电气控制与PLC应用第1章常用低压电器介绍

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1、电气控制与电气控制与PLCPLC应用应用 第第1 1章章常用低压电器介绍常用低压电器介绍 掌握接触器 继电器 断路 器 按钮开 开关 主令电器 等常规控制电器的动作特点 并能够正确选择使用 学习目标 第第1 1章章 常用低压电器常用低压电器 教学内容 1 1 概述 1 2 接触器 1 3 继电器 1 4 熔断器 1 5 低压开关与低压断路器 1 6 主令电器 1 7 低压电器的产品型号 1 1 1 1 概述概述 电器对电能的生产 输送 分配与应用 起着控制 调节 检测和保护的作用 在 电力输配电系统和电力拖动自动控制系统 中应用极为广泛 随着电子技术 自控技术和计算机应用 的迅猛发展 一些电器

2、元件可能被电子线 路所取代 但是由于电器元件本身也朝着 新的领域扩展 表现在提高元件的性能 生产新型的元件 实现机 电 仪一体化 扩展元件的应用范围等 且有些电器 元件有其特殊性 故是不可能完全被取代 的 1 1 1 1 1 1 电器的分类电器的分类 电器是接通和断开电器或调节 控制和保 护电器及电气设备用的电工器具 电器的功能多 用途广 品种规格繁多 为了系统地掌握 必须加以分类 1 按工作电压等级分 1 高压电器 2 低压电器 2 按动作原理分 1 手动电器 2 自动电器 3 按用途分 1 控制电器 2 配电电器 3 主令电器 4 保护电器 5 执行电器 1 1 2 1 1 2 电力拖动自

3、动控制系统中常用电力拖动自动控制系统中常用 的低压控制电器的低压控制电器 接触器 分交流接触器与直流接触器 继电器 有电磁式继电器 如电压继电器 电流继 电器 中间继电器 时间继电器 分直流电磁式 空气阻尼式 半导体式等 热继电器 干簧继 电器 速度继电器等 熔断器 分瓷插式 螺旋式 有填料封闭管式 无 填料密闭管式 快速熔断器 自复式等 低压断路器 分框架式 塑料外壳式 快速直流断 路器 限流式 漏电保护器等 位置开关 有直动式 滚动式 微动式等 按钮 刀开关等 返回目录 1 1 3 1 1 3 我国低压控制电器的发展我国低压控制电器的发展 概况概况 现场总线系统的发展与应用将从根本上 改变

4、传统的低压配电与控制系统及其装置 给传统低压电器带来改革性变化 发展 智能化可通信低压电器势在必行 其产品的特征是 产品中装有微处理器 产品带有通信接口 能与现场总线连接 采用标准化结构 具有互换性 采用模数化结构 保护功能齐全 具有外部故障记录显示 内部故 障自诊断 进行双向通信等 1 2 1 2 接触器接触器 接触器是电力拖动和自动控制系统中使 用量大且面广的一种低压控制电器 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 零 电压保护 1 2 1 1 2 1 结构和工作原理结构和工作原理 接触器是利 用电磁吸力的原 理工作的 接触

5、 器主要由电磁系 统 触头系统和 灭弧装置组成 结构简图如图1 1 所示 1 电磁系统 其作用是将 电磁能转换成机 械能 产生电磁 吸力带动触头动 作 图1 1 接触器结构简图 1 主触头 2 常闭辅助触头 3 常开辅助触头 4 动铁心 5 电磁线圈 6 静铁心7 灭弧罩 8 弹簧 1 2 1 1 2 1 结构和工作原理结构和工作原理 作用在衔铁上的 力有两个 电磁吸 力与反力 电磁吸 力由电磁机构产生 反力则由释放弹 簧和触点弹簧所产 生 电磁系统的工 作情况常用吸力特 性和反力特性来表 示 为了保证使衔铁 能牢牢吸合 反作 用力特性必须与吸 力特性配合好 如 图1 3所示 图1 3 吸力特

6、性与反力特性的配合 1 直流电磁铁吸力特性 2 交流电磁铁吸力特性3 反力特性 1 2 1 1 2 1 结构和工作原理结构和工作原理 2 触头系统 触头是接触器的 执行元件 用来接 通或断开被控制电 路 触头按其原始 状态可分为常开触 头和常闭触头 原 始状态时 即线圈 未通电 断开 线 圈通电后闭合的触 头叫常开触头 原 始状态闭合 线圈 通电后断开的触头 叫常闭触头 线圈 断电后所有触头复 原 图1 4 触头结构形式图 a 桥形触头 b 指形触 头 1 2 1 1 2 1 结构和工作原理结构和工作原理 3 灭弧装置 常用的灭弧方法有 拉长电弧 冷 却电弧和将电弧分段 常用的灭弧装置有 电动

7、力灭弧 灭弧栅和磁吹灭弧 对于电弧较弱的接触器 只采用灭 弧罩即可 交流接触器常用电动力灭 弧 和灭弧栅灭弧装置 直流接触器常 用磁吹灭弧装置 图1 6 电动力灭弧原理 1 静触头 2 动触头 u 图1 6所示的是一种桥式结构双断口触头 当触头打开时 在 断口处产生电弧 电弧电流在两电弧间产生图中以表示的磁场 跟据左手定则 电弧电流要产生一个指向外侧的电动力作用 使 电弧向外运动并拉长 迅速穿越冷却介质而加快冷却并熄灭 1 2 1 1 2 1 结构和工作原理结构和工作原理 4 接触器的工作原理 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 头动作 常闭触头断开 常

8、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 常开触头断开 常闭触头闭合 图1 9 接触器的图形 文字符号 a 线圈 b 主触头 c 常开辅助触头 d 常闭辅助触头 1 2 2 1 2 2 交 直流接触器的特点交 直流接触器的特点 1 交流接触器 交流接触器线圈通以交流电 主触头接通 分断交流主电路 通常采用短路环来解决交流电磁铁的振 动问题 短路环的示意图如图1 10所示 其中S2为短路环内截面积 S1为环外截面 积 短路环起到磁通分相的作用 把极面 上的交变磁通分成两个交变磁通 并且使 这两个磁通之间产生相位差 那么它们所 产生的吸力间也

9、有一个相位差 这样 两 部分吸力就不会同时达到零值 当然合成 后的吸力就不会有零值的时刻 如果使合 成后的吸力在任一时刻都大于弹簧拉力 就消除了振动 1 2 2 1 2 2 交 直流接触器的特点交 直流接触器的特点 图1 10 交流接触器铁心的短路环 a 结构图 b 电磁吸力图 1 2 2 1 2 2 交 直流接触器的特点交 直流接触器的特点 2 直流接触器 直流接触器线圈通 以直流电流 主触头 接通 切断直流主电 路 对于250A以上的直 流接触器往往采用串 联双绕组线圈 如图1 11所示 图1 11 直流接触器双绕组线圈接线图 在电路刚接通瞬间 保持线圈被常闭触头短接 可 使起动线圈获得较

10、大的电流和吸力 当接触器动作 后 常闭触头断开 两线圈串联通电 由于电源电 压不变 所以电流减小 但仍可保持衔铁吸合 因 而可以节电和延长电磁线圈的使用寿命 1 2 3 1 2 3 接触器的主要技术参数与接触器的主要技术参数与 选用选用 1 接触器的型号及代表意义 1 2 3 1 2 3 接触器的主要技术参数与接触器的主要技术参数与 选用选用 2 接触器选用原则 1 额定电压 接触器的额定电压是指主触头的额定电压 应等于负载的额定电压 2 额定电流 接触器的额定电流是指主触头的额定电流 应等于或稍大于负载的额定电流 3 电磁线圈的额定电压 电磁线圈的额定电压等于控制回 路的电源电压 4 触头数

11、目 接触器的触头数目应能满足控制线路的要求 5 额定操作频率 接触器额定操作频率是指每小时接通次 数 1 3 1 3 继电器继电器 继电器主要用于控制与保护电路或作信 号转换用 当输入量变化到某一定值时 继电器动作 其触头接通或断开交 直流 小容量的控制回路 继电器的种类很多 常用的分类方法有 按用途分 有控制继电器和保护继电器 按动原理作分 有电磁式继电器 感应式 继电器 电动式继电器 电子式继电器和 热继电器 按输入信号的不同来分 有电压继电器 中间继电器 电流继电器 时间继电器 速度继电器等 1 3 1 1 3 1 电磁式继电器电磁式继电器 1 电磁式继电器的结构与工作原理 u 常用的电

12、磁式继 电器有电压继电器 中间继电器和电流继 电器 图1 12 电磁式继电器原理图 1 铁心 2 旋转棱角 3 释放弹簧 4 调节螺母 5 衔铁 6 动触头 7 静触头 8 非磁性垫片 9 线圈 图1 13 电磁式继电器图形 文字符号 1 3 1 1 3 1 电磁式继电器电磁式继电器 2 电磁式继电器的特性 当继电器输入量X由零增至X2以前 继电器输出量为零 当输入量增 加到X2时 继电器吸合 输出量为 y1 若X再增大 y1值保持不变 当X减小到X1时 继电器释放 输出 量由y1降到零 X再减小 y值均为 零 在图1 14中 X2称为继电器吸合 值 欲使继电器吸合 输入量必须 等于或大于X2

13、 X1称为继电器释放 值 欲使继电器释放 输入量必须 等于或小于X1 称为继电器的返回系数 它是继电器重要参数之一 图1 14 继电特性曲线 1 3 2 1 3 2 热继电器热继电器 热继电器是利用电流流过热元件时产生 的热量 使双金属片发生弯曲而推动执行 机构动作的一种保护电器 主要用于交流 电动机的过载保护 断相及电流不平衡运 动的保护及其他电器设备发热状态的控制 热继电器还常和交流接触器配合组成电 磁起动器 广泛用于三相异步电动机的长 期过载保护 在图1 15中发热元件1通电发热后 主双 金属片2受热向左弯曲 推动导板3向左推 动执行机构发生一定的运动 电流越大 执行机构的运动幅度也越大

14、 当电流大到 一定程度时 执行机构发生跃变 即触点 发生动作从而切断主电路 1 3 2 1 3 2 热继电器热继电器 图1 15 热继电器原理图 1 热元件 2 双金属片 3 导板 4 触头 图1 17 热继电器图形 文字符号 a 发热元件 b 常闭触点 1 3 3 1 3 3 时间继电器时间继电器 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 头的闭合或断开 的继电器 称为时间继 电器 时间继电器的延时方式有两种 通电延时 接受输入信号后延迟一定的时间 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

15、消失后 延迟一定的 时间 输出才复原 1 3 3 1 3 3 时间继电器时间继电器 空气阻尼式时间继电器 空气阻尼式时间继电器是利用空气阻尼 作用而达到延时的目的 它由电磁机构 延时机构和触头组成 空气阻尼式时间继电器的电磁机构有交 流 直流两种 延时方式有通电延时型和 断电延时型 改变电磁机构位置 将电磁 铁翻转1800安装 当动铁心 衔铁 位于 静铁心和延时机构之间位置时为通电延时 型 当静铁心位于动铁心和延时机构之间 位置时为断电延时型 JS7 A系列时间继电 器如图1 18所示 1 3 3 1 3 3 时间继电器时间继电器 图1 18 JS7 A系列时间继电器原理图 a 通电延时型 b

16、 断电延时形 1 线圈 2 铁心 3 衔铁 4 反力弹簧 5 推板 6 活塞杆 7 杠杆 8 塔形弹簧 9 弱弹簧 10 像皮膜 11 空气室壁 12 活塞 13 调节螺钉 14 进气孔 15 16 微动开关 1 3 3 1 3 3 时间继电器时间继电器 现以通电延时型为例说明其工作原理 当线圈1得电后 衔铁 动铁心 3吸合 活塞杆6在塔形弹簧8作用下带动 活塞12及橡皮膜10向上移动 橡皮膜下方空气室空气变 得稀薄形成负压 活塞杆只能缓慢移动 其移动速度由进 气孔气隙大小来决定 经一段延时后 活塞杆通过杠杆7 压动微动开关15 使其触头动作 起到通电延时作用 当线圈断电时 衔铁释放 橡皮膜下方空气室内的空气 通过活塞肩部所形成的单向阀迅速地排出 使活塞杆 杠 杆 微动开关等迅速复位 由线圈得电到触头动作的一段 时间即为时间继电器的延时时间 其大小可以通过调节螺 钉13调节进气孔气隙大小来改变 在线圈通电和断电时 微动开关16在推板5的作用下都 能瞬时动作 其触头即为时间继电器的瞬动触头 1 3 4 1 3 4 速度继电器速度继电器 速度继电器主要用于笼型异步电动机的 反接制动控制 也