常用低壓電器解析課件

1、課程名稱：數(shù)控機(jī)床電氣控制總課時：48H周課時：4H實(shí)驗(yàn)課時：10H考核方式：考試成績評定:平時成績30%+卷面成績70%8/20/20221緒 論一、電氣控制技術(shù)的發(fā)展概況 19世紀(jì)末，直流發(fā)電機(jī)、交流發(fā)電機(jī)和直流電動機(jī)、異步電動機(jī)相繼問世，揭開了電氣控制技術(shù)的序幕。20世紀(jì)初，電動機(jī)逐步取代蒸汽機(jī)用來驅(qū)動生產(chǎn)機(jī)械，最初沿用集中拖動的方式由一臺電動機(jī)拖動若干臺機(jī)器，這種方式能量傳遞路徑長，損耗大，操作不便，安全性差。后來改由一臺電動機(jī)拖動一臺機(jī)器，稱為單獨(dú)拖動方式，它克服了集中拖動的缺點(diǎn)。后來為了簡化機(jī)械傳動系統(tǒng)，出現(xiàn)了一臺機(jī)器的幾個運(yùn)動部件分別由一臺電動機(jī)拖動，這種方式稱為多電機(jī)拖動。8/

2、20/20222在這種情況下，機(jī)器的電氣控制系統(tǒng)不但可對各臺電動機(jī)的起動、制動、反轉(zhuǎn)、停車等進(jìn)行控制，還具有對各臺電動機(jī)之間實(shí)行協(xié)調(diào)、聯(lián)鎖、順序切換、顯示工作狀態(tài)的功能。到本世紀(jì)30年代，電氣控制技術(shù)的發(fā)展，推動了電器產(chǎn)品的進(jìn)步，繼電器、接觸器、按鈕、開關(guān)等元器件形成了功能齊全的多種系列，基本控制電路亦形成規(guī)范，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制。這種主要用于控制交流電動機(jī)的系統(tǒng)通常稱為繼電接觸器控制系統(tǒng)。從20世紀(jì)30年代開始，機(jī)械加工企業(yè)為了提高生產(chǎn)效率，采用機(jī)械化流水作業(yè)的生產(chǎn)方式，對不同類型的零件分別組成自動生產(chǎn)線。隨著產(chǎn)品機(jī)型的更新?lián)Q代，生產(chǎn)線承擔(dān)的加工對象也隨之改變，這就需要改變控制程序，使生產(chǎn)線

3、的機(jī)械設(shè)備按新的工藝過程運(yùn)行，而繼電接觸器控制系統(tǒng)是采用固定接線的很難適應(yīng)這個要求。8/20/202231968年美國最大的汽車制造商通用汽車(GM)公司為適應(yīng)汽車型號不斷更新，提出把計算機(jī)的完備功能以及靈活性、通用性好等優(yōu)點(diǎn)和繼電接觸器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來做成一種能適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的通用控制裝置，并把編程方法和程序輸入方式加以簡化，使得不熟悉計算機(jī)的人員也能很快掌握它的使用技術(shù)。根據(jù)這一設(shè)想，美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)于1969年率先研制出第一臺可編程序控制器(簡稱PLC)，在通用汽車公司的自動裝配線上試用獲得成功，從此以后，許多國家的著名廠商競相研制，各自形成系

4、列，而且品種更新很快功能不斷增強(qiáng)，從最初的邏輯控制為主發(fā)展到能進(jìn)行模擬量控制，具有數(shù)據(jù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和通信聯(lián)網(wǎng)等多種功能。8/20/20224數(shù)控技術(shù)在電氣自動控制中占有十分重要的地位。1952年美國研制成第一臺三坐標(biāo)數(shù)控銑床，它綜合應(yīng)用了當(dāng)時電子計算機(jī)、自動控制、伺服驅(qū)動、精密檢測與新型機(jī)械結(jié)構(gòu)等多方面的最新技術(shù)成就，成為一種新型的通用性很強(qiáng)的高效自動化機(jī)床，它標(biāo)志著機(jī)械制造技術(shù)進(jìn)入了一個新階段。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，由小型或微型計算機(jī)再加上通用或?qū)Ｓ么笠?guī)模集成電路組成的計算機(jī)數(shù)控裝置(CNC)性能更為完善，幾乎所有的機(jī)床品種都實(shí)現(xiàn)了數(shù)控化，出現(xiàn)了具有自動更換刀具功能的數(shù)控加工中心機(jī)床(MC

5、)，工件在一次裝夾中可以完成多種工序的加工。數(shù)控技術(shù)還在繪圖機(jī)械、坐標(biāo)測量機(jī)、激光加工機(jī)、火焰切割機(jī)等設(shè)備上得到了廣泛的應(yīng)用，取得了良好的效果。8/20/2022570年代出現(xiàn)了計算機(jī)群控系統(tǒng)，即直接數(shù)控(DNC)系統(tǒng)，由一臺較大型的計算機(jī)控制與管理多臺數(shù)控機(jī)床和數(shù)控加工中心，能完成多品種、多工序的產(chǎn)品加工。在此基礎(chǔ)上增加刀具和工件在加工設(shè)備與貯存裝置之間的裝卸輸送系統(tǒng)及必要的檢測設(shè)備，由計算機(jī)對整個系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理，這樣就構(gòu)成了柔性制造系統(tǒng)(FMS)。近年來又出現(xiàn)了計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)，綜合運(yùn)用計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)、計算機(jī)輔助制造(CAM)、智能機(jī)器人等多項(xiàng)高技術(shù)，形成了從產(chǎn)

6、品設(shè)計與制造的智能化生產(chǎn)的完整體系，將自動制造技術(shù)推進(jìn)到更高的水平。二、本課程的性質(zhì)與任務(wù)本課程是一門實(shí)用性很強(qiáng)的專業(yè)課，主要內(nèi)容是以電動機(jī)或其它執(zhí)行電器為控制對象，介紹繼電接觸器控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)的工作原理、典型機(jī)械的電氣控制線路以及電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計方法。8/20/20226 本課程的目標(biāo)是培養(yǎng)實(shí)際應(yīng)用的能力，具體要求是： 1)熟悉常用控制電器的結(jié)構(gòu)原理、用途，了解其型號規(guī)格并能夠正確使用。 2)熟練掌握繼電接觸器控制線路的基本環(huán)節(jié)，能夠獨(dú)立分析電氣控制線路的工作原理。 3)熟悉典型設(shè)備電氣控制系統(tǒng)，具有從事電氣設(shè)備安裝調(diào)試、維修管理等知識。 4)掌握PLC的基本原理及編程方法能夠根

7、據(jù)工藝過程和控制要求進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計和編制應(yīng)用程序。 5)具有設(shè)計和改進(jìn)一般機(jī)械設(shè)備電氣控制線路的基本能力。8/20/20227第一節(jié) 概 述電器：對電能的生產(chǎn)、輸送、分配與應(yīng)用起著控制、調(diào)節(jié)、檢測和保護(hù)作用的電工器械均可稱為電器。按控制電壓：低壓電器：用于交流1200V、直流1500V級以下的電路中起通斷、保護(hù)、控制或調(diào)節(jié)作用的電器產(chǎn)品。高壓電器：交流1200V以上、直流1500V以上電路中的電器按動作方式：手動電器：通過人的操作發(fā)出動作指令的電器。自動電器：產(chǎn)生電磁吸力而自動完成動作指令的電器。按其執(zhí)行機(jī)構(gòu)：有觸點(diǎn)電器無觸點(diǎn)電器8/20/20228其用途：控制電器：用于各種控制電路和控制系統(tǒng)的

8、電器。配電電器：用于電能的輸送和分配的電器。主令電器：用于自動控制系統(tǒng)中發(fā)送動作指令的電器。保護(hù)電器：用于保護(hù)電路及用電設(shè)備的電器。執(zhí)行電器：用于完成某種動作或傳送功能的電器。按控制對象：低壓配電電器：這類電器包括刀開關(guān)、組合開關(guān)、熔斷器和自動開關(guān)等。作用是：在低壓配電系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)電能的輸送、分配及保護(hù)電路和用電設(shè)備低壓控制電器：這類電器包括接觸器、繼電器、主令電器和電磁離合器等。8/20/20229作用是：在電氣控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)發(fā)布指令、控制系統(tǒng)狀態(tài)及執(zhí)行動作等作用。第二節(jié) 低壓電器的電磁機(jī)構(gòu)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)一、電磁機(jī)構(gòu)電磁機(jī)構(gòu)分類：按電源種類可分為交流和直流兩種電磁機(jī)構(gòu)的主要作用：將電磁能量轉(zhuǎn)換

9、成機(jī)械能量，將電磁機(jī)構(gòu)中吸引線圈的電流轉(zhuǎn)換成電磁力，帶動觸頭動作，完成通斷電路的控制作用。電磁機(jī)構(gòu)的組成：電磁機(jī)構(gòu)由鐵心、銜鐵和線圈等幾部分組成8/20/202210工作原理：當(dāng)線圈中有工作電流通過時，電磁吸力克服彈簧的反作用力，使得銜鐵與鐵心閉合，出連接機(jī)構(gòu)帶動相應(yīng)的觸頭動作1動觸頭 2靜觸頭 3銜鐵4彈簧5線圈 6鐵心 7墊氈 8觸頭彈簧 9滅弧罩 10觸頭壓力彈簧8/20/2022118/20/202212從常用鐵心納銜鐵運(yùn)動形式上看，鐵心主要可分為拍臺式和直動式兩大類 如圖所示固11a為銜鐵沿棱角轉(zhuǎn)動的拍合式鐵心。其鐵心材料由電工軟鐵制成，它廣泛用于直流電器中。圖11b為銜鐵沿鈾轉(zhuǎn)動的

10、拍合式鐵心，鐵心形狀有E形和U形兩種，其鐵心材料由硅鋼片疊成多用于觸頭容量較大的交流電器中.圖11c為銜鐵直線運(yùn)動的雙E形直動式鐵心，它也是由硅鋼片疊z制而成的，多用于觸頭為中、小容量的交流接觸器和繼電器中。注意：在交流電流產(chǎn)生的交變磁場中，為避免因磁通過零點(diǎn)造成銜鐵的抖動，需在交流電器鐵心的端部開槽，嵌入一銅短路環(huán)，使環(huán)內(nèi)感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通與環(huán)外磁通不同時過零使電磁吸力F總是大于彈簧的反作用力，因而可以消除交流鐵心的抖動。8/20/202213銜鐵沿棱角轉(zhuǎn)動的拍合式鐵心銜鐵沿軸轉(zhuǎn)動的拍合式鐵心銜鐵直線運(yùn)動的雙E形直動鐵心8/20/202214二、觸頭系統(tǒng)觸頭的作用是接通或分?jǐn)嚯娐?，因此要求觸

11、頭要具有良好的接觸性能，電流容量較小的電器(如接觸器、繼電器等)常采用銀質(zhì)材料作觸頭，這是因?yàn)殂y的氧化膜電阻率與純銀相似，可以避兔觸頭表面氧化膜電阻率增加而造成接觸不良。觸頭的結(jié)構(gòu)有橋式和指式兩類。圖l2為橋式結(jié)構(gòu)。橋式觸頭又分為點(diǎn)接觸式和面接觸式，點(diǎn)接觸式適用于電流不大的場合，面接觸式適用于電流較大的場合。因指形觸頭在接通與分?jǐn)鄷r產(chǎn)生滾動摩擦，可以去掉氧化膜，故其觸頭可以用紫銅制造，待別適合于觸頭分合次數(shù)多、電流大的場合動畫演示8/20/2022158/20/2022168/20/202217三、滅弧系統(tǒng)觸頭在分?jǐn)嚯娏魉查g，在觸頭間的氣隙中就會產(chǎn)生電弧，電弧的高溫能將觸頭燒損，并可能造成其它

12、事故，因此，應(yīng)采用適當(dāng)措施迅速熄滅電弧。熄滅電弧的主要措施有：1.迅速增加電弧長度(拉長電弧)，使得單位長度內(nèi)維持電弧燃燒的電場強(qiáng)度不夠而使電弧熄滅。2.使電弧與流體介質(zhì)或固體介質(zhì)相接觸，加強(qiáng)冷卻和去游離作用，使電弧加快熄滅。電弧有直流電弧相交流電弧兩類，交流電流有自然過零點(diǎn)，故其電弧較易熄滅。8/20/202218低壓控制電器常用的具體滅弧方法有：1)機(jī)械滅弧 ： 通過機(jī)械裝置將電弧迅速拉長。2)磁吹滅弧 ： 在一個與觸頭串聯(lián)的磁吹線圈產(chǎn)生的磁場作用下，電弧受電磁力的作用而拉長，被收入由固體介質(zhì)構(gòu)成的滅弧罩內(nèi)，與固體介質(zhì)相接觸，電弧被冷卻而熄滅。3)窄縫(縱縫)滅弧法： 在電弧所形成的磁場電

13、動力的作用下，可使電弧拉長并進(jìn)入滅弧罩的窄(縱)縫中，幾條縱縫可將電弧分割成數(shù)段且與固體介質(zhì)相接觸，電弧便迅速熄滅。4)柵片滅弧法： 當(dāng)觸頭分開時，產(chǎn)生的電弧在電動力的作用下被推入一組金屬柵片中而被分割成數(shù)段，彼此絕緣的金屬柵片的每一片都相當(dāng)于一個電極。因而就有許多個陰陽極壓降。如圖所示8/20/2022198/20/202220第三節(jié) 接觸器定義：電力拖動和自動控制系統(tǒng)中使用量大，涉及面廣的一種低壓自動控制電器，用來頻繁地接通和分?jǐn)嘟?、直流主回路和大容量控制電路。一、結(jié)構(gòu)及原理8/20/202221動鐵心（銜鐵）靜鐵心電磁線圈按所控制電路 主觸點(diǎn) 輔助觸點(diǎn)按原始狀態(tài) 常開觸點(diǎn) 常閉觸點(diǎn)滅弧罩

14、滅弧柵磁吹滅弧裝置電磁機(jī)構(gòu)：將電磁能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，產(chǎn)生電磁吸力帶動觸點(diǎn)動作.觸點(diǎn)：接觸器的執(zhí)行元件，用來接通或斷開被控制電路。滅弧裝置：熄滅觸點(diǎn)分?jǐn)嚯娏魉查g觸點(diǎn)之間氣隙中產(chǎn)生的電弧。其它：包括釋放彈簧機(jī)構(gòu)、支架與底座等?；窘Y(jié)構(gòu)8/20/202222工作原理：當(dāng)電磁線圈通電后，線圈電流產(chǎn)生磁場，使靜鐵心產(chǎn)生電磁吸力吸引銜鐵，并帶動觸點(diǎn)動作，使常閉觸點(diǎn)斷開，常開觸點(diǎn)閉合，兩者是聯(lián)動的。當(dāng)線圈斷電時，電磁力消失，銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使觸點(diǎn)復(fù)原，即常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合動畫演示8/20/202223二、接觸器分類及特點(diǎn)1.交流接觸器：線圈通以交流電，主觸點(diǎn)接通、切斷交流主電路。 交變磁通

15、穿過鐵心，產(chǎn)全渦流和磁滯損耗，使鐵心發(fā)熱。 鐵心用硅鋼片沖壓而成以減少鐵損。 線圈做成短而粗的圓筒狀繞在骨架上以便于散熱。 鐵心端面上安裝銅制的短路環(huán)，以防止交變磁通使銜鐵產(chǎn)生強(qiáng)烈振動和噪聲。 滅弧裝置通常采用滅弧罩和滅弧柵。8/20/2022242.直流接觸器：線圈通以直流電，主觸點(diǎn)接通、切斷直流主電路。 不產(chǎn)全渦流和磁滯損耗，鐵心不發(fā)熱。 鐵心用整塊鋼制成。 線圈制成長而薄的圓筒狀。 250A以上的直流接觸器采用串聯(lián)雙繞組線圈。 滅弧裝置通常采用滅弧能力較強(qiáng)的磁吹滅弧裝置。 8/20/202225三、主要技術(shù)參數(shù)線圈電壓主觸點(diǎn)額定電流、額定電壓輔助觸點(diǎn)額定電流、對數(shù)接觸器極數(shù)接觸器機(jī)械壽命、電壽命見P7表11和12以及附錄A8/20/202226四、接觸器的選用1. 控制交流負(fù)載應(yīng)選用交流接觸器；控制直流負(fù)載則選用直流接觸器。2. 接觸器的使用類別應(yīng)與負(fù)載性質(zhì)相一致。3.主觸頭的額定工作電壓應(yīng)大于或等于負(fù)載電路的電壓。4.主觸頭的額定工作電流應(yīng)大于或等于負(fù)載電路的電流；還要注意的是接觸器主觸頭的額定工作電流是在規(guī)定條件下(額定工作電壓、使用類別、操作頻率等)能夠正常工作的電流值，當(dāng)實(shí)際使用條件不同時，這個電流值也將隨之改變。8/20/2022275. 吸引線圈的額定電壓