第一章低压电器.ppt

1、,东北大学秦皇岛分校,第一章 低压电器,控制系统概述,Controller,Monitor,Control,Devices,Motor,Start/Stop Panel,控制系统的组件,Controller I/O (input/output) system Programming system Communications network,Input/Output (I/O) System,I/O Modules,I/O System,I/O Devices,Communications Network,Programming System,ControlLogix System,Contr

2、olLogix System,PanelView Plus Operator Interface,Communications Network,CompactLogix System,FlexLogix System,第一篇 电气控制技术部分,常用低压控制电器 电气控制线路的基本原则和典型控制线路分析 常用电气控制线路设计 典型生产机械电气控制线路分析,低压电器,概述 接触器 继电器 低压开关和低压断路器 熔断器 主令电器,概述,电器：对电能的生产、输送、分配与应用起着切换、控制、调节、检测和保护作用，在电力输配电系统和电力拖动自动控制系统中应用广泛。,电器元件本身朝着新的领域扩展,电器元件性

3、能提高 新型电器元件产生 机、电、仪一体化电器元件实现 电器元件应用范围扩展,电气是以电能、电气设备和电气技术为手段来创造、维持与改善限定空间和环境的一门科学。,概述,控制电器：能够按照外界的信号和要求，手动或自动的接通、断开电路，以实现对电路控制的电器。如熔断器、开关、电磁式控制电磁铁都属于控制电器。,A,B,C,M 3,刀闸起隔离作用,自保持,停止 按钮,起动 按钮,特点：小电流控 制大电流。,概述,以继电器、接触器为基础的电气控制技术具有相当重要的地位 。,可编程序控制器（PLC）是计算机技术与继电器、接触器控制技术相结合的产物，其输入、输出与低压电器密切相关。,掌握继电接触器控制技术也

4、是学习和掌握PLC应用技术必需的基础,按工作电压等级分类: 高压电器：AC1200V、DC1500V及以上电路中的电器。 低压电器：AC1200V、DC1500V以下电路中的电器。 按动作原理分类： 手动电器：通过人的操作发出动作指令的电器。 自动电器：产生电磁吸力而自动完成动作指令的电器。 按控制电器的输出形式分类： 有触点控制电器：电器通断电路的功能由触点来实现，如刀开关、接触器等等。 无触点控制电器：电器通断电路的功能不是通过接触，而是根据输出信号的高低电平来实现，如可控硅、固态继电器的导通与截止。,电器元件的分类,电器元件的分类,按控制电器工作电压种类: 交流控制电器和直流控制电器 按

5、控制对象不同分类： 电气控制系统和电力控制系统 按控制电器在电器控制系统中的作用分类： 主令电器：按钮、行程开关、各种传感器。 控制电器：继电器、接触器、电磁阀。 保护电器：熔断器、热继电器。 执行电器：电磁铁、电磁离合器。,常用低压电器,我国低压电器的发展阶段,1.电气控制经历以下几个阶段： （1）手动控制； （2）继电器接触器控制； （3）顺序控制器控制； （4）可编程控制器控制。,电磁式低压电器,检测部分（电磁机构） 线圈 铁心 衔铁 执行部分（触头系统）,电磁式低压电器,1-衔铁 2-铁心 3-线圈 直动式电磁机构,1-衔铁 2-铁心 3-线圈 拍合式电磁机构,电磁机构的工作原理, 2

6、20,吸力特性,电磁机构的电磁吸力F与气隙的关系曲线称为吸力特性。 电磁吸力可按下式求得：,式中，F为电磁吸力（N）；B为气隙磁通密度（T）； S为铁芯截面积（m2 ）。,F=4*105B2S B=/S,吸力特性,吸力特性,交流电磁机构的吸力特性,直流电磁机构的吸力特性,吸力特性,衔铁动作与否取决于线圈两端的电压 直流电磁机构的衔铁动作不改变线圈电流 交流电磁机构的衔铁动作改变线圈电流,反力特性,1-直流接触器吸力特性 2-交流接触器吸力特性 3-反力特性,吸力特性和反力特性,反力特性与吸力特性的配合,为了保证使衔铁能牢牢吸合，反作用力特性必须与吸力特性配合好。在整个吸合过程中，吸力都必须大于

7、反作用力，即吸力特性高于反力特性，但不能过大或过小。 吸力过大时，动、静触头接触时以及衔铁与铁心接触时的冲击力也大，会使触头和衔铁发生弹跳，导致触头的熔焊或烧毁，影响电器的机械寿命； 吸力过小时，会使衔铁运动速度降低，难以满足高操作频率的要求。因此，吸力特性与反力特性必须配合得当。,交流电磁机构上短路环的作用,触点系统,触点接触形式：点接触、线接触、面接触,(a)点接触 (b)线接触 (c)面接触 触头接触形式图*,触点系统,(a)桥形触头 (b)指形触头 触头结构形式图,触点系统,按其所控制的电路可分为主触点和辅助触点。 主触点用于接通或断开主电路，允许通过较大的电流； 辅助触点用于接通或断

8、开控制电路，只能通过较小的电流。,触点系统,触头按其原始状态可分为常开触头和常闭触头： 原始状态时（即线圈未通电）断开，线圈通电后闭合的触头叫常开触头； 原始状态闭合，线圈通电后断开的触头叫常闭触头（线圈断电后所有触头复原）。,电弧与灭弧,电弧产生：在触点由闭合状态过渡到断开状态的过程中产生的电弧。气体自持放电形式之一，是一种带电质点的急流。 电弧特点：外部有白炽弧光，内部有很高的温度和密度很大的电流。,电弧的危害,触点烧毁 延长电路的切断时间 弧光短路 火灾 人身安全问题,灭弧方法,灭弧罩 灭弧栅,1.降低电弧温度; 2.降低两端电压,低压电器,概述 接触器 继电器 刀开关 熔断器 主令电器

9、,交流接触器的外形与结构,用于频繁地接通和断开大电流电路的开关电器。,(a) 外形,(b) 结构,接触器,接触器,电力拖动和自动控制系统中使用量大，涉及面广的一种低压自动控制电器，用来频繁地接通和分断交、直流主回路和大容量控制电路。 主要控制对象是电动机，能够实现远距离控制，并具有欠压和零压保护的作用。,接触器,结构： 电磁机构 触点系统 灭弧装置,接触器, 220,接触器,1-主触点 2-常闭辅助触点 3-常开辅助触点 4-动铁心 5-线圈 6-静铁心 7-灭弧罩 8-弹簧,电磁接触器结构示意图,电磁机构：将电磁能转换成机械能，产生电磁吸力带动触点动作.,触点：接触器的执行元件，用来接通或断

10、开被控制电路。,灭弧装置：熄灭触点分断电流瞬间触点之间气隙中产生的电弧。,其它：包括释放弹簧机构、支架与底座等。,动铁心（衔铁） 静铁心 电磁线圈,按所控制电路 主触点 辅助触点 按原始状态 常开触点 常闭触点,灭弧罩 灭弧栅 磁吹灭弧装置,接触器的动作过程,交流接触器：线圈通以交流电，主触点接通、切断交流主电路。 交变磁通穿过铁心，产全涡流和磁滞损耗，使铁心发热。 铁心用硅钢片冲压而成以减少铁损。 线圈做成短而粗的圆筒状绕在骨架上以便于散热。 铁心端面上安装铜制的短路环，以防止交变磁通使衔铁产生强烈振动和噪声。 灭弧装置通常采用灭弧罩和灭弧栅。 直流接触器：线圈通以直流电，主触点接通、切断直

11、流主电路。 不产全涡流和磁滞损耗，铁心不发热。 铁心用整块钢制成，端面上没有安装短路环。 线圈制成长而薄的圆筒状，可以增加与铁心的接触面积。 250A以上的直流接触器采用串联双绕组线圈。 灭弧装置通常采用灭弧能力较强的磁吹灭弧装置。,接触器结构特点,接触器主要技术参数,线圈电压 主触点额定电流、额定电压 辅助触点额定电流、对数 接触器极数 接触器机械寿命、电气寿命,接触器选型,接触器的使用类别应与负载性质相一致 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 主触点的额定工作电压应大于或等于负载的额定电压,接触器选型ext,主触点的额定工作电流应大于或等于负载电路的电流 Ie=Pd

12、*103/KUd 吸引线圈的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及以上时应能可靠地吸合,接触器选型ext,主触点和辅助触点的数量应能满足控制系统的需要 额定操作频率（次/h），即允许的每小时动作的最多次数。,交流接触器型号意义说明：,CJ 20 / 交流 设计 额定电流 用K表示矿用 额定工作电压代号(03380V) TH(湿热带产品) 接触器 序号 启动器的接触器 (06660V；111140V),直流接触器型号意义说明：,CZ 16 / 直流 设计 额定电流 常开主触点数 常闭主触点数 接触器 序号,图形符号和文字符号,A,B,C,M 3,刀闸起隔离作用,自保持,停止

13、按钮,起动 按钮,特点：小电流控 制大电流。,继电器,是一种根据特定形式的输入信号而动作的自动控制电器。 具有输入电路（感应元件）和输出电路（执行元件），当感应元件中的输入量（如电流、电压、温度、压力等）变化到某一定值时继电器动作，执行元件便接通和断开控制回路。 继电器用于控制电路，流过触点的电流小，一般不需要灭弧装置。,继电器类型,电磁机构的继电特性曲线,x2：继电器吸合值 x1：继电器释放值,继电器的重要参数,返回系数：kx1/ x2 释放弹簧的松紧程度 铁心与衔铁间非磁性垫片的厚薄 吸合时间： 线圈接受电信号到衔铁完全吸台所需的时间 释放时间： 线圈失电到衔铁完全释放所需的时间,电磁式继

14、电器,过电流继电器 欠电流继电器 电压继电器 中间继电器,电流继电器,过电流继电器：当电路发生短路及过流时立即将电路切断 线圈电流小于整定电流时，继电器不动作 线圈电流超过整定电流时，继电器才动作 动作电流整定范围： 交流为(110350)IN， 直流为(70300)IN,欠电流继电器,欠电流继电器：当电路电流过低时立即将电路切断 线圈电流大于或等于整定电流时，继电器吸合 线圈电流低于整定电流时，继电器释放,电压继电器,电压继电器： 根据输入（线圈）电压大小而动作的继电器 过电压继电器： 动作电压整定范围为(105120)UN 欠电压继电器： 动作电压调整范围为(3050)UN,中间继电器,本

15、质上是一种电压继电器，工作原理与接触器相同。 触点系统中没有主、辅触点之分，触点容量相同。 小容量的接触器,中间继电器的作用,当电压或电流继电器触点容量不够时，可借助中间继电器来控制，用中间继电器作为执行元件，这时中间继电器被当作一级放大器用。 触点数量较多，能够将一个输入信号变成多个输出信号。当其他继电器或接触器触点数量不够时，可利用中间继电器来切换多条控制电路。,图形符号和文字符号,(a)线圈 (b)常开触头 (c)常闭触头 电磁式继电器的图形符号,用于电动机的过载保护。,(a) 外形,(b) 结构,热继电器,热继电器,发热元件,杠杆,结构原理图,双金属片,常闭触头,专门用来对连续运行的电

16、动机进行过载及断相保护，防止电动机过热而烧毁的保护电器。 由双金属片、加热元件、动作机构、触点系统、整定调整装置及手动复位装置等组成。,热继电器,加热元件串接在电动机定子绕组中，电动机正常运行时，热元件产生的热量不会使触点系统动作；当电动机过载，流过热元件的电流加大，经过一定的时间，热元件产生的热量使双金属片的弯曲程度超过一定值，通过导板推动热继电器的触点动作（常开触点闭合，常闭触点断开）。,脱扣等级,热继电器,通常用其常闭触点与接触器线圈电路串联，切断接触器线圈电流，使电动机主电路失电。 故障排除后，手动复位热继电器触点可以重新接通控制电路。,断相保护,图形和文字符号,热继电器接入电动机定子

17、电路方式,电动机定子绕组星形接法: 带断相保护和不带断相保护的热继电器均可接在线电路中。 电动机定子绕组三角形接法: *带断相保护接在线电路中。 *不带断相保护热继电器的热元件必须串接在 电动机每相绕组上。,热继电器接入电动机定子电路方式,热继电器的选择,对于星形接法的电动机及电源对称性较好的场合，可选用两相结构的热继电器； 对于电网电压严重不平衡、工作环境恶劣条件下工作或者负载不平衡的电动机，可选用三相结构的热继电器； 对于三角形接线的电动机，为了实现断相保护，则可选用带有断相保护装置的热继电器。,热继电器的选择,热继电器额定电流：热继电器中可以安装的热元件的最大整定电流值。 热元件额定电流

18、：热元件的最大整定电流值。 热继电器整定电流：热元件能够长期通过而不致引起热继电器动作的 最大电流值。通常热继电器的整定电流是按电动 机的额定电流整定的。 热继电器整定电流调节范围：手动调节整定电流旋钮，通过偏心轮机 构，调整双金属片与导板的距离，能够 调节的电流整定值的范围。 相数,时间继电器,继电器感应元件接受外界信号（线圈的通电或断电）后，经过设定的延时时间才产生输出信号（触点的闭合和断开）的继电器。 类型：通电延时、断电延时、带瞬动触点通电（断电）延时 触点：常开延时闭合、常闭延时断开、常开延时断开、常闭延时闭合,时间继电器的类型,直流电磁式时间继电器（小于5s） 空气阻尼式时间继电器

19、（0.4180s） 半导体式时间继电器（0.2-300s,误差小于3%）,微动开关2,微动开关1,常闭 延时闭合,常闭 延时断开,空气式时间继电 器的延时范围大 (有 0.4 60 s 和 0.4 180s两种)。 结构简单，但准 确度较低。,图形和文字符号,时间继电器选型,（1）电源电压（线圈电压和触点电压） （2）控制回路所需要的延时方式（通电延时还是断电延时） （3）延时时间范围和延时误差 （4）延时触点和瞬动触点类型、数量及容量,速度继电器,1-转轴 2转子 3-定子 4-绕组 5-摆锤 6、9-簧片 7、8-静触点 图 速度继电器结构原理图,图形符号及文字符号,(a)转子 (b)常开

20、触头 (c)常闭触头 图 速度继电器的图形、文字符号,固态继电器,由固体半导体元件组成的无触点开关器件。 优点：工作可靠、寿命长、对外界干扰小、能与逻辑电路兼容、抗干扰能力强、开关速度快、无火花、无动作噪音和使用方便等。 缺点：过载能力低，易受温度和辐射影响，通断阻抗比小。 应用：有逐步取代传统电磁继电器的趋势，还可应用于计算机的输入输出接口、外围和终端设备等传统电磁继电器无法应用的领域。 四端有源器件：两个输入控制端，两个输出受控端。施加输入信号后，其输出呈导通状态，无信号时输出呈阻断状态。 耐高压的光电耦合：实现输入和输出之间的电气隔离。 直流固态继电器：输出采用晶体管。 交流固态继电器：

21、输出采用晶闸管。 主要参数：输入电压、输入电流、输出电压、输出电流、输出漏电流等。,固态继电器,熔断器,用于供电线路和电气设备的短路保护的保护电器。 结构简单、使用方便、价格低廉。,常用熔断器,插入式熔断器 螺旋式熔断器 无填料密封式熔断器 有填料密封式熔断器 快速熔断器 自恢复熔断器,安-秒特性,熔断器选型,种类选择：根据线路设计、安装条件和使用场合来选择。 额定电压：大于或等于实际电路的工作电压。 额定电流：大于或等于实际电路的工作电流。 熔体电流： 电路上、下两级都装设熔断器时，为使两级保护相互配合良好，两级 熔体额定电流的比值不小于1.6:1。 对于照明线路或电阻炉等没有冲击性电流的负

22、载（电阻性负载），熔体的额定电流应大于或等于电路的工作电流，即IfNI1，式中IfN为熔体的额定电流， I1为电路的工作电流。 保护一台异步电动机时，考虑电动机冲击电流的影响，熔体的额定电 流IfN(1.52.5)IN，式中，IN为电动机额定电流。 保护多台异步电动机时，若各台电动机不同时启动，则 IfN(1.52.5)INmax+IN， 式中：INmax为容量最大的一台电动机的额定电流， IN为其余电动机额定电流的总和。,刀开关,电路符号,QS,一种结构简单、使用广泛的手动主令电器。常用作电路的电源开关和小容量电动机非频繁启动的操作开关。,刀开关选型,额定电压：长期工作所承受的最大电压，大于

23、所控制的线路额定电压。 额定电流：长期通过的最大允许电流，大于负载的额定电流。当用于起动异步电动机时，其额定电流不小于电动机额定电流的三倍。 极数：与电源进线相数相等,低压断路器,用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护的电器。发生严重的过载或短路及欠电压等故障时能自动切断电路，功能相当于熔断器式断路器与过流、欠压、热继电器等的组合。在分断故障电流后一般不需要更换零部件。,低压断路器,1-触点 2-脱扣机构 3-过电流脱扣机构 4-分励脱扣机构 5-热脱扣器 6-欠电压脱扣器 8-停止按钮 图 低压断路器工作原理图,低压断路器,低压断路器的图形、文字符号,低压断路器选

24、型,（1）低压断路器的额定电流和额定电压应大于或等于线路、设备的正常工作电压和工作电流。 （2）低压断路器的极限通断能力应大于电路最大短路电流。 （3）欠电压脱扣器的额定电压等于线路的额定电压。 （4）过电流脱扣器的额定电流大于或等于线路的最大负载电流。,主令电器,用来发布命令、改变电气线路路工作状态的电器，它可以直接作用于控制电路，也可通过电磁式电器的转换对主电路实现控制。 其主要类型有按钮、行程开关、万能转换开关、主令控制器、脚踏开关等。,按钮(手动切换电器),按钮常用于接通和断开控制电路。,按钮,按钮,常开(动合)按钮,常闭(动断)按钮,复合按钮,按钮的选择,按钮开关颜色规定： “停止”和“急停”按钮必须是红色。 “启动”按钮的颜色是绿色。 “点动”按钮必须是黑