电气工程基础 第五章ppt课件.ppt

第五章现代低压电器,新型电子电器、智能电器、有联网功能的网络电器,1,涉及领域广；发展趋势：高性能、小型化、电子化、智能化、模块化、组合化、多功能化及可通信功能；现场总线的出现，促进了低压电气产品的智能化和可通信化；,2,5.1低压电器产品的发展,四代：20世纪60-70年代：DW10，DZ10，CJ10等系列产品为代表；性能指标低，体积大，耗材、耗能；70年代末-80年代：DW15，DZ20，CJ20等系列；引进产品；技术指标提高，保护特性完善，体积缩小，适应成套装置要求；90年代：DW45，CJ45等系列产品；高性能、小型化、电子化、智能化、组合化、模块化、多功能化；但通信能力有限；现场总线低压电气产品：主要技术特征为可通信；智能化、可通信低压电器的产品特征及功能：,3,5.2电子电器和智能电器,电子电器：全部或部分由电子器件构成的电器；开关速度高、寿命长、控制功率小、功能强、易于计算机接口；智能电器：控制的核心是具有单片计算机功能的微处理器；具有传统电器和电子电器的功能；扩充了测量、显示、控制、参数设定、报警、数据记忆及通信等功能；系统集成化技术、新型的智能化和集成化传感器的应用，使智能化产品的整体性提高了一个档次。,4,5.2.1接近开关,无触点行程开关，非接触型物体位置检测装置：当某种物体与之接近到一定距离时就发出动作信号（非机械接触）。优点：避免了机械式行程开关触点容易损坏；应用；已超出一般行程开关和限位保护的范畴；、高速计数、测速、液面控制、无触点按钮等。分类（传感机构工作原理）：高频震荡型：检测金属；电容型：检测各种导电或不导电的液体及固体；电磁感应型：检测导磁和非导磁金属；永久型铁型及磁敏元件型：检测磁场及磁性金属；光电型：检测不透光物质；超声波型：检测不透过超声波的物质。,5,晶体管振荡型接近开关,高频振荡型；信号发生机构：LC振荡器（L电感式感应头），产生交变磁场；工作原理：当金属测体接近感应头时，在金属检测体中将产生涡流，涡流的去磁效应使感应头的等效电感发生变化；改变振荡回路的谐振阻抗和谐振频率，使振荡减弱，直至停止；并以此发出接近信号。,6,振荡器输出正半周时：C3经R4充电V2通V3止继电器K不动作，开关无输出；负半周时：C3放电；C4通过R5充电但R5较大充电时间很长C4电压不足以使V3导通（正半周时，C4经V2、V7快速放电）继电器K不动作，开关无输出；金属检测体接近时：振荡器停振V2止V3通继电器K通电动作，开关有输出。,7,接近开关的主要技术指标,动作距离：指开关刚好动作时感应头与检测物体之间的距离；一般在530mm；可通过改变Rf的大小，整定开关的动作距离。,8,5.2.2电子时间继电器,（1）晶体管式时间继电器：除执行继电器，均由电子元件组成，无机械运动部件；延时范围宽、调节范围大、控制功率小、体积小、经久耐用。,原理：利用电容对电压变化的阻尼作用充电时，电压逐渐上升的原理作为延时的基础；工作时，首先通过电阻对电容充电，待电容上电压达到预定值时，驱动电路使执行继电器接通；实现延时输出并自锁；同时电容放电，为下次动作做好准备。,类型：通电延时型、断电延时型、带瞬动触点的通电延时型；,9,JS20时间继电器单结晶体管电路（通电延时型）,电源接通经V1整流、C1滤波、V3稳压的直流电经RW2、R4(及R5都是低阻值)、V2向电容C2快速充电；经RW1及R2向电容C2充电C2的电压升高（大于V4峰点电压UP时）V4导通触发VT导通继电器K动作,工作原理：,10,（2）数字式时间继电器,与晶体管式时间继电器相比优点：延时范围更宽、精度更高、控制功率和体积更小；适用于：精确延时类型：通电延时、断电延时、定时吸合、循环延时。,11,5.2.3温度继电器,影响电机绕组寿命的主要因素：过高的温升；一般保护：热继电器（双金属片；电流热效应）引起温升的因素：散热不良、机械故障。可靠保护：温度传感器埋入电动机绕组实现：热电偶：灵敏度低；PTC热敏电阻（温度越高，阻值越大）：在其居里点附近有极高的温度系数，灵敏度高；但不同的保护动作温度，需选配不同居里温度的热敏电阻。,12,温度低时：Rt较小，UA较高V3V5止，V1止、V2通K线圈带电；温度升高时，Rt增大A点电位下降低于鉴幅器的门限电压Ud时V3V5通；V6被击穿，V1通、V2止K释放，发出温度控制信号。,13,5.2.4固体继电器（SSR）,固体（态）继电器：固体半导体元件组成的无触点开关（无机械接触部件）；封装结构。优点：控制功率小、开关速度快、工作频率高、使用寿命长、耐振动、抗冲击、可靠性高、抗干扰能力强等。适用：在许多自动化控制装置中代替了电磁式继电器；尤其适用于动作频繁、防暴耐潮和耐腐蚀等特殊场合；直流、交流型固体继电器（按负载性质分）。,14,（2）AC-SSR固态继电器的工作原理,无控制信号时：光敏三极管截止R2为V1提供基极电流，V1通R4旁路V2的触发电流V2截止经桥式整流电路的电流很小(漏电流)V3止，外电路止；有控制信号时：光敏三极管导通当交流负载的电源电压接近零时，经整流，R3的电压较低，V1截止整流电压经R4为V2提供触发电流V2导通经桥式整流电路的电流很大（接近短路）V3导通；外电路通；且只有负载电流过零时才能恢复关断。,15,触发过程仅出现在负载电压过零附近（过低不足以使V2通）,16,（3）AC-SSR的主要特点与特性,控制功率小：在最大输入电压的最大输入电流为1220mA，能被TTL或CMOS逻辑电路直接驱动；在工频电压下驱动上百安培的负载，具有功率放大作用；输入电压多在332V，可靠接通电压为56V，可靠关断电压在0.8V以下。动作快：转换时间小于10ms；响应时间为几十s，比电磁继电器速度提高近千倍。抗干扰能力强：光电隔离；没有接点跳动，消除了因火花产生的干扰；过零触发，零电流断开，降低了线路中电压、电流变化率，对外界的电磁干扰降低到最低。不足之处：关断后有漏电流存在；过载能力差,17,主要参数,输入参数：输入信号电压输入电流输入阻抗输出参数：标称电压标称电流断态漏电流导通电压,18,（4）AC-SSR的应用,例1：温度控制系统热电偶检测炉温A/D转换单片机PID运算,非AC-SSR：D/A转换移相触发可控硅加热电路的通断；AC-SSR：控制过零触发的AC-SSR的通断率（脉冲调制-一个控温周期内，由单片机输出脉冲的占空比），控制加热电阻丝的平均功率控温。,优势：电路简化；避免了非正弦电压波形对电网的公害。,19,例2：异步电动机的起、停控制,3个交流AC-SSR来代替接触器主触点；一个驱动信号串连控制3个AC-SSR。特点：用单片机的输出口直接驱动，无须另加放大与隔离电路；适用动作频繁，防暴等特殊场合。也可采用并联驱动：驱动电流大于几个SSR所需输入电流之和。,20,5.2.5软起动器,交流感应电动机起动缺点：起动电流大；起动转矩大传统降压起动的缺点：Y/起动：切换瞬间出现较高的尖峰电流，产生破坏性的动态转矩，引起的机械振动对电动机转子、轴连接器、中间齿轮、负载有害；自耦变压器：设备体积庞大、成本高；与负载匹配的电动机转矩很难控制。,21,22,软启动器原理,电动机的三相电源由三对正、反并联的晶闸管控制；电子控制线路通过调节加到晶闸管的触发脉冲的角度，来控制加到电动机上的电压，使其按某一规律慢慢达到全压。,适当设置控制参数，可使电动机转矩和电流与负载要求达到较好的匹配。,23,软启动器的特点：,可解决实际问题；可减小因起动电流过大导致的电网电压下降；减少电缆的面积及熔丝的规格，降低了安装成本、能耗；空载或低载时，使电机电压调节至适应于实际负载，进而提高使用效率；改善了功率因数；有的含有电子式过载继电器，较常规热继电器提供更高的过载保护功能。,24,软启动器应用实例,正常时：按下启动按钮，K7接通，软启动器工作；故障时：K11接通，驱动接触器K2接通，短路软启动器，保证系统不中断工作。,25,5.2.6智能型断路器,具有智能化控制单元的低压断路器不同：普通断路器上的脱扣器换成了具有一定人工智能的控制单元（智能脱扣器）。核心：具有单片机功能的微处理器；保护功能：短路、过流、过热、漏电、缺相保护；显示功能：电流、电压、功率、功率因数；动作参数可显示、设定、修改；故障参数可存储、查询；测量