建筑电气控制技术(第二版)_第1章.ppt

第一章常用控制电器 第一节概述 一 电器的定义 电器是一种能根据外界的信号和要求 手动或自动地接通或断开电路 断续或连续地改变电路参数以实现电路或非电对象的切换 控制 保护 检测 变换和调节用的电气设备 简而言之 电器就是一种能控制电的工具 二 控制电器 控制电器能对电能进行分配 控制和调节 由控制电器组成的自动控制系统 称为继电接触控制系统 我们通常把工作电压在1200V以下的电器称为低压电器 控制电器主要是低压电器 三 电器分类 控制电器的用途广泛 职能多样 因而品种规格繁多 工作原理各异 常用分类方法有 操作方式 使用场合 原理结构 四 电器的作用 控制保护测量调节指示转换 常用低压电器的主要种类和用途如表1 1所示 五 电器触点 有触点电器电器通断的执行功能由触点来实现 无触点电器电器通断的执行功能不是由触点结构来实现 而是根据开关元件输出信号的高低电平来实现 混合式电器有触点和无触点结合的电器 在执行通断任务的转换过程中 引入转换深度的概念 式中 RDK 断开或截止时 执行电路的电阻值RJT 接通或导通时 执行电路的电阻值 对于有触点电器 混合电器h介于二者之间 对于无触点电器 感测部分 电磁机构 执行部分 触点系统 第二节电磁式控制电器的工作原理 一 电磁机构 主要作用是将电磁能量转换成机械能量 带动触点动作 接通或分断电路 1 常用的磁路结构常用的磁路结构如图1 1所示 2 吸引线圈吸引线圈的作用是将电能转换成磁场能量 衔铁沿棱角转动的拍合式铁心 衔铁沿轴转动的拍合式铁心 双E型直动式铁心 1一衔铁2一铁心3一吸引线圈 二 电磁吸力与吸力特性 电磁式电器是根据电磁铁的基本原理而设计 电磁吸力是影响其可靠工作的一个重要参数 1 直流电磁机构的电磁吸力特性 二次曲线 2 交流电磁机构的电磁吸力特性3 反力特性 单相交流电磁机构要防止抖动 1 衔铁2 铁芯3 线圈绕组4 短路环 三 电器的触点系统 触点是电器的执行部分 起接通和分断电路的作用 触点也叫触头 触点的结构形式很多 按其所控制的电路可分为主触点和辅助触点 主触点用于接通或断开主电路 允许通过较大的电流 辅助触点用于接通或断开控制电路或信号电路 只能通过较小的电流 触点按其原始状态可分为常开触点 原始状态时断开 线圈通电后闭合的触点叫常开触点 常闭触点 原始状态时闭合 线圈通电后断开的触点叫常闭触点 常开触点又叫动合触点 常闭触点又叫动断触点 主触点通常用常开触点 点 辅助触点既可用常开触点也可用常闭触点 动触点 随衔铁运动而运动的触点 静触点 不作相对运动的触点 触点按其结构形式 a b 桥式触点c 指形触点 四 电弧的产生及灭弧方法 在大气中开断电路时 如果被开断电路的电流超过某一数值 开断后加在触点间隙 或称弧隙 两端电压超过某一数值时 触点间隙中就会产生电弧 电弧实际上是触点间气体在强电场作用下产生的放电现象 产生高温并发出强光 将触点烧损 并使电路的切断时间延长 严重时会引起火灾或其他事故 因此 在电器中应采取适当措施熄灭电弧 常用的灭弧方法 1 电动力灭弧 2 磁吹灭弧 1 磁吹线圈2 绝缘套3 铁心4 引弧角5 导磁夹板6 灭弧罩7 动触点8 静触点 3 灭弧栅 4 窄缝灭弧 第三节接触器 接触器 是一种用来自动接通或断开大电流电路的电器 它可以频繁地接通或分断交直流电路 并可实现远距离控制 其主要控制对象是电动机 也可用于电热设备 电焊机 电容器组等其它负载 它还具有低电压释放保护功能 接触器具有控制容量大 过载能力强 寿命长 设备简单经济等特点 是电力拖动自动控制线路中使用最广泛的电器元件 触点系统 主触点 辅助触点常开触点 动合触点 常闭触点 动断触点 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 结构 交流接触器 1一灭弧罩2一触点压力弹簧片3一主触点4一反作用弹簧5一线圈6一短路环7一静铁心8一弹簧9一动铁心10一辅助常开触点11一辅助常闭触点 交流接触器结构图 灭弧装置 2 工作原理 线圈加额定电压 衔铁吸合 常闭触点断开 常开触点闭合 线圈电压消失 触点恢复常态 为防止铁心振动 需加短路环 3 接触器的符号 额定电压 127 220 380 500V 5 10 20 40 60 100 150 250 400 600A 额定电流 吸引线圈额定电压 36 110 127 220 380V 四 交流接触器的主要技术指标 根据电路中负载电流的种类选择接触器的类型 接触器的额定电压应大于或等于负载回路的额定电压 吸引线圈的额定电压应与所接控制电路的额定电压等级一致 额定电流应大于或等于被控主回路的额定电流 五 接触器的使用选择原则 第四节电磁式继电器 继电器是根据某种输入信号的变化 接通或断开控制电路 实现自动控制和保护电力拖动装置的自动电器 继电器的种类很多 按输入信号的性质分为 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 压力继电器等 按工作原理可分为 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等 按输出形式可分为 有触点和无触点两类 按用途可分为 控制用与保护用继电器等 继电器分类 一 电磁式继电器的结构与工作原理 继电器是一种根据特定形式的输入信号而动作的自动控制电器 继电器的结构与接触器类似 与接触器不同的是 继电器用于通断控制电路 因此触点容量小 无灭弧系统 其动作参数可改变 调节 全部触点接于控制电路 工作原理也与接触器类似 1 铁心2 旋转棱角3 释放弹簧4 调节螺母5 衔铁6 动触点7 静触点8 非磁性垫片9 线圈 二 特性及主要参数 1 特性输入 输出特性 继电器特性曲线 X 输入量Y 输出量 X2 继电器吸合值 欲使继电器动作 输入量需大于此值 X1 继电器释放值 欲使继电器释放 输入量需小于此值 继电器符号 2 技术参数 返回系数 继电器释放值与吸合值的比值 即 可调整 一般继电器是低 主要是避免误动作 欠电压继电器 继电器的另一个重要参数是 动作时间 吸合时间及释放时间 一般继电器的吸合时间与释放时间为0 05 0 15s 快速继电器为0 005 0 05s 它的大小影响继电器的操作频率 三 几种常用继电器 1 电压继电器过电压继电器 吸合整定值为保护线路额定电压的1 05 1 2倍 利用其常闭触点切断控制电路 欠电压继电器 释放整定值为线路额定电压的0 1 0 6倍 利用其常开触点切断控制电路 线圈并联接入主电路线圈匝数多 线径细 阻抗大 电压继电器符号 2 电流继电器过电流继电器 吸合整定值 直流 1 1 4 Ie 交流 1 1 3 5 Ie 利用其常闭触点切断控制电路 欠电流继电器 释放整定值 0 1 0 2 Ie 利用其常开触点切断控制电路 欠电流继电器只有直流产品 线圈串联接入主电路线圈匝数少 线径粗 阻抗小 电流继电器符号 电流与电压继电器的区别 主要是线圈N 电压继电器 KA 多导线细检测负载电压并联接入电路 电流继电器 KI 少导线粗检测负载电流串联接入电路 3 中间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 另外其触点的额定电流较大 继电器的触点最多有四对 4 时间继电器凡是感测元件通电或断电后 其触点要延迟一段时间才动作的电器叫做时间继电器 时间继电器在电路中起着控制时间的作用 用于继电接触控制系统中按时间参量变化规律进行控制 常用的时间继电器的种类有 电磁式 空气阻力式 电动机式 半导体式以及最新的数字式 a b c d e f g h a 线圈一般符号 b 通电延时线圈 c 断电延时线圈 d 通电延时闭合动合 常开 触点 e 通电延时断开动断 常闭 触点 f 断电延时断开动合 常开 触点 g 断电延时闭合动断 常闭 触点 h 瞬动触点 延时继电器符号 图示是通电延时继电器 线圈位置调换180度 就是断电延时继电器 半导体时间继电器 数字式 单片机控制的时间继电器 第五节常用非电磁类继电器 非电磁类继电器的感测元件接受非电量信号 如 温度 转速 位移及机械力等 常用的非电磁类继电器有 热继电器 速度继电器 干簧继电器 永磁感应继电器等 一 热继电器 FR 热继电器主要用于电力拖动系统中电动机负载的过载保护 继电器结构与工作原理 作用 电动机的过载保护 利用双金属片受热弯曲去推动杠杆使触点动作 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 型式 双金属片式 热敏电阻式 易熔合金式 结构 由发热元件 双金属片和触点及动作机构等部分组成 热继电器 1 热元件2 双金属片3 导板4 常闭触点 双金属片式 1 电流调节凸轮2a 2b 簧片 3 手动复位按钮4 弓簧5 主双金属片6 下导板7 上导板8 常闭静触点9 动触点10 杠杆11 复位调节螺钉12 补偿双金属片13 推杆14 连杆15 压簧 热继电器的连接 热元件串接于电动机的主电路中 常闭触点串接于电动机的控制电路中 热继电器动作后 必须手动复位 热继电器的选择主要根据电动机的额定电流来确定热继电器的型号 在三相异步电动机电路中 对Y联结的电动机可选两相或三相结构的热继电器 一般采用两相结构的热继电器 即在两相主电路中串接热元件 对于三相感应电动机 定子绕组为 联结的电动机必须采用带断相保护的热继电器 使用热继电器注意事项 二 速度继电器 速度继电器又称为反接制动继电器 它的主要用于笼型异步电动机的反接制动控制 它是靠电磁感应原理实现触点动作的 1 电动机轴2 转子3 定子4 绕组5 定子柄6 常开触点7 常闭触点8 动触点9 簧片 干簧继电器是一种具有密封触点的非电磁式继电器 干簧继电器可以反映电压 电流 功率以及电流极性等信号 在检测 自动控制 计算机控制技术等领域中应用广泛 干簧继电器还可以用永磁体来驱动 反映非电信号 用作限位及行程控制以及非电量检测等 主要部件为干簧继电器的干簧水位信号器 适用于工业与民用建筑中的水箱 水塔及水池等开口容器的水位控制和水位报警 三 干簧继电器 1 舌簧片2 线圈3 玻璃管4 骨架 第六节刀开关与低压断路器 开关是最普通 使用最早的电器 其作用是分合电路 开断电流 常用的有刀开关 隔离开关 负荷开关 转换开关 组合开关 自动空气开关 空气断路器 等 开关有有载运行操作 无载运行操作 选择性运行操作之分 又有正面操作 侧面操作 背面操作几种 还有不带灭弧装置和带灭弧装置之分 刀口接触有面接触和线接触两种 线接触形式 刀片容易插入 接触电阻小 制造方便 开关常采用弹簧片以保证接触良好 一 低压刀开关 刀开关是手动电器中结构最简单的一种 主要用作电源隔离开关 也可用来非频繁地接通和分断容量较小的低压配电线路 1 开关板用刀开关 不带熔断器式刀开关 2 带熔断器式刀开关 3 负荷开关 1 开启式负荷开关 2 封闭式负荷开关 铁壳开关 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 可防止意外事故发生 刀开关安装时 手柄要向上 不得倒装或平装 安装正确 作用在电弧上的电动力和热空气的上升方向一致 就能使电弧迅速拉长而熄灭 反之 两者方向相反电弧将不易熄灭 严重时会使触点 刀片烧伤 甚至造成极间短路 另外如果倒装 手柄可能因自动下落而引起误动作合闸 将可能造成人身和设备安全事故 刀开关安装注意事项 二 组合开关 转换开关 结构 静触点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 带动静触点通 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 a 外形 b 符号 c 结构 低压断路器也称为自动空气开关 可用来接通和分断负载电路 也可用来控制不频繁起动的电动机 它功能相当于闸刀开关 过电流继电器 失压继电器 热继电器及漏电保护器等电器部分或全部的功能总和 是低压配电网中一种重要的保护电器 低压断路器具有多种保护功能 过载 短路 欠电压保护等 动作值可调 分断能力高 操作方便 安全等优点 所以目前被广泛应用 三 低压断路器 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 特点 操作安全 分断能力较高 分类 框架式 万能式 和塑壳式 装置式 结构 触点系统 灭弧装置 脱扣机构 传动机构 万能式低压断路器结构图 塑壳式低压断路器原理图 1 主触点2 自由脱扣器3 过电流脱扣器4 分励脱扣器5 热脱扣器6 失压脱扣器7 按钮 塑壳式低压断路器原理图 1 主触点2 自由脱扣器3 过电流脱扣器4 分励脱扣器5 热脱扣器6 失压脱扣器7 按钮 线路短路或严重过载保护 塑壳式低压断路器原理图 1 主触点2 自由脱扣器3 过电流脱扣器4 分励脱扣器5 热脱扣器6 失压脱扣器7 按钮 远距离跳闸 对电路不起保护作用 塑壳式低压断路器原理图 1 主触点2 自由脱扣器3 过电流脱扣器4 分励脱扣器5 热脱扣器6 失压脱扣器7 按钮 线路过载保护 塑壳式低压断路器原理图 1 主触点2 自由脱扣器3 过电流脱扣器4 分励脱扣器5 热脱扣器6 失压脱扣器7 按钮 电动机的失压保护 低压断路器的选用原则 根据线路对保护的要求确定断路器的类型和保护形式 确定选用框架式 装置式或限流式等 一般而言 框架式断路器对短路电流的分断能力较装置式的大 体积也较大 通常 支线负荷采用非选择型二段式保护 过载延时和短路瞬时保护 多选用装置式断路器 支干线选用过载延时和短路短延时保护 可采用非选择型二段式 也可采用选择型三段式保护 视其级间配合要求而定 干线 电源首端 的保护为主保护 应本着减少故障范围和保护动作可靠的原则选用主断路器 第七节熔断器 熔断器是一种简单而有效的保护电器 在电路中主要起短路保护作用 熔断器主要由熔体和安装熔体的绝缘管 绝缘座 组成 使用时 熔体串接于被保护的电路中 当电路发生短路故障时 熔体被瞬时熔断而分断电路 起到保护作用 瓷插式熔断器 螺旋式熔断器 有填料式熔断器 无填料密封式熔断器 快速熔断器 自恢复熔断器 熔断器的安秒特性熔断器的动作是靠熔体的熔断来实现的 当电流较大时 熔体熔断所需的时间就较短 而电流较小时 熔体熔断所需用的时间就较长 甚至不会熔断 因此对熔体来说 其动作电流一动作时间特性即安一秒特性为一反时限特性 如图1 33所示 熔断器特性 熔断器只能起到短路保护作用 不能起过载保护作用 如确需在过载保护中使用 必须降低其使用的额定电流 如8A的熔体用于10A的电路中 作短路保护兼作过载保护用 但此时的过载保护特性并不理想 熔断器的选择 主要依据负载的保护特性和短路电流的大小选择熔断器的类型 对于容量小的电动机和照明支线 常采用熔断器作为过载及短路保护 1 保护无起动过程的平稳负载如照明线路 电阻 电炉等时 熔体额定电流略大于或等于负荷电路中的额定电流 2 保护单台长期工作的电机熔体电流可按最大起动电流选取 也可按下式选取 IRN 1 5 2 5 IN式中IRN 熔体额定电流 IN 电动机额定电流 如果电动机频繁起动 式中系数可适当加大至3 3 5 具体应根据实际情况而定 3 保护多台长期工作的电机 供电干线 IRN 1 5 2 5 INmax ININmax 容量最大单台电机的额定电流 IN其余 电动机额定电流之和 4 熔断器的级间配合为防止发生越级熔断 扩大事故范围 上 下级 即供电干 支线 线路的熔断器间应有良好配合 选用时 应使上级 供电干线 熔断器的熔体额定电流比下级 供电支线 的大1 2个级差 第八节主令电器 控制系统中 主令电器是一种专门发