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1、电器与可编程限制器应用技术 主讲：朱程辉 电气与自动化工程学院自动化系2022/11/51第一篇 电器限制技术第一章：常用低压限制电器其次章：电器限制线路的基本环节第三章：生产机械的电气限制2022/11/52第一章：常用低压限制电器1.概述2.接触器3.继电器4.熔断器5.低压开关和低压断路器6.主令电器7.智能继电器2022/11/531.1概述什么是电器？所谓电器是指依据外界特定的信号和要求，自动或手动接通和断开电路，断续或连续地变更电路参数，实现对电路或非电对象的切换、爱护、检测、变换和调整用的电气设备。2022/11/542022/11/55 随着科技进步与经济的发展，电能的应用越来
2、越广泛，电器对电能的生产、输送、安排与应用起着限制、调整、检测与爱护的作用，在电力输配电系统和电力拖动自动限制系统中应用极为广泛。电器的种类繁多，构造各异，本门课主要向大家介绍常用低压限制电器元件，在内容上着重于低压电器的应用，不涉及元件的设计。2022/11/561.2 电器的分类电器的分类按电压分类按电压分类（一）按工作电压等级分（一）按工作电压等级分1高压电器高压电器 用于沟通电压用于沟通电压1200V、直流电压、直流电压1500V及及以上电路中的电器，例如高压断路器、高压隔离开关、以上电路中的电器，例如高压断路器、高压隔离开关、高压熔断器等。高压熔断器等。2低压电器低压电器 用于沟通用
3、于沟通50Hz(或或60Hz)额定电压为额定电压为1200V以下、直流额定电压为以下、直流额定电压为1500V及以下的电路内起通断、及以下的电路内起通断、爱护、限制或调整作用的电器爱护、限制或调整作用的电器(简称电器简称电器)，例如接触，例如接触器、继电器等。器、继电器等。2022/11/571.2 电器的分类电器的分类按动作原理分类按动作原理分类（二）（二）按动作原理分按动作原理分1手动电器手动电器 人手操作发出动作指令的电器。例如：刀开关、按钮等。2自动电器自动电器 产生电磁吸力而自动完成动作指令的电器。例如：接触器、继电器、电磁阀等。2022/11/581.2电器的分类电器的分类按用途按
4、用途1限制电器 用于各种限制电路及限制系统的电器，例如接触器、继电器、电动机起动器等。2配电电器 用于电能的输送和安排的电器，例如高 压断路器等。3主令电器 用于自动限制系统中发送动作指令的电 器，例如按钮、转换开关等。4爱护电器 用于爱护电路及用电设备的电器，例如熔断器、热继电器等。5执行电器 用于完成某种动作或传送功能的电器，例如电磁铁、电磁离合器等。2022/11/591.3 常用的低压限制电器常用的低压限制电器1接触器：沟通接触器 直流接触器继电器：电磁式继电器：电压继电器 电流继电器 中间继电器 时间继电器：直流电磁式 空气阻尼式 半导体式 热继电器 干簧继电器 速度继电器2022/
5、11/5101.3 常用的低压限制电器常用的低压限制电器2熔断器：瓷插式、螺旋式、快速熔断器 有填料封闭管式、无填料封闭管式低压断路器：框架式、塑料外壳式、限流式 快速直流断路器、漏电爱护器位置开关：直动式 滚动式 微动式按钮、刀开关2022/11/5111.4 我国低压限制电器的发展概况我国低压限制电器的发展概况第一代：20世纪6070年头，产品有17个系列其次代：20世纪7080年头，产品适应成套设备须要第三代：20世纪90年头，产品跟踪国外先进技术 现代低压电气的特征：微处理器；带有通信接口；接受标准化结构；爱护功能齐全；具有外部故障记录显示、参数测量显示、内部故障自诊断功能等。2022
6、/11/5122.1 接触器作用作用作用：用来频繁地接通和分断交、直流主回路和大容量限制电路。主要限制对象是电动机，能实现远距离限制，并具有欠(零)电压爱护。2022/11/5132.1 接触器结构结构主要结构：电磁系统 触头系统 灭弧装置2022/11/5142.1 接触器电磁系统电磁系统作用：将电磁能转换成机械能，产生电磁吸力带动触点动作。组成：动铁心动铁心(衔铁衔铁)、静铁心静铁心和电磁线圈电磁线圈2022/11/5152.1 接触器电磁系统吸力特性吸力特性吸力特性：电磁系统的电磁吸力与气隙的关系曲线称为吸力持性。电磁吸力气隙磁感应强度铁心截面积2022/11/5162.1 接触器电磁系
7、统吸力特性吸力特性1沟通吸力特性2022/11/5172.1 接触器电磁系统吸力特性吸力特性2直流吸力特性2022/11/5182.1 接触器电磁系统吸力特性吸力特性3沟通与直流吸力特性的比较：牢靠性高，频繁操作2022/11/5192.1 接触器电磁系统 反力特性反力特性电磁系统的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，衔铁自重，摩擦阻力2022/11/520触头是接触器的执行元件，用来接通或 断开被控电路。分类1：主触头：限制主回路，允许通过大电流 协助触头：限制回路，允许通过小电流分类2：常开触头NO：初始状态触头断开，线圈通电后闭合 常闭触头NC：初始状态触头闭合，线圈
8、通电后断开2.1 接触器触头系统2022/11/5212.1 接触器触点系统触头形态：桥型触点、指型触点触头接触形式：点接触、线接触、面接触2022/11/5222.1 接触器灭弧装置电弧：当触头断开瞬间，触头间距离微小，电场强度极大，触头间产生大量的带电粒子，形成炙热的电子流，产生弧光放电现象，称为电弧。危害：阻碍电路的正常分断，又会使触头受到严峻腐蚀。方法：要使电弧熄灭，应设法降低电弧的温度和电场强度。常用的灭弧装置有灭弧罩、灭弧栅和磁吹灭弧装置。2022/11/5232.1 接触器灭弧装置灭弧罩：多用于沟通接触器中灭弧栅：多用于沟通接触器中磁吹灭弧装置：应用于直流接触器中2022/11/
9、5242.1 接触器工作原理及画法工作原理：初始状态初始状态：线圈断电、弹簧力作用大 NC闭合，NO断开 工作状态工作状态：线圈通电、吸力作用大 NC断开，NO闭合画法：2022/11/5252.2 沟通接触器接触器按线圈工作电压分：沟通接触器和直流接触器2022/11/5262.2 沟通接触器沟通接触器：接通或断开沟通主电路 线圈：短而粗的圆筒状 线圈工作电压为：沟通，铁芯配有短路环装置 灭弧装置：灭弧罩，灭弧栅等2022/11/5272.3 直流接触器直流接触器：接通或断开直流主电路 线圈线圈：长而薄的圆筒状 线圈工作电压为线圈工作电压为：直流 灭弧装置灭弧装置：磁吹弧装置2022/11/
10、5282.4 主要技术数据及选用原则1型号：2022/11/5292.4 主要技术数据及选用原则2接触器选用原则：额定电压：主触点的工作电压，应等于负载的额定电压 额定电流：主触点的工作电流，应等于或稍大于负载的额定电流 电磁线圈的额定电压：应等于限制回路电压的电源电压 触头数目：2对，3对，4对，6对 额定操作频率：沟通600次/h，直流1200次/h2022/11/5303.1.1继电器用途：用于限制与爱护电路或作信号转换用。当输入量变更到某确定值时，继电器动作，其触点接通或断开交、直流小容量的限制回路。2022/11/5313.1.2继电器分类按动作原理：电磁式，感应式，电动式，电子式，
11、热继电器按用途：限制继电器，爱护继电器按输入信号：电压，电流，中间，时间，速度2022/11/5323.2.1电磁式继电器结构常用的电磁式继电器有电压继电器、中间继电器和电流继电器结构：电磁系统、触点系统和释放弹簧2022/11/5333.2.2电磁式继电器特性继电特性：定义：K=X1/X2 其中：X1：释放值 X2：吸合值 K：返回系数2022/11/5343.2.3电压继电器电压继电器反映的是电压信号，常用的有欠（零）压继电器，过电压继电器。2022/11/5353.2.3电流继电器电流继电器反映的是电流信号，常用的有欠电流继电器，过电流继电器。2022/11/5363.3.1干簧继电器可
12、以反映电压、电流、功率以及电流极性等信号。结构：2022/11/5373.3.2干簧继电器特点吸合功率小灵敏度高寿命长，动作快体积小，结构简洁过载实力低触点易抖动2022/11/5383.4.1小型继电器用于电子线路，计算机接口等，通常作为信号指示用。特点：结构小巧，接受封闭式 功耗低，动作响应快分类：沟通、直流电压型 直流电流型2022/11/5393.4.1小型继电器举例图例：2022/11/5403.5.1热继电器利用电流的热效应进行工作的电器，广泛用于对电动机的长期过载爱护。常与接触器配对运用图例与画法：2022/11/5413.5.2结构与工作原理主要有热元件，双金属片和触点组成；有
13、自复位和手动复位功能。2022/11/5423.5.3断相爱护热继电器两相结构的热继电器的缺点：定子三角型接法带来的问题：带断相爱护的结构：2022/11/5433.6.1时间继电器线圈从得到输入信号(通电或断电)起先。经过确定的延时后触点才闭合或断开的继电器，称为时间继电器。时间继电器的延时方式有两种：通电延时，断电延时分类：按工作机理分 电磁式，空气阻尼式，半导体式等图例2022/11/5443.6.1时间继电器的延时方式通电延时：线圈通电，触点延时动作断电延时：线圈失电，触点延时动作如右图：断电延时常开触点延时断开通电延时常开触点延时闭合2022/11/5453.6.1时间继电器的画法时
14、间继电器的画法画法：2022/11/5463.6.2直流电磁式时间继电器工作原理：其铁心上配置一个阻尼铜套，在继电器通电、断电时该铜套内将感生涡流，阻碍穿过铜套内的磁通变更，从而对磁通起阻尼作用。当继电器断电时，这种阻尼作用较大。特点：1）断电延时用；2）延时打开常开触点，延时闭合常闭触点；3）延时时间较短，5s左右，精度不高；2022/11/5473.6.3空气阻尼式时间继电器工作原理：利用空气阻尼作用而达到延时，其时间的长短通过调整进气孔气隙大小来确定。特点：延时范围大：0.4180s;通电延时，断电延时;防尘效果差，精度不高。2022/11/5483.6.4半导体式时间继电器工作原理：利
15、用RC电路电容器充电来实现延时，通过调整电位器来变更延时的长短。特点：延时范围大：0.2300s;体积小，精度高;触点容量大，牢靠性好。2022/11/5493.7.1速度继电器工作原理工作原理工作原理：速度继电器由定子，定子，转子，触点转子，触点构成。待测物体转动时，带动其转子转动，从而在定子上产生转矩；定子在转矩的作用下使触点闭合或断开。2022/11/5503.7.2速度继电器画法2022/11/5514.1熔断器作用熔断器是一种简洁而有效的爱护电器。在电路中主要起短路爱护作用。2022/11/5524.2熔断器结构熔断器主要由熔体和安装熔体的绝缘管(绝缘座)组成。运用时，熔体串接于被爱
16、护的电路中，当电路发生短路故障时，熔体被瞬时熔断而分断电路，起到爱护作用。2022/11/5534.3.1熔断器特性1安秒特性：安秒特性：它表示熔断时间t与通过熔体的电流I的关系;熔断器的安秒特性为反时限特性，即短路电流值越大，熔断器时间越短。最小熔断电流2022/11/5544.3.1熔断器特性2极限分断实力：通常是指在额定电压及确定的极限分断实力：通常是指在额定电压及确定的功率因数功率因数(或时间常数或时间常数)下切断短路电流的极限下切断短路电流的极限实力，常用极限断开电流值实力，常用极限断开电流值(周期重量的有效周期重量的有效值）来表示。值）来表示。熔断器的极限分断实力必需大于线路中熔断
17、器的极限分断实力必需大于线路中可能出现的最大短路电流。可能出现的最大短路电流。2022/11/5554.4熔断器分类插入式熔断器插入式熔断器螺旋式熔断器螺旋式熔断器无填料密闭管式熔断器无填料密闭管式熔断器有填料封闭管式熔断器有填料封闭管式熔断器快速熔断器快速熔断器自复熔断器自复熔断器2022/11/5564.5熔断器选用依据不同性质的负载。熔体额定电流的选用方法也不同。熔断器类型选择 其类型应依据线路的要求、运用场合和安装条件选择。熔断器额定电压的选择 其额定电压应大于或等于线路的工作电压。熔断器额定电流的选择 其额定电流必需大于或等于所装熔体的额定电流。熔体额定电流的选择。2022/11/5
18、575.1.1低压断路器作用低压断路器是低压配电网中一种重要的爱护电器,有多种爱护功能(过载、短路、欠电压爱护等)、动作值可调、分断实力高、操作便利、平安等优点，所以目前被广泛应用。2022/11/5585.1.2低压断路器结构低压断路器由操作机构、触点、爱护装置(各种脱扣器)、灭弧系统等组成。手动操作或电动操作2022/11/5595.1.3低压断路器原理短路爱护过载爱护欠压爱护远控跳闸2022/11/5605.1.4低压断路器类型万能式断路器塑料外壳式断路器快速断路器限流断路器2022/11/5615.1.5低压断路器选择断路器的额定电压和额定电流应大于或等于线路、设备的正常工作电压和工作
19、电流。断路器的极限通断实力大于或等于电路最大短路电流。欠电压脱扣器的额定电压等于线路的额定电压。过电流脱扣器的额定电流大于或等于线路的最大负载电流。2022/11/5625.2.1漏电爱护器作用漏电爱护器是最常用的一种漏电爱护器。当低压电网发生人身触电和设备漏电时，漏电爱护器能快速自动切断电源，从而避开造成事故。2022/11/5635.2.2漏电爱护器结构2022/11/5645.2.3漏电爱护器原理2022/11/5655.2.4漏电爱护器分类目前常用的电流型漏电爱护器，依据其结构不同分为电子式和电磁式两种。1）电磁式电流型漏电爱护器 2）电子式电流型漏电爱护器2022/11/5665.2
20、.5漏电爱护器主要参数漏电爱护器的主要技术参数 额定电压 额定电流 额定不动作电流 动作时间2022/11/5675.2.6漏电爱护器选择手持电动工具、移动电器、家用电器小于30mA 动作时间不大于0.1s；单台电机设备可选择30mA以上，100mA以下；多台电机设备可选择100mA以上。2022/11/5685.3.1刀开关图示2022/11/5695.3.2胶壳刀开关 胶壳刀开关胶壳刀开关 用作电路的电源开关和小容量电动机非频繁起动的操作开关。2022/11/5705.3.3铁壳刀开关铁壳开关也称封闭式负荷开关。用于非频繁起动28kw以下的三相异步电动机。特点：储能合闸或分闸 机械连锁20
21、22/11/5715.3.4刀开关的画法画法：2022/11/5725.4.1 组合开关常用作电源引入开关组成：动触头、静触头、方形转轴、手柄、定位装置、外壳2022/11/5735.4.2 组合开关画法：2022/11/5746.1主令电器主令电器主要用来切换限制电路。包括：按钮、位置开关、主令限制器2022/11/5756.2.1 按钮结构结构 按钮帽，复位弹簧，按钮帽，复位弹簧，桥式触点，外壳等桥式触点，外壳等按用途分类：按用途分类：起动按钮，起动按钮，停止按钮，停止按钮，复合按钮复合按钮2022/11/5766.2.2按钮画法按钮在低压限制电路中用于手动发出限制信号。2022/11/5
22、776.3.1位置开关按钮由位置开关的结构、工作原理与按钮相同。区分是位置开关不靠手动而是利用运动部件上的挡块碰压而使触头动作，有自动复位和非自动复位两种。2022/11/5786.3.26.3.2位置开关分类位置开关分类分类：直动式、滚轮式、微动式2022/11/5796.3.26.3.2位置开关分类位置开关分类画法：2022/11/5806.4.16.4.1主令限制器作用主令限制器作用当电动机容量较大，工作繁重，操作频繁，调速性能要求较高时，往往接受主令限制器操作。由于主令限制器的触点来限制接触器，再由接触器来限制电动机。这样，触点的容量可大大减小，操作更为灵活。2022/11/5816.
23、4.26.4.2主令限制器画法主令限制器画法画法：2022/11/5827.1.1智能继电器图例图例2022/11/5837.1.2智能继电器特点智能继电器是以微处理器为核心进行工作的数字扮装置，具有强大的限制和数据处理实力；智能继电器把多种爱护功能集中在一个设备；智能继电器通过接口与工业现场进行通信；2022/11/5847.1.3智能继电器结构1智能继电器事实上是一个专用的微型计算机系统，由硬件和软件两大部分组成。硬件部分主要包括主机电路、模拟量输入/输出通道、人机接口电路和标准通信接口等。2022/11/5857.1.3智能继电器结构2软件部分：智能继电器的监控程序、逻辑处理程序、系统诊断程序、通信管理程序等系统程序。2022/11/5867.1.4智能继电器原理1智能继电器原理：主要利用微处理器技术实现对电动机的爱护。当电动机的运行满足确定脱扣条件时，智能继电器将会自动脱扣，再反馈至主电路，来完成对电动机的爱护。2022/11/5877.1.4智能继电器原理2电动机的爱护；过载；满载电流（FLC）;安秒特性曲线；脱扣级别；2022/11/588本章小结2022/11/589