电气控制与PLC应用 项目一

电气控制与PLC应用 项目一工作台的自动往返控制 工作台自动往返控制 1 1项目描述 1 2低压控制电器 1 2 1低压电器及其分类 1 2 2刀开关 1 2 3熔断器 1 2 4主令电器 1 2 5接触器 1 2 6常用继电器 1 2 1低压电器的基本知识 一 低压电器的分类按用途和控制对象分 配电电器 用于低压电力网的配电电器 控制电器 用于电力拖动及自动控制系统的电器 按操作方式分 自动电器 产生电磁吸力而自动完成动作指令的电器 如接触器 继电器等 手动电器 通过人的操作发出动作指令的电器 如刀开关 转换开关和主令电器等 按工作原理分 电磁式电器 根据电磁感应原理进行工作 如交直流接触器 电磁式继电器等 非电量控制电器 以非电物理量作为控制量进行工作 如按钮开关 行程开关 刀开关 热继电器 速度继电器等 低压电器 工作电压交流1200V 直流1500V以下的电气线路中起通断 保护 控制或调节作用的电器 1 2 2开关电器 一 刀开关作用 隔离电源 不频繁通断电路分类 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 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 2 带熔断器式刀开关 用作电源开关 隔离开关和应急开关 并作电路保护用 3 负荷开关 1 开启式负荷开关 胶盖瓷底刀开关 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 2 封闭式负荷开关 铁壳开关 结构 刀开关 熔断器 灭弧装置操作机构 金属外壳构成 作用 手动通断电路及短路保护 注意事项 外壳要可靠接地 防止漏电 几款刀开关 1 2 3熔断器 定义 当流过其电流值超过规定值一定时间后 以它本身产生的热量使熔体熔化而分断电路的电器 结构 缘底座 熔体 熔断管 填料及导电部件 工作原理 熔体串接在电路中 负载电流流经熔体 当电路发生短路或过电流时 通过熔体的电流使其发热 从而自行熔断而切断电路 作用 短路和过电流保护应用 串接于被保护电路的首端优点 结构简单 使用方便 价格便宜 体小量轻 熔断器的保护特性 安 秒 曲线 流过熔体的电流越大 熔断所需的时间越短 熔体的额定电流IfN是熔体长期工作而不致熔断的电流 分类 熔断器图形和文字符号 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 熔断器的选择 种类选择 由负载的保护特性和短路电流的大小确定 额定电压 大于或等于实际电路的工作电压 额定电流 大于或等于实际电路的工作电流 熔体电流 对于变压器 照明线路或电阻炉等没有冲击性电流的负载 熔体的额定电流应大于或等于电路的工作电流 即IfN I1 式中IfN为熔体的额定电流 I1为电路的工作电流 保护一台异步电动机时 考虑电动机冲击电流的影响 熔体的额定电流IfN 1 5 2 5 IN 式中 IN为电动机额定电流 保护多台异步电动机时 若各台电动机不同时启动 则IfN 1 5 2 5 INmax IN 式中 INmax为容量最大的一台电动机的额定电流 IN为其余电动机额定电流的总和 1 2 4主令电器 用来发布命令 改变控制系统工作状态的控制电器 用于闭合或断开控制电路 从而控制电动机的启动 停车 制动以及调速等 可以直接作用于控制电路 也可以通过电磁式电器的转换对电路实现控制 常用主令电器 控制按钮 行程开关 万能转换开关 主令控制器等 1 控制按钮 控制按钮 1 结构 由按钮帽 复位弹簧 桥式触点和外壳组成 常态 常闭 动断 触点闭合 常开 动合 触点断开 按下 常闭 动断 触点断开 常开 动合 触点闭合 2 作用 用于远距离操作具有电磁线圈的电器 如接触器 继电器等3 颜色 红色 停止 绿色 启动4 型号 LA2 LA10 LA20等5 图形符号 SB 控制按钮 几款常用按钮 2 行程开关 定义 用于检测工作机械的位置 发出命令以控制其运动方向或行程长短的控制电器 结构 摆杆 操作机构 触头系统和外壳 用途 控制生产机械的运动方向 速度 行程远近或定 可实现行程控制以及限位保护的控制 分类 接触式 非接触式 直动式 滚动式 微动式 行程开关图形符号 3 接近开关 接近开关 也叫无触点行程开关 电气结构的非接触式行程开关 运动着的物体接近它到一定距离时 发出动作信号 从而进行相应的操作 特点 工作可靠 寿命长 功耗低 复位定位精度高等用途 行程控制 限位保护 尺寸检测 测速 液位控制等类型 高频振荡型 霍尔效应型 电容型 光电型 电磁感应型 超声波型等 参数 动作距离 输出状态 检测方式 响应频率及输出形式等 型号 LJ2 LJ6 LXJ18等符号与行程开关相同 也用SQ表示 接近开关 4 万能转换开关 定义 由多组相同结构的触点组件叠装而成的多回路控制电器 借助于不同形状的凸轮使其触点按一定的次序接通和分断 能转换多种和多数量的电气控制线路 结构 操作机构 定位装置 触头系统用途 用于低压控制电路的转换 电测仪表的转换 配电设备的遥控和转换 不频繁起停的小容量电动机控制 型号 LW5 LW6等系列 万能转换开关 几款常用万能转换开关 1 2 5接触器 电力拖动和自动控制系统中使用量大 涉及面广的一种低压自动控制电器 用来频繁地接通和分断交 直流主回路和大容量控制电路 主要控制对象是电动机 能实现远距离控制 并具有欠压保护 1 主触点2 常闭辅助触点3 常开辅助触点4 动铁心5 线圈6 静铁心7 灭弧罩8 弹簧 电磁接触器结构示意图 电磁机构 将电磁能转换成机械能 产生电磁吸力带动触点动作 触点 接触器的执行元件 用来接通或断开被控制电路 灭弧装置 熄灭触点分断电流瞬间触点之间气隙中产生的电弧 其它 包括释放弹簧机构 支架与底座等 动铁心 衔铁 静铁心电磁线圈 按所控制电路 主触点 辅助触点按原始状态 常开触点 常闭触点 灭弧罩灭弧栅磁吹灭弧装置 1 结构 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 常用的电磁机构型式 衔铁沿棱角转动的拍合式铁心 如图 a 所示 其衔铁绕铁扼的棱角转动 磨损较小 铁心一般用电工软铁制成 适用于直流继电器和接触器 衔铁沿轴转动的拍合式铁心 如图 b 所示 其衔铁绕轴转动 铁心一般用硅钢片叠成 常用于较大容量交流接触器 衔铁作直线运动的双E型直动式铁心 如图 c 所示 衔铁在线圈内成直线运动 较多用于中小容量交流接触器和继电器中 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 银 镍材料制成 对于小容量电器常用银质材料制成 触点按其原始状态可分为常开触点和常闭触点 原始状态时 即线圈未通电 断开 线圈通电后闭合的触点叫常开触点 原始状态闭合 线圈通电后断开的触点叫常闭触点 线圈断电后所有触点复原 按触点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 只能通过较小的电流 a 最终断开位置b 刚刚接触位置c 最终闭合位置 3 灭弧系统电弧 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 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 常用的灭弧方法和装置 1 电动力灭弧下图是一种桥式结构双断口触头系统 当触头打开时 在断口中产生电弧 电弧电流在两电弧之间产生如图所示的磁场 根据左手定则 电弧电流要受到一个指向外侧的电动力F的作用 使电孤向外运动并拉长 使其迅速穿越冷却介质 从而加快电弧冷却并熄灭 交流接触器通常采用这种灭弧方法 2 磁吹灭弧在触头电路中串入吹弧线圈 该线圈产生的磁通经过导磁夹板引向触头周围 在弧柱下方 两个磁通是相加的 而在弧柱上方是彼此相减的 在下强上弱的磁场作用下电弧被拉长并吹入灭弧罩中 电弧被拉长并受到冷却而很快被熄灭 它广泛应用于直流灭弧装置中 如直流接触器中 3 栅片灭弧灭弧栅一般是由多片镀铜薄钢片 称为栅片 和石棉绝缘板组成 它们通常在电器触头上方的灭孤室内 彼此之间互相绝缘 当触头分断电路时 在触头之间产生电弧 电弧电流产生磁场 由于钢片磁阻比空气磁阻小得多 因此 电弧上方的磁通非常稀疏 而下方的磁通却非常密集 这种上疏下密的磁场将电弧拉人灭弧罩中 当电弧进入灭弧栅后 被分割成数段串联的短弧 这样每两片灭弧栅片可以看做一对电极 而每对电极间都有150 250V的绝缘强度 使整个灭弧栅的绝缘强度大大加强 而每个栅片间的电压不足以达到电弧燃烧电压 同时栅片吸收电弧热量 使电弧迅速冷却而很快熄灭 2 工作原理 当电磁线圈通电后 线圈电流产生磁场 使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁 并带动触点动作 使常闭触点断开 常开触点闭合 两者是联动的 当线圈断电时 电磁力消失 衔铁在释放弹簧的作用下释放 使触点复原 即常开触点断开 常闭触点闭合 电磁接触器工作原理 3 接触器分类及特点 交流接触器 线圈通以交流电 主触点接通 切断交流主电路 交变磁通穿过铁心 产全涡流和磁滞损耗 使铁心发热 铁心用硅钢片冲压而成以减少铁损 线圈做成短而粗的圆筒状绕在骨架上以便于散热 铁心端面上安装铜制的短路环 以防止交变磁通使衔铁产生强烈振动和噪声 灭弧装置通常采用灭弧罩和灭弧栅 直流接触器 线圈通以直流电 主触点接通 切断直流主电路 不产全涡流和磁滞损耗 铁心不发热 铁心用整块钢制成 线圈制成长而薄的圆筒状 250A以上的直流接触器采用串联双绕组线圈 灭弧装置通常采用灭弧能力较强的磁吹灭弧装置 4 接触器主要技术参数 接触器极数 2P3P4P额定电压 指主触点的额定工作电压交流有 127V 220V 380V 500V 660V直流有 24V 110V 220V 440V 660V额定电流 指主触点的额定电流交流接触器 5 10 20 40 60 100 150 250 400 600A直流接触器 40 80 100 150 250 400 600A线圈的额定电压 吸引线圈正常工作的电压值交流接触器 36 110 127 220 380V直流接触器 24 48 220 440V 额定通断能力 主触头在规定条件下可靠地接通和分断的电流值 额定操作频率 每小时的最高操作次数 交流接触器为600次 h 直流接触器为1200次 h 机械寿命 1000万次以上 与电气寿命 100万次以上 线圈的起动功率和吸持功率 直流接触器起动和吸持功率相等 交流接触器起动功率为吸持功率的5 8倍 接触器的使用类别及典型用途 表1 9 5 常用典型接触器 空气电磁式交流接触器 CJ20 CJ21 CJ26 CJ29 CJ35 CJ40 LC1 D 3TB 3TF等切换电容器接触器 CJ16 CJ19 CJ41 CJX4 LC1 D等直流接触器 CZ18 CZ21 CZ22 CZ0等 接触器的图形符号 接触器的选用原则 接触器的使用类别应与负载性质相一致 控制交流负载应选用交流接触器 控制直流负载则选用直流接触器主触点的额定工作电压应大于或等于负载电路的电压主触点的额定工作电流应大于或等于负载电路的电流接触器主触点的额定工作电流是在规定条件下 额定工作电压 使用类别 操作频率等 能够正常工作的电流值 当实际使用条件不同时 这个电流值也将随之改变吸引线圈的额定电压应与控制回路电压相一致 接触器在线圈额定电压85 及以上时应能可靠地吸合主触点和辅助触点的数量应能满足控制系统的需要 几款常用接触器 1 2 6常用继电器 继电器是一种利用各种物理量的变化 将电量或非电量的变化转化为电磁力或使输出状态发生阶跃变化 从而通过其触头或突变量促使在同一电路或另一电路中的其他器件或装置动作的一种控制元件 继电器用于控制电路 流过触点的电流小 一般不需要灭弧装置 常用继电器 电流继电器 电压继电器 中间继电器 时间继电器 热继电器以及温度 压力 固态继电器等 接触器与继电器的区别 继电器 用于控制电路 电流小 没有灭弧装置 可在电量或非电量的作用下动作 有调节装置 接触器 用于主电路 电流大 有灭弧装置 一般只能在电压作用下动作 1 中间继电器 实质 是一种电磁式电压继电器 结构和工作原理与接触器相同 特点 触点数量较多 作用 在电路中起增加触点数量和起中间放大作用 分类 直流中间继电器 交流中间继电器 电磁式继电器的图形符号 中间继电器 三 热继