電器與可編程控制器技術(shù)

電器與可編程控制器技術(shù)第一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日2.5.1接觸器的結(jié)構(gòu)及工作原理接觸器由電磁系統(tǒng)、觸頭系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)、釋放彈簧機構(gòu)、輔助觸頭及基座等幾部分組成，如圖所示。接觸器是利用電磁系統(tǒng)控制銜鐵的運動來帶動觸頭使電路接通或斷開的。1—主觸頭；2—常閉輔助觸頭；3—常開輔助觸頭；4—動鐵心；5—電磁線圈；6—靜鐵心；7—滅弧罩；8—彈簧2-13接觸器結(jié)構(gòu)簡圖第二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日在電磁機構(gòu)方面，交流接觸器為了減小因渦流和磁滯損耗造成的能量損失和溫升，鐵心和銜鐵用硅鋼片疊成。線圈繞在骨架上做成扁而厚的形狀，與鐵心隔離，有利于鐵心和線圈的散熱。而直流接觸器由于鐵心中不會產(chǎn)生渦流和磁滯損耗，所以不會發(fā)熱。鐵心和銜鐵用整塊電工軟鋼做成，為使線圈散熱良好，通常將線圈繞制成高而薄的圓筒狀，且不設(shè)線圈骨架，使線圈和鐵心直接接觸以利于散熱。第三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日對大容量的直流接觸器往往采用串聯(lián)雙繞組線圈，一個為起動線圈，另一個為保持線圈。接觸器本身的一個常閉輔助觸頭與保持線圈并聯(lián)連接。在電路剛接通瞬間，保持線圈被常閉觸頭短接，可使起動線圈獲得較大的電流和吸力。當接觸器動作后，常閉觸頭斷開，兩線圈串聯(lián)通電，由于電源電壓不變，所以電流減小，但仍可保持銜鐵吸合，因而可以減少能量損耗和延長電磁線圈的使用壽命。中小容量的交、直流接觸器的電磁機構(gòu)一般都采用直動式結(jié)構(gòu)，大容量的采用轉(zhuǎn)動式結(jié)構(gòu)。

第四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日接觸器的觸頭分為兩類，主觸頭和輔助觸頭。中小容量的交、直流接觸器的主、輔助觸頭一般都采用直動式雙斷點橋式結(jié)構(gòu)設(shè)計，大容量的主觸頭采用轉(zhuǎn)動式單斷點指型觸頭。交流接觸器的主觸頭流過交流主回路電流，產(chǎn)生的電弧也是交流電弧，常采用多縱縫滅弧裝置滅弧。直流接觸器主觸頭流過直流主回路電流，產(chǎn)生的電弧也是直流電弧。由于直流電弧比交流電弧難以熄滅，直流接觸器常采用磁吹式滅弧裝置滅弧。接觸器的輔助觸頭用于控制回路，可根據(jù)需要按使用類別選用。對于商品接觸器，由于所用材料、結(jié)構(gòu)等已經(jīng)確定，選用時不得任意將交、直流接觸器互換使用，否則，將可能使滅弧發(fā)生困難，引起故障及事故。第五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日2.5.3接觸器的選用原則

1．型式的確定主要確定極數(shù)和電流種類，電流種類由系統(tǒng)主電流種類確定。三相交流系統(tǒng)中一般選用三極接觸器，當需要同時控制中性線時，則選用四極交流接觸器，單相交流和直流系統(tǒng)中則常有兩極或三極并聯(lián)的情況。一般場合下，選用空氣電磁式接觸器；易燃易爆場合應選用防爆型及真空接觸器等。接觸器的選用主要是選擇型式、主電路參數(shù)、控制電路參數(shù)和輔助電路參數(shù)，以及按電壽命、使用類別和工作制選用，另外需要考慮負載條件的影響。分述如下：第六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日2．主電路參數(shù)的確定主要確定額定工作電壓、額定工作電流（或額定控制功率）、額定通斷能力和耐受過載電流能力。接觸器可以在不同的額定工作電壓和額定工作電流下工作。但在任何情況下，額定工作電壓都不得高于接觸器的額定絕緣電壓，額定工作電流（或額定控制功率）也不得高于接觸器在相應工作條件下規(guī)定的額定工作電流（或額定控制功率）。接觸器的額定通斷能力應高于通斷時電路中實際可能出現(xiàn)的電流值。耐受過載電流能力也應高于電路中可能出現(xiàn)的工作過載電流值。第七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日3．控制電路參數(shù)和輔助電路參數(shù)的確定接觸器的線圈電壓應按選定的控制電路電壓確定。交流接觸器的控制電路電流種類分交流和直流兩種。一般情況下多用交流，當操作頻繁時則常選用直流。接觸器的輔助觸頭種類和數(shù)量，一般應根據(jù)系統(tǒng)控制要求確定所需的輔助觸頭種類（常開或常閉）、數(shù)量和組合型式，同時應注意輔助觸頭的通斷能力和其他額定參數(shù)。當接觸器的輔助觸頭數(shù)量和其他額定參數(shù)不能滿足系統(tǒng)要求時，可增加接觸器式繼電器以擴大功能。第八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日2.6繼電器繼電器是一種自動電器，在控制系統(tǒng)中用來控制其他電器動作，或在主電路中作為保護用電器。繼電器的輸入量是電壓、電流等電量，也可以是溫度、速度等非電量。當輸入量變化到某一定值時，控制繼電器動作，使輸出量發(fā)生預定的階躍變化。由于繼電器的觸點是用于控制電路中，控制電路的功率一般不大，所以對繼電器觸點的額定電流與轉(zhuǎn)換能力要求不高。因此，繼電器一般不采用滅弧裝置，觸點的結(jié)構(gòu)也比較簡單。

第九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日2.6.1繼電器的結(jié)構(gòu)及工作原理任何一種繼電器，不論它們的動作原理、結(jié)構(gòu)形式、使用場合如何千變?nèi)f化，都具備兩個基本機構(gòu)，一是能反應外界輸入信號的感應機構(gòu)；二是對被控電路實現(xiàn)通斷控制的執(zhí)行機構(gòu)?！案袘迸c“執(zhí)行”對任何繼電器都是不可缺少的，其特性稱為繼電器的輸入—輸出特性，常用繼電器特性曲線表示。它是一種矩形曲線，如圖所示。圖中Xc稱為繼電器的動作值，Xf稱為繼電器的復歸值。它們均為繼電器的動作參數(shù)。第十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日

過電流繼電器或過電壓繼電器在額定參數(shù)下工作時，電磁式繼電器的銜鐵處于釋放位置。當電路出現(xiàn)過電流或過電壓時，銜鐵才動作吸合，而當電路電流或電壓降低到繼電器復歸值時，銜鐵才返回釋放狀態(tài)。所以過電流繼電器或過電壓繼電器復歸值小于動作值，其返回系數(shù)K<1。一般電磁式過電流繼電器或過電壓繼電器返回系數(shù)較低，當返回系數(shù)大于0.65時，就稱為高返回系數(shù)繼電器。

同理，欠電流繼電器或欠電壓繼電器返回系數(shù)K>1。繼電器的動作參數(shù)可根據(jù)使用要求進行整定，為了反映繼電器吸力特性與反力特性的配合緊密程度，引入返回系數(shù)概念，它是繼電器復歸值Xf與動作值Xc的比值。即：第十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日2.6.2常用典型繼電器

2.6.2.1電磁式繼電器電磁式繼電器的種類很多，如前所述的電壓繼電器、中間繼電器、電流繼電器、電磁式時間繼電器、接觸器式繼電器等都屬于這一類。電流繼電器和電壓繼電器根據(jù)用途不同，又可以分為過電流（或過電壓）繼電器，欠電流（或欠電壓）繼電器。前者電流（電壓）超過規(guī)定值時鐵心才吸合，如整定范圍為1.1～6倍額定值，后者電流（電壓）低于規(guī)定值時鐵心才釋放，如整定范圍為0.3～0.7倍額定值。第十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日2.6.2.2時間繼電器時間繼電器按其延時原理有電磁式、機械空氣阻尼式、電動機式、電子式、可編程式和數(shù)字式等。它是一種實現(xiàn)觸頭延時接通或斷開的自動控制電器，主要作為輔助電器元件用于各種電氣保護及自動裝置中，使被控元件達到所需要的延時，應用十分廣泛。一般電磁式時間繼電器的延時范圍在十幾秒以下，多為斷電延時，其延時整定精度和穩(wěn)定性不是很高。但繼電器本身適應能力較強，在一些要求不太高，工作條件又比較惡劣的場合，多采用這種時間繼電器。第十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日

同步電動機式時間繼電器的主要特點是延時范圍寬，可長達數(shù)十小時，重復精度也較高，常用的同步電動機式則有JS11系列時間繼電器。機械阻尼式（氣囊式）時間繼電器的延時范圍可以擴大到數(shù)分鐘，但整定精度往往較差，只適用于一般場合。電子式、可編程式和數(shù)字式時間繼電器的延時范圍寬，整定精度高，有通電延時、斷電延時和復式延時、多制式等延時類型，應用廣泛。

第十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日1．直流電磁式時間繼電器在直流電磁式電壓繼電器的鐵心上增加一個阻尼銅套，即可構(gòu)成時間繼電器，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。1—鐵心；2—阻尼銅套；3—絕緣層；4—線圈圖2-15帶有阻尼銅套的鐵心示意圖當繼電器通電時，由于銜鐵處于釋放位置，氣隙大、磁阻大、磁通小，銅套阻尼作用相對也小，因此銜鐵吸合時延時不顯著（一般忽略不計）。而當繼電器斷電時，磁通變化量大，銅套阻尼作用也大，使銜鐵延時釋放而起到延時作用。因此，這種繼電器僅用作斷電延時。這種時間繼電器延時較短，而且準確度較低，一般只用于要求不高的場合，如電動機的延時啟動等。第十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日2．空氣阻尼式時間繼電器第十六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日空氣阻尼式時間繼電器是利用空氣阻尼原理獲得延時的。它由電磁系統(tǒng)、延時機構(gòu)、觸頭三部分組成。空氣阻尼式時間繼電器，有通電延時型和斷電延時型兩種。電磁機構(gòu)可以是直流的，也可以是交流的。將圖中右邊部分的電磁機構(gòu)旋出固定螺釘后旋轉(zhuǎn)180o，即為斷電延時型。

1—線圈；2—鐵心；3—銜鐵；4—L形托板；5—復位彈簧；6—杠桿形撞塊；7—活塞桿；10—橡皮膜；11—底板座；12—固定螺釘；13—延時調(diào)節(jié)螺釘；14—支持件；15、16—微動開關(guān)圖2-16JS7—2A型空氣阻尼式時間繼電器結(jié)構(gòu)原理圖第十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日2.6.2.3熱繼電器熱繼電器是利用測量元件被加熱到一定程度而動作的一種繼電器。熱繼電器的測量元件通常用雙金屬片，它是由主動層和被動層組成。主動層材料采用較高膨脹系數(shù)的鐵鎳鉻合金，被動層材料采用膨脹系數(shù)很小的鐵鎳合金。雙金屬片在受熱后將向被動層方向彎曲。雙金屬片的加熱方式有直接加熱、間接加熱和復式加熱。直接加熱就是把雙金屬片當作熱元件，讓電流直接通過；間接加熱是用與雙金屬片無電聯(lián)系的加熱元件產(chǎn)生的熱量來加熱；復式加熱是直接加熱與間接加熱兩種加熱形式的結(jié)合。雙金屬片受熱彎曲，當彎曲到一定程度時，通過動作機構(gòu)使觸點動作。熱繼電器主要用作三相感應電動機的過載保護。

第十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日2．熱繼電器的結(jié)構(gòu)及工作原理圖2-18為雙金屬片熱繼電器結(jié)構(gòu)示意圖。

1、2—片簧；3—弓簧；4—觸點；5—推桿；6—固定轉(zhuǎn)軸；7—杠桿；8—壓簧；9—凸輪；10—手動復位按鈕；11—主雙金屬片；12—熱元件；13—導板；14—調(diào)節(jié)螺釘；15—補償雙金屬片；16—軸圖2-18雙金屬片熱繼電器結(jié)構(gòu)示意圖

第十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日3．具有斷相保護的熱繼電器三相感應電動機運轉(zhuǎn)時，若發(fā)生一相斷路，電動機各相繞組電流的變化情況將與電動機繞組接法有關(guān)。對于星形聯(lián)結(jié)的電動機，由于相電流等于線電流，當電源一相斷路時，其他兩相的電流將過載，可使熱繼電器動作。而對于三角形聯(lián)結(jié)的電動機（圖2-19），在正常情況下，線電流為相電流的倍。但當電動機一相電源斷路，且為58%額定負載時，則流過跨接于全電壓下的一相繞組的相電流IP3等于1.15倍額定相電流，而流過串聯(lián)的兩相繞組的電流IP1、IP2僅為58%額定相電流。因而可能有這種情況：電動機在58%額定負載時運行，若發(fā)生一相斷線，未斷線相的線電流正好等于額定線電流，而全電壓下的那一相繞組中的電流可達1.15倍額定相電流。這時繞組內(nèi)的電流已超過其額定值，但流過熱繼電器發(fā)熱元件的線電流卻小于其動作電流，不會動作。

圖2-19電動機三角形聯(lián)結(jié)時U相斷路時電流情況第二十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日

為了對三相感應電動機進行斷相保護，可將熱繼電器的導板改成差動機構(gòu)，如圖2-20所示。

1—上導板；2—下導板；3—杠桿；4—頂頭；5—補償雙金屬片；6—雙金屬片圖2–20斷相保護機構(gòu)及其工作原理（a）未通電前；（b）三相電流不大于整定電流時；（c）三相同時過載；（d）W相斷路第二十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日2.6.2.4速度繼電器

速度繼電器常用于電動機的反接制動電路中。圖2-21為速度繼電器結(jié)構(gòu)示意圖。1—螺釘；2—反力彈簧；3—常閉觸點；4—動觸頭；5—常開觸點；6—返回杠桿；7—杠桿；8—定子導體；9—定子；10—轉(zhuǎn)軸；11—轉(zhuǎn)子圖2-21速度繼電器結(jié)構(gòu)示意圖速度繼電器主要由轉(zhuǎn)子、定子和觸頭系統(tǒng)三部分組成。轉(zhuǎn)子是一塊永久磁鐵，轉(zhuǎn)軸與被控電動機連接，定子結(jié)構(gòu)與籠型電動機轉(zhuǎn)子相同，由硅鋼片疊制而成，并嵌有籠型導條，套在轉(zhuǎn)子外圍，且經(jīng)杠桿機構(gòu)與觸頭系統(tǒng)連接。當被控電動機旋轉(zhuǎn)時，速度繼電器轉(zhuǎn)子11隨著旋轉(zhuǎn)，永久磁鐵形成旋轉(zhuǎn)磁場，定子中的籠型導條切割磁場而產(chǎn)生感應電動勢、感應電流，并在磁場作用下產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使定子隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動。第二十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日2.6.3繼電器的選用

1．接觸器式繼電器

選用時主要是按規(guī)定要求選定觸頭型式和通斷能力，其它原則均和接觸器相同。有些應用場合，如對繼電器的觸頭數(shù)量要求不高，但對通斷能力和工作可靠性（如耐振）要求較高時，最好選用小規(guī)格接觸器。2．時間繼電器選用時間繼電器時要考慮的特殊要求主要是延時范圍、延時類型、延時精度和工作條件。第二十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日3．保護繼電器

保護繼電器指在電路中起保護作用的各種繼電器。主要有過電流繼電器、欠電流繼電器、過電壓繼電器和欠電壓（零電壓、失壓）繼電器等。（1）過電流繼電器過電流繼電器主要用作電動機的短路保護，對其選擇的主要參數(shù)是額定電流和動作電流。過電流繼電器的額定電流應當大于或等于被保護電動機的額定電流，其動作電流可根據(jù)電動機工作情況按其起動電流的1.1～1.3倍整定。一般繞線轉(zhuǎn)子感應電動機的起動電流按2.5倍額定電流考慮，籠型感應電動機的起動電流按額定電流的5～8倍考慮。選擇過電流繼電器的動作電流時，應留有一定的調(diào)節(jié)余地。第二十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日（2）欠電流繼電器

欠電流繼電器一般用于直流電機的勵磁回路監(jiān)視勵磁電流，作為直流電動機的弱磁超速保護或勵磁電路與其他電路之間的聯(lián)鎖保護。選擇的主要參數(shù)為額定電流和釋放電流，其額定電流應大于或等于額定勵磁電流，其釋放電流整定值應低于勵磁電路正常工作范圍內(nèi)可能出現(xiàn)的最小勵磁電流，一般可取最小勵磁電流的85%。選用欠電流繼電器時，其釋放電流的整定值應留有一定的調(diào)節(jié)余地。（3）過電壓繼電器過電壓繼電器用來保護設(shè)備不受電源系統(tǒng)過電壓的危害，多用于發(fā)電機—電動機機組系統(tǒng)中。選擇的主要參數(shù)是額定電壓和動作電壓。過電壓繼電器的動作值一般按系統(tǒng)額定電壓的1.1～1.2倍整定。第二十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日（4）欠電壓（零電壓、失壓）繼電器

欠電壓繼電器在線路中多用作失壓保護，防止電源故障后恢復供電時系統(tǒng)的自起動。欠電壓繼電器常用一般電磁式繼電器或小型接觸器充任，其選用只要滿足額定電壓、額定電流等一般要求即可，對釋放電壓值無特殊要求。第二十六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日2.7主令電器

主令電器是電氣自動控制系統(tǒng)中用于發(fā)送或轉(zhuǎn)換控制指令的電器。主令電器應用廣泛，種類繁多。常用的有：控制按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)（組合開關(guān)）、凸輪控制器、主令控制器以及腳踏開關(guān)、緊急開關(guān)等。第二十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日2.7.1常用主令電器2.7.1.1控制按鈕控制按鈕是一種結(jié)構(gòu)簡單、應用十分廣泛的主令電器。在電氣自動控制電路中，用于手動發(fā)出控制信號以控制接觸器、繼電器、電磁起動器等。1一按鈕帽；2一復位彈簧；3一動觸頭；4一常閉觸頭；5一常開觸頭控制按鈕基本結(jié)構(gòu)一般由按鈕帽，復位彈簧，橋式觸頭和外殼等組成。通常做成復合式，有一對常閉觸頭和常開觸頭，有的產(chǎn)品可通過多個元件的串聯(lián)增加觸頭對數(shù)，最多可增至8對。還有一種自持式按鈕，按下后即可自動保持閉合位置，斷電后才能打開。控制按鈕的基本結(jié)構(gòu)如圖所示。第二十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日2.7.1.2行程開關(guān)

行程開關(guān)又稱限位開關(guān)，是一種利用生產(chǎn)機械某些運動部件的碰撞來發(fā)出控制指令的主令電器，用于控制生產(chǎn)機械的運動方向、速度、行程大小或位置的一種自動控制器件。圖2-25幾種行程開關(guān)的外形圖（a)直動式；（b）擺動式；（c）萬向式基本結(jié)構(gòu)可以分為三個主要部分：擺桿（操作機構(gòu)）、觸頭系統(tǒng)和外殼，其中擺桿形式主要有直動式、杠桿式和萬向式三種；每種擺桿形式又分多種不同形式，如直動式又分金屬直動式、鋼滾直動式和熱塑滾輪直動式等；滾輪又有單輪、雙輪等形式。如圖所示。第二十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日行程開關(guān)的結(jié)構(gòu)、工作原理與按鈕相同。區(qū)別是行程開關(guān)不靠手動而是利用運動部件上的擋塊碰壓而使觸頭動作，有自動復位和非自動復位兩種。

1—頂桿；2—彈簧；3—常閉觸頭1—滾輪；2—上轉(zhuǎn)臂；3、5、11—彈簧；4—套架4—觸頭彈簧；5—常開觸頭6、9—壓板；7—觸頭；8—觸頭推桿；10—小滑輪圖2-26行程開關(guān)結(jié)構(gòu)圖(a)直動式；(b)滾輪式第三十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日2.7.1.3凸輪控制器

凸