现代电气控制第一章(XXXX)

第1章常用低压电器1.1常用低压控制电器的定义及分类1.2电磁式控制电器的结构与基本原理1.3接触器1.4继电器1.5主令电器1.6低压开关、熔断器和低压断路器常用低压电器的工作原理和用途重点：1.1常用低压电器的定义及分类一.电器的定义一种能根据外界的信号和要求，手动和自动地通断电路，断续或连续地改变电路参数，以实现电路或非电对象的切换、控制、检测、保护、变换和调节作用的电工器械。二.电器的分类按工作原理分：手动操作电器、自动化控制电器按电压等级分：高压电器、低压电器(AC1200V、DC1500V)按有无触点分：有触点电器、无触点电器按使用系统分：电力拖动自动控制系统用电器电力系统用电器……常用低压电器：接触器：交流接触器、直流接触器继电器：电磁式继电器(电压继电器、电流继电器)时间继电器(空气阻尼式、晶体管式等)信号继电器(速度继电器、温度继电器、液位继电器、干簧继电器等)中间继电器、固态继电器、热继电器等保护电器：熔断器(管式、螺旋塞式、快速式等)低压断路器主令电器：按钮、刀闸开关、万能转向开关行程开关(直动式、滚动式、微动式)……配电&控制柜1.2电磁式控制电器的结构与基本原理电磁式控制电器：采用电磁原理实现控制功能的电器。结构主要由触点、灭弧装置和电磁机构组成。一.触点触点是电磁式控制电器的执行部件。该类电器通过触点的动作接通或断开被控制的电路。按触点所控制的电路分：主触点、辅助触点按触点的原始状态分：常开触点、常闭触点按触点的接触形式分：点接触、线接触、面接触按触点的结构形式分：单断点指形触点、双断点桥式触点二.灭弧装置1.电弧的产生一种气体放电现象。当触点断开瞬间，由于极小的触点间距和极大的电场强度，触点间产生大量的带电粒子，形成炙热的电子流，产生弧光放电形成电弧。2.电弧的危害防碍电路正常分断、严重腐蚀触点3.灭弧原则设法降低电弧区温度和电场强度常用的方法有：拉长电弧、切断或分割电弧4.常用的灭弧装置多断点灭弧：适用于交流继电器和小电流接触器。磁吹式灭弧：利用电弧电流本身灭弧，电弧电流越大，吹弧能力越强，且不受电路电流方向影响。适用于直流接触器中。灭弧栅：利用镀铜薄钢片组成的栅片隔弧、降温。常用的交流灭弧装置。灭弧罩：用陶土、石棉水泥或耐弧塑料制成。起隔弧、降温功能。适用于交流和直流电弧。三.电磁机构电磁机构是电磁式接触器和继电器的感测部分。它将电磁能转换为机械能，带动静触点使之闭合和断开。电磁机构由激磁线圈、铁心和衔铁等几部分组成。电磁机构按流过激磁线圈的电流种类分为：交流线圈和直流线圈。由此电磁式控制电器也分为交流和直流两类。它们都利用电磁铁的原理制成。交流激磁线圈中产生的交变磁通穿过铁心时，将产生涡流和磁滞损耗，使铁心发热；为减少铁心发热，交流电磁式控制电器的铁心用硅钢片冲压而成。直流电磁式控制电器的铁心不会产生涡流和磁滞损耗，铁心不会发热；因此直流电磁式控制电器的铁心由整块钢材制成。电磁机构的吸力特性和反力特性1.吸力特性电磁机构使衔铁吸合的力F与气隙δ的关系曲线。电磁吸力近似表达式：F=4×105B2S当S一定时：F∝B2∝φ2。寻找φ与δ的关系。(1)直流电磁机构的吸力特性I=f（δ）F=f（δ）FIδ1δ2δφ＝I×N/RmI×N：磁势Rm：磁阻Rm∝δ直流电磁线圈电流决定于线圈电压U和线圈电阻R。当U和R一定时：φ＝I×N/Rm∝1/Rm→F∝φ2∝1/Rm2∝1/δ2吸力F与气隙δ2成反比。(2)交流电磁机构的吸力特性交流电磁线圈电流决定于线圈电压U和线圈电抗。电阻可忽略不计。在交流电磁线圈中U≈E=4.44fφN→φ＝U/4.44fNI=f（δ）F=f（δ）δ2δ1FIδ1δ2δ当U、f、N一定时,φ一定，F一定。即：吸力F与气隙δ大小无关。考虑漏磁，F随δ减小略有增加。同时：φ一定，φ∝I×N/δ→I∝δ可靠性要求高或频繁动作控制系统采用直流电磁机构而不采用交流电磁机构。2.反力特性电磁机构使衔铁释放的力F反与气隙δ的关系曲线。反力通常由弹簧力、衔铁自身重量和摩擦力构成。12δ2δ1Fδ1δ2δ34吸力特性与反力特性的配合：a.整个吸合过程中，吸力＞反力b.但不能过大或过小过大：……过小：……3.单相交流电磁机构上短路环的作用衔铁铁芯线圈短路环φ′φ1f1ωtφ,f0f2f1+f2iφ2i′φ′f2φ1f1i′是φ2产生的感应电流φ′是i′产生的感应磁通F=F1+F2＞F反1.3接触器接触器是用来接通和切断电动机主电路或其它负载电路的一种电磁式控制电器。一.作用与分类接触器按其主触点通断电流的种类不同分为：交流接触器和直流接触器。二.结构触点系统：主触点、辅助触点常开触点（动合触点）常闭触点（动断触点）电磁系统：动、静铁芯，吸引线圈和反作用弹簧灭弧系统：灭弧罩及灭弧栅片灭弧交流接触器结构图绝缘支架静铁芯线圈灭弧罩主触点动铁芯辅助常开触点辅助常闭触点三.工作原理接触器激磁线圈通电后，衔铁气隙处产生吸力，在衔铁的带动下，主触点闭合，接通主电路。同时衔铁还带动辅助触点，产生相应的动作。当线圈断电，吸力消失，衔铁在反力作用下释放，主(辅助)触点恢复初始状态。四.接触器的主要技术参数、符号和选用原则1.主要技术参数a.额定电压：主触点的额定电压交流接触器：127、220、380、500V直流接触器：110、220、440、660Vb.额定电流：主触点的额定电流交流接触器：5、10、20、40、60、100、150、250、400、600A直流接触器：40、80、100、150、250、400、600Ac.激磁线圈的额定电压：交流接触器：36、110（127）、220、380V直流接触器：24、48、220、440Vd.额定操作频率：每小时接通次数e.触头数目:f.机械寿命和电气寿命:无载/有载操作次数g.接通和分断能力（使用类别）:2.接触器符号激磁线圈常开触点常闭触点3.选用原则根据主电路电流种类确定选择交流接触器还是直流接触器。根据接触器所控制负载的工作任务来选择相应使用类别的接触器。（如：AC-3,AC-4)根据负载功率和操作情况来确定接触器主触头的电流等级。根据接触器主触头接通与分断主电路电压等级来决定接触器的额定电压。接触器线圈额定电压必须与接入此线圈的控制电路的额定电压相等，一般交流负载用交流接触器，直流负载用直流接触器，但对于频繁动作的交流负载，可选用带直流电磁线圈的交流接触器。接触器的触头数目和种类应能满足主电路和控制电路的要求。小技巧1.4继电器一.继电器的作用与分类一种利用各种物理量的变化，将电量或非电量信号转化为电磁力或使输出状态发生阶跃变化，从而通过其触点或突变量促使在同一电路或另一电路中的其他器件或装置动作的一种控制元件。它用于各种控制电路中进行信号传递、放大、转换、联锁等，控制主电路和辅助电路中的器件或设备按预定的动作程序进行工作，实现自动控制和保护的目的。按输入量的物理性质：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、压力继电器等；按动作原理：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：瞬时继电器（快速、一般）、延时继电器；按执行环节作用原理：有触点继电器、无触点继电器；二.继电器的输入－输出特性(继电特性)特性曲线为跳跃式的回环特性。Xc:继电器吸合值；Xf:继电器释放值Kf=Xf/Xc继电器的返回系数继电器返回系数Kf一般在0.1～0.4之间继电器的吸合时间和释放时间：影响继电器的操作频率一般继电器的吸合时间与释放时间为0.05～0.15s三.电磁式继电器电压继电器、电流继电器、中间继电器1.电磁式继电器结构和工作原理：无灭弧装置a)线圈一般符号b)过电流、欠电流继电器线圈c)过电压、欠电压继电器线圈d)常开、常闭触头2.电压继电器反映电压信号。使用时，激磁线圈与负载并联，匝数多而线径细。常有欠(零)压继电器、过压继电器。3.电流继电器反映电流信号。使用时，激磁线圈与负载串联，匝数少而线径粗。常有欠流继电器、过流继电器。4.中间继电器实质上式一种电压继电器。特点是触头数目较多，电流容量可增大，起到中间放大（触头数目和电流容量）作用。电流继电器电压继电器中间继电器四.干簧继电器干簧管：导磁簧片封装在充有水银或惰性气体的玻璃管。利用线圈产生的磁场驱动继电器动作，接通电路。磁场消失后，簧片靠自身弹力分开。特点：灵敏、小巧、耐用。可方便反映电压、电流、功率等各种物理量，特别适用于电子电路。1-舌簧片2-线圈3-玻璃管4-骨架a)常开触头b)常闭触头五.时间继电器获得输入信号后，执行元件要延时一段时间才动作的一种继电器。常有空气阻尼式、电动机式和晶体管式等。通电延时：常开触点延时闭合、常闭触点延时断开断电延时：常开触点延时断开、常闭触点延时闭合时间继电器符号注：图符中的限定符号/不可忽略或省略，圆弧开口方向，即为触点延时后的动作方向。空气阻尼式时间继电器：气囊式时间继电器。延时范围较宽。电动机时间继电器：继电器内的同步电动机通电后，通过减速齿轮带动动触点经约定延时与静触点闭合。延时范围宽。电子（晶体管）式时间继电器：利用电容对电压变化的阻尼作用来延时。体积小、功率小、精度高、延时范围宽、调节范围宽。基本原理：电源E通过R对C充电，Uc按指数规律上升。当Uc上升到门限电压Ud时，继电器动作。延时时间由充电时间常数RC、E、Ud及电容初始电压UC0决定。数字式时间继电器：计数继电器时控开关六.速度继电器一种按速度原则动作的继电器。主要应用于三相笼型异步电动机的反接制动中，又称为反接制动继电器。结构：主要由定子(硅钢片冲压而成并装有笼型绕组)、转子(永久磁铁)和触点组成。原理：速度继电器轴与电动机同轴，电动机转动时，同轴转动的转子产生旋转磁场。定子内笼型绕组切割磁力线产生感应电动势和电流，该电流与旋转磁场作用产生电磁转矩，使定子随旋转方向偏摆。转速越大，转矩越大，偏摆越大。通过定子柄拨动触点，使继电器动作。电动机转速下降接近零速时，触点在簧片作用下复位。1-转子2-转轴3-定子4-绕组5-定子柄6-静触点7-动触点8-簧片七.热继电器一种利用电流的热效应原理工作的继电器。主要应用于三相笼型异步电动机的长期过载保护中。非短路保护。电动机的过载问题：短时过载、长期过载。结构：主要由热元件、双金属片和触点组成。1-1.接线端子2-主双金属片3-热元件4-推动导板5-补偿双金属片6-常闭触头7-常开触头8-复位调节螺钉9-动触头10-复位按钮11-偏心轮12-支撑件13-弹簧BBBBBBBB三相异步电动机在使用中断相占其损坏的70%以上造成断相运行的原因：熔断器一相熔断；电源引线或电动机绕组一相断线；电动机绕组引出线与电源端子接触不良；隔离开关、熔断器、断路器或接触器的一相触点接触不良；①Y接法∵UL=√3UPIL=IPⅰ正常情况下ZA=ZB=ZC=ZUAB=UBC=UCA=ULIA=IB=IC=IP=IL∴P=3UPIPCosφ=√3ULILCosφ断相保护分析ZBULULIAIBICABZACZCFRⅱ故障情况下，设UB=0，那么即：P′=ULI′Cosφ′ZBAZACZCFRULI′ULZA+ZCI′=若断相前后，功率保持不变，则有：P=P′即：√3ULILCosφ=ULI′Cosφ′I′＝ILCosφCosφ′√3则：结论：Y接法三相交流电机运行中发生断相事故时，在功率不变条件下，另外两相绕组中流过的线电流I′是正常线电流IL的K倍，且K＞1.732。由于Y接法时，IL=IP，因而，过载的相电流可以准确的反映在线电流上，因此，对Y接法交流异步电机，无论采用三相或两相的热继电器，均可实现断相保护。②Δ接法∵UL=UPIL=√3IPⅰ正常情况下ZA=ZB=ZC=ZUAB=UBC=UCA=UL=UPIA=IB=IC=IL∴P=3UPIPCosφ=√3ULILCosφFRZAZBZCABCULULIAIBICIABIBCICAⅱ故障情况下，设UB=0，则：ACFRZAZBZCIC″