第1章常用低压电器.ppt
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1、电气控制与PLC应用技术, 第1章 常用低压电器,Kunming University of Science & Technology,ch.1 -2,本章主要内容,1.1 概述 1.2 电磁装置 1.3 接触器 1.4 继电器 1.5 主令电器 1.6 开关电器 1.7 熔断器,Kunming University of Science & Technology,ch.1 -3,1.1 概述,电器定义 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器件。 简单地说就是控制电能的器件。 学习掌握电器的理由 以继电器、接触器等工业电器为基础的电气控制技术具有相当重要的地位; 掌
2、握继电器、接触器控制技术也是学习和掌握PLC应用技术所必需的基础。,Kunming University of Science & Technology,ch.1 -4,1.1 概述,基本概念 (1)低压电器 1000VAC 及 1200VDC,在电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器。(有的教材为 1200VAC 及 1500VDC) (2)过载 指线路或设备的负载电流大于额定电流,但负载阻抗仍存在。过载电流一般是指十倍额定电流以下的情况,所以,当发生过载时,一般并不需要立即断开电路,因为设备均有一定的过载能力,但以不超过其极限允许温升为限度。 (3)短路 指交流电路不同相之间、或相与地之
3、间或直流电路的正负极之间,不经负载阻抗而连接。短路电流常为额定电流的几十倍,甚至几百倍,对设备及线路均有很大危害。,Kunming University of Science & Technology,ch.1 -5,基本概念,(4)选择性保护 短路时离短路故障点最近的保护电器应立即动作,自动断开故障电路,而电路其它部分仍应正常运行,称为选择性保护。能满足这一要求的电器称为具有选择性保护的电器。 (5)欠电压保护 在配电电路中,由于短路故障或大电机起动等原因,可能出现电路电压大幅度降低(称为欠电压),此时也可能损坏设备,例如电动机的电流加大,速度降低,甚至堵转。因此,当电路电压降低到规定值以下
4、时,保护电器应动作,自动断开电路。,Kunming University of Science & Technology,ch.1 -6,基本概念,(9)失压保护 当电路电压消失时,设备将停止运转,在电压复原的瞬间,为避免大量用电设备同时起动,出现数倍于额定电流的起动电流,导致电路电压重新下降。同时为了操作人员的安全,不允许电力设备自行起动。 (7)漏电保护 当用电设备或线路发生漏电现象,而且漏电电流超过规定值时,保护电器应在规定的时间内动作,自动断开电路,称为漏电保护。以免发生人身触电伤亡,或酿成火灾。,Kunming University of Science & Technology,c
5、h.1 -7,1.1.1 低压电器的分类,1、按用途分类 配电电器 主要用于低压配电系统中,进行电能输送和分配的电器。要求在系统发生故障时既要动作准确,而且可靠工作。包括刀开关、隔离开关、自动开关等。 控制电器 主要用于各种电气传动系统中,对电路及系统进行控制的电器。包括接触器、控制继电器、起动器、控制器等。,Kunming University of Science & Technology,ch.1 -8,1.1.1 低压电器的分类,保护电器 主要用于保护电路和用电设备的电器,包括热继电器,熔断器和各种保护继电器,避雷器等。 主令电器 在控制系统中发布控制命令,改变系统状态的电器,行程开关
6、、转换开关、主令开关等。 执行电器 能够完成某种动作或传动功能的电器,包括电磁铁、电磁离合器等。,Kunming University of Science & Technology,ch.1 -9,1.1.1 低压电器的分类,2、按动作方式分类 手动切换电器 依靠人工直接操作完成切换动作来执行指令任务的电器。包括控制按钮、刀开关、转换开关等。 自动切换电器 依靠电或非电信号自动完成切换动作。包括自动开关、继电器、接触器等。 3、按工作原理分类 电磁式电器 利用电磁感应原理来动作的电器。,Kunming University of Science & Technology,ch.1 -10,1
7、.1.1 低压电器的分类,非电量控制电器 依靠外力或某种非电物理量的变化而工作的电器。如刀开关、按钮、行程开关、压力继电器、速度继电器等。 4按执行机能分类 有触点电器 利用触头的接触和分离来通断电路的电器。例如刀开关、接触器、继电器等。 无触点电器 利用电子电路发出检测信号,达到执行指令并控制电路目的的电器。例如电感式开关、电子接近开关、晶闸管式时间继电器等。本章以有触点的低压电器为主要内容。,Kunming University of Science & Technology,ch.1 -11,1.1.2 低压电器的型号表示法,国产常用低压电器的型号组成形式如下:,类组代号:包括类别代号和
8、组别代号。用汉语拼音字母表示,代表低压电器元件所属的类别,以及在同一类电器中所属的组别。 设计代号:用数字表示,代表同类低压电器元件的不同设计序列。 基本规格代号:用数字表示,代表同一系列产品中不同的规格品种。 辅助规格代号:用字母表示,代表同一系列、同一规格产品中的有某种区别的不同产品。,Kunming University of Science & Technology,ch.1 -12,1.1.3 低压电器的主要技术数据,额定电流 额定工作电流:在规定条件下,保证开关电器正常工作的电流值。 额定发热电流:在规定条件下,电器处于非封闭状态,开关电器在8小时工作制下,各部件温升不超过极限值时
9、,所能承载的最大电流值。 额定封闭发热电流:在规定条件下,电器处于封闭状态,在所规定的最小外壳内,开关电器在8小时工作制下,各部件的温升不超过极限值时,所能承载的最大电流值。 额定持续电流:在规定的条件下,开关电器在长期工作制下,各部件的温升不超过规定极限值时所能承载的最大电流值。,Kunming University of Science & Technology,ch.1 -13,1.1.3 低压电器的主要技术数据,额定电压 额定工作电压:在规定条件下,保证电器正常工作的电压值。 额定绝缘电压:在规定条件下,用来度量电器及其部件的绝缘强度、电气间隙和漏电距离的标称电压值。除非另有规定,一般
10、为电器最大额定工作电压。 额定脉冲耐受电压:反映电器在其所在系统发生最大过电压时所能耐受的能力。额定绝缘电压和额定脉冲耐受电压共同决定绝缘水平。 绝缘强度 指电器元件的触头处于分断状态时,动静触头之间耐受的电压值(无击穿闪烙现象)。,Kunming University of Science & Technology,ch.1 -14,1.1.3 低压电器的主要技术数据,耐潮湿性能 指保证电器可靠工作的允许环境潮湿条件。 极限允许温升 电器的导电部件通过电流时将引起发热和温升。极限允许温升指为防止过度氧化和烧熔而规定的最高温升值(温升值实测温度环境温度)。 操作频率及电持续率 开关电器每小时内
11、可以实现的最高操作次数称为操作频率。通电持续率是电器工作于断续周期工作制时负载工作时间与工作周期之比,通常以百分数表示。,Kunming University of Science & Technology,ch.1 -15,1.1.3 低压电器的主要技术数据,机械寿命和电气寿命 机械寿命: 机械开关电器在需要修理或更换机械零件前所能承受的无负载操作次数。 电气寿命: 在正常工作条件下,机械开关电器无需修理或更换零件的负载操作次数。 对于有触点的电器,其触头在工作中除机械磨损外,尚有比机械磨损更为严重的电磨损。因而,电器的电气寿命一般小于其机械寿命。,Kunming University of
12、 Science & Technology,ch.1 -16,1.2 电磁装置,低压电器两个基本部分-感受部分和执行部分。 感受部分-感受外界信号并做出反应。 执行部分-根据控制指令执行接通或断开电路的任务。 电磁装置的两个基本部分-电磁机构和触头系统。 1.2.1 电磁机构 电磁机构主要组成: 线圈、铁芯、衔铁等。,Kunming University of Science & Technology,ch.1 -17,1.2.1 电磁机构,(a)为衔铁沿棱角转动的拍合式铁芯,主要用于直流电器中。 (b)为衔铁沿轴转动的拍合式铁芯,主要用于触头容量大的交流电器中。 (c)为衔铁直线运动的双E形
13、直动式铁芯,多用于中、小容量的交流电器中。,图1.1 常用的电磁机构 1-衔铁; 2-铁芯; 3-线圈,Kunming University of Science & Technology,ch.1 -18,1.2.1 电磁机构,1铁芯 直流电磁机构的铁芯为整体结构,以增加磁导率和增强散热; 交流电磁机构的铁芯采用硅钢片叠制而成,目的是减少铁芯中产生的涡流(涡流使铁芯发热)。 此外交流电磁机构的铁芯有短路环,以防止电流过零时电磁吸力不足使衔铁振动。,Kunming University of Science & Technology,ch.1 -19,1.2.1 电磁机构,2线圈 线圈是电磁机
14、构的核心部分。按接入线圈电源种类的不同,可分为直流线圈和交流线圈。 根据励磁的需要,线圈电路连接可分串联和并联两种,前者称为电流线圈,后者称为电压线圈。 交流电磁机构线圈多为有骨架结构,主要用来散发铁芯中的磁滞和涡流损耗产生的热量。 直流电磁机构的线圈多为无骨架的。 电流线圈 通常串联在电路中,匝数少,电阻小。衔铁动作与否取决于线圈中电流的大小,衔铁动作不改变线圈中的电流大小。,Kunming University of Science & Technology,ch.1 -20,1.2.1 电磁机构, 电压线圈 通常并联在电路中,匝数多,阻抗大,电流小,常用绝缘较好的电线绕制。,图1.2 电
15、流线圈 图1.3电压线圈, 交流电磁铁的线圈 线圈形状做成矮胖型(铁芯中有磁滞和涡流损耗,为便于散热)。 直流电磁机构的线圈 线圈形状做成瘦长型。,Kunming University of Science & Technology,ch.1 -21,1.2.1 电磁机构,3工作原理 当线圈中有工作电流通过时,通电线圈产生磁场,于是电磁吸力克服弹簧的反作用力使衔铁与铁芯闭合,由连接机构带动相应的触头动作。 4短路环的作用,图1.4 接触器短路环示意图 1- 铁心; 2- 短路环,交流电磁机构一般都有短路环,如图1.4所示,其作用是将磁通分相,使合成后的吸力在任一时刻都大于反力,消除振动和噪声。
16、,Kunming University of Science & Technology,ch.1 -22,1.2.2 触头系统,1. 按接触形式分 分为点接触、线接触和面接触3种。点接触允许通过的电流较小,常用于继电器电路或辅助触点。面接触和线接触允许通过的电流较大,常用于大电流的场合。,图1.5 常见的触头结构,Kunming University of Science & Technology,ch.1 -23,1.2.2 触头系统,2. 按控制的电路分 分为主触头和辅助触头。主触头用于接通或断开主电路,允许通过较大的电流。辅助触头用于接通或断开控制电路,只允许通过较小的电流。 3. 按原
17、始状态分 分为常开触头和常闭触头。当线圈不带电时,动、静触头是分开的称为常开触头;当线圈不带电时,动、静触头是闭合的称为常闭触头。,Kunming University of Science & Technology,ch.1 -24,1.2.2 触头系统,1.2.3 电弧的产生与熄灭 1. 电弧的产生 当动、静触头分开瞬间,两触头间距极小,电场强度极大; 在高热及强电场的作用下,金属内部的自由电子从阴极表面逸出,奔向阳极,自由电子在电场中运动时撞击中性气体分子,使之激励和游离,产生正离子和电子; 电子在强电场作用下向阳极移动,同时撞击其他中性分子,在触头间隙中产生了大量的带电粒子,使气体导电
18、形成了炽热的电子流即电弧。 电弧的危害: 电弧产生高温并有强光,可将触头烧损,并使电路的切断时间延长,严重时可引起事故或火灾。 2. 电弧的分类 分为直流电弧和交流电弧。交流电弧有过零点,较易熄灭。,Kunming University of Science & Technology,ch.1 -25,1.2.2 触头系统,3. 灭弧的方法 机械灭弧 通过机械将电弧迅速拉长,用于开关电路。 磁吹灭弧 在一个与触头串联的磁吹线圈产生的磁力作用下,电弧被拉长且被吹入由固体介质构成的灭弧罩内,电弧被冷却熄灭。 窄缝灭弧 在电弧形成的磁场、电场力的作用下,将电弧拉长进入灭弧罩的窄缝中,使其分成数段并迅
19、速熄灭。主要用于交流接触器中。 栅片灭弧 电弧在电场力的作用下被推入一组金属栅片,从而将电弧分成数段。对交流电弧来说,在电弧过零时使电弧无法维持而熄灭,交流电器常用栅片灭弧。,图1.6 窄缝灭弧室断面,图1.7 金属栅片灭弧示意图,Kunming University of Science & Technology,ch.1 -26,1.3 接触器,接触器属于控制类电器,是一种适用于远距离频繁接通和分断交直流主电路和控制电路的自动控制电器。其主要控制对象是电动机,也可用于其他电力负载,如电热器、电焊机等。 接触器具有欠压保护、零压保护、控制容量大、工作可靠、寿命长等优点,它是自动控制系统中应用
20、最多的一种电器。,图1.8 接触器外形图,Kunming University of Science & Technology,ch.1 -27,1.3 接触器,1.3.1 接触器的结构 接触器由电磁系统、触头系统、灭弧系统,释放弹簧及基座等几部分构成,如图1.9所示。,图1.9 CJ10-20型交流接触器结构图及图形符号,Kunming University of Science & Technology,ch.1 -28,1.3.1 接触器的结构,电磁系统包括: 线圈、静铁芯和动铁芯(衔铁); 触头系统包括: 用于接通、切断主电路的主触头和用于控制电路的辅助触头; 灭弧装置用于迅速切断主触
21、头断开时产生的电弧(一个很大的电流),以免使主触头烧毛、熔焊,对于容量较大的交流接触器,常采用灭弧栅灭弧。,Kunming University of Science & Technology,ch.1 -29,1.3.2 接触器的工作原理,利用电磁铁吸力及弹簧反力配合动作,使触头接通或断开。 当吸引线圈通电时,铁芯被磁化,吸引衔铁向下运动,使得常闭触头断开、常开触头闭合。 当线圈断电时,磁力消失,在弹簧反力的作用下,衔铁回到原来位置,也就使触头恢复到原来状态。,图1.10 接触器结构原理图,Kunming University of Science & Technology,ch.1 -30
22、,1.4 继电器,继电器是一种根据外界输入信号来控制电路通断的自动切换电器。其输入信号可以是电压、电流等电量。也可以是时间、转速、温度、压力等非电量或电路参数的变化。 按其用途可分为: 控制继电器、保护继电器、中间继电器。 按动作时间可分为: 瞬时继电器、延时继电器。 按输入信号的性质可分为: 电压继电器、电流继电器、时间继电器、温度继电器、速度继电器,压力继电器等。 按工作原理可分为: 电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、热继电器和电子式继电器等。 接输出形式可分为: 有触点继电器、无触点继电器。,Kunming University of Science & Technology,c
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