电器控制.ppt

1、参考书目：,5.可编程序控制器原理及程序设计 崔亚军 等编电子工业出版社,2. 电器控制 李 仁 主编机械工业出版社,1. 电器与可编程控制器应用技术 邓则名 主编 机械工业出版社，1997,3. 可编程序控制器应用技术 廖常初 等编重庆大学出版社,4.可编程序控制器应用指南 易传禄 等编上海科普出版社,学习要求：,熟练掌握断路器、隔离开关、接触器、热继电器、熔断器在电路中的作用、特点、绘制符号、设计选型时要注意的重要技术参数。 熟练掌握行程开关、按钮开关在电路中的作用、绘制符号。 灵活掌握电气设备简单的起停保控制线路 、 异步电机正 、 反转电气控制线路 、 异步电机“Y/”电气控制线路等，

2、理解它们的设计思路，学会设计相应的电气控制电路。,学习要求(续）：,透彻了解PLC的特点、为提高其可靠性采取的一些措施。 熟练掌握PLC的组成、各主要部件的功能、PLC的工作原理（扫描工作过程、系统响应时间），了解三菱FX2N PLC编程元件的地址。 熟练掌握梯形图使用的符号、概念、规则，学会自己设计PLC梯形图程序，掌握三菱FX2N PLC的基本指令。 熟练掌握PLC程序设计的功能表图法和其基本概念，学会用功能表图法设计PLC控制程序并能熟练地转化为梯形图。 掌握PLC控制系统的特点、判断一个控制系统是否需要由PLC来构成的特性以及PLC选型时应考虑的问题。 学会用PLC设计控制系统（包括P

3、LC硬件、软件和电气控制回路）。,第一章常用低压电器及其符号,低压电器（Low voltage Apparatus）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。 本章主要介绍常见的接触器、继电器、低压断路器、万能转换开关、熔断器等设备的基本结构、功能、工作原理及其符号。,上篇： 电器控制,2.1 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（如一台电脑、投影仪、一套轧钢生产线自动化系统）； 它也可以很小、很简单（如一个钮子 开关或者一个熔断器）。,浙江天荒坪电站水位检测系统,LZW-110户外干式电流电压互感器,户外硅橡胶电流互感器

4、LRGBJ-220,TYD500/3-0.01H,户外电容式电压互感器 TYD220/3-0.01H,500kV 电容式电压互感器,从工业控制的角度看“电器”,电器是指能根据特定的信号和要求， 自动/手动地接通/断开电路； 断续/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、变换和调节的电气设备。,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-voltage Apparatus) 低压电器(Low-voltage Apparatus)；,按所控制的对象分 ： 低压配电电器（Distributing Apparat

5、us）， 用于配电系统，如刀开关、熔断器等 低压控制电器（Control Apparatus）， 用于电力拖动自动控制系统和其他用途的设备中。,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；,按 工 作 职 能 分 ： 手动操作电器、（空气开关、按钮） 自动控制电器 （自动切换电器、自动控制电器、自动保护电器） 其他电器 （稳压与调压电器、起动与调速电器、 检测与变换电器、牵引与传动电器）,电器的分类（续）,电器的分类（续）,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 如刀开关、接触器

6、无触点电器 如可控硅、固态继电器、大功率三极管 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、 其他场合（如航空、船舶、热带、高原）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。,2.2 低压电器的电磁机构及执行机构,从结构上来看，电器一般都具有两个基本组成部分感测部分、执行部分。 感测部分接受外界输入的信号，并通过转换、放大、判断，作出有规律的反应，使执行部分动作，输出相应的指令，实现控制的目的。 执行部分则是触头。 对于有触头的电磁式电器，感测部分大都是电磁机构； 对于非电磁式的

7、自动电器，感测部分因其工作原理不同而各有差异，但执行部分仍是触头。,2.2.1 电磁机构,电磁机构是各种自动化电磁式电器的主要组成部分一，它将电磁能转换成机械能，带动触点使之闭合或断开。 组成：吸引线圈和磁路两部分。磁路包括铁心、衔铁、铁轭和空气隙。,图2.1 常用电磁机构的形式 1. 铁心 2. 线圈 3. 衔铁,1.2.2 执行机构 低压电器的执行机构一般由主触点及其 灭弧装置组成. 触点 触点用来接通或断开被控制的电路。它的结构 形式很多，按其接触形式可分为3种，即点接触、 线接触和面接触，如图2.2示。,2、电弧的产生与灭弧装置,当断路器或接触器触点切断电路时，在拉开的两个触点之间将出

8、现强烈火花，根据上述电弧产生的物理过程可知，欲使电弧熄灭，应设法降低电弧温度和电场强度，以加强消电离作用。当电离速度低于消电离速度，则电弧熄灭。,电弧产生的原因： 电路中的电流超过一定的数值； 触头两端的电压超过一定的数值。,电弧的灭弧装置,2.3 接触器,主要控制对象：电动机，能实现远距离控制 接触器是利用电磁吸力的作用来使触头闭合或断开大电流电路的，是一种非常典型的电磁式电器。接触器的主要组成部分为： 电磁系统：感测部分， 触头系统：执行部分。 触头工作时，需经常接通和分断额定电流或更大的电流，所以常有电弧产生，一般情况下都装有灭弧装置，并与触头共称触头一灭弧系统， 接触器（Contact

9、or）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。,接触器工作原理,其原理是当接触器的电磁线圈通电后，会产生很强的磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁， 并带动触头动作：常闭触头断开；常开触头闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力 消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触头复原：常闭触头闭合；常开触头断开,接触器分类,接触器按其主触头通过的电流种类，分为： 直流接触器、交流接触器。 按主触头的极数又可分为： 单极、双极、三极、四极 和 五极 等几种。 直流接触器一般为单极或双极；交流接触器大多为三极，四极多用于双回路控制，五极用于多速电动机控制或者自动式自耦减压起动器中。,2

10、.3.1 接触器的主要技术数据,额定电压 主触点上的额定电压 额定电流 主触点的额定电流 线圈的额定电压,接触器的主要技术数据,额定操作频率 额定操作频率指每小时接通次数。现代生产的接触器，允许接通次数为150-1500次/h。 电寿命和机械寿命 电寿命是指接触器的主触点在额定负载条件下，所允许的极限操作次数。现代生产的接触器其电寿命可达50-100万次， 机械寿命是指接触器在不需修理的条件下，所能承受的无负载操作次数。机械寿命可达500-1000万次。（106-7数量级）,接触器的电气符号,2.3.2 交流接触器,2.3.2 交流接触器,交流接触器（Alternating Current C

11、ontactor）一般有3对主触头，两个动合（常开）辅助触头，两个动断常闭辅助触头。 中等容量及以下为直动式，大容量为转动式。,2.3.3 直流接触器,直流接触器（Direct Current Contactor）是一种通用性很强的电器产品， 用途：频繁控制电动机外，还用于各种直流电磁系统中。,2.4 继电器,定义：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。 组成：承受机构、中间机构和执行机构三部分。 承受机构反映断电器输入量，并传递给中间机构，将它与预定的量（即整定值）进行比较； 当达到整定值时（过量或欠量），中间机构就使执行机构产生输出量，用于控制电路的开、断。

12、 用途：继电器通常触点容量较小，接在控制电路中，主要用于反应控制信号，是电气控制系统中的信号检测元件；而接触器触点容量较大，直接用于开、断主电路，是电气控制系统中的执行元件。,2.4.1 继电器的特性及主要参数,按输入量的物理性质分为： 电压继电器、电流继电器、功率继电器、时间继电器、温度继电器、速度继电器等； 按动作原理分为： 电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、热继电器、电子式继电器等； 按动作时间分为： 快速继电器、延时继电器、一般继电器； 按执行环节作用原理分为： 有触点继电器、无触点继电器；,电磁式继电器种类很多，下面仅介绍几种较典型的电磁式继电器。,电流/电压继电器,(a)

13、欠电流继电器符号,电压继电器,电压继电器,中间继电器（Auxiliary Relay）在结构上是一个电压继电器，是用来转换控制信号的中间元件。 它输入的是线圈的通电断电信号，输入信号为触点的动作。 其触点数量较多，各触点的额定电流相同。 用途：放大信号，增加控制电路中控制信号的数量，以及作为信号传递、连锁、转换以及隔离用。,图2.8 中间继电器符号,中间继电器,2.4.3 时间继电器,表示符号,断电延时合,2.4.5热继电器,定义： 热继电器（Thermal over-load Relay）是利用电流的热效应原理来工作的保护电器，它在电路中用作三相异步电动机的过载保护。 热继电器的测量元件：

14、通常用双金属片，它是由主动层和被动层组成。主要层材料采用较高膨胀系数的铁镍铬合金，被动层材料采用膨胀系数很小的铁镍合金。 因此，这种双金属片在受热后将向膨胀系数较小的被动层一面弯曲。,加热方式：双金属片有直接、间接和复式3种。 直接加热就是把双金属片当作发热元件，让电流直接通过； 间接加热是用与双金属片无电联系的加热元件产生的热量来加热； 复式加热是直接加热与间接加热两种加热形式的结合。,2.5 其他常用电器,2.5.1低压熔断器 （一）定义 熔断器（Fuse）是一种利用熔体的熔化作用而切断电路的、最初级的保护电器，适用于交流低压配电系统，作为线路的过负载及系统的短路保护用。,FU,轻载、起动

15、时间短 取 1.5 ； 重载、起动时间长、起停频繁则取 2.5。,2.5.2低压隔离器,定义：低压隔离器是指在断开位置能符合规定的隔离功能要求的低压机械开关电器，而隔离开关的含义是在断开位置能满足隔离器隔离要求的开关。,HR3系列熔断器式刀开关适用于交流50Hz、额定电压380V和直流电压440V、额定电流100-600A的工业企业配电网络中，作为电缆、导线及用电设备的过负载和短路保护，以及在网络正常供电的情况下不频繁地接通和切断电源。,低压隔离器表示符号,2.5.3 低压断路器,2.5.4主令电器,定义： 主令电器（Master Switch）是电气控制系统中用于发送控制指令的非自动切换的小

16、电流开关电器。在控制系统中用以控制电力拖动系统的起动与停止，以及改变系统的工作状态，如正转与反转。 作用： 主令电器可直接作用于控制线路，也可以通过电磁式电器间接作用。 种类： 它是一种专门发号施令的电器，故称主令电器。主令电器应用广泛，种类繁多，主要有控制按钮、万能转换开关等。,按钮、旋钮开关,按钮选择,按钮是一种用来短时接通/断开小电流控制电路的主令电器 选择依据：触点对数、动作要求、结构形式、颜色、是否自带指示灯等； 电压等级、通流能力（1 8 A）。 启动按钮 绿色 停止按钮 红色 紧急操作 蘑菇式按钮,P13 2.4.4,与按钮类似，按钮用人按，行程开关是机械碰撞或者 挤压,上下位置

17、,上下位置,左右位置,万能开关,一种多挡式、控制多回路的主令电器。它可用为各种配电装置的远距离控制，也可作为电压表、电流表的转换开关，或作为小容量电动机的起动、调速和换向之用。由于换接的线路多、用途广，故有“万能”之称。,正 转,停 止,反转,第二章 基本电气控制线路,手动电器不受外力作用，电磁电器不通电,(单方向）,2.1 电气设备简单的起停保控制线路,2.2 多地点控制线路,2.3 异步电机正、反转电气控制线路,图3-3 按钮控制的异步电动机正反转电路,降压启动,电动机的输出转矩与电压的平方成正比， 降压启动适用于电机轻载或空载启动,异步电机“Y-”降压起动电气控制线路,2.4 异步电机“

18、Y-”降压起动电气控制线路,图3-4 异步电动机Y-降压起动电路,第三章：常用电器元件的选择,3.1 按钮 按钮是一种用来短时接通/断开小电流控制电路的主令电器 选择依据：触点对数、动作要求、结构形式、颜色、是否自带指示灯等； 电压等级、通流能力（1 8 A）。 启动按钮 绿色 停止按钮 红色 紧急操作 蘑菇式按钮,3.2 断路器,断路器除了断开电路的作用外，还具有电流过载、欠压、短路保护的作用。 断路器类型有：框架式、塑料外壳式、限流式、手动操作式、电动操作式。 选择依据：极数、额定电流、电压类型、电压等级、分断能力、动作频繁程度等。,3.3 接触器,接触器分两大类: 直流接触器、交流接触器 选择依据是： 主触头数、额定电流（I KM）、 线圈控制电压的类型、等级等。,对电机负载： I KM I KM = Pe / （ K * Ue ） or I KM = K * Ie,其中 K = 11.4 Pe = 电机额定功率 Ue = 电机额定线电压 Ie =