第1章低压电器基本原理.ppt

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1、南阳理工学院,电子与电气工程系 电气教研室,电,气,控,制,工,厂,技,术,工厂电气控制技术,个人资料,熟悉常用控制电器的结构原理、用途、型号及选用方法,掌握电气控制系统的分析与设计方法,主干课.学科基础课.专业方向限定选修课。,本课程性质与目的,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,第1章 常用低压控制电器,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,电气是：以电能、电气设备和电气技术为手段来创

2、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,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,为什么电压直流1500，交流1200？,1.1.2 低压电器的分类,1.1.3 低压电器的组成,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,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,电磁机构,交流电磁机构,直流电磁机构

3、,异同 ？,vs,vs,电磁机构,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。,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0.251 A，电压1220 V,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,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。,栅片灭弧,灭弧方法,栅片彼此绝缘，片间距离23 mm。,栅片具有冷却作

4、用，能导出电弧的热量。,弧要重燃，两栅片间要有150250V压降。,交流电压过零时，电弧自然熄灭。,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。,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,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

5、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：,式中， 0 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； 0空气隙厚度。,麦克斯韦公式,直流电磁铁的电磁吸力,直流电磁铁的吸力特性,直流电磁铁的电磁吸力,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,直流线圈并联放电电路,直流电磁铁的电磁吸力,交流电磁铁的电磁吸力：,交流电磁机构的电磁吸力,交流电磁铁吸力的变化情况,交流电磁机构的电磁吸力,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,磁通不同时

6、为零,短路环,交流电磁机构的电磁吸力,1.1.5 低压电器的性能指标,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,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

7、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,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,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

8、。 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,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,补充文字符号原则：,2.文字符号,补充文字符号原则：,1.1.6 电气控制技术中常用的图形和文字符号,GB/T 4728.11985电气图用图形符号总则 GB/T 4728.2-131996-2000电气简图用图形符号 GB/T5094-85， 电气技术中的项目代号 GB/T6988.1-41997-200

9、2 电气技术用文件的编制 GB/T6988.61993 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,1.1.8 电气图的分类和作用,1.1.8 电气图的分类与作用,1.主电路、控制电路和信号电路应分开绘出。,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。,3.主电路的电源电路一般绘制成水平线。,D,6,5,详细绘制出电器元件安装位置。,三相鼠笼异步电动机单向运行控制线路安装图,1.2 接触器（Contactor）,实物图,结构及工作原理,灭弧装置,1.2 接触器（Contact

10、or）,1.2 接触器（Contactor）,结构及工作原理,图形符号和文字符号,1.2 接触器（Contactor）,主要性能指标,额定电压,额定电流,吸引线圈额定电压,1.2 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,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）,若电动机的参数如下:Pn=2.2Kw,In=4A,Un=380V.Y接法.控制

11、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 ）,1.3 继电器（relay）,实物图,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

12、分：瞬时继电器、延时继电器,1.3 继电器（relay）,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。,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,一）电压继电器,图形符号和文字符号,一）电压继电器,定义：触点的动作与线圈电流

13、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,图形符号和文字符号,二）电流继电器,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,图形符号和文字符号,中间继电器,三）中间继电器,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。,四）热继电器,图形符号和文字符号,（a）热元件,（b）常闭触点,四）热继电器,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

14、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,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,五）时间继电器,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

15、失后，延时一定的时间才复原。,五）时间继电器,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,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：,六）速度继电器,图形符号和文字符号,a）转子 b）常开触点 c）常闭触点,六）速度继电器,1.4 熔断器（fuse）,作用：短路和严重过载保护 应用：串接于被保

16、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。,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）,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（f

17、use）,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）,高压跌落式熔断器工作过程,1.4 熔断器（fuse）,选用原则,1.4 熔断器（fuse）,实物图,1.5.1 低压断路器,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,1.5.1 低压断路器,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,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

18、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,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,1.5.2 刀开关,实物图,图形符号和文字符号,1.5.2 刀开关,1.额定绝缘电压和额

19、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,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,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

20、类：控制按钮/万能转换开关/主令控制器/行程开关/接近 开关。,-控制按钮,1.6.1 主令电器,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,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,-控制按钮,1.6.1 主令电器,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

21、制小容量的电动机。 结构：操作机构、定位装置、触点,SA,SA,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,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,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,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,行程开关的选择：,根据使用场合确定行程开关的类型； 根据行程开关的用

22、途选择行程开关触点的类型和数量； 根据行程开关所控制的电路的电压和电流选择行程开关的额定电压和额定电流。,1.6.3 主令电器,-限位开关,1.6.4 现代低压电器,接近开关,接近开关,1.6.4 现代低压电器,接近开关,1.6.4 现代低压电器,接近开关,1.6.4 现代低压电器,接近开关的图形符号和文字符号,接近开关,1.6.4 现代低压电器,变送器,类型：,定义:,组成: 测量部分、放大器、反馈部分,变换成控制器或控制系统能够使用的统一标准的,电压(1-5V）或电流（4-20mA）信号。,把各种工艺变量（压力、温度、 流量、等信号,压力检测及变送器 流量检测及变送器 温度检测及变送器,1

23、.6.4 现代低压电器,变送器的图形符号和文字符号,变送器,1.6.4 现代低压电器,电子时间继电器,1.6.4 现代低压电器,固态继电器,1.6.4 现代低压电器,固体继电器的工作原理框图 (a) 直流固体继电器；(b) 交流固体继电器,1.6.4 现代低压电器,本章小结,1低压电器的定义（直流1500V，交流1200V）、低压电器的基本结构（电磁机构、触点系统）以及灭弧方法（桥式结构双断口灭弧、栅片灭弧、窄缝灭弧，磁吹灭弧等）。,2直流电磁机构和交流电磁机构的差异（结构、使用场合）,3低压电器的性能指标（额定电压、额定电流、电气寿命、机械寿命、分断能力）,4电气图中符号的构成（图形符号，文字符号）,5电气图的构成（电气原理图、电气布置图、电气接线图）以及绘图识图原则,在本章，我们学了：,6接触器、继电器、熔断器、断路器、主令电器的工作原理/图形符号/文字符号/选用原则。,7常用现代低压电器。,作业和思考题,本章结束,