2.电器控制-第一章.ppt

电气控制与PLC应用,兰州理工大学电信学院,第1章 常用低压电器,教学内容： 1.1 概述 1.2 接触器 1.3 继电器 1.4 熔断器 1.5 低压开关与低压断路器 1.6 主令电器 1.7 本章小结,第一节 概述,一、 电器 定义： 电器对电能的生产、输送、分配与应用起着控制、调节、检测和保护的作用的工具总称。在电力输配电系统和电力拖动自动控制系统中应用极为广泛。 学习掌握电器的原因： 构成电器控制线路的基本单元,返回,二、 分类 1. 按适用的电压范围分类 （AC:1500V DC:1200V） 低压电器 高压电器 2. 低压电器按所控制的对象分类 低压配电电器 低压控制电器 3. 按所起作用分类 控制电器 保护电器 4. 按动作性质分类 自动控制电器 手动控制电器 5. 按执行机理分 有触点电器 无触点电器,三、低压电器的主要技术数据 1额定电流 2额定电压 3操作频率及通电持续率 4机械寿命和电气寿命,四、选择低压电器的注意事项 在选择时首先考虑安全原则，其次是经济性，另外，在选择低压电器时还应注意以下几点。 1. 了解电器的正常工作条件 2. 了解电器的主要技术性能 3. 明确控制对象及使用环境 4. 明确相关的技术数据,五、我国低压控制电器的发展概况,1.电气控制经历的几个阶段 （1） 手动控制 （2）继电器、接触器控制 （3）顺序控制器控制 （4）PLC控制 2.电气控制系统的发展 现代工业的发展提出更高的要求电气控制的发展 3.我国低压电器的现状 （1）进口原装电器 （2）引进技术，国内生产 （3）自主研发,返回,第二节 接触器,接触器是一种用于中远距离频繁地接通与断开交直流主电路及大容量控制电路的一种自动开关电器,并具有欠（零）电压保护功能。,一、接触器的结构及工作原理,结构：,电磁系统,触头系统,灭弧装置,-由静铁心、动铁心、线圈、反力弹簧组成,-熄灭电弧,工作原理：,当电磁线圈通电后，线圈电流产生磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触点动作，使常闭触点断开，常开触点闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁力消失，衔铁在释放弹簧的作用下降放，使触点复原，即常开触点断开，常闭触点闭合。,一、接触器的结构及工作原理,交流接触器结构图,灭弧装置,一、接触器的结构及工作原理,交流接触器结构示意图 1-动触头 2-静触头 3-衔铁 4-弹簧 5-线圈 6-铁心 7-垫毡 8-触头弹簧 9-灭弧罩 10-触头压力弹簧,1.电磁机构将电磁能转换为机械能并带动触头动作。 组成 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。,动铁芯,静衔铁,线圈,交流：硅钢片叠加 直流：整块铸铁或铸钢,直动式 转动式,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。,吸力特性和反力特性： 作用在动铁心上的力有两个：电磁吸力与反力。 电磁系统的工作情况常用吸力特性和反力特性来表示。 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。,吸力特性与反力特性的配合 1直流电磁铁吸力特性 2交流电磁铁吸力特性3反力特性,短路环减小衔铁吸合时产生的振动和噪音。 （只用于交流电磁系统）,2.触头系统通过触头的开合控制电路通、断。 结构类型 触头分类 材料：一般采用铜材料制成；对于小容量电器常用银 质材料制成,桥式触头,指形触头,3.灭弧系统 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。 电弧的产生机理 ： 强电场放射、撞击电离、热电子发射、高温游离 电弧的危害 ： 延长了切断故障的时间； 高温引起电弧附近电气绝缘材料烧坏； 形成飞弧造成电源短路事故。 灭弧措施：吹弧、拉弧、长弧割短弧、多断口灭弧、利用介质灭弧、改善触头表面材料 。,灭弧装置有: 灭弧罩 电动力灭弧 灭弧栅灭弧 磁吹灭弧 窄缝灭弧,电动力灭弧原理 1静触头 2动触头,灭弧栅灭弧原理 1-灭弧栅片 2-触头 3-电弧,磁吹灭弧原理 1-磁吹线圈 2-铁心 3-导磁夹板 4-引弧角 5-灭弧罩 6-磁吹线圈磁场 7-电弧电流磁场 8-动触头,窄缝灭弧 1-纵缝 2-介质 3-磁性夹板 4-电弧,接触器的工作原理,按操作方式分有：,电磁接触器、气动接触器和电磁气动接触器；,按灭弧介质分有：,空气电磁式接触器、油浸式接触器和真空接触器等；,按主触头控制的电流性质分有：,交流接触器、直流接触器 ；,按电磁机构的励磁方式分有：,直流励磁操作与交流励磁操作两种 。,接触器的种类,二、接触器的分类及特点,三、接触器的主要技术参数,线圈电压 主触点额定电流 主触点额定电压 辅助触点额定电流 辅助触点对数 接触器极数 操作频率 接触器的机械寿命和电寿命,四、接触器的选用,接触器的类别(交流、直流)应与负载性质相一致。,主触点的额定工作电压应大于或等于负载电路的电压。,主触点的额定工作电流应大于或等于负载电路的电流。,吸引线圈的额定电压应与控制回路电压相一致。,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 接触器额定操作频率是指每小时接通次数。,CJ系列交流接触器型号含义：,B系列交流接触器型号含义：,CZ18系列直流接触器及型号含义：,五、接触器的图形、文字符号,图形符号及文字符号（KM),六、接触器应用实例,交流异步电动机点动控制,第三节 继电器,继电器是一种根据电气量或非电气量（如电流、电压、转速、时间、温度等）的变化，接通或断开控制电路，实现自动控制和保护电力拖动装置的电器。,一、继电器特性及其分类,1. 原理 主要用于控制与保护电路中作信号转换用。具有输入电路（又称感应元件）和输出电路（又称执行元件），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。,2. 分类,3. 特性： 继电特性曲线,4. 参数： 返回系数 （K=x1/x2) 吸合时间 (从线圈接受信号到衔铁完全吸合所需时间） 释放时间 （从线圈失电到衔铁完全释放所需时间）,5. 继电器和接触器的区别,继电器： 继电器可以对各种输入量（电量或非电量）的变化作出反应，用于控制电路、电流小，没有灭弧装置。 接触器： 接触器只在一定的电压信号下动作；用于主电路、电流大，有灭弧装置。,二、电磁式继电器,电压继电器是反映电压变化的控制电器。线圈与负载并联，以反映负载电压，其线圈匝数多而导线细。,分类：过电压、欠电压继电器。,（一）电磁式电压继电器 （KV),1过电压继电器 在电路中用于过电压保护,2欠电压继电器 在电路中用于欠电压保护,（一）电磁式电压继电器 （KV),文字、图形符号,（二）电磁式电流继电器 （KI),过流电流继电器,欠流电流继电器,电流继电器是反映电流变化的控制电器。线圈与负载串联，以反映负载电流，其线圈匝数少而导线粗。,分类：过电流、欠电流继电器。,（二）电磁式电流继电器 （KI),1过电流继电器 （在电路中用于过电流保护）,2欠电流继电器 （在电路中用于欠电流保护）,文字、图形符号,（三）中间继电器 （KA),中间继电器实质上是一种电压继电器，但它的触点数量较多，容量较大，起到中间放大（触点数量和容量）作用。,（四）固态继电器,由固体半导体元件组成的无触点开关器件；4端有源器件；具有开关速度快、工作频率高、质量轻、使用寿命长、噪声低和动作可靠等一系列优点，固态继电器按其负载类型分类，可分为直流型（DC-SSR）和交流型（AC-SSR）。,4继电器返回系数的调节范围,电磁式继电器（电压、电流、中间继电器）的选用,1使用类别的选用,2额定工作电流与额定工作电压的选用,3工作制的选用,三、时间继电器（KT),三、时间继电器（KT),（一）定义,感应元件接受外界信号后，经过设定的延时时间才使执行部分动作的继电器。,（二）分类,按延时方式分类,通电延时型 断电延时型,按工作原理分类,空气阻尼式 电动式 电子式 发条式,三、时间继电器（KT),（三）空气式时间继电器的结构与工作原理,结构：,电磁系统,触头系统,延时机构,-由静铁心、动铁心、线圈、反力弹簧组成,-由气室、传动机构组成,通电延时型空气式时间继电器结构与动作原理,释放弹簧,活塞,杠杆,进气孔,出气孔,动铁心,静铁心,线圈,延时触头,瞬动触头,反力弹簧,调节螺钉,通电延时型空气式时间继电器结构和动作原理,断电延时型空气式时间继电器结构和动作原理,释放弹簧,杠杆,进气孔,出气孔,动铁心,静铁心,线圈,反力弹簧,调节螺钉,断电延时型空气式时间继电器结构和动作原理,三、时间继电器（KT),热继电器是电流通过发热元件加热使双金属片弯曲，推动执行机构动作的电器。主要用来保护电动机或其它负载免于过载以及作为三相电动机的断相保护。,四、热继电器（FR),(一)电气控制对热继电器性能的要求,图1-17 热继电器保护特性与电动机过载特性的配合 -电动机的过载特性 2-热继电器的保护特性,应具有合理可靠的保护特性,具有一定的温度补偿,具有手动复位与自动复位功能,热继电器动作电流可以方便地调节,四、热继电器 (KT),(二)双金属片热继电器的结构及工作原理,图1-18 双金属片式热继电器结构原理图 1-主双金属片 2-电阻丝 3-导板 4-补偿双金属片 5-螺钉 6-推杆 7-静触头 8-动触头 9-复位按钮 10-调节凸轮 11-弹簧,结构： 双金属片 加热元件 动作机构 触点系统 整定调整装置 手动复位装置,发热元件,双金属片,常闭触点,复位按钮,弹簧,扣板,热继电器动作原理,热继电器动作原理,发热元件,常闭触点,复位按钮,弹簧,扣板,发热元件,双金属片,常闭触点,复位按钮,弹簧,扣板,常闭触点打开从而断 开电动机的主电路,热继电器动作原理,热继电器分类,分类：,两相结构,三相结构,带断相保护,不带断相保护,(三)具有断相保护的热继电器,热继电器的型号说明,(四)热继电器典型产品及主要技术参数,常用的热继电器有：JR20、JRS1、JR36、JR21、3UA5、3UA6、LR1-D、T系列等,JR20系列热继电器技术数据,(五)热继电器的选用,1）热继电器有三种安装方式，应按实际安装情况选择其安装型式。,2）原则上热继电器的额定电流应按电动机的额定电流选择。,3）在不频繁起动的场合，要保证热继电器在电动机起动过程中不产生误动作。,4）对于三角形接法电动机，应选用带断相保护装置的热继电器,5）当电动机工作于重复短时工作制时，要注意确定热继电器的允许操作频率。,(六)热继电器的文字、图形符号,五、速度继电器 (KS),速度继电器用于转速的检测，常用在三相交流异步电动机反接制动转速过零时，自动切除反相序电源。,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。,符号,速度继电器的结构和图文符号,转子-圆柱形永久磁铁，与电动机同轴连接。,速度继电器,压力继电器,光电继电器,温度继电器,六、其它继电器,熔断器是一种当电流超过规定值一定时间后,以它本身产生的热量使熔体熔化而分断电路的电器.广泛应用于低压配电系统及用电设备中作短路和过电流保护.,熔断器的文字、图形符号,第四节 熔断器(FU),瓷插式熔断器,螺旋式熔断器,有填料式熔断器,无填料密封式熔断器,一、熔断器结构和分类,快速熔断器,自恢复熔断器,二、熔断器的保护特性,图1-21 熔断器的保护特性,安秒（I-t）特性 反时限,三、熔断器的主要技术参数及典型产品,主要技术参数,1额定电压,2额定电流(Ige),3极限分断能力(Id),4熔断电流(Ib),5熔体额定电流(Ite),Id Ib Ige Ite,典型产品有：RL6、RL7、RL96、RLS2系列螺旋式熔断器，RL1B系列带断相保护螺旋式熔断器，RT18、RT18-X系列熔断器以及RT14系列有填料密封管式熔断器。,RL系列型号含义：,四、熔断器的选用,1）熔断器类型的选择,2）熔断器额定电压的选择,3）熔体、熔断器额定电流的选择,4）熔断器额定电流的校验,熔体额定电流(ITe)的选用原则,低压隔离器又称低压开关，常见的有刀开关 作用：隔离电源，不频繁通断电路 分类： 按刀的级数分:单极、双极和三极 按灭弧装置分：带灭弧装置和不带灭弧装置 按刀的转换方向分为：单掷和双掷 按接线方式分为：板前接线和板后接线 按操作方式分为：手柄操作和远距离联杆操作 按有无熔断器分：带熔断器和不带熔断器,第五节 低压隔离器(QS),1.开关板用刀开关（不带熔断器式刀开关） 作用：不频繁地手动接通、断开电路和隔离电源用。 结构图和符号 ：,2.带熔断器式刀开关用作电源开关、隔离开关和应急开关，并作电路保护用。,3.负荷开关 (1)开启式负荷开关 用途：作不频繁带负荷操作和短路保护用。 结构：由刀开关和熔断器组合成。瓷底板上装有进线 座、静触头、熔丝、出线座及刀片式动触头， 工作部分用胶木盖罩住，以防电弧灼伤人手。 分类：单相双极和三相三极两种,3.负荷开关 (2)封闭式负荷开关（铁壳开关） 作用：手动通断电路及短路保护。,第六节 低压断路器(QF),功能：不频繁通断电路，并能在电路过载、短路及失 压时自动分断电路。 特点：操作安全，分断能力较高。 分类：框架式（万能式）和塑壳式（装置式） 结构：触头系统、灭弧装置、脱扣机构、传动机构。,低压断路器又称自动开关或空气开关，是一种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。,刀开关 + 熔断器 + 热继电器 + 欠电压继电器,低压断路器(QF),塑壳式低压断路器结构及原理图,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,（一）低压断路器的结构和工作原理,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,线路短路或严重过载保护,塑壳式低压断路器结构及原理图,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,远距离跳闸，对电路不起保护作用,塑壳式低压断路器结构及原理图,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,线路过载保护,塑壳式低压断路器结构及原理图,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,电动机的失压保护,塑壳式低压断路器结构及原理图,过载、短路保护,M 3,主触点,弹簧,连杆装置,锁钩,M 3,主触点,弹簧,连杆装置,锁钩,过载、短路保护,M 3,主触点,弹簧,连杆装置,欠压保护,M 3,主触点,弹簧,连杆装置,欠压保护,（二）、低压断路器的主要技术数据和保护特性,1低压断路器的主要技术数据,1）额定电压 2）断路器额定电流 3）断路器壳架等级额定电流 4）断路器的通断能力 5）保护特性,2保护特性,图1-24 低压断路器的保护特性 1-被保护对象的发热特性 2-低压断路器保护特性,3文字、图形符号,（三）塑壳式低压断路器的选用,塑壳式低压断路器常用来作电动机的过载与短路保护。,选择原则是：,1）断路器额定电压等于或大于线路额定电压。,2）断路器额定电流等于或大于线路或设备额定电流。,3）断路器通断能力等于或大于线路中可能出现的最大 短路电流。,4）欠压脱扣器额定电压等于线路额定电压。,8）6倍长延时电流整定值的可返回时间等于或大于电动机实际起动时间。,5）分励脱扣器额定电压等于控制电源电压。,6）长延时电流整定值等于电动机额定电流。,7）瞬时整定电流：对保护笼型感应电动机的断路器，瞬时整定电流为815倍电动机额定电流；对于保护绕线型感应电动机的断路器，瞬时整定电流为36倍电动机额定电流。,主令电器主要用来接通或断开控制电路，以发布命令或信号，改变控制系统工作状况的电器。 常用的主令电器有： 控制按钮 行程开关 万能转换开关 主令控制器,第七节 主令电器,（一）控制按钮(SB),图1-25 控制按钮结构示意图 1-按钮 2-复位弹簧 3-常闭静触头 4-动触头 5-常开静触头,文字、图形符号,结构,（一）控制按钮(SB),（二）行程开关(SQ),行程开关又称限位开关，能将机械位移转变为电信号，以控制机械运动。种类按运动形式分为直动式、转动式；按结构分为直动式、滚动式、微动式。,1、直动式行程开关,2、滚轮旋转式行程开关,滚轮式行程开关结构示意图,3、微动开关,SQ2,SQ1,行程开关的动作过程,行程开关是利用运动部件的撞击来闭合和切断控制电路的。,SQ2,SQ1,行程开关的动作过程,SQ2,SQ1,行程开关的动作过程,SQ2,SQ1,行程开关的动作过程,行程开关的符号,（三）万能转换开关(SA),万能转换开关是具有更多操作位置和触点、能够换接多个电路的一种手动控制电器。由于它能控制多个回路，适应复杂线路的要求，故有“万能”转换开关之称。,LW6系列万能转换开关结构示意图,（三）万能转换开关(SA),图形、文字符号,图形、文字符号,（四）主令控制器（SA）,图1-30 主令控制器结构示意图 1、8-凸轮块 2-动触头 3-静触头 4-接线柱 5-支杆 6-转轴 7-小轮,（五）接近开关,接近开关（无触点行程开关） 特点：工作可靠、寿命长、消耗功率低、操作频率高、适应恶劣工作环境等。 高频振荡型 电容型 感应电桥型 永久磁铁型 霍尔效应型 光电型 超声波型,接近开关,图1-33 晶体管谐振型接近开关方框图,光电开关是利用光电元件把光信号转换成电信号的电器，光电开关分亮通和暗通两种电路。,（六）光电开关,分类： 对射式 反射式 漫射式,本章小结,开关电器、主令电器、接触器、继电器、熔断器等低压电器的作用、结构、工作原理； 低压电器图形和文字符号； 每种低压电器的技术参数； 低压电器的使用和选择方法。,第一章习题与思考题,何谓电磁式电器的吸力特性与反力特性？吸力特性与反力特性之间应满足怎样的配合关系？ 交流电磁线圈误接入直流电源，直流电磁线圈误接入交流电源，会发生什么问题？为什么? 两个相同的交流线圈能否串联使用？为什么？ 如何调整电磁式继电器的返回系数？ *电器控制线路中，既装设熔断器，又装设热继电器，各起什么作用？能否相互代用？ 什么是主令电器，常用的主令电器有哪些？ *试为一台交流380V，4kW（COS=0.88），联结的三相笼型异步电动机选择断路器、熔断器（熔体）、接触器和热继电器。,返回,