現代低壓電器及其控制技術第二章

1、第2章 國外最新低壓電器簡介 2.1 接近開關 接近開關又稱為無觸點行程開關，其功能是當某種物體與之接近到一定的距離時就發(fā)出動作信號，而不像機械行程開關那樣需要施加機械力。圖2.1 電感式接近開關的方框圖 2.1.1 接近開關的工作原理 接近開關有電感式、電容式、超聲波式和光電式等各種類型。 圖2.1為電感式接近開關的方框圖。 超聲波式接近開關的工作原理則是:開關以一定周期發(fā)送超聲波脈沖，這些脈沖信號像聲音一樣會被物體反射回來，開關捕捉到回波并將它轉換成一個輸出信號。通過發(fā)射時間與接收到的反射信號時間的比較，可以確定物體到開關的距離。 2.1.2 接近開關的技術指標 接近開關的技術指標有： 1

2、)動作距離 大多數接近開關的動作距離是指開關剛好動作時感辨頭與檢測體之間的距離。 2)重復精度 在常溫和額定電壓下連續(xù)進行10次實驗，取其中最大或最小值與10次實驗平均值之差作為接近開關的重復精度。 3)操作頻率 操作頻率即每秒最高操作次數。 4)復位行程 復位行程指開關從“動作”到“復位”的位移距離。 2.1.3 國外接近開關產品簡介 (1)德國西門子公司(Siemens)生產的3RG4、3RG6、3RG7和3RG16系列接近開關 3RG4系列是電感式接近開關，具有可靠、快速地檢測金屬物體、特別高的開關精度和操作頻率以及使用壽命長等特點。 3RG6系列是超聲波式接近開關，在0.06m到10m

3、的范圍內可達到毫米級的精度。其工作方式有直接反射式，回歸反射式，對射式幾種。 3RG7系列是光電式接近開關，它利用可見紅光，紅外線或激光束工作，同其他接近 開關一樣，因沒有電器或機械觸點而造成的任何機械磨損，且在很遠的距離上它們依然能夠高速地反應，精確地開關至需要的開關點上，因此成為可應用在幾乎任何工業(yè)領域的多面手。該系列接近開關包括直接反射式，反射鏡回歸反射式，對射式，顏色檢出式和色標檢出式等多種類型。 3RG16系列是電容式接近開關，該系列開關可用于檢測任何物質。尤其適合非金屬物質如玻璃、陶瓷、塑料、木材、油料、水和紙張等的檢測。常用于金屬處理和制瓶 工藝的自動化監(jiān)測以及所有日用消費品的計

4、數、測量等。 (2)日本歐姆龍公司(Omron)生產的新型E2E系列圓柱形接近開關 該系列接近開關的主要特點是： 含有218種規(guī)格品種，從短型的E2E到長型的E2E2，品種齊全，適用于各行業(yè)，可根據不同用途和目的任意選擇。 固緊強度增強，同時配備有標準金屬連接器和電線保護器。 有夜光顯示，提高了指示燈的可觀性， 同時加長了安裝螺絲的長度，有扳手易于夾住的銑刀面，使安裝和維修時操作更加 便利。 使用電源的電壓范圍和使用溫度范圍與歐姆龍公司的上位機種相同。 檢測面采用防油材料，使用環(huán)境更廣。 2.2 電子式軟起動器 2.2.1 電子式軟起動器的發(fā)展現狀、產品系列及特點 (1)國內產品現狀及特點 我

5、國軟起動器的技術開發(fā)是比較早的。 ST500系列智能電機控制器，安裝于終端MCC柜中，優(yōu)化了傳統(tǒng)的隔離開關、熔斷器、接觸器、熱繼電器組合方案，具有過載、堵轉過流、欠流、不平衡或缺相、漏電、欠壓等保護功能，同時具有運行和故障狀態(tài)監(jiān)視、保護通信單元、顯示操作模塊和ST編程器單元，具有DP協(xié)議接口，可直接與DP協(xié)議總線組網。 (2)國外產品狀況及特點 目前國外的著名電氣公司幾乎均有軟起動器產品進入中國市場。并占有較大的市場 份額。 例如：ABB公司軟起動器分為PSA、PSD和PSDH型3種，其中PSDH為重載起動型，常用電機容量有7.5450kW。其功能主要有:起動斜坡時間設定、初始電壓設定、停止斜

6、坡時間設定、起動電流極限設定，脈沖突跳起動、大電流開斷等，還有運行、故障、過載指示。 美國羅克韋爾公司的軟起動器又稱智能馬達控制器，包括有STC、SMC2、SMC PLUS和SMC Dialog PLUS 4個系列，額定 電壓200600V，額定電流241 000A。 法國施耐德電氣公司Altistart46型軟起動器有標準負載和重型負載應用兩大類。額定電流從171 200A共21種額定值, 電機功率從2.2800kW , 產品除具有軟起動、軟停車外，還具有恒定加減速功能。 德國西門子公司3RW22、3RW30、3RW31、3RW34型軟起動器具有軟起動和軟停車功能，具有顯示軟起動和軟制動過程

7、中各項參數的能力，并具有故障識別能力。 美國摩托托尼公司則以高壓軟起動器而著 稱，目前該公司的產品可達到14 000V，功率從4007 500kW，電壓等級分為1 250V、2 500V、3 000V、6 000V、6 600V、6 900V、11 000V、14 000V。 2.2.2 電子式軟起動器的工作原理和工作 特性 (1)電子式軟起動器的工作原理 電子式軟起動器是利用電力電子技術、自電子式軟起動器是利用電力電子技術、自動控制技術和計算機技術，將強電和弱電動控制技術和計算機技術，將強電和弱電結合起來的控制技術。結合起來的控制技術。 圖2.9為軟起動器的原理示意圖。圖2.9 軟起動控制器

8、原理示意圖 (2)電子式軟起動器的工作特性 1)斜坡恒流升壓起動斜坡恒流升壓起動 斜坡恒流升壓起動曲線如圖2.10所示。這種起動方式是在晶閘管的移相電路中，引入電機電流反饋，使電機在起動過程中保持恒流、起動平穩(wěn)。這種軟起動方式是應用最多的起動方法，尤其適用于風機、泵類負載的起動。 2)脈沖階躍起動脈沖階躍起動 脈沖階躍起動特性曲線如圖2.11所示。該起動方法適用于重載并需克服較大靜摩擦的 起動場合。圖2.10 斜坡恒流起動圖2.11 脈沖階段起動 3)減速軟?？刂茰p速軟?？刂?減速軟?？刂剖钱旊妱訖C需要停機時，不是立即切斷電動機的電源，而是通過調節(jié)晶閘管的導通角，從全導通狀態(tài)逐漸地減小，從而使

9、電動機的端電壓逐漸降低而切斷電源的。這一過程時間較長故稱為軟?？刂?。停車的時間根據實際需要可在0120s范圍內調整。減速軟?？刂魄€如圖2.10 所示。 4)節(jié)能特性 5)制動特性 2.2.3 電子式軟起動器的用途和優(yōu)點 (1)軟起動器的典型用途 用于三相交流感應電動機來驅動的鼓風機、泵和壓縮機的軟起動和軟制動。也可用它來控制帶有變速機構、皮帶或鏈帶傳動裝置的設備，如傳送帶、磨床、刨床、鋸床、包裝機和沖壓設備。 (2)軟起動器應用于傳動系統(tǒng)時具有的優(yōu)點 提高機械傳動元件的使用壽命：例如，顯著降低變速機構中撞擊，使磨損降到輕微程度。 起動電流小，從而使供電電源減輕峰值電流負載。 平穩(wěn)的負載加速度

10、可防止生產事故或產品的損壞。 2.3 可編程通用邏輯控制繼電器 可編程通用邏輯控制繼電器是近幾年發(fā)展應用的一種新型通用邏輯控制繼電器，亦稱通用邏輯控制模塊，它將順序控制程序預先存儲在內部存儲器中，用戶程序采用梯形圖或功能圖語言編程，形象直觀，簡單易懂，由按鈕、開關等輸入開關量信號， 通過順序執(zhí)行程序對輸入信號進行規(guī)定的邏輯運算、模擬量比較、計時、計數等，另外還有顯示參數、通信、仿真運行等功能，其集成的內部軟件功能和編程軟件可替代傳統(tǒng)邏輯控制器件及繼電器電路，并具有很強的抗干擾抑制能力。 可編程通用邏輯控制繼電器基本型的寬度為72 mm，相當于8個模數的尺寸，加長型和總線型的寬度相當于14個模數

11、寬，可卡裝在35 mm導軌上。常用產品主要有德國金鐘-默勒公司的“easy”、西門子公司的 “LOGO！”、日本松下公司的可選模式控制器控制小靈通、存儲式繼電器等。 2.3.1 可編程通用邏輯繼電器的特點 1)編程操作簡單 2)編程語言簡單、易懂 3)參數顯示、設置方便 4)輸出能力大 5)通信功能 2.3.2 基于LOGO的可編程通用邏輯控制繼電器的基本功能 LOGO是德國西門子(Siemens)公司的可編程通用邏輯控制繼電器系列產品，具有29種基本功能和特殊功能供編程(將控制線路轉換為LOGO程序)使用。 LOGO的基本功能有8種，如表2.1所示。 (1)AND(與) 表2.2為AND的邏

12、輯表。 (2)AND帶RLO邊緣檢查 (3)NAND(與非) 表2.3為NAND的邏輯表。 (4)NAND帶RLO邊緣檢查 (5)OR(或) 此功能塊為輸入至少有一個狀態(tài)為1(即閉合)，則輸出(Q)為1。 表2.4為OR的邏輯表。 (6)NOR(或非) 表2.5為NOR的邏輯表。 (7)XOR(異或) 表2.6為XOR的邏輯表。 (8)NOT(非、反相器) 表2.7為NOT的邏輯表。 2.3.3 基于LOGO的可編程通用邏輯控制繼電器的特殊功能 LOGO的特殊功能包括時間功能、記憶功能和程序中使用的各種參數化選擇，共有21種，如表2.8所示。續(xù)表 (1)接通延時 當Trg輸入的狀態(tài)從0變?yōu)?時

13、，定時器T開始計時(T為LOGO內部定時器)。 當Trg輸入狀態(tài)為0時，輸出復位為0。 電源故障時，定時器復位。 (2)斷開延時 當Trg輸入接通狀態(tài)為1，輸出(Q)立即變?yōu)闋顟B(tài)1。 電源故障時，定時器復位。 (3)通/斷延時 當Trg輸入的狀態(tài)由0變?yōu)?時，定時器TH 啟動。 當輸入的狀態(tài)為0時，定時器TL啟動。 電源故障時，定時器復位。 (4)保持接通延時繼電器 如果Trg輸入的狀態(tài)從0變?yōu)?，則定時器T啟動。 電源故障時，定時器復位。 (5)RS觸發(fā)器 R輸入(復位)將輸出(Q)復位為0，S輸入(置位)將輸出(Q)置位為1，若S和R同時為1，則輸出(Q)為0(即復位優(yōu)先級高于置位)，若S

14、和R同時為0，則輸出狀態(tài)保持為原數值。 (6)脈沖觸發(fā)器 電源故障后，如果未接通掉電保持功能，則脈沖觸發(fā)器復位，輸出Q變?yōu)?。 (7)脈沖繼電器/脈沖輸出 當Trg輸入狀態(tài)為1，Q輸出立即為狀態(tài)1，同時定時器T啟動而輸出保持為1，當T的定時時間到時，輸出復位為0(脈沖輸出)。 如果在T的定時時間到達前Trg輸入由1變?yōu)?，則輸出立即從1變?yōu)?。 (8)邊緣觸發(fā)延時繼電器 當Trg輸入接通狀態(tài)為1，輸出(Q)立即變?yōu)?狀態(tài)1，同時T啟動運行。待T的定時時間到達時，輸出Q才復位為0(脈沖輸出)。 (9)時鐘 每個時間開關可以設置3個時間段(No1、No2和No3)，在接通時間時，如果輸出未接通則時

15、間開關將輸出接通；在斷開時間時，如果輸出未斷開則時間開關將輸出斷開。 (10)日歷觸發(fā)開關 由No輸入，No參數為日歷觸發(fā)開關設置時間段的接通和斷開時間(接通和斷開時間的第一個值標明月份，第二個值標明日期)。 (11)加/減計數器 通過R(復位)輸入復位內部計數器值并將輸出清零。 (12)運行時間計數器 R=0，Ral不等于1時，允許計數。R=1時停止計數。 (13)對稱時鐘脈沖發(fā)生器 通過T參數設定輸出脈沖的通斷時間。 (14)異步脈沖發(fā)生器 用Par參數設置脈沖持續(xù)時間TH和脈沖間隔 時間TL。通過En輸入使異步脈沖發(fā)生器 工作。 (15)隨機發(fā)生器 用Par參數將接通延時時間隨機地設定在

16、OS至TH 之間，斷開延時時間隨機地設定在OS至TL之間。 電源故障時，已經過的時間被復位。 (16)頻率觸發(fā)器 用Par參數設定接通閾值SW，斷開閾值SW和測量脈沖的時間區(qū)間GT。 Fre輸入提供需計數的脈沖。 (17)模擬量觸發(fā)器 用Par參數設定接通閾值SW和斷開閾值SW，在Ax輸入需要計算的模擬量信號，如果模擬量值超出參數化的接通閾值，則輸出開關接通(ON)，如果模擬量值回落到參數化斷開閾值以下，則輸出開關斷開(OFF)。 (18)模擬量比較器 用Par參數設定閾值，在Ax和Ay輸入口加上需要比較計算其差值的模擬量信號，如果Ax和Ay的差值(Ax-Ay)超出設定的閾值， 輸出開關接通(

17、ON)。 (19)樓梯照明開關 利用Trg輸入脈沖，啟動樓梯照明開關(Q置位1)，當Trg狀態(tài)從1變?yōu)?時，T啟動，T的定時時間到達前15秒，Q輸出從1變?yōu)?，持續(xù)1秒再變?yōu)?，待T的定時時間到達時，Q輸出復位為0。如果T的定時時間未到達時，再次啟動Trg輸入，則T被復位。 電源故障時，已經過的時間復位。 (20)雙功能開關 此開關有2種不同的功能：帶斷開延時的當 前脈沖和長久照明功能。 (21)文本/參數顯示 當En輸入從0變?yōu)?時，啟動信息文本的輸出，已經參數化了的信息文本在RUN方式下顯示，如果輸入狀態(tài)從1變?yōu)?，則不顯示信息文本。 2.4 固體繼電器 固體繼電器簡稱SSR，是一種采用固體半導體元件組裝而成的新穎的無觸點開關。 2.4.1 固體繼電器的特點 (1)控制功率小 (2)可靠性高 (3)抗干擾能力強 (4)動作快 (5)壽命長 (6)能承受的浪涌電流大 (7)對電源電壓的適應范圍廣 (8)耐壓水平高 2.4.2 固體繼電器的分類及工作原理 (1)固體繼電器的分類 按切換負載性質分，有直流和交流兩種。 按過零功能及控制方式分，有電壓過零開電流過零關的交流SSR和電流過零關隨機導通的交流SSR。此外，還有非過零型交流SSR。 按封裝結構分，有塑封型、金屬殼全密封型、環(huán)氧