低压电器及继电接触式控制系统.pptx
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1、第6章 低压电器及继电接触式控制系统 6.1 主电路中常用的低压电器主电路中常用的低压电器 6.1.1 熔断器熔断器 1.1.熔断器的结构熔断器的结构熔断器主要由瓷帽、熔体(俗称保险丝)和安装熔体的熔管(或熔座)三部分组成,如图61所示。熔体由易熔金属材料铅、锡、锌、银、铜及其合金制成,通常制成丝状或片状。熔管是装熔体的外壳,由陶瓷、绝缘钢纸或玻璃纤维制成,在熔体熔断时兼有灭弧作用。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 6 1 熔断器外型图 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 2.2.工作原理及符号工作原理及符号熔断器的熔体与被保护的电路串联,当电路正常工作时,熔体允许通过一定大小的电流
2、而不熔断。当电路发生短路或严重过载时,熔体中流过很大的故障电流,当电流产生的热量达到熔体的熔点时,熔体熔断切断电路,从而达到保护的目的。电流通过熔体时产生的热量与电流的平方和电流通过的时间成正比,因此,电流越大,则熔体熔断的时间越短。这一特性称为熔断器的保护特性(或安秒特性)。如图62 所示的熔断器安秒特性图。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 62 熔断器安秒特性图 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 熔断器的常用型号有:RL6、RL7、RT12、RT14、RT15、RT16(NT)、RT18、RT19(AM3)、RO19、RO20、RTO等,在选用时可根据使用场合酌情选择。熔断器型
3、号说明如下:第6章 低压电器及继电接触式控制系统 3.3.熔断器的选择熔断器的选择(1)熔断器类型主要根据线路要求、使用场合和安装条件选择。(2)熔断器额定电压必须大于或等于线路的工作电压。(3)熔断器额定电流必须大于或等于所装熔体的额定电流。(4)熔体额定电流的选择可按以下几种情况选择:对于电炉、照明等阻性负载的短路保护,应使熔体的额定电流等于或稍大于电路工作电流,即 II 式中,IFU为熔体额定电流;I为电路的工作电流。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 保护一台电动机时,考虑到电动机启动冲击电流的影响,应按下式计算:II(1.52.5)IN 式中,IN为电动机额定电流。第6章 低压电器
4、及继电接触式控制系统 保护多台电动机时,则应按下式计算:式中,IFU为容量最大的一台电动机的额定电流;INmax为其余电动机额定电流的总和。熔断器的图形符号及文字符号如图6-3所示。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图6-3 熔断器的图形符号及文字符号第6章 低压电器及继电接触式控制系统 6.1.2 低压断路器低压断路器 1 1 低压断路器的结构及工作原理低压断路器的结构及工作原理低压断路器主要由执行部分(触点和灭弧系统)、故障检测部分(各种脱扣器)、操作机构与自由脱扣机构等三个基本部分组成。低压断路器的结构及工作原理图如图6-4所示。断路器的主触点依靠操作机构手动或电动合闸,主触点闭合后
5、自由脱扣机构将主触点锁在合闸位置上。过流脱扣器的线圈及热脱扣器的热元件串接于主电路中,失压脱扣器的线圈并联在电路中。当电路发生短路或严重过载时,过电流脱扣器线圈3中的磁通急剧增加,将衔铁吸合并使之逆时针旋转,使自由脱扣机构动作,主触点在弹簧作用下分开,从而切断电路。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 当电路过载时,热脱扣器的热元件使双金属片向上弯曲,推动自由脱扣机构动作。当线路发生失压或欠压故障时,电压线圈6中的磁通下降,使电磁吸力下降或消失,衔铁在弹簧作用下向上移动,推动自由脱扣机构动作,使主触点1在弹簧作用下被拉向左方,使电路分断。分励脱扣器4用作远距离分断电路。第6章 低压电器及继电接
6、触式控制系统 图6-4 低压断路器的结构及工作原理 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 2 2 低压断路器的选择低压断路器的选择选择低压断路器时,应使其额定电压和额定电流大于电路的正常工作电压和工作电流,热脱扣器的整定电流应与所控制电动机的额定电流或负载额定电流相等。电磁脱扣器的瞬时脱扣的整定电流应大于负载电路正常工作时的尖峰电流。低压断路器用于控制电动机时,电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流为电动机启动电流的1.7倍。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 65 低压断路器的图形符号及文字符号第6章 低压电器及继电接触式控制系统 2 2 低压断路器的选择低压断路器的选择选择低压断路器时,应使其
7、额定电压和额定电流大于电路的正常工作电压和工作电流,热脱扣器的整定电流应与所控制电动机的额定电流或负载额定电流相等。电磁脱扣器的瞬时脱扣的整定电流应大于负载电路正常工作时的尖峰电流。低压断路器用于控制电动机时,电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流为电动机启动电流的1.7倍。低压断路器的图形符号及文字符号如图6-5所示,其型号及含义如下所示:第6章 低压电器及继电接触式控制系统 D极数低压断路器W万能式WX万能式限流型Z塑料外壳式ZX塑料外壳式限流型ZL漏电断路器(新标准中称剩余电流断路器)额定电流(A)派生型号:L漏电设计代号第6章 低压电器及继电接触式控制系统 6.1.3 6.1.3 低压隔离器低压
8、隔离器低压隔离器又称刀开关,主要用于电器线路中隔离电源,也可以不频繁地接通和分断空载电路或小电流电路。刀开关由操作手柄、动触刀、触点座、铰链和底板等组成。刀开关的结构如图6-6所示。刀开关的图形符号及文字代号如图6-7所示。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 6-6 刀开关结构图 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图6-7 刀开关的图形符号及文字代号 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 刀开关安装时,手柄要向上,不得倒装或平装。只有安装正确,作用在电弧上的电动力和热空气的上升方向一致,才能促使电弧迅速拉长而熄灭,反之,两者方向相反电弧将不易熄灭,严重时会使触点及动触刀烧坏甚至造成极
9、间短路。另外,如果倒装,则手柄可能会因自动下落而引起误动作合闸,可能造成人身和设备安全事故。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 接线时,应将电源线接在上端,负载接在下端,这样拉闸后动触刀与电源隔离,可防止意外事故发生。在安装使用铁壳开关时应注意安全,既不允许随意放在地上操作,也不允许面对着开关操作,以免万一发生故障,而开关又分断不下时铁壳爆炸飞出伤人。应按规定把开关垂直安装在一定高度处。开关的外壳应妥善地接地,并严格禁止在开关上方搁置金属零件,以防它们掉入开关内部酿成相间短路事故。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 Hz10系列组合开关(又称转换开关)的外形及结构如图6-8所示。它是一种凸
10、轮式的作旋转运动的刀开关。一般适用于机床电气控制线路中,作为电源的引入开关或用来不频繁地接通和断开电路、通断电源和负载,以及控制5.5 kW以下的小容量异步电动机的直接启动、停止、正反转、调速等场合。组合开关的图形符号如图6-9所示。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图6-8 Hz10系列组合开关的外形及结构 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图6-9 组合开关的图形符号 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 6.2 控制电路中常用的电器元件控制电路中常用的电器元件 6.2.1 接触器接触器 1.1.接触器的结构及工作原理接触器的结构及工作原理接触器主要由电磁机构、触点系统和灭弧装置等
11、三部分组成。接触器的结构及图形文字符号如图6-10所示。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 6-10 接触器的结构及图形文字符号图(a)外形图;(b)结构示意图;(c)图形符号 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 电磁机构由电磁线圈、动铁心(衔铁)和静铁心组成。工作时在线圈中通以励磁电压信号,静铁心中就会产生磁场,从而吸引衔铁;当衔铁受力移动时,带动触点系统断开或接通受控电路。断电时励磁电流消失,电磁场也消失,衔铁被弹簧反作用力释放。电磁机构如图611所示。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 6-11 电磁机构图 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 2.2.触点系统触点系统触点
12、系统由主触点和辅助触点组成。主触点接在控制对象的主回路中(常常串接在断路器之后)控制其通断;辅助触点容量一般比较小,用来切换控制电路。每对触点均由动触点和静触点共同组成,动触点与电磁机构的衔铁相连。当接触器的电磁线圈得电时,衔铁带动动触点动作,使接触器的常开触点闭合,常闭触点断开。触点主要有两种结构形式:桥式触点和指形触点,触点的接触方式一般有点接触、面接触、线接触三种,接触面越大则通过的电流越大。触点系统形状示意图如图6-12所示。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 6-12 触点系统形状示意图(a)点接触;(b)面接触;(c)线接触 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 触点是电器的
13、执行机构,在衔铁的带动下起接通和分断电路的作用。由于铜具有良好的导电、导热性能,触点通常用铜制成。铜质触点表面容易产生氧化膜,使触点的接触电阻增大,从而使触点的损耗也增大。有些小容量电器的胶头采用银质材料,与铜质触点相比,银质触点除具有更好的导电、导热性能外,触点的氧化膜电阻与纯银相差无几,而且氧化膜的生成温度很高,所以,银质触点的接触电阻较小,而且较稳定。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 3.3.电弧的产生与灭弧电弧的产生与灭弧触点在通电状态下动、静触点脱离接触时,由于电场的存在,使触点表面的自由电子大量溢出,触点间的空气产生电离放电现象,在触点间隙产生大量的带电粒子,形成炽热的电子流,
14、从而形成电弧。电弧的存在既烧损触点金属表面,降低电器的寿命,又可能延长了电路的分断时间,引起火灾和其他的事故,所以对切换较大电流的触点系统必须采取灭弧措施。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 常用的灭弧方法有以下几种:(1)迅速增大电弧长度。电弧长度增加,使触点间隙增加,电场强度降低,同时散热面积增大,使自由电子和空穴复合的运动加强,因而电弧容易熄灭。第6章 低压电器及继电接触式控制系统(2)冷却。使电弧与冷却介质接触,带走电弧热量,也使得复合运动得以加强,从而使电弧熄灭。常用的灭弧装置有以下几种:电动力吹弧、磁吹灭弧、栅片灭弧和窄缝灭弧装置。主要用于熄灭触点在分断电流的瞬间动静触点间产生的
15、电弧,以防止电弧的高温烧坏触点或出现其他的事故。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 6.2.2 主令电器主令电器 1 1 按钮按钮按钮是一种结构简单、应用广泛的主令电器。在低压控制电路中,用于手动发出控制信号。按钮结构如图6-13所示。按钮是由按钮帽、复位弹簧、桥式触点和外壳等组成,通常做成复合式,即具有常闭触点和常开触点。按下时常闭触点先断开,然后常开触点闭合。去掉外力后在复位弹簧的作用下,常开触点断开,常闭触点复位。按钮的电气符号如图6-14 所示。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 6-13 按钮结构 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 6-14 按钮的电气符号 第6章 低
16、压电器及继电接触式控制系统 常用的型号有LA18、LA19、LA20、LA25、LA30等系列,其中LA25为积木式结构,采用插接式连接,独立的接触单元,具有任意组合的动合触点、动断触点的优点,相邻的电器元件在电器上是分开的,其基座采用耐电弧的聚碳酸酯塑料,静、动触点采用滚动式点接触,接触可靠。为标明各个按钮的作用,避免误操作,通常将按钮做成红、绿、黑、蓝、白等颜色,以示区别。一般红色表示停止,绿色表示启动等。另外,为满足不同控制和操作需要,按钮的结构形式也有所不同。如钥匙式、旋钮式、紧急式、保护式等。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 2 行程开关及工作原理行程开关及工作原理行程开关又称限
17、位开关,是一种按工作机械的行程,发出操作命令的位置开关。行程开关主要用于行程控制、位置及极限位置的保护等,属于行程原则控制的范围。1)直动式行程开关直动式行程开关结构如图6-15所示,其动作原理与控制按钮类似,所不同的是直动式行程开关用运动部件上的撞块来碰撞行程开关的推杆,使触点的开闭状态发生变化,触点已接在控制电路中,从而使相应的电器动作,达到控制的目的。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 6-15 直动式行程开关结构图 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 直动式行程开关的优点是:结构简单,成本较低;缺点是:触点的分合速度取决于撞块移动速度。若撞块移动速度太慢,则触点就不能瞬时切换电
18、路,使电弧在触点上停留时间过长,容易烧蚀触点。因此这种开关不易用在撞块移动速度低于0.4 m/min的场合。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 2)滚轮式行程开关滚轮式行程开关的型号有LX1、LX19等系列。滚轮式行程开关具体又分为单滚轮自动复位与双滚轮非自动复位的形式。图6-16为单轮自动复位行程开关的原理图。当滚轮1受到向左的外力作用时,上转臂2向左下方转动,推杆4向右转动,并压缩右边弹簧8,同时下面的小滚轮5也很快沿着擒纵件6向右转动。小滚轮滚动又压缩弹簧7,当滚轮5走过擒纵件6的中点时,盘形弹簧3和弹簧7都使擒纵件6迅速转动,因而使动触点迅速地与右边的静触点分开,并与左边的静触点闭合
19、。这样就减少了电弧对触点的损坏,并保证了动作的可靠性。这类行程开关适用于低速运动的机械。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 双轮非自动复位的行程开关,其外形是在U形的传动摆杆上装有两个滚轮,内部结构与单轮自动复位的相似,只是没有恢复弹簧。当撞块推动其中的一个滚轮时,传动摆杆转过一定的角度,使触点动作,而撞块离开滚轮转后,摆杆并不自动复位,直到撞块在返回行程中再推动另一滚轮时,摆杆才回到原始位置,使触点复位。这种开关由于有“记忆”作用,在某些情况下可使控制线路简化。根据不同的需要,行程开关的两个滚轮可布置在同一平面内或分别布置在两个平行的平面内。滚轮式行程开关的外形图及行程开关在电路中的图形符
20、号如图6-17所示。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 6-16 单轮自动复位行程开关的结构原理图 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 6-17 滚轮式行程开关的外形图及图形符号 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 滚轮式行程开关的优点是:克服直动式行程开关的缺点,触点的通断速度不受运动部件速度的影响,动作快;缺点是:结构复杂,价格较贵。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 3)微动开关微动开关是行程非常小的瞬时动作开关,其特点是操作力小和操作行程短,用于机械、纺织、轻工、电子仪器等各种机械设备和家用电器中作限位保护与连锁保护等。微动开关也可以看成尺寸甚小而又非常灵敏的行程开关。
21、微动开关的缺点是不耐用。微动开关随着生产发展的需要,向体积小和行程短发展,控制电流却有增大的趋势;在结构上有向全封闭型发展的趋势,以免空气中的尘埃进入触点之间影响触点的可靠导电。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 微动开关的型号有LX31、LXW11、JW等系列,其结构如图6-18所示。微动开关是由撞块压动推杆,使片状弹簧变形,从而使触点动作,当撞块离开推杆后,片状弹簧恢复原状,触点复位。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图 6-18 微动开关结构图 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 3 3 非接触式行程开关非接触式行程开关上述行程开关和微动开关均属接触式行程开关,工作时均有撞块与推
22、杆的机械碰撞使触点的机械分合,在动作频繁时,容易产生故障,工作可靠性较低。近年来,随着电子器件及控制装置发展的需要,一些非接触式的行程开关产品随之出现,此类产品的特点是:当撞块行程动作时,不需与开关中的部件接触,即可发出电信号,所以这类开关使用寿命长、操作频率高、动作迅速可靠,在生产中得到了广泛的应用。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 1)接近开关接近开关有高频振荡型、电容型、感应电桥型、永久磁铁型、霍尔效应型等,其中以高频振荡型最为常用。使用时对外连接3根线,其中红、绿两根线外接直流电源(通常为24 V),另一根黄线为输出线,接近开关供电后,输出线和绿线之间为高电平输出。当有金属物靠近该
23、开关的检测头时,输出线与绿线之间翻转成低电平。可利用该信号驱动一个继电器或直接将该信号输入PLC等控制回路中。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 2)光电开关光电开关具有体积小、可靠性高、检测精度高、响应速度快、易与TTL及CMOS电路兼容等优点。光电开关的光源可采用红外线、可见光、光纤、色敏等。光电开关的工作原理分透光型和反射型两种。在透光型光电开关中,发光器件和受光器件相对放置的中间留有间隙。当被测物体到达这一间隙时,发射光被遮住,从而使接收器件(光敏元件)能检测出物体已经到达,并发出控制信号。这种开关的电路如图619(a)所示。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 反射型光电开关发出的
24、光经被测物体反射后再落到检测器件上,它是利用检测反射光来实现的,所以得到的输出电流IC较小。此外对于不同的物体表面,信噪也不一样,因此设定限幅电平就显得非常重要。图6-19(b)表示这种开关的典型应用,它的电路和透射型开关大致相同,只是接收器的发射极电阻R2用得较大,且为可调,这主要是因为反射型光电开关的光电流较小且有很大的分散性。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 图6-19 光电开关结构原理图(a)透光型光电开关;(b)反射型光电开关 第6章 低压电器及继电接触式控制系统 4 4 万能转换开关万能转换开关万能转换开关是一种多挡式、控制多回路的主令电器。其主要用于电气控制电路的转换、配电设
25、备的远距离控制、电气测量的转换和微电机的控制,也可用于小功率笼型异步电动机的启动、换向和变速。由于它能控制多个回路,适应复杂线路的要求,故有“万能”转换开关之称。第6章 低压电器及继电接触式控制系统 目前常用的万能转换开关有LW2、LW5、LW6、LW8等系列。LW6系列开关由操作机构、面板、手柄及数个触点等主要部件组成,其操作位置有212个,触点底座有110层,其中每层底座均可装3对触点,并由底座中间的凸轮进行控制。由于每层凸轮设计成不同的形状,因此当手柄转到不同位置时,利用凸轮的作用,可使各对触点有规律地接通和分断。图6 20(a)为LW6系列万能转换开关中某一层的结构原理图。万能转换开关
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