盾构电气技术(基础知识)PPT课件.ppt

盾构电气技术 基础知识 2020 1 9 1 变压器 变压器是用来改变交流电压大小的电气设备 它是根据电磁感应的原理 以相同的频率 在两个或更多的绕组之间 变换交流电压和电流而传输电能的静止电气设备 2020 1 9 2 变压器是利用电磁感应原理工作的 它主要由铁心和套在铁心上的两个 或两个以上 相互绝缘的线圈组成 线圈之间有磁的耦合 但没有电的联系 2020 1 9 3 变压器的技术指标1 工作频率变压器铁芯损耗与频率关系很大 故应根据使用频率来设计和使用 这种频率称工作频率 2 额定功率在规定的频率和电压下 变压器能长期工作 而不超过规定温升的输出功率 3 额定电压指在变压器的线圈上所允许施加的电压 工作时不得大于规定值 4 电压比指变压器初级电压和次级电压的比值 有空载电压比和负载电压比的区别 5 空载电流变压器次级开路时 初级仍有一定的电流 这部分电流称为空载电流 空载电流由磁化电流 产生磁通 和铁损电流 由铁芯损耗引起 组成 对于50Hz电源变压器而言 空载电流基本上等于磁化电流 6 空载损耗指变压器次级开路时 在初级测得功率损耗 主要损耗是铁芯损耗 其次是空载电流在初级线圈铜阻上产生的损耗 铜损 这部分损耗很小 2020 1 9 4 7 效率指次级功率P2与初级功率P1比值的百分比 通常变压器的额定功率愈大 效率就愈高 8 绝缘电阻表示变压器各线圈之间 各线圈与铁芯之间的绝缘性能 绝缘电阻的高低与所使用的绝缘材料的性能 温度高低和潮湿程度有关 9 短路阻抗当变压器二次绕组短路 在一次绕组施加电压 当二次绕组通过额定电流时 一次绕组施加的电压与额定电压之比的百分数 当变压器满载运行时 短路阻抗的高低对二次输出电压的高低有一定的影响 短路阻抗小 电压降小 短路阻抗大 电压降大 当变压器负载出现短路时 短路阻抗小 短路电流大 变压器承受电动力大 短路阻抗大 短路电流小 变压器承受电动力小 2020 1 9 5 故障诊断1 高压侧不能正常上电高压电缆 高压端子箱 合闸机构 合闸流程2 低压侧不能正常上电急停 框架断路器 外围线路 负载3 运行中跳闸过载 温度4 无功补偿 2020 1 9 6 断路器 断路器的定义断路器是指能够关合 承载和开断正常回路条件下的电流 并能关合 在规定的时间内承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置 断路器可用来分配电能 不频繁地启动异步电动机 对电源线路及电动机等实行保护 当发生严重的过载 短路或欠压等故障时能自动切断电路 其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合 断路器的结构断路器一般由触头系统 灭弧系统 操作机构 脱扣器 外壳等几部分构成 断路器的工作原理当短路时 大电流 一般10至14倍 产生的磁场克服反力弹簧 脱扣器拉动操作机构动作 开关瞬时跳闸 当过载时 电流变大 发热量加剧 双金属片变形到一定程度推动机构动作 电流越大 动作时间越短 现在有电子型的 使用互感器采集各相电流大小 与设定值比较 当电流异常时微处理器发出信号 使电子脱扣器带动操作机构动作 2020 1 9 7 常见断路器 微型断路 0 5A 63A 马达保护开关 0 1A 80A 塑壳断路器 40A 630A 框架断路器 630A 4000A 2020 1 9 8 断路器的主要类型按极数分 有单极 两极 三极和四极 按保护形式分 有电磁脱扣器式 热脱扣器式 复合脱扣器式 常用 和无脱扣器式 按分断时间分 有一般式和快速式 按结构形式分 有塑壳式 框架式 模块式等 断路器的主要参数 2020 1 9 9 额定电压 Ue 断路器在长期正常工作情况下所允许的最大工作电压 额定电流 In 断路器在长期正常工作情况下所允许的最大工作电流 过载脱扣电流整定值 Ir 线路中的负载电流超过该过载设定值时 断路器 长延时 跳闸 短路脱扣电流整定值 Im 短路出现时 断路器 短延时或瞬时 快速跳闸 其跳闸极限Im 额定短路分断能力 Icu或Icn 断路器能够分断而不被损害的最高 预期的 电流值 额定极限短路分断能力 Icu 是指低压断路器在分断了断路器出线端最大三相短路电流后还可再正常运行并再分断这一短路电流一次 至于以后是否能正常接通及分断 断路器不予以保证 额定运行短路分断能力 Icn 是指是断路器在其出线端最大三相短路电流发生时可多次正常分断 2020 1 9 10 断路器参数设置断路器参数的调试既要能有效地实现过载和短路保护 又要能有效地躲过其启动电流和尖峰电流 保障电动机能正常的启动 一般满足 过载长延时整定电流 1 1倍电动机额定电流 过载长延时时间设置能躲过电机启动时间 短路短延时整定电流能躲过电动机的启动电流 一般设为5 8倍电动机额定电流 短路短延时时间一般为0 2s 短路瞬时电流能躲过电动机启动的尖峰电流 其脱扣时间为固定 小于50ms 2020 1 9 11 软启动器 软启动器的工作原理软起动器是一种集软停车 轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置 国外称为SoftStarter 它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路 运用串接于电源与被控电机之间的软起动器 控制其内部晶闸管的导通角 使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升 直至起动结束 赋予电机全电压 即为软起动 具体过程在软起动过程中 电机起动转矩逐渐增加 转速也逐渐增加 直到晶闸管全导通 电动机工作在额定电压的机械特性上 实现平滑启动 降低启动电流 避免启动过流跳闸 待电机达到额定转数时 启动过程结束 软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管 为电动机正常运转提供额定电压 以降低晶闸管的热损耗 延长软启动器的使用寿命 提高其工作效率 又使电网避免了谐波污染 2020 1 9 12 2020 1 9 13 软启动与传统减压方式的不同之处传统的减压起动方式有 星 三角起动 自耦减压起动 电抗器起动等 这些起动方式都属于有级减压起动 存在明显缺点 即起动过程中出现二次冲击电流 软起动与传统减压起动方式不同之处是 1 无冲击电流 软起动器在起动电机时 通过逐渐增大晶闸管导通角 使电机起动电流从零线性上升至设定值 2 恒流起动 软起动器可以引入电流闭环控制 使电机在起动过程中保持恒流 确保电机平稳起动 3 根据负载情况及电网继电保护特性选择 可自由地无级调整至最佳的起动电流 2020 1 9 14 启动方式1 快速起动此种运行模式在斜坡模式及限流模式下均可工作 快速起动可使电机吸引更多电流以产生更多转矩以消除高摩擦负载 快速起动转矩可以设定为电机跨线锁定转子转矩的5 85 电流相应为电机跨线锁定转子电流的23 92 出厂缺省值为5 快速起动时间可设定为0 0至2 0秒 2 斜坡启动电机以跨线转子转矩5 85 的初始转矩加速 电流相应为电机跨线锁定转子电流的23 92 出厂缺省值为35 然后通过提升电机电压将转矩提升至设定的加速斜坡时间 tr 斜坡起动时间可设定为0 5至180秒 出厂缺省值为9秒 旋钮tr控制的前半程在0 5至20秒间调整 接下来四分之一的时间在20至60秒间调整 剩下的四分之一时间在60至180秒间调整 软启动器将电流限定为设定的转矩 当电机达到所需速度后 将转入旁路 3 限流起动使用限流软起动模式时 起动时间设置为零 软起动器得到起动指令后 其输出电压迅速增加 直至输出电流达到设定电流限幅值 输出电流不再增大 电动机运转加速持续一段时间后电流开始下降 输出电压迅速增加 直至全压输出 起动过程完成 起动转矩 T2 可设定为电机跨线锁定转子转矩的5 85 电流相应为电机跨线锁定转子电流的23 92 T2缺省值为35 限流起动时间可设定为0 5至180秒 出厂缺省值为9秒 2020 1 9 15 旋钮tr控制为非线性 以便更好设定起动时间 控制的前半程在0 5至20秒间调整 接下来四分之一的时间在20至60秒间调整 剩下的四分之一时间在60至180秒间调整 软启动器将电流限定为设定的转矩 当电机达到所需速度后 将转入旁路 T1 快速起动转矩 T2 初始转矩Tk 快速起动时间 快速启动 斜坡启动 限流启动 2020 1 9 16 特性 2020 1 9 17 故障排除 2020 1 9 18 接触器 2020 1 9 19 交流接触器 直流接触器交流接触器的结构与工作原理 1 电磁机构电磁机构由线圈 铁芯和衔铁组成 其作用是将电磁能转换成机械能 产生电磁吸力带动触点动作 2 触点系统包括主触点和辅助触点 主触点用于通断主电路 通常为三对常开触点 辅助触点用于控制电路 起电气联锁作用 故又称联锁触点 一般常开常闭各两对 3 灭弧装置容量在10A以上的接触器都有灭弧装置 对于小容量的接触器 常采用双断口触点灭弧 电动力灭弧 时间弧板隔弧及陶土灭弧罩灭弧 对于大容量的接触器 采用纵缝灭弧罩及栅片灭弧 4 其他部件包括反作用弹簧缓冲弹簧触点压力弹簧传动机构及外壳等 2020 1 9 20 工作原理 2020 1 9 21 交流接触器的基本参数 1 额定电压指触点额定工作电压 应等于负载的额定电压 2 额定电流接触器触点在额定工作条件下的电流值 380V三相电动机控制电路中 额定工作电流近似等于控制功率的两倍 3 通断能力可分为最大接通电流和最大分断电流 最大接通电流是指触点闭合时不会造成触点熔焊时的最大电流值 最大分断电流是指触点断开时能可靠灭弧的最大电流 4 动作值可分为吸合电压和释放电压 吸合电压是指接触器吸合前 缓慢增加吸合线圈两端的电压 接触器可以吸合时的最小电压 释放电压是指接触器吸合后 缓慢降低吸合线圈的电压 接触器释放是的最大电压 一般规定 吸合电压不低于线圈额定电压的85 释放电压不高于线圈额定电压的70 2020 1 9 22 5 吸引线圈额定电压接触器正常工作时 吸引线圈上所加的电压值 6 操作频率接触器在吸合瞬间 吸引线圈需消耗比额定电流大5 7倍的电流 如果操作频率过高 则会使线圈严重发热 直接影响接触器的正常使用 7 寿命包括电寿命和机械寿命 目前接触器的机械寿命已达一千万次以上 电气寿命约是机械寿命的5 20 2020 1 9 23 接触器的选用原则 1 接触器的电压等级要和负载相同 选用的接触器的类型要和负载相适应 2 负载的计算电流要符合接触器的容量等级 即计算电流要小于等于接触器的额定工作电流 接触器的接通电流大于负载的启动电流 分断电流大于负载运行时分断需要的电流 负载的计算电流要考虑实际工作环境和状况 对于启动时间长的负载 半小时峰值电流不能超过约定发热电流 3 按短时的动 热稳定校验 线路的三相短路电流不能超过接触器允许的动 热稳定电流 当使用接触器断开短路电流时 还应校验接触器的分断能力 2020 1 9 24 4 接触器吸引线圈的额定电压 电流急辅助触头的数量 电流容量 应满足控制回路接线要求 5 根据操作次数校验接触器所允许的操作频率 如果操作频率超过规定值 额定电流应加大一倍 6 短路保护元件参数应该和接触器的参数配合使用 7 接触器和其他元件的安装距离要符合相关国际标准 要考虑维修和走线距离 2020 1 9 25 电机 电机是一种其工作原理基于电磁感应定律和电磁力定律之上 实现机电能量转换或电能特性变换的机械 具有电能生产 传输和使用或者作为电量之间 电量和机械量之间的变换器的功能 是工业 农业 交通运输业和家用电器的重要组成部分 对我国社会主义建设有着重要的作用 2020 1 9 26 感应电机定 转子间靠电磁感应作用 在转子内感应电流以实现机电能量转换的感应电机 感应电机的结构 感应电机 定子绕组 定子铁心 转子 机座 笼型结构 转子铁心 转轴 转子绕组 绕线型结构 定子 2020 1 9 27 运行状态旋转磁场的转速ns与转子转速n之差称为转差 转差 n与同步转速ns的比值称为转差率 用s表示 即 转差率是表征感应电机运行状态的一个基本变量 按照转差率的正负和大小 感应电机有电动机 发电机和电磁制动三种运行状态 额定值额定功率PN kW 额定运行时轴端输出的机械功率 额定电压UN V 额定运行时定子绕组的线电压 额定电流IN A 额定电压下运行 输出功率为额定值时 定子绕组的线电流 额定频率fN Hz 定子的电源频率 额定转速nN r min 额定运行时转子的转速 2020 1 9 28 2020 1 9 29 接近开关 2020 1 9 30 接近开关是一种不需与运动部件进行机械接触而可以操作的位置开关 当物体接近开关的感应面时 不需要机械接触 不需要施加任何压力即可使开关动作 从而驱动交流电器 直流电器或给计算机装置提供控制指令 接近开关是一种开关型传感器 即无触点开关 它即有行程开关 微动开关的特性 同时具有传感性能 且动作可靠 性能稳定 频率响应快 应用寿命长 抗干扰能力等 并具有防水 防震 耐腐蚀等特点 产品有电感式 电容式 霍尔式等 当有物体移向接近开关 并接近到一定距离时 位移传感器才有 感知 开关才会动作 通常把这个距离叫 检出距离 不同的接近开关检出距离也不同 有时被检测验物体是按一定的时间间隔 一个接一个地移向接近开关 又一个一个地离开 这样不断地重复 不同的接近开关 对检测对象的响应能力是不同的 这种响应特性被称为 响应频率 2020 1 9 31 接近开关的选型对于不同的材质的检测体和不同的检测距离 应选用不同类型的接近开关 以使其在系统中具有高的性能价格比 为此在选型中应遵循以下原则 1 当检测体为金属材料时 应选用高频振荡型接近开关 该类型接近开关对铁镍 A3钢类检测体检测最灵敏 对铝 黄铜和不锈钢类检测体 其检测灵敏度相对较低 2 当检测体为非金属材料时 如 木材 纸张 塑料 玻璃和水等 应选用电容型接近开关 3 金属体和非金属要进行远距离检测和控制时 应选用光电型接近开关或超声波型接近开关 4 对于检测体为金属时 若检测灵敏度要求不高时 可选用价格低廉的磁性接近开关或霍尔式接近开关 2020 1 9 32 位移传感器 位移传感器又称为线性传感器 它分为电感式位移传感器 光栅式位移传感器 激光干涉位移传感器 磁致伸缩式位移传感器 电感式位移传感器电感式位移传感器是一种属于金属感应的线性器件 接通电源后 在其感应面将产生一个交变磁场 当金属物体接近此感应面时 金属中则产生涡流而吸取了振荡器的能量 使振荡器输出幅度线性衰减 然后根据衰减量的变化来完成无接触检测距离的目的 2020 1 9 33 磁致伸缩式位移传感器磁致伸缩位移 液位 传感器 是利用磁致伸缩原理 通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号来准确地测量位置的 测量元件是一根波导管 波导管内的敏感元件由特殊的磁致伸缩材料制成的 测量过程是由传感器的电子室内产生电流脉冲 该电流脉冲在波导管内传输 从而在波导管外产生一个圆周磁场 当该磁场和套在波导管上作为位置变化的活动磁环产生的磁场相交时 由于磁致伸缩的作用 波导管内会产生一个应变机械波脉冲信号 这个应变机械波脉冲信号以固定的速度传输 并很快被电子室所检测到 由于这个应变机械波脉冲信号在波导管内的传输时间和活动磁环与电子室之间的距离成正比 通过测量时间 就可以高度精确地确定这个距离 由于输出信号是一个真正的绝对值 而不是比例的或放大处理的信号 所以不存在信号漂移或变值的情况 更无需定期重标 2020 1 9 34 2020 1 9 35 继电器 继电器是一种电控制器件 它具有控制系统 又称输入回路 和被控制系统 又称输出回路 之间的互动关系 通常应用于自动化的控制电路中 它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种 自动开关 故在电路中起着自动调节 安全保护 转换电路等作用 2020 1 9 36 电磁继电器的工作原理电磁继电器一般由铁芯 线圈 衔铁 触点簧片等组成 只要在线圈两端加一定的电压 线圈会流过一定的电流 从而产生磁场 衔铁就会在电磁力吸引的作用下吸向铁芯 从而带动衔铁的动触点与静触点吸合 当线圈断电后 电磁的吸力也随之消失 衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置 使动触点与原来的静触点释放 触点分类常开触点 继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点 常闭触点 继电器线圈未通电时处于闭合状态的静触点 2020 1 9 37 继电器技术参数额定工作电压 继电器正常工作是所需的电压 可以是交流 可以是直流 直流电阻 线圈电阻 吸合电流 能够产生吸合动作的最小电流 释放电流 产生释放动作的最大电流 触点切换电压和电流 继电器允许加载的电压和电流 环境对继电器的影响1 高温会加速继电器内部塑料及绝缘材料的老化 触点氧化腐蚀 熄弧困难 电参数变坏 使可靠性降低 设计时不要靠近发热元件 通风散热 2 低温会使触点冷粘结作用加剧 触点表面起露 衔铁表面长生冰膜 使触点不能正常转换 选择留有充分的余量 3 在低气压环境下 继电器散热条件变坏 线圈温度升高 使继电器给定的吸合释放参数发生变化 影响正常工作 低气压还可使继电器触点熄弧困难 触点容易烧熔 环境比较恶劣可以整机密封 4 机械应力主要是指振动 冲击 碰撞 电磁继电器的簧片均为悬梁结构 固有频率低 振动和冲击可引起谐振 容易瞬间断开或触点抖动 可能产生误动作 采取防振措施防止谐振 2020 1 9 38 继电器的选项1 按使用环境选型使用环境条件主要指温度 最高与最低 湿度 一般指40摄氏度下的最大相对湿度 低气压 使用高度1000米以下可不考虑 振动和冲击 由于材料和结构不同 继电器承受的环境力学条件各异 可按整机的环境力学条件或高一级的条件选用 对电磁干扰或射频干扰比较敏感的装置周围 最好不要选用交流电激励的继电器 选用直流继电器要选用带线圈瞬态抑制电路的产品 那些用固态器件或电路提供激励及对尖峰信号比较敏感地地方 也要选择有瞬态抑制电路的产品 2 按输入信号不同确定继电器类型按输入信号是电 温度 时间 光信号等确定选用电磁 温度 时间 光电继电器 这是没有问题的 这里特别说明电压 电流继电器的选用 若整机供给继电器线圈是恒定的电流应选用电流继电器 是恒定电压值则选用电压继电器 触点需要对数线圈电压大小和类型 包括交流和直流 有无浪涌保护功能触点材料及过电流能力等等 2020 1 9 39 安全继电器 安全继电器是由数个继电器与电路组合而成 为的是要能互补彼此的异常缺陷 达到正确且低误动作的继电器完整功能 使其失误和失效值愈低 安全因素则愈高 因此需设计出多种安全继电器以保护不同等级机械 主要目标在保护暴露於不同等级之危险性的机械操作人员 2020 1 9 40 对安全电路的要求在紧急停止解除时 机器不能出现突然再启动万一机器安全电路发生故障时 可以停止机器动力电源安全电路发生故障时 机器不能再启动安全继电器符合以下标准 电路冗余 并且带有内置的自检测 即使元件出现故障 安全功能依然能够保持 在每一个启动和停止循环 自动检测安全功能继电器的正确打开和闭合 单通道操作 输入回路不冗余 可以检测输入回路和复位回路的接地故障 自动启动 一旦输入回路闭合 安全继电器工作 手动复位 一旦输入回路和复位回路闭合 安全继电器工作 通过连接触点扩展模块或者外部的接触器继电器 可以增加可用触点的数量 2020 1 9 41 安全继电器与继电器区别安全继电器并不是没有故障的继电器 而是发生故障时做出有规则的动作 它具有强制导向接点结构 万一发生接点熔结现象时也能确保安全 这一点同一般继电器完全不同 安全继电器有复位功能 只有复位之后才能再次使用 而继电器没有 2020 1 9 42 比例阀放大器 2020 1 9 43 放大器放大器就是将微弱的信号放大 微弱 是指其能量极小 为了让信号能够被显示 或者能推动负载工作 就必须将其能量 放大 我们实现的 放大 实质上只是 控制 是用小能量的信号去控制电源驱动大能量 使它按小信号相同的变化规律输出 就达到放大信号的目的 比例阀比例阀通常由阀体 阀芯 复位弹簧和比例电磁铁等组成 比例电磁铁实际上是一个输出力与输入电流呈线性变化的电磁线圈 电磁铁将电流转化为作用在阀芯上的力 以克服弹簧的弹力 从而控制阀芯的位移 阀芯与阀体形成的开口大小决定阀的流量和压力 比例阀放大器比例电磁铁为了输出克服弹簧力和液动力 必须有足够的电流 工业控制标准信号通常是0 5v 0 10v 5 5v 10 10v的电压信号或0 20mA 4 20mA电流信号 控制信号带负载能力很弱 不足以推动比例电磁铁 比例阀放大器起到一个信号匹配的作用 接收微弱的控制信号 输出比例电磁铁所需的电流 同时比例阀放大器加入了各种必要环节 如死区调整 增益调整 斜坡时间 颤振调整等 比例阀放大器就是一个信号匹配器 2020 1 9 44 电缆 2020 1 9 45 电缆分类 裸电线 电磁线 电力电缆 通信电缆与光缆 电气装备用电缆电力电缆 用于传输和分配电能的电缆 电气装备用电缆 主要用于电气装备内部或外部的连接 低压输配线及各种电信号的传递线等 除电力电缆 通信电缆和电磁线外大部分绝缘电缆都归为电气装备电缆 电缆结构 2020 1 9 46 电缆常见代号含义 V 聚氯乙烯YJ 交联聚乙烯绝缘R 软电缆 电线 B 平型 扁形 S 双绞型A 镀锡或镀银F 耐高温P 编织屏蔽ZR 阻燃型NH 耐火型BVR 铜芯聚氯乙烯软电缆VD 低烟低