工厂电气控制技术

工厂电气控制技术 本课程的目标 培养实际应用的能力本课程的具体要求 熟悉常用控制电器的结构原理 用途 具有合理选择 使用主要控制电器的能力 熟练掌握继电接触器控制线路的基本环节 具有阅读和分析电气控制线路的工作原理的能力 熟悉典型设备的电气控制系统 具有从事电气设备安装 调试 维修和管理等知识 具有设计和改进一般安全机械设备电气控制线路的基本能力 本课程的性质 实用性与实践性很强的专业课 1 低压电器的基本知识 6 开关电器 2 接触器 3 继电器 4 熔断器 5 主令电器 本章小结 第一章常用低压电器 1 1电器的作用与分类 电器就是广义的电气设备 它可能很大 很复杂 例如一台电视机 变压器和一台自动化设备 它也可以很小 很简单 例如一个钮子开关或一个熔断器 1低压电器的基本知识 低压电器 LowvoltageApparatus 通常指工作在交 直流电压1200V以下的电路中起通断 控制 保护和调节作用的电气设备 1 1电器的作用与分类 在工业意义上 电器是指能根据特定的信号和要求 自动或手动地接通或断开电路 断续或连续地改变电路参数 实现对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 例如 开关 熔断器等 1低压电器的基本知识 电器的种类繁多 构造各异 通常按以下分类方法分为几类 按电压等级分 高压电器 High voltageApparatus 低压电器 Low voltageApparatus 按所控制的对象分 低压配电电器 DistributingApparatus 低压控制电器 ControlApparatus 主要用于电力传输系统和电气自动控制系统中 常用的有 主令电器 继电器 启动器 控制器 电阻器 变阻器 万能转换开关等 主要用于低压配电系统和动力回路 常用的有 刀开关 转换开关 熔断器 自动开关 接触器等 按工作职能分 手动操作电器 自动控制电器 按电器组合分 单个电器 成套电器与自动化装置 按有无触点分 有触点电器 无触点电器 混合式电器 按使用场合分 一般工业用电器 特殊工矿用电器 农用电器 家用电器 其他场合 如航空 船舶 热带 高原 用电器 按使用系统分 电力系统用电器 电力拖动及自动控制系统用电器 自动化通信系统用电器 本章主要涉及低压电器 电力拖动 自动控制电器 如交直流接触器 各类继电器 自动空气断路器 行程开关 熔断器 主令电器等 低压电器的发展过程 1 早期的手动控制 2 继电接触器控制 3 顺序逻辑控制 4 计算机控制阶段 1 2低压电器的电磁机构及执行机构 1 2 1电磁机构 1 电磁机构的分类电磁机构是各种自动化电磁式电器的主要组成部分之一 它将电磁能转换成机械能 带动触点使之闭合或断开 电磁机构由吸引线圈和磁路两部分组成 磁路包括铁芯 动 衔铁 静 铁轭和空气隙 图1 1常用电磁机构的形式1 铁心 2 线圈 3 衔铁 1 电磁机构 将电磁能转换为机械能并带动触头动作 组成原理 线圈通入电流 产生磁场 经铁芯 衔铁和气隙形成回路 产生电磁力 将衔铁吸向铁芯 铁芯 衔铁 线圈 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 短路环 减小衔铁吸合时产生的振动和噪音 交流电磁机构 根据磁路定律 电磁机构的吸力F可近似地按下式求得 吸力特性与反力特性 图1 2直流电磁机构的吸力特性 图1 3交流电磁机构的吸力特性 结论 对于交流电磁机构优点 有无气隙吸力基本不变 缺点 吸合瞬间电流很大 对于直流电磁机构优点 有无气隙吸力电流不变 缺点 吸合瞬间吸力很小 要增大吸力必须增大电流 图1 4吸力特性和反力特性1 直流接触器吸力特性 2 交流接触器吸力特性 3 反力特性 吸力特性必须与反力特性配合适当 2 触头系统 通过触头的开合控制电路通 断 类型材料 一般采用铜材料制成 对于小容量电器常用银质材料制成 桥式触头 指形触头 执行机构低压电器的执行机构一般是由主触点和其灭弧装置构成 1 触点触点用来接通或断开被控制的电路 图1 6触点的3种接触形式 图1 7指形触点的接触过程 图1 8触点的位置示意图 3 灭弧系统电弧 在大气中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 电弧的危害 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 形成飞弧造成电源短路事故 灭弧措施 吹弧 拉弧 长弧割短弧 多断口灭弧 利用介质灭弧 改善触头表面材料 接触器 Contactor 是用来频繁接通和切断电动机或其他负载主电路的一种自动切换电器 主要控制对象是电动机 能远距离控制 是控制大负荷用的 接触器主要由电磁系统 触头系统和灭弧装置组成 2 接触器 接触器分为交流接触器和直流接触器 交流接触器线圈通以交流电 主触点接通 断开交流主电路 用于交流电路中 直流接触器线圈通以直流电 主触点接通 断开直流主电路 用于直流电路中 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 2 接触器 1 结构 一 交流接触器 2 接触器 交流接触器结构图 灭弧装置 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 2 工作原理 2 接触器 用途 远距离通断直流电路或控制直流电动机的频繁起停 结构 电磁机构 触头系统和灭弧装置 工作原理 与交流接触器基本相同 2 接触器 二 直流接触器 2 接触器 三 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 2 接触器 三 接触器的使用选择原则 主电路 直接给电动机绕组供电的电路 控制电路 对主电路的动作实施控制的电路 2 接触器 四 接触器的符号 作用 控制 放大 联锁 保护和调节分类 按用途分 控制和保护继电器按动作原理分 电磁式 感应式 电动式 电子式 机械式按输入量分 电流 电压 时间 速度 压力按动作时间分 瞬时 延时继电器特点 额定电流不大于5A 3 继电器 继电特性继电器的主要特性是输入 输出特性 又称继电特性 继电特性曲线如下图所示 当继电器输入量X由零增至X 以前 继电器输出量Y为零 当输入量X增加到X 时 继电器吸合 输出量为Y 若X继续增大 Y保持不变 当X减小到Xr时 继电器释放 输出量由Y 变为零 若X继续减小 Y值均为零 继电器的特性及主要参数继电器 Relay 是一种根据特定形式的输入信号而动作的自动控制电器 一 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 过流电流继电器 欠流电流继电器 3 继电器 电磁式继电器常用的电磁式继电器有电流继电器 电压继电器 中间继电器和时间继电器 一 电流继电器 3 继电器 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 f f q 主要技术指标 一 电流继电器 3 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 二 电压继电器 3 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 三 中间继电器 3 继电器 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头动作 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 四 热继电器 3 继电器 型式 双金属片式 热敏电阻式 易熔合金式 结构 由发热元件 双金属片和触头及动作机构等部分组成 热继电器主要用于过载 缺相及三相电流不平衡的保护 热继电器的形式有多种 其中以双金属片式应用最多 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 四 热继电器 四 热继电器 3 继电器 双金属片式热继电器 四 热继电器 3 继电器 双金属片式热继电器原理示意图 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头动作 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 四 热继电器 3 继电器 型式 双金属片式 热敏电阻式 易熔合金式 结构 由发热元件 双金属片和触头及动作机构等部分组成 使用与选择 使用 作为电动机的过载保护 注意与熔断器的配合 选择 eR ed eR 热继电器热元件的额定电流 ed 电动机的额定电流 四 热继电器 3 继电器 作用 按整定时间长短通断电路分类 按构成原理分 电磁式电动式空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 五 时间继电器 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 五 时间继电器 符号 KT 五 时间继电器 五 时间继电器 作用 根据速度的大小通断电路结构 定子 转子和触头原理 与异步电动机类似参数 动作转速 120rpm复位转速 100rpm 六 速度继电器 定子 由硅钢片迭成笼型空心圆环套在转子上 装有鼠笼型短路绕组 符号 六 速度继电器 转子 圆柱形永久磁铁 与电动机同轴连接 六 速度继电器 速度继电器主要用于异步电动机的反接制动控制 亦称反接制动继电器 压力继电器 光电继电器 温度继电器 七 其它继电器 作用 短路和严重过载保护应用 串接于被保护电路的首端优点 结构简单 维护方便 价格便宜 体小量轻 分类 第五节其它常用电器 1 低压熔断器 瓷插式熔断器 2 熔断器 螺旋式熔断器 2 熔断器 有填料式熔断器 2 熔断器 无填料密封式熔断器 2 熔断器 快速熔断器 2 熔断器 由于热继电器是间接受热而动作的 热惯性较大 因而即使通过发热元件的电流短时间内超过整定电流几倍 热继电器也不会立即动作 只有这样 在电动机起动时热继电器才不会因起动电流大而动作 否则电动机将无法起动 反之 如果电流超过整定电流不多 但时间一长也会动作 由此可见 热继电器与熔断器的作用是不同的 热继电器只能作过载保护而不能作短路保护 而熔断器则只能作短路保护而不能作过载保护 在一个较完善的控制电路中 特别是容量较大的电动机中 这两种保护都应具备 自恢复熔断器 2 熔断器 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 触头系统 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 主触头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 主触头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 主触头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 主触头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 主触头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 作用 发送控制命令或信号的电器分类 控制按钮万能转换开关主令控制器行程开关接近开关 第六节主令电器 控制按钮 第六节主令电器 万能转换开关 第六节主令电器 主令控制器 第六节主令电器 行程开关 TravelSwitch 又称限位开关 是一种根据生产机械运动的行程位置而动作的小电流开关电器 行程开关 位置开关 将机械位置信号转换为电信号 行程开关又称位置开关或限位开关 它的作用与按钮相同 只是其触点的动作不是靠手动操作 而是利用生产机械某些运动部件上的挡铁碰撞其滚轮使触头动作来实现接通或分断电路的 行程开关的结构分为3个部分 操作机构 触头系统和外壳 行程开关的外形及结构如下图所示 行程开关实物图 行程开关结构图 行程开关 位置开关 行程开关 行程开关 接近开关 接近式位置开关是一种非接触式的位置开关 简称接近开关 它由感应头 高频振荡器 放大器和外壳组成 当运动部件与接近开关的感应头接近时