電氣控制與PLC應(yīng)用（FX5U） 課件 第1章 常用低壓電器

《電氣控制與PLC應(yīng)用（FX5U)》

繼電器控制技術(shù)篇123目錄CONTENTS第1章常用低壓電器45低壓電器基礎(chǔ)知識低壓配電電器接觸器主令電器繼電器678目錄CONTENTS第1章常用低壓電器電磁鐵電氣安裝附件技能訓(xùn)練41.1低壓電器基礎(chǔ)知識一、低壓電器的定義與分類

按照工作電壓，電器分為高壓電器和低壓電器；

其中，低壓電器通常是指電壓等級在交流1000V及以下、直流1500V及以下的，在電路中起控制、保護、檢測、指示和報警等作用的元件或裝置。

低壓電器的主要作用有：（1）控制?？刂曝撦d按要求運行，如控制電動機起停、生產(chǎn)線左右移動、轉(zhuǎn)速控制、指示燈點亮等。（2）保護。對設(shè)備、人身安全提供保護，如電路的短路保護、過載保護、漏電保護等。（3）檢測及測量。利用儀表或檢測電器，對電壓、電流、功率、頻率、電能等電參數(shù)，或?qū)D(zhuǎn)速、溫度、濕度、壓力等其它非電參數(shù)進行檢測或測量。

（4）指示和報警。反映設(shè)備運行狀況與電路工作情況，如狀態(tài)顯示、絕緣監(jiān)測、保護掉牌等。51.1低壓電器基礎(chǔ)知識一、低壓電器的定義與分類

低壓電器用途廣泛、種類繁多，常用的分類方式有以下幾種。

（1）按照操作方式分類

分為手動電器和自動電器兩大類。手動電器是指由操作者直接操作而動作的電器，如刀開關(guān)、按鈕、選擇開關(guān)等；自動電器是指不需要操作者直接操作，而是按照電信號（電壓、電流）或非電信號（如時間、速度、溫度等物理量）進行工作的電器，如接觸器、各類繼電器、行程開關(guān)等。

（2）按照用途分類

分為配電電器、控制電器和執(zhí)行電器。配電電器用于電能的分配和保護，保證控制系統(tǒng)安全、可靠的運行，如負荷開關(guān)、斷路器、熔斷器等；控制電器用于控制電路通斷和執(zhí)行電器工作狀態(tài)，如接觸器、繼電器、主令電器等；執(zhí)行電器用于完成某種動作或傳動功能，如各類電動機、電磁鐵、指示燈等。61.1低壓電器基礎(chǔ)知識一、低壓電器的定義與分類

（3）按照觸點類型分類

分為有觸點電器和無觸點電器。有觸點電器是指電器具有可分離的動、靜觸點，通過觸點的接觸和分離實現(xiàn)電路的接通和斷開，如刀開關(guān)、按鈕、接觸器等；無觸點電器則是沒有可分離的觸點，通常采用晶體管、可控硅等半導(dǎo)體器件的開關(guān)效應(yīng)，通過導(dǎo)通和截止實現(xiàn)電路的通斷控制，如接近開關(guān)、固態(tài)繼電器等。71.1低壓電器基礎(chǔ)知識二、低壓電器的結(jié)構(gòu)與工作原理

1.低壓電器的結(jié)構(gòu)

低壓電器的結(jié)構(gòu)，可以簡單的劃分為兩部分，即感測部分和執(zhí)行部分。

感測部分結(jié)構(gòu)各異，主要用于檢測外部輸入的信號，進行處理，然后傳遞到執(zhí)行部分做出相應(yīng)的反應(yīng)；執(zhí)行部分多為觸點形式，根據(jù)感測部分的輸出結(jié)果，驅(qū)動觸點去接通或斷開電路。如手動電器的感測部分為操作手柄，感測操作人員施力的大小和方向；接觸器、繼電器的感測部分為線圈，感測電路是否有電壓或電流通過；行程開關(guān)的滾輪，用于感測運動機構(gòu)是否到位。當(dāng)動作條件滿足，則驅(qū)動觸點動作完成電路的接通或分斷。81.1低壓電器基礎(chǔ)知識二、低壓電器的結(jié)構(gòu)與工作原理

2.低壓電器的工作原理

電磁式電器：91.1低壓電器基礎(chǔ)知識二、低壓電器的結(jié)構(gòu)與工作原理

2.低壓電器的工作原理

觸點系統(tǒng)：點接觸觸頭的接觸面積小，過流能力弱，通常用于控制電路或電器的輔助觸點；線接觸觸點的接觸面為一條窄面，過流能力強，且在觸點閉合過程中兩接觸面有相對摩擦運動，具有較強的自潔作用（觸頭在接觸時可通過摩擦消除金屬氧化膜），因此廣泛用于自動開關(guān)及高壓開關(guān)電器的觸點中；面接觸觸頭的接觸面為平面，過流能力強，但需要較大的壓力才能保證接觸良好，自潔作用差，常用于電流較大的固定連接（如母線連接）和接觸器主觸點中。101.1低壓電器基礎(chǔ)知識二、低壓電器的結(jié)構(gòu)與工作原理

2.低壓電器的工作原理

觸點類型：觸點按照無外力作用、或未得電動作時的正常狀態(tài)，分為常開觸點、常閉觸點和轉(zhuǎn)換觸點三種基本類型111.1低壓電器基礎(chǔ)知識三、電弧的產(chǎn)生及滅弧方式1.電弧的產(chǎn)生與特點

當(dāng)開關(guān)電器斷開電路時，如果電壓或電流超過一定的數(shù)值（電壓大于10～20V或電流大于80～100mA），在分斷的觸點間就會產(chǎn)生強烈的火花，稱為電弧。電弧實際上是觸點間氣體被電離后的放電現(xiàn)象，具有高溫、強光、導(dǎo)電性的特點。2.常用的滅弧方法

在低壓開關(guān)電器中，為使電弧快速熄滅，通常采用不同的滅弧裝置，通過將電弧拉長、冷卻、或分割為若干短弧等方法進行滅弧。121.1低壓電器基礎(chǔ)知識三、電弧的產(chǎn)生及滅弧方式（1）拉長電弧滅弧法。通過機械裝置使觸點快速分離從而將電弧迅速拉長；雙斷點的橋式觸點分斷時，還可利用磁場作用，在法線方向拉長電?。贿@種方法多用于開關(guān)電器中。（2）磁吹滅弧法。通過增加外部磁場對電弧施加電磁力進行滅弧，稱為磁吹滅?。粚⒋糯稻€圈與觸點串聯(lián)，在觸點斷開時，磁吹線圈產(chǎn)生的磁場使電弧在電磁力的作用下迅速拉長，并被“吹入”到滅弧罩內(nèi)，與固體介質(zhì)相接觸，電弧被冷卻而熄滅。磁吹滅弧裝置是利用電弧電流本身滅弧的，故短路電流越大，滅弧的能力也越強，廣泛應(yīng)用于直流接觸器中。（3）滅弧罩滅弧。采用陶土或耐弧塑料等材料制成耐高溫的滅弧罩，置于觸點上方；當(dāng)電弧產(chǎn)生時，利用形成的磁場電動力的作用，使電弧拉長并進入滅弧罩的窄（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，電弧冷卻并迅速熄滅，多用于交流接觸器中。（4）柵片滅弧法。當(dāng)觸頭分斷時，產(chǎn)生的電弧在電動力的作用下，進入金屬柵片并被分割成數(shù)段，當(dāng)交流電流過零時，所有短弧同時熄滅，因此交流電器常常采用柵片滅弧。131.1低壓電器基礎(chǔ)知識三、低壓電器的技術(shù)參數(shù)1.額定電壓低壓電器的額定電壓分額定工作電壓、額定絕緣電壓和額定脈沖耐受電壓(峰值)三種。2.額定電流低壓電器的額定電流主要分額定工作電流和約定發(fā)熱電流兩種。3.使用類別低壓電器的使用類別用于標示低壓電器的用途和使用環(huán)境；在產(chǎn)品使用說明書中，一般都會標明其使用類別。

4.通斷能力通斷能力是開關(guān)電器在規(guī)定的條件下，能在給定的電壓下接通和分斷的預(yù)期電流值；也是電器在非正常情況下，能夠可靠接通或分斷的極限電流值。又分為接通能力和斷開能力。5.壽命低壓電器的壽命包括機械壽命和電壽命兩項指標。機械壽命是指電器元件在無電流條件下，保證正常操作的總次數(shù)；電壽命是指電器在額定電壓、額定電流情況下，可以正常操作的總次數(shù)。141.1低壓電器基礎(chǔ)知識三、低壓電器的選用要求1.按正常工作條件選擇（1）電器的額定電壓應(yīng)與所在回路的標稱電壓相適應(yīng)，電器的額定頻率應(yīng)與所在回路的標稱頻率相適應(yīng)。我國目前低壓配電規(guī)定的三相交流電系統(tǒng)電壓是230V/400V（相電壓/線電壓），標稱電壓是220V/380V，頻率為50Hz。（2）電器的額定電流應(yīng)不小于所在回路的負荷計算電流；需要切斷負荷電流的電器（如刀開關(guān)、負荷開關(guān)），應(yīng)校驗分斷電流。（3）保護電器（熔斷器、斷路器）應(yīng)按保護特性選擇，保證在規(guī)定時間內(nèi)有選擇的斷開故障電路。并應(yīng)進行通斷能力和靈敏性的校驗。（4）低壓電器的工作制有8小時工作制、不間斷工作制、短時工作制和周期工作制等，應(yīng)根據(jù)不同工作要求選擇其技術(shù)參數(shù)。151.1低壓電器基礎(chǔ)知識三、低壓電器的選用要求2.按短路工作條件選擇（1）可能通過短路電流的電器（如低壓開關(guān)、熔斷器、接觸器、起動器等），應(yīng)該滿足在短路條件下短時耐受電流的要求，即能承受從短路電流出現(xiàn)到分斷時間內(nèi)電流的沖擊，而不影響電器的繼續(xù)使用。（2）斷開短路電流的保護電器（如低壓熔斷器、低壓斷路器），應(yīng)滿足在短路條件下分斷能力的要求，即電器的分斷電流值（分斷能力）不低于線路出現(xiàn)的短路電流值。3.按使用環(huán)境選擇電器產(chǎn)品的選擇應(yīng)適應(yīng)所在場所的環(huán)境條件。如多塵環(huán)境使用，宜采用防塵型（IP5X）電器；化工腐蝕環(huán)境，宜使用密閉型或防腐型電器；海拔超過2000m的高原地區(qū)，應(yīng)采用相應(yīng)的高原型電器；熱帶地區(qū)，宜根據(jù)氣候特點選用濕熱帶型或干熱帶型電器。161.2低壓配電電器一、低壓開關(guān)低壓開關(guān)是手動切換電器，主要用于隔離、轉(zhuǎn)換、接通和分斷電路。多用于低壓配電設(shè)備中，作為不頻繁地手動接通和分斷交、直流電路或作隔離開關(guān)使用。也常用于電氣設(shè)備的總電源開關(guān)。低壓開關(guān)電器可分為刀開關(guān)、隔離開關(guān)、負荷開關(guān)等類型。171.2低壓配電電器一、低壓開關(guān)1.低壓開關(guān)的結(jié)構(gòu)與分類低壓開關(guān)通常由絕緣底板、動觸刀、靜觸頭、滅弧裝置和操作機構(gòu)組成。可分為刀開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)、隔離開關(guān)、開啟式負荷開關(guān)（膠蓋瓷底刀開關(guān)）、封閉式負荷開關(guān)（鐵殼開關(guān)）、熔斷器式刀開關(guān)（刀熔開關(guān)）和組合開關(guān)等。181.2低壓配電電器一、低壓開關(guān)2.主要技術(shù)參數(shù)及選用示例例如：一臺三相異步電動機，型號為YX3-132S-2，額定功率7.5kW，額定電壓380V，額定電流14.5A；選擇NH4隔離開關(guān)進行直接起動控制。

三相異步電動機直接起動時，會產(chǎn)生4~7倍額定電流的起動電流；按照放大3倍選擇NH4隔離開關(guān)。則計算電流為IC=3×14.5A=43.5A，而NH4隔離開關(guān)有4種規(guī)格，按照就近就高的原則，選擇63A的隔離開關(guān)NH4-63作為電源開關(guān)。191.2低壓配電電器一、低壓開關(guān)3.端子代號與電氣符號201.2低壓配電電器二、低壓斷路器2.

主要技術(shù)參數(shù)和選用示例NM8-100型塑殼式斷路器為配電保護用斷路器（NM8-100/M為電動機保護用），選用要求如下。斷路器額定電流應(yīng)大于等于線路的工作電流或負荷計算電流，即Ie≥Ic；反時限過電流脫扣器（過載脫扣器）的整定值大于等于線路的計算負荷電流，即Iset1≥Ic；瞬時過電流脫扣器（短路脫扣器）的整定值Iset3應(yīng)滿足即Iset3≥KrelIc；其中Krel為可靠系數(shù)，一般照明電路為4~7，動力電路為10~14。211.2低壓配電電器二、低壓斷路器3.

端子代號與電氣符號221.2低壓配電電器三、熔斷器1.低壓熔斷器的結(jié)構(gòu)與分類低壓熔斷器主要由熔體（或稱為熔管）和安裝熔體的底座兩部分構(gòu)成。熔體是熔斷器的核心部件，由特殊加工的金屬材料制成，常作為絲狀、帶狀、片狀或籠狀，放置到絕緣套管中構(gòu)成；熔斷器的管式結(jié)構(gòu)一是便于安裝熔體和防止電弧外泄，二是可通過在套管內(nèi)放置石英砂等填料，通過冷卻作用，快速熄滅電弧，提高分斷能力。熔斷器的底座主要用于放置熔體和連接外部線路。熔斷器按照結(jié)構(gòu)形式，可分為專職人員使用和非熟練人員使用兩大類；按照用途，可分為工業(yè)用熔斷器、半導(dǎo)體保護用熔斷器、自復(fù)式熔斷器等；按照工作類型，可分為g類和a類；按照使用類別，可分為G類、M類、R類、L類和Tr類。231.2低壓配電電器三、熔斷器2.常用熔斷器的主要技術(shù)參數(shù)241.2低壓配電電器三、熔斷器3.熔斷器的選擇251.2低壓配電電器三、熔斷器4.端子代號與電氣符號261.3接觸器一、接觸器結(jié)構(gòu)及工作原理當(dāng)交流接觸器線圈通入線圈標定的外部電源后，靜鐵芯產(chǎn)生電磁引力，將動鐵芯吸合，安裝于聯(lián)動機構(gòu)上的觸點同步運動，三對常開主觸點閉合導(dǎo)通；常閉輔助觸點斷開，常開輔助觸點閉合導(dǎo)通。當(dāng)線圈與外部電源斷開或線路電壓過低時，在復(fù)位彈簧作用下，動、靜鐵芯分離復(fù)位，同時所有觸點復(fù)位到初始狀態(tài)。271.3接觸器二、主要技術(shù)參數(shù)1）定值和極限值2）使用類別3）控制電路參數(shù)4）輔助觸點參數(shù)5）機械壽命和電壽命281.3接觸器三、常用接觸器和選用示例NC8系列交流接觸器，主要用于交流50Hz（或60Hz），額定工作電壓至690V，在AC-3使用類別下額定工作電流至500A的電路中，供遠距離接通和分斷電路之用，并可與熱過載繼電器組成電磁起動器以保護可能發(fā)生操作過負荷的電路，接觸器適宜于頻繁地起動和控制交流電動機。

示例：選擇NC8系列交流接觸器，控制一臺三相異步電動機的直接起動；電動機型號為YX3-132S-2，額定功率7.5kW，額定電壓380V，額定電流14.5A。

直接查閱快速選型表，三相異步電動機的直接起動為AC-3類負載；額定電壓380V，額定功率7.5kW，選擇型號為NC8-18的接觸器進行控制即可。如果電動機為正反轉(zhuǎn)運行，選擇時需要升一級使用，可選擇NC8-25型號的接觸器進行控制。291.3接觸器四、接觸器端子代號及電氣符號301.4主令電器一、按鈕1.按鈕外觀311.4主令電器一、按鈕2.按鈕結(jié)構(gòu)及動作原理321.4主令電器一、按鈕3.按鈕的主要參數(shù)與選用要求331.4主令電器一、按鈕4.端子代號及電氣符號自復(fù)式按鈕的端子代號及電氣符號341.4主令電器一、按鈕4.端子代號及電氣符號急停按鈕的端子代號及電氣符號351.4主令電器一、按鈕4.端子代號及電氣符號旋轉(zhuǎn)開關(guān)的端子代號及電氣符號361.4主令電器二、行程開關(guān)1.行程開關(guān)產(chǎn)品371.4主令電器二、行程開關(guān)2.行程開關(guān)動作原理381.4主令電器二、行程開關(guān)3.行程開關(guān)的主要參數(shù)與選用要求391.4主令電器二、行程開關(guān)4.行程開關(guān)的端子代號及電氣符號401.4主令電器三、接近開關(guān)1.接近開關(guān)工作原理接近開關(guān)的工作電源一般為直流，需要外部選配直流電源驅(qū)動；輸出形式有兩線式、三線式和四線式三種；按照晶體管輸出類型有NPN和PNP兩種。411.4主令電器三、接近開關(guān)2.電氣符號與轉(zhuǎn)換電路接近開關(guān)的端子代號及電氣符號421.4主令電器三、接近開關(guān)2.電氣符號與轉(zhuǎn)換電路接近開關(guān)轉(zhuǎn)換電路431.5繼電器一、電壓繼電器電壓繼電器是根據(jù)線圈兩端電壓的大小，通過觸點動作實現(xiàn)通斷電路的繼電器；一般可分為過電壓繼電器和欠電壓繼電器。主要用于發(fā)電機、變壓器和輸電線的繼電保護裝置，作為過電壓或低電壓保護的控制元件。441.5繼電器二、電流繼電器電流繼電器是將線圈串聯(lián)在檢測電路中，根據(jù)流過線圈電流的大小，控制通斷電路的繼電器；一般可分為過電流繼電器和欠電流繼電器。主要用于電機、變壓器與輸電線路的過負荷和短路保護，作為過電流或欠電流保護的控制元件。451.5繼電器三、中間繼電器中間繼電器實際上也是電壓繼電器，中間繼電器特點在于觸點數(shù)量多，容量小，主要用來傳遞系統(tǒng)的控制信號，一般多用于實現(xiàn)不同電壓等級的線路之間的信號轉(zhuǎn)換，或用于擴展其他電器的輔助觸點數(shù)量，故稱中間繼電器。461.5繼電器四、時間繼電器時間繼電器是一種實現(xiàn)觸點延時接通或延時斷開的自動控制電器。471.5繼電器五、熱（過載）繼電器三相異步電動機在實際運行時，常會遇到因電氣或機械等原因引起的過載或缺相現(xiàn)象，出現(xiàn)電動機運行電流高于額定電流的情況，如果持續(xù)時間長，可能會使電動機溫升過高，導(dǎo)致繞組老化甚至燒毀電動機。電動機保護裝置種類較多，但使用較為普遍的是雙金屬片式熱繼電器或過載繼電器。481.5繼電器六、固態(tài)繼電器固態(tài)繼電器是一種無觸點通斷的新型電子開關(guān)元器件；由微電子電路和電力電子功率器件組成，可替代傳統(tǒng)的電磁式繼電器，具有開關(guān)速度快、無噪聲、無電弧、可靠性高等特點。491.5繼電器七、速度繼電器速度繼電器是將電動機的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為觸點動作信號的器件，常用于三相異步電動機的反接制動控制電路中，也稱為反接制動繼電器。501.6電磁鐵電磁鐵是一種將電磁能轉(zhuǎn)換為機械能的執(zhí)行機構(gòu)，在電氣控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，如閥用電磁鐵，控制電控閥門的開啟和關(guān)閉，或配合氣動、液壓電磁閥使用，控制流體的路徑和方向。電磁鐵由勵磁線圈、鐵芯和銜鐵三個基本部分構(gòu)成。511.7電氣安裝附件接線端子外形及電氣符號常用電氣安裝附件52技能訓(xùn)練一、識讀電器銘牌標注端子代號[任務(wù)描述］找出實訓(xùn)室中的各類電壓電器元件，觀察低壓電器的基本結(jié)構(gòu)、銘牌參數(shù)、接線端子的端子代號，將參數(shù)填寫到參數(shù)表中，端子代號繪制在器件接線圖上。［任務(wù)實施］1.找出以下器件：低壓斷路器、交流接觸器、熔斷器、熱繼電器、復(fù)合按鈕、時間繼電器。2.識讀電器銘牌；電器銘牌上標注了電器產(chǎn)品的重要技術(shù)參數(shù)，是用戶使用電器產(chǎn)品必須掌握的必要信息。理解電器主要參數(shù)，是正確使用電器的前提。請同學(xué)們查看各低壓電器的銘牌，理解各個技術(shù)參數(shù)的含義，并將參數(shù)填寫到對應(yīng)圖表中。3.掌握電器的接線端子代號，是正確接線的基礎(chǔ)；大部分電器會將接線端子代號標注在器件上，請同學(xué)們在器件上找出端子代號，在器件接線圖上，填寫器件的文字符號和接線端子代號。53技能訓(xùn)練二、時間繼電器測試[任務(wù)描述］觀察時間繼電器的結(jié)構(gòu)、端子分配及代號，掌握時間繼電器延時時間設(shè)置方法；并通電測試，觀察時間繼電器觸點動作情況。（也可通過仿真軟件測試時間繼電器觸點動作情況）［任務(wù)實施］1.時間繼電器分為通電延時型和斷電延時型兩種工作方式；2.通電延時型時間繼電器，其觸點在線圈接通時，開始計時，達到設(shè)定時間后，觸點延