电气控制线路的安装、调试

电工实习三、电气控制线路的安装、调试3.1常用低压电器3.1.1概述3.1.2接触器3.1.3继电器3.1.4熔断器3.1.5低压开关与低压断路器3.1.6主令电器3.1.7低压电器的产品型号3.1.1概述•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。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。•随着电子技术、自控技术和计算机应用的迅猛发展，一些电器元件可能被电子线路所取代，但是由于电器元件本身也朝着新的领域扩展（表现在提高元件的性能、生产新型的元件，实现机、电、仪一体化，扩展元件的应用范围等），且有些电器元件有其特殊性，故是不可能完全被取代的。返回•电器是接通和断开电器或调节、控制和保护电器及电气设备用的电工器具。•电器的功能多，用途广，品种规格繁多，为了系统地掌握，必须加以分类。1.按工作电压等级分（1）高压电器;（2）低压电器2.按动作原理分（1）手动电器;（2）自动电器3.按用途分（1）控制电器;（2）配电电器;（3）主令电器;（4）保护电器;（5）执行电器3.1.1.1电器的分类返回3.1.1.2电力拖动自动控制系统中常用的低压控制电器接触器：分交流接触器与直流接触器继电器：有电磁式继电器（如电压继电器、电流继电器、中间继电器）；时间继电器（分直流电磁式、空气阻尼式、半导体式等）；热继电器；干簧继电器；速度继电器等熔断器：分瓷插式、螺旋式、有填料封闭管式、无填料密闭管式、快速熔断器、自复式等低压断路器：分框架式、塑料外壳式、快速直流断路器、限流式、漏电保护器等位置开关：有直动式、滚动式、微动式等按钮、刀开关等返回3.1.1.3我国低压控制电器的发展概况•现场总线系统的发展与应用将从根本上改变传统的低压配电与控制系统及其装置，给传统低压电器带来改革性变化。发展智能化可通信低压电器势在必行。其产品的特征是：产品中装有微处理器；产品带有通信接口，能与现场总线连接；采用标准化结构，具有互换性，采用模数化结构；保护功能齐全，具有外部故障记录显示、内部故障自诊断、进行双向通信等。返回3.1.2接触器•接触器是电力拖动和自动控制系统中使用量大且面广的一种低压控制电器，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，能实现远距离控制，并具有欠（零）电压保护。返回3.1.2.1结构和工作原理•接触器是利用电磁吸力的原理工作的。接触器主要由电磁系统、触头系统和灭弧装置组成，结构简图如图3-1所示。1.电磁系统•其作用是将电磁能转换成机械能，产生电磁吸力带动触头动作。图3-1接触器结构简图1—主触头2—常闭辅助触头3—常开辅助触头4—动铁心5—电磁线圈6—静铁心7—灭弧罩8—弹簧3.1.2.1结构和工作原理2.触头系统•触头是接触器的执行元件，用来接通或断开被控制电路。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）。图3-2触头结构形式图a）桥形触头b）指形触头1.2.1结构和工作原理3.灭弧装置•常用的灭弧方法有：拉长电弧、冷却电弧和将电弧分段。•常用的灭弧装置有:电动力灭弧、灭弧栅和磁吹灭弧。•对于电弧较弱的接触器，只采用灭弧罩即可。交流接触器常用电动力灭弧和灭弧栅灭弧装置。直流接触器常用磁吹灭弧装置。图3-3电动力灭弧原理1—静触头2—动触头图3-3所示的是一种桥式结构双断口触头，当触头打开时，在断口处产生电弧，电弧电流在两电弧间产生图中以表示的磁场，跟据左手定则，电弧电流要产生一个指向外侧的电动力作用，使电弧向外运动并拉长，迅速穿越冷却介质而加快冷却并熄灭。3.1.2.1结构和工作原理4.接触器的工作原理•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，并带动触头动作：常闭触头断开；常开触头闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触头复原：常开触头断开，常闭触头闭合。图3-4接触器的图形、文字符号a）线圈b）主触头c）常开辅助触头d）常闭辅助触头3.1.2.3接触器的主要技术参数与选用1.接触器的型号及代表意义3.1.2.3接触器的主要技术参数与选用2.接触器选用原则1.额定电压接触器的额定电压是指主触头的额定电压，应等于负载的额定电压。2.额定电流接触器的额定电流是指主触头的额定电流，应等于或稍大于负载的额定电流。3.电磁线圈的额定电压电磁线圈的额定电压等于控制回路的电源电压。4.触头数目接触器的触头数目应能满足控制线路的要求。5.额定操作频率接触器额定操作频率是指每小时接通次数。返回3.1.3继电器•继电器主要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，其触头接通或断开交、直流小容量的控制回路。•继电器的种类很多，常用的分类方法有：按用途分：有控制继电器和保护继电器。按动原理作分：有电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、电子式继电器和热继电器。按输入信号的不同来分：有电压继电器、中间继电器、电流继电器、时间继电器、速度继电器等。返回1.3.1电磁式继电器1.电磁式继电器的结构与工作原理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。图3-5电磁式继电器原理图1—铁心2—旋转棱角3—释放弹簧4—调节螺母5—衔铁6—动触头7—静触头8—非磁性垫片9—线圈图3-6电磁式继电器图形、文字符号3.1.3.2热继电器•热继电器是利用电流流过热元件时产生的热量，使双金属片发生弯曲而推动执行机构动作的一种保护电器。主要用于交流电动机的过载保护、断相及电流不平衡运动的保护及其他电器设备发热状态的控制。热继电器还常和交流接触器配合组成电磁起动器，广泛用于三相异步电动机的长期过载保护。•在图3-7中发热元件1通电发热后，主双金属片2受热向左弯曲，推动导板3向左推动执行机构发生一定的运动。电流越大，执行机构的运动幅度也越大。当电流大到一定程度时，执行机构发生跃变，即触点发生动作从而切断主电路。1.3.2热继电器图3-7热继电器原理图1—热元件2—双金属片3—导板4—触头图3-8热继电器图形、文字符号a）发热元件b）常闭触点3.1.3.3时间继电器•从得到输入信号（线圈的通电或断电）开始，经过一定的延时后才输出信号（触头的闭合或断开）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：接受输入信号后延迟一定的时间，输出信号才发生变化。当输入信号消失后，输出瞬时复原。断电延时：接受输入信号时，瞬时产生相应的输出信号。当输入信号消失后，延迟一定的时间，输出才复原。3.1.3.3时间继电器空气阻尼式时间继电器•空气阻尼式时间继电器是利用空气阻尼作用而达到延时的目的。它由电磁机构、延时机构和触头组成。•空气阻尼式时间继电器的电磁机构有交流、直流两种。延时方式有通电延时型和断电延时型（改变电磁机构位置，将电磁铁翻转1800安装）。当动铁心（衔铁）位于静铁心和延时机构之间位置时为通电延时型；当静铁心位于动铁心和延时机构之间位置时为断电延时型。JS7-A系列时间继电器如图3-9所示。3.1.3.3时间继电器图3-9JS7-A系列时间继电器原理图a）通电延时型b）断电延时形1－线圈2—铁心3—衔铁4—反力弹簧5—推板6—活塞杆7—杠杆8—塔形弹簧9—弱弹簧10—像皮膜11—空气室壁12—活塞13—调节螺钉14—进气孔15、16—微动开关3.1.3.3时间继电器•现以通电延时型为例说明其工作原理。当线圈1得电后衔铁（动铁心）3吸合，活塞杆6在塔形弹簧8作用下带动活塞12及橡皮膜10向上移动，橡皮膜下方空气室空气变得稀薄形成负压，活塞杆只能缓慢移动，其移动速度由进气孔气隙大小来决定。经一段延时后，活塞杆通过杠杆7压动微动开关15，使其触头动作，起到通电延时作用。•当线圈断电时，衔铁释放，橡皮膜下方空气室内的空气通过活塞肩部所形成的单向阀迅速地排出，使活塞杆、杠杆、微动开关等迅速复位。由线圈得电到触头动作的一段时间即为时间继电器的延时时间，其大小可以通过调节螺钉13调节进气孔气隙大小来改变。•在线圈通电和断电时，微动开关16在推板5的作用下都能瞬时动作，其触头即为时间继电器的瞬动触头。3.1.3.4速度继电器•速度继电器主要用于笼型异步电动机的反接制动控制，也称反接制动继电器。其结构原理如图3-10所示。。•速度继电器的轴与电动机的轴相连接。转子固定在轴上，定子与轴同心。当电动机转动时，速度继电器的转子随之转动，绕组切割磁场产生感应电动势和电流，此电流和永久磁铁的磁场作用产生转矩，使定子向轴的转动方向偏摆，通过定子柄拨动触头，使常闭触头断开、常开触头闭合。当电动机转速下降到接近零时，转矩减小，定子柄在弹簧力的作用下恢复原位，触头也复原。3.1.3.4速度继电器图3-10速度继电器结构原理图1—转子2—电动机轴3—定子4—绕组5—定子柄6—静触头7—动触头8—簧片图3-11速度继电器的图形、文字符号a）转子b）常开触头c）常闭触头返回3.1.4熔断器•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。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。•熔断器的图形、文字符号如图3-12所示。图3-12熔断器的图形、文字符号返回3.1.5低压开关和低压断路器3.1.5.1低压断路器•低压断路器曾称自动空气开关或自动开关。它相当于刀开关、熔断器、热继电器、过电流继电器和欠电压继电器的组合，是一种既有手动开关作用又能自动进行欠电压、失电压、过载和短路保护、动作值可调、分断能力高的电器。•低压断路器与接触器不同的是：接触器允许频繁地接通和分断电路，但不能分断短路电流；而低压断路器不仅可分断额定电流、一般故障电流，还能分断短路电流，但单位时间内允许的操作次数较低。返回3.1.5.1低压断路器低压断路器由操作机构、触头、保护装置（各种脱扣器）、灭弧系统等组成。工作原理图如图3-13所示。•低压断路器的主触头是靠手动操作或电动合闸的。主触头闭合后，自由脱扣机构将主触头锁在合闸位置上。过电流脱扣器的线圈和热脱扣器的热元件与主电路串联，欠电压脱扣器的线圈和电源并联。当电路发生短路或严重过载时，过电流脱扣器3的衔铁吸合，使自由脱扣机构2动作，主触头断开主电路。当电路过载时，热脱扣器5的热元件发热使双金属片向上弯曲，推动自由脱扣机构动作。当电路欠电压时，欠电压脱扣器6的衔铁释放，也使自由脱扣机构动作。分励脱扣器4则作为远距离控制用，在正常工作时，其线圈是断电的，在需要远距离控制时，按下起动按钮，使线圈通电，衔铁带动自由脱扣机构2动作，使主触头断开。3.1.5.1低压断路器图3-13底压断路器工作原理图1—主触头2—自由脱扣机构3—过电流脱扣器4—分励脱扣器5—热脱扣器6—欠电压脱扣器7—起动按纽图3-14低压断路器的图形、文符号3.1.5.2漏电保护器•漏电保护器是最常用的一种漏电保护电器。当低压电网发生人身触电或设备漏电时，漏电保护器能迅速自动切断电源，从而避免造成事故。•电磁式电流型漏电保护器由开关装置、试验回路、电磁式漏电脱扣器和零序电流互感器组成。其结构如图3-15所示。图3-15电磁式电流型漏电保护器工作原理图1—电源变压器2—主开关3—试验回路4—零序电流互感器5—电磁式漏电脱扣器1.5.2漏电保护器•当电网正常运行时，不论三相负载是否平衡，通过零序电流互感器主电路的三相电流的相量和等于零，因此其二次绕组中无感应电动势，漏电保护器也工作于闭合状态。一旦电网中发生漏电或触电事故，上述三相电流的相量和不再等于零，因为有漏电或触电电流通过人体和大地而返回变压器中性点。于是，互感器二次绕组中便产生感应电压加到漏电脱扣器上。当达到额定漏电动作电流时，漏电脱扣器就动作，推动开关装置的锁扣，使开关打开，分断主电路。3.1.5.3低压隔离器•低压隔离器也称刀开关。低压隔离器是低压电器中