《机床电气控制及PLC》第一章 常用低压电器.ppt

第一章 常用低压电器,教学重点：,1.低压电器的分类、技术数据及型号表示方法； 2电磁式低压电器的结构和工作原理； 3低压配电电器的结构、工作原理及应用； 4低压控制电器的结构、工作原理及应用；,教学难点：,1.低压电器的结构及电气符号。 2.接触器、继电器的结果及工作原理。,第一章 常用低压电器,1.1概 述,凡是能够自动或手动接通和断开电路，以及能够对电路或非电路现象进行切换、控制、保护、检测、变换和调节的元件统称为电器。,按工作电压高低，电器可分为高压电器和低压电器两大类： 高压电器：指额定电压为3kv及以上的电器。 低压电器：指交流电压为1000v或直流电压为1200v以下的电器，它是电力拖动自动控制系统的基本组成元件，是本课程研究、使用的对象。,哇！高低压电器就这样区分啊。,“电气”是一个宏观的概念。其所涵盖的内容涉及电能的生产、传输、分配、使用和控制技术与设备等等相关的工程领域。 “电气”，是对电气系统工程的统称。,“电气”与“电器”有什么区别呢？,“电器”是相对于“电气”来说而相对微观的一个概念。所涵盖的内容涉及到“电气工程”中所应用到的电力装置、设备或器件总成。根据其适用环境、应用范围等种类繁多。 电器按其工作电压等级可分为高压电器和低压电器。,电气控制技术是以各类电动机作为牵引动力的传动装置和与其相对应的电气控制系统为对象，实现生产过程自动化的控制技术。,电气控制系统是由各种控制电器、设备、连接导线组成，以实现对生产机械设备进行电气控制的体系；是电气控制技术具体体现的主干部分；是实现工业生产自动化的重要的技术手段。,电气控制系统？,在控制方法上，从手动控制发展到自动控制； 在控制功能上，从简单控制发展到智能化控制； 在控制操作上，从繁琐笨重发展到信息化处理； 在控制原理上，从单一的有触头硬接线继电器逻辑控制系统发展到以微处理器或微计算机为中心的网络化自动控制系统。,电气控制技术的发展概况,看一下常用低压电器的图片，增加感性认,带漏电保护的自动开关,塑壳自动开关（断路器）,cj20系列交流接触器,中间继电器,jzc1继电器,主要用于低压配电系统中。 配电系统对电器的要求是： 在系统发生故障的情况下，动作准确，工作可靠，有足够的热稳定性和电稳定性。 常见的配电电器有低压隔离器（刀开关）、熔断器、断路器等。,主要用于电力拖动控制系统和用电设备的通断控制。对控制电器的要求是：工作准确可靠，操作频率高，寿命长等。 常见的控制电器有：继电器、接触器、时间继电器等。,根据电磁铁的原理工作 例如：接触器、继电器。,依靠外力或某种非电量的变化而动作的电器。 例如：开关、按钮。,1.额定电流:,额定工作电流-在规定条件下，保证电器正常工作的电流。 额定发热电流-在规定条件下，电器处非封闭状态，在8小时工作制下，各部温升不超过所能承载的最大电流。 额定持续电流-在规定条件下，在长期工作制下，各部温升不超过所能承载的最大电流。,2.额定电压,-在规定条件下，保证电器正常工作的电压。,3.操作频率-每小时内可能实现的最高操作次数。,在选择低压电器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，如环境温度、湿度、海拨高度、振动等; （2）了解电器的主要技术性能，如用途、种类、通断能力和使用寿命等; （3）明确控制对象及使用环境； （4）明确相关的技术数据，如控制对象的额定电压、功率、操作特性、起动电流工作方式。,大家一定要注意哦！,国产常用低压电器的全型号组成形式如下：,返回,1.2低压电器的基本结构,感受外界的信号，做出有规律的反应。 例如：电磁机构（自动电器）；操作手柄、按钮（手动电器）,交流：硅钢片叠加 直流：整块铸铁或铸钢,直动式 转动式,电压线圈：并联在电路中，匝数多、导线细。 电流线圈：串联在电路中，匝数少、导线粗。 交流线圈：短而粗，有骨架。 直流线圈：细而长，无骨架。,1）组成,交流电磁机构的铁心由硅钢片叠铆而成，有磁滞和涡流损耗，由于铁心和线圈都发热，所以在铁心和线圈之间设有骨架，铁心、线圈整体作成矮胖型，利于各自散热。,直流电磁机构的铁心由整块钢材或工程纯铁制成，无磁滞和涡流损耗，线圈发热铁心不发热，所以线圈直接接触铁心并通过铁心散热，铁心、线圈整体作成瘦高型。,为什么交流电磁机构长期通过较大的电流容易过热烧毁呢？,直流电磁机构的励磁电流是恒定不变的直流，其磁动势也是恒定不变的。但随着衔铁的吸合，空气隙变小，吸合后空气隙将消失，磁路的磁阻显著减小，因而磁通要增大。由f表达式可知，吸合后的电磁力要比吸合前大得多。 交流电磁机构的励磁电流是交变的，它所产生的磁场也是交变的，因此电磁力的大小也是交变的。 因此，外加电压一定的条件下，交流磁路中主磁通的最大值基本不变。因此，交流电磁铁在吸合衔铁的过程中，电磁吸力的平均值随空气隙的变化较小。又由于主磁通等于磁动势与磁阻之比，而吸合过程中磁路的磁阻显著减小，可知随着空气隙的减小，磁动势必然减小，所以交流电磁机构吸合后的励磁电流要比吸合前显著减小。也就是说，交流电磁铁吸合前的励磁电流要比吸合后的励磁电流大得多。因此，交流电磁铁在工作时衔铁和铁心之间一定要吸合好，否则，线圈中会因长期通过较大的电流而过热烧毁。,衔铁动作方式有直动式、转动时。它们各有不同的机电性能，适用于不同的场合。下图列出了几种常见电磁铁心的结构形式。,适用于中间继电器,适用于断路器的脱扣器,适用与于大型接触器,a) 为沿棱角转动的拍合式铁心，主要应用于直流电磁机构。 b) 为沿轴转动的拍合式铁心，多用于触点容量较大的交流电磁机构。 c) 为双e形直动式铁心,多用于交流接触器、继电器中。,电压线圈,电流线圈串联在主电路中，当主电路的电流超过其动作值时带动触点吸合，其电流值比较大，且与线圈的阻抗无关，所以线圈导线比较粗，匝数较小，通常用紫铜条或粗的紫铜线绕制。,电压线圈并联在电源两端，获得额定电压时带动触点吸合，其电流值由电源电压和线圈本身的电阻和阻抗决定。由于线圈匝数多、导线细、电流较小而匝间电压高，所以一般用绝缘性能好的漆包线绕制。,静触点,动触点,复位弹簧,动铁心,静铁心,线圈,2）电磁铁原理,电磁铁通电,产生磁场,动触点下移,接通电路,电磁铁断电,磁场消失,动触点复位,断开电路,用于接通知和分断主电路， 一般用铜材制成。,用于接通知和分断二次电路，还能起互锁和连锁作用。 一般用银合金制成,常态时动、静触头是相互闭合的。,常态时动、静触头是分开的。,对电磁式电器来说，是指电磁铁线圈未通电时的位置。 对非电量电起来说，是指没有受外力作用的位置。,常闭触头,常开触头,构成原理图,常闭触头,常开触头,符号,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。,可怕吗？,形成飞弧造成电源短路事故。,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；,怎么办？,可以采用相应的灭弧措施： 机械拉弧、磁吹灭弧、窄缝灭弧、栅片灭弧。,栅片灭弧,窄缝灭弧,返回,1.3 低压配电电器,低压配电电器是指正常或事故状态下接通和断开用电设备和供电电网所用的电器。 作用：隔离电源，不频繁通断电路。 常用的有：刀开关、转换开关、熔断器、低压断路器 等。,刀开关是低压配电电器中结构最简单、应用最广泛的电器。广泛应用于照明电路、小容量（5.5kw及以下）的动力电路且不频繁启动的控制电路中。 按刀的级数分:单极、双极和三极 按灭弧装置分：带灭弧装置和不带灭弧装置 按刀的转换方向分为：单掷和双掷 按接线方式分为：板前接线和板后接线 按操作方式分为：手柄操作和远距离联杆操作 按有无熔断器分：带熔断器和不带熔断器,1、刀开关的结构和安装 刀开关是一种结构较为简单的手动电器，主要由手柄、触刀、静插座和绝缘底板等组成。,接线时应将电源线接在上端，负载接在下端，这样拉闸后刀片与电源隔离，可防止意外发生。,刀开关在切断电源时会产生电弧，因此在安装刀开关时手柄必须朝上，不得倒装或平装。,注意啦！,1）开关板用刀开关（不带熔断器式刀开关） 作用：不频繁地手动接通、断开电路和隔离电源用。 结构图和符号 ：,电气符号,2、刀开关的类型和电气符号,2）带熔断器式刀开关 作用：电源开关、隔离开关和应急开关，并作电路保护用。,3） 开启式负荷开关 用途：作不频繁带负荷操作和短路保护用。 结构：由刀开关和熔断器组合成。瓷底板上装有进线 座、静触头、熔丝、出线座及刀片式动触头， 工作部分用胶木盖罩住，以防电弧灼伤人手。 分类：单相双极和三相三极两种,4)封闭式负荷开关（铁壳开关） 构成：刀开关、断路器、速断弹簧等构成，开关采用侧面手柄操作，并设有机械连锁装置，使得箱盖打开时不能合闸。 优点：通断电路动作迅速，灭弧性能好。可工作与粉尘飞扬的场合。,功能：不频繁通断电路，并能在电路严重的过载、短路及欠压时自动分断电路。故障解除后还可再合闸工作，不需更换零件。低压断路器是用于交流电压1200v、直流电压1500v及以下电压范围的断路器， 有多种分类 。 特点：操作安全，分断能力较高。 分类：按使用类别可分为非选择型（a型）和选择型（b型）两类。按极数可分为单极、双极、三极和四极。按灭弧介质可分为空气式和真空式，目前应用最广泛的是空气断路器。 结构：触头系统、灭弧装置、脱扣机构、操作机构。,低压断路器及电气符号,过流状态,断路器过流保护作用：,欠压状态,断路器欠压保护作用：,1、概述 熔断器的用途：利用金属导体为熔体,串联于电路，当过载或短路电流通过熔体时，因其自身发热而熔断，从而分断电路的电器。 熔断器主要作短路保护之用，有时也可作为过载保护。 熔断器的结构简单，分断能力高、使用方便、体积小、重量轻、价格便宜，在工农业生产中使用极为广泛。,2、 熔断器的结构和型号 熔断器主要由熔体（保险丝）和熔管（熔座）组成。,rc型瓷插式熔断器,rl型螺旋式熔断器,价挤便宜、更换方便，用于照明和小容量电机短路保护。(分断电流：5-200a),熔丝周围有石英砂可熄灭电弧，熔丝管上端有红点薄片，熔断时脱落，用于机床电气设备中。(分断电流：15-200a),3.常用熔断器的特点及用途,rto有填料式熔断器,熔体中有窄面熔片，断流能力大(15a-1000a)，用于电力网络和成套配电装置。,分断能力强(50-1000a)、安全、稳定，用于短路电流较大的电网或配电装置中。,rm型无填料密封式熔断器,自恢复熔断器,快速熔断器,用于硅整流元件短路保护。小容量0.2s熔断，大容量0.02熔断。,4熔断器的安装和维护 1)在安装更换熔体时，一定要切断电源，将闸刀拉开，不要带电作业，以免触电。并换上同样规格熔体，切不可用其它金属丝代替。 2）安装熔断器除保证足够的电气距离外，还应保证足够的间距，以保证拆卸、更换熔体方便。 3）安装前应检查熔断器的型号、额定电压、额定电流、额定分断能力等参数是否符合规定要求。 4）安装熔体必须保证接触良好，不能有机械损伤。 5）安装引线要有足够的截面积，而且必须拧紧接线螺钉，避免接触不良。,返回,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） 电磁系统：动、静铁芯，吸引线圈和反作用弹簧 灭弧系统：灭弧罩及灭弧栅片灭弧,1.4 控制电器,1、交流接触器结构,接触器是一种用来频繁地接通或分断带有负载的主电路(如电动机)的自动控制电器。接触器种类分为直流、交流两种，机床上应用最多的是交流接触器。,2、交流接触器外形图、原理图及电气符号,接触器的图形与文字符号：,3、接触器的结构及工作原理,如图所示，交流接触器主要由电磁机构（包括电磁线圈 1 、铁心 2 和衔铁 3 ）、触头系统（主触头 4 和辅助触头 5 ）、灭弧装置（图中未画出）及其他部分组成。,电磁系统：交流接触器的电磁系统主要由线圈、静铁心、动铁心（衔铁）、线圈接线端子等组成。在线圈中通以励磁信号，铁心中就会产生磁场，从而吸引衔铁，带动触头系统断开或接通受控电路。断电释放。 触点系统：触点是接触器的执行元件，用于接通或者断开电路。在接触器的触点系统中，触点按照各自的功能不同分为主触点和辅助触点两大类。主触头接在控制对象的主回路中（常常串在低压断路器之后）控制其通断，辅助触头一般容量较小，用来切换控制电路,灭弧装置：灭弧装置是用陶土和石棉水泥制成的绝缘、耐高温的灭弧罩 。是一种简单的灭弧装置。 在灭弧罩内一般均采用纵缝灭弧的方法来灭弧。 其他部件：反作用弹簧、复位弹簧、缓冲弹簧、触点压力弹簧、传动机构、接线端子、外壳等部件。 （灭弧装置是与继电器区分的主要标志）,cj20系列交流接触器用于交流50hz，额定电压至660v(个别等级至1140v)，电流至630a的电力线路中供远距离频繁接通和分断电路以及控制交流电动机，并适宜于与热继电器或电子保护装置组成电磁起动器，以保护电路或交流电动机可能发生的过负荷及断相。,cj12系列交流接触器用于交流50hz、额定电压至380v，额定电流至600a的电力线路中。主要供冶金、轧钢企业起重机等的电器设备中作远距离接通和分断电路，并作为交流电动机频繁地起动、停止和反接之用,交流接触器cj24系列用于交流50hz(派生后可用于60hz），额定电压至660v，额定电流由100至630a的电力系统中供冶金、轧钢及起重机等电气设备作为远距离频繁地接通、分断电路和起动、停止、反向及反接制动电动机等之用。,交流接触器cjx1(3tb/3tf)系列,交流接触器cdc1(b)系列-3,主令电器是一种专门发布命令、直接或通过电磁式电器间接作用于控制电路的电器。常用来控制电力拖动系统中电动机的起动、停车、调速及制动等。,常见类型有控制按钮、转换开关、位置开关、凸轮控制器等,控制按钮是一种用人力（一般为手指或手掌）操作，并具有复位的开关电器。它用于电气控制线路中发布命令及电气联锁。按钮的一般结构主要由按钮帽、复位弹簧、桥式动触头、动合静触头、动断静触头和装配基座等组成。,操作时，将按钮帽往下按，桥式动触头就向下运动，常闭触头先分断，再常开触头接通。 一旦操作人员的手指离开按钮帽，在复位弹簧的作用下，先是常开触头分断，然后是常闭触头闭合。,1.控制按钮,按结构不同分为，掀纽式、钥匙式和旋转式。,按用途不同，按钮可分为启动按钮，停止按钮和复合按钮。,对按钮颜色的规定： 1.停止和急停按钮必须是红色 2.启动按钮为绿色 3.点动按钮必须是黑色 4.复位按钮为蓝色。,2. 万能转换开关(又称组合开关),万能转换开关是一种多档式、控制多回路的主令电器。广泛应用于各种配电装置的电源隔离、电路转换、电动机远距离控制等，也常作为电压表、电流表的换相开关，还可用于控制小容量的电动机。 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。 特点：结构紧凑，安装面积小，操作方便。 用途：电源的引入开关；通断小电流电路； 控制以下电动机。,万能转换开关,万能转换开关结构和电气符号,hz10-10/3型转换开关,电气符号,位置开关主要用于将机械位移转变为电信号，用来控制生产机械的动作。位置开关包括：行程开关、微动开关、限位开关及由机器部件或机械操作的其它控制开关。,3.位置开关,1)行程开关 行程开关是一种按工作机械的行程，发出操作命令的位置开关。主要用于机床、自动生产线和其它生产机械的限位及流程控制。,a 直动式行程开关 其动作原理与控制按钮类似，只是它用运动部件上的撞块来碰撞行程开关的推杆。,动作演示,b 滚轮旋转式行程开关,接近开关,接近开关或称无触点式限位开关，常见有霍尔式、涡流式、光电式、等接近开关。,4.接近开关,它不仅能代替有触头限位开关来完成机床行程控制、回参考零点控制和限位保护，还可以用于高频记数、测速、液面控制、零件尺寸检测、加工程序的自动衔接等场合。,返回,1.5 继电器,1.电磁式电压、电流继电器,电磁式继电器的结构、工作原理与接触器类似，主要由电磁机构和触头系统组成，但没有灭弧装置，不分主副触头。与接触器的主要区别在于：能灵敏地对电压、电流变化作出反应，触头数量很多但容量较小，主要用来切换小电流电路或用作信号的中间转换。,电磁式电压、电流继电器机构图 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,线圈端子,线圈,铁心,轭铁,衔铁,支杆,触点,触点端子,动断（常闭）触点,动合（常开）触点,工 作 原 理 演 示,(1)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 电流继电器线圈被做成阻抗小、导线粗、匝数少的电流线圈，串接在被测量的电路中（或通过电流互感器接入），用于检测电路中的电流是否越限。分过电流继电器和欠电流继电器。 过电流继电器在电路额定电流下正常工作时不动作，当电流超过整定值时电磁机构动作，整定范围为额定电流的1.1至1.4倍。 欠电流继电器在电路额定电流下正常工作时处在吸合状态，当电流降低到额定电流的10%至20%时，继电器释放。,电流继电器电气符号,动作电流q ：使电流继电器开始动作所需的电流值； 返回电流f ：电流继电器动作后返回原状态时的电流值； 返回系数f ：返回值与动作值之比，ff /q 。,电流继电器主要技术指标,欠电流继电器,过电流继电器,特点：线圈并联在电路中，匝数多，导线细 分类：过电压继电器和欠电压继电器 结构原理：与电流继电器类似 电压继电器可以对所接电路上的电压高低作出动作反应。分过电压继电器、欠电压继电器和零电压继电器。过电压继电器在额定电压下不吸合，当线圈电压达到额定电压的105%至120%以上时动作。欠电压继电器在额定电压下吸合，当线圈电压降低到额定电压的40%至70%时释放；零电压继电器在额定电压下也吸合，当线圈电压达到额定电压的5%至25%时释放。常用来构成过电压、欠电压和零电压保护。,(2)电压继电器,电压继电器电气符号,jl18过电流继电器，适用于交流50hz，电压至380v或直流电压至440v，电流至630a的电力传动系统中，作过电流保护用。该继电器吸取了国内外同类产品的先进技术，具有结构合理简单、体积小、重量轻、工艺先进、动作值调整方便，触头容量大、动作可靠、安装维修方便等优点，并将取代jl14、jl15、jl17等继电器。,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。另外其触头的额定电流较大。中间继电器主要依据被控制电路的电压等级，触点的数量、种类及容量来选用。,(3).中间继电器,中间继电器电气符号,返回,（1）作用：电动机的过载保护 （2）型式：双金属片式 热敏电阻式 易熔合金式,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,2.热继电器,热继电器是一种保护电器，专门用来对过载及电源断相进行保护，以防止电动机因上述故障导致过热而损坏。 热继电器的结构主要由三大部分组成：加热元件（热电电器的加热元件有直接加热式、复合加热式、间接加热式和电流互感器加热式四种）；动作机构（大多采用弓簧式压簧式或拉簧跳跃式机构）；复位机构（有手动复位及自动复位两种型式，可根据使用要求自由调整）。,利用双金属片受热弯曲去推动杠杆使触头动作,（3）结构：由发热元件、双金属片和触头及动作机构等部分组成 。,用于过载、缺相及三相电流不平衡的保护。,双金属片式热继电器主要由发热元件 1 、主双金属片 2 和触点 4 三部分组成，如右图所示。主双金属片 2 是热继电器的感测元件，由两种膨胀系数不同的金属片辗压而成。当串联在电动机定子绕组中的热元件有电流流过时，热元件产生的热量使双金属片伸长，由于膨胀系数不同，致使双金属片发生弯曲。电动机正常运行时，双金属片的弯曲程度不足以使热继电器动作。但是当电动机过载时，流过热元件的电流增大，加上时间效应，就会加大双金属片的弯曲程度，最终使双金属片推动导板 3 使热继电器的触点 4 动作，切断电动机的控制电路。,热继电器动画演示,lr2-k系列热过载继电器用于交流50或60hz，电压至660v,电流至25a及以下的电路中，供交流电动机热保护用。并且有差动机构和温度补偿环境节，可与cjx2(lc1-k)k型交流接触器配装，也可独立安装。其具有体积小便于安装，性能可靠的特点，广泛应用于小型设备，民用家电里。,返回,在生产中经常需要按一定的时间间隔来对生产机械进行控制，时间控制通常是利用时间继电器来实现的。 时间继电器是一种利用电磁或机械动作原理实现触头延时通或断的自动控制电器。常用的有电磁式、空气阻尼式、电动式和晶体管式等。 (1)作用：按整定时间长短通断电路 (2)分类： 按构成原理分：电磁式、电动式、气阻尼 式、晶体管式、数字式。 按延时方式分：通电延时型、断电延时型 。,3.时间继电器,空气阻尼式时间继电器（js7系列）,晶体管式时间继电器（js14）,数字式时间继电器（jss14）,常用几种时间继电器,a 空气阻尼时间继电器（通电延时）,1线圈 2静铁心 3衔铁 4反力弹