低压电器控制原理应用.ppt

低压电器及电气控制 原理应用,第一章 常用的低压电器,1.1 概 述,1.1.1 低压电器的分类 1 按用途分 2按动作方式分 3按执行机理分 (有无触点),低压控制电器 低压配电电器,自动切换电器 非自动切换电器,有触点电器 无触点电器,1.1.2 低压电器的主要技术数据 1额定电流 2额定电压 3操作频率及通电持续率 4机械寿命和电气寿命 1.1.3 选择低压电器的注意事项 在选择时首先考虑安全原则，其次是经济性，另外，在选择低压电器时还应注意以下几点。 （1）了解电器的正常工作条件 （2）了解电器的主要技术性能 （3）明确控制对象及使用环境 （4）明确相关的技术数据,1.2 电磁式低压电器的结构和工作原理,1.2.1 电磁机构 1组成 电磁机构一般由铁芯、衔铁及线圈等几部分组成。按通过线圈的电流种类分有交流电磁机构和直流电磁机构；按电磁机构的形状分有E形和U形两种；按衔铁的运动形式分有拍合式和直动式两大类。,如图1-1所示。图1-1（a）为衔铁沿棱角转动的拍合式铁芯，图1-1（b）为衔铁沿轴转动的拍合式铁芯，图1-1（c）为衔铁直线运动的双E形直动式铁芯。,图1-1 常用的电磁机构,2原理 当线圈中有工作电流通过时，通电线圈产生磁场，于是电磁吸力克服弹簧的反作用力使得衔铁与铁芯闭合，由连接机构带动相应的触头动作。,3作用 将电磁机构中线圈中的电流转换成电磁力带动触头动作，完成通断电路的控制作用，将电磁能转换成机械能。,1.2.2 触头系统 触头是用来接通或断开电路的，其结构形式有很多种。 1.按其接触形式 按其接触形式分为点接触、线接触和面接触3种。,2.按控制的电路 按控制的电路分为主触头和辅助触头。主触头用于接通或断开主电路，允许通过较大的电流。辅助触头用于接通或断开控制电路，只允许通过较小的电流。 3按原始状态分 按原始状态分为常开触头和常闭触头。当线圈不带电时，动、静触头是分开的称为常开触头；当线圈不带电时，动、静触头是闭合的称为常闭触头。,如图1-2所示。图1-2（a）为点接触的桥式触头，图1-2（b）为面接触的桥式触头，图1-2（c）为线接触的指形触头。点接触允许通过的电流较小，面接触和线接触允许通过的电流较大。,图1-2 常见的触头结构,1.2.3 灭弧系统 电弧的产生：电弧就是气体放电，当动静触点在通电状态下脱离接触的瞬间，动静触点的间隙很小，电路电压几乎全都降落在触点之间，在触点形成很强的电场强度，以致对空气隙放电，在触头间隙中就形成了灼热的电子流即电弧。电弧的产生既妨害了电路的及时分断，又会使触头受到损害，严重时可引起事故或火灾。所以电磁式低压电器都具有灭弧装置。,常用的灭弧方式： 机械灭弧：通过机械将电弧迅速拉长，用于开关电路。 磁吹灭弧：在一个与触头串联的磁吹线圈产生的磁力作用下，电弧被拉长且被吹入由固体介质构成的灭弧罩内，电弧被冷却熄灭。 多端点灭弧：在电弧形成的磁场、电场力的作用下，将电弧拉长进入灭弧罩的窄缝中，使其分成数段并迅速熄灭，如图1-3所示，该方式主要用于交流接触器中。 栅片灭弧：当触头分开时，产生的电弧在电场力的作用下被推入一组金属栅片而被分成数段，彼此绝缘的金属片相当电极，因而就有许多阴阳极压降，对交流电弧来说，在电弧过零时使电弧无法维持而熄灭，如图1-4所示，交流电器常用栅片灭弧。,图1-3 窄缝多断点灭弧室的断面,图1-4 金属栅片灭弧示意图,1.3 配 电 电 器,1.3.1 刀开关 刀开关只用于手动控制容量较小、起动不频繁的电动机，可分为瓷底开启式负荷开关和封闭式负荷开关。,图1-5 刀开关,1.3.2 低压断路器 定义： 低压断路器（又称为自动开关）可用来分配电能、控制不频繁地起动电动机、对供电线路及电动机等进行保护，当它们发生严重的过载或短路及欠压等故障时能自动切断电路。 分类：低压断路器按用途分有配电（照明）、限流、灭磁、漏电保护等几种；按动作时间分有一般型和快速型；按结构分有框架式（万能式DW系列）和塑料外壳式（装置式DZ系列）。 符号：QF,常用低压断路器图示,图1-6 常用低压断路器,作用：可实现短路、过载、失压保护。,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。,1.3.3 低压熔断器 熔断器组成分类： 由熔体（熔丝或熔片）和安装熔体的外壳两部分组成，起保护作用的是熔体，其外形结构和图形符号如图1-7所示。低压熔断器按形状可分为管式、插入式、螺旋式和羊角保险等；按结构可分为半封闭插入式、无填料封闭管式和有填料封闭管式等。,熔断器的选型 选型主要是选择熔断器的形式、额定电流、额定电压以及熔体额定电流。 熔体额定电流的选择是熔断器选择的核心，其选择方法如表1-所示。,表1-,熔体额定电流选择,1.4 控 制 电 器,1.4.1 接触器 接触器是一种适用于远距离频繁接通和分断交 直流主电路和控制电路的自动控制电器。,图接触器结构原理图,图片,接触器有关符号：,KM,1.4.2 主令电器 作用：主令电器主要用来切换控制电路，即用它来控制接触器、继电器等电器的线圈得电与失电，从而控制电力拖动系统的起动与停止，以及改变系统的工作状态，如正转与反转等。,图转换开关,SK,图按 钮,行程开关,用作电路的限位保护、行程控制、自动切换等。 结构与按钮类似，但其动作要由机械撞击。,动合,1.5 继 电 器,1.5.1 电磁式继电器 作用：根据某种输入信号来接通或断开小电流控制电路，实现远距离控制和保护的自动控制电器。其输入量有电流电压等电量，也可以为温度，时间，速度，压力等非电量，而输出则是触头的动作或是电路参数的变化。 种类：按输入信号：电压继电器，电流继电器，时间继电器，温度继电器，速度继电器，压力继电器。按工作原理：电磁式继电器，感应式继电器，电动式继电器，热继电器和电子式继电器。按用途：控制用，保护用继电器。 电磁式继电器是应用最早同时也应用最多的一种继电器。它由电磁机构和触点系统组成，如图1-11所示。,1-静触点； 2-动触点； 3-簧片； 4-衔铁； 5-极靴； 6-空气气隙；7-反力弹簧；8-铁轭； 9-线圈； 10-铁芯,图1-1 电磁式继电器机构图,电磁式电压继电器：电磁式电压继电器触点的动作与线圈所加电压大小有关，使用时和负载并联。电压继电器又分过电压继电器、欠电压继电器和零电压继电器。 电磁式电流继电器：电磁式电流继电器触点的动作与线圈通过的电流大小有关，使用时电流继电器负载串联。电流继电器又分欠电流继电器、过电流继电器。,中间继电器：在控制回路中起信号的传递，放大，翻转和分路等中继作用的继电器。它属于电压继电器的一种，主要用于扩展触点数量，实现逻辑控制。文字符号。,图中间继电器符号,1.5.2 时间继电器 空气阻尼式时间继电器： 时间继电器是电路中控制动作时间的继电器，它是一种利用电磁原理或机械动作原理来实现触点延时接通或断开的控制电器。按其动作原理与构造的不同可分为电磁式、电动式、空气阻尼式和晶体管式等类型。,电子式时间继电器： 电子式时间继电器的种类很多，最基本的有延时吸合和延时释放两种，它们大多是利用电容充放电原理来达到延时目的。,时间继电器的功能类型 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：接受输入信号后，瞬时产生相应得输入信号，当输入信号消失后，延迟一定的时间，输出才复原。,图片,表 时间继电器触头类型符号,通 电 式（常用）,瞬 时 动 作,延 时 动 作,常闭触点,常开触点,常开 通电后 延时闭合,常闭 通电后 延时断开,1.5.3 热继电器 结构： 热继电器主要由热元件、双金属片和触点三部分组成，其外形、结构及图形符号如图1-3所示。,热继电器功能原理图,图片,原理：当电动机正常运行时，热元件产生的热量虽能使金属片弯曲，但不能使继电器动作，当电动机过载时，热元件产生的热量增大，使双金属片弯曲位移变大，经一定时间，带动常闭触点断开，电机控制回路断开，电机主回路接触器断开，达到保护电机的目的。,系列热继电器,1.6 无触点电器,1.6.1 接近开关 用途：接近开关（又称无触点位置开关）的用途除行程控制和限位保护外，还可作为检测金属体的存在、高速计数、测速、定位、变换运动方向、检测零件尺寸、液面控制及用作无触点按钮等。,使用接近开关时应注意选配合适的有触点继电器作为输出器，同时应注意温度对其定位精度的影响。,测速探头,1.6.2 温度继电器 在温度自动控制或报警装置中，常采用带电触点的汞温度计或热敏电阻、热电偶等制成的各种型式的温度继电器。,温控继电器,1.6.3 固态继电器 特点：具有开关速度快、工作频率高、质量轻、使用寿命长、噪声低和动作可靠等一系列优点，固态继电器按其负载类型分类，可分为直流型（DC-SSR）和交流型（AC-SSR）。,应用注意事项：固态继电器用于控制直流电动机时，应在负载两端接入二极管，以阻断反电势。控制交流负载时，则必须估计过电压冲击的程度，并采取相应保护措施（如加装RC吸收电路或压敏电阻等）。当控制电感性负载时，固态继电器的两端还需加压敏电阻。,1.6.4 光电继电器 原理：光电继电器是利用光电元件把光信号转换成电信号的光电器材,光电继电器分亮通和暗通两种电路。 使用注意事项：使用光电继电器必须注意，光电继电器安装、使用时，应避免振动及阳光、灯光等其他光线的干扰。,指示灯：指示灯在各类电器设备及电气线路中做电源指示及指挥信号，预告信号，运行信号，故障信号及其他信号的指示。 指示灯主要有壳体，发光体，灯罩。发光体主要有白炙灯，和半导体型散种。发光的颜色有黄，绿，红，白，蓝等五种。,1.7 指示灯,1.8 电 动 机,1.8.1 三相异步电动机 结构： 三相异步电动机分为两个基本部分：定子（固定部分）和转子（旋转部分）。如图1-14 工作原理：三相异步电动机转动原理如下：三相交流电通入定子绕组，产生旋转磁场。磁力线切割转子导条使导条两端出现感应电动势，闭合的导条中便有感应电流流过。在感应电流与旋转磁场相互作用下，转子导条受到电磁力并形成电磁转矩，从而使转子转动。,电动机转向 电动机正转 当通入电动机定子绕组的三相电流相序为UVW时，三相电流产生的旋转磁场是顺时针方向旋转 。转子转动方向也是顺时针方向。电动机的转子转动方向和磁场旋转的方向是相同的，而磁场的旋转方向与通入定子绕组的三相电流相序有关。,图1-14 电机原理机构,电动机反转：当通入电动机定子绕组的三相电流相序变为UWV时，三相电流产生的旋转磁场将从原来顺时针方向（正转）变为逆时针方向旋转（反转），如图1-5所示。电动机的转子转动方向也跟着变为逆时针方向（反转）。,图1-5 旋转磁场的反转,结论：要使电动机反转，只要将三相电源的任意两相对调，即改变通入定子绕组的三相电流的相序，电动机就改变转动方向。 电动机转速：三相异步电动机的转速与旋转磁场的转速有关，而旋转磁场的转速又取决于磁场的极数，旋转磁场的极数与定子绕组的安排有关。 假定旋转磁场转速n 当旋转磁场具有p对极时，磁场的转速为 n=60f/p (r/min) 结论：旋转磁场的转速n决定于电动机电源频率f和磁场的极对数p。对于某一异步电动机来说，f和p通常是一定的，所以磁场转速n是个常数，常称为同步转速。,1.7.2异步电动机的接法 笼型电动机的接线盒中有三相绕组的6个引出线端，连接方法有星形（Y）连接和三角形（）连接两种，如图1-15所示。通常3kW以下的三相异步电动机连成星形，4kW及以上的连成三角形。,图1-16 定子绕组的星形（Y）连接和三角形（）连接,第2章 基本的电气控制系统,2.1 电气工程图及绘制,常用的电气工程图有3种：电路图（电气系统图、原理图）、接线图和元件布置图。 电路图：电路图用于表达电路、设备、电气控制系统组成部分和连接关系。 接线图：用于安装接线、线路检查、线路维修、故障处理，他表示了电控系统中各系统与各元器件间的接线关系，并标注出各参数，如接线端子号，连接导线参数。 元件布置图中绘制出机械设备上所有电器设备和电器元件的实际位置， 是生产机械电器控制设备制造、安装、维修不可缺少的技术文件。,图2.1 电气系统图,2.2 电气原理图,位置图用来表示成套装置、设备中各个项目位置的一种图。例如，图2.3为某工厂电器位置图，图中详细地绘制出了电气设备中每个电器元件的相对位置，图中各电器元件的文字代号必须与相关电路图中电器元件的代号相同。,图2.3 元件位置图,图2.4 接线图(端子图),返回本节,2.1.1 电路图 电路图绘制：电路的绘制一般包括主电路的绘制和控制电路的绘制。 主电路是设备的驱动电路，在控制电路的控制下，根据控制要求由电源向用电设备供电。 控制电路由接触器和继电器线圈、各种电器的动合、动断触点组合构成控制逻辑，实现所需要的控制功能。主电路、控制电路和其他的辅助电路、保护电路一起构成电控系统。,2.2 电气控制线路的分析方法,分析的一般原则是：化整为零、顺藤摸瓜、先主后辅、集零为整、安全保护和全面检查。常用的分析电气线路图的方法有两种：查线读图法和逻辑代数法。,2.2.1 查线读图法 查线读图法（又称为直接读图法或跟踪追击法）是按照电气控制线路图，根据生产过程的工作步骤依次读图，一般按照以下步骤进行。,1了解生产工艺与执行电器的关系 2分析主电路 3分析控制电路 4分析辅助电路 5分析联锁和保护环节 6总体检查,2.逻辑代数法,逻辑代数法（又称为间接读图法）是通过对电路的逻辑表达式的运算来分析电路的，其关键是正确写出电路的逻辑表达式。 逻辑代数法读图的优点是各电气元器件之间的联系和制约关系在逻辑表达式中一目了然，通过对逻辑函数的运算，一般不会遗漏或看错电路的控制功能，而且为电气线路的计算机辅助分析提供方便。逻辑代数法读图的主要缺点是对于复杂的线路，其逻辑表达式很烦锁。,2.3 电动机直接起动控制线路,电动机通电后由静止状态逐渐加速到稳定运行状态的过程称为电动机的起动，三相笼型异步电动机的起动有降压和全压起动两种方式。 降压起动的方法有定子电路串电阻（或电抗）、星形-三角形、自耦变压器和使用软起动器等。常用的方法是星形-三角形降压起动和使用软起动器。,2.3.1 点动及单向连续运转控制 点动控制线路是用按钮开关、接触器来控制电动机运转的最简单的控制线路。 所谓点动控制是指按下按钮时，电动机就得电运转；松开按钮时，电动机就失电停转。 动作原理：如图1-14所示。,图1.14 常见的点动及连续控制电路,（1）主电路是：三相电源QFU1KM（主触点）FR（热元件）M （电动机） （2）控制电路是：FU2 SB1SB2开点（与KM辅助触点并联）SB3KM（线圈）FR（动断触点）FU2 自锁与连续控制：KM的辅助触点。 保护措施：短路保护（FU）、过载保护（FR）、零压保护（KM）,点动控制应用： 这种控制方法常用于如电动葫芦的起重电机控制和机床上的手动调校控制。 思考题： 主电路元器件 控制回路元器件 直接启动回路中有哪些对电动机的保护措施,2.3.2电动机连续运行,自保持的作用,按下按钮（SB2），线圈（KM）通电，电机起动；同时，辅助触点闭合，即使按钮松开，线圈保持通电状态，电机连续运转。,利用自身辅助触点，维持线圈通电的作用称自锁,以下控制电路能否实现既能点动、又能连续运行,思考题：,不能点动！,2.4电动机正反转控制回路,在许多应用场合，需要机械作往返运动，通过异步电动机基本原理的学习，可以知道任意改变异步电动机两相绕组的接线相序就可以实现对电动的正反向控制。从控制原理实现方式看，只需应用两个独立的接触器分别来接通分断电机就可以实现此功能。下面分析分析一下他的二次控制回路设计方法。,2.4.1电动机的基本正反转控制回路,A,B,C,KMF,FU,QS,KH,2.4.2电动机的正反转控制 加互锁,互锁作用：正转时，SB3不起作用；反转 时，SB2不起作用。从而避免两触发器 同时工作造成主回路短路。,KM,SB1,KM,SB,KH,KM,KM,互锁，说的是几个回路之间，利用某一回路的辅助触点，去控制对方的线圈回路，进行状态保持或功能限制。一般对象是对其他回路的控制。,2.4.3针对电机正反转控制的带电检查调试,主回路的检查 （1）将表笔放在A、B处，人为使KM吸合（有的只需按KM），此时万用表的读数应为电动机两绕组的串联电阻值（设电动机为Y接法）；t01c67ee7aac116ace0.jpg （2）将表笔放在B、C处，按KM，万用表的读数应同上； （3）将表笔放在C、A处，按KM，万用表的读数应同上。,通电调试,（1）起动时，确认QS分闸，按下启动按钮SB2，接触器动作，主触点KM1闭合，接通主电路，自锁常开触点KM1闭合。当松开SB1时，由于自锁触点的闭合，控制电路不会断开主电路。此时按下反转启动按钮3，2接触器不应动作。检验了1和KM2的互锁，按下停止按钮SB1，切断控制电路，闭合的主触点KM1断开。同理可以检验反转2接触器的控制回路和闭锁回路是否正确。,控制回路的检查,（1）用电阻挡测量，之间电阻，此时万用表的读数应为无穷大，按SB，读数应为KM1线圈的电阻值；多数接触器线圈电阻在几十欧姆左右。 （2）若再同时按SB1，则读数应变为无穷大。,（1）若SB1和SB2都接成常闭（或常开）按钮，会有什么现象？ （2）若将控制回路的220V电源误接成380V，会有什么现象？ （3）KM1的自锁触头不接，会有什么后果？,思考题,（）控制回路正确动作后，调试热继电器动作触点动作情况，在1动作时，按热继电器测试按钮，1接触器应当立刻断开。 （）合上刀闸开关，按照按钮定义的正反转，检测与实际电机转向是否相同，如果不同可调整按钮接线或电机接线。,KM,FU,QS,KH,A,x,B,y,C,z,主电路,2.5电动机的Y起动,KM- ,Y