机械设备电气控制及PLC基础之机械设备电气控制技术

机械设备电气控制及PLC基础之机械设备电气控制技术2022/5/141授课：巫肇健主要内容2022/5/142一、低压供配电二、电动机的运行三、常用电气控制电路四、机床电气控制电路低压供配电-重点2022/5/143重点：1、常用低压设备的工作原理、组成、用途；2、低压供配电线路的接线方式和结构；3、低压供配电系统；4、常用电气控制电路；5、CA6140车床电气控制电路；6、Z3040摇摆钻床电气控制电路。低压供配电-难点2022/5/144难点：1、常用低压设备的工作原理、组成、用途；2、低压供配电线路的接线方式和结构；3、各类主令电器的原理和作用以及图形符号；4、常用电气控制电路；5、CA6140车床电气线路的工作原理；6、Z3040摇摆钻床电气控制电路的工作原理。低压供配电-电力系统概述2022/5/145一、概述电力系统是由发电厂、电力网和电能用户组成的一个发电、输电、变电、配电和用电的整体。供电是指电力用户所需电能的供应和分配问题。对供电的基本要求是：安全、可靠、优质、经济。供配电系统由总降压变电所（或高压配电所）、高压配电线路、车间变电所、低压配电线路及用电设备组成。变电所的任务是接受电能、变换电压和分配电能；配电所的任务是接受电能和分配电能。低压供配电-电气设备中的电弧问题2022/5/146一、概述电弧是电气设各运行中出现的一种强烈的电游离现象，其特点是光亮很强和温度很高。首先，电弧延长了电路开断的时间，使短路电流危害的时间延长，这可能对电路设备造成更大的损坏。同时，电弧的高温可能烧损开关的触头，烧毁电气设各及导线电缆，还可能引起电路弧光短路，甚至引起火灾和爆炸事故。此外，强烈的弧光可能损伤人的视力，严重的可致人眼失明。低压供配电-电气设备中的电弧问题2022/5/147二、电弧的产生（－）产生电弧的根本原因开关触头在分断电流时之所以会产生电弧，根本的原因在于触头本身及触头周围的介质中含有大量可被游离的电子。这样，当分断的触头之间存在着足够大的外施电压的条件下，就有可能强烈地电游离而发生电弧。（二）产生电弧的游离方式（1）热电发射（2）高电场发射（3）碰撞游离（4）热游离低压供配电-电气设备中的电弧问题2022/5/148三、电弧的熄灭（一）熄灭电弧的条件要使电弧熄灭，必须使触头间电弧中的去游离率大于游离率，即电弧中离子消失的速率大于离子产生的速率。（二）熄灭电弧的去游离方式1、正负带电质点的“复合”2、正负带电质点的“扩散”低压供配电-电气设备中的电弧问题2022/5/149（三）低压开关电器中常用的灭弧方法1、速拉灭弧法2、冷却灭弧法3、吹弧灭弧法4、长弧切短灭弧法5、粗弧分细灭弧法6、狭沟灭弧法7、真空灭弧法8、六氟化硫（SF6）灭弧法低压供配电-电气设备中的电弧问题2022/5/1410（四）、对电气触头的基本要求1、满足正常负荷的发热要求2、具有足够的机械强度3、具有足够的动稳定度和热稳定度4、具有足够的断流能力低压供配电-电气设备中的电弧问题2022/5/1411提几个问题低压供配电-电气设备中的电弧问题2022/5/1412问：开关触头间产生电弧的根本原因是什么?发生电弧有哪些游离方式?其中最初的游离方式是什么?维持电弧主要靠什么游离方式?答：产生电弧的原因：触头在分断电流时，触头本身及触头周围的介质中含有大量可被游离的电子，在外加电压足够大时，产生强烈的电游离而发生电弧。产生电弧的游离方式：（1）热电发射：触头分断电流时，阳极表面大电流收缩集中，出现炽热光斑，温度很高，触头表面电子吸收热能，发射到触头间隙，形成自由电子。（2）高电场发射：触头开断初，电场强度大，触头表面电子被强行拉出。（3）碰撞游离：高速电子碰撞中性质点，使中性质点变成正离子和自由电子，当离子浓度足够大时，介质击穿产生电弧。（4）热游离：电弧中心温度高达10000摄氏度，电弧中的中性质点游离为正离子和自由电子。最初的游离方式：热电发射。维持电弧主要靠：碰撞游离产生电弧热游离维持电弧。低压供配电-电气设备中的电弧问题2022/5/1413问：使电弧熄灭的条件是什么?熄灭电弧的去游离方式有哪些?开关电器中有哪些常用的灭弧方法?答：电弧熄灭的条件：去游离率游离率熄灭电弧的去游离方式：正负带电质点的“复合”，重新成为中性质点正负带电质点的“扩散”，使电弧区带电质点减少开关电器中常用的灭弧方法：速拉灭弧法、冷却灭弧法、吹弧灭弧法、长弧切短灭弧法、粗弧切短灭弧法、狭沟灭弧法、真空灭弧法、SF6灭弧法。低压供配电-低压电气设备2022/5/1414一、低压熔断器１.熔断器是低压配电网络和电力拖动系统中主要用作短路保护的电器。２.熔断器主要由熔体、安装熔体的熔管和熔座三部分组成。３.使用时，熔断器应串联在被保护的电路中。正常情况下，熔断器的熔体相当于一段导线；而当电路发生短路故障时，熔体能迅速熔断分断电路，起到保护线路和电气设备的作用。低压熔断器的概述：低压供配电-低压电气设备2022/5/1415熔断器主要有熔体、安装熔体的熔管和熔座三部分组成。常见的熔断器有RC系列瓷插式熔断器、RL系列螺旋式熔断器、RM系列无填料封闭管式熔断器、RT系列有填料封闭管式熔断器、RS系列快速熔断器和RZ系列自恢复熔断器。低压供配电-低压电气设备2022/5/1416二、RC系列瓷插式熔断器1-熔丝2-动触头3-瓷盖4-空腔5-静触头6-瓷座特点结构简单，价格低廉，更换方便，使用时将瓷盖插入瓷座，拔下瓷盖便可更换熔丝应用额定电压380V及以下、额定电流为5～200A的低压线路末端或分支电路中，作线路和用电设备的短路保护，在照明线路中还可起过载保护作用低压供配电-低压电气设备2022/5/1417三、RL系列螺旋式熔断器1-瓷套2-熔断管3-下接线座4-瓷座5-上接线座6-瓷帽特点熔断管内装有石英砂、熔丝和带小红点的熔断指示器，石英砂用以增强灭弧性能。熔丝熔断后有明显指示应用在交流额定电压500V、额定电流200A及以下的电路中，作为短路保护器件低压供配电-低压电气设备2022/5/1418四、RM系列封闭管式熔断器1-夹座2-熔断管3-钢纸管4-黄铜套管5-黄铜帽6-熔体7-刀型夹头特点熔断管为钢纸制成，两端为黄铜制成的可拆式管帽，管内熔体为变截面的熔片，更换熔体较方便应用用于交流额定电压380V及以下、直流440V及以下、电流在600A以下的电力线路中低压供配电-低压电气设备2022/5/1419五、RT系列有填料封闭管式熔断器1-熔断指示器2-石英砂填料3-指示器熔丝4-夹头5-夹座6-底座7-熔体8-熔管9-锡桥特点熔体是两片网状紫铜片，中间用锡桥连接。熔体周围填满石英砂起灭弧作用应用用于交流380V及以下、短路电流较大的电力输配电系统中，作为线路及电气设备的短路保护及过载保护低压供配电-低压电气设备2022/5/1420六、熔断器的选用对熔断器选用的共同要求：在电气设备正常运行时，熔断器应不熔断；在发生短路时，熔断器应立即熔断；在电路电流正常变化时，熔断器应不熔断；在电气设备持续过载时，熔断器应延时熔断。1.熔断器类型的选用根据使用环境、负载性质和短路电流的大小选用适当类型的熔断器。2.熔断器额定电压和额定电流的选用熔断器的额定电压必须等于或大于线路的额定电压。熔断器的额定电流必须等于或大于所装熔体的额定电流。低压供配电-低压电气设备2022/5/1421七、熔体额定电流的选用（1）对照明和电热等的短路保护，熔体的额定电流应等于或稍大于负载的额定电流。（2）对一台不经常启动且启动时间不长的电动机的短路保护，应有：IRN≥(1.5～2.5)IN（3)对多台电动机的短路保护，应有：IRN≥(1.5～2.5)INmax+∑IN低压供配电-低压电气设备2022/5/1422刀开关概述定义：刀开关又称闸刀开关或隔离开关，它是手控电器中最简单而使用又较广泛的一种低压电器。作用：隔离电源，以确保电路和设备维修的安全；分断负载，如不频繁地接通和分断容量不大的低压电路或直接启动小容量电机。低压供配电-低压电气设备2022/5/1423刀开关的结构主要由操作手柄、触刀、静触座和绝缘底板构成。绝缘底板接线端子操动手柄静触座动触刀低压供配电-低压电气设备2022/5/1424刀开关的种类1、按触刀的极数可分为单极、双极和三极；2、按触刀的转换方向可分为单掷（HD）和双掷（HS）；3、按操作方式可分为直接手柄操作式和远距离连杆操纵式；4、按灭弧情况可分为有灭弧罩和无灭弧罩。低压供配电-低压电气设备2022/5/14251、触头系统：主触头、辅助触头、常开触头（动合触头）常闭触头（动断触头）2、电磁系统：动、静铁芯，吸引线圈和反作用弹簧3、灭弧系统：灭弧罩及灭弧栅片灭弧一、接触器的结构低压供配电-低压电气设备2022/5/1426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低压供配电-低压电气设备2022/5/1427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。二、接触器的工作原理KM常闭辅助触点线圈KM主触点KM常开辅助触点KM三、接触器的符号低压供配电-低压电气设备2022/5/1428低压断路器低压断路器（图文符号为QF）是一种多功能的自动开关。从操作功能上看，配置不同功能的元件，可实现手动、自动、电动通断操作，但不宜连续频繁地操作通断；从灭弧功能上看，低压断路器不仅能切断负荷电流，而且还能切断短路电流；低压断路器能实现过电流、过负荷、欠压、失压等保护。低压供配电-低压电气设备2022/5/1429结构：触头系统、灭弧装置、脱扣机构、操作机构。触头系统灭弧装置脱扣机构操作机构低压供配电-低压电气设备2022/5/1430手柄跳钩锁扣进线触头灭弧装置双金属片过载线圈出线低压供配电-低压电气设备2022/5/1431低压断路器工作原理：1—触头2—跳钩3—锁扣4—分励脱扣器5—欠电压脱扣器6—过电流脱扣器7—双金属片8—热元件9—常闭按钮10—常开按钮低压供配电-互感器2022/5/1432概述互感器是一次系统和二次系统之间的联络元件，将一次系统侧的高电压、大电流转换为二次侧标准的低电压和小电流，向二次电路提供交流电源，以正确反映一次系统的正常运行和故障情况。（一）、互感器的主要作用：1、降低参数，减少成本2、隔离高压，利于安全3、统一标准，利于交流低压供配电-互感器2022/5/1433（二）、互感器的分类TV将一次侧的高电压变换成二次侧的标准低电压（100或100/V），其一次绕组与被测电网相并联，二次绕组与二次测量仪表和继电器的电压线圈相并联。电流互感器TA将一次侧的大电流变换成二次侧的标准小电流（5或1A），其一次绕组串联于被测电路内，二次绕组与二次测量仪表和继电器的电流线圈相串联。电压互感器低压供配电-互感器2022/5/1434（三）、电压互感器的基本结构原理TV的工作原理与普通变压器相同，结构原理和接线也相似，但二次电压低、容量小（几十VA或几百VA）且大多数情况下负荷衡定。TV一次绕组和二次绕组的额定电压值比称为TV的额定电压比，用KU表示，如果不考虑激磁损耗，即为一二次绕组的匝数比。即NNNUKUUNNUUK212121低压供配电-互感器2022/5/1435按安装地点电压互感器分类按相数分按每相绕组按绝缘分按工作原理户内式户外式单相式三相式双绕组三绕组浇注式油浸式串级油浸式电容式干式电容分压式电磁式低压供配电-互感器2022/5/1436只能测量线电压，不能测量相电压。因为它的一次绕组中性点不能引出，所以不能监视对地绝缘。三相五柱式TV接成Y0∕Ｙ0∕接线可测量线电压和相电压，还可作绝缘监视。L3L1L2L3L1L2三相三柱式TV接成Y，Y0形接线低压供配电-互感器2022/5/1437（四）、电压互感器的使用注意事项1、电压互感器在工作时，其二次侧不得短路；2、电压互感器二次侧有一端必须接地；3、