邓则名 电器与可编程控制器应用技术(3版)-电子课件

教材作者：邓则名程良伦谢光汉电子课件作者：张慧程良伦（课件中，西门子S7系列由程良伦编写，其余由张慧编写）电器与可编程控制器应用技术（第3版）第一章低压电器第一节：低压电器的基本知识第二节:接触器第三节:继电器第四节:熔断器第五节:低压开关与低压断路器第六节:主令电器第七节:电子继电器1.了解常用低压电器的结构、功能和用途。2.掌握常用低压电器的工作原理。3.掌握常用低压电器的电工表示符号。本章要求：应用电动机拖动生产机械，称为电力拖动。低压电器是电力拖动自动控制系统基本组成元件。本章主要介绍几种常用低压电器的用途及电工表示符号。①主电路：由电动机、（接通、断开、控制电动机的）接触器主触点等电器元件组成。（电流大）②控制电路：由接触器线圈、继电器等电器元件组成。（电流小）③任务：根据给定的指令，依照自动控制系统的规律和具体的工艺要求对主电路进行控制。电力拖动系统组成：第一节低压电器的基本知识•电器定义：一种能控制电路的设备。•低压电器：用于交流1200V、直流1500V以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器产品。•高压电器：交流1200V以上、直流1500V及以上。1.分类常用低压电器接触器直流接触器交流接触器继电器电磁式继电器热继电器时间继电器压力继电器速度继电器温度继电器电流继电器电压继电器中间继电器电动式直流电磁式空气阻尼式电子式智能式装置式开启式开关电器刀开关低压断路器行程开关滚动式直动式微动式行程开关螺旋塞式快速式管式其它电器：按钮、指示灯等1）按操作方式分•手动电器：通过人力操作而动作的电器。（如：刀开关、按钮、转换开关）•自动电器：按照信号或某个物理量的变化而自动动作的电器。（如：低压断路器、接触器、继电器）2）按控制作用分•执行电器:用来完成某种动作或传递功率。（如：电磁铁）•控制电器：用来控制电路的通断。（如：开关、按钮、继电器、接触器）•主令电器：用来控制其它自动电器的动作，以发出控制“指令”。（如：按钮、转换开关）•保护电器：用来保护电源、电路及用电设备，使它们不致在短路、过载状态下运行，免遭损坏。（如：熔断器、热继电器）3）按用途分•低压配电电器：刀开关、低压断路器、熔断器等。•低压控制电器：接触器、继电器、启动器、按钮等。4）按动作原理•电磁式电器：它是根据电磁铁的原理工作的。例如：接触器、继电器等。•非电磁式电器：它是依靠外力（人力或机械力）或某种非电量的变化而动作的电器。例如：行程开关、按钮、速度继电器、热继电器等。2.电磁式低压电器•低压电器一般由感测部分和执行部分组成。•在各种低压电器中，电磁式低压电器应用很多，它们结构相似，原理相同。电磁式低压电器基本结构（1）电磁系统电磁系统是电磁式电器元件的感受部件，它的作用是将电磁能转换成为机械能，并带动触点闭合或断开。它通常采用电磁铁的形式，由电磁线圈、静铁心（铁心）、动铁心（衔铁）等组成，其中动铁心与动触点支架相连。（2）触点系统触点系统属于执行部件。它的作用是通过触点的开、闭来通、断电路的。（3）灭弧系统触点在断开（包括熔体在熔断时）的瞬间，会在触头间隙中产生电弧，对电路和电器有危害，必须使电弧熄灭。（1）电磁系统•电磁铁的示意图•电磁铁的工作原理电磁线圈通电时产生磁场，使动、静铁心磁化互相吸引，当动铁心被吸引向静铁心时，与动铁心相连的动触点也被拉向静触点，令其闭合接通电路。电磁线圈断电后，磁场消失，动铁心在复位弹簧作用下，回到原位，并牵动动、静触点，分断电路。动触点静触点复位弹簧动铁心静铁心电磁线圈（2）触点系统•触点接触形式：点接触、线接触、面接触。•接触电阻理想情况下：触点闭合：接触电阻为零。触点断开：接触电阻无穷大。触点分类：按功能可分为：主触点和辅助触点。主触点用于接通和分断主电路；辅助触点用于接通和分断二次电路，还能起互锁和联锁作用。按形状可分为：桥式触点和指形触点。桥式触点又分为点接触桥式触点和面接触桥式触点。按位置可分为：静触点和动触点。静触点固定不动，动触点能由联杆带着移动。按其初始位置可分为：常闭触点和常开触点。常闭触点（又称动断触点）——常态时动、静触点是相互闭合的。常开触点（又称动合触点）——常态时动、静触点是分开的。（3）灭弧系统•电弧产生：在触点由闭合状态过渡到断开状态的过程中，会在触头间隙中由电子流产生弧状的火花，这种由电气原因造成的火花称为电弧。是气体自持放电形式之一，是一种带电质点的急流。•电弧特点：外部有白炽弧光，内部有很高的温度和密度很大的电流。•电弧的危害：使电路仍然保持导通状态，延迟了电路的开断。会烧损触点，缩短电器的使用寿命。灭弧方法（P6）•灭弧栅灭弧•磁吹式灭弧装置•灭弧罩灭弧第二节接触器•定义：用来自动地接通或断开大电流电路的电器。•分类：按控制电流性质不同，通常分为交流接触器和直流接触器两大类。交流接触器特点：交流线圈、有短路环、采用双断口触头直流接触器特点：直流线圈、滚动指型触头短路环•由于交流电磁铁的磁通是交变的，线圈磁场对衔铁的吸引力也是交变的。当交流电流过零时，线圈磁通为零，对衔铁的吸引力也为零，衔铁在复位弹簧作用下将产生释放趋势，这就使动、静铁心之间的吸引力随着交流电的变化而变化，从而产生振动和噪音，加速动、静铁心接触面积的磨损，引起结合不良，严重时还会使触点烧蚀。为了消除这一弊端，在铁心柱面的一部分，嵌入一只铜环，名为短路环。交流接触器的外形与结构：(a)外形(b)结构交流接触器的主要部分是：电磁系统、触点系统、灭弧装置。图形符号及文字符号:线圈KMKM常开(动合)辅助触点常闭(动断)辅助触点KM属于同一器件的线圈和触点用相同的文字表示常开(动合)主触点KM用于主电路流过的大电流(需加灭弧装置)用于控制电路流过的小电流(无需加灭弧装置)~~~M3~电机动作过程线圈通电衔铁被吸合触点闭合电机接通电源线圈辅助触点铁心衔铁主触点常闭常开弹簧电源工作原理交流接触器有两种工作状态：得电状态（动作状态）和失电状态（释放状态）。接触器主触点的动触头装在与衔铁相连的绝缘连杆上，其静触点则固定在壳体上。当线圈得电后，线圈产生磁场，使静铁心产生电磁吸力，将衔铁吸合。衔铁带动动触点动作，使常闭触点断开，常开触点闭合，分断或接通相关电路。当线圈失电时，电磁吸力消失，衔铁在反作用弹簧的作用下释放，各触点随之复位。简单的接触器控制ABCM3~刀开关起隔离作用自保持停止按钮起动按钮特点：小电流控制大电流接触器主要技术参数（1）额定电压：指主触头的额定工作电压。直流有：24V、48V、110V、220V、440V交流有：36V、127V、220V、380V（2）额定电流：主触头的额定工作电流。（3）机械寿命（1000万次以上）与电气寿命（100万次以上）。（4）操作频率：每小时的操作次数一般：300次/h、600次/h、1200次/h型号、含义型号、含义接触器的选用•类型的选择：根据负载的性质选用直流或交流接触器。•主触头额定电压的选择：大于等于主电路工作电压。•主触头额定电流的选择：大于等于被控电路额定电流。•吸引线圈的额定电压与频率：与所控制电路的选用电压、频率相一致。第三节继电器定义：继电器是一种根据电量（电流、电压）或非电量（时间、速度、温度、压力等）的变化自动接通和断开控制电路，以完成控制或保护任务的电器。继电器和接触器的结构和工作原理大致相同与接触器的主要区别在于：区别接触器：用于主电路、电流大，有灭弧装置，一般只能在一定的电压作用下动作。继电器：用于控制电路，电流小（继电器触头容头量较小，不大于5A），无灭弧装置，可在各种电量或非电量的作用下动作。继电器分类按用途分：控制继电器、保护继电器、中间继电器。按原理分：电磁式、感应式、热继电器等。按参数分：电流、电压、速度、压力继电器。按动作时间分：瞬时继电器、延时继电器。按输出形式分：有触点、无触点继电器。常用继电器常用继电器•1、电磁式继电器•2、时间继电器•3、热继电器•4、速度继电器1、电磁式继电器•（1）电流继电器根据输入电流大小而动作的继电器，可用于过载或过载保护。•（2）电压继电器根据输入电压大小而动作的继电器，主要作为欠压、失压保护。•（3）中间继电器将一个信号变成多个输出信号或将信号放大，起到信号中转作用，通常用于传递信号和同时控制多个电路，也可直接用它来控制小容量电动机或其他电气执行元件。中间继电器外形与符号中间继电器触头容量小，触头数目多，用于控制线路。10A以下电路中可替代接触器控制。(b)符号KA线圈：(a)外形常开触头：KA常闭触头：KA2、时间继电器•定义：从线圈通电或断电起，其触头经过一段时间延时后才动作的继电器。（文字符号：KT）。适用于定时控制•常用的时间继电器：电磁式、阻尼式、电子式（晶体管、数字式）。•延时方式：通电延时和断电延时。+直流电磁式结构图阻尼铜套衔铁工作原理：当衔铁未吸合时，磁路气隙大，线圈电感小，通电后激磁电流很快建立，将衔铁吸合，继电器触头立即改变状态。而当线圈断电时，铁心中的磁通将衰减，磁通的变化将在铜套中产生感应电动势，并产生感应电流，阻止磁通衰减，当磁通下降到一定程度时，衔铁才能释放，触头改变状态。因此继电器吸合时是瞬时动作，而释放时是延时的，故称为断电延时。（1）直流电磁式时间继电器延时继电器的外形与结构（2）空气式延时继电器时间继电器触头类型符号断电式常闭触头断电后延时闭合常开触头断电后延时断开通电式瞬时动作延时动作常闭触头常开触头常开触头通电后延时闭合常闭触头通电后延时断开KTKTKTKT微动开关2微动开关1常开触头常闭触头线圈通电衔铁向下吸合连杆动作触头动作工作原理调节螺丝进气孔托板线圈衔铁恢复弹簧挡块释放弹簧活塞杆橡皮膜排气孔(a)通电延时的空气式时间继电器结构示意图连杆常闭触头延时打开常开触头延时闭合常闭触头延时闭合常开触头延时断开常开触头常闭触头空气式时间继电器的延时范围大(有0.4~60s和0.4~180s两种)。结构简单，但准确度较低。(b)断电延时的空气式时间继电器结构示意图JS20系列晶体管式型号3、热继电器长期过载、频繁启动、欠电压、断相运行均会引起过电流。•热继电器用途：热继电器是利用电流的热效应原理工作的保护电器，在电路中用作电动机的过载保护和断相保护。热继电器的外形与结构(a)外形(b)结构~发热元件接入电机主电路，当电机正常运行时，热元件产生的热量虽能使双金属片弯曲，但还不足以使继电器动作。若长时间过载，双金属片被过量烤热。因双金属片的下层膨胀系数大，使其向上弯曲，杠杆被弹簧拉回，其常闭触头断开。发热元件杠杆热继电器种类很多，应用最广泛的是基于双金属片的热继电器，其结构原理如图所示：主要由热元件、双金属片和触头三部分组成。工作原理：双金属片常闭触头结构原理图：热继电器的图形符号热元件串联在主电路中串联在控制电路中常闭触头FRFR热继电器接入电动机定子电路方式•电动机定子绕组星形接法:带断相保护和不带断相保护的热继电器均可接在线电路中。•电动机定子绕组三角形接法:*带断相保护接在线电路中。*不带断相保护热继电器的热元件必须串接在电动机每相绕组上。热继电器接入电动机定子电路方式4、速度继电器•用途速度继电器主要用于笼型异步电动机的反接制动控制。•结构及工作原理•符号a）外形b）结构图KSKSb）常开触头c）常闭触头a）转子KSnn第四节熔断器•用途：主要用作短路保护。•结构：熔断器主要由熔体（俗称保险丝）和安装熔体的熔管两部分组成。熔体由易熔金属材料铅、锡、锌、银、铜及其合金制成，通常做成丝状或片状。熔管是装熔体的外壳，由陶瓷、绝缘钢纸或玻璃纤维制成，在熔体熔断时兼有灭弧作用。•工作原理：熔断器的熔体与被保护的电路串联，当电路正常工作时，熔体允许通过一定大小的电流而不熔断。当电路发生短路或严重过载时，熔体中流过很大的故障电流，当电流产生的热量达到熔体的熔点时，熔体熔断切断电路，从而实现保护目的。电路符号FU熔体额定电流的选择：FIstFII21~6.113.频繁起动的电机stFII31~5.