第6章 低压电器与动力源

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机电一体化系统设计华北电力大学 2015年12月8日

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第6章 低压电器与动力源本章教学目标及要求： 6.1 低压电器的选择 6.2 低压电器的选择6.2.1 按钮、刀开关等元件的选择 6.2.2 熔断器的计算与选择 6.2.3 交流接触器的选择 6.2.4 继电器的选择

6.3 开关电源及电源柜6.3.1开关电源简介 6.3.2 电源柜简介

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第6章 低压电器与动力源 机电产品都离不开执行元件为其提供能量和动力，以克服各种载

荷，使系统正常运行，去完成能量转换、信息处理、物料搬运、 加工等主要功能。 根据使用能量的不同，可以将执行元件分为电气式、液压式和气 压式等几种类型。 电气式执行元件：将电能变成电磁力，并用该电磁力驱动执行机 构运动的； 液压式执行元件：先将电能变换为液压能，并用电磁阀改变压力 油的流向，从而使液压执行元件驱动执行机构运动的。 动力源，包括电能、气能、液能等。电能是机电一体化产品的基 本动力源，相关的电路和电器是一个非常重要的内容。

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6.1 低压电器的选择 控制电器：指用于各种控制电路和控制系统的电器，例如接

触器、继电器、电动机起动器等。按其工作电压的高低，以 交流1200V、直流1500V为界，可划分为高压控制电器和低 压控制电器两大类。 常用的低压控制电器：刀开关、熔断器、空气开关、按钮、 接触器、热继电器、中间继电器、时间继电器、速度继电器 等，这些电器在电路中起通断、保护、控制或调节作用，是 成套电气设备的基本组成元件。 大多数机电一体化产品都采用低压供电，因此，电器元件的 选用将直接影响到动力源的可靠性。

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6.1.1 按钮、刀开关等元件的选择1.按钮 按钮通常用做短时接通或断开小电流控制电路的开关。 按钮结构形式：旋钮式——用手钮转进行操作；指示灯式— —按钮内装有信号灯来显示信号；紧急式——装有磨菇形钮 帽，以表示紧急操作。 按钮的额定电压：交流是500V,直流是400V,额定电流是 5~15A。机床经常选用LA2、LA1O、LA19、LA20系列等。 按钮的选择：主要依据所需触点数、使用场合和颜色。停止 按钮一般选用红色。

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6.1.1 按钮、刀开关等元件的选择2.刀开关 刀开关又称闸刀，主要作用是接通和切断长期工作设备的电 源，也用于不经常起制动的容量小于7.5kW的异步电动机。 用于起动异步电动机时，其额定电流不应小于电动机额定电 流的3倍。 一般刀开关的额定电压不超过500V。额定电流有60A、 100A、200A、…、1500A等多种等级。有些刀开关附有熔 断器。 刀开关的选择：主要依据电源种类、电压等级、电动机容量、

所需极数及使用场合等。

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6.1.1 按钮、刀开关等元件的选择3.组合开关 组合开关主要用做电源引入开关，所以也称电源隔离开关， 也可以用于起停5kW以下的异步电动机，但每小时的接通次 数不宜超过15~20次，开关的额定电流一般取电动机额定 电流的1.5~2.5倍。 常用的组合开关为HZ-10系列，额定电流分为10A、25A、 60A、100A 4种，适用于380V以下交流、220V以下直流的 电气设备中。 组合开关的选择：主要依据电源种类、电压等级、所需触点 数和电动机容量等。

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6.1.1 按钮、刀开关等元件的选择4.行程开关 行程开关主要用于限位触断或触通，所以亦称限位开关。 行程开关种类很多，机床常用有LX2、LX19、JLXK1、LXW-11、

JLXW-11等型号。LX19及JLXK1型行程开关都备有常开、常闭 触点各一对，并有自动复位和不能自动复位两种类型。LXW-11 及JLXW-11型是微动开关，体积小、动作灵敏，在机床中使用 较多。JW2型组合行程开关，最多可具有常开、常闭触点各5对， 在组合机床中也常被采用。普通行程开关的允许操作频率为每 小时约1200~2400次，机电寿命约为1×106~2×106次。 行程开关主要依据机械位置对开关的要求及触点数目的要求

来确定其型号。

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6.1.1 按钮、刀开关等元件的选择5.自动开关 自动开关又称自动空气断路器。自动开关既能接通或分断正常

工作电流，也能自动分断过载或短路电流，分断能力大，有欠 压和过载短路保护作用，因此在机械设备上的使用越来越广泛。 电气控制系统中常用的自动开关：有DZ10系列、DZ5-10系列、 DZ5-50系列等，适用于交流50Hz或60Hz,电压550V以下，直 流电压220V以下的电路中，作不频繁地接通和分断电路之用。 自动开关的选择应考虑其主要参数：额定电压、额定电流和允 许切断的极限电流。其允许切断的极限电流应略大于电路的短 路电流。

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6.1.2 熔断器的计算与选择 熔断器的型号：RL1表示螺旋式熔断器，RC1表示插入式熔

断器，RTO表示有填料封闭管式熔断器等。机床电器中常用 的是RL1及RC1系列。 熔断器的选择：主要是选择其种类、熔断器额定电流等级及 熔体的额定电流。熔体额定电流的选择是选择熔断器的关键， 它取决于负载与性质和额定电流的大小。 对于照明线路等设有冲击电流的负载。应使熔体的额定电流 IF等于或稍大于电路的工作电流I。

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6.1.2 熔断器的计算与选择对于一台异步电动机，熔断体可按下式选择：

IF ( 1.5 ~ 2.5 )I N式中： I N ——电动机的额定电流。

(6-2)

I F ≥ Im / 2.5 I m ——可能出现的最大电流； I F ——熔断体额定电流。

(6-3)

如果几

台电动机不同时起动，则 I m 为容量最大，是一台电动机的起动电流，再加上其 他各台电动机的额定电流。

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6.1.2 熔断器的计算与选择

例如， 两台电动机不同时起动， 一台电动机额定电流为 14.6A, 另一台额定电流为 4.64A, 起动电流都为额定电流的 7 倍，则应选熔断体的电流为

14.6 7 4.64 42.7(A) IF ≥ 2.5可选用 RLI-60 型熔断器，配用 50A 的熔断体。

(6-4)

另外，RS3 系列熔断器的为发热时间常数很小，熔断时间短，动作快，是无热惯性的 快速熔断器，主要作可控硅元件的短路保护之用。

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6.1.3 交流接触器的选择 根据控制电流性质不同，分为交流接触器和直流接触器两种。

机床中应用最多的是交流接触器，如CJ1O、CJ20系列。 交流接触器CJ10-20,其中CJ表示交流接触器，10表示设计 序号，20表示主触点额定电流为20A。 接触器的主要技术数据： (1)电源种类,即交流或直流； (2)主触点额定电压、额定电流； (3)辅助触点的种类、数量及触点的额定电流； (4)电磁线圈的电源种类频率和额定电压； (5)额定操作频率(次/小时),即允许每小时接通的最多次数。

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6.1.3 交流接触器的选择 交流接触器的使用和选择，主要考虑：主触点的额定电流、

辅助触点的数量与种类、吸引线圈的电压等级、操作频率等。(1) 主触点电流的选择 可按电动机的容量 Pe,计算触点电流 Ic。 对 CJlO 等系列的触点电流，可按下面经验 公式计算：3 P e 10 Ic (A) KU e

(6-5)

式中： I c ——接触器主触点电流 (A) ; P e ——被控电机功率 (kW) ;

U e ——电动机额定线电压 (V) ; K ——经验常数，一般取 1~1.4。被选定的接触器要满足条件： I ec ≥ I c 式中： I c ——被选定接触器的额定电流。 (6-6)

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6.1.3 交流接触器的选择(2) 接触器触点额定电压Uec的选择 通常应使Uec≥Uex(即应大于或等于线路额定电压)。交流 接触器触点的额定电压Uec一般为500V或380V。 (3) 接触器的触点数量、种类等应满足线路的需要 (4) 接触器吸引线圈电压 应从人身和设备安全角度考虑，可选择低一些，如127V。 但当控制线路简单，所用器不多时，为了节省变压器，可选 用380V。如CJ1O系列线圈电压等级有36、110、220及 380V 4种。

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6.1.4 继电器的选择 继电器实质上是一种传递信号的电器，并具有跳跃的

输入输出特性。它可根据不同的输入信号达到不同的 控制目的。 输入信号可以是电流、电压等电量，也可以是温度、 压力、速度、距离等非电量，而输出常常是触头的动 作，用以通断电路。 根据输入量的不同(性质和限定值),继电器有各种 功用。选用继电器，就是要

满足主电路(输入电路) 的动作规范，同时适合控制电路(输出电路)的要求。

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6.1.4 继电器的选择1.热继电器的选择 在机械设备中，热继电器主要用于电动机过载保护。热继电 器有两相结构和三相结构之分，一般情况下选用两相结构的 热继电器。 机床常用的热继电器有JR0系列和JR10系列。 JR0-40型热继电器(P156,表6-4)额定电压为500V,额 定电流为40A,可以配用的热元件有10种电流等级，每一种 电流等级的热元件都有一定的电流调节范围。这是因为电动 机额定电流不会恰好等于热继电器的额定电流，选择电流调 节范围适用的热元件，再调节到与电动机额定电流相等，就 可更好地进行过载保护。

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6.1.4 继电器的选择 热继电器有热惯性。 表6-5表示热继电器在表 6-5 热继电器保护特性整定电流倍数 1 1.5 2.5 6 动作时间 长期不动作 小于 20min 小于 2min 大于 5s 从热态开始① 从热态开始① 从冷态开始 注

周围介质温度为-30~ 40℃时的保护特性。 例如当热继电器通过 ①热态是指热元件已被加热至稳定状态。 额定电流时，热继电 器长期不动作；当它通过的电流增加到整定电流的1.2倍时， 在20min内动作等。表中“从热态开始”是指电流通过发热元 件，使热继电器发热到稳定温度(在30min内温升变化不超过 1OC)开始计算动作时间。

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6.1.4 继电器的选择 不同型号的热继电器具有不同的特点。如JR0系列热

继电器具有温度补偿、电流调节范围广，且具有电动 机断相保护功能；JR15系列热继电器采用复合加热 ，也具有温度补偿、电流可调等特点，但不具有电动 机断相保护功能。 热继电器选择是否恰当，往往是能否可靠地对电动机 进行过载保护的关键因素。选择热继电器主要是根据 电动机额定电流来确定热继电器的型号和热元件的电 流等级。

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6.1.4 继电器的选择 遇到下列情况，选择的热继电器热元件的额定

电流要比电动机额定电流高一些进行保护。 (1)电动机负载惯性转矩非常大，起动时间长； (2)电动机所带动的设备不允许任意停电； (3)电动机拖动的为冲击性负载(如冲床、剪床 等)。

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6.1.4 继电器的选择2.时间继电器的选择 时间继电器是机械设备控制线路中常用的电器之一。它的类 型很多，按其工作原理可分为： (1)电磁式时间继电器 利用电磁惯性原理制成的。特点是结构简单、寿命长、允许 操作频率高，但延时时间短，应用在直流控制回路中。 (2)空气阻尼式时间继电器 利用空气阻尼的原理制成的。其特点是工作可靠，且延时范 围较宽，可达0.4~180s,是机床交流控制线路中常用的时 间继电器，其型

号有JS7-A、JS16系列。

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