最新11低压控制电器基础课件.ppt
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1、YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 前前 言言 随着电气控制新元件、新器件的不断涌现和计随着电气控制新元件、新器件的不断涌现和计算机控制技术的发展,生产设备的控制策略、控制方算机控制技术的发展,生产设备的控制策略、控制方法、控制手段日新月异,越来越多地采用了可编程序法、控制手段日新月异,越来越多地采用了可编程序控制器(控制器(PLC)、)、数字控制等先进的控制技术。数字控制等先进的控制技术。但由于传统的继电但由于传统的继电-接触器控制系统,结构简单,接触器控制系统,结构简单,价格便宜,并为广大的工程技术人员所熟悉,加上新价格便宜,并为广大的工程技术人员所熟悉,加上新型电器元件的采
2、用,提高了系统的可靠性,因而目前型电器元件的采用,提高了系统的可靠性,因而目前仍然还在大量使用,仍然还在大量使用,传统与现代并存的局面还会长期传统与现代并存的局面还会长期存在。存在。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术电器种类繁多,用途也很广,常用低压电器主电器种类繁多,用途也很广,常用低压电器主要
3、有配电电器、控制电器。这里主要介绍自动控制要有配电电器、控制电器。这里主要介绍自动控制系统用低压电器。系统用低压电器。按电压等级分按电压等级分:工作电压以交流:工作电压以交流1000V、直流直流1200V为界划分为高压电器、低压电器为界划分为高压电器、低压电器。按使用系统分按使用系统分:电力系统用电器、电力拖动及:电力系统用电器、电力拖动及自动控制系统用电器、自动化通信系统用电器。自动控制系统用电器、自动化通信系统用电器。按电器组合分按电器组合分:单个电器、成套电器与自动化:单个电器、成套电器与自动化装置。装置。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术按工作职能分按工作职能分:手动操作
4、电器、自动控制电器:手动操作电器、自动控制电器(自动切换电器、自动控制电器、自动保护电器)、(自动切换电器、自动控制电器、自动保护电器)、其它电器(稳压及调压电器、起动与调速电器、检测其它电器(稳压及调压电器、起动与调速电器、检测与变换电器、牵引与传动电器)。与变换电器、牵引与传动电器)。按电器的输出形式分按电器的输出形式分:有触头(点)电器有触头(点)电器通断电路的功能由触头来通断电路的功能由触头来实现,如刀开关、接触器等。实现,如刀开关、接触器等。无触头电器无触头电器通断功能不是通过接触,而是根通断功能不是通过接触,而是根据输出信号的高低电平来实现的,如晶闸管的导通与据输出信号的高低电平来
5、实现的,如晶闸管的导通与截止、三极管的导通与截止等。截止、三极管的导通与截止等。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术按使用场合分按使用场合分:一般工业用电器、特殊工矿用:一般工业用电器、特殊工矿用电器、农用电器、家用电器、其它场合(如航空、电器、农用电器、家用电器、其它场合(如航空、船舶、热带、高原)用电器。船舶、热带、高原)用电器。按控制系统作用分按控制系统作用分:信号电器信号电器是将非电量,如位移、压力、温是将非电量,如位移、压力、温度等的变化转化为电信号的电器度等的变化转化为电信号的电器。这类电器有按钮、。这类电器有按钮、压力继电器、行程开关、热继电器等;压力继电器、行程开关
6、、热继电器等;控制电器控制电器是一种电器逻辑门。常见的为是一种电器逻辑门。常见的为“与门与门”、“或门或门”和和“非门非门”,其输入和输出都,其输入和输出都是电信号,如电磁式继电器、接触器等。是电信号,如电磁式继电器、接触器等。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术电器的分类方法很多,且相互交叉、覆盖。即电器的分类方法很多,且相互交叉、覆盖。即某一电器按不同分类方法,分属于不同的种类。如某一电器按不同分类方法,分属于不同的种类。如工作电压为工作电压为380伏的交流接触器,按不同分类方法分伏的交流接触器,按不同分类方法分属:低压电器、有触头电器、电器控制系统用电器。属:低压电器、有触头
7、电器、电器控制系统用电器。从结构上看,电器一般都具有两个基本组成部从结构上看,电器一般都具有两个基本组成部分:感测部分与执行部分。对于有触头的电磁式电分:感测部分与执行部分。对于有触头的电磁式电器,感测部分大都是电磁机构,而执行部分是触头。器,感测部分大都是电磁机构,而执行部分是触头。对于非电磁式的自动电器,感测部分因其工作原理对于非电磁式的自动电器,感测部分因其工作原理不同而各有差异,但执行部分仍是触头。不同而各有差异,但执行部分仍是触头。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术1.1.1 电磁式控制电器的电磁机构电磁式控制电器的电磁机构1.1.1.1 电磁机构的组成电磁机构的组成电
8、磁机构是各种自动化电磁式电器的主要组成电磁机构是各种自动化电磁式电器的主要组成部分之一,它将电磁能转换成机械能,带动触头使部分之一,它将电磁能转换成机械能,带动触头使之闭合或断开。之闭合或断开。电磁机构由吸引线圈和磁路两部分组成。磁路电磁机构由吸引线圈和磁路两部分组成。磁路包括铁心、衔铁、铁轭和空气隙。包括铁心、衔铁、铁轭和空气隙。电磁机构分类如下:电磁机构分类如下:按衔铁的运动方式分类:按衔铁的运动方式分类:YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术衔铁绕棱角转动的拍合式衔铁绕棱角转动的拍合式铁心:衔铁绕铁轭的棱角铁心:衔铁绕铁轭的棱角而转动,磨损较小。铁心而转动,磨损较小。铁心用软铁
9、,适用于直流接触用软铁,适用于直流接触器、继电器。器、继电器。衔铁绕轴转动的拍合式衔铁绕轴转动的拍合式铁心:衔铁绕轴转动,铁心:衔铁绕轴转动,用于触头容量较大的交用于触头容量较大的交流接触器,铁心用硅钢流接触器,铁心用硅钢片叠成。片叠成。衔铁直线运动的直动式衔铁直线运动的直动式铁心:衔铁在线圈内作铁心:衔铁在线圈内作直线运动,多用于交流直线运动,多用于交流接触器中。接触器中。按磁系统形状分类:按磁系统形状分类:电磁机构可分为电磁机构可分为U形和形和E形形两种。两种。按线圈的连接方式分类:按线圈的连接方式分类:可分为并联(电压线圈)可分为并联(电压线圈)和串联(电流线圈)两种。和串联(电流线圈)
10、两种。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术按吸引线圈电流的种类分类:按吸引线圈电流的种类分类:可分为直流线圈可分为直流线圈和交流线圈两种。和交流线圈两种。直流电磁机构,铁心不发热,只线圈发热,因直流电磁机构,铁心不发热,只线圈发热,因而吸引线圈做成高而薄的瘦长型,且不设线圈骨架,而吸引线圈做成高而薄的瘦长型,且不设线圈骨架,使线圈与铁心直接接触,易于散热。使线圈与铁心直接接触,易于散热。交流电磁机构,其铁心存在磁滞和涡流损耗,交流电磁机构,其铁心存在磁滞和涡流损耗,线圈和铁心都发热,因而吸引线圈设有骨架,使铁心线圈和铁心都发热,因而吸引线圈设有骨架,使铁心与线圈隔离并将线圈制成短而
11、厚的矮胖型,有利于铁与线圈隔离并将线圈制成短而厚的矮胖型,有利于铁心和线圈散热。心和线圈散热。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术1.1.1.2 电磁机构的吸力特性电磁机构的吸力特性 电磁机构的工作特性常用吸力特性和反力特性电磁机构的工作特性常用吸力特性和反力特性来表征。吸力与气隙的关系称为吸力特性。吸力来表征。吸力与气隙的关系称为吸力特性。吸力F为为SBSBF2 25 52 20 01 10 04 42 21 1=(1-1)式中式中 F 电磁吸力(电磁吸力(N););B 气隙中磁感应强度(气隙中磁感应强度(T););S 磁极截面积(磁极截面积(m2);04107Hm。当当S为常数
12、时,为常数时,F与与B2成正比。成正比。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术(1)直流电磁机构的吸力特性直流电磁机构的吸力特性因外加电压和线圈电阻不变,则流过线圈的电因外加电压和线圈电阻不变,则流过线圈的电流为常数,与磁路的气隙大小无关。流为常数,与磁路的气隙大小无关。根据磁路定律根据磁路定律 mmRRIN1 1=(1-2)2 22 21 1)(mRF(1-3)吸力吸力F与与R2m成反比,亦即与气隙成反比,亦即与气隙2成反比,故成反比,故吸力特性为二次曲线形状,如图吸力特性为二次曲线形状,如图1-2。衔铁闭合前后吸力变化很大。衔铁闭合前后吸力变化很大。YXSH现代电气自动控制技术现
13、代电气自动控制技术激励线圈断电时,磁势激励线圈断电时,磁势NI急速变为接近零,磁急速变为接近零,磁通也发生相应的急速变化,因而会在线圈中感生很通也发生相应的急速变化,因而会在线圈中感生很大的反电动势,此反电势可达线圈额定电压的大的反电动势,此反电势可达线圈额定电压的1020倍,易使线圈因过电压而损坏。倍,易使线圈因过电压而损坏。为此在激励线圈上并联一个放电电阻为此在激励线圈上并联一个放电电阻R。在线在线圈断电时圈断电时,该电阻与线圈形成一个放电电路,该电阻与线圈形成一个放电电路,使原,使原储存于磁场中的能量储存于磁场中的能量转换成转换成热能消耗于电阻,不致产生热能消耗于电阻,不致产生过电压。过
14、电压。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术从降低过电压出发,电阻宜小些,为解决这个从降低过电压出发,电阻宜小些,为解决这个矛盾,可以与电阻串一个二极管使正常工作时放电矛盾,可以与电阻串一个二极管使正常工作时放电电路不工作。通常放电电阻可取线圈电阻的电路不工作。通常放电电阻可取线圈电阻的68倍。倍。直流电磁机构适合于动作频繁的场合,且吸合直流电磁机构适合于动作频繁的场合,且吸合后电磁吸力大,工作可靠性好。后电磁吸力大,工作可靠性好。(2)交流电磁机构的吸力特性)交流电磁机构的吸力特性若外加电压不变,线若外加电压不变,线圈的阻抗主要决定于线圈的圈的阻抗主要决定于线圈的电抗,电阻可忽略,
15、则电抗,电阻可忽略,则YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术 当频率当频率f、匝数匝数N和电压和电压U均为常数时,均为常数时,为常数,为常数,由式(由式(1-3)知)知F亦为常数,说明亦为常数,说明F与与大小无关。实大小无关。实际上考虑到漏磁的作用,际上考虑到漏磁的作用,F随随的减小略有增加。的减小略有增加。当气隙当气隙变化时,由于变化时,由于不变时由式(不变时由式(1-2)可)可知知IN将随将随Rm(亦即亦即)正比变化,正比变化,I与与呈线性关系。呈线性关系。NfEU4 44 44 4.=NfU4 44 44 4.=(1-4)(1-5)YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技
16、术由上述结论可看出,对于可靠性高或频繁动作由上述结论可看出,对于可靠性高或频繁动作的控制系统一般采用直流电磁机构,而不采用交流的控制系统一般采用直流电磁机构,而不采用交流电磁机构。一般电磁机构。一般U形交流电磁机构,在线圈通电而衔形交流电磁机构,在线圈通电而衔铁尚未吸合瞬间,电流将达到吸合后额定电流的铁尚未吸合瞬间,电流将达到吸合后额定电流的56倍,倍,E形电磁机构将达到形电磁机构将达到1015倍。如果衔铁卡住不倍。如果衔铁卡住不能吸合或者频繁动作,就可能烧毁线圈。能吸合或者频繁动作,就可能烧毁线圈。由于铁磁物质由于铁磁物质有剩磁,它使电磁机有剩磁,它使电磁机构的激励线圈失电后构的激励线圈失电
17、后仍有一定的磁性吸力仍有一定的磁性吸力存在。剩磁的吸力随存在。剩磁的吸力随气隙的增大而减小。气隙的增大而减小。剩磁的吸力特性如图剩磁的吸力特性如图1-5中曲线中曲线4。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术1.1.1.3 电磁机构的反力特性电磁机构的反力特性 电磁机构转动部分的静阻力与气隙的关系曲线电磁机构转动部分的静阻力与气隙的关系曲线称为反力特性。阻力的大小与作用弹簧、摩擦阻力称为反力特性。阻力的大小与作用弹簧、摩擦阻力以及衔铁质量有关。以及衔铁质量有关。电磁机构使衔铁释放的力有两种:电磁机构使衔铁释放的力有两种:利用弹簧的反力利用弹簧的反力 利用衔铁自身的重力利用衔铁自身的重力
18、F反反1K1x F反反2K2mg YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术反力特性曲线如反力特性曲线如图图1-5曲线曲线3所示。所示。1为电磁机构为电磁机构气隙的初始值气隙的初始值 2为动静触头开始为动静触头开始接触时的气隙长度。接触时的气隙长度。这时触头上的初压这时触头上的初压力作用到衔铁上,力作用到衔铁上,由于超行程机构的由于超行程机构的弹力作用,反力特弹力作用,反力特性在性在2处有一突变。处有一突变。在在20的区域内,气的区域内,气隙越小,触头压得越隙越小,触头压得越紧,反力越大。紧,反力越大。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术1.1.1.4 电磁机构吸力电磁机构吸
19、力特性与反力特性的配合特性与反力特性的配合电磁机构在整个吸合过电磁机构在整个吸合过程中,吸力需大于反力,吸程中,吸力需大于反力,吸力特性在反力特性的上方力特性在反力特性的上方,这这样触头才能闭合接通电路。样触头才能闭合接通电路。但也不能过大,否则会影响但也不能过大,否则会影响电器的机械寿命。电器的机械寿命。当切断电磁机构的激励电流释放衔铁时,其反当切断电磁机构的激励电流释放衔铁时,其反力特性必须大于剩磁吸力,才能保证衔铁可靠释放。力特性必须大于剩磁吸力,才能保证衔铁可靠释放。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术对于单相交流电磁机构,由于磁通是交变的,对于单相交流电磁机构,由于磁通是
20、交变的,当磁通过零时吸力也为零,吸合后的衔铁在反力弹当磁通过零时吸力也为零,吸合后的衔铁在反力弹簧的作用下将被拉开。磁通过零后吸力增大,当吸簧的作用下将被拉开。磁通过零后吸力增大,当吸力大于反力时,衔铁又吸合。由于交电源频率的变力大于反力时,衔铁又吸合。由于交电源频率的变化,衔铁的吸力随之每个周波二次过零,因而衔铁化,衔铁的吸力随之每个周波二次过零,因而衔铁产生强烈振动与噪声,甚至使铁心松散。因此交流产生强烈振动与噪声,甚至使铁心松散。因此交流接触器铁心端面上都安装一个铜制的分磁环(或称接触器铁心端面上都安装一个铜制的分磁环(或称短路环),使铁心通过两个在时间上不相同的磁通,短路环),使铁心通
21、过两个在时间上不相同的磁通,矛盾就解决了。矛盾就解决了。图图 1-6 加短路环后的磁通和电磁吸力图加短路环后的磁通和电磁吸力图(a a)磁通示意图磁通示意图 (b)电磁吸力图电磁吸力图 Ftt O O 1F1 2F2F电磁机构的交变磁通穿电磁机构的交变磁通穿过短路环所包围的截面过短路环所包围的截面S2,在环中产生涡流在环中产生涡流此涡流产生的磁通此涡流产生的磁通2在相位上落后于在相位上落后于截面截面S1中的磁通中的磁通1由由1、2产生吸力为产生吸力为F1+F2,只要此合力始终只要此合力始终超过其反力,衔铁的振超过其反力,衔铁的振动现象就消失。动现象就消失。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自
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