设备常用低压电气回路设计PPT课件

常見設備低壓電氣回路設計GPM内部培訓教材 一 低壓電氣的分類 1 低壓電氣根據它在電氣綫路中所処的地位和作用 可分爲低壓配電電器和低壓控制電器兩大類 A 配電電器 主要用於電力網系統 B 控制電器 主要用於電力拖動和自動控制 A 配電電器 屬於這一類的有 低壓斷路器 漏电保护器 熔斷器 刀開關和轉換開關等 對配電電器的主要技術要求是 分斷能力強 限流效果好 動穩定和熱穩定性高和操作過低電壓 B 控制電器 屬於這一類的有 接觸器 啟動器 主令電器和各種控制繼電器等 對控制電器的主要技術要求是 有適當的轉換能力 操作頻率高 電氣壽命和機械壽命等 2 低壓電器的其他分類方法 低壓電器按照它的動作方式可分爲自動切換電器和非自動切換電器兩大類 自動切換電器在完成接通 分斷或啓動 反向以及停止等動作時 依靠其本身參數的變化或外來信號而自動進行工作 非自動切換電器主要依靠外力直接操作來進行切換等動作 二 電氣圖紙的分類 1 主回路部分2 應用元器件控制回路3 警示 顯示 緊停回路4 輸入 輸出信號回路5 其他 1 主回路部分 一次回路 1 主回路部分 1 電源供電 A 什麽是三相交流電 三個具有相同最大值 相同頻率 而在相位上彼此相差120 的正弦交流電動勢 電壓或電流稱爲三相交流電 B 什麽是三相三綫制供電 以三條相綫向負載供電的方式 稱爲三相三綫制供電 如下圖所示 三相三綫制供電的電源電壓 是相間電壓又稱綫電壓 綫電壓是指任意兩條相綫之間的電位差 三相三綫制供電系統圖 C 什麽是三相四綫制供電 以四條導綫向負載供電的方式 稱爲三相四綫制 就是電源採用星形連接法 以三條相位互差120 同頻率電壓或電流的相綫和由電源中性點引出的零綫 已經採取中性綫工作接地的 組成的四條導綫向負載供電的方式 稱爲三相四綫制供電 三相四綫制供電系統圖 D 三相四綫制供電的方式 對負載可提供兩种電壓 即相電壓UUN和綫電壓UUV 它們的關係為 UUV 3UUN相電壓是指相綫對零綫之間的電位差 對於既有三相負載 又有單相負載的用電系統應採用三相四綫制的供電方式 2 漏電保護開關 剩餘電流保護器 A 定義 在規定條件下 當剩餘電流 漏電電流 達到某一規定值時 發生報警信號或使被控電路斷開的電器 按功能分 剩餘電流 漏電 保護器可分爲剩餘電流斷路器 剩餘電流 漏電 繼電器和漏電保護插座 作用 剩餘電流保護器能有效防止人身觸電事故的發生 防止用電設備漏電 接地故障 防止剩餘電流引起的電氣火災等 原理图 B1 剩餘電流保護器的主要技術參數 剩餘電流 漏電 保護器的主要技術參數是動作電流和動作時間 動作電流 保護器的動作電流三類30mA及以下 高靈敏度保護器 主要防止人身觸電事故 30mA以上至100mA 中靈敏度 主要防止觸電事故和漏電火災 100mA以上 低靈敏度 防止漏電火災和監視一相接地事故 注意 爲了避免誤動作 剩餘電流保護器的額定漏電不動作電流不得低於額定動作電流的1 2 動作時間 保護器的動作時間 或分斷時間 指動作時的最大分斷時間 有快速型 延時型和反時限型之分 快速型動作時間不超過0 1s 延時型的動作時間不超過0 1 2s 反時限型動作時間規定 1倍動作電流時 動作時間不超過1s 2倍動作電流時 動作時間不超過0 2s 5倍動作電流時 動作時間不超過0 03s 對於防止人身觸電宜採用高靈敏度 快速型的漏電保護器 其動作電流和動作時間的乘積不應超過30mA s B3 剩餘電流保護器的主要技術參數 剩餘電流保護器的額定值除上述兩項主要參數外 尚有額定電壓UN 額定電流IN 額定頻率 額定短路接通分斷能力 額定漏電接通分斷能力等參數 C 電流動作型剩餘電流斷路器的工作原理 在正常供電情況下 零序電流互感器TA的一次側綫圈中 穿過TA鐵芯的L1 L2 L3 N四條綫 電流的矢量和為零 即I1 I2 I3 IN 0 在鉄芯中磁通的矢量和也為零 在TA二次綫圈中沒有感生電勢和電流 脫扣綫圈中無電流 當發生人身觸電時 圖中I3中的一部分電流I 流過人體 使流過TA一次側的電流I3減小 I1 I2 I3 IN 0 在TA二次綫圈中感生出電勢和電流 脫扣綫圈中有電流流過 當電流達到整定值時 脫扣器動作 是斷路器QF掉閘切斷故障電路 C 電流動作型剩餘電流斷路器的工作原理 TM 配電變壓器 TA 零序電流互感器 QF 斷路器 YA 脫扣綫圈 D 剩餘電流保護器的選擇 1 以單相220V 110V電源供電的電氣設備應選用二極二綫式或單極二綫式保護器 2 以三相三綫式200V 400V電源供電的電氣設備應 應選用三極式保護器 3 以三相四綫式200V 400V電源供電的電氣設備應 或單相設備與三相設備共用的電路 應選用三極四綫式 四極四綫式保護器 E 怎樣估算電路的泄漏電流值 對一般照明電路和居民用電的單相回路I n Im 2000對三相動力或動力照明混用綫路I n Im 1000式中I n 額定動作電流 Im 電路最大供電電流 注意 選用的剩餘電流保護器的額定漏電不動作電流 應不小於電氣綫路和設備的正常泄漏電流最大值的2倍 F 其他注意事項 1 爲了避免誤動作 剩餘電流保護器的額定不動作電流不得低於額定動作電流的1 2 2 根據我國用電規程要求 設備接地電阻要小於4 220V 或10 380V 3 低壓斷路器 低壓斷路器 AC50或60Hz 額定電壓在1200V及以下 DC額定電壓1500V級以下能接通 承受及分斷電流的配電電器 A 低壓斷路器的參數 兩個額定電流 即斷路器額定電流In和斷路器殼架等級額定電流Inm 斷路器額定電流In是指脫扣器能長期通過的電流 斷路器殼架等級額定電流Inm是指每一塑殼或框架中所能裝的最大脫扣器的額定電流 脫扣器 分勵脫扣器 欠壓脫扣器 過電流脫扣器 過電流脫扣器又可細分爲過載長延時脫扣器或熱脫扣器 短路短延時脫扣器 短路瞬時脫扣器或電磁脫扣器等 過載 短路都是過電流 B 低壓斷路器如何實現過載長延時保護 利用雙金屬元件通過電流后發生變形 產生位移 去推動脫扣軸使斷路器脫扣跳閘的 因爲雙金屬具有電流大 變形快 電流小 變形慢的特點 所以 它具有反時限的保護特性 適合做過載保護 C 低壓斷路器如何實現短路瞬動保護 短路保護一般應是瞬動的 低壓斷路器多採用電磁式過電流脫扣器來實現瞬時脫扣 D 低壓斷路器如何實現短路延時保護 E 低壓斷路器如何實現欠電壓保護 F 按保護對象分 常用低壓斷路器可分爲幾種 常用低壓斷路器可分爲四种 即配電保護型 電動機保護型 家用或類似場所用保護型和剩餘電流保護型 低壓斷路瞬時脫扣器有B C D三种形式 B型脫扣電流值為 3 5 In C型為 5 10 In D型為 10 50 In 一般情況下 配電保護型場合使用C型脫扣器 電動機保護型場合使用C型或D型脫扣器 G 低压断路器的选用原则 1 应根据不同的使用目的 安装场所和保护对象选用不同的漏电断路器 一般应根据用电线路的相数 单相电路还是三相线路 额定电压 负载电流 漏电动作电流 预期的短路电流 负载类型等选择漏电断路器的相应合适的额定值 2 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 3 断路器的额定电压UN应等于或大于被保护线路的额定电压 4 断路器欠压脱扣器额定电压应等于被保护线路的额定电压 字5 断路器的额定电流及过流脱扣器的额定电流应大于或等于被保护线路的计算电流 6 断路器的极限分断能力应大于线路的最大短路电流的有效值 7 配电线路中的上 下级断路器的保护特性应协调配合 下级的保护特性应位于上级保护特性的下方且不相交 8 断路器的长延时脱扣电流应小于导线允许的持续电流 一般家用的漏电断路器重点是进行人身保护 应选用漏电动作电流为30mA及以下的断路器较为安全 如果重点是保安防火 则可考虑选用漏电动作电流为50 100mA的断路器 G 低压断路器的选用原则 H 實例應用 C32系列小型断路器C32系列是施耐德电气公司面向工业控制领域及原始设备制造商 OEM 推出的小型断路器 主要参数 工作电压 AC230 400V额定电流 1 63A极数 1P 2P 3P 4P分断能力 C型曲线 6kA 1 40A 4 5kA 50 63A D型曲线 4 5kA 1 40A 脱扣曲线 C型曲线 5 10 In D型曲线 10 14 In电气附件 OF SD MX OF MN MNs符合标准 IEC60898 GB10963 结构及功能部件 1 组合型接线端子 2 用于过载保护的热双金属片 3 用于短路保护的电磁脱扣器 4 机械锁定和手柄装置 5 触头系统 6 快速灭弧系统 7 外壳和卡轨部件 4 變壓器 变压器是变换交流电压 电流和阻抗的器件 当初级线圈中通有交流电流时 铁芯 或磁芯 中便产生交流磁通 使次级线圈中感应出电压 或电流 变压器由铁芯 或磁芯 和线圈组成 线圈有两个或两个以上的绕组 其中接电源的绕组叫初级线圈 其余的绕组叫次级线圈 A 分类 按冷却方式分类 干式 自冷 变压器 油浸 自冷 变压器 氟化物 蒸发冷却 变压器 按防潮方式分类 开放式变压器 灌封式变压器 密封式变压器 按铁芯或线圈结构分类 芯式变压器 插片铁芯 C型铁芯 铁氧体铁芯 壳式变压器 插片铁芯 C型铁芯 铁氧体铁芯 环型变压器 金属箔变压器 按电源相数分类 单相变压器 三相变压器 多相变压器 按用途分类 电源变压器 调压变压器 音频变压器 中频变压器 高频变压器 脉冲变压器 B 电源变压器的特性参数 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 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 5 開關電源 开关电源主要包括输入电网滤波器 输入整流滤波器 变换器 输出整流滤波器 控制电路 保护电路 它们的功能是 1 输入电网滤波器 消除来自电网 如电动机的启动 电器的开关 雷击等产生的干扰 同时也防止开关电源产生的高频噪声向电网扩散 2 输入整流滤波器 将电网输入电压进行整流滤波 为变换器提供直流电压 3 变换器 是开关电源的关键部分 它把直流电压变换成高频交流电压 并且起到将输出部分与输入电网隔离的作用 4 输出整流滤波器 将变换器输出的高频交流电压整流滤波得到需要的直流电压 同时还防止高频噪声对负载的干扰 5 控制电路 检测输出直流电压 并将其与基准电压比较 进行放大 调制振荡器的脉冲宽度 从而控制变换器以保持输出电压的稳定 6 保护电路 当开关电源发生过电压 过电流短路时 保护电路使开关电源停止工作以保护负载和电源本身 實例應用 6 濾波器 滤波器 是用来筛选信号的 它可以设定一定的门限值 高通滤波器 低通滤波器 根据干扰源的特性 频率范围 电压和阻抗等参数及负载特性的要求 适当选择滤波器 滤波器的安装 1 在电子设备或系统内安装EMI滤波器时 不能把滤波器 电源 端和 负载 端的电线捆扎在一起 这无疑加剧了滤波器输入输出端之间的电磁耦合 严重破坏了滤波器和设备屏蔽对EMI信号的抑制能力 2 滤波器的外壳与系统地之间有良好的电气连接 2 應用元器件控制回路 1 接觸器A 接觸器是利用電磁原理 有的還用液壓或氣動原理 控制電路通斷的一種電器 它適用于遠距離頻繁接通和分斷交直流電路 它主要的控制對象是電動機 也可以控制照明設施 電熱器 電焊機 電容器組等電器裝置 B 接觸器種類繁多 按操動方式分有 電磁接觸器 液壓接觸器 氣動接觸器等 按主觸頭分合的電流種類分有 交流接觸器和直流接觸器 按滅弧介質分有 空氣式 油浸式和真空式 按有無觸頭分有 有觸電式和無觸點式 C 交流接觸器的構造和工作原理 交流接觸器主要由電磁系統 觸頭及滅弧系統 支架與外殼等部分組成 電磁系統包括綫圈 動鐵心 靜鐵心 觸頭及滅弧系統包括主觸頭 輔助觸頭和滅弧罩等 其工作原理是 當電磁綫圈通電后 綫圈中流過電流 產生磁場 在電磁力的作用下 克服反作用彈簧的彈力 將動鐵心向靜鐵心吸合 從而使動合 常開 主觸頭和動和 常開 輔助觸頭閉合 將動斷 常閉 輔助觸頭打開 當切斷電磁綫圈電源后 電磁吸力消失 動鐵心在反作用彈簧的作用下復位 從而使主觸頭斷開 常開輔助觸頭斷開 常閉輔助觸頭閉合 D 交流接觸器與低壓斷路器有什麽不同 4 操作方式不同 容量較小的斷路器 廣泛的採用手動操作 容量大的採用電動操作 但電動操作機構可以獨立配備 解除器沒有手動操作方式 全是電動操作 它也沒有獨立的操作機構 斷路器電動操動機構不管分閘還是合閘都是瞬時通電工作 合閘狀態的保持是靠機械來完成 而接觸器在整個合閘狀態下 它的電磁吸合綫圈必須一直通電 綫圈一斷電接觸器觸頭立即分開 5 用途不同 斷路器多用於配電綫路 也用於控制大容量不頻繁啓動的電動機 因而斷路器額定電流常用的規格比較多 最多可達5000A 接觸器多用於控制小 中容量頻繁啓動的電動機 因而接觸器額定電流常用的規格較少 150A及以下的最常用 E 怎樣區分交流接觸器和直流接觸器 觸頭系統控制交流回路的叫交流接觸器 控制直流回路的叫直流接觸器 為使吸引綫圈取用電源方便 一般交流接觸器就從其主回路上取用交流作爲操作電源 而直流接觸器就取用直流作爲操作電源 F 交流接觸器的吸引綫圈的鐵心有什麽特點 交流接觸器的吸引綫圈鐵心是採用硅鋼片曡成 其鐵心端面的一部分被銅制短路環包圍 而直流綫圈的鐵心沒有短路環 鐵心是整塊的 這是判斷交流或直流綫圈的明顯依據 G 接觸器的選用原則有哪些 1 選擇接觸器的類型接觸器的類型應根據負載電流的類型和負載的輕重來選擇 即是交流負載還是直流負載 是輕負載 一般負載還是重負載 2 主觸頭的額定電流主觸頭的額定電流可根據如下經驗公式計算 IN主觸頭 PN電機 1 1 4 UN電機如果接觸器控制的電動機氣動 制動或正反轉頻繁 一般將接觸器主觸頭的額定電流降一級使用 3 主觸頭的額定電壓接觸器銘牌上所標電壓係指主觸頭能承受的額定電壓 並非吸引綫圈的電壓 使用時接觸器主觸頭的額定電壓應不小於負載的額定電壓 4 操作頻率的選擇操作頻率就是指接觸器每小時通斷的次數 當通斷電流較大及通斷頻率過高時 會引起觸頭嚴重過熱 甚至熔焊 操作頻率若超過規定數值 應選用額定電流大一級的接觸器 5 綫圈額定電壓的選擇綫圈額定電壓不一定等於主觸頭的額定電壓 當綫路簡單 使用電器少時 可直接選用380V或220V的電壓 如綫路複雜 使用電器超過5個時 可用24 48或110V電壓的綫圈 H 實例應用 3TF系列交流接触器为交流50Hz或60Hz 额定绝缘电压为690 1000V 在AC 3使用类别下额定工作电压为380V时的额定工作电流为9A 400A 主要供远距离接通及分断电路之用 适用于控制交流电动机的起动 停止及反转 符合IEC947 VDE0660 GB14048等标准 1 安全性能好 导电部件不外露 2 体积小 重量轻 灭弧罩材料采用不饱和树脂 耐弧性好 不会碎裂 3 灭弧室呈封闭型 飞弧距离小 可缩小电气箱体尺寸 4 主触头系统结构独特 触头磨损小 电寿命增加 5 电磁铁工作可靠 损耗少 噪音小 且具很高的机械强度 6 操作频率和控制容量高 7 3TF30 35系列可外加辅助触头座 8 SIGUT 西门子专利端接法 接线方便 牢固 接触可靠性高 抗振性强 安全防护性好 2 繼電器 继电器是具有隔离功能的自动开关元件 广泛应用于遥控 遥测 通讯 自动控制 机电一体化及电力电子设备中 是最重要的控制元件之一 继电器一般都有能反映一定输入变量 如电流 电压 功率 阻抗 频率 温度 压力 速度 光等 的感应机构 输入部分 有能对被控电路实现 通 断 控制的执行机构 输出部分 在继电器的输入部分和输出部分之间 还有对输入量进行耦合隔离 功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构 驱动部分 作为控制元件 概括起来 继电器有如下几种作用 1 扩大控制范围 例如 多触点继电器控制信号达到某一定值时 可以按触点组的不同形式 同时换接 开断 接通多路电路 2 放大 例如 灵敏型继电器 中间继电器等 用一个很微小的控制量 可以控制很大功率的电路 3 综合信号 例如 当多个控制信号按规定的形式输入多绕组继电器时 经过比较综合 达到预定的控制效果 4 自动 遥控 监测 例如 自动装置上的继电器与其他电器一起 可以组成程序控制线路 从而实现自动化运行 繼電器的分類 按继电器的作用原理或结构特征分类 1 電磁繼電器 電磁繼電器 直流 交流 磁保持繼電器 固態繼電器 混合式繼電器 高頻繼電器 同軸繼電器 真空繼電器 2 熱繼電器 熱繼電器 溫度 電熱式 光電繼電器 極化繼電器 時間繼電器 舌簧继电器 按继电器触点负载分类 微功率继电器 弱功率继电器 中功率继电器 大功率继电器 按继电器的外形尺寸分类 微型继电器 超小型继电器 小型继电器 按继电器的防护特征分类 密封继电器 封闭式继电器 敞开式继电器 繼電器選用