电气控制技术与PLC学习SHY.ppt

1,电气控制技术与PLC学习,电气与电子工程学,第 1 讲,2,欢迎大家学习,电气控制技术与PLC 学习课 程,3,课程名称:电气控制技术与PLC学习,学 时：50h（理论：40h-实验：10h）学 分：3学分先修课程：电子技术、自控原理、电力电子技术、电机及拖动基础、微机原理及应用 适用专业：电气工程及其自动化答疑方式:电子邮件及面答邮 箱:sunying_dianqi 考核方式:闭卷考试,4,课程的几点要求：,上课不准讲话，打瞌睡；不旷课，迟到，早退，按点名次数计，无故旷课达30%，取消期末考资格；每人准备一个作业本；可用其他课程用过而没用完的本子，但不能用单页纸,学期末作业本就是一本复习提纲；按时完成作业，不抄作业；,5,参考教材,常用低压电器与可编程控制器刘 涳 西安电子科技大学出版社 2005年电气控制与PLC技术应用孔祥冰 机械工业出版社 2008年 工厂电气控制技术方承远 机械工业出版社 2000年 常用低压电器原理及其控制技术王仁祥 机械工业出版社 2001年可编程序控制器原理及应用 宫淑贞 人民邮电出版社 2002年,6,电气控制技术与PLC学习,课程性质：本课程是一门实用性很强的专业课，是电气工程及其自动化专业的主要必修课之一。它是集传统继电器控制技术、计算机术、自动控制技术和网络通信技术于一体的综合性学科。它包括“电气控制技术”和“PLC应用”两个部分。是从事电气控制的工程技术人员必备理论知识。,7,电气控制技术与PLC学习,课程目的和任务：熟悉常用控制电器的结构原理、用途及型号，达到正确使用和选用的目的。熟练掌握电气控制电路的基本环节，具备阅读和分析电气控制电路图的能力，具备独立设计简单电气控制电路的能力。熟悉掌握PLC的工作原理与系统构成、指令系统、编程方法及PLC控制系统的设计。具备应用PLC实现电气控制自动化要求的设计、安装、调试、故障处理能力。,8,课程教学重点、难点：重点：掌握低压电器的结构、原理和应用；三相异步电动机运行控制；PLC的循环扫描工作方式；PLC的编程语言：梯形图和语句表；CPM1APLC的指令系统；PLC的控制系统设计方法。难点：PLC是采用循环扫描的工作方式，梯形图的顺序控制设计方法。,电气控制技术与PLC学习,9,主要内容,上篇 常用低压电器第章 绪论、常用低压电器的基本原理第章 常用低压电器 第章 三相异步电动机基本控制环节与基本电路第章 电气控制系统设计,10,绪 论,电气控制技术电气控制系统的分类电气控制系统的发展,上篇 常用低压电器,11,一、电气控制技术,电气控制技术：用以实现生产过程电气化及其自动控制的电气设备及系统的控制技术。他是以各类电动机为动力的传动装置与系统。电气系统：主要包括普通的电力传动控制（速度、位置、压力、张力、流量等）系统。电气自动控制系统：由电动机及共电、检测、控制装置组成的反馈控制系统，能自动完成能量变换和控制所需的信息处理。,12,开环控制系统,没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置进给系统），故系统稳定性好。,13,半闭环数控系统,半闭环数控系统的位置采样点如图所示，是从驱动装置(常用伺服电机)或丝杠引出，采样旋转角度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置。,14,全闭环数控系统,全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所示，直接对运动部件的实际位置进行检测。,15,电气自动控制系统主要环节：,1、动力部分：整个系统的电源共给环节。（动力电源、电器部件、电动机）2、生产过程自动控制部分：是生产过程自动化的核心，是间接控制、指挥动力电器及系统工作的部件（逻辑控制电路和各种自动化仪表）。3、传动装置：是生产机械的连接及传动环节。电气自动控制系统功能：根据外界信号要求可接通或断开电路，改变参数，实现对电路或对非电参数的控制设备。,16,机床设备组成,17,CW6132型车床电气设备安装布置图,图2-3 CW6132型车床电气设备安装布置图,18,二、电气控制系统分类,1、按输入、输出信号的状态特征分类 1）开关量控制 2）连续量控制2、按电器开关元件分类 1）有触点控制 2）无触点控制3、按控制程序特征分类 1）固定程序（组合电路、时序电路、顺序电路）2）可编程序,19,控制方式举例：电冰箱自动恒温控制,右上图为控制电路右下图为电冰箱温度变化曲线和压缩机电动机的运行情况系统特点：结构简单，成本低频繁开停机，能耗大,1、开关量(断续)控制,20,2、连续控制右上图为控制电路，右下图为电冰箱温度变化曲线和压缩机电动机的运行情况。系统特点：结构复杂，成本高运行平稳，能耗低,21,三、电气控制技术的发展,电气控制技术随着科学技术的不断发展创新，对生产工艺不断提出新的要求，机床电气控制装置也在不断地更新。在控制方法:从手动控制发展到自动控制；在控制功能:从简单控制到复杂控制；在操作上:由笨重到轻巧；从控制原理:由单一的有触点硬接线继电器控制系统转为以微处理器为中心的PLC软件控制系统。新的控制理论和新型电器及电子器件的出现，不断地推动着机床电气控制技术的发展。,22,电气控制技术发展,蒸汽机时代：从集中传动到分散传动 集中传动开始于瓦特的蒸汽机时代一个车间使用一台蒸汽机提供动力通过天轴、齿轮和皮带系统将动力分配到各个纺织机械。,23,蒸汽机天轴纺纱机,24,电气控制技术发展,19世纪末，电机技术开始产生并应用，20世纪20年代初逐步取代蒸汽机，成为主要动力。电气控制技术是针对电动机的控制技术，伴随着电机制造和应用发展起来。在20世纪的20年代至30年代（继电器控制）借助继电器、接触器、按钮、行程开关等组成继电器接触器控制系统，实现对机床的起动、停止、有级调速等控制。继电器接触器控制系统的优点：是结构简单、价格低廉、维护方便、抗干扰能力强。继电器接触器控制系统的缺点：是由于是固定接线形式，故在进行程序控制时，改变控制程序不方便、灵活性差；采用有触点开关，动作频率低，触点易损坏，可靠性差。,25,电气控制技术发展,40年代至50年代：出现了交磁放大机电动机控制，这是一种闭环反馈系统，当输出量与给定量发生偏差时就自动调整，系统的控制精度、快速性都有了提高。,26,电气控制技术发展,60年代：（顺序控制）出现了晶体管晶闸管控制，由晶闸管供电的直流调速系统和交流调速系统调速性能大为改善，已完全取代了交磁放大机电动机系统。同时，出现了一种能够根据生产工艺要求，通过改变控制程序便能达到控制目的的顺序控制器，它是通过组合逻辑元件的插接或编程来实现继电接 触器控制线路的装置。它能满足程序经常改变的控制要求，使控制系统具有较大的灵活性和通用性。它仍然是靠硬件手段完成自动控制任的，装置体积大，功能也受到一定的限制，并没有得到普及应用。,27,电气控制技术的发展,20世纪70年代（PLC）随着大规模集成电路和微处理器技术的发展和应用，上述控制技术也发生了根本的变化，在出现了用软件手段来实现各种控制功能，以微处理器为核心的新型工业控制器可编程序控制器，这种器件完全能够适应恶劣的工业环境；由于它兼备了计算机控制和继电控制系统两方面的优点，故目前世界各国已作为一种标准化通设备普遍应用于工业控制。,28,电气控制技术的发展,微处理器和微型计算机问世(数控系统)计算机应用于机床的局部控制或整机控制中，成为机床电气控制系统的主要发展方向，其中数控机床和数控系统就是典型的例子。在50年代就出现了数控机床。数控机床是一种具有广泛通用性的高效率自动化机床，它综合应用了电子技术、检测技术、计算机技术、自动控制和机床结构设计等各个技术领域的最新技术成就。目前又发展成为带自动换刀，自适应控制等功能的复杂数控系列产品，称为加工中心。,29,数控车床,30,数控加工中心,31,电气控制技术发展,随着计算机技术的迅速发展，数控机床的应用日益广泛，进一步推动了数控系统的发展，因此产生了自动编程系统:计算机数控系统（CNC）;计算机群控系统（DNC）;柔性制造系统（FMS）;计算机集成制造系统（CIMS）;设计制造一体化（CADCAM）是机械制造自动化的高级阶段，可实现产品从设计到制造的全部自动化。,32,第 1 章 低压电器的基本原理,上篇 常用低压电器,33,第1章 常用低压电器的基本原理,1.1 概 述1.2 电磁式低压电器 基本结构1.3 低压电器的主要技术性能和技术参数重点：电器元件的结构、原理、作用。难点：电器元件的结构。,34,1.1 概 述,35,1.1 概 述,低压电器是构成控制系统最常用的器件，了解它的分类、结构和用途，对设计、分析和维护控制系统都是十分必要的。,36,1.1.1 低压电器定义,电器的定义：是指能自动或手动接通和断开电路，以及对电路或非电路现象能进行切换、控制、保护、检测、变换和调节的元件统称为电器。(如：开关、继电、器熔断器、变压器)低压电器定义：通常是指交流（AC）1200V 及以下与直流（DC）1500V及以下电路中起通断、控制、保护和调节作用的电气元件。,37,1.1.2 常用低压电器分类,电器的用途广泛，功能多样，种类繁多，结构各异，工作原理也各有不同。电器有多种分类方法：按工作电压的等级可分为：高压电器：AC1200V、DC1500V及以上电路中的电器。低压电器：AC1200V、DC1500V以下电路中的电器。按动作原理可分为：手动电器：通过人的操作发出动作指令的电器。自动电器：产生电磁吸力而自动完成动作指令的电器。,38,1.1.2 常用低压电器分类,按工作原理可分为：电磁式电器：依据电磁感应原理来工作的电器，如交直流接触器；非电量控制电器：电器的工作是靠外力或某种非电物理量的变化而动作的电其，如按钮、压力继电器等。按执行机构分为：有触点电器：利用触点的接触和分离来通断电路的电器，如接触器、继电器等。无触点电器：利用电子电路发出检测信号，达到执行指令并控制电路目的的电器，如电子接近开关等。,39,常用低压电器分类,按用途可分为：控制电器：用于各种控制电路和控制系统的电器。配电电器：用于电能的输送和分配的电器。主令电器：用于自动控制系统中发送动作指令的电器。保护电器：用于保护电路及用电设备的电器。执行电器：用于完成某种动作或传送功能的电器。,40,1.1.3 低压电器作用,电器是构成控制系统的最基本元件，它的性能将直接影响控制系统能否正常工作。电器能够依据操作信号或外界现场信号的要求，自动或手动地改变系统的状态、参数，实现对电路或被控对象的控制、保护、测量、指示、调节。它的工作过程是将一些电量信号或非电信号转变为非通即断的开关信号或随信号变化的模拟量信号，实现对被控对象的控制。电器的主要作用如下。,41,1.1.3 低压电器作用,（1）控制作用：如电梯的上下移动、快慢速自动切换与自动停层等。（2）保护作用：能根据设备的特点，对设备、环境以及人身安全实行自动保护，如电动机的过热保护、电网的短路保护、漏电保护等。（3）测量作用。利用仪表及与之相适应的电器，对设备、电网或其他非电参数进行测量，如电流、电压、功率、转速、温度、压力等,42,1.1.3 低压电器作用,(4)调节作用。低压电器可对一些电量和非电量进行调整，以满足用户的要求，如电动机速度的调节、柴油机油门的调整、房间温度和湿度的调节、光照度的自动调节等。(5)指示作用。利用电器的控制、保护等功能，显示检测出的设备运行状况与电气电路工作情况。(6)转换作用。在用电设备之间转换或对低压电器、控制电路分时投入运行。以实现功能切换，如被控装置操作的手动与自动的转换、供电系统的市电与自备电源的切换等。电器的作用远不止这些，随着科学技术的发展，新功能、新设备会不断出现。常用低压电器的主要种类及用途见表l-1。,43,表1-1 常用低压电器主要种类及用途表,44,表1-1 常用低压电器主要种类及用途表,45,1.1.4 我国低压电器发展与趋势,我国低压电器产品大致可分为四代：第一代产品：20世纪60年代至70年代初 第二代产品：20世纪70年代末至80年代 第三代产品：20世纪90年代 第四代产品：20世纪90年代末至今,46,第 1 代低压电器（60年代一70年代初）,主要产品为DW10，DZ10，CJ10等系列产品为代表的17个系列产品，性能水平相当于国外50年代水平，其性能指标低、体积大、耗材、耗能、保护特性单一、规格及品种少。现市场占有率为20一30(以产品台数计算)。,47,第 2 代低压电器（70年代末一80年代）,主要产品为DWl5，DZ20，CJ20为代表，共56个系列。技术引进产品以3TB、B系列为代表共34个系列。达标攻关产品40个系列，技术指标明显提高，保护特性较完善，体积缩小，结构上适应成套装置要求。现有市场占有率为50一60。,48,第 3 代低压电器（90年代）,主要产品为DW45，S，CJ45(CJ40)等系列产品第三代电器产品具有高性能、小型化、电子化、智能化、模块化、组合化、多功能化等待征。但受制于通信能力的限制，不能很好地发挥智能产品的作用。现有市场占有率：5一10，如智能断路器、软起动器等。,49,第 4 代低压电器（90年代末至今）,不断开发现场总线低压电器产品。这种产品除了具有第三代低压电器产品的特征外，其主要技术特征是可通信，能与现场总线系统连接。,50,智能化、可通信低压电器 产品结构特征及基本功能,低压电器产品中装有微处理器低压电器带有通信接口，能与现场总线连接采用标准化结构，具有互换性，内部可更换部件采用 模块化结构保护功能齐全外部故障记录显示参数阅量显示内部故障自诊断能进行双向通信,51,1.2 电磁式低压电器 基本结构,52,1.2 电磁式低压电器的基本结构,1.2.1 电磁机构原理1.2.2 电磁吸力及其特性1.2.3 触点系统1.2.4 常用的灭弧方法1.2.5 低压电器的主要性能指标和技术参数,53,电磁式电器是低压电器中最典型也是应用最广泛的一种电器。控制系统中的接触器和继电器就是两种最常用的电磁式电器。虽然电磁式电器的类型很多，但它的工作原理和构造基本相同。其结构大都是由两个主要部分组成：感应部分(电磁机构)：接收外界输入信号；执行部分(触头系统)：根据输出指令使执行部分动作；,电磁式电器的结构及工作原理,54,1电磁机构组成：电磁机构由线圈、铁心和衔铁组成，作用：是通过电磁感应原理将电能转换成机械能，带动触头动 作，完成接通或分断电路的功能。分类：根据衔铁相对铁心的运动方式，电磁机构可分为:直动式和拍合式两种。拍合式又分为衔铁沿棱角转动和衔铁沿轴转动两种。原理：线圈通入电流，产生磁场，经铁芯、衔铁和气隙形成回 路，产生电磁力，将衔铁吸向铁芯。,1.2.1 电磁机构的原理,55,图1.1 直动式电磁机构 图1.2 拍合式电磁机构1衔铁；2铁心；3吸引线圈 1衔铁；2铁心；3吸引线圈 衔铁沿棱角转动和衔铁沿轴转动,电磁机构图,衔铁,铁心,线圈,56,1电磁机构,直动式电磁机构多用于交流接触器、继电器中。衔铁沿棱角转动的拍合式电磁机构广泛应用于直流电器中。衔铁沿轴转动的拍合式电磁机构的铁心形状有E形和U形两种，多用于触头容量大的交流电器中。电磁式电器分为直流和交流两类，都是利用电磁铁的原理 而制成。铁心：直流电磁铁的铁心是用整块钢材或电工纯铁制成，交流电磁铁的铁心是用硅钢片叠铆而成。,57,作用：是将电能转换为磁能。分类：按通入电流种类不同可分为直流型线圈和交流型线圈。直流型线圈：一般做成无骨架、高而薄的瘦高型，使线圈与铁 心直接接触，易于散热；交流型线圈：由于铁心存在磁滞和涡流损耗，铁心会发热。为 了改善线圈和铁心的散热情况，线圈设有骨架，使铁心与线圈隔离，并将线圈制成短而厚的矮胖 型。,2吸引线圈,58,2吸引线圈,按线圈在电路中的连接形式，可分为：串联线圈和并联线圈。串联线圈：主要用于电流检测类电磁式电器中，大多数电磁式电器线圈都按照并联接入方式设计。为减少对电路电压分配的影响，串联线圈采用粗导线制造，匝数少，线圈的阻抗较小。并联线圈：主要用于电压检测类电磁式电器中，为减少电路的分流作用，需要较大的阻抗，一般线圈的导线细，匝数多。,59,电磁吸力：磁线圈通电以后，铁心吸引衔铁带动触点改变原来状态进而接通或断开电路的力称为电磁吸力。电磁吸力由电磁机构(如图1.3所示)产生。吸力特性：电磁式低压电器在吸合或释放过程中，气隙是变化的，电磁吸力也将随气隙的变化而变化，这种特性称为吸力特性。电磁吸力是反映电磁式电器工作可靠性的一个非常的重要参数。,1.2.2 电磁吸力及特性,60,1、直流电磁机构电磁吸力特性,因磁感应强度B与气隙及外加电压大小有关，所以，对于直流电磁机构，外加电压恒定时，电磁吸力的大小只与气隙有关，即,直流电磁机构电磁吸力特性曲线比较陡峭,式中：F电磁铁磁极的表面吸力(N)；B工作气隙磁感应强度(T)；S铁心截面积(m2)；气隙磁通；磁路空气隙。,61,2、交流电磁机构的电磁吸力特性,但对于交流电磁机构，由于外加正弦交流电压，在气隙一定时，其气隙磁感应强度也按正弦规律变化，即B=Bmsint。所以，吸力公式为：,交流电磁机构的电磁吸力特性曲线比较平坦,62,图1-4 交流电磁铁吸力的变化情况,交流电磁机构的电磁吸力特性,平均吸力,交变分量,电磁吸力,63,电磁铁吸力特性与反力特性,电磁铁吸力特性与反力特性,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,64,3反力特性,电磁系统反作用力与气隙的关系称为反力特性。反作用力：包括弹簧力、衔铁自身重力、摩擦阻力等。图1.4中所示曲线 3 即为反力特性曲线。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1.4所示。在整个吸合过程中，吸力都必须大 于反作用力，但不能过大或过小。吸力过大：动、静触头接触时以及衔铁与铁心接触时的冲击力也大，会使触头和衔铁发生弹跳，导致触头熔焊或烧毁，影响电器的机械寿命；吸力过小：会使衔铁运动速度降低，难以满足高操作频率的要求。因此，吸力特性与反力特性必须配合得当。,65,4、交流电磁机构上短路环的作用,电磁吸力由电磁机构产生，当电磁线圈断电时使触点恢复常态的力称为反力，电磁式电器中反力由复位弹簧和触点产生。衔铁吸合时要求电磁吸力大于反力，衔铁复位时要求反力大于电磁吸力(此时是剩磁产生的电磁吸力)。当电磁吸力的瞬时值大于反力时，铁心吸合；当电磁吸力的瞬时值小于反力时，铁心释放。所以交流电磁机构在电源电压变化一个周期中电磁铁将吸合两次，释放两次，电磁机构会产生剧烈的振动和噪声，因而不能正常工作。为此必须采取有效措施，以消除振动与噪声。,66,短路环作用,解决的具体办法是在铁心端面开一小槽，在槽内嵌入铜质短路环，如图1.6所示。加上短路环后，磁通被分为大小接近、相位相差约90电角度的两相磁通和，因两相磁通不会同时过零，又由于电磁吸力与磁通的二次方成正比，故由两相磁通产生的合成电磁吸力变化较为平坦，使电磁铁通电期间电磁吸力始终大于反力，铁心牢牢吸合，这样就消除了振动和噪声，一般短路环包围2/3的铁心端面。,67,交流电磁铁的短路环,图1.5 交流电磁机构实际吸力曲线,图1.6 交流电磁铁的短路环1衔铁 2铁心 3线圈 4短路,铁心,短路环,衔铁,铁心,线圈,68,有短路环时吸力变化曲线,69,1.2.3 触点系统,触点系统,触点:是电磁式电器的执行机构，功能：电器就是通过触点的动作来接通或断开被控制电路 的，所以要求触点导电导热性能要好。结构：触点的结构形式主要有2种：桥式触点和指形触点。触点的接触形式有3种:点接触、线接触和面接触3种。,70,触头的结构形式很多，按其所控制的电路可分为:主触头和辅助触头。主触头:用于接通或断开主电路，允许通过较大的电流；辅助触头:用于接通或断开控制电路，只能通过较小的电流。电磁式电器触点在线圈未通电状态时有:常开(或动合)常闭(或动断)两种状态，分别称为常开(或动合)触点和常闭(或动断)触点。,1电器触点,71,电器触点的动作：,当电磁线圈有电流通过，电磁机构动作时，触头改变 原来的状态，常开(动合)触头将闭合，使与其相连的电路接通；常闭(动断)触头将断开，使与其相连的电路断开。动触头：能与机械联动的触头称动触头，静触头：固定不动的触头称静触头。触头的结构主要以下几种形式。,72,(1)桥式触头。电磁式电器通常同时具有常开和常闭两种触头，桥式常闭触头与常开触头结构及动作对称，一般在常开触头闭合时，常闭触头断开。,2、触点的结构形式,图1.7 触头的结构形式,动触头,静触头,73,(2)指形触头。,触头接通或分断时产生滚动摩擦，以利于去掉触头表面的氧化膜。指形触头适用于接电次数多、电流大的场合。,(a)桥式触头(b)桥式触头(c)指形触头(线接触)图1.7 触头的结构形式,74,触头的接触形式有点接触、线接触和面接触3种，如图1.8所示。点接触适用于电流不大，触头压力小的场合；线接触适用于接电次数多，电流大的场合；面接触适用于大电流的场合。,(a)点接触(b)线接触(c)面接触图1.8 触头的接触形式,3、触点接触形式,75,触头在闭合状态下，动、静触头完全接触，并有电流通过时，称为电接触。电接触时触头的接触电阻大小将影响其工作情况。接触电阻大时触头易发热，温度升高，从而使触头易产生熔焊现象，既影响工作的可靠性，又降低了触头的寿命。触头接触电阻的大小主要与触头的接触形式、接触压力、触头材料及触头的表面状况有关。,4、触头接触电阻,76,(1)增加接触压力可使触点的接触面积增加，从而减小接触电阻。一般在动触点上安装一个触点弹簧。(2)选择电阻系数小的材料减小接触电阻。如在触点上镀银或嵌银，以减小接触电阻。(3)改善触点的表面状况，尽量避免或减少触头表面氧化物形成，注意保持触头表面清洁，避免聚集尘埃。,5、减小触头接触电阻方法,77,1、电弧的产生 在大气中断开电路时，如果被断开电路的电流超过某一数值，断开后加在触头间隙(或称弧隙)两端电压超过某一数值时，触头间隙中就会产生电弧。电弧实际上是触头间气体在强电场作用下产生的放电现象，会产生高温并发出强光，将触头烧损，并使电路的切断时间延长，严重时会引起火灾或其他事故。,1.2.4 常用的灭弧方法,78,2、常用灭弧方法,（1）电动力灭弧（2）磁吹灭弧（3）栅片灭弧（4）窄缝灭弧,79,桥式触头在分断时具有电动力吹弧功能。当触头打开时，在断口中产生电弧，同时也产生如图1.9所示的磁场。根据左手定则，电弧电流要受到一个指向外侧的力F的作用，使其向外运动并拉长，迅速离开触头而熄灭。这种灭弧方法多用于小容量交流接触器等交流电器中。,（1）电动力灭弧,图1.9 电动力灭弧示意图 1静触头 2动触头,80,(2)磁吹灭弧（直流）,在触点电路中串入吹弧线圈，该线圈产生的磁场由导磁夹板引向触点周围，其方向由右手定则确定(为图1.10中所示)，触点间的电弧所产生的磁场，其方向为和所示。这两个磁场在电弧下方方向相同(叠加)，在弧柱上方方向相反(相减)，所以弧柱下方的磁场强于上方的磁场。在下方磁场作用下，电弧受力的方向为F 所指的方向，在F 的作用下，电弧被吹离触点，经引弧角引进灭弧罩，使电弧熄灭。（直流）,图1.10 磁吹灭弧示意图1磁吹线圈 2绝缘套 3铁心 4引弧角 5磁导夹板 6灭弧罩 7动触头 8静触头,吹弧线圈,81,灭弧栅是一组薄钢片，它们彼此间相互绝缘，如图1.11所示。当电弧进入栅片时被分割成一段段串联的短弧，而栅片就是这些短弧的电极，这样就使每段短弧上的电压达不到燃弧电压。电弧迅速熄灭。此外，栅片还能吸收电弧热量，使电弧迅速冷却。因此在交流电器中常采用栅片灭弧。,(3)栅片灭弧,图1.11 栅片灭弧示意图1灭弧栅片 2触头 3电弧,82,这种灭弧方法是利用灭弧罩的窄缝来实现的。灭弧罩内有一个或数个纵缝，缝的下部宽，上部窄，如图1.12所示，当触头断开时，电弧在电动力的作用下进入缝内，窄缝可将电弧柱分成若干直径较小的电弧，同时可将电弧直径压缩，使电弧同缝紧密接触，加强冷却和去游离作用，使电弧熄灭加快。灭弧罩通常用耐弧陶土、石棉水泥或耐弧塑料制成。,(4)窄缝灭弧,图1.12 窄缝灭弧罩的断面,83,控制电器的触头在切断具有电感负载的电路时，由于电流由某一稳定值突然降为零，电流的变化率di/dt很大，因此会在触头间隙产生较高的过电压。此电压超过270300 V时，就会在触头间隙产生火花放电现象。火花放电与电弧的不同之处是：火花放电的电压高，电流小，而且是在局部范围内产生不稳定的火花放电；火花放电会使触头产生电磨损，缩短它的寿命；同时，火花放电造成的高频干扰信号将影响和干扰无线电通信及弱电控制系统的正常工作。为此，我们需要消除由于过电压引起的火花放电现象。常用的熄火花电路有以下两种。,3.过电压和浪涌电压抑制器,84,半导体二极管与电感负载并联整流式抑制器.在触头S闭合时，电感负载L中有稳定的电流流过。当触头突然打开时，由于二极管V的存在，电流不是从某一稳定值突然降为零，而是在由电感L和二极管V组成的放电回路中逐渐降为零，即减小了电流的变化率di/dt，从而减小了电感L产生的过电压。这样使触头S的间隙不会产生火花放电，另外也使电感L的绝缘不会因过电压而被击穿。,(1)整流式抑制器,图1-17 整流式抑制器的原理图,85,与触头并联阻容电路RC抑制器在触头突然打开时，电感的磁场能量就转为电容的电场能量，此时表现为对电容器的充电。因此当触头突然打开时，电感L的电流不会立刻降为零，而是随着电容器逐渐充满电荷而降为零，电感L就不会产生过电压。,(2)阻容电路RC 抑制器,图1-18 RC抑制器的原理图,86,1.3 低压电器主要 技术性能和技术参数,87,（1）隔离：隔离指开关电器具有将电器设备和电源“隔开”的功能。（2）空载通断：无载(空载)通断指接通或分断电路时不分断电流，分开 的两触头间不会出现明显电压的情况。（3）有载通断：其开关电器需接通和分断一定的负载电流（4）控制电机通断：控制电动机通断通常指电动机开关。（5）短路条件通断：在短路条件下通断负载应选用有短路保护功能的开关电器。,1、开关电器通断类型,88,(1)通电持续率：电器的有载时间与工作时间之比，常用百分数表示。(2)通断能力：开关电器在规定的条件下，能在给定的电压下接通和分断的预期电流值。(3)分断能力：开关电器在规定的条件下，能在给定的电压下分断的预期分断电流值。(4)接通能力：开关电器在规定的条件下，能在给定的电压下接通的预期接通电流值。,2、开关电器相关参数,89,3、与低压电器有关的电网参数,（1）峰值耐受电流（2）额定短时耐受电流（3）额定短路分断能力（4）额定短路通断能力（5）约定脱扣电流（6）约定熔断电流,90,4、与开关电器动作时间有关参数,(1)断开时间。开关电器从断开操作开始瞬间起到所有极的弧触头都分开瞬间为止的时间间隔。(2)燃弧时间。电器分断电路过程中，从触头断开或熔断体熔断出现电弧的瞬间开始，至电弧完全熄灭为止的时间间隔。(3)接通时间。开关电器从闭合操作开始瞬间起到电流开始流过主电路瞬间为止的时间间隔。,91,5、颜色标志,（1）指示灯用色规定红 异常情况或报警黄 警告绿 安全蓝 特殊指示白 一般信号,92,5、颜色标志,（2）按钮用色规定红危险情况下的操作黄应急、干预绿启动或接通蓝上述几种颜色不包括的任一种功能黑、灰、白无专门指定功能,93,思考题（1）,1-1 简述电磁式电器的一般工作原理。1-2 如何区分常开与常闭触点？1-3 什么是低压电器?1-4 试述单相交流电磁铁短路环的作用。1-5 低压电器常用的灭弧方法有那些？,