，则将会大大缩短触头寿命。

6.原本有灭弧罩的接触器的一要带灭弧罩使用，以免发生短路事故。

任务1.4继电器的选用与检修

知识要点

1.教学目标：

了解继电器的含义和作用；理解各类继电器的工作原理；识记各类继电器的图形符号和文字符号。

2.教学重难点：

各类继电器的图形符号和文字符号；各类继电器工作原理。

技能目标

1.能正确选用和使用继电器；

2.会检修与维护继电器。

1.4.1接触器概述

1.含义：

继电器是一种利用电流、电压、时间、温度等信号的变化来接通或断开所控制的电路，以实现自动控制或完成保护任务的自动电器。

作用：

控制、放大、联锁、保护和调节。

2.分类：

（1）按用途分：

控制和保护继电器；

（2）按动作原理分：

电磁式、感应式、电动式、电子式、机械式；

（3）按输入量分：

电流、电压、时间、速度、压力；

（4）按动作时间分：

瞬时、延时继电器。

3.特点

额定电流不大于5A。

4．主要技术指标

动作电流Ｉq：

使电流继电器开始动作所需的电流值；

返回电流Ｉf：

电流继电器动作后返回原状态时的电流值；

返回系数Ｋf：

返回值与动作值之比，Ｋf＝Ｉf/Ｉq。

1.4.2电流继电器

1.含义：

根据输入电流大小而动作的继电器。

2.特点：

线圈串接于电路中，导线粗、匝数少、阻抗小。

3.分类

（1）过电流继电器：

当电路发生短路及过流时立即切断电路;

（2）欠电流继电器：

当电路电流过低时立即切断电路。

4.文字符号：

KI

图1-21过流电流继电器、欠流电流继电器

图1-21过流继电器、欠流继电器图形符号

1.4.3电压继电器

1.含义：

根据输入电压大小而动作的继电器。

2.特点：

线圈并联在电路中，匝数多，导线细。

阻抗大。

3.分类

（1）过电压继电器：

起过电压保护作用；

（2）欠电压继电器：

起欠电压保护作用；

（2）零电压继电器：

起零电压保护作用。

4.文字符号：

KV

图1-22过压继电器、欠压继电器图形符号

图1-23电压继电器实物图

1.4.4中间继电器

1.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。

其输入的是线圈的通电或断电信号，输出的是多对触头的通断动作。

中间继电器和接触器的结构和工作原理大致相同。

2.主要区别：

接触器有主触点和辅助触点，主触点可以通过大电流；继电器没有主触点，体积和触点容量小，触点数目多，且只能通过小电流。

所以，继电器一般用于机床的控制线路路中，而接触器即可以在主电路也可以在控制线路中。

3.文字符号：

KA

图1-24中间继电器图形符号

1.4.5时间继电器

1．含义：

继电器输入信号输入后，经一定的延时，才有输出信号的继电器称为时间继电器，适用于定时控制。

2．分类

（1）按构成原理分：

电磁式、电动式、空气阻尼式、晶体管式、数字式；

（2）按延时方式分：

通电延时型、断电延时型。

图1-24时间继电器实物图

4．文字符号KT

图1-25时间继电器图形符号

a一般线圈符号;b通电延时线圈;c断电延时线圈;d延时闭合的动断触点;e延时断开的动断触点;f延时断开的动合触点;g延时闭合的动断触点;h瞬时动合触点;i瞬时动断触点

图1-25时间继电器组成原理图

1线圈;2铁芯;3衔铁;4反力弹簧;5推板;6活塞杆;7杠杆;8塔形弹簧;9弱弹簧;10橡皮膜;

11空气室壁;12活塞；13调节螺杆;14进气孔;15、16微动开关

1.4.6热继电器

1．含义及作用：

热继电器是一种利用电流的热效应来切断电路的保护电器。

专门用来对连续运转的电动机进行过载及断相保护，以防电动机过热而烧毁。

2．分类：

两相、三相热继电器

3．结构：

由发热元件、双金属片和触头及动作机构等部分组成。

4．热继电器工作原理：

发热元件接入电机主电路，若长时间过载，双金属片被加热。

因双金属片的下层膨胀系数大，使其弯曲，推动导板运动，常闭触点断开。

图1-26热继电器实物图

图1-27热继电器工作原理图

5．文字符号FR

图1-28热继电器图形符号（热元件、动断触点）

6．热继电器的使用与选择：

选择：

ＩeR≥Ｉed

ＩeR：

热继电器热元件的额定电流；

Ｉed：

电动机的额定电流。

当电动机的启动时间较长、拖动冲击性负载或不允许停车时，热元件整定电流调节到电动机额定电流的0.95-1.05倍。

7．热继电器的主要参数

（1）热继电器额定电流：

指可以安装的热元件的最大整定电流

（2）相数

（3）热元件额定电流：

指热元件的最大整定电流。

（4）整定电流：

指长期通过热元件而不引起热继电器动作的最大电流。

按电动机额定电流整定。

（5）调节范围：

是指手动调节整定电流的范围。

8．热继电器的常见故障

（1）热元件烧断。

当热继电器负荷侧出现短路或电流过大时，会使热元件烧断。

这时应先切断电源检查电路，排除电路故障，重新选用合适的热继电器。

更换后应重新调整整定电流值。

（2）热继电器误动作。

（3）热继电器不动作。

整定值调整过大，动作机构卡死，推杆脱出等原因均会导致出现过载而热继电器不动作。

这时应重新按要求调整定电流值，对热继电器进行维修，并试验动作是否灵活。

1.4.6速度继电器

1．作用：

根据速度的大小通断电路

2．结构：

定子、转子和触头。

转子：

圆柱形永久磁铁，与电动机同轴连接；定子：

由硅钢片迭成笼型空心圆环套在转子上，装有鼠笼型短路绕组。

3．原理：

与异步电动机类似，速度继电器的轴由电动机带动，其外环转动到一定速度时，撞击动触点，使常开触点闭合，常闭触点打开。

4．参数：

动作转速：

>120rpm；复位转速：

<100rpm

5．文字符号KS

图1-29速度继电器图形符号（动合触点、动断触点）

1.4.7固态继电器

固态继电器是由微电子电路，分立电子器件，电力电子功率器件组成的无触点开关。

用隔离器件实现了控制端与负载端的隔离。

固态继电器的输入端用微小的控制信号，达到直接驱动大电流负载。

固态继电器有三部分组成:

输入电路，隔离（耦合）和输出电路。

任务1.5主令电器的选用与检修

知识要点

1.教学目标：

了解主令电器分类；理解按钮、接近开关、接近开关的工作原理、作用；识记刀按钮、接近开关、接近开关的图形符号和文字符号；掌握按钮、接近开关、接近开关参数的整定和维修。

2.教学重难点：

按钮、接近开关、接近开关的图形符号和文字符号；按钮、接近开关、接近开关的整定和维修。

技能目标

1.能正确选用和使用主令电器；

2.能根据实际工作要求会整定主令电器；

3.会检修与维护主令电器。

主令电器是用来发布命令、改变控制系统工作状态的电器。

主要有控制按钮、行程开关、接近开关开关等。

1.5.1按钮

1.含义：

常用于接通和断开控制电路，发布命令、机械联锁。

2.结构：

按钮帽、复位弹簧、动触点、静触点

图1-30按钮组成原理图

1按钮帽;2复位弹簧;3动触点;4静触点

图1-31按钮实物图

3.工作原理

动触点下移，先断开常闭触点，后接通常开触点；动触点上移，先断开常开触点，后接通常闭触点。

4．按钮字符号SB

图1-32按钮图形符号（动合、动断、复合按钮）

5．按钮颜色的规定

红色表示停止和急停；绿色表示起动；黑色表示点动；蓝色表示复位；另外还有黄、白等颜色，供不同场合使用。

1.5.2行程