工业电气控制第一章 邓则名

工业电器控制与可编程控制器主讲老师：刘芹自动化学院总学时：54讲课：42实验：12单位：自动化学院学分：2.5性质：专业课1，胡汉琪主编，《可编程控制器原理及应用》(第二版)，中国电力版社，20082，邓则名主编,电器与可编程控制器应用技术.北京，机械工业出版社，2003.参考教材两个部分1，电气控制技术部分2，可编程控制器技术部分电气控制技术部分主要内容一、常用低压控制电器组成电气控制线路基本元件或单元。二、电气控制系统的典型控制线路分析复杂控制线路由基本线路构成的。常用电气控制线路设计Date:2020/2/25Page:5常用低压控制电器CH1第一章常用低压控制电器第一节概述第二节接触器第三节继电器第四节熔断器第六节主令电器本章小结第五节低压开关和低压断路器Date:2020/2/25Page:6常用低压控制电器CH1第一节概述电器是对电能的生产，输送，分配以及应用起到控制、调节、检测及保护等作用的工具之总称。如开关，熔断器，变压器等都属于电器。能够按照外界指定的信号手动或自动的接通和断开电路，实现对电路控制的电气叫控制电器。如熔断器、开关、电磁式控制电磁铁都属控制电器。变压器是不是控制电器？Date:2020/2/25Page:7常用低压控制电器CH1第一节概述一、电器的分类•按电器的工作电压等级分：高压电器和低压电器交流电压1200v，直流电压1500v•按电器的动作性质分：手动电器和自动电器•按电器的性能和用途分：主令电器（各种传感器，按钮，行程开关），控制电器（继电器，接触器，电磁阀）和保护电器（熔断器，热继电器），执行电器（电磁铁，电磁离合器）。•按有无触点分：有触点电器（刀开关、接触器）和无触点电器（可控硅、固态继电器、晶闸管，大功率三极管，大功率场效应管）•按工作电压种类分：交流控制电器和直流控制电器。•按工作原理分：电磁式电器和非电量控制电器。Date:2020/2/25Page:8常用低压控制电器CH1第一节概述二、我国低压电器的发展1、电气控制经历几个阶段•手动控制：电器比较单一•继电接触器控制：按钮，接触器，继电器对电机进行控制，持续时间长。•顺序控制器控制：伴随中小规模集成电路应用产生，实现简单逻辑控制，随着集成电路迅速发展，大规模超大规模集成电路产生，微处理器，单片机，功能芯片，使得控制系统进入一个新的领域。•可编程控制器（PLC）：加工中心机床，自适应数控机床，计算机群控系统，柔性制造系统。Date:2020/2/25Page:9常用低压控制电器CH1第一节概述二、我国低压电器的发展2、电气控制的发展•现代大工业生产提出的更高要求：汽车，冰箱，彩电大型生产线。•其他技术的发展推动着电气控制发展技术：大功率半导体技术器件（电力电子技术使得传统电子技术由弱电领域到强电领域），大规模集成电路，计算机控制技术，检测技术，现代控制理论（例如，交流变频调速控制）等。Date:2020/2/25Page:10常用低压控制电器CH1第一节概述二、我国低压电器的发展3、我国低压电器1）原装进口：价格高，性能好ABB、西门子、施耐德2）引进国外技术，在国内生产：正泰，德力西3）我国自己的产品：上海电气、长城电器、低压电器：智能化、可通信是发展趋势。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。Date:2020/2/25Page:11常用低压控制电器CH1接触器用来频繁地接通和分断交直流回路和大容量控制电路。主要控制对象是电路机，能实现远距离控制，并具有欠压、零压保护。接触器由电磁系统，触头系统和灭弧装置组成。第二节接触器Date:2020/2/25Page:12常用低压控制电器CH1一、结构和工作原理电磁系统：铁心，线圈触头系统：主触头，辅助触头灭弧系统：Date:2020/2/25Page:13常用低压控制电器CH1一、结构和工作原理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。铁芯衔铁线圈第二节接触器交流：硅钢片叠加直流：整块铸铁或铸钢U形，E形，O形交流线圈：短而粗，有骨架。直流线圈：细而长，无骨架。Date:2020/2/25Page:14常用低压控制电器CH1第二节接触器Date:2020/2/25Page:15常用低压控制电器CH1第二节接触器2F吸力特性吸力特性：电磁吸力与气隙的关系曲线。说明：吸力特性与线圈励磁电流种类、线圈连接方式有关。SSBF20202121式中：当Ｓ为常数时，电磁吸力的近似计算公式：交流电磁机构：fNUNfEU44.4;44.4Date:2020/2/25Page:16常用低压控制电器CH1当频率、匝数和电压都为常数时，磁通为常数时：F为常数•结论：a交流电压线圈在衔铁闭合前后吸力几乎不变化（如考虑漏磁通，随的减少略有增加）。•b交流电压线圈中的电流在衔铁闭合前后随气隙的减小而减小。,mRINmR磁路定律交流中磁阻主要是气隙IDate:2020/2/25Page:17常用低压控制电器CH1直流电磁机构•结论：a电流为常数(与磁路的气隙大小无关，取决于线圈的电阻)，2111FRRINmmcuRUI/b直流电压线圈在衔铁闭合前后吸力变化很大；Date:2020/2/25Page:18常用低压控制电器CH1第二节接触器12反力特性为起始位置，动、静触头接触时的位置1吸力特性与反力特性配合吸力特性与反力特性配合得当，才有助于电器性能的改善。在实际应用中可调节反力弹簧或触头初压力以改变反力特性，使之与吸力特性有良好的配合。Date:2020/2/25Page:19常用低压控制电器CH1一、结构和工作原理2.触头系统——通过触头的开合控制电路通、断。类型所控制的电路：主触头和辅助触头按期原始状态：常开触头和常闭触头第二节接触器结构形式：桥形触头和指型触头结构形式：点接触，线接触和面接触Date:2020/2/25Page:20常用低压控制电器CH1一、结构和工作原理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：降低电弧温度；减少电弧两端电压方法：灭弧罩；灭弧栅；磁吹灭弧装置第二节接触器灭弧栅片触头电弧Date:2020/2/25Page:21常用低压控制电器CH1交流接触器线圈通以交流电，主触头接通，分断交流主电路。第二节接触器二、交流接触器Date:2020/2/25Page:22常用低压控制电器CH1第二节接触器交流接触器结构图主触头常闭辅助触头常开辅助触头静铁心动铁心吸引线圈灭弧装置Date:2020/2/25Page:23常用低压控制电器CH11．工作原理线圈加额定电压，衔铁吸合，常闭触头断开，常开触头闭合；线圈电压消失，触头恢复常态。为防止铁心振动，需加短路环。第二节接触器Date:2020/2/25Page:24常用低压控制电器CH12．出现问题1）当交变磁通穿过铁心时，将产生涡流和磁滞损耗，是铁心发热；2）交流接触器铁心的磁通是交变的，故当磁通为零时，电磁吸力也为零，使铁心产生强烈的震动和噪声。第二节接触器3．解决方法1）铁心用硅钢片迭制而成，减少涡流路径，加硅增加电阻，减少铁心电流，从而减少电流损耗；2）在铁心端面上安装一个铜质短路环,两个磁通产生相位差，在端面上产生的合成的磁通不为零，吸力也不为零，就不会振动。Date:2020/2/25Page:25常用低压控制电器CH1第二节接触器衔铁铁芯线圈短路环4．结构特点铁心用硅钢片冲压迭制而成；线圈做成短而粗的圆筒状（减少铁心发热）；在铁心端面上安装一个铜质短路环Date:2020/2/25Page:26常用低压控制电器CH1直流接触器线圈通以直流电流，主触头接通、切断直流主电路。第二节接触器二、直流接触器铁心用整块钢块构成；线圈做成长而薄的圆筒状。Date:2020/2/25Page:27常用低压控制电器CH1KM常闭辅助触点线圈KM主触点KM常开辅助触点KM第二节接触器三、接触器的符号Date:2020/2/25Page:28常用低压控制电器CH1第二节接触器四、接触器的主要技术指标和选择接触器的型号和代表意义例如：CJ20—40/03Date:2020/2/25Page:29常用低压控制电器CH1额定电压交流接触器：127、220、380、500V直流接触器：110、220、440V交流接触器：5、10、20、40、60、100、150、250、400、600A直流接触器：40、80、100、150、250、400、600A额定电流吸引线圈额定电压交流接触器：36、110（127）、220、380V直流接触器：24、48、220、440V第二节接触器四、接触器的主要技术指标和选择Date:2020/2/25Page:30常用低压控制电器CH1根据电路中负载电流的种类选择接触器的类型；接触器的额定电压应大于或等于负载回路的额定电压；交流：220v,380v,660v,1140v；直流：110,220,440,660额定电流应大于或等于被控主回路的额定电流。触头数目电磁线圈的电源种类，频率和额定电压额定操作频率（次/h），允许每小时接通的次数第二节接触器四、接触器的主要技术指标和选择Date:2020/2/25Page:31常用低压控制电器CH1继电器是一种根据特定形式的输入信号而动作的自动控制电器。用于控制与保护电路或作信号转换用。分类：按用途分：控制和保护继电器按动作原理分：电磁式、感应式、电动式、电子式、热继电器按输入信号分：电流、电压、时间、速度、压力第三节继电器Date:2020/2/25Page:32常用低压控制电器CH1一、电磁式继电器第三节继电器1.结构：电磁系统；触头系统；释放弹簧组成。2.工作原理：同接触器3.符号：Date:2020/2/25Page:33常用低压控制电器CH1一、电磁式继电器第三节继电器电磁式继电器特性•输入-输出特性X1:继电器释放值X2：继电器吸合值k=X1/X2：继电器的返回系数K值可以通过调节释放弹簧的松紧程度或调整铁心与衔铁之间非磁性垫片的厚度来达到•吸合和释放时间吸合时间：从线圈接受电信号到衔铁完全吸合所需的时间释放时间：从线圈失电到衔铁完全释放所需的时间Date:2020/2/25Page:34常用低压控制电器CH1二、电流继电器特点：线圈串接于电路中，导线粗、匝数少、阻抗小。分类：过电流继电器、欠电流继电器过流电流继电器欠流电流继电器第三节继电器Date:2020/2/25Page:35常用低压控制电器CH1欠电流继电器KAIKAKA过电流继电器IKAKAKA二、电流继电器第三节继电器Date:2020/2/25Page:36常用低压控制电器CH1特点：线圈并联在电路中，匝数多，导线细分类：欠电压继电器（30%-50%UN）和过电压继电器（105%-120%UN）、零电压继电器（0%-25%UN）结构原理：与电流继电器类似欠电压继电器KAUKAKA过电压继电器UKAKAKA三、电压继电器第三节继电器Date:2020/2/25Page:37常用低压控制电器CH1中间继电器实质上是一种电压继电器，结构和工作原理与接触器相同。但它的触点数量较多，在电路中主要是扩展触点的数量。三、中间继电器第三节继电器Date:2020/2/25Page:38常用低压控制电器CH1作用：利用电流的热效应原理电动机的过载保护利用双金属片受热弯曲去推动杠杆使触头动作利用电阻值随温度变化而变化的特性制成利用过载电流发热使易熔合金熔化而使继电器动作四、热继电器