电气与PLC控制系统的设计

《电气与PLC控制系统的设计、安装、调试与维护》教学课件第1章常用低压电器1.1概述一、低压电器的定义是指工作在直流1500V、交流1000V（1140V）及以下的电路中，以实现对电路或非电对象的控制、检测、保护、变换、调节等作用的基本器件。二、低压电器分类（一）按操作方式分：手动电器：由人工直接操作才能完成任务的电器称为手动电器，如刀开关、按钮和转换开关等。自动电器：指不需要人工直接操作，按照电的或非电的信号自动完成接通、分断电路任务的电器称为自动电器，如低压断路器、接触器和继电器等。（二）按用途分：低压配电电器：主要用于低压供电系统，如刀开关、低压断路器、转换开关和熔断器等。低压控制电器：主要用于电力拖动控制系统，如接触器、继电器、控制器、控制按钮、行程开关、主令控制器和万能转换开关等。（三）按工作原理分：电磁式电器：根据电磁感应原理来工作的电器，如交直流接触器、电磁式继电器等。非电量控制电路：电器的工作是靠外力或非电物理量的变化而动作的电器。如刀开关、行程开关、按钮、速度继电器、压力继电器和温度继电器等。1、电磁式控制电器：由电磁机构、触头系统、灭弧系统组成。（1）电磁机构：电磁机构通常采用电磁铁的形式，由吸引线圈、铁心(亦称静铁心或磁轭)和衔铁(也称动铁心)三部分组成。其作用原理：当线圈中有电流通过时，电磁吸力克服弹簧的反作用力，使得衔铁与铁心闭合，由连接机构带动相应的触头动作。1-衔铁2-铁心3-线圈（2）触头系统：触头的作用是接通或分断电路。触头的结构有桥式触头指式触头：适用于分合次数多，电流大的场合。点接触式：适用于电流不大场合面接触式：电流较大场合。a-点接触式b-面接触式c-指式触头（3）灭弧系统：①双断口电动力吹弧②磁吹灭弧③窄缝(纵缝)灭弧法④栅片灭弧法1.2刀开关与组合开关低压开关又称低压隔离器，是低压电器中结构比较简单、应用广泛的一类手动电器。主要有刀开关、组合开关、以及用刀开关与熔断器组合成的胶盖瓷底刀开关和熔断器式刀开关，还有转换开关等。一、刀开关（一）闸刀开关（胶盖刀开关）1、文字符号：QS2、图形符号：单极双极三极（1）型号：胶盖刀开关即开启式负荷开关，适用于交流50Hz，额定电压单相220V、三相380V，额定电流至100A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地短路保护之用。其中三极开关适当降低容量后，可作为小型感应电动机手动不频繁操作地直接起动即分断用。常用地有HK1和HK2系列。3、主要技术参数：HK2极数额定电流设计代号开启式负荷开关胶盖刀开关的型号及其含义如下：（2）额定参数：额定电压，额定电流。4、刀开关的选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(在开启合通风良好的场合)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)电流工作电流。在开关柜内使用还应考虑操作方式，如杠杆操作机构、螺旋式操作机构等。当用当开关控制电动机时，其额定电流要大于电动机额定电流的3倍。（二）组合开关1、文字符号：QS2、图形符号：单极三极3、基本结构及动作原理：L1L2L3UVW实物图示意图4、主要技术参数（1）型号：广泛应用于电器设备的电源开关、测量三相电压和控制7.5kW以下小容量电动机的直接启动、正反转等不频繁操作的场合。组合开关的额定电压为220V和380V。额定电流有10A,25A,35A,60A等。产品型号有HZ5,HZ10系列等。组合开关的型号及其含义如下：HZ10极数额定电流设计代号开启式负荷开关用途型式代号（2）额定参数：额定电压，额定电流。1.3自动空气开关(断路器、自动开关)低压断路器是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压过载和短路保护的电器。可用来分配电能，不频繁地启动异步电机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或短路及欠电压等故障时能自动切断电路。1、文字符号：QF2、图形符号：单极三极3、基本结构及动作原理：当电路发生短路或严重过载时，过电流脱扣器的衔铁被吸合，使自动脱扣器机构动作；当电路过载时，过载脱扣器的热元件产生的热量增加，使双金属片向上弯曲，推动自动脱扣器机构动作；当电路失压时，失压脱扣器的衔铁释放，也使自动脱扣器机构动作。实物图原理图1-分闸弹簧2-主触头3-传动杆4-锁扣5-轴6-过电流脱扣器7-热脱扣器8-欠压失压脱扣器9-分励脱扣器DZ20系列低压断路器型号意义：DZ20极数脱扣器型式及附件代号操作机构代号：无字－手柄操作P－电动机操作壳架等级额定电流塑料外壳式断路器设计代号额定极限短路分断能力级别代号Y－一般J－较高型G－最高型用途代号：无字－配电用2－保护电动机用4、主要技术参数（1）型号（2）额定参数：①额定工作电压；在数值上取决于电网的额定电压等级，我国电网标准规定为AC220、380、660及1140V，DC220、440V等。应该指出，同一断路器可以在几种额定工作电压下使用，但相应的通断能力并不相同。②额定电流：为过电流脱扣器的额定电流，一般指断路器的额定持续电流。③通断能力：开关电器在规定的条件下(电压、频率及交流电路的功率因数和直流电路的时间常数)，能在给定的电压下接通和分断的最大电流值，也称为额定短路通断能力。④分断时间：指切断故障电流所需的时间，它包括固有的断开时间和燃弧时间。5、断路器的选用：（1）断路器的额定工作电压应大于或等于线路或设备的额定工作电压。对于配电电路来说应注意区别是电源端保护还是负载保护，电源端电压比负载端电压高出约5%左右。（2）断路器主电路额定工作电流大于或等于负载工作电流。（3）断路器的过载脱扣整定电流应大于或等于负载工作电流。（4）断路器的额定通断能力应大于或等于电路的最大短电流。（5）断路器低欠电压脱扣器额定电压等于主电路额定电压。1.4主令电器主令电器主要用来接通或断开控制电路，以发布命令或信号，改变控制系统工作状况的电器。常用的主令电器有控制按钮、行程开关、万能转换开关、主令控制器等。一、控制按钮1、文字符号：SB2、图形符号：常开按钮常闭按钮复合按钮3、基本结构及工作原理：实物图示意图1-按钮2-复位弹簧3-常闭静触头4-动触头5-常开静触头5、按钮的使用：（1）选择时应根据所需的触头数、使用的场所及颜色来确定。常用的LA18,LA19,LA20系列按钮开关，适用于AC500V,DC440V,额定电流5A，控制功率为AC300W,DC70W的控制回路中。4、型号：按钮开关的型号意义：结构形式常闭触头数AL常开触头数主令电器设计序号按钮K-开启式J-紧急式H-保护式Y-钥匙式S-防水式X-旋钮式F-防腐式D-带指示灯式（2）按钮颜色要求：①“停止”和“急停”按钮必须是红色。当按下红色按钮时，必须使设备停止工作或断电。②“起动”按钮的颜色是绿色。③“起动”与“停止”交替动作的按钮必须是黑色、白色或灰色，不得用红色和绿色。④“点动”按钮必须是黑色。⑤“复位”(如保护继电器的复位按钮)必须是蓝色。当复位按钮还有停止的作用时，则必须是红色。二、行程开关1、文字符号：SQ2、图形符号：常开触头常闭触头3、基本结构及工作原理实物图结构图4、型号：常用的行程开关有JLXK1、LX19、LX32、LX33和微动开关LXW-11、JLXK1-11、LXK3等系列。行程开关的型号及其含义如下：19“1”能自动复位，“2”不能自动复位。LX“0”直动式，“1”滚轮在传动杆内侧“2”滚轮在传动杆外侧“3”滚轮在传动杆凹槽内或内外各一“0”无滚轮，“1”单滚轮，“2”双滚轮“k”开启式设计序号行程开关主令电器熔断器是一种当电流超过规定值一定时间后，以它本身产生的热量使熔体熔化而分断电路的电器。广泛应用于低压配电系统及用电设备中作短路和过电流保护。1.5熔断器1、文字符号：FU2、图形符号：3、结构及工作原理熔断器是由熔体和绝缘底座(或称熔管)等组成。熔体为丝状或片状。当负载发生故障时，有很大的短路电流通过熔断器，熔体很快熔断，迅速断开故障电路，从而有效地保护未发生故障的线路和设备。熔断器主要用作短路保护，而对于过载一般不能准确保护。4、主要技术参数（1）型号：低压熔断器的型号含义：R设计序号额定电流，AM：无填料密闭管式T：有填料密闭管式L：螺旋式S：快速式C：瓷插式熔断器（2）熔断器种类：1）瓷插式熔断器：瓷插式熔断器有RCIA的等系列。主要用于AC380V、50Hz的低压电路中，一般接在电路的末端，作为电气设备的短路保护。2）螺旋式熔断器：螺旋式熔断器有RL1等系列，主要用于AC50Hz或60Hz、额定电压500V以下，额定电流200A以下的电路中，作为短路或过载保护。实物图示意图3）管式熔断器：管式熔断器主要有RM10型和RM0型2种。RM10是新型的无填料密闭管式熔断器，用作短保护和连续过载保护，主要用于额定电压AC500V或DC400V的电力网和成套配电设备上。RT0型为有填料密闭管式熔断器，用作电缆、导线及电气设备的短路保护和电缆、导线的过载保护，主要用于具有较大短路电流的电力网或配电装置中。示意图5、额定参数：（1）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：是指熔断器长期工作时，各部件温升不超过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，极限分断能力也是反映了分断短路电流的能力。6、熔断器的选择工业上选择熔断器一般应从以下几个方面考虑：（1）熔断器的类型应根据线路的要求、使用场合及安装条件进行选择。（2）熔断器的额定电压必须等于或高于熔断器的工作电压。（3）熔断器的额定电流根据被保护的电路(支路)及设备的额定负载电流选择。熔断器的额定电流必须等于或高于所装熔体的额定电流。（4）熔断器的额定分断能力必须大于电路中可能出现的最大故障电流。（5）熔断器的选择需考虑电路中其他配电电器、控制电器之间选择性配合等要求。为此，应使上一级(供电干线)熔断器的熔体额定电流比下一级(供电支线)大1～2个级差。吸引线圈主触头常开辅助触头常闭辅助触头2、交流接触器（1）基本结构①电磁机构：由线圈、动铁心（衔铁）和静铁心组成。②触头系统：由主触头和辅助触头组成。主触头由用于通断主电路，其额定电流一般为5A。（2）图形符号：1、接触器文字符号、图形符号（1）文字符号：KM1.6接触器工作原理示意图（2）工作原理：1-动触头2-静触头3-衔铁4-弹簧5-线圈6-铁心7-垫毡8-触头弹簧9-灭弧罩10-触头压力弹簧3、直流接触器应用于直流电力线路中，供远距离接通与分断电路及直流电动机的频繁起动、停止、反转或反接制动控制，以及CD系列电磁操作机构合闸线圈或频繁接通和断开电磁铁、电磁阀、离合器和电磁线圈等。常用直流接触器有：CJ18、CZ21、CZ22和CZ0系列等。4、主要技术参数（1）型号目前国内常用交流接触器主要有：CJ10、CJ12、CJ20等系列。其中CJ10、CJ12是早期全国统一设计的系列产品；CJ20系列是全国统一设计的新型接触器，主要适用于交流50Hz、电压660V以下(其中部分等级可用于1140V)、电流630A以下的电力线路中。近年来从国外引进一些交流接触器产品，有德国BBC公司的B系列、西门子公司的3TB系列、法国TE公司的LC1-D和LC2-D系列等。直流接触器的型号意义：常闭触头常开触头1818ZZC额定工作电流接触器设计代号直流额定工作电压代号：03－380V06－660V11－1140V用K表示组成矿用起动器的接触器有TH表示湿热带20JC额定工作电流（380V，AC3时）接触器设计序号交流交流接触器的型号意义：（2）额定参数：主要有额定电压、额