[理学]电气控制与PLC第二章.ppt

电器与电器与PLCPLC控制技术控制技术 主讲教师： 干树川 四川理工学院自动化与电子信息工程学院 自动化教研室 第一篇第二章第一篇第二章 低压开关类电器低压开关类电器 低压开关低压开关又称低压隔离器，是低压电器中结构又称低压隔离器，是低压电器中结构 比较简单、应用广泛的一类手动电器。主要有比较简单、应用广泛的一类手动电器。主要有刀刀 开关、转换开关、低压断路器开关、转换开关、低压断路器等。等。 开启式负荷开关外形及结构 a）二极外形 b）三极结构 1 1、 刀开关刀开关 又称胶盖闸刀开关。是一种手动配电电器，主要作 为隔离电源的开关使用。也可用作照明电路和小容量（ 5.5KW及以下）动力电路不频繁起动的控制开关。 刀开关的图形、文字符号 a）单极 b）双极 c）三极 HK2系列（P16） 刀开关在安装时，手柄要向 上，不得倒装或平装。 接线时，应将电源线接在上 端，负载线接在下端。 刀开关的种类很多。根据通路的数量分单极、双极和三极 ，常用的三极刀开关长期允许通过电流可达100A、200A、400A 、600A和1000A五种，目前生产的产品有HD（单极）和HS（双 投）等系列；按结构分为平板式和条架式；按操作方式分为直 接手柄操作式、杠杆操作机构式和电动操作机构式；按转换方 向分为单投和双投等。 刀开关一般与熔断器串联使用，以便在短路或过负荷时熔断 器熔断而自动切断电路。应根据工作电流和电压来选择刀开关 。刀开关的额定电流应大于其所控制的最大负荷电流。用于直 接起停3kW及以下的三相异步电动机时，刀开关的额定电流必 须大于电动机额定电流的3-5倍。 转换开关转换开关 也称组合开关 结构：静触头一端固定在胶木盒内，另一端伸 出盒外，与电源或负载相连。动触片套 在绝缘方杆上，绝缘方轴每次作90正 或反方向的转动，带动静触头通。 v 特点：结构紧凑，安装面积小，操作方便。 v 用途：常作为电源的引入开关及通断小电流电路；也可 v 控制以下电动机（临时）。 组合开关的外形及结构 a）外形 b）结构 组合开关的图形、文字符号 a）单极 b）三极 又称铁壳开关，可不频繁地接通和分断负荷电路，也 可用作15KW以下电动机不频繁起动的控制开关。 封闭式负荷开关封闭式负荷开关 铁壳开关内部结构 铸铁壳内装有由 刀片和夹座组成的触 头系统、熔断器和速 断弹簧，30A以上的 还装有灭弧罩。 常用：HH系列。 低压断路器低压断路器 低压断路器又称自动开关或空气开关。它相当于刀开 关、熔断器、热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压、失压、过载和短路保 护的电器。（常用于电机主电路中） 万能式低压断路器结构图 低压断路器 v 功能：不频繁通断电路，并能在电路过载、短路及失 压时自动分断电路。 v 特点：操作安全，分断能力较高。 v 分类：框架式（万能式）和塑壳式（装置式） v 结构：触头系统、灭弧装置、脱扣机构、传动机构。 低压断路器低压断路器_结构和工作原理结构和工作原理 低压断路器结构及原理示意图 1 1主触头及灭弧装置主触头及灭弧装置 主触头为执行元件，用于接通和分断主电路，装有灭弧装置。主触头为执行元件，用于接通和分断主电路，装有灭弧装置。 2 2脱扣器脱扣器 感受元件。电路故障时，感感受元件。电路故障时，感 测故障信号，经自由脱扣机构使测故障信号，经自由脱扣机构使 主触头分断。主触头分断。 3 3自由脱扣机构和操作机构自由脱扣机构和操作机构 用于联系操作机构和主触头用于联系操作机构和主触头 。实现断路器闭合、断开。 可实现短路、过载、失压保护。可实现短路、过载、失压保护。 锁钩 主触点 手动闭合 过流 脱扣器 欠压 脱扣器 衔铁释放 连杆装置 释放弹簧 工作原理：过流时，过流脱扣器将脱钩顶开，断开电源；欠压 时，欠压脱扣器将脱钩顶开，断开电源。 低压断路器低压断路器_符号符号 技术参数及型号技术参数及型号 DZ47LE系列断路器 DZ20系列断路器P18表2-3 DW15系列断路器P18表2-2 智能型万能式断路器 主令电器主令电器 用来接通或断开控制电路，发布命令或信号，改变控制系用来接通或断开控制电路，发布命令或信号，改变控制系 统工作状况的电器。常用：控制按钮、行程开关、统工作状况的电器。常用：控制按钮、行程开关、万能转换万能转换 开关开关 、主令控制器等。、主令控制器等。 1 1、控制按钮、控制按钮 控制按钮结构及外形图 a）结构图 b）外形图 控制按钮的图形、文字符号 a）启动按钮 b）停止按钮 c）复合按钮 （1） 用途：常用来接通或断开小电流的控制电路，而进一步 控制电动机或其它电气设备的运行。 （2） 结构：从剖面结构图可看到，有两对静触点、一对动触 点、按钮帽及弹簧等部分。 （3） 种类：单联按钮开关只有一组常开触点（动合触点）和 常闭触点（动断触点），还有双联和三联等等。 按钮开关的文字符号SB w按钮的结构形式很多。紧急式按钮装有突出的蘑菇形钮 帽，用于紧急操作；旋钮式按钮用于旋转操作；指示灯 式按钮在透明的钮帽内装有信号灯，用作信号指示； w钥匙式按钮须插人钥匙方可操作，用于防止误动作。为 了明示按钮的作用，避免误操作，钮帽通常采用不同的 颜色以示区别，主要有红、绿、黑、蓝、黄、白等颜色 。一般停止按钮采用红色，起动按钮采用绿色。 LA18系列按钮开关。 一般钮蘑茹头钮带灯钮旋钮钥匙钮自锁钮 w万能转换开关是一种多档式、多段式、控制多回路的主令 电器，当操作手柄转动时，带动开关内部的凸轮转动，从 而使触头按规定顺序闭合或断开 。万能转换开关主要用 于各种控制线路的转换、电压表、电流表的换相测量控制 、配电装置线路的转换和遥控等。万能转换开关还可以用 于直接控制小容量电动机的起动、调速和换向。在电气传 动系统图中其文字符号为SA。 w如图所示为万能转换开关单层的结构示意图 万能转换开关万能转换开关 万能转换开关 用于多个回路的同时切换，主要用于低压控制线 路的转化、电压或电流表选相测量、配电装置线 路转换等。 万能转换开关结构示意图 万能转换开关的手柄操作位置是以角度表示的。不同型号 的万能转换开关的手柄有不同万能转换开关的触点，电路 图中的图形符号如图所示。 文字符号：SA 3 3、熔断器、熔断器 熔断器俗称保险丝FU，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。 组成：熔体熔点低，易于熔断，导电性能良好的合金材料。 熔管安装熔体的外壳。 短路： 指超过额定电流数陪的过电流 过电流： 一般指1.5倍额定电流以下的过电流 FU 熔断器 图符号 文字符号 熔断器的典型产品熔断器的典型产品 按结构分有：按结构分有：半封闭瓷 插式、螺旋式、无填料封 闭管式和有填料封闭管式 熔断器。 瓷插式熔断器 螺旋式熔断器 有填料封闭管式熔断器 熔断器的保护特性熔断器的保护特性 熔断器的保护特性 流过熔体的电流 与熔体熔断时间的关 系曲线，又称安秒特 性。 熔化系数K：最小 熔化电流Imin与熔体 额定电流IN之比， K=Imin/IN Imin为临界电流。 反时限特性 熔断特性： 熔体的熔断时间与通过熔体的电流有关 I/IN1.25时，熔体能长期工作。 I/IN=2时，熔体在30s40s后熔断。 I/IN10时，认为熔体瞬时熔断。 熔断器的选用熔断器的选用 1、熔断器类型的选择： 用于保护照明电路和电动机的熔断器，主要考虑 过电流保护。可选熔化系数小点的如RT0，RC1A。 用于低压供电线路总回路的熔断器，应考虑短路 分断能力如RL6系列的熔断器。 RT0 RC1A RL6 熔断器的选用熔断器的选用 2、熔体额定电流的选择： 1）用于照明、电热设备的熔断器： 2）保护单台长期工作的电动机的熔断器： 3）保护频繁启动电动机的熔断器： 轻载或启动时间短时，可取较小值；重载或启动时间长可取较大值。 频繁启动时，熔断器发热不应熔化 4）保护多台（不同时启动）电动机的熔断器： 功率最大电动 机的额定电流 除去功率最大电动机以外其 余电动机额定电流之和 5）为防止越级熔断，上（主回路）、下（支线）级应配合 级差的大小与 短路电流有关。 也与熔断器的 保护特性有关。 在短路电流较小 时可取大12 个级差。 熔断器的额定电压选择： 熔断器的额定电压应等于或大于所在电路的额定电压。 熔断器的特点： 结构简单、价廉，但动作准确性较差。熔断后须更换熔体，若 只断一相会引起电机断相运行。适用于要求不高的电器控制系统中 。 FU 电路符号： 热继电器是电流通过发热元件加热使双金属片弯曲，推 动执行机构动作的电器。 主要用来保护电动机或其它负载免于过载以及作为三相 电动机的断相保护。 热继电器热继电器 1. 1. 外形结构外形结构 a）外形 b）结构 热继电器的外形及结构 发热元件 串联在主电路中 串联在控制电路中 常闭触头 FR 2. 2. 热继电器的符号热继电器的符号 FR 3. 3. 双金属片热继电器的结构及工作原理双金属片热继电器的结构及工作原理 由热元件、主双金属片、触头系统、动作机构、复位按钮和整定 电流装置、温度补偿元件等组成。 发热电阻丝 双金属片 导板 触头 调节旋钮 手动复位按扭 受热变形方向 下（左）层金属膨胀系数大，上（右）层的膨胀系数小。电 阻丝串联于主电路中，当主电路中电流超过容许值而使双金属片 受热时，双金属片的自由端便向上弯曲超出扣板，扣板在弹簧的 拉力下将常闭触点断开。触点是接在电动机的控制电路中的，控 制电路断开便使接触器的线圈断电，从而断开电动机的主电路。 w三相电动机的一根接线松开或一相熔丝熔断，是造成三相异 步电动机烧坏的主要原因之一。 wY接法，当线路发生一相断电时，另外两相电流便增大很多 ，由于线电流等于相电流，流过电动机绕组的电流和流过热 继电器的电流增加比例相同，因此普通的两相或三相热继电 器可以对此作出保护。 w形接法，发生断相时，由于电动机的相电流与线电流不等 ，流过电动机绕组的电流和流过热继电器的电流增加比例不 相同，而热元件又串联在电动机的电源进线中，按电动机的 额定电流即线电流来整定，整定值较大。当故障线电流达到 额定电流时，在电动机绕组内部，电流较大的那一相绕组的 故障电流将超过额定相电流，便有过热烧毁的危险。所以 接法必须采用带断相保护的热继电器。 带断相保护的热继电器 w带有断相保护的热继电器是在普通热继电器 的基础上增加一个差动机构，对三个电流进 行比较。 w图 a为通电前机构各部件的位置。 w图 b为正常通电时的位置，此时三相双金属 片都受热向左弯曲，但弯曲的挠度不够，所 以下导板向左移动一小段距离，继电器不动 作。 w图c是三相同时过载时的情况，三相双金属 片同时向左弯曲，推动下导板2向左移动， 通过杠杆5使常闭触点立即引计。 w图d是C相断线的情况，这时C相双金属片逐 渐冷却降温，端部向右移动，推动上导板1 向右移。而另外两相双金属片温度上升，端 部向左弯曲，推动下导板2继续向左移动。 由于上、下导板一左一右移动，产生了差动 作用，通过杠杆的放大作用，使常闭触点打 开。由于差动作用，使热继电器在断相故障 时加速动作，保护电动机。 1上导板；2下导板；3双金属片；4常闭接点；5杠杆 使用热继电器时注意几个问题： 动作时间不应过分小于电动机的允许发热时间，应充分发挥电动 机的过载能力 热继电器只能用作长期过载保护，不能作短路保护 用热继电器保护三相异步电动机时，至少要有两相接热元件 注意热继电器所处的周围环境温度，应保证它与电动机有相同的 散热条件。 热继电器的主要参数：热元件的额定电流 指热元件能够长期通过而不致于引起热继电器动作的最大电流 值。（有一定的整定范围，如IN=5A,整定范围3.2-5A)。同一种热继 电器有多种规模的热元件系列。 热元件的额定电流与电动机的额定电流相等时，然继电器能准 确地反映电动机发热。 热继电器选用 1 1、时间继电器、时间继电器 信号输入后，经一定延时，才有输出信号的继电器信号输入后，经一定延时，才有输出信号的继电器称称 为时间继电器为时间继电器。适用于定时控制。 按工作原理分：电磁式、按工作原理分：电磁式、空气阻尼式、电子式、电动式等。空气阻尼式、电子式、电动式等。 延时方式：延时方式：通电延时、断电延时和通断电延时三种。通电延时、断电延时和通断电延时三种。 1 1）. .直流电磁式时间继电器直流电磁式时间继电器 (1) 结构 在电磁式电压继电器铁心上套个阻尼铜套后构成。 控制用继电器 直流电磁式时间继电器 1-阻尼套筒 2-释放弹簧 3-调节螺母 4 -调节螺钉 5-衔铁 6-非磁性垫片 7-电磁线圈 （2）原理 当衔铁处于吸合位置，断开线圈 直流电源时，因磁路气隙小，磁阻 小，磁通变化大，铜套阻尼作用大 ，衔铁延时释放时间可达0.35s。 改变铁心与衔铁间非磁性垫片的 厚薄（粗调）或改变释放弹簧松紧 （细调）可调节延时长短。 特点：结构简单，运行可靠，寿 命长，允许的接合次数多；只适于 直流电路，通电时不能延时，只有 断电延时，且延时时间短。 2. 2. 空气阻尼式时间继电器空气阻尼式时间继电器 （1）JS7A系列时间继电器结构 组成： 电磁系统、延时机构、触头系统 延时方式：通电延时、断电延时 利用空气阻尼的原理制成。 （2）JS7A系列时间继电器工作原理 是利用空气阻尼作用而制成的，分通电延时继电器和 断电延时继电器。通电延时空气式时间继电器利用空气的 阻尼作用达到动作延时的目的。吸引线圈通电后将衔铁吸 下，使衔铁与活塞杆之间有一段距离。在释放弹簧作用下 ，活塞杆向下移动。在伞形活塞的表面固定有一层橡皮膜 ，活塞向下移动时，膜上面会造成空气稀薄的空间，活塞 受到下面空气的压力，不能迅速下移。当空气由进气孔进 入时，活塞才逐渐下移。移动到最后位置时，杠杆使微动 开关动作。延时时间即为从电磁铁吸引线圈通电时刻起到 微动开关动作时为止的这段时间。通过调节螺钉调节进气 孔的大小就可调节延时时间。 通电延时 断电延时 u 空气式时间继电器的优缺点： 延时范围大； 通用性高； 结构简单，价格便宜。 缺点：准确度低，延时误差小于20%，在要求 高准确延时的生产机械中不宜采用。 典型产品：JS7、JS23、JSK系列时间继电器。 3. 电子式时间继电器 在时间继电器中已成为主流产品，电子式时间继电器（ 又称半导体时间继电器）由晶体管或集成电路和电子元件等 构成，利用RC电路电容器充放电原理实现延时。目前已有采 用单片机控制的时间继电器。电子式时间继电器具有延时范 围广、精度高、体积小、耐冲击和耐振动、调节方便及寿命 长等优点，所以发展很快，在工业控制中应用广泛。 工作原理如下：当电源变压器接 通，VT1管导通，VT2管截止， 继电器KA不动作，两个电源分别 向电容C充电，a点电位按指数规 律上升。当a点电位高于b点电位 时，VT1管截止，VT2管导通， VT2管集电极电流流过KA的线圈 ，KA触点转换输出信号。图中 KA的动断触点断开充电电路，动 合触点闭合，使电容放电，为下 一次动作做准备。调节电位器RP 的值，就可改变延时时间大小。 此电路延时范围可达0.2300s。 时间继电器的图形、文字符号