《电气控制与PL》PPT课件.ppt

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1、2009-2-16,1,第一章 常用低压电器,1.1 电器的基本知识1.2接触器 1.3继电器1.4 开关电器1.5 熔断器1.6 主令电器,2009-2-16,2,1.1 电器的基本知识,1.1.1 电器的定义及分类 电磁式低压电器的基本结构 和工作原理,1.1 电器的基本知识,2009-2-16,3,1.1.1 电器的定义及分类,1.什么是电器？所谓电器就是根据外界施加的信号和要求，能自动或手动地分合电路，断续或连续地改变电路参数，以实现对电或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节用的电工器械。低压电器通常指工作在交直流1200V及以下的电器.电磁式低压电器采用电磁原理完成上述功能的

2、低压电器称为电磁式低压电器.2.作用,定义与分类,2009-2-16,4,按控制作用分类执行电器 用来完成某种动作或传递功率。例如：电磁铁。控制电器 用来控制电路的通断。例如：开关、继电器。主令电器 用来控制其它自动电器的动作，以发出控制“指令”。例如：按钮、转换开关等。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。例如：熔断器、热继电器等。按动作方式分 自动切换电器 按照信号或某个物理量的变化而自动动作的电器。例如：接触器、继电器等。非自动电器 通过人力操作而动作的电器。例如：开关、按钮等。按动作原理分类 电磁式电器 它是根据电磁铁的原理工作的。例如：接

3、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。,低压电器的分类,3.常用低压控制电器分类,2009-2-16,5,常用低压控制电器分类,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,中间继电器,电流继电器,热继电器,时间继电器,直流电磁式,空气阻尼式,电动式,电子式,温度继电器,速度继电器,压力继电器,开关电器,低压断路器,刀开关,装置式,开启式,智能式,行程开关,直动式,滚动式,微动式,熔断器,管式,螺旋塞式,快速式,其它电器,(如按钮、指示灯等),图1-1 常用低压控制电器分类,2

4、009-2-16,6,1.触头,触头是一切有触点电器的执行部件，这些电器通过触头的动作来接通或断开被控制电路。触头通常由动、静触头组合而成。电接触:触点在闭合状态下动、静触点完全接触,并有工作电流通过时,称为电接触.（1）触点的接触形式触点的接触形式有点接触、线接触和面接触三种。点接触常用于小电流的电器中，如接触器的辅助触点或继电器触点；,1.1.2 电磁式低压电器的基本结构和工作原理,电磁式低压电器大都由触头、灭弧装置和电磁机构组成。,1.1.2 电磁式低压电器的基本结构和工作原理,2009-2-16,7,线接触 由于它的接触区域是一条直线，触点在通断过程中是滚动接触。如图示：开始接触时，静

5、动触点在a点接触，靠弹簧压力经b点滚动到c点，断开时作相反运动，这样可以自动清除触点表面的氧化膜。同时，长期工作的位置不是在易烧灼的a点，而是在c点，保证了触点的良好接触，这种滚动线接触多用于中等容量的触点，如接触器的主触点；,面接触可允许通过较大的电流，这种触点一般在接触表面上镶有合金，以减小触点接触电阻和提高耐磨性。多用作较大容量接触器的主触点。,图1-2 触点的接触形式,2009-2-16,8,（2）触头的结构形式触头的结构形式主要有单断点指形触头（多用于接触器的主触点）和双断点桥式触头（辅助触点）。,图1-4双断点桥式触头的结构,（3）触点的初压力、终压力和超程,图1-3 常见的触头结

6、构,2009-2-16,9,(4)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。(5)触头按其原始状态可分为常开触头和常闭触头：原始状态时（即线圈未通电）断开，线圈通电后闭合的触头叫常开触头；原始状态闭合，线圈通电后断开的触头叫常闭触头。（线圈断电后所有触头复原）,2009-2-16,10,电弧产生：当触头断开瞬间，（如电路中电压超过10V-12V和电流超过80-100mA）触头间距离极小，电场强度极大，触头间产生大量的带电粒子，形成炽热的电子流，产生弧光放电现象称为电弧。（或在触头断开瞬间，由于电场强

7、度极大，使触点表面的自由电子大量益出而产生电弧）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。常用的灭弧方法有：灭弧罩、灭弧栅和磁吹灭弧装置。(1)灭弧罩：采用陶土和石棉水泥做的耐高温的罩子，用以降温和隔弧。可用于交流接触器灭弧。,2.电弧的产生和灭弧方法,2009-2-16,11,(2)灭弧栅：,灭弧栅的结构图如下所示。图中1是灭弧罩，2和5分别为动、静触点，3 为金属栅片，4为电弧。灭弧栅是由许多镀铜薄钢片组成，片间距离为2-3mm，安放在触点上方的灭弧罩内，一旦出现电弧，电弧周围产生磁场，导磁的钢片将电弧吸入栅片，电弧被栅片分割成许多串联的短电弧，迅速熄灭。这是一种常用的交

8、流灭弧装置。,图1-5灭弧栅灭弧示意图,2009-2-16,12,(3)磁吹式灭弧,如图所示，在触点电路中串入一个具有铁心的磁吹线圈，它产生的磁通经过铁心3和导磁夹板5引向触点周围，在弧隙区产生的磁场方向如图中“”符号所示。电弧产生后其磁通方向如图中“”和“”所示。可见，在弧柱下磁吹线圈产生磁通与电弧产生的磁通是相加的,而在弧柱上面则彼此相消，根据左手定则可确定出电弧在磁场中所受电磁力F的方向是向上的。由于电弧向上运动，将热量传递给灭弧罩，促使电弧熄灭。它广泛应用于直流接触器中。,2009-2-16,13,(4)多断点灭弧：,在交流电路中常采用桥式触点，当触点分断时，两个电弧在回路磁场产生电动

9、力F的作用下，向两侧方向运动，使电弧拉长并受到冷却，电弧很易熄灭。另外，若一处断点要使电弧熄灭后重燃需要150250V，二处断点就需要300500V，所以有利于灭弧。,图1-6 多断点灭弧,2009-2-16,14,电磁机构是电磁式低压电器的感测部件，其作用是将电磁能转换成机械能，带动触点使之闭合或断开,从而实现电路的接通或分断.电磁机构由磁路和激磁线圈两部分组成.磁路主要包括铁心、衔铁和空气隙.激磁线圈通以电流后激励磁场,通过气隙把电能转换为机械能,带动衔铁运动以完成触点的闭合或断开.,3.电磁机构,激磁线圈的作用是将电能转换成磁场能量.按通入激磁线圈的电流种类不同,可分为直流线圈和交流线圈

10、.与之对应的有直流电磁机构和交流电磁机构.常用的磁路结构如图17所示。,3.电磁机构,2009-2-16,15,如图(a)衔铁沿棱角转动的拍合式铁心.此形式广泛应用于直流电器中.图(b、c)衔铁沿轴转动的拍合式铁心,其铁心形状有E形和U形两种,此种结构多用于触点容量较大的交流电器中.图(d)是衔铁直线运动的双E形直动式铁心,它多用于交流接触器、继电器中。,图1-7 常用的磁路结构,2009-2-16,16,对于直流电磁机构线圈流过直流电，铁心中不会产生涡流和磁滞损耗，铁心不会发热，只有线圈发热。为加工方便，通常直流电磁机构的铁心用整块钢块或工程纯铁制成，为使线圈散热良好，通常将线圈绕制成高而薄

11、的瘦高型，且不设线圈骨架，使线圈与铁心直接接触，易于散热.,对于交流电磁机构，由于其铁心存在涡流和磁滞损耗，这样铁心和线圈都发热，所以通常交流电磁机构的铁心用硅钢片冲压而成；且它的激磁线圈设有骨架，使铁心与线圈隔离并将线圈制成短而厚的矮胖型，这样有利于铁心和线圈的散热。,4.电磁机构的工作原理,电磁机构的工作原理常用吸力特性与反力特性来表征。二者间的配合关系将直接影响电磁式电器的工作可靠性。,电磁机构的工作原理示意图,2009-2-16,17,（1）吸力特性：电磁机构使衔铁吸合的力（电磁吸力）与气隙长度的关系曲线称为吸力特性。,电磁吸力可按下式求得：F=S)式中：F 电磁吸力，B 气隙磁感应强

12、度,S 铁心截面积。当S=常数时，FB2.即F气隙磁通2。激磁电流的种类对吸力特性有很大影响。下面两图分别为交、直流电磁机构的吸力特性：,F与基本无关，I与成正比,FB21/2 I与无关,2009-2-16,18,(2）反力特性：电磁机构使衔铁释放的力与气隙长度的关系曲线称为反力特性。,电磁机构使衔铁释放的力主要是弹簧的反力（忽略衔铁自身质量），如图中3为反力特性1为起始位置，2为动、静触头接触时的位置。在1-2区域内，反作用力随气隙减小而略有增大，到达位置2时，动、静触头接触。这时触头上的初压力作用到衔铁上，反作用力骤增，曲线发生突变。在2-0区域内，气隙越小，触头压的越紧，反作用力越大，其

13、曲线比1-2段陡。,2009-2-16,19,吸力特性与反力特性的配合适当就可即保证衔铁产生可靠吸合动作，又可尽量减少衔铁和铁心柱端面间的机械磨损和触点的电磨损。为此，反力特性曲线应在吸力特性曲线的下方且彼此靠近。,（3）反力特性与吸力特性的配合：,图 吸力与反力的配合,2009-2-16,20,此外，过大的冲击力有可能使触点产生弹跳现象，从而导致触点的熔焊或烧损，也即会引起严重的电磨损，降低触点的使用寿命。,吸力过小时，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，才有助于电器性能的改善。在实际应用中，可通过改变释放弹簧的松紧来实现吸力特性与反力特性的

14、适当配合。,2009-2-16,21,存在问题：由于单相交流电磁机构铁心的磁通是交变的，故当磁通过零时，电磁吸力也为零，吸合后的衔铁在反力弹簧的作用下，将被拉开，磁通过零后，电磁吸力又增大，当吸力大于反力时，衔铁又被吸合。这样，在交流电每周期内衔铁吸力要两次过零，如此周而复始，使衔铁产生强烈振动和噪声，甚至使铁心松散，因此交流电磁机构铁心端面上部安装一个铜制的短路环，短路环包围铁心端面约2/3的面积，如图所示：,（4）单相交流电磁机构短路环的作用,2009-2-16,22,当交变磁通穿过短路环所包围的截面积S2时在环中产生涡流，根据电磁感应定律，此涡流产生的磁通2在相位上落后于短路环外铁心截面

15、S1中的磁通1，由1、2产生的电磁吸力为F1、F2，作用在衔铁上的合成电磁吸力是F1+F2。只要此合力始终大于其反力，衔铁就不会产生振动和噪音。,思考题：对于交流电磁机构线圈通电后，衔铁长时间被卡死不能吸合会产生什么后果？为什么？,2009-2-16,23,1.2 接触器,接触器是用来接通或切断电动机或其他负载主电路的一种控制电器。1.2.1接触器的用途及分类接触器最主要的用途是控制电动机的启动、反转、制动和调速等。它具有低电压释放保护功能，具有比工作电流大数倍乃至几十倍的接通和分断能力，但不能分断短路电流。它是一种执行电器。接触器种类很多，按驱动力不同可分为电磁式、气动式和液压式。按接触器主

16、触点控制的电路中电流种类分为交流接触器和直流接触器两种。按其主触点的极数（即主触点的个数）来分有单极、双极、三极、四极和五极等多种。,1.2 接触器,2009-2-16,24,1.2.2 接触器的结构及工作原理,1.接触器的结构如图示为交流接触器的结构示意图，它由以下五个部分组成。（1）电磁机构:电磁机构其作用是将电磁能转换成机械能，带动触点使之闭合或断开。电磁机构由电磁线圈、（静）铁心、衔铁（动铁心）三部分组成.,2009-2-16,25,（2）主触点和灭弧系统,根据主触点的容量大小，有桥式触点和指形触点两种结构形式，且直流接触器和电流在20A以上的交流接触器均装有灭弧罩，有的还带有栅片或磁

17、吹灭弧装置。,（3）辅助触点,有常开和常闭辅助触点，在结构上它们均为桥式双断点形式，容量较小。其作用是在控制电路中起联动作用，用于和接触器相关的逻辑控制。辅助触点不设灭弧装置，因此它不能分合主电路。,（4）反力装置,该装置由释放弹簧和触点弹簧组成。,（5）支架和底座 它用于接触器的固定和安装。,2009-2-16,26,图 交流接触器的外形与结构,a）外形 b）结构示意图,2009-2-16,27,2009-2-16,28,直流接触器,图 直流接触器结构示意图,2009-2-16,29,2.接触器的工作原理,当电磁线圈通电后，线圈电流产生磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触头动作：常闭

18、触头断开，常开触头闭合，两者是联动的；当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放使触头复原：常开触头断开，常闭触头闭合。,2009-2-16,30,1.2.3 接触器的技术参数和图形文字符号,1.接触器的主要技术参数,（1）额定电压：指主触点的额定工作电压。（2）额定电流：主触点的额定电流。（3）线圈的额定电压：等于控制回路的电源电压。表1-1 接触器的额定电压和额定电流及线圈额定电压的等级表,2009-2-16,31,（4）机械寿命（1000万次以上）与电气寿命（100万次以上）（5）操作频率：每小时的操作次数一般：300次/h、600次/h（交流）、1200次/h（直流）（6）

19、接通与分断能力：可靠接通和分断的电流值。接通时：主触点不应发生熔焊。分断时：主触点不应发生长时间燃弧。,2009-2-16,32,2.接触器的图形符号和文字符号：,低压电器的型号表示法 国产常用低压电器的全型号组成形式如下：,2009-2-16,33,接触器的型号、含义,2009-2-16,34,1.2.4 接触器的选择1.根据所控制负载的工作任务选择相应使用类别的接触器；常见的接触器使用类别及其典型用途如表1-2所列。表1-2 常见接触器使用类别及其典型用途表2.类型的选择：直流或交流接触器主触点额定电压的选择：大于等于负载额定电压。主触点额定电流的选择：大于等于负载额定电流。3.接触器线圈

20、的电压等级应与控制电路相同。,2009-2-16,35,表1-3 新型CJ20系列接触器的主要参数,常用的交流接触器：CJ20、CJX1、CJX2、CJ12和CJ10等系列。引进品种：德国BBC公司的B系列，德国SIEMENS公司的3TB系列，法国TE公司的LC1系列等。常用的直流接触器：CZ18、CZ21、CZ22、CZ10和CZ2等系列，CZ18系列是取代CZ0系列的新产品。,2009-2-16,36,接触器的选用,类型的选择：直流或交流接触器主触点额定电压的选择：大于等于负载额定电压。主触点额定电流的选择：额定电流大于计算值。线圈电压：交流：380V 直流：220V,2009-2-16,

21、37,1.3 继电器,继电器是根据某种输入信号接通或断开小电流的控制回路，实现远距离控制和保护的自动控制电器。分类：*按输入信号的不同来分：有电压继电器、电流继电器、中间继电器、时间继电器和速度继电器等。*按线圈电流种类不同分：有交流继电器和直流继电器。*按使用范围不同分：有控制继电器和保护继电器*按动作原理不同分：电磁式继电器、感应式、电动式、电子式和热继电器。,1.3 继电器,2009-2-16,38,1.3.1 电磁式继电器的结构、作用和特性,1.电磁式继电器的结构电磁式继电器的结构和工作原理与接触器相似，也是由电磁机构和触头系统组成。,2.电磁式继电器的特性：,电磁机构激磁线圈的电压（

22、或电流）为其输入量，衔铁的位置为其输出量，输出量与输入量的关系称为输入/输出特性。如下图所示：若用y代表电磁机构的输出量，并将衔铁处于吸合位置记作y=1，把衔铁处于释放位置记作y=0；用x表示电磁机构的输入量，x0表示电磁机构的动作值（又称吸合值），xf表示电磁机构的返回值（又称释放值）。,图 电磁式继电器结构示意图,2009-2-16,39,当输入x由零增大至x0以前，输出y为零当x=x0时，继电器吸合，输出量为1；若x再增大，y值保持1不变；当x减小到xf时，继电器释放，输出由1减到0，x再减小y值均为0。即欲使继电器吸合xx0,欲使继电器释放xxf.令k=xf/x0称为继电器的返回系数，

23、且k1。可见电磁机构的输入/输出特性为一矩形，此类矩形特性曲线也称为继电器特性。,图 继电特性曲线,2009-2-16,40,K的取值：一般继电器k应较小为0.10.4之间，这样当继电器吸合后，输入量波动较大时，不致引起误动作；欠电压继电器则要求较高的k值,k0.6。,例某继电器k=0.66,吸合电压为额定电压90%，则电压低于额定电压的0.6690%60%时继电器释放，起到欠电压保护作用。继电器另一参数是动作时间，它包括吸合时间、释放时间。吸合时间：指从线圈接受电信号到衔铁完全吸合所需时间。释放时间：指从线圈失电到衔铁完全释放所需时间。一般继电器的动作时间为0.050.15s,快速继电器为0

24、.0050.05s，它的大小影响着继电器的操作频率。,2009-2-16,41,接触器与继电器的区别,继电器：用于控制电路、电流小，没有灭弧装置，可在电量或非电量的作用下动作。接触器：用于主电路、电流大，有灭弧置，一 般只能在电压作用下动作。,2009-2-16,42,1.3.2.几种常用的电磁式继电器：,（一）电压继电器：即触点的动作与线圈电压大小有关的继电器称为电压继电器。使用时电压继电器的线圈与负载并联。按线圈电流的种类可分为交流和直流电压继电器，按吸合电压大小又可分为过电压和欠（零）电压继电器两种：(1)过电压继电器：线圈在额定电压时，衔铁不产生吸合动作，只有当线圈电压高于其额定电压的

25、某一值时，衔铁才产生吸合动作，对电路实现过电压保护。过电压继电器是利用其常闭触点来完成过电压保护的。交流过电压继电器吸合电压的调节范围为x=(1.051.2)UN（产品中没有直流过电压继电器）,2009-2-16,43,(2)欠（零）电压继电器：电压正常时，欠电压继电器吸合，当电路电压降低到（5%25%）UN时释放，对电路实现欠（零）电压保护。欠电压继电器是利用其常开触点来完成保护的.电压继电器的图形文字符号如图：,电压继电器的选用：首先要注意线圈电流的种类和电压等级应与控制电路一致；另外，根据在控制电路中的作用选型；最后，要按控制电路的要求选触点的类型和数量。,2009-2-16,44,（二

26、）中间继电器：,在控制电路中起信号传递、放大、分路等作用的继电器称为中间继电器。中间继电器实质上是电压继电器的一种，特点是：触点数量较多，电流容量可增大，起中间放大（触头数目和电流容量）的作用。选用中间继电器时，要注意线圈的电流种类和电压等级应与控制电路一致；另外要根据控制电路的需要来确定触点的型式和数量，当一个中间继电器触点数量不够用时，也可将两个中间继电器并联使用，以增加触点的数量。,2009-2-16,45,（三）电流继电器：,即触点的动作与线圈的电流大小有关的继电器称为电流继电器。使用时电流继电器的线圈与负载串联。常用的电流继电器有欠电流和过电流继电器两种：(1)欠电流继电器：电路正常

27、工作时，欠电流继电器吸合动作，当电路电流减小到某一整定值时，欠电流继电器释放，对电路起欠电流保护作用。（产品中有直流欠电流继电器，而没有交流欠电流继电器）（利用常开触点完成保护，调整值按负载要求定）(2)过电流继电器：电路正常工作时，过电流继电器不动作，当电路中电流超过某一整定值时，过电流继电器吸合动作，对电路起过电流保护作用（利用常闭触点保护）.电流继电器图形文字符号；,2009-2-16,46,图 电磁式电流继电器结构图1-底座 2-反力弹簧 3、4-调节螺钉 5-非磁性垫片 6-衔铁 7-铁芯 8-极靴 9-电磁线圈 10.触点系统,2009-2-16,47,JZC4系列中间继电器主要技术参数,