电气控制系统及PLC编程基础多媒体教程.ppt
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1、电气(控制)系统,何谓电气控制系统? 所谓电气(控制)系统,是指为了满足一定要求、有一定的电路结构和具体功能的用电设备的集合。 不同的使用方式和行业,会对电气系统有不同的称谓,如:电力行业,称为电力系统;通信行业,叫通信系统;工矿企业称谓供配电系统等等。 何谓电器元件? 习惯上常将电气系统中起主要作用的用电设备称为电气设备,而把组成电气设备的各个分离元器件叫着电器元件。 何谓高低压电器?(高低压电器的划分) 通常把耐压等级高于AC1200V、DC1500V的电器称为高压电器; 把耐压等级低于AC1200V、DC1500V的电器称为低压电器。,常用低压电器的分类 通常按低压电器在电气系统中所赋予
2、的作用来划分,有五大类别: A、指令类:在电气控制系统中起发布指令作用的功能。常用的有:按钮、行程开关、接近开关、速度继电器、万能转换开关等。型号有:LA、LX、LJ、LS、LW系列等。 B、开关类:在电气控制系统中起通、断主电路作用的功能。常用的有:刀开关、负荷开关、接触器等。型号有:DH、DS、DZ、DW、CJ系列等。 C、保护类:当电气系统发生异常状态时,能够自动关断相关电路,使故障电路从系统中切除。常用的有:熔断器、过压继电器、欠压继电器、过流继电器、热继电器等。型号有:RS、JV、JL、JR系列等。 D、中间类(辅助类):在电气控制系统中起着逻辑记忆、转换、记时等作用。常用的有:中间
3、继电器、时间继电器等。型号有:JZ、JT系列等。 E、计量类:在电气控制系统中起计量、显示的作用。常用的有:电压表、电流表、电度表、功率因数表、无功表、相序表、相位表等。,指令(主令)电器,自动控制系统中用于发送控制指令的电器称为主令电器。常用的主令电器有控制按钮、行程开关、接近开关、主令控制器、万能转换开关等。,控制按钮,控制按钮是发出控制指令和信号的电器开关,是一种手动且一般可以自动复位的主令电器。,按钮的结构形式有多种,适用于不同的场合:紧急式装有突出的蘑菇形钮帽,以便于紧急操作;指示灯式在透明的按钮内装入信号灯,用作信号显示;钥匙式为了安全起见,需用钥匙插入方可旋转操作等。,按钮(手动
4、切换电器),(b) 结构,按钮常用于接通和断开控制电路。,按钮的外形图和结构如图所示。,按钮开关的外形和符号,(a) 外形图,刀开关是低压配电电器中结构最简单、应用最广泛的电器,主要用在低压成套配电装置中,用于不频繁地手动接通和分断交直流电路或作隔离开关用。也可以用于不频繁地接通与分断额定电流以下的负载,如小型电动机等。,刀开关,刀开关按极数分为单极、双极和三极;,按操作方式分为直接手柄操作式、杠杆操作机构式和电动操作机构式;,按刀开关转换方向分为单投和双投,1-静插座 2-手柄 3-触刀 4-铰链支座 5-绝缘底板,目前常用的刀开关型号有 HD(单投)和 HS(双投)等系列。其中,HD 系列
5、刀开关按现行新标准应该称 HD 系列刀形隔离器,而 HS系列为双投刀形转换开关。,常用的刀开关,HD 系列刀开关、HS系列刀形转换开关,主要在交流 380 V、50 Hz 电力网中作电源隔离或电流转换之用,是电力网中必不可少的电器 元件,常用于各种低压配电柜、配电箱、照明箱中。当电源进入首 先是接刀开关,之后再接熔断器、断路器、接触器等其他电器元 件,以满足各种配电柜、配电箱的功能要求。当其以下的电器元件 或线路中出现故障时,通过它切断隔离电源,以便对设备、电器元 件进行修理更换。HS刀形转换开关,主要用于转换电源,即当一路 电源不能供电,需要另一路电源供电时就由它来进行转换,当转换 开关处于
6、中间位置时,可以起隔离作用。,刀开关的型号及其含义如下:,HD17系列刀形隔离器的主要技术参数,为了使用方便和减少体积,在刀开关上安装熔丝或熔断器,组成 兼有通断电路和保护作用的开关电器,如胶盖闸刀开关、熔断 器式刀开关等。胶盖刀开关即开启式负荷开关,适用于交流 50 Hz,额定电压单相 220 V、三相 380 V,额定电流至 100 A 的 电路中,作为不频繁地接通和分断有负载电路与小容量线路的短路 保护之用。常用的有 HK1和 HK2系列。熔断器式刀开关即熔断器式 隔离开关,是以熔断体或带有熔断体的载熔件作为动触点的一种隔 离开关。常用的型号有 HR3、HR5、HR6系列,主要用于额定电
7、压 AC 660 V(4562 Hz),约定发热电流至 630 A 的具有高短路电 流的配电电路和电动机电路中,作为电源开关、隔离开关、应急开 关,并作为电路保护用,但一般不作为直接开关单台电动机之用。,刀开关的额定电压应等于或大于电路额定电压。其额定电流应等 于(在开启和通风良好的场合)或稍大于(在封闭的开关柜内或 散热条件较差的工作场合,一般选 1.15倍)电路工作电流。在开 关柜内使用还应考虑操作方式,如杠杆操作机构、旋转式操作机 构等。当用刀开关控制电动机时,其额定电流要大于电动机额定 电流的 3倍。,刀开关的选用及图形、文字符号,(a)单极 (b)双极 (c)三极,组合开关,组合开关
8、又称转换开关,也是一种刀开关。不过它的刀片 (动触片)是转动式的,比刀开关轻巧而且组合性强,能组 成各种不同的线路。,组合开关有单极、双极和三极之分,由若干个动触点及静触 点分别装在数层绝缘件内组成,动触点随手柄旋转而变更其 通断位置。顶盖部分由滑板、凸轮、扭簧及手柄等零件构成 操作机构。由于该机构采用了扭簧储能结构从而能快速闭合 及分断开关,使开关闭合和分断的速度与手动操作关,提高 了产品的通断能力。,HZ15系列组合开关的型号及其含义如下:,HZ15组合开关技术数据表,可实现短路、过载、失压保护。,自动空气断路器(自动开关),主触点 手动闭合,自动空气断路器原理图,连杆装置,释放弹簧,衔铁
9、释放,锁钩,交流接触器的外形与结构,接触器,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,接触器是一种用来自动地接通或断开大电流电路的电器。大 多数情况下,其控制对象是电动机、也可用于其他电力负 载,如电热器、电焊机、电炉、变压器等。,接触器的触点系统可以用电磁铁、压缩空气或液体压力等驱动,因而可分为电磁式接触器、气动式接触器和液压式接触器,其中,以电磁式接触器应用最为广泛。根据接触器主触点通过电流的种类,可分为交流接触器和直流接触器。,交流接触器,交流接触器主要由触点系统、电磁机构和灭弧装置等组成。,1.触点系统,触点是接触器的执行元件,用来接通和断开电路。
10、交流接触 器一般采用双断点桥式触点,两个触点串联于同一电路中, 同时接通或断开。接触器的触点有主触点和辅助触点之 分,主触点用以通断主电路,辅助触点用以通断控制回路。,2.电磁机构,电磁机构的作用是将电磁能转换成机械能,操纵触点的闭合 或断开。交流接触器一般采用衔铁绕轴转动的拍合式电磁机 构和衔铁做直线运动的电磁机构。由于交流接触器的线圈通 交流电,在铁心中存在磁滞和涡流损耗,会引起铁心发热。 为了减少涡流损耗、磁滞损耗,以免铁心发热过甚,铁心由 硅钢片叠铆而成。同时,为了减小机械振动和噪音,在静铁 心极面上要装有分磁环(短路环)。,3.灭弧装置,交流接触器分断大电流电路时,往往会在动、静触点
11、之间产 生很强的电弧。电弧一方面会烧伤触点,另一方面会使电路 切断时间延长,甚至会引起其他事故。因此,灭弧是接触器 的主要任务之一。 容量较小(10 A 以下)的交流接触器一般采用的灭弧方法是 双断触点和电动力灭弧。容量较大(20 A 以上)的交流接触 器一般采用灭弧栅灭弧。,4.其他部分,交流接触器的其他部分有底座、反力弹簧、缓冲弹簧、触点压 力弹簧、传动机构和接线柱等。,接触器,用于频繁地接通和断开大电流(主)电路的开关电器。,线圈,辅助触点,铁心,衔铁,电源,电机,主触点,常闭,常开,弹簧,直流接触器,1.触点系统 直流接触器有主触点和辅助触点。主触点一般做成单极或双极,由于主触点接通或
12、断开的电流较大,故采用滚动接触的指形触点;辅助触点的通断电流较小,常采用点接触的双断点桥式触点,2.电磁机构 因为线圈中通的是直流电,铁心中不会产生涡流,所以铁心可用整块铸铁或铸钢制成,也不需要安装短路环。铁心中无磁滞和涡流损耗,因而铁心不发热。线圈的匝数较多,电阻大,线圈本身发热,因此吸引线圈做成长而薄的圆筒状,且不设线圈骨架,使线圈与铁心直接接触,以便散热。,3.灭弧装置 直流接触器一般采用磁吹式灭弧装置。,1-铁心 2-线圈 3-衔铁 4-静触点 5-动触点 6-辅助触点 7、8-接线柱 9-反作用弹簧 10-底板,直流接触器的结构原理图,符号,用于主电路 流过的大电流 (需加灭弧装置)
13、,用于控制电路流过的小电流 (无需加灭弧装置),属于同一器件的线圈和触点用相同的文字表示,接触器技术指标:额定工作电压、电流、触点数目等。,常用的交流接触器有CJ10、CJ12、CJ20和3TB等系列。,如CJ10系列主触点额定电流5、10、20、40、75、120A等种;额定工作电压通常是220V或380V。,接触器的主要技术参数及常用的接触器,一、接触器的主要技术参数,1.额定电压 指主触点的额定工作电压,此外还应规定辅助触点及吸引线圈 的额定电压。直流线圈常用的电压等级为 24V、48V、110V、 220V、440V等,交流线圈常用的电压等级为36V、127V、220V 及380V等。
14、,2.额定电流 指主触点的额定工作电流。它是在规定条件下(额定工作电压、 使用类别、额定工作制和操作频率等),保证电器正常工作的 电流值。若改变使用条件,额定电流也要随之改变。,3.机械寿命与电气寿命 接触器是频繁操作电器,应有较长的机械寿命和电气寿命,目 前有些接触器的机械寿命已达 1000万次以上,电寿命达 100 万次以上。,4.操作频率 是指每小时允许的操作次数,目前一般为 300次 /h、600次 /h、1 200次 /h等几种。操作频率直接影响接触器的电寿命及 灭弧室的工作条件,对于交流接触器还影响线圈温升,是一个 重要的技术指标。,5.接通与分断能力 是指接触器的主触点在规定的条
15、件下,能可靠地接通和分断的 电流值。在此电流值下,接通时,主触点不应发生熔焊;分断 时,主触点不应发生长时间燃弧。,6.约定发热电流 是指在使用类别条件下,允许温升对应的电流值。,7.约定封闭发热电流 是指有封闭外壳时,在允许温升下的发热电流。,8.额定绝缘电压 是指接触器绝缘等级对应的最高电压。低压电器的绝缘电压一 般为 500 V。但根据需要,AC可提高到 1140 V,DC可达 1000 V。,9.工作频率 是指交流 50 Hz或 60 Hz。,二、选择交流接触器的技术条件,1.使用类别,根据接触器的使用类别不同对接触器主触点的接通和分断能力的 要求也不一样,而不同使用类别的接触器是根据
16、其不同的控制对 象(负载)的控制方式所规定的。所谓使用类别是指所带负载性 质及工作条件。,常见的接触器使用类别及典型用途,接触器的使用类别代号通常标注在产品的铭牌上或产品手册 中。每种类别的接触器都具有一定的接通和分断能力,例 如,AC -1和 DC - 1类允许接通和分断额定电流;AC - 2、 DC - 3和 DC -5类允许接通和分断 4倍的额定电流;AC 3 类允许接通 8 10倍的额定电流和分断6 8倍的额定电 流;AC -4类允许接通 10 12倍的额定电流和分断 8 10 倍的额定电流等。,2.额定工作制,接触器有五种标准工作制:,(1)8小时工作制。是接触器的基本工作制,约定发
17、热电流参数就是按 8小时工作制确定的。 (2)不间断工作制。这种工作制较 8小时工作制严酷,因为触点上氧化层和尘埃的积累会导致触点发热恶化。当为不间断工作制时,接触器需要相应地增大设计容量,即分断能力要比正常数值大一些。 (3)断续周期工作制。断续周期工作制的通电持续率(又称负载因数)的标准值为 15% 、25% 、40% 和 60% 。每小时内可完成的操作循环次数,称为操作频率。 (4)短时工作制。其触点通断时间的标准值为 3 min、10 min、60 min、90 min四种。 (5)周期工作制。,3.耐受过载电流能力 耐受过载电流能力是指接触器承受电动机的起动电流和操作时 过负荷引起过
18、载电流所造成热效应的能力。,三、常用接触器介绍,目前常用的交流接触器有:CJ20、CJ24、CJ26、CJ28、CJ29 CJT1、CJ40和CJX1、CJX2、CJX3、CJX4、CJX5、CJX8系列以 及NC2、NC6、B、CDC、CK1、CK2、EB、HC1、HUC1、CKJ5、 CKJ9等系列。,CJ24系列交流接触器的技术数据,CJ24系列交流接触器的用途,适用于交流50Hz(派生后用于60Hz),额定工作电压至600V,额 定工作电流至630A的电力系统中供轧钢机及起重机等电器设备 作远距离频繁的接通、分断电路和供电动机启动和停止反向及 反接制动之用。,B 系列交流接触器的用途,
19、适用于额定电压交流50Hz,600V及以下,电流至370A的电力系 统中接通和分断电路,并能与适当的热继电器组合成电动机 起动器,以保护可能发生过载的电路。,接触器的选用,1.接触器类型的选择 接触器的类型应根据电路中负载电流的种类来选择。即交流负 载应选用交流接触器,直流负载应选用直流接触器。 根据使用类别选用相应系列产品,接触器产品系列是按使用类 别设计的,所以应根据接触器负担的工作任务来选择相应的使 用类别。若电动机承担一般任务,其接触器可选 AC - 3类;若 承担重任务可选用 AC - 4类。如选用 AC - 3类用于重任务 时,应降低容量使用,例如,AC -3设计的控制 4 kW
20、电动机的 接触器,用于重任务时,应降低一个容量等级,只能控制2.2 kW电动机等。直流接触器的选择类别与交流接触器类似。,2.接触器主触点的额定电压选择 被选用的接触器主触点的额定电压应大于或等于负载的额定电压。,3.接触器主触点额定电流的选择,对于电动机负载,接触器主触点额定电流按下式计算:,在选用接触器时,其额定电流应大于计算值。也可以根据电 气设备手册给出的被控电动机的容量和接触器额定电流对应 的数据选择。,在确定接触器主触点电流等级时,如果接触器的使用类别与所 控制负载的工作任务相对应时,一般应使主触点的电流等级与 所控制的负载相当,或者稍大一些。如果不对应,例如用AC 3类的接触器控
21、制 AC -3与 AC -4混合类负载时,则需降低电 流等级使用。 当负载为电容器或白炽灯时,接通时的冲击电流可达额定工作 电流的十几倍。这时宜选用AC -4类的接触器。如果不得不用 AC - 3类别的产品,则应降低为 70% 80% 额定容量来使用。,4.接触器吸引线圈电压的选择,如果控制线路比较简单,所用接触器数量较少,则交流接触器 线圈的额定电压一般直接选用 380 V 或 220 V。如果控制线路 比较复杂,使用的电器又比较多,为了安全起见,线圈的额定 电压可选低一些。例如,交流接触器线圈电压可选择 127 V、 36V等,这时需要附加一个控制变压器。 直流接触器线圈的额定电压应视控制
22、回路的情况而定。同一系 列、同一容量等级的接触器,其线圈的额定电压有几种,可以 选线圈的额定电压与直流控制电路的电压一致。,5.熔断器,熔断器是一种广泛应用的最简单有效的保护电器之一。其主 体是低熔点金属丝或金属薄片制成的熔体,串联在被保护的 电路中。在正常情况下,熔体相当于一根导线,当发生短路 或过载时,电流很大,熔体因过热熔化而切断电路。,熔断器,熔断器额定电流IF的选择,(1) 电灯、电炉等电阻性负载,IF IL,(3) 频繁起动的电机,(2) 单台电机,用于低压线路中的短路保护。,常用的熔断器有插入式熔断器、螺旋式熔断 器、管式熔断器和有填料式熔断器。,熔断器的结构及保护特性,熔断器由
23、熔体和绝缘底座(或称熔管)等组成。熔体为丝状或 片状,熔体材料通常有两种:一种是由铅锡合金和锌等熔点低、 导电性能差的金属制成,因而不易灭弧,多用于小电流的电 路;另一种由银、铜等熔点高、导电性能好的金属丝制成,易 于灭弧,多用于大电流电路。,电流越大,熔断越快,熔断器的 这种特性称为保护特性或安秒特 性。 熔断器对轻度过载反应比较迟 钝,一般只能作短路保护用。,熔断器的主要技术参数,1.额定电压 熔断器的额定电压是指熔断器长期工作时和分断后能够承受的 电压,它取决于线路的额定电压,其值一般等于或大于电气设 备的额定电压。,2.额定电流 熔断器的额定电流是指熔断器长期工作时,各部件温升不超过
24、规定值时所能承受的电流。熔断器的额定电流等级比较少,而 熔体的额定电流等级比较多,即在一个额定电流等级的熔断管 内可以分装不同额定电流等级的熔体,但熔体的额定电流最大 不能超过熔断管的额定电流。,3.极限分断能力 是指熔断器在规定的额定电压和功率因数(或时间常数)的条件 下,能分断的最大短路电流值。在电路中出现的最大电流值一般 是指短路电流值。所以,极限分断能力也反映了熔断器分断短路 电流的能力。,常用的熔断器,1.瓷插式熔断器 常用的瓷插式熔断器为 RC1A 系列,用于交流 50 Hz、额定电 压 380 V 及以下的电路末端,作为供配电系统导线及电气设备 (如电动机、负荷开关)的短路保护,
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