《电工与电子学》课件:第10章 电气控制技术第3版.ppt
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- 电工与电子学 电工与电子学课件:第10章 电气控制技术第3版 电工 电子学 课件 10 电气控制 技术
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1、第第1010章章 电气控制技术电气控制技术10.1 10.1 常用低压电器常用低压电器10.2 10.2 三相异步电动机继电三相异步电动机继电- -接触控制电路接触控制电路* *10.3 10.3 可编程控制器可编程控制器 * *10.4 10.4 异步电动机的电子控制异步电动机的电子控制10.5 10.5 安全用电安全用电电气控制技术是自动控制技术的一个重要组电气控制技术是自动控制技术的一个重要组成部分,它采用各种电气、电子器件对各种成部分,它采用各种电气、电子器件对各种控制对象按生产和工艺的要求进行有效的控控制对象按生产和工艺的要求进行有效的控制。制。本章首先介绍一些常用电器,并讨论三相异
2、本章首先介绍一些常用电器,并讨论三相异步电动机典型的继电接触控制电路。然后介步电动机典型的继电接触控制电路。然后介绍可编程序控制器的基础知识及异步电动机绍可编程序控制器的基础知识及异步电动机的电子控制。的电子控制。 10.1 10.1 常用低压电器常用低压电器10.1.1 刀开关和熔断器10.1.2 低压断路器10.1.3 剩余电流动作保护装置10.1.4 交流接触器10.1.5 继电器10.1.6 按钮和行程开关 低压电器一般是指交流低压电器一般是指交流1200V、直流、直流1500V以以下,用来切换、控制、调节和保护用电设备的电下,用来切换、控制、调节和保护用电设备的电器。器。 低压电器种
3、类很多,按其动作方式可分为手动电低压电器种类很多,按其动作方式可分为手动电器和自动电器。器和自动电器。 随着电子技术的发展,电子电器已成为自动电器随着电子技术的发展,电子电器已成为自动电器的重要组成部分。的重要组成部分。10.1.1 刀开关和熔断器1. 闸刀开关闸刀开关 闸刀开关是一闸刀开关是一种手动控制电器。种手动控制电器。闸刀开关的结构闸刀开关的结构简单,主要由刀简单,主要由刀片(动触点)和片(动触点)和刀座(静触点)刀座(静触点)组成。图示是胶组成。图示是胶木盖瓷座闸刀开木盖瓷座闸刀开关的结构和符号关的结构和符号 闸刀开关一般不宜在负载下切断电闸刀开关一般不宜在负载下切断电源,常用作电源
4、的隔离开关,以便源,常用作电源的隔离开关,以便对负载端的设备进行检修。在负载对负载端的设备进行检修。在负载功率比较小时也可以用作电源开关功率比较小时也可以用作电源开关 L1 L2 L3aQSQSU V Wb2. 2. 熔断器熔断器 一种短路保护电器,串接在被保护的电路中。一种短路保护电器,串接在被保护的电路中。电路短路电路短路短路电流使熔断器的熔体发热熔断,切短路电流使熔断器的熔体发热熔断,切断电路断电路保护线路及电气设备。保护线路及电气设备。常用的熔断器及图形文字符号如图所示。常用的熔断器及图形文字符号如图所示。 螺旋式螺旋式管式管式符号符号FU熔体的选择熔体的选择熔体额定电流的选择应考虑被
5、保护负载的电流熔体额定电流的选择应考虑被保护负载的电流大小,同时也必须注意负载的工作方式。大小,同时也必须注意负载的工作方式。一般可按下列条件进行一般可按下列条件进行 对无冲击(起动)电流的电路为对无冲击(起动)电流的电路为 IfuNIN 式中,式中,IN表示负载额定电流。表示负载额定电流。对具有冲击(起动)电流的电路为对具有冲击(起动)电流的电路为 IfuNKIS式中,式中,IS表示负载的冲击电流值,例如异步电动表示负载的冲击电流值,例如异步电动机的起动电流。机的起动电流。K为计算系数,数值在为计算系数,数值在0.30.6之间之间 10.1.2 低压断路器按结构来分,有万能式按结构来分,有万
6、能式(又称框架式,通称又称框架式,通称ACB)和和塑料外壳式塑料外壳式(通称通称MCCB、MCB)两大类。两大类。 低压断路器也称为自动空气开关,可用来接通和分断低压断路器也称为自动空气开关,可用来接通和分断负载电路,控制不频繁起动的电动机,在线路或电动负载电路,控制不频繁起动的电动机,在线路或电动机发生过载、短路或欠电压等故障时,能自动切断电机发生过载、短路或欠电压等故障时,能自动切断电路,予以保护。广泛用于配电、电动机、家用等线路路,予以保护。广泛用于配电、电动机、家用等线路的通断控制及保护。的通断控制及保护。 低压断路器由操作机构、触点、保护装置、灭弧系低压断路器由操作机构、触点、保护装
7、置、灭弧系统等组成。下图是其原理示意图。统等组成。下图是其原理示意图。 QF图形符号图形符号10.1.3 剩余电流动作保护装置剩余电流动作保护装置以剩余电流动作保护装置以前称为漏电保护器,用以前称为漏电保护器,用以对低压电网直接触电和间对低压电网直接触电和间接触电进行有效保护。接触电进行有效保护。 图示为三相四线制系统剩图示为三相四线制系统剩余电流动作保护装置原理余电流动作保护装置原理示意图。示意图。TA 剩余电流互感器剩余电流互感器 QF 主开关主开关TL 主开关的分励脱扣器线圈主开关的分励脱扣器线圈无漏电或触电时无漏电或触电时 0UVWNIIIITA 的二次侧不产生感应电动势的二次侧不产生
8、感应电动势, 剩余电流动作保护装置不动作剩余电流动作保护装置不动作, 系统保持正常供电系统保持正常供电 当被保护电路发生漏电或有人触电时,当被保护电路发生漏电或有人触电时, 通过通过TA 一次一次侧各相电流的相量和不为零,产生了剩余电流侧各相电流的相量和不为零,产生了剩余电流Ik,即,即 UVWNkIIIII在在TA的铁心中出现交变磁通,的铁心中出现交变磁通,TA二次线圈就产生感二次线圈就产生感应电动势,经中间环节进行处理比较,应电动势,经中间环节进行处理比较, 当达到预定值当达到预定值时,使主开关分励脱扣器线圈时,使主开关分励脱扣器线圈TL 通电,通电, 驱动主开关驱动主开关QF 自动跳闸,
9、自动跳闸, 切断故障电路,从而实现保护切断故障电路,从而实现保护 10.1.4 交流接触器接触器是继电接触控制中的主要器件之一。它利用接触器是继电接触控制中的主要器件之一。它利用电磁吸力来动作,常用于直接控制主电路电磁吸力来动作,常用于直接控制主电路下图为一些交流接触器的外形下图为一些交流接触器的外形 交流接触器主要组成部分交流接触器主要组成部分电磁铁电磁铁 触点组触点组 静铁芯、动铁芯静铁芯、动铁芯 吸引线圈吸引线圈 主触点主触点(动合触点动合触点)辅助触点辅助触点(动合动合/动断触点动断触点)接触器各部件图形符号如图所示接触器各部件图形符号如图所示 选用接触器考虑的主要参数选用接触器考虑的
10、主要参数 主触点额定电流主触点额定电流/额定电压额定电压辅助触点数目辅助触点数目 吸引线圈额定电压吸引线圈额定电压 10.1.5 继电器继电器是一种自动电器,输入量可以是电压、电流等继电器是一种自动电器,输入量可以是电压、电流等电量,也可以是温度、时间、速度或压力等非电量,电量,也可以是温度、时间、速度或压力等非电量,输出就是触点动作。当输入量变化到某一定值,继电输出就是触点动作。当输入量变化到某一定值,继电器动作而带动其触点接通器动作而带动其触点接通(或切断或切断)它所控制的电路。它所控制的电路。 图为继电器动合触点的继电特性图为继电器动合触点的继电特性YmaxYminY0XfXCXNXXN
11、额定值额定值 XC动作值动作值 Xf返回值返回值 KF=Xf /XCKC=XN/XC 储备系数储备系数 返回系数返回系数 1.1.中间继电器中间继电器中间继电器是一种电磁中间继电器是一种电磁继电器,其结构与工作原理继电器,其结构与工作原理和交流接触器基本相同,只和交流接触器基本相同,只是电磁系统小一些,触点数是电磁系统小一些,触点数量则多一些。中间继电器的量则多一些。中间继电器的触点容量较小,通常一是用触点容量较小,通常一是用来传递信号,同时控制多个来传递信号,同时控制多个电路;二是也可以直接用来电路;二是也可以直接用来接通和断开小功率电动机或接通和断开小功率电动机或其他电气执行元件。图为中其
12、他电气执行元件。图为中间继电器的外形及符号。间继电器的外形及符号。 2.2.时间继电器时间继电器时间继电器是一种利用电磁原理、机械原理或电时间继电器是一种利用电磁原理、机械原理或电子技术来实现子技术来实现触点延时接通或断开触点延时接通或断开的控制电器。的控制电器。 空气阻尼型时间继电器空气阻尼型时间继电器 利用空气通过小孔节流利用空气通过小孔节流的原理来实现触点延时的原理来实现触点延时动作动作组成:电磁系统、延时组成:电磁系统、延时机构、触点机构、触点通延时时间继电器原通延时时间继电器原理示意图如图所示理示意图如图所示时间继电器按触点系统可分为时间继电器按触点系统可分为通电延时型和断电延时型两
13、种通电延时型和断电延时型两种类型。类型。右图为时间继电器的图形符号右图为时间继电器的图形符号 注意动合和动断触点分别有瞬注意动合和动断触点分别有瞬时、延时闭合、延时断开三种时、延时闭合、延时断开三种符号符号瞬时动作瞬时动作通延时通延时断延时断延时 场效应晶体管时间继电器场效应晶体管时间继电器 上电上电(T1T2T3截止截止)经经R10RP1R2对对C2充电充电 UG T1T2T3导通导通 继电器继电器K线圈通电,动合触点闭合线圈通电,动合触点闭合(信信号输出号输出),另一动合闭合,另一动合闭合,C2经经R8放电放电(T1T2截止截止)3. 3. 热继电器和电子式电动机保护器热继电器和电子式电动
14、机保护器 热继电器热继电器 利用电流热效应原理工作利用电流热效应原理工作 组成:发热元件、双金属组成:发热元件、双金属片、触点片、触点工作原理:过载工作原理:过载双金属双金属片弯曲片弯曲继电器触点动作继电器触点动作热继电器图形符号如图热继电器图形符号如图 电子式电动机保护器电子式电动机保护器过流过流设定设定起动时起动时间设定间设定不平衡不平衡度设定度设定比较比较动作动作过流、断过流、断相报警相报警I/V变换变换信号处理信号处理电流电流互感器互感器电子式电动机保护器原理电子式电动机保护器原理框图如图所示框图如图所示M3KMKMU VWFUSK电子式电动机保护器工作示意图电子式电动机保护器工作示意
15、图如右图所示如右图所示保护器从电流互感器获保护器从电流互感器获得主电路电流情况,经得主电路电流情况,经I/U变换器转换成电压变换器转换成电压信号输出,与信号输出,与(过流、起过流、起动时间、不平衡度等动时间、不平衡度等)设设定值进行比较,决定是定值进行比较,决定是否进行保护动作否进行保护动作4.4.固态继电器固态继电器一种由光电耦合器件、集成触发器和功率器件组成一种由光电耦合器件、集成触发器和功率器件组成的无触点继电器的无触点继电器固态继电器的符号及原理如图所固态继电器的符号及原理如图所示,输入接直流控制电路,输出示,输入接直流控制电路,输出接交流主电路。接交流主电路。单相交流固态继电器单相交
16、流固态继电器三相交流固态继电器三相交流固态继电器三相交流三相交流直流控制端直流控制端例题例题10.1.1分析固态继电器组成电路的功能分析固态继电器组成电路的功能 解解 若若 A=1SSR1SSR5不通不通电动机停止电动机停止A=0电动机运转电动机运转B控制其转向控制其转向B=1SSR1 SSR3 SSR5导通,进入电动机的相序为导通,进入电动机的相序为UVWB=0SSR1 SSR2 SSR4导通,进入电动机的相序为导通,进入电动机的相序为UWV电动机的转向与电动机的转向与B=1时相反时相反11110001100101000011UVWUWV10.1.6 按钮和行程开关按钮和行程开关是一种在控制
17、系统中发出指令的电按钮和行程开关是一种在控制系统中发出指令的电器,称为主令电器。器,称为主令电器。 1.按钮按钮 按钮是一种简单按钮是一种简单的手动开关,用的手动开关,用来接通或断开控来接通或断开控制电路。制电路。按钮原理图及符按钮原理图及符号如图所示。动号如图所示。动/静触点均为桥式双断点结构静触点均为桥式双断点结构 2.2.机械式行程开关机械式行程开关1.静触头静触头 2.动触头动触头 3.顶杆顶杆 4.弹簧弹簧 5.复位弹簧复位弹簧 行程开关行程开关常被安装在工常被安装在工作机械行程的终点处,作机械行程的终点处,以限制机械的行程,因以限制机械的行程,因此也称为限位开关此也称为限位开关 工
18、作过程如图所示,工作机械碰撞工作过程如图所示,工作机械碰撞传动头时,顶杆传动头时,顶杆3受力向下运动,受力向下运动,当到达一定的位置时,弹簧当到达一定的位置时,弹簧4的力的力的垂直分量变为向上,带动了动触的垂直分量变为向上,带动了动触头向上跳,从而使得动断触头断开,头向上跳,从而使得动断触头断开,动合触头闭合;当去掉外力动合触头闭合;当去掉外力F时,时,复位弹簧复位弹簧5使顶杆使顶杆4上升,动触头上升,动触头复位。复位。 外形及符号外形及符号 1 2 3 4 5 F 3.3.接近开关接近开关高频振荡型:用以检测各种金属体高频振荡型:用以检测各种金属体电容型:用以检测各种导电或不导电的液体或固体
19、电容型:用以检测各种导电或不导电的液体或固体光电型:用以检测所有不透光物质光电型:用以检测所有不透光物质超声波型:用以检测不透过超声波的物质超声波型:用以检测不透过超声波的物质电磁感应型:用以检测导磁或不导磁金属电磁感应型:用以检测导磁或不导磁金属接近开关是一种无触点的行程开关。当被测物体接近开关是一种无触点的行程开关。当被测物体与之接近到一定距离时就会发出动作信号。它在定位与之接近到一定距离时就会发出动作信号。它在定位精度、操作频率、使用寿命和对环境适应能力等方面精度、操作频率、使用寿命和对环境适应能力等方面具有明显优点。具有明显优点。接近开关按照其工作原理,可分为以下类型:接近开关按照其工
20、作原理,可分为以下类型:下图为停振型接近开关框图。下图为停振型接近开关框图。金属物体未接近开关的感应头时,振荡器产生自激振金属物体未接近开关的感应头时,振荡器产生自激振荡,荡,继电器线圈继电器线圈K无电流不动作;无电流不动作;金属物体接近开关的感应头时,产生涡流,金属物体接近开关的感应头时,产生涡流,使得振使得振荡电路的品质因数荡电路的品质因数Q明显下降,振荡器停振,明显下降,振荡器停振,继电继电器线圈器线圈K通电动作通电动作4.4.微动开关微动开关微动开关是一种行程很小的、瞬时动作的主令电器。微动开关是一种行程很小的、瞬时动作的主令电器。它是一种施压促动的快速开关,又叫灵敏开关。它是一种施压
21、促动的快速开关,又叫灵敏开关。 工作原理:外部机械力工作原理:外部机械力作用于作用于动作簧片动作簧片能量积聚到临界点能量积聚到临界点动触点与静触点快速接通或断开动触点与静触点快速接通或断开作用力移去作用力移去动作簧片产生反向动作簧片产生反向动作力动作力反向行程达到簧片的动反向行程达到簧片的动作临界点作临界点瞬时完成反向动作。瞬时完成反向动作。 特点:触点间隔小、动作行程短、特点:触点间隔小、动作行程短、按动力小、通断迅速。动触点的按动力小、通断迅速。动触点的动作速度与传动元件动作速度无动作速度与传动元件动作速度无关。关。 右图是微动开关的结构原理图。右图是微动开关的结构原理图。10.2 10.
22、2 三相异步电动机继电三相异步电动机继电- -接触控制电路接触控制电路10.2.1 直接起动和正反转控制电路10.2.2 时间控制和行程控制电路10.2.1 直接起动和正反转控制电路1. 直接起动控制线路直接起动控制线路 KKMM FR KM FU QS 3 M L L2 2 L L1 1 L3 S SB B2 2 S SB B1 1 KKMM F FR R 刀开关刀开关QS:隔离开关:隔离开关 熔断器熔断器FU:短路保护:短路保护 接触器接触器KM:失压保护:失压保护 热继电器热继电器FR:过载保护:过载保护 SB1:停止按钮:停止按钮SB2:起动按钮:起动按钮 KM辅助触头:自锁辅助触头:
23、自锁 主电路主电路辅助电路辅助电路点动点动 SBTSBPKMFRKMSBP1SBT1在直接起动控制电路中串联第在直接起动控制电路中串联第2个停止按钮个停止按钮 在起动按钮处并联第在起动按钮处并联第2个起动按钮个起动按钮 即可实现两地控制即可实现两地控制 QSKM2KM1L3下图为顺序控制电路下图为顺序控制电路只有当只有当M1起动后,起动后,M2才可才可以起动,从而两台电动机顺序起动控制以起动,从而两台电动机顺序起动控制2.2.正反转控制电路正反转控制电路KMFL1 L2 L3 QSFUM3KMFFRSBPSBFKMFFRKMRKMRKMFKMRSBRKMR联锁触点联锁触点10.2.2 时间控制
24、和行程控制电路1. 时间控制电路时间控制电路以三相异步电动机以三相异步电动机Y起动控制的电路为例起动控制的电路为例KM1控制电动机的启停控制电动机的启停KMY用于控制电动机绕组的星形联结用于控制电动机绕组的星形联结KM用于控制电动机绕组的星形联结用于控制电动机绕组的星形联结根据延时要求,电动机按一定时间间隔进行控制。根据延时要求,电动机按一定时间间隔进行控制。在继电接触控制电路中,用时间继电器来实现时在继电接触控制电路中,用时间继电器来实现时间控制功能。间控制功能。按下按下SBTKM1、KMY和和KT的线圈得电的线圈得电KM1、KMY的动的动合主触头合主触头闭合,电闭合,电动机星形动机星形启动
25、启动KM1的辅助触的辅助触头闭合自锁头闭合自锁延时时间到,延时时间到,KT的延时动断的延时动断触头断开,触头断开,KMY线圈失电线圈失电KMY主触主触头断开头断开KMY互锁动断触互锁动断触头闭合头闭合KT延时动合触头闭延时动合触头闭合,合,KM线圈得电线圈得电KM主触主触头闭合,头闭合,电动机成电动机成三角形运三角形运行并自锁行并自锁KM互锁动断触头断开使互锁动断触头断开使KT线圈失电复位线圈失电复位SB1KM1SB2FRKM1KTKTKM1KM2KM2FU2FRKM1QSFU13ML3前述星型前述星型三角起动控制电路应用了通延时时三角起动控制电路应用了通延时时间继电器间继电器电动机能耗制动电
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