第一章常用低压控制电器.

2019/12/191电器与可编程控制器应用技术主讲：朱程辉电气与自动化工程学院自动化系2019/12/192第一篇电器控制技术第一章：常用低压控制电器第二章：电器控制线路的基本环节第三章：生产机械的电气控制2019/12/193第一章：常用低压控制电器1.概述2.接触器3.继电器4.熔断器5.低压开关和低压断路器6.主令电器7.智能继电器2019/12/1941.1概述什么是电器？所谓电器是指根据外界特定的信号和要求，自动或手动接通和断开电路，断续或连续地改变电路参数，实现对电路或非电对象的切换、保护、检测、变换和调节用的电气设备。2019/12/1952019/12/196随着科技进步与经济的发展，电能的应用越来越广泛，电器对电能的生产、输送、分配与应用起着控制、调节、检测与保护的作用，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。电器的种类繁多，构造各异，本门课主要向大家介绍常用低压控制电器元件，在内容上着重于低压电器的应用，不涉及元件的设计。2019/12/1971.2电器的分类－按电压分类（一）按工作电压等级分1．高压电器用于交流电压1200V、直流电压1500V及以上电路中的电器，例如高压断路器、高压隔离开关、高压熔断器等。2．低压电器用于交流50Hz(或60Hz)额定电压为1200V以下、直流额定电压为1500V及以下的电路内起通断、保护、控制或调节作用的电器(简称电器)，例如接触器、继电器等。2019/12/1981.2电器的分类－按动作原理分类（二）按动作原理分1．手动电器人手操作发出动作指令的电器。例如：刀开关、按钮等。2．自动电器产生电磁吸力而自动完成动作指令的电器。例如：接触器、继电器、电磁阀等。2019/12/1991.2电器的分类－按用途＋1．控制电器用于各种控制电路及控制系统的电器，例如接触器、继电器、电动机起动器等。2．配电电器用于电能的输送和分配的电器，例如高压断路器等。3．主令电器用于自动控制系统中发送动作指令的电器，例如按钮、转换开关等。4．保护电器用于保护电路及用电设备的电器，例如熔断器、热继电器等。5．执行电器用于完成某种动作或传送功能的电器，例如电磁铁、电磁离合器等。2019/12/19101.3常用的低压控制电器1接触器：交流接触器直流接触器继电器：电磁式继电器：电压继电器电流继电器中间继电器时间继电器：直流电磁式空气阻尼式半导体式热继电器干簧继电器速度继电器2019/12/19111.3常用的低压控制电器2熔断器：瓷插式、螺旋式、快速熔断器有填料封闭管式、无填料封闭管式低压断路器：框架式、塑料外壳式、限流式快速直流断路器、漏电保护器位置开关：直动式滚动式微动式按钮、刀开关2019/12/19121.4我国低压控制电器的发展概况第一代：20世纪60～70年代，产品有17个系列第二代：20世纪70～80年代，产品适应成套设备需要第三代：20世纪90年代，产品跟踪国外先进技术现代低压电气的特征：微处理器；带有通信接口；采用标准化结构；保护功能齐全；具有外部故障记录显示、参数测量显示、内部故障自诊断功能等。2019/12/19132.1接触器－作用作用：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，能实现远距离控制，并具有欠(零)电压保护。2019/12/19142.1接触器－结构主要结构：电磁系统触头系统灭弧装置2019/12/19152.1接触器－电磁系统作用：将电磁能转换成机械能，产生电磁吸力带动触点动作。组成：动铁心(衔铁)、静铁心和电磁线圈2019/12/19162.1接触器－电磁系统吸力特性吸力特性：电磁系统的电磁吸力与气隙的关系曲线称为吸力持性。SBF25104电磁吸力气隙磁感应强度铁心截面积22BF2019/12/19172.1接触器－电磁系统吸力特性1交流吸力特性fNUfNE44.444.422BFI2019/12/19182.1接触器－电磁系统吸力特性2直流吸力特性222/1/1//mmRFFRNIRUI2019/12/19192.1接触器－电磁系统吸力特性3交流与直流吸力特性的比较：可靠性高，频繁操作2019/12/19202.1接触器－电磁系统反力特性电磁系统的反作用力与气隙的关系称为反力特性；反作用力包括：弹簧力，衔铁自重，摩擦阻力2019/12/1921触头是接触器的执行元件，用来接通或断开被控电路。分类1：主触头：控制主回路，允许通过大电流辅助触头：控制回路，允许通过小电流分类2：常开触头NO：初始状态触头断开，线圈通电后闭合常闭触头NC：初始状态触头闭合，线圈通电后断开2.1接触器－触头系统2019/12/19222.1接触器－触点系统＋触头形状：桥型触点、指型触点触头接触形式：点接触、线接触、面接触2019/12/19232.1接触器－灭弧装置电弧：当触头断开瞬间，触头间距离极小，电场强度极大，触头间产生大量的带电粒子，形成炽热的电子流，产生弧光放电现象，称为电弧。危害：妨碍电路的正常分断，又会使触头受到严重腐蚀。方法：要使电弧熄灭，应设法降低电弧的温度和电场强度。常用的灭弧装置有灭弧罩、灭弧栅和磁吹灭弧装置。2019/12/19242.1接触器－灭弧装置＋灭弧罩：多用于交流接触器中灭弧栅：多用于交流接触器中磁吹灭弧装置：应用于直流接触器中2019/12/19252.1接触器－工作原理及画法工作原理：初始状态：线圈断电、弹簧力作用大NC闭合，NO断开工作状态：线圈通电、吸力作用大NC断开，NO闭合画法：2019/12/19262.2交流接触器接触器按线圈工作电压分：交流接触器和直流接触器2019/12/19272.2交流接触器＋交流接触器：接通或断开交流主电路线圈：短而粗的圆筒状线圈工作电压为：交流，铁芯配有短路环装置灭弧装置：灭弧罩，灭弧栅等2019/12/19282.3直流接触器直流接触器：接通或断开直流主电路线圈：长而薄的圆筒状线圈工作电压为：直流灭弧装置：磁吹弧装置2019/12/19292.4主要技术数据及选用原则1型号：2019/12/19302.4主要技术数据及选用原则2接触器选用原则：额定电压：主触点的工作电压，应等于负载的额定电压额定电流：主触点的工作电流，应等于或稍大于负载的额定电流电磁线圈的额定电压：应等于控制回路电压的电源电压触头数目：2对，3对，4对，6对额定操作频率：交流600次/h，直流1200次/h2019/12/19313.1.1继电器用途：用于控制与保护电路或作信号转换用。当输入量变化到某一定值时，继电器动作，其触点接通或断开交、直流小容量的控制回路。2019/12/19323.1.2继电器－分类按动作原理：电磁式，感应式，电动式，电子式，热继电器按用途：控制继电器，保护继电器按输入信号：电压，电流，中间，时间，速度2019/12/19333.2.1电磁式继电器结构常用的电磁式继电器有电压继电器、中间继电器和电流继电器结构：电磁系统、触点系统和释放弹簧2019/12/19343.2.2电磁式继电器特性继电特性：定义：K=X1/X2其中：X1：释放值X2：吸合值K：返回系数y1x2x1xy吸合值释放值2019/12/19353.2.3电压继电器电压继电器反映的是电压信号，常用的有欠（零）压继电器，过电压继电器。KAKAL1例1KAKAL1例22019/12/19363.2.3电流继电器电流继电器反映的是电流信号，常用的有欠电流继电器，过电流继电器。KAKAL1例1KAKAL1例22019/12/19373.3.1干簧继电器可以反映电压、电流、功率以及电流极性等信号。结构：2019/12/19383.3.2干簧继电器特点吸合功率小灵敏度高寿命长，动作快体积小，结构简单过载能力低触点易抖动2019/12/19393.4.1小型继电器用于电子线路，计算机接口等，通常作为信号指示用。特点：结构小巧，采用封闭式功耗低，动作响应快分类：交流、直流电压型直流电流型2019/12/19403.4.1小型继电器举例图例：2019/12/19413.5.1热继电器利用电流的热效应进行工作的电器，广泛用于对电动机的长期过载保护。常与接触器配对使用图例与画法：2019/12/19423.5.2结构与工作原理主要有热元件，双金属片和触点组成；有自复位和手动复位功能。2019/12/19433.5.3断相保护热继电器两相结构的热继电器的缺点：定子三角型接法带来的问题：带断相保护的结构：2019/12/19443.6.1时间继电器线圈从得到输入信号(通电或断电)开始。经过一定的延时后触点才闭合或断开的继电器，称为时间继电器。时间继电器的延时方式有两种：通电延时，断电延时分类：按工作机理分电磁式，空气阻尼式，半导体式等图例2019/12/19453.6.1时间继电器的延时方式通电延时：线圈通电，触点延时动作断电延时：线圈失电，触点延时动作如右图：t1t2线圈通电线圈失电T1t3线圈延时触点延时触点T2t4断电延时常开触点延时断开通电延时常开触点延时闭合2019/12/19463.6.1时间继电器的画法时间继电器的画法：KTKTKTKTKTKTKTKT2019/12/19473.6.2直流电磁式时间继电器工作原理：其铁心上配置一个阻尼铜套，在继电器通电、断电时该铜套内将感生涡流，阻碍穿过铜套内的磁通变化，从而对磁通起阻尼作用。当继电器断电时，这种阻尼作用较大。特点：1）断电延时用；2）延时打开常开触点，延时闭合常闭触点；3）延时时间较短，5s左右，精度不高；2019/12/19483.6.3空气阻尼式时间继电器工作原理：利用空气阻尼作用而达到延时，其时间的长短通过调节进气孔气隙大小来决定。特点：延时范围大：0.4～180s;通电延时，断电延时;防尘效果差，精度不高。2019/12/19493.6.4半导体式时间继电器工作原理：利用RC电路电容器充电来实现延时，通过调节电位器来改变延时的长短。特点：延时范围大：0.2～300s;体积小，精度高;触点容量大，可靠性好。2019/12/19503.7.1速度继电器－工作原理工作原理：速度继电器由定子，转子，触点构成。待测物体转动时，带动其转子转动，从而在定子上产生转矩；定子在转矩的作用下使触点闭合或断开。2019/12/19513.7.2速度继电器－画法2019/12/19524.1熔断器－作用熔断器是一种简单而有效的保护电器。在电路中主要起短路保护作用。FU2019/12/19534.2熔断器－结构熔断器主要由熔体和安装熔体的绝缘管(绝缘座)组成。使用时，熔体串接于被保护的电路中，当电路发生短路故障时，熔体被瞬时熔断而分断电路，起到保护作用。2019/12/19544.3.1熔断器－特性1安秒特性：它表示熔断时间t与通过熔体的电流I的关系;熔断器的安秒特性为反时限特性，即短路电流值越大，熔断器时间越短。IIRt0I1I2t1t2最小熔断电流2019/12/19554.3.1熔断器－特性2极限分断能力：通常是指在额定电压及一定的功率因数(或时间常数)下切断短路电流的极限能力，常用极限断开电流值(周期分量的有效值）来表示。熔断器的极限分断能力必须大于线路中可能出现的最大短路电流。2019/12/19564.4熔断器－分类插入式熔断器螺旋式熔断器无填料密闭管式熔断器有填料封闭管式熔断器快速熔断器自复熔断器2019/12/19574.5熔断器－选用根据不同性质的负载。熔体额定电流的选用方法也不同。1.熔断器类型选择其类型应根据线路的要求、使用场合和安装条件选择。2.熔断器额定电压的选择其额定电压应大于或等于线路的工作电压。3.熔断器额定电流的选择其额定电流必须大于或等于所装熔体的额定电流。4.熔体额定电流的选择。2019/12/19585.1.1低压断路器－作用低压断路器是低压配电网中一种重要的保护电器,有多种保护功能(过载、短路、欠电压保护等)、动作值可调、分断能力高、操作方便、安全等优点，所以目前被广泛应用。QF