plc 常用低压电器原理及其控制技术

y y1
x1 x0 图1-16 继电逻辑特性
0
x
1.3 低压电器的主要技术性能指标和参数
1.3.1主电路电器和控制电器 1.3.2有关低压电器的主要技术性能、参数的概念 1.3.3电气控制中的颜色标志 • 在电气技术中，为了保证正确操作，防止事故，易于识别 接线、配线、敷线和各个电器元件之间的相对安装位置， 及它们间的电连接关系，需要对各种导线、指示灯及接线 端子统一颜色标记，以方便设备操作和维护，及时排除故 障，确保人身和设备的安全。 • 表1-5 指示灯的颜色及其含义、 • 表1-6 按钮颜色及其含义、 • 表1-7 依导线颜色标志电路的规定 • 注意：绿／黄双色的使用和淡蓝色的使用
触点的接触形式
微型继电器
A B C
a) 点接触
b) 线接触 图1-2触点的接触形式
c) 面接触
保持触点性能的实例
动触点
操动器 导杆 桥式 触头 弹簧 原始状态 串接在线路上
F1 F1
静触点
初压力
终压力
F2 F2
超行程
闭合状态 闭合状态
初压力F1
终压力F2
• 桥式触头闭合过程位置示意图
特点：双断口触头，流过触头两端的电流方向相 反，将产生互相推斥的电动力，有利于灭弧。
图1-11至图1-16
图1-14 吸力特性和反力特性 1-直流吸力特性 2-交流吸力特性 电磁机构在吸合过程中，吸力必须大 3-反力特性 4-剩磁特性
于反力；当切断电磁机构的励磁电流 以释放衔铁时，其反力特性必须大于 剩磁吸力，才能保证衔铁可靠释放。 在特性图上，电磁机构的反力特性必 须介于电磁吸力特性和剩磁吸力特性 之间，如图l-13所示。
K L
C K R L
e
V
e
图18与电感线圈并联二极管
图1-9与触点并联阻容电路
电磁机构
1、结构形式 2、工作原理
1、电磁机构的结构形式
• 电磁机构由线圈、铁心(亦称静铁心)和衔铁(亦称动 铁心)三部分组成，常用电磁铁的结构形式如下：
图1-10 常用电磁机构的型式 1-衔铁 2-铁心 3-线圈
单E型 双E型 E型电磁铁常用于交流电器 螺管型 常用于断路器、 电流继电器等。
图 1-6 栅片灭弧示意图 a）电弧进入栅片被分割 b）灭弧栅片和触头的结构 1-灭弧栅片 2-触头 3-电弧
过电压和浪涌电压抑制器 控制电器的触点在切断具有电感负载的电路时，由于电 流由某一稳定值突然降为零，电流的变化率di/dt很大，就会 在触点间隙产生较高的过电压，此电压超过270V～300V时， 就会在触点间隙产生火花放电现象。常用的熄火花电路有以 下两种。
1.4.1电气制图标准，表1-8 1.4.2电气工程图及技术文件 1.4.3常用图形、文字符号
• 电气图用图形符号是按照功能组合图的原则，由一般符号、 符号要素或一般符号加限定符号组合成为特定的图形符号及 方框符号等。 • 符号要素，是一种具有确定意义的简单图形，用于与其他图 形符号组合，而构成一个设备或概念的完整符号，不能单独 使用，见表1-10。 • 限定符号，是用以提供附加信息的一种加在其他符号上的图 形符号，通常不能单独使用，见表1-11。 • 在绘制电气图时应直接使用GB4728规定的一般符号、方框符 号、示例符号及符号要素、限定符号和常用的其他符号。见 表1-12。
1.4电气制图规则
电气图是电气工程中通用的技术语言和重要的技术交流工具， 是指导设计、生产和施工的重要技术文件。是用标准图形符号、 文字和图示法绘制的表示电气系统、装置和设备各组成部分相互 关系及其连接关系的电气原理图、施工图等技术文件，以描述电 气系统或电气装置的构成和功能，并提供产品装配和使用信息的 一种简图。 常用电气图包括系统图或框图、逻辑图、功能表图、电路图 、接线图或接线表布置图、设备元件材料表和安装图等。电气图 常用的表达形式有简图和表图。简图可简称为图，如电路图、接 线图等。电气图中各组件常用的表示方法有多线表示法、单线表 示法、连接表示法、半连接表示法、不连接表示法和组合法等。 根据图的用途，图面布置、表达内容、功能关系等，具体选用其 中一种表示法也可将几种表示法结合运用。电气制图所涉及的内 容非常丰富，是学习专业知识的基础。
拍合型 常用于直流电器。
电磁系统和触头系统的结构
13 21 31 43 1 3 5 14 22 32 44 31 2 4 6 绝缘连杆 反力 弹簧 1 3 5 衔铁 线圈 静铁心 A1 A2 控制电源 A1 2 4 6 线圈 A2 主 触 点 主触点 43 44 32 13 辅助 触点 21 K 14
电气控制技术与可编程序控制器原理
主讲：王仁祥 适用专业：2008级电气工程
自2011.03.10开始
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原课表授课时间 调课授课时间
周次
星期 5（3月 18日） 2 （3月 22日）
节次
教室 东教
影响触点性能的因素
• 电磨损——触点在通断过程中，触点间的放电作用 （电弧）使触头材料发生物理性能和化学性能变化 而引起的。 电磨损的程度决定于放电时间内通过触点间隙的 电荷量的多少及触点材料性质等。 电磨损是引起触头材料损耗的主要原因之一。 • 机械磨损——由于出电筒段过程的机械作用使触点 材料发生磨损和消耗。 机械磨损的程度取决于材料硬度、触点压力及触 点的滑动方式等。
• 触头应导电、导热性能良好。通常用铜、银、镍及其合金材料 制成，有时也在铜触点表面电镀锡、银或镍，以增强其性能。 • 铜的表面易氧化而生成氧化膜，从而增大触头的接触电阻，使 触头的损耗增大，温度上升，导致触头损坏、引发事故。
触头的概念
影响触点性能的因素
• 动、静触点之间的接触电阻。包括“膜电阻”和“收缩电阻”。 • 动、静触点的磨损。包括“电磨损”和“机械磨损”。 膜电阻——触点接触表面在大气中自然氧化而生成的氧化膜电 阻。其电阻值要比触点本身的电阻大几十到几千倍，导电性能 极差，甚至不导电，并受环境的影响较大。 收缩电阻——由于触点的接触表面不是十分光滑，实际接触的 面积总是小于其原有可接触面积，致使有效导电截面减小，当 电流流经时，就会产生“电流收缩”现象，从而使电阻增加及 接触区的导电性能变差。
2、电弧的产生及灭弧方法
高压
触点 开断
强电场放射
电子 加速 运动 高温、 动能 增加
电子逸出
撞击电离
碰撞 阴极逸出
热电子发射
高温游离强烈 不规则 运动图1-4电弧产生的4个物理过程
电弧的产生及其物理过程见p19
2、电弧的产生及灭弧方法
• 熄灭电弧的基本方法： ① 拉长电弧，以降低电场强度。 ② 用电磁力使电弧在冷却介质中运动，降低弧柱周围的温度。 ③ 将电弧挤入绝缘壁组成的窄缝中以冷却电弧。 ④ 将电弧分成许多串联的短弧，提高绝缘强度，降低燃弧临极电 压。 ⑤ 将电弧密封于高气压或真空的容器中。
每一种电器按功能、结构又分为若干类
常用低压电器的分类
按结构、 功能分类举例
刀 开 关
隔 离 器 式
行 程 开 关
熔 断 器
快有 螺 插 熔 负 直滚 微 速、 旋 入 断 荷 动动 动 式无 式 式 填 器 开 式式 式 框模装 智 真 料 式 关 架数置 能 空 式 式式式 化
低 继 电 压 器 断 路 压 速 温时 固 可 度 器 力 继 度间 态 编 继
低压电器：用于分合交流额定电压AC1500V、 直流额定电压DC1200V及以下电路中的电器元 件和设备。
常用低压电器的分类
按用途分类
按电气传动中常 用电器分类
控制电器、 配电电器、 终端电器、 执行电器、 智能电器、 可通信电器、其他
低压断路器、接触器、刀开关、熔断器、 主令电器、继电器、执行电器、安装附件、 成套电器、电工仪表，等。
交流磁系统加短路环
• 对于交流电磁系统来说，铁心中的磁通量及吸力是一个周期 函数，在f ＝50Hz时，每周期内衔铁吸力两次过零，将产生 频率为100Hz的持续抖动与撞击，衔铁振动并产生噪音，为 了避免这种现象，通常在铁心端面上装一个铜质分磁环或称 短路环。
1
Φ2 Φ1
衔铁
2
Φ2 Φ1
短路环
短路环
铁芯
1.2 常用低压电器的基本问题
• 电磁式电磁式低压电器的基本结构是由触头系统、灭 弧装置和电磁机构组成。
触头系统
电磁机构实现自动控制，运行中 的电磁吸力和反力是决定电器性 能的主要因素之一。
电磁机构
触头系统用于实现 开关逻辑。运行中 存在接触电阻和电 弧等物理现象，对 系统安全运行影响 较大。
灭弧装置
1、电器的触头和电弧
• 触头产品实物
有关触点的术语
• 触头亦称触点，是电器的主要执行部分，起接通和分断电路的 作用。 • 触头按其原始状态（即线圈未通电）分为常开触点和常闭触点。 原始状态时，触点处于断开（复原）位置。 • 线圈通电后闭合的触头称为常开触头。 • 线圈通电后断开的触头称为常闭触头。 • 按触点在电路中的作用分为主触头和辅助触头。主触头用于接 通或断开主电路，触点容量较大，辅助触头用于接通或断开控 制电路（辅助电路），触点容量较小。
1.2常用低压电器的基本问题
1. 电器的触头和电弧 2.电磁机构
电磁式低压电器的基本结构是由触头 系统和电磁机构组成。触头系统存在接触 电阻和电弧的物理现象，对电器系统的安 全运行影响较大；而电磁机构的电磁吸力 和反力则是决定电器性能的主要因素之一 。低压电器的主要技术性能指标与参数就 是在这些基础上制定的。因此，触头结构 、电弧、灭弧装置及电磁吸力和反力等是 构成低压电器的基本问题，也是研究电器 元件结构和工作原理的基础。正确地设计 、选用和使用低压电器元件，对正确操作 和电气安全运行是至关重要的。
触点在通断过程中将产生电 弧，电弧会烧损触点，损坏电 器，并造成其它故障。
低压电器的基本问题
触头系统
触头接触形式 接触电阻 膜电阻 收缩电阻 电磨损 机械磨损。
电磁机构
灭弧系统
电弧的产生 电弧产生的物理过程 灭弧装置： ①双断口灭弧 ②栅片灭弧 ③磁吹灭弧 ④浪涌抑制器
电磁机构结构形式 反力特性 交流吸力特性 直流吸力特性 输入/输出特性
周次
星期 5（3月 25日） 5（4月8 日）
节次
教室 东教
3
1-4
12,507 东教 12,507、 309
4
1-4
12,507 东教 12,507
4
1-4
6
1-4
1-2节08电气01、02班 3-4节08电气03、04班
1.1
概述
什么是低压电器
品种繁多、 功能多样、 用途广泛、 结构各异。
低压电器是一种能根据控制信号 （电和非电），自动或手动接通和 断开电路，从而改变电路参数或状 态，实现对电路或被控对象的控制、 调节、变换、保护、检测等作用的 基本电气元件或设备。
灭弧方法和装置
①桥式结构双断口灭弧 。 ②栅片灭弧 。 ③磁吹灭弧 。 ④过电压和浪涌电压抑制器。
灭弧装置
①桥式结构双断口灭弧 。
交流接触器常采用这种灭弧方法。
图 1-5桥式触头灭弧原理 1静触头 2动触头 3电弧 2）栅片灭弧
灭弧装置 ②栅片灭弧 。
常用作交流灭弧。
栅片灭弧
栅片
缝隙 电弧 触头 触头
继 式 程 电 器 电 流 继 电 器
接 触 器
电 磁 式 继 电 器 中 间 继 电 器 直 流 接 触 器 电 压 继 电 器 交 流 接 触 器 可 逆 接 触 器 电 容 器 接 触 器 智 能 接 触 器
空 电 直 气 子 流 阻 电 式 磁 尼 式 式
另见表1-1
图1-1常用低压电器的分类举例
22
辅 助 触 点
图2-43交流接触器电磁系统和触头系统的结构原理图
电磁机构的基本工作原理
停止 按钮
~380
N 起动按钮
~ 220
主触头
线圈
辅助 触头
铁芯
衔铁 弹簧
• 图2-43交流接触器的基本工作原理示意图
电磁机构的结构形式
1、吸引线圈通以一定的电压或电流产生激励磁场及吸 力，并通过气隙转换为机械能，从而带动衔铁运动使触 头动作，以完成触点的断开和闭合。 2、吸引线圈按通电种类可分为交流电磁线圈和直流电 磁线圈。 3、对于交流电磁线圈，当通交流电时，为了减小因涡 流造成的能量损失和温升，铁心和衔铁用硅钢片迭成。 4、对于直流电磁线圈，铁心和衔铁常用整块电工软钢 做成。 5、并联于电源工作的线圈，称为电压线圈，它的特点 是匝数多，线径较细。 6、串联于电路工作的线圈，称为电流线圈，它的特点 是匝数少，线径较粗。
衔铁
短路环
线圈
线圈
• 加短路环后的磁通和电磁力
2
图1-15装短路环后的磁通及电磁力分布示意图 1-动铁心 2-短路环 3-静铁心 4-线圈
铁芯
线圈
铁芯
3
4
• 电磁机构的工作原理
• • • • • • • 1．反力特性 2．吸力特性 1）交流电磁机构的吸力特性 2）直流电磁机构的吸力特牲 3）剩磁的吸力特性 3．吸力特性与反力特性的配合 4．电磁机构的输入一输出特性