现代电器及其应用技第六次课20101109-3.ppt

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1、课程任务要求,参考电子资料常用低压电器原理及其控制技术（没有该资料的同学可以发邮件到索要），认真完成课程任务。例如： 朱亚良，参考范围：2.6，第98112页 写一篇关于常用低压电器之继电器的课程论文，相关的PPT。13周周二晚（11月23号）之前发电子版（课程论文+ppt）到邮箱。同时，课程论文打印出来交B2-305，高老师！,第1章 常用低压电器,1.1 概述 1.2 低压开关与断路器 1.3 熔断器 1.4 接触器 1.5 继电器 1.6 主令电器 1.7 常用其它低压电器,接触器连锁正反转控制线路,M 3,L1,L2,L3,U11,U11,V11,W11,FU2,FU1,U12,V12

2、,W12,KM1,KM2,U13,V13,W13,U,V,W,PE,FR,FR,SB3,SB1,KM1,KM2,KM1,SB2,KM1,KM2,KM2,QF,自锁触头,互锁触头,Y换接启动控制电路,控制过程：,KM、KMY、KT线圈通电,定子绕组接成Y形,按下按钮SB1,延时一段时间,延时闭合的常开触头,延时断开的常闭触头,KT的常闭触头断开，KMY线圈断电，其定子绕组断开；然后KT的常开触头闭合，KM 线圈通电。,定子绕组接运行,返回,行程控制电路,自动往返运动：,1. 能正向运行也能 反向运行 2. 到位后能自动返 回,行程控制：,控制某些机械的行程，当运动部件到达一定行程位置时利用行程开

3、关进行控制。,STa,STb,1,2,按SBF时,(其常闭断开， 常开闭合),KMF断电,KMR通电,行程开关,自动往返运动：,挡块,STa,STb,画控制线路图： 1、一个接于市电的三相380伏三角形接法的鼠笼式感应电动机采用星形-三角形转换作降压起动，试画出用交流接触器、按钮、换接开关，时间继电器等电器元件组接成能自动转换，手动转换的星-三角起动控制原理图。 2、有一台接于市电的机床，主轴只有一个转向。要求在两个地方都能控制其停止和起动；要有点动；控制电压要求为127伏。试画出其控制原理图（注:用交流接触器，按钮等控制元件，熔断器，热继电器作保护元件）。 3、有一台接于市电的三相鼠笼式异步

4、电动机，要求可逆运行，试画出其控制原理图。（注：用交流接触器，按钮、熔断器、热继电器作保护元件）,电机的转速 :,异步名称的由来,如果,因为两者存在相对运动，即,同步转速（旋转磁场的转速） :,返回,转差率 s ：,异步电机运行中:,转差率为同步转速和电动机转速之差。即：,所以，电动机转速与同步转速比较接近。,转速 n ：,返回,极对数 P：,即：,定子每相绕组只有一个线圈,定子铁心只有6个槽,合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。,返回,合成磁场具有两对磁极,每相绕组有两个线圈串联,返回,当P=1时，i 变化一次（一个周期）， n0在空间转过一圈。 i每秒变化f1次, n0在空间转过f1圈,

5、i每分钟变化60f1次,n0在空间转过60f1 圈,即旋转磁场每分钟的转速为,同步转速n0 ：,返回,当P=2时，i 变化一次（一个周期），n0在空间转过半圈,比P=1时慢了一半。即旋转磁场每分钟的转速为,返回,同理，当P=3时，i 变化一次（一个周期）， 旋转磁场每分钟的转速为,由此推出：当旋转磁场具有P对极时，其同步转速为,返回,三相异步电动机的同步转速,返回,转子中各个载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力所形成的转矩总和。,常数,每极磁通,转子电流,转子电路的,返回,得到转矩公式,转矩正比于电源电压的平方，即转矩受电源电压的影响很大。,返回,由转矩公式,机械特性：,返回,1. 额定转矩

6、,电动机带动额定负载时，转轴上输出的转矩。,额定转矩计算公式：,返回,电动机一般工作在特性曲线的ab段，电动机发出的转矩自动随负载的变化进行调整，满足负载的需要。,自动调整过程：,电动机稳定工作在特性曲线上的 点，在新的工作状态下，电动机的转速降低了，转子电流和定子电流都增大了。,返回,电机带动最大负载的能力。,最大转矩也受电源电压的影响。,返回,最大转矩受电源电压的影响：,在负载转矩不变的情况下，当电源电压降低时，最大转矩下降很多，电机工作在特性2，此时电机的转速降低、定子电流增大，造成电机过热。,返回,如果负载转矩超过最大转矩时，电机将会因带不动负载而停转，出现闷车情况，时间长了就会烧坏电

7、机。所以，bc段是不稳定区域。,电机的过载系数：,三相异步机,返回,电机起动时的转矩。,n0,T,n,其中,返回,1. 型号 Y 132M4,2.电压和接法,额定电压UN：是额定情况下定子绕组应加的额定 线电压。一般额定线电压为380V。,例如380/220 Y/是指：线电压为380V时采用Y接法；线电压为220V时采用接法。,定子绕组的接法：星形和角形。,返回,表示角形接法下，电机的线电流为15.4A，相电流为8.89A；星形接法时线、相电流均为8.89A。,其中,返回,4. 额定功率、效率和功率因数 额定效率 ：是指电机在额定运行时与轴上 输出的功率之比。,额定功率因数 ：是指定子绕组相电

8、压 与相电流之间的相位差。,5. 额定转速nN :是指电机在额定运行时的转速。,6. 绝缘等级: 是指电机使用的绝缘材料的等级。 不同等级的绝缘材料能允许不同的 极限温度。,返回,三相异步电动机启动时间虽短，但启动电流很大。中小型笼式电机起动电流为额定电流的5 7 倍。,启动电流大的原因：起动时 n = 0，转子导体切割 磁力线速度很大。,返回,对电动机的影响：频繁启动造成热量的积累，导致 电机过热；大电流使电网电压降 低，影响其他负载工作。,三相笼式异步电动机的启动方法：,1. 直接启动 二三十千瓦以下的异步电动机一般采用直接启动。,2. 降压启动,Y 换接启动、自耦降压启动、软启动。,返回

9、,2. 降压启动,（1）Y 换接启动,Y 换接启动的方法只适合角形接法的电机。,启动时，电机接成星形；启动完毕后，电机自动接成角形。,Y启动时：,启动时：,Y启动电流是启动电流的三分之一。,返回,（2）自耦变压器降压启动,启动时，开关S2自动接到启动位置，启动完毕后，开关S2自动接到运转位置。,此启动方法适合星形接法的三相笼型电动机。,返回,自动对调电动机定子绕阻接在三相电源的任意两相即可反转。,返回,1. 变极调速（有级调速）,2. 变频调速（无级调速）,调速方法：,变极调速就是调磁极对数。一般电机的磁极 对数是固定的，所以这种调速范围窄。,变频调速目前广泛使用，调速范围宽。,返回,变频调速

10、就是在电源与电动机定子之间接入一个变频装置即可实现无级调速。,变频器,返回,1. 能耗制动,制动方法：,能耗制动就是电动机断开三相电源的同时接入直流电源。,直流电源产生直流磁场，此磁场与转子电流相互作用产生与原来转矩相反的制动转矩，使电机快速停下来。,返回,2. 反接制动,反接制动就是电动机工作时，定子绕组接电源三根线的顺序是ABC，断开时定子绕组接电源三根线的顺序是ACB。,ACB顺序接线，在定子铁心中产生反向的旋转磁场，产生相反的制动转矩，使电机快速停下来。,返回,第2章 国外最新低压电器简介,2.1 接近开关 2.2 电子式软起动器 2.3 可编程通用逻辑控制继电器 2.4 固体继电器,

11、2.1 接近开关 又称无触点行程开关 功能：当某种物体与之接近到一定的距离时就发出动作信号，而不像机械行程开关那样需要施加机械力 。 接 近 开 关 的 种 类 接近开关的种类很多，主要有电感式、电容式、霍尔式、遥测遥感式、红外线感测式、超声波式等各种类型。 接近开关是由工作电源、信号发生器(感测机构)、振荡器、检波器、鉴幅器和输出电路等基本部份组成。感测机构的作用是将物理量变换成电量，再通过输出电路实现由非电量向电量的转换。,接近开关的特点及应用 接近开关是一种开关型传感器。它既有行程开关、微动开关的特性，同时又具有传感器的性能，且动作可靠、性能稳定、频率响应快、使用寿命长，抗干扰能力强；而

12、且具有防水、防震、耐腐蚀等特点。它不但有行程控制方式，而且根据其特点，还可以用于计数、测速、零件尺寸检测、金属和非金属的探测，液面控制等电与非电量检测的自动化系统中；还可以同微机或者其他逻辑元件配合使用，组成无触点控制系统。,常见接近开关的型号说明,接近开关图形符号与文字符号,光电式接近开关 工作原理： 利用物质对光束的遮蔽、吸收或反射等作用，对物体的位置进行检测。 光电式接近开关是一种新兴的控制开关。在光电式接近开关中最重要的是光电器件，是把光照强弱的变化转换为电信号的传感元件。 光电器件主要有发光二极管、光敏电阻、光电晶体管、光电藕合器等，它们构成了光电开关的传感系统。,光电式接近开关的作

13、用 光电式接近开关能非接触、无损伤地检测各种固体、液体、透明体、烟雾等。它具有体积小、功能多、寿命长、功耗低、精度高、响应速度快、检测距离远和抗光、电、磁干扰性能好等优点。它广泛应用于各种生产设备中作为物体检测、液位检测、行程控制、速度监测、自动门、人体接近开关和防盗警戒等，成为自动控制系统和生产线中不可缺少的重要元件。,光 电 式接近开 关 实 物 图 片,电容式接近开关 原理框图,电容式接近开关工作原理,测量头构成电容器的一个极板，另一个极板是物体本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化.由此便可控制开关的接通和关断;接近开关的

14、检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体。,电容式接近开关在物位测量控制中的使用演示,超声波式接近开关工作原理： 开关以一定周期发送超声波脉冲，这些脉冲信号像声音一样会被物体反射回来，开关捕捉到回波并将它转换成一个输出信号。通过发射时间与接收到的反射信号时间的比较，可以确定物体到开关的距离。 电感式接近开关工作原理： 电感式接近开关接近信号的发生机构实际上是一个LC振荡器，其中L是感辩头。当金属物体接近感辩头时，在金属物体中将产生涡流，由于涡流的去磁作用使感辩头的等效参数发生变化，改变振荡回路的谐振阻抗和谐振频率，使振荡减振并以此发出接近信号。,电感式接近开关原理框图,接近开关

15、技术指标： 动作距离 大多数接近开关的动作距离是指开关刚好动作时感辨头与检测体之间的距离。以能量束为原理（光及超声波）的接近开关的动作距离则是指发送器与接收器之间的距离。 重复精度 在常温和额定电压下连续进行10次实验，取其中最大或最小值与10次实验平均值之差作为接近开关的重复精度。 操作频率 每秒最高操作次数。,国外接近开关产品简介 Siemens（西门子公司）生产的3RG4、3RG6、3RG7和3RG16系列接近开关 3RG4系列是电感式接近开关，具有可靠、快速地检测金属物体、特别高的开关精度和操作频率以及使用寿命长等特点。 3RG6系列是超声波式接近开关，在0.06m到10m的范围内可达

16、到毫米级的精度。 3RG7系列是光电式接近开关，它利用可见光，红外线或激光束工作，同其他接近开关一样，因没有电器或机械触点而造成的任何机械磨损，且在很远的距离上它们依然能够高速的反应，精确地开关至需要的开关点上，因此成为可应用在几乎任何工业领域的多面手。,3RG16系列接近开关是电容式接近开关，该系列开关可用于检测任何物质。尤其适合非金属物质如玻璃、陶瓷、塑料、木材、油料、水和纸张等的检测。常用于金属处理和制瓶工艺的自动化监测以及所有日用消费品的计数、测量等。 Omron（欧姆龙公司）生产的新型E2E系列圆柱型接近开关 新型E2E系列圆柱型接近开关是欧姆龙公司在原生产的TL-X和E2E两个系列

17、接近开关的基础上生产的新产品，它同时兼容原TL-X和E2E两个系列的特点，适用范围更广。 该系列的主要特点是：品种齐全，可根据不同用途和目的任意选择；具有夜光显示，提高了指示灯的客观性；检测面采用防油材料，使用环境更广。,2.2 电子式软起动器,德国西门子3RW系列电子式软起动器实物外形图,1、工作原理 软起动器的主要电路如图示。它将电力电子技术与自动控制技术相结合(近年来,则结合了计算机技术),用三组反并联晶闸管串接于供电电源与被控电机之间。起动时,由电子电路控制晶闸管的导通角,使电机的端电压逐渐增大,直至全电压,使电机实现无冲击软起动。停机时,则控制晶闸管的关断速度,使电机的端电压由全电压

18、逐渐下降至零,实现软停车。,软起动主电路示意图,2、软起动的特性 异步电机在起动时,如果施加额定电压,那么起动电流将达到710Ie。除了小型电机外,一般都采用降压起动的方式。传统的方式有Y-起动,串电抗器降压起动,自耦变压器降压起动、延边三角形起动,上述种种方式,在起动过程中,都有一个线圈电压切换过程,因而对电网存在“两次冲击”,见图示。软起动器则不存在该现象。,传统起动对电网的影响示意图,软起动器的特点: (1)起动电流以一定的斜率上升至设定值,对电网无冲击。 (2)起动过程中引入电流负反馈,起动电流至设定值后,即维持恒定值,使电机起动平稳。 (3)不受电网电压波动的影响,由于软起动以电流为

19、设定值,电网电压上下波动时,通过增减晶闸管的导通角,调节电机的端电压,仍可维持起动电流恒值,保证电机正常起动。 (4)针对不同负载对电机的要求,可以无级调整起动电流设定值,改变电机起动时间,实现最佳起动时间控制见图示。,软起动的限流和时间示意图,4、软停车 停机时,控制晶闸管导通角以一定的斜率减小,使电机端电压逐渐下降至零,减缓了电机停车时对机械负载的冲击。下降斜率无级可调见图示,还可根据需要引入电流负反馈。目前比较常见的软停车时间范围在0600min。,软停车示意图,在泵类负载系统中,例如,大楼水泵、大型雨水泵站、污水泵站,电动机直接停车时,在有压管路中,由于流体的运动速度发生急剧变化,引起

20、动量急剧变化,管路中出现水击现象,对管道、阀门与泵形成很大的冲击,此即“水锤”效应。严重时,会对大楼产生很大的震撼与巨响,甚至造成管道与阀门的损坏。 采用软停车,停车时软起动器由大到小逐渐减小晶闸管的导通角,使被控电机的端电压缓缓下降,电机转速有一个逐渐降低的过程,这样就避免了管路里流体动量的急剧变化,抑制了“水锤”效应。,5、软起动器的应用 (1)将断路器,软起动器,旁路接触器和控制电路组成电动机控制中心(MCC)。见图示。 特点: 在起动和停车阶段,晶闸管投入工作,实现软起动、软停车。起动结束,旁路接触器合闸,将晶闸管短接,电机按受全电压,投入正常运行。此种组合的优点是:运行期间,电机直接

21、与电网相连,无谐波;旁路接触器还可以作为一种备用手段,紧急关头或晶闸管故障时,使电机投入直接起动,增加了运行的可靠性。应用场合:绝大多数工况适用。,MCC原理示意图,(2)节能运行。该模式与上面的MCC相比,少了一个旁路接触器。起动结束后,被控电机仍通过晶闸管供电。这样,运行期间可以通过检测电机的功率因数与负载的大小,控制晶闸管的导通角调节电机的端电压,对电机实施降压节能运行。应用场合:切割机、剪切机等负载变化明显或负载周期变化的场合。缺点:由于实行晶闸管移相控制,会对电网产生谐波分量,应用时需注意抑制谐波的问题。,(3)正反转无触点电子开关。软起动器串接于供电电源与被控电机之间,当晶闸管全导

22、通时,电机得到全电压,晶闸管关断时,电机被切断电源。其作用类似于一个无触点电子开关。如果再增加二组反并联晶闸管,组成如图9的电路。当A1、B1、C1三组晶闸管投入运行时,三相电源L1、L2、L3与电机的U、V、W端相连,电机顺时针旋转,那么当A2、B1、C2三组晶闸管投入运行时,由于电机输入反相序电源而逆时针旋转。交替的使上述二套晶闸管配置投入运行,即可实现被控电机的正反转运行。由于不使用接触器切换电源,故设备可靠性很高。应用场合:需要频繁正反转的金属型材轧制机构。,正反转无触点电子开关示意图,电子式软起动器用途和优点,软起动器的典型用途 用于三相交流感应电动机来驱动的鼓风机、泵和压缩机的软起

23、动和软制动 用于控制带有变速机构、皮带或链带传动装置的设备 软起动器应用于传动系统时具有的优点 提高机械传动元件的使用寿命 起动电流小，从而使供电电源减轻峰值电流负载 平稳的负载加速度可防止生产事故或产品的损坏,2.3可编程通用逻辑控制继电器,可编程通用逻辑继电器特点 编程操作简单 编程语言简单、易懂 参数显示、设置方便 输出能力大 通信功能,基于LOGO可编程通用逻辑控制继电器基本功能,LOGO是德国西门子公司的可编程通用逻辑控制继电器系列产品，具有29种基本功能和特殊功能供编程（将控制线路转换为LOGO程序）使用。 基本指令： AND（与） AND带RLO边缘检查 NAND（与非） NAN

24、D带RLO边缘检查 OR（或） NOR（或非） XOR（异或） NOT（非、反相器）,基于LOGO可编程通用逻辑控制继电器特殊功能,接通延时 断开延时 通/断延时 保持接通延时继电器 RS触发器 脉冲触发器 脉冲继电器/脉冲输出 边缘触发延时继电器 时钟 日历触发开关 ,3.4 固体继电器,固体继电器（Solid State Relay)简称SSR，是利用现代微电子技术与电力电子技术相结合而发展起来的一种新型无触点电子开关器件。它可以实现用微弱的控制信号(几毫安到几十毫安)控制0.1A直至几百A电流负载，进行无触点接通或分断。 固体继电器是一种四端器件，两个输入端，两个输出端。输入端接控制信号

25、，输出端与负载、电源串联，SSR实际是一个受控的电力电子开关，其等效电路如图。,固体继电器JCX-1556F外形图,固体继电器特点 控制功率小 可靠性高 抗干扰能力强 动作快 寿命长 能承受的浪涌电流大 对电源电压的适应范围广 耐压水平高,固体继电器工作原理,固体继电器与通常的电磁继电器不同：无触点、输入电路与输出电路之间光(电)隔离、由分立元件半导体微电子电路芯片和电力电子器件组装而成，以阻燃型环氧树脂为原料，采用灌封技术持其封闭在外壳中、使与外界隔离，具有良好的耐压、防腐、防潮抗震动性能。 固体继电器由输入电路、驱动电路和输出电路三部分组成。 这里仅以应用较多的交流过零型固体继电器为例，介

26、绍其工作原理。该电路采用了过零触发技术，具有电压过零时开启，负载电流过零时关断的特性，在负载上可以得到一个完整的正弦波形，因此电路的射频干扰很小。,该电路由信号输人电路、零电压检测控制电路、工作指示电路、双向晶闸管控制电路和吸收电路几部分组成。采用了光电耦合器GD作为输入电路和输出电路之间的隔离元件，VD是防止Vin正负接反烧坏GD。,电路工作过程：当无输入信号时，GD中的光敏三极管截止，VT1是交流电压零点检测器，通过R3获得基极电流而饱和导通，将VTH的门极箝在低电位而处于关断状态。当有输人信号时，光敏三极管导通，此时VTH的状态由VT1决定，如此电源电压大于过零电压时，分压器R3、R2的

27、分压点P电压大于VBE1，VT1饱和导通，SCR门极因箝位在低电位而截止，TR的门极因没有触发脉冲而处于关断状态。只有当电源电压小于过零电压，P点电压小于VBE1时G1截止，SCR门极获得触发信号而导通。在TR的门极获得触发脉冲，TR就导通从而接通负载电源。 当输入信号关断后GD中的光敏三极管截止， G1饱和导通使SCR门极箝位在低电位而关断，但是此时TR仍保持导通状态，负载上仍有电流流过，直到负载电流随VAC减小到小于双向晶闸管TR的维持电流后才会自行关断，切断负载电源。,欧姆龙公司固体继电器产品简介,G3NA 特点：多输入标准固体继电器；提供端子保护盖。 G3PA(-VD) 特点：单块构造

28、，带散热器；亚小型；薄型固体继电器；可更换电源筒。 G3F/G3FD 与欧姆龙的MY继电器兼容。 G3H/G3HD 与欧姆龙的LY继电器兼容。 G3J-S 可以软起动；可以与一个热过载继电器安装在一起。,画控制线路图： 1、一个接于市电的三相380伏三角形接法的鼠笼式感应电动机采用星形-三角形转换作降压起动，试画出用交流接触器、按钮、换接开关，时间继电器等电器元件组接成能自动转换，手动转换的星-三角起动控制原理图。 2、有一台接于市电的机床，主轴只有一个转向。要求在两个地方都能控制其停止和起动；要有点动；控制电压要求为127伏。试画出其控制原理图（注:用交流接触器，按钮等控制元件，熔断器，热继电器作保护元件）。 3、有一台接于市电的三相鼠笼式异步电动机，要求可逆运行，试画出其控制原理图。（注：用交流接触器，按钮、熔断器、热继电器作保护元件）,