低压电器基本原理

低压电器基本原理第1页/共115页授课计划电气控制

12PLC40PLC实验

10电气实验2第2页/共115页电气控制技术（第1章,第2章）上篇第3页/共115页1.1概述1.2接触器1.3继电器1.4熔断器1.5低压断路器和刀开关1.6主令电器本章内容第1章常用低压控制电器第4页/共115页教学目的掌握常用低压电器的基本构成/工作原理/图形符号/文字符号教学重点低压电器的图形符号和文字符号教学难点低压电器的基本构成和构成原理第1章常用低压控制电器第5页/共115页电气是：以电能、电气设备和电气技术为手段来创造、维持与改善限定空间和环境的一门科学。电器是：凡是根据外界特定的信号和要求，自动或手动接通或断开电路，继续或连续地改变电路参数，实现对电路的切换、控制、保护、检测及调节的电气设备。

什么是电气？电器与电气有什么区别？1.1概述第6页/共115页顺序控制器控制PLC控制电气控制系统的发展继电器接触器控制1.1.1电气控制的发展第7页/共115页为什么电压直流1500，交流1200？1.1.2

低压电器的分类低压电器的定义低压电器的分类低压控制电器如刀开关低压保护电器如如熔断器按用途分低压断路器、接触器、继电器、主令电器和自动开关等按种类分手控电器:如刀开关、按钮自控电器:如接触器、继电器按工作方式分

交流50Hz，额定电压1200V以下,直流额定电压1500V以下,起通断、保护、控制或调节作用的电器设备。第8页/共115页基本结构电磁机构操作手柄触点灭弧系统1.1.3

低压电器的组成感受部件中间环节执行部件外界信号控制系统第9页/共115页断电电磁机构电磁机构是电器元件的感受部件，通常采用电磁铁的形式。通电复位弹簧动铁心线圈静触点动触点静铁心第10页/共115页电磁机构是电器元件的感受部件，通常采用电磁铁的形式。断电复位弹簧动铁心线圈静触点动触点静铁心电磁机构第11页/共115页交流电磁机构直流电磁机构异同？vsvs电磁机构第12页/共115页

类型

桥式触头指形触头

点接触

面接触

触头系统

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

。触头系统——通过触头的开合控制电路通、断。第13页/共115页电弧的产生

电弧产生的条件？

电弧产生的实质？

电弧产生的危害？

电流0.25～1A，电压12～20V

气体放电绝缘气体就变成了导体

产生高温及强光，使触头烧损

使电路切断时间延长，甚至不能断开，造成严重事故第14页/共115页

桥式结构双断口灭弧灭弧方法

触点分断时，在弧隙中产生两个彼此串联的电弧。在电动力F的作用下，电弧向两侧方向运动，电弧拉长。在拉长过程中电弧受到空气迅速冷却而很快熄灭。第15页/共115页栅片灭弧灭弧方法

栅片彼此绝缘，片间距离2—3mm。

栅片具有冷却作用，能导出电弧的热量。

弧要重燃，两栅片间要有150～250V压降。

交流电压过零时，电弧自然熄灭。第16页/共115页窄缝灭弧灭弧方法

灭弧罩采用耐高温的陶土和石棉水泥做成。

电弧进入灭弧罩后，可以降低弧温和隔弧。

在直流接触器的主触点上广泛采用这种灭弧装置。第17页/共115页磁吹灭弧

具有铁心的吹弧线圈和触点串联。

电弧在磁场中受电磁力F：一方面被拉长，另一方面又被冷却。

磁场力随电弧电流的大小而改变，电弧电流越大，灭弧能力越强。

磁吹力的方向与电流方向无关，该装置适用于交、直流控制电器。灭弧方法第18页/共115页直流电磁铁的电磁吸力直流电磁铁的电磁吸力根据麦克斯韦公式计算：

1.1.4电磁吸力F——电磁铁磁极的表面吸力(N)；B——工作气隙磁感应强度(T)；S——铁心截面积(m2)；￠——气隙磁通；

——磁路空气隙。式中：第19页/共115页式中，μ0

——真空或空气中的磁导率；n——单个磁铁的线圈匝数；i——线圈中电流；S0

——空气隙面积；δ0——空气隙厚度。麦克斯韦公式直流电磁铁的电磁吸力第20页/共115页直流电磁铁的吸力特性直流电磁铁的电磁吸力第21页/共115页断电时会发生什么情况？如何解决呢？直流电磁铁的电磁吸力第22页/共115页直流线圈并联放电电路直流电磁铁的电磁吸力第23页/共115页交流电磁铁的电磁吸力：

交流电磁机构的电磁吸力第24页/共115页交流电磁铁吸力的变化情况FavF~FmFFw

tOFav交流电磁机构的电磁吸力第25页/共115页吸引力过零点，会发生什么情况？如何解决呢？短路环——减小衔铁吸合时产生的振动和噪音交流电磁机构的电磁吸力第26页/共115页第27页/共115页j2FmaxFminFrFF2FFw

tOF1j1φ1φ2磁通不同时为零短路环φ2φ1φ1φ2交流电磁机构的电磁吸力第28页/共115页1.1.5低压电器的性能指标第29页/共115页1.1.6电气控制技术中常用的图形和文字符号图形符号文字符号符号要素一般符号限定符号基本文字符号辅助文字符号补助文字符号通常用于图样或其它文件，用以表示一个设备或概念的图形、标记或字符。用于电气技术领域中技术文件的编制，表示电气设备、装置和元件的名称、功能、状态和特征。一、图形符号和文字符号第30页/共115页1.图形符号具有确定意义的简单图形，必须同其它图形组合构成一个设备或概念的完整符号。符号要素：限定符号：提供附加信息的一种加在其它符号上的符号。表示一类产品和此类产品特征的一种简单的符号，如电动机可用一个圆圈表示。一般符号：1.1.6电气控制技术中常用的图形和文字符号一、图形符号和文字符号第31页/共115页2.文字符号基本文字符号单字母符号：双字母符号：由一个表示种类的单字母符号与另一个字母组成，且以单字母符号在前，另一字母在后的次序列出，如“F”表示保护器件类，“FU”则表示为熔断器。按拉丁字母顺序将各种电气设备、装置和元器件划分成为23大类，每一类用一个专用单字母符号表示，如“C”表示电容器类，“R”表示电阻器类等。1.1.6电气控制技术中常用的图形和文字符号一、图形符号和文字符号第32页/共115页2.文字符号基本文字符号：辅助文字符号：表示电气设备、装置和元器件以及电路的功能、状态和特征。如“RD”表示红色，“L”表示限制等。单字母符号双字母符号补充文字符号：当规定的基本文字符号和辅助文字符号不够使用时，可按国家标准中文字符号组成规律和下述原则予以补充。1.1.6电气控制技术中常用的图形和文字符号第33页/共115页2.文字符号1.1.6电气控制技术中常用的图形和文字符号

在不违背国家标准文字符号编制原则的条件下，可采用国家标准中规定的电气文字符号。补充文字符号原则：

在优先采用基本和辅助文字符号的前提下，可补充国家标准中未列出的双字母文字符号和辅助文字符号。第34页/共115页2.文字符号补充文字符号原则：

使用文字符号时，应按电气名词术语国家标准或专业技术标准中规定的英文术语缩写而成。

基本文字符号不得超过两位字母，辅助文字符号一般不超过三位字母。文字符号采用拉丁字母大写正体字。1.1.6电气控制技术中常用的图形和文字符号第35页/共115页GB/T4728.1—1985《电气图用图形符号总则》GB/T4728.2-13—1996-2000《电气简图用图形符号》GB/T5094-85，《电气技术中的项目代号》GB/T6988.1-4—1997-2002《电气技术用文件的编制》GB/T6988.6—1993《控制系统功能表图的绘制》GB/T5226-96，《工业机械电气设备通用技术条件》1.1.7常用的电气制图国家标准第36页/共115页1.1.8电气图的分类和作用

电气控制系统图电气原理图电气安装图框图电器安装图电气互连图主电路控制电路照明和显示电路1.1.8电气图的分类与作用第37页/共115页控制电路10.控制电路用不多于3位的阿拉伯数字编号1.主电路、控制电路和信号电路应分开绘出。主电路信号电路2.表示出各个电源电路的电压值、极性或频率及相数。

4.受电的动力装置及其保护电器支路用垂直线绘制在图的左侧。

3.主电路的电源电路一般绘制成水平线。

5.同一电器的各元件采用同一文字符号表明。

6.所有电路元件的图形符号，均按电器未接通电源和没有受外力作用时的状态绘制。7.将图分成若干图区，上方为该区电路的用途和作用，下方为图区号8.三相交流电源采用L1、L2、L3标记主电路按U、V、W顺序标记9分级电源在U、V、W前加数字1、2、3来标记分支电路在U、V、W后加数字1、2、3来标记1）电气原理图定义：

用图形符号和项目代号表示电路各个电器元件连接关系和工作原理的图。2）电气原理图制图原则1.1.9绘制、识读电气控制系统图的原则第38页/共115页主电路控制电路信号电路4.受电的动力装置及其保护电器支路用垂直线绘制在图的左侧。

5.同一电器的各元件采用同一文字符号表明。

6.所有电路元件的图形符号，均按电器未接通电源和没有受外力作用时的状态绘制。7.将图分成若干图区，上方为该区电路的用途和作用，下方为图区号8.三相交流电源采用L1、L2、L3标记主电路按U、V、W顺序标记10.控制电路用不多于3位的阿拉伯数字编号1.主电路、控制电路和信号电路应分开绘出。2.表示出各个电源电路的电压值、极性或频率及相数。

9分级电源在U、V、W前加数字1、2、3来标记分支电路在U、V、W后加数字1、2、3来标记3.主电路的电源电路一般绘制成水平线。

1）电气原理图定义：

用图形符号和项目代号表示电路各个电器元件连接关系和工作原理的图。2）电气原理图制图原则1.1.9绘制、识读电气控制系统图的原则第39页/共115页D65详细绘制出电器元件安装位置。

50505050320360线槽端子板FU1FU2KMFRTCFU3FU4CW6132型车床电器位置图3）电气布置图定义：

表示电气控制系统中各电器元件的实际位置和接线情况。4）电气布置图制图原则1.1.9绘制、识读电气控制系统图的原则第40页/共115页

三相鼠笼异步电动机单向运行控制线路安装图各电器元件的图形符号、文字符号和回路标记均以电气原理图为准，并保持一致外部单元同一电器的各部件画在一起，其布置尽可能符合电器实际情况不在同一控制箱和同一配电盘上的各电器元件的连接，必须经接线端子板进行互连图中的电气互连关系用线束表示，一般不表示实际走线途径5）电气接线图定义：

表明了电器设备外部元件的相对位置及它们之间的电气连接，是实际安装接线的依据。6）电气接线图制图原则1.1.9绘制、识读电气控制系统图的原则第41页/共115页1.2接触器（Contactor）

实物图第42页/共115页

结构及工作原理主触头常闭辅助触头常开辅助触头灭弧装置1.2接触器（Contactor）第43页/共115页1.2接触器（Contactor）

结构及工作原理第44页/共115页

图形符号和文字符号1.2接触器（Contactor）第45页/共115页

主要性能指标额定电压

交流接触器：127、220、380、500V直流接触器：110、220、440V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额定电流

吸引线圈额定电压交流接触器：36、110（127）、220、380V直流接触器：24、48、220、440V1.2接触器（Contactor）接触器铭牌电压/主触点的额定电压接触器铭牌电流/主触点的额定电流第46页/共115页

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。

选用原则1.2接触器（Contactor）第47页/共115页若电动机的参数如下:Pn=2.2Kw,In=4A,Un=380V.Y接法.控制电路采用220V电源.请回答以下问题:1.接触器的额定电压与额定电流分别取多少?线圈的额定电压取多少?上网查询或查阅电器手册选择一款合适的接触器.2.接触器虽然结构比较复杂,但是与我们的电路发生关系的只有触点和线圈,对吗?1.2接触器（Contactor）第48页/共115页1.3继电器（relay）

实物图第49页/共115页

结构及工作原理定义：继电器是根据某种输入信号来接通或断开小电流控制电路，实现远距离控制和保护的自动控制电器。组成：感测机构、输出执行机构分类：按用途分：控制继电器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：瞬时继电器、延时继电器

1.3继电器（relay）第50页/共115页电磁式继电器定义:以电磁力为驱动力的继电器称为电磁式继电器。组成：电磁结构、触点。

1）电磁机构：与接触器完全相同

2）触点：

电磁式继电器的触点容量小、且容量均相同，无主触点和辅助触点之分，也没有灭弧装置。第51页/共115页问题：电磁式继电器与接触器在结构上有何异同？1、相同点：电磁机构完全相同。

2、不同点：触点不同，电磁式继电器触点容量小，且触点容量均相同，没有主触点和辅助触点之分，无灭弧装置；接触器有主触点和辅助触点之分，有灭弧装置。电磁式继电器第52页/共115页

定义：特点：结构：分类：触点的动作与线圈电压大小有关的继电器称为电压继电器。线圈并联在电路中，线圈的匝数多，导线细。电磁机构、触点过电压继电器欠电压继电器一）电压继电器第53页/共115页

图形符号和文字符号一）电压继电器第54页/共115页

定义：触点的动作与线圈电流大小有关的继电器

特点：线圈串接于电路中，导线粗、匝数少、阻抗小。

结构：电磁机构、触点

分类：过电流继电器欠电流继电器二）电流继电器第55页/共115页

图形符号和文字符号二）电流继电器第56页/共115页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触点数量较多作用：扩展触点的数量；将信号放大。三）中间继电器第57页/共115页

图形符号和文字符号中间继电器三）中间继电器第58页/共115页四）热继电器定义：热继电器是随过载程度而改变动作时间的一种电器。作用：电动机起过载保护。第59页/共115页四）热继电器第60页/共115页

图形符号和文字符号（a）热元件（b）常闭触点四）热继电器第61页/共115页定子绕组采用Y形连接,运行中V相断线，U,W两相的电流增大。由于I相＝I线，普通热继电器可正常保护。第62页/共115页当故障线电流达到额定电流时，在电动机绕组内部，电流较大的那一相绕组的故障电流将超过额定相电流，便有过热烧毁的危险。第63页/共115页带断相保护装置的热继电器

差动式断相保护装置动作原理a）未通电；b）三相额定电流；c）三相同时过载；d）一相断相第64页/共115页热继电器在电路中可以起短路保护吗?为什么?答:不可以.因为热继电器是利用电流的热效应原理和发热元件的热膨胀原理设计的,由于发热元件的热惯性,所以热继电器在电路中只能起过载保护,不能起短路保护。四）热继电器第65页/共115页五）时间继电器

定义：从得到输入信号(线圈的通电或断电)开始，经过一定的延时后，才输出信号(触点的闭合或断开)的继电器，叫时间继电器。作用：在控制电路中按整定时间长短通断电路的作用。

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

第66页/共115页五）时间继电器第67页/共115页通电延时：从接受输入信号后延时一定的时间，输出信号才发生变化；当输入信号消失后，输出瞬时复原。断电延时：接受输入信号时，瞬时产生相应的输出信号；当输入信号消失后，延时一定的时间才复原。五）时间继电器第68页/共115页

图形符号和文字符号KT延时闭合的常开触点KT通电延时时间继电器线圈KT延时断开的常闭触点KT延时断开的常开触点KT断电延时时间继电器线圈KT延时闭合的常闭触点五）时间继电器第69页/共115页六）速度继电器复位转速：<100rpm根据速度的大小通断电路，主要用于三相笼型异步电动机的反接制动。按速度原则动作的继电器叫速度继电器。动作转速：>120rpm作用：参数：定义：第70页/共115页六）速度继电器第71页/共115页

图形符号和文字符号a）转子b）常开触点c）常闭触点nKS（BS）nKS（BS）KS（BS）六）速度继电器第72页/共115页1.4熔断器（fuse）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，体小量轻熔断器的主要结构：熔断管(盖、座)、熔体熔体的作用：感测元件、执行元件。熔断管(盖、座)的作用：安装熔体、熔体熔断时起灭弧作用。

结构及工作原理第73页/共115页额定电压：指熔断器长期工作时和分断后能够承受的电压值。

主要性能指标熔体的额定电流：熔体长期通电而不会熔断的最大电流。极限分断能力：是指熔断器在规定的额定电压和功率因数(时间常数）的条件下，能分断的最大电流值。

额定电流：指熔断器长期工作时，设备部件温升不超过规定值时所能承受的电流。1.4熔断器（fuse）第74页/共115页

图形符号和文字符号FU（FA）熔断器的图形符号和文字符号1.4熔断器（fuse）第75页/共115页电流越大时间越短熔断器的反时限特性：熔体的额定电流：熔体最小熔断电流：熔化系数

1.4熔断器（fuse）第76页/共115页高压跌落式熔断器工作过程1.4熔断器（fuse）第77页/共115页

选用原则1.4熔断器（fuse）第78页/共115页

实物图1.5.1低压断路器第79页/共115页UVW11374562

自动开关的原理图1弹簧2—过电流脱扣器3—欠电压脱扣器4—过热脱扣器5—搭钩6—触点7—顶杆

结构及工作原理1.5.1低压断路器第80页/共115页1.5.1低压断路器第81页/共115页

图形符号和文字符号低压断路器的图形符号和文字符号符号1.5.1低压断路器第82页/共115页

选用原则低压断路器的额定电压和额定电流应等于或大于线路或设备的正常工作电压和工作电流。热脱扣器的整定电流应与所控制的负载电流一致。欠压脱扣器的额定电压应等于线路的额定电压。过电流脱扣器的额定电流应大于或等于线路中的最大负载电流。1.5.1低压断路器第83页/共115页

低压断路器在投入使用之前。按照要求整定热脱扣器和过电流脱扣器的动作电流。安装时，应把来自电源的母线接到带灭弧侧的端子上，来自电器设备的母线接到另外一侧端子上。在正常情况下，每6个月应对开关进行一次检修，清除灰尘。因电路发生短路故障跳闸后，应立即对触点进行清理，检查触点有无熔焊，清除熔焊的小的金属颗粒，粉尘等。

使用注意事项1.5.1低压断路器第84页/共115页3型号含义

第85页/共115页我家的漏电断路器烧了。要换一个。原来的型号是DZ12L-60/230MA短路通断能力是5KA.用了十一年了。现在我自己换了天正的DZ12LE-63/230MA短路通断能力是3KA外形是一样的。

***请问换得合适吗？我走了好几家才有这种老式的。

***还有就是它花了我一百元，贵吗？我看其它小点的，比较新型的才几十元一个的。如果不带空气开关的还便宜，才二十几元。带空气开关有用吗？

***如果不考虑外形的匹配，换的时候主要看哪几样数据就可以了？我对这些很陌生，请多指教……谢谢啦。第86页/共115页1.5.2刀开关

实物图第87页/共115页

图形符号和文字符号1.5.2刀开关第88页/共115页1.额定绝缘电压和额定工作电压不低于线路的相应数据。2.额定工作电流不小于线路的计算电流。3.当要求有通断能力时，必须选用具备相应额定通断能力的隔离器。4.如需接通短路电流，则应选用具备相应短路接通能力的隔离开关。5.根据线路要求决定电路数、触头种类和数量。1.5.2刀开关

选用原则第89页/共115页

安装时应垂直安装，合闸时操作手柄向上，不得倒装或平装。接线时，电源线接在进线座，而负载接在出线座。一般情况下刀开关不带负载操作，若带负载操作，分合闸时动作一定要迅速。

使用时注意事项：1.5.2刀开关第90页/共115页1.6主令电器定义：用于自动控制系统中发送和转换控制命令的电器,例如按钮、行程开关、万能转换开关等。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91页/共115页---控制按钮1.6.1主令电器第92页/共115页

按钮的选择：

根据使用场合选择按钮的类型；按钮的额定电压和额定电流应与所控制的电致；根据所控制的回路数来选择按钮的常开触点和常闭触点数量；根据按钮在控制电路中的用途选择按钮的颜色。---控制按钮1.6.1主令电器第93页/共115页控制按钮的图形符号和文字符号---控制按钮1.6.1主令电器第94页/共115页---控制按钮1.6.1主令电器第95页/共115页1.6.2主令电器---转换开关定义:是一种多档位、控制多回路的主令电器。作用：用于各种配电装置的电源隔离、电路转换、电动机远距离控制等，也常作为电压表、电流表的换相开关,还可控制小容量的电动机。结构：操作机构、定位装置、触点

第96页/共115页SASA

转换开关的图形符号和文字符号的表示法

1.6.2主令电器---转换开关第97页/共115页1.6.3主令电器---限位开关定义：是利用生产机械的某些运动部件的碰撞发出控制命令的主令电器。作用：主要用来控制生产机械的运动方向、速度、行程大小或位置。类型:直动式、滚动式、微动式第98页/共115页

行程开关结构图(a)直动式；(b)滚轮式1.6.3主令电器---限位开关第99页/共115页a）常开触头b）常闭触头SQ（BG）SQ（BG）行程开关的图形符号和文字符号：1.6.3主令电器---限位开关第100