現(xiàn)代低壓電器及其控制技術(shù)第二章

1、第2章 國外最新低壓電器簡介 2.1 接近開關(guān) 接近開關(guān)又稱為無觸點行程開關(guān)，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(guān)那樣需要施加機械力。圖2.1 電感式接近開關(guān)的方框圖 2.1.1 接近開關(guān)的工作原理 接近開關(guān)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(guān)的方框圖。 超聲波式接近開關(guān)的工作原理則是:開關(guān)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(guān)捕捉到回波并將它轉(zhuǎn)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(guān)的距離。 2.1.2 接近開關(guān)的技術(shù)指標 接近開關(guān)的技術(shù)指標有： 1

2、)動作距離 大多數(shù)接近開關(guān)的動作距離是指開關(guān)剛好動作時感辨頭與檢測體之間的距離。 2)重復(fù)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(guān)的重復(fù)精度。 3)操作頻率 操作頻率即每秒最高操作次數(shù)。 4)復(fù)位行程 復(fù)位行程指開關(guān)從“動作”到“復(fù)位”的位移距離。 2.1.3 國外接近開關(guān)產(chǎn)品簡介 (1)德國西門子公司(Siemens)生產(chǎn)的3RG4、3RG6、3RG7和3RG16系列接近開關(guān) 3RG4系列是電感式接近開關(guān)，具有可靠、快速地檢測金屬物體、特別高的開關(guān)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(guān)，在0.06m到10m

3、的范圍內(nèi)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(guān)，它利用可見紅光，紅外線或激光束工作，同其他接近 開關(guān)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(yīng)，精確地開關(guān)至需要的開關(guān)點上，因此成為可應(yīng)用在幾乎任何工業(yè)領(lǐng)域的多面手。該系列接近開關(guān)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(guān)，該系列開關(guān)可用于檢測任何物質(zhì)。尤其適合非金屬物質(zhì)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(shù)、測量等。 (2)日本歐姆龍公司(Omron)生產(chǎn)的新型E2E系列圓柱形接近開關(guān) 該系列接近開關(guān)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(jù)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(xiàn)狀、產(chǎn)品系列及特點 (1)國內(nèi)產(chǎn)品現(xiàn)狀及特點 我

5、國軟起動器的技術(shù)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(guān)、熔斷器、接觸器、熱繼電器組合方案，具有過載、堵轉(zhuǎn)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(wǎng)。 (2)國外產(chǎn)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(chǎn)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(shè)定、初始電壓設(shè)定、停止斜

6、坡時間設(shè)定、起動電流極限設(shè)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(yīng)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(chǎn)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(shù)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(chǎn)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(shù)、自電子式軟起動器是利用電力電子技術(shù)、自動控制技術(shù)和計算機技術(shù)，將強電和弱電動控制技術(shù)和計算機技術(shù)，將強電和弱電結(jié)合起來的控制技術(shù)。結(jié)合起來的控制技術(shù)。 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(yīng)用最多的起動方法，尤其適用于風(fēng)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(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角，從全導(dǎo)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停控制。停車的時間根據(jù)實際需要可在0120s范圍內(nèi)調(diào)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(yīng)電動機來驅(qū)動的鼓風(fēng)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(gòu)、皮帶或鏈帶傳動裝置的設(shè)備，如傳送帶、磨床、刨床、鋸床、包裝機和沖壓設(shè)備。 (2)軟起動器應(yīng)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(gòu)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(chǎn)事故或產(chǎn)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(yīng)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(yù)先存儲在內(nèi)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(guān)等輸入開關(guān)量信號， 通過順序執(zhí)行程序?qū)斎胄盘栠M行規(guī)定的邏輯運算、模擬量比較、計時、計數(shù)等，另外還有顯示參數(shù)、通信、仿真運行等功能，其集成的內(nèi)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(shù)的尺寸，加長型和總線型的寬度相當于14個模數(shù)

11、寬，可卡裝在35 mm導(dǎo)軌上。常用產(chǎn)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(shù)顯示、設(shè)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(chǎn)品，具有29種基本功能和特殊功能供編程(將控制線路轉(zhuǎn)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(shù)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(nèi)部定時器)。 當Trg輸入狀態(tài)為0時，輸出復(fù)位為0。 電源故障時，定時器復(fù)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(fù)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(fù)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(fù)位。 (5)RS觸發(fā)器 R輸入(復(fù)位)將輸出(Q)復(fù)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(fù)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(shù)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(fù)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(fù)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(fù)位為0(脈沖輸出)。 (9)時鐘 每個時間開關(guān)可以設(shè)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(guān)將輸出接通；在斷開時間時，如果輸出未斷開則時間開關(guān)將輸出斷開。 (10)日歷觸發(fā)開關(guān) 由No輸入，No參數(shù)為日歷觸發(fā)開關(guān)設(shè)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(shù)器 通過R(復(fù)位)輸入復(fù)位內(nèi)部計數(shù)器值并將輸出清零。 (12)運行時間計數(shù)器 R=0，Ral不等于1時，允許計數(shù)。R=1時停止計數(shù)。 (13)對稱時鐘脈沖發(fā)生器 通過T參數(shù)設(shè)定輸出脈沖的通斷時間。 (14)異步脈沖發(fā)生器 用Par參數(shù)設(shè)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(shù)將接通延時時間隨機地設(shè)定在

16、OS至TH 之間，斷開延時時間隨機地設(shè)定在OS至TL之間。 電源故障時，已經(jīng)過的時間被復(fù)位。 (16)頻率觸發(fā)器 用Par參數(shù)設(shè)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(shù)的脈沖。 (17)模擬量觸發(fā)器 用Par參數(shù)設(shè)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(shù)化的接通閾值，則輸出開關(guān)接通(ON)，如果模擬量值回落到參數(shù)化斷開閾值以下，則輸出開關(guān)斷開(OFF)。 (18)模擬量比較器 用Par參數(shù)設(shè)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(shè)定的閾值， 輸出開關(guān)接通(

17、ON)。 (19)樓梯照明開關(guān) 利用Trg輸入脈沖，啟動樓梯照明開關(guān)(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(fù)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(fù)位。 電源故障時，已經(jīng)過的時間復(fù)位。 (20)雙功能開關(guān) 此開關(guān)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(shù)顯示 當En輸入從0變?yōu)?時，啟動信息文本的輸出，已經(jīng)參數(shù)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(dǎo)體元件組裝而成的新穎的無觸點開關(guān)。 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(yīng)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(zhì)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(guān)的交流SSR和電流過零關(guān)隨機導(dǎo)通的交流SSR。此外，還有非過零型交流SSR。 按封裝結(jié)構(gòu)分，有塑封型、金屬殼全密封型、環(huán)氧