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精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)專心---專注---專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)電氣控制與PLC應(yīng)用電氣控制系統(tǒng)是以配電電器和控制電器采用硬接線的方式構(gòu)成的傳統(tǒng)控制系統(tǒng),在可編程控制器出現(xiàn)以前,傳統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域占主導(dǎo)地位,由此構(gòu)成的控制系統(tǒng)都是按預(yù)先設(shè)定好的時間或條件順序地工作,若要改變控制的順序就必須改變控制系統(tǒng)的硬件接線,改造周期長,成本高,因此,其通用性和靈活性較差。
可編程控制器(ProgrammableLogicalController,簡稱PLC)是綜合了計算機(jī)技術(shù)、電氣控制技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)而發(fā)展起來的一種新型、通用的自動控制裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、性能優(yōu)越、靈活通用、使用方便、可靠性高、抗干擾能力強等一系列優(yōu)點,在工業(yè)生產(chǎn)過程自動控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。無論是國外引進(jìn)的自動化生產(chǎn)線,還是自行設(shè)計的自動控制系統(tǒng),都廣泛采用單臺或多臺可編程控制器組成。所以,掌握PLC技術(shù),是改造傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝和設(shè)備的重要途徑。
PLC是電氣控制的發(fā)展,但PLC并不能完全取代傳統(tǒng)電氣控制,對于一些大型的電機(jī)控制還是采用電氣控制。同時,學(xué)習(xí)電氣控制也是學(xué)習(xí)PLC的基礎(chǔ),因此電氣控制的學(xué)習(xí)也是非常重要的。
《電氣控制與PLC應(yīng)用》是我們機(jī)電專業(yè)核心主干課程之一,也是一門實踐性很強的綜合控制技術(shù)課程。本門課包含低壓電器和電氣控制的基本知識、PLC控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)、指令應(yīng)用、程序設(shè)計和系統(tǒng)設(shè)計等部分。課程的主要任務(wù)是:1、熟悉常用的低壓電器元件(結(jié)構(gòu)、原理、參數(shù)、符號、選用方法)。2、針對電動機(jī)的各種起動、制動、調(diào)速方法,研究控制線路的構(gòu)成和原理(典型控制環(huán)節(jié))。3、分析典型電器控制線路的工作原理。4、掌握繼電接觸器控制系統(tǒng)的一般設(shè)計內(nèi)容和方法。5、學(xué)習(xí)掌握PLC原理及應(yīng)用技術(shù)。6、應(yīng)用PLC進(jìn)行簡單的控制系統(tǒng)設(shè)計。達(dá)到:懂原理、會分析、能維護(hù)、會簡單設(shè)計。(三字:懂、會、能)常用低壓電器1.1低壓電器概述一、電氣、電器:電氣:以電能、電氣設(shè)備、電氣技術(shù)手段來創(chuàng)造、維持與改善限定空間環(huán)境的一門科學(xué)。電氣設(shè)備是強電設(shè)備,電子設(shè)備是弱電設(shè)備。電器:在電能的生產(chǎn)、輸送、分配、應(yīng)用中,實現(xiàn)對電路的切換、控制、保護(hù)、檢測及調(diào)節(jié)的電氣設(shè)備,均稱為電器。簡言之,電器就是一種能控制電路的設(shè)備。低壓電器:工作在交流額定電壓1200V及以下,直流額定電壓1500V及以下的電氣線路中,起通斷、保護(hù)、控制或調(diào)節(jié)等功能的電氣設(shè)備??刂齐娖鳎悍彩歉鶕?jù)外界特定的信號和控制要求,自動或手動地接通或斷開電路、斷續(xù)或連續(xù)地改變電路參數(shù),從而實現(xiàn)對電路控制的電器,稱為控制電器。比如說接觸器、開關(guān)、電磁鐵等等。注:電氣、電器的區(qū)別:(可以提問)1、電器的范圍要陜隘一些,而電氣則更為寬泛。凡是與電有關(guān)的一切相關(guān)事物均可能用電氣來表述。而電器設(shè)備一般是指保證用電設(shè)備與電網(wǎng)接通或斷開的開關(guān)器件;2、電器側(cè)重于個體,是元件和設(shè)備;而電氣則涉及到整個系統(tǒng)或系統(tǒng)集成;3、電器是實物詞,它是指一種具體物質(zhì),如電視機(jī)、洗衣機(jī)等。而電氣是一種專業(yè)、一種行業(yè),不具體指某種產(chǎn)品;當(dāng)然,電氣也是一種技術(shù),如電氣自動化專業(yè)(包括工廠電氣、建筑電氣等)。二、低壓電器的分類:1、按控制對象分類:配電電器:用于低壓配電系統(tǒng)中或電力控制系統(tǒng)中,如斷路器、刀開關(guān)低壓控制電器:用于電力拖動及自動控制系統(tǒng)中,如接觸器、繼電器等。2、按動作性質(zhì)或操作方式分類:自動電器:按照電信號或非電信號的變化而自動動作的電器;如接觸器、繼電器手動電器:由人工操作而動作的電器;如刀開關(guān)、按鈕3、按有無觸點分類:有觸點電器:繼電器、接觸點等無觸點電器:固態(tài)繼電器SSR(SolidStateRelays)4、按工作電壓分類:直流電器、交流電器5、按所起作用分類:1)控制電器用于各種控制電路和控制系統(tǒng)的電器。如手動電器有轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕開關(guān)等,自動電器有接觸器、繼電器等。2)配電電器用于電能的輸送和分配,如斷路器3)主令電器用于發(fā)送控制指令以控制其它電器的動作。如按鈕、主令開關(guān)等。4)執(zhí)行電器用于完成某種動作或傳送功能的電器,如電磁鐵,電磁離合器,等。5)保護(hù)電器用于對電路或電氣設(shè)備進(jìn)行安全保護(hù)等。如熔斷器、熱繼電器等。三、常用低壓電器:三、電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展19世紀(jì)末,電機(jī)技術(shù)開始產(chǎn)生并應(yīng)用,20世紀(jì)20年代初逐步取代蒸汽機(jī),成為主要動力。電氣控制技術(shù)是針對電動機(jī)的控制技術(shù),伴隨著電機(jī)制造和應(yīng)用發(fā)展起來。以各類電動機(jī)為動力的傳動裝置與系統(tǒng)為對象,以實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的控制技術(shù)。電氣控制系統(tǒng)是其中的主干部分,在國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)中的許多部門得到廣泛應(yīng)用,是實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的重要技術(shù)手段。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展、生產(chǎn)工藝的不斷改進(jìn),特別是計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用,新型控制策略的出現(xiàn),不斷改變著電氣控制技術(shù)的面貌。在控制方法上,從手動控制發(fā)展到自動控制;在控制功能上,從簡單控制發(fā)展到智能化控制;在操作上,從笨重發(fā)展到信息化處理;在控制原理上,從單一的有觸頭硬接線繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展到以微處理器或微計算機(jī)為中心的網(wǎng)絡(luò)化自動控制系統(tǒng)?,F(xiàn)代電氣控制技術(shù)綜合應(yīng)用了計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、檢測技術(shù)、自動控制技術(shù)、智能技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)成果。繼電器—接觸器控制系統(tǒng)至今仍是許多生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備廣泛采用的基本電氣控制形式,也是學(xué)習(xí)更先進(jìn)電氣控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。它主要由繼電器、接觸器、按鈕、行程開關(guān)等組成,由于其控制方式是斷續(xù)的,故稱為斷續(xù)控制系統(tǒng)。它具有控制簡單、方便實用、價格低廉、易于維護(hù)、抗干擾能力強等優(yōu)點。但由于其接線方式固定,靈活性差,難以適應(yīng)復(fù)雜和程序可變的控制對象的需要,且工作頻率低,觸點易損壞,可靠性差。以軟件手段實現(xiàn)各種控制功能、以微處理器為核心的可編程控制器PLC,是20世紀(jì)60年代誕生并開始發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制裝置。它具有通用性強、可靠性高、能適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境,指令系統(tǒng)簡單、編程簡便易學(xué)、易于掌握,體積小、維修工作少、現(xiàn)場連接安裝方便等一系列優(yōu)點,正逐步取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng),廣泛應(yīng)用于冶金、采礦、建材、機(jī)械制造、石油、化工、汽車、電力、造紙、紡織、裝卸、環(huán)保等各個行業(yè)的控制中。在自動化領(lǐng)域,可編程控制器與CAD/CAM、工業(yè)機(jī)器人并稱為加工業(yè)自動化的三大支柱,其應(yīng)用日益廣泛??删幊炭刂破骷夹g(shù)是以硬接線的繼電器—接觸器控制為基礎(chǔ),逐步發(fā)展為既有邏輯控制、計時、計數(shù),又有運算、數(shù)據(jù)處理、模擬量調(diào)節(jié)、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的控制裝置。它可通過數(shù)字量或者模擬量的輸入、輸出滿足各種類型機(jī)械控制的需要??删幊炭刂破骷坝嘘P(guān)外部設(shè)備,均按既易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體,又易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計??删幊炭刂破饕殉蔀樯a(chǎn)機(jī)械設(shè)備中開關(guān)量控制的主要電氣控制裝置。20世紀(jì)30年代繼電接觸器控制系統(tǒng),60年代末矩陣式順序控制器(PLC)80年代末以來可編程控制器(PC)分布式(集散式)控制系統(tǒng)(DCS) 數(shù)控裝置(CNC)激光加工機(jī)(laser)柔性制造系統(tǒng)、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS注:幾個知名的國際、同內(nèi)低壓電器生產(chǎn)廠家1、國內(nèi):正泰、德力西正泰的發(fā)展史,既是一家民營企業(yè)的創(chuàng)業(yè)史,更是一部中國自主品牌的成長史。二十余年勵精圖治,正泰一步步向國際化邁進(jìn)。起步與積累階段(1984年~1990年)1984年7月創(chuàng)立“求精開關(guān)廠”(正泰集團(tuán)與德力西集團(tuán)的前身)。從5萬元起家,本著“精益求精”的精神,依靠質(zhì)量和信譽求得生存,完成原始資本積累,為企業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。定向發(fā)展階段(1991年~1993年)1991年建立中美合資有限公司,引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備,充分利用合資企業(yè)的優(yōu)惠政策,發(fā)展壯大企業(yè)實力,并確立了電器專業(yè)化發(fā)展方向。標(biāo)志性的事件是1993年9月正泰首棟辦公大樓落成,提出“重塑溫州電器新形象”的口號。規(guī)模擴(kuò)張與集團(tuán)化經(jīng)營階段(1994年~1996年)1994年2月,成立國內(nèi)低壓電器行業(yè)第一家企業(yè)集團(tuán)。以資本為紐帶,以市場為導(dǎo)向,以產(chǎn)品為龍頭,以品牌為中心,橫向聯(lián)合,走上規(guī)模經(jīng)濟(jì)之路,使企業(yè)迅速發(fā)展壯大。集團(tuán)化向控股(集團(tuán))公司過渡階段(1997年~2002年)1997年7月21日,集團(tuán)內(nèi)首家規(guī)范的股份有限公司“浙江正泰電器股份有限公司”經(jīng)浙江省人民政府批準(zhǔn)成立。以此為契機(jī),對集團(tuán)所屬企業(yè)進(jìn)行股份制改造,組建股份有限公司和有限責(zé)任公司,按照現(xiàn)代企業(yè)制度的要求發(fā)展企業(yè),并向國際化企業(yè)邁進(jìn)。提升與跨越階段(2003年至今)確立“打造國際性電氣制造基地”目標(biāo),逐步形成柳市為低壓、儀表和建筑電器制造基地,上海為高壓輸配電設(shè)備制造基地、嘉興為輸配電配套設(shè)備基地,杭州為工業(yè)自動化和太陽能生產(chǎn)基地的“長三角布局”。自主創(chuàng)新成為企業(yè)發(fā)展主旋律,先后獲得各種國內(nèi)外專利200多項,領(lǐng)銜和參與制訂各種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)30多項。同時,加快企業(yè)上市工作,推進(jìn)資本經(jīng)營與產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)經(jīng)營同步發(fā)展,互為促進(jìn)。集團(tuán)概況發(fā)展戰(zhàn)略面對經(jīng)濟(jì)全球化的浪潮,實施“國際化、科技化、產(chǎn)業(yè)化”戰(zhàn)略,完成了由低壓向高壓、由元器件向成套、由傳統(tǒng)工業(yè)電器制造向自動化、新能源領(lǐng)域、由電氣制造業(yè)向系統(tǒng)集成方向發(fā)展的歷史性突破。我們期待,在未來世界電氣領(lǐng)域里,有一個響亮的品牌來自中國,她的名字叫--正泰!技術(shù)研發(fā)精良設(shè)備正泰技術(shù)研發(fā)已形成了以集團(tuán)技術(shù)開發(fā)中心、專業(yè)技術(shù)處為主體的多層次開放式技術(shù)開發(fā)網(wǎng)絡(luò)和集科研、教育、培訓(xùn)、開發(fā)為一體的“科技鏈”。使產(chǎn)品開發(fā)從“跟隨型”向“領(lǐng)先型”發(fā)展。正泰在民營企業(yè)中率先建立了國家級的技術(shù)研發(fā)中心、理化測試中心、計量中心和低壓電器檢測中心等,為企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新提供了良好的硬件保證。同時,形成了以溫州為基地、上海為中心、北京和美國硅谷為龍頭、相關(guān)科研院、所為依托的多層次開放式的信息網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)研發(fā)體系。為推進(jìn)科技進(jìn)步,集團(tuán)出臺了《關(guān)于加快技術(shù)進(jìn)步的若干規(guī)定》,規(guī)定每年以銷售收入的5%用于研發(fā)。定期召開科技大會,重獎科技進(jìn)步有功人員。正泰集團(tuán)堅持走技術(shù)興企之路,自主創(chuàng)新,不斷加大技術(shù)研發(fā)力度,碩果累累。目前,共獲發(fā)明專利、實用新型、外觀專利等專利200多項。德力西電氣座落在“中國電器之都”――浙江省樂清市,公司于2007年11月16日正式成立,總投資額為18億人民幣,擁有員工7000余名,占地84431平方米。公司主要生產(chǎn)小型斷路器、塑殼斷路器、空氣斷路器、漏電保護(hù)器、接觸器、繼電器、等低壓電器產(chǎn)品,銷售覆蓋中國地區(qū)及海外市場。德力西電氣集團(tuán)有限公司是一個集資本營運、品牌營運、產(chǎn)業(yè)營運為一體的大型集團(tuán),注冊資本20億元。集團(tuán)公司現(xiàn)有員工20000余人,綜合實力榮登,位居中國民營企業(yè)500強前列。主要產(chǎn)業(yè)有電氣制造、LED光電、能源礦業(yè)、PE投資、綜合物流等。主要下屬企業(yè)有:、上海、三地的德力西電氣制造基地,鑫德國際礦業(yè)集團(tuán)有限公司,上海龍德芯光電股份有限公司,德力西新疆投資集團(tuán)有限公司,德信豐益資本管理中心(有限合伙),德力西集團(tuán)再生資源物流有限公司,、南陽德美奧翔置業(yè)有限公司等。德力西的電氣制造,二十多年來一直是我國電氣行業(yè)的龍頭企業(yè),擁有溫州、杭州、上海三大生產(chǎn)基地,下屬企業(yè)70多家,協(xié)作企業(yè)1000多家,在國內(nèi)外設(shè)有銷售網(wǎng)點1600多家。德力西積極導(dǎo)入,堅持以質(zhì)量創(chuàng)品牌,先后獲得了、中國名牌產(chǎn)品、等榮譽。德力西十分重視科技創(chuàng)新,不斷為客戶提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品和服務(wù),產(chǎn)品成功助飛“神舟五號”、“神舟六號”、“神舟七號”和“嫦娥一號”,走出了一條科技的創(chuàng)新發(fā)展之路。德力西不僅成立了,引進(jìn)多名博士攻關(guān)前沿課題,還擁有全國同行業(yè)生產(chǎn)企業(yè)首家國家。德力西還把技術(shù)創(chuàng)新作為轉(zhuǎn)型升級的突破口,科研實力不斷增強;4家企業(yè)被認(rèn)定為“”,專利總數(shù)累計達(dá)285項,獲得3項國家科技進(jìn)步獎。德力西還與施耐德電氣公司,成立了德力西電氣有限公司。德力西電氣不僅成功融合了中西方先進(jìn)的管理理念,銷售、利潤大幅增長,還實現(xiàn)高端突破,建成了德力西電氣工業(yè)園。德力西通過與施耐德成功合資,向外界展示了一個中國民營企業(yè)現(xiàn)代式升級的歷程。德力西努力實踐“德報人類,力創(chuàng)未來”的主題理念,累計向社會捐款捐物達(dá)1億多元,用于扶貧濟(jì)困,支持教育、慈善、環(huán)保等事業(yè)。德力西獲得了中華慈善突出貢獻(xiàn)獎。企業(yè)文化德力西積極創(chuàng)建學(xué)習(xí)型組織,不斷豐富企業(yè)文化,建立了獨具特色的,獲得“全國文明單位”、“”等稱號。董事局主席帶頭學(xué)習(xí),不斷“充電”,獲得博士學(xué)位和高級經(jīng)濟(jì)師職稱,先后出版了《財富與責(zé)任》等三部理論專著。德力西把企業(yè)文化作為企業(yè)靈魂,塑造“團(tuán)結(jié)、求實、創(chuàng)新、發(fā)展”的企業(yè)精神,獲得溫州優(yōu)秀民企文化特別貢獻(xiàn)獎。公司的特色鮮明,被中宣部確定為全國基層先進(jìn)典型。德力西還獲得了全國質(zhì)量管理先進(jìn)企業(yè)、全國用戶滿意企業(yè)、全國守合同重信用企業(yè)、全國檔案工作優(yōu)秀集體等50多項省級以上榮譽。集團(tuán)董事局主席胡成中先后獲得優(yōu)秀事業(yè)建設(shè)者、全國優(yōu)秀企業(yè)改革家、勞動模范,并當(dāng)選全國政協(xié)委員,全國工商聯(lián)常委,、企業(yè)家協(xié)會副會長,企業(yè)聯(lián)合會副會長等。德力西取得的輝煌業(yè)績,引起了黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人及社會各界的密切關(guān)注。、江澤民、吳邦國、、賈慶林、李長春、、李克強、、周永康等黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人曾親臨德力西視察或接見德力西負(fù)責(zé)人。殷殷關(guān)懷,給了德力西全體員工極大的鼓舞和鞭策。德力西的發(fā)展戰(zhàn)略是:堅持科學(xué)發(fā)展,實行戰(zhàn)略管理,提升打造先進(jìn)制造業(yè)、高科技產(chǎn)業(yè)、能源礦業(yè)三大核心產(chǎn)業(yè),鞏固原有產(chǎn)業(yè),努力建設(shè)一個具有強大國際競爭力的卓越企業(yè)。四、主要技術(shù)指標(biāo):1、絕緣強度:電器元件觸頭處于分?jǐn)酄顟B(tài)時,動觸頭之前耐受的電壓值(無擊穿或閃爍現(xiàn)象)。2、耐潮濕性能:保證電器可靠工作的允許環(huán)境潮濕條件。3、極限允許溫升:通過電流時將引起發(fā)熱和溫升。極限允許溫升是為防止過度氧化和燒熔而規(guī)定的最高溫升值。4、操作頻率:單位時間允許操作的最高次數(shù)(1h)。5、壽命:電壽命和機(jī)械壽命。1.2低壓電器的電磁機(jī)構(gòu)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)低壓電器一般都有兩個基本部分。一是感受部分,它感受外界的信號,做出有規(guī)律的反應(yīng)。在自控電器中,感受部分大多由電磁機(jī)構(gòu)組成;在手控電器中,感受部分通常為操作手柄。另一個是執(zhí)行部分,如觸點連同滅弧系統(tǒng),它根據(jù)指令進(jìn)行電路的接通或切斷。電磁式低壓電器是電氣控制系統(tǒng)中最常見的低壓電器,它的基本結(jié)構(gòu)一般是由電磁機(jī)構(gòu)、觸頭系統(tǒng)和滅弧裝置三部分組成。其中,觸頭系統(tǒng)、滅弧裝置為低壓電器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它的基本工作原量是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,帶動觸頭動作。電磁機(jī)構(gòu):電器的感測與控制部分接受外界輸入的信號,并通過轉(zhuǎn)換、放大、判斷,作出有規(guī)律的反應(yīng),使執(zhí)行部分動作,輸出相應(yīng)的指令,實現(xiàn)控制的目的。對于有觸點的電磁式電器,感測與控制部分大都是電磁機(jī)構(gòu),而執(zhí)行部分則是觸點系統(tǒng)。電磁機(jī)構(gòu)的作用是將電磁能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能,帶動觸點系統(tǒng)使之閉合或斷開。電磁機(jī)構(gòu)由吸引線圈和磁路兩部分組成。其中,吸引線圈可分為直流線圈和交流線圈兩種,并有各種電壓等級。磁路包括鐵心(靜觸點)、銜鐵(動觸點)、鐵軛和空氣隙。電磁機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式有多種分類,常見結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。按鐵心形狀分:U型、E型、O型;按銜鐵動作分:直動式(一般用于中小容量的交流接觸器和繼電器中);轉(zhuǎn)動拍合式分兩種,一種是沿棱角轉(zhuǎn)動的拍合式,由于磨損較小,鐵心一般用軟鐵制成,適用于直流繼電器和接觸器),另外一種是沿軸轉(zhuǎn)動的拍合式,鐵心一般由硅鋼片疊成,常用于較大容量的交流接觸器)。按吸引線圈通電電流線圈分:直流線圈、交流線圈。圖1.2電磁機(jī)構(gòu)\a—直動式電磁機(jī)構(gòu)a—拍合式電磁機(jī)構(gòu)1—銜鐵2—鐵心3—線圈A、電磁機(jī)構(gòu)的工作原理:(一)、吸力特性與反力特性作用在銜鐵上的力有兩個:電磁吸力、反力。電磁機(jī)構(gòu)的工作原理常用吸力特性、反力特性來描述。吸力特性:電磁吸力與氣隙的關(guān)系曲線;首先分析一下吸力特性、反力特性以及兩者之間的配合關(guān)系。電磁機(jī)構(gòu)的吸力F可近似地按下式求得:(1.1)式中:μ0=4π×10-7H/m,B為氣隙磁感應(yīng)強度,S為磁極截面積。當(dāng)S為常數(shù)時,F(xiàn)與B2成正比,也可認(rèn)為F與Φ2成正比(B=Φ/S),即(1.2)注:μ0為真空的磁導(dǎo)率(μ,磁導(dǎo)率;磁感應(yīng)強度B=μH;H為磁場強度,通過實驗測出;當(dāng)外磁場增大到一定程度后,B飽合,所以μ隨勵磁電流的變化而變化)磁通勢F(F=NI,線圈匝數(shù)N與電流I的積稱為磁通勢)、磁通Φ、磁阻RM白(RM =L/μS)分別相當(dāng)于電路中的電動勢、電流、電阻。、常用公式:Φ=BS;Hl=NI(L為磁鐵的長度,N線較匝數(shù),I為勵磁電流);Φ=F/RM對于具有直流電壓線圈的電磁機(jī)構(gòu),線圈中通入的是恒定的直流電流,在外加電壓和線圈電阻一定的條件下其電流值I也一定,可以認(rèn)為線圈電流與磁路的氣隙大小無關(guān),只與線圈電阻和外加電壓有關(guān)。因外加電壓和線圈電阻不變,則通過線圈的電流為常數(shù),根據(jù)磁路定律(1.3)(1.4)即直流電磁機(jī)構(gòu)的吸力F與氣隙的平方成反比,故吸力特性為二次曲線形狀,如圖1-3所示。它表明銜鐵閉合前后吸力變化很大,氣隙越小吸力越大。當(dāng)銜鐵剛起動時,氣隙最大,磁感應(yīng)強度小,吸力最小;當(dāng)銜鐵完全吸合后,氣隙最小,磁感應(yīng)強度較大,吸力最大。圖1-3直流電磁機(jī)構(gòu)的吸力特性對于具有交流電壓線圈的電磁機(jī)構(gòu),其吸力特性與直流電磁機(jī)構(gòu)有所不同。設(shè)外加電壓不變,交流吸引線圈的阻抗主要決定于線圈的電抗,電阻可忽略,則(1.5)(1.6)當(dāng)頻率f、匝數(shù)N和電壓U均為常數(shù)時,Φ為常數(shù),由式(1.1)可知,F亦為常數(shù),說明F與δ大小無關(guān)。實際上由于漏磁通的存在,F(xiàn)隨著δ的減小略有增加。當(dāng)氣隙δ變化時,吸引線圈的阻抗會跟著變化(解釋:氣隙大時,磁阻大,線圈感抗小,磁感應(yīng)強度小,電流大;氣隙小時,磁阻小,線圈感抗大,磁感應(yīng)強度大,電流?。瑒t吸引線圈的電流I也會跟著變化。如忽略線圈電阻,則可近似地認(rèn)為I與δ呈線性關(guān)系,圖1-4交流電磁機(jī)構(gòu)的吸力特性對于一般的交流電磁機(jī)構(gòu),在線圈通電而銜鐵尚未吸合瞬間,電流將達(dá)到吸合后額定電流的幾倍甚至十幾倍(一般5~6倍,E型為10~15倍)。如果銜鐵卡住不能吸合,或者頻繁開合動作,就可能燒毀線圈。這就是對于可靠性高或頻繁動作的控制系統(tǒng)采用直流電磁機(jī)構(gòu),而不采用交流電磁機(jī)構(gòu)的原因。反力特性:電磁機(jī)構(gòu)運動部分的靜阻力與氣隙的關(guān)系曲線(書上的概念是使銜鐵釋放的力與氣隙之間的關(guān)系曲線);靜阻力的大小與作用彈簧、摩擦阻力以及銜鐵質(zhì)量有關(guān)。相對應(yīng)的,要使銜鐵釋放的力有兩種:一是利用彈簧的反力,另外就是利用銜鐵的自重。反力特性與吸力特性之間的配合關(guān)系如圖1-5所示。欲使電磁銜鐵可靠吸合,在整個吸合過程中,吸力需大于反力,這樣才能保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)可靠動作。反力特性曲線如圖1-5中曲線3所示,直流與交流電磁機(jī)構(gòu)的吸力特性分別如曲線1和2所示。在δ1~δ2的區(qū)域內(nèi),反力隨氣隙減小略有增大。到達(dá)δ2位置時,動觸點開始與靜觸點接觸,這時觸點上的初壓力作用到銜鐵上,反力驟增,曲線突變。后在δ2到0的區(qū)域內(nèi),氣隙越小,觸點壓得越緊,反力越大,線段較δ1~δ2段陡。為了保證吸合過程中銜鐵能正常閉合,吸力在各個位置上必須大于反力,反映在圖1-5上就是要保證吸力特性高于反力特性。吸力大于反力程度應(yīng)適中,不能過大,過大將導(dǎo)致接觸時沖擊力大,引起觸頭熔焊或燒毀,影響電器的機(jī)械壽命。過小導(dǎo)致銜鐵運動速度小、難以滿足高操作頻率的要求。上述特性對于有觸點電磁式電器都適用。在使用中常常調(diào)整反力彈簧或觸點初壓力以改變反力特性,就是為了使之與吸合特性良好配合。注:δ1為起始位置;δ2為動、靜觸頭接觸時的位置二、觸頭系統(tǒng)觸頭系統(tǒng)是電磁式電器件的執(zhí)行部件,用來接通或斷開被控制電路。必須具有良好的接觸導(dǎo)電性能,應(yīng)考慮其材質(zhì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計。(一)、觸頭系統(tǒng)的分類:1、按觸頭控制的電路分:主觸頭(接通和斷開主電路,允許通過較大的電流)輔助觸頭(接通或斷開控制電路,只能通過較小的電流)2、按觸頭原始狀態(tài)分:常開觸頭(動合觸頭)常閉觸頭(動斷觸頭)(二)、觸頭系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式:圖1-6(a)點接觸(b)面接觸(c)線接觸圖1-6(a)點接觸(b)面接觸(c)線接觸(三)、觸頭系統(tǒng)的電阻:不僅與觸頭的結(jié)構(gòu)形式有關(guān),還與接觸壓力、觸頭材料、觸頭表面狀況有關(guān)。理想狀態(tài)下:觸點閉合,接觸電阻為零;觸點斷開,接觸電阻為無窮大。由于觸點表面的不平和氧化層的存在,兩個觸點的接觸處有一定的電阻。為了減小此接觸電阻,需在觸點間加一定壓力。觸點未動作時的位置如1-7(a)所示,當(dāng)動觸點剛與靜觸點接觸時,由于安裝時彈簧被預(yù)先壓縮了一段,因而產(chǎn)生一個初壓力F1,如圖1-7(b)所示,觸點閉合后由于彈簧在超行程內(nèi)繼續(xù)變形而產(chǎn)生一個終壓力F2,如圖1-7(c)所示。彈簧壓縮的距離L稱為觸點的超行程,即從靜、動觸點開始接觸到觸點壓緊,整個觸點系統(tǒng)向前壓緊的距離。有了超行程,在觸點磨損情況下仍具有一定壓力,有利于保持良好接觸。當(dāng)然,磨損嚴(yán)重時仍應(yīng)及時更換。圖1-7觸點位置示意圖(四)、觸頭系統(tǒng)的材質(zhì):對于電流容量較小的電器,如機(jī)床電氣控制線路所應(yīng)用的接觸器、繼電器等,常采用銀質(zhì)材料作觸頭,其優(yōu)點是銀的氧化膜電阻率與純銀相近,與其他材質(zhì)(比如銅)相比,可以避免因長時間工作,觸頭表面氧化膜電阻率增加而造成觸頭接觸電阻增大。滅弧裝置(一)電弧的產(chǎn)生:當(dāng)電器觸點切斷電路時,如果電路中電壓超過10~12V(書上是12V~20V)和電流超過80~100mA(書上是250mA~1A),在拉開的兩個觸頭之間將出現(xiàn)強烈火花,這實際上是一種氣體放電的現(xiàn)象,通常稱為“電弧”。電弧產(chǎn)生有四個物理過程:1、強電場放射。觸點在分離瞬間,其間隙很小,電路電壓大多降落在觸點之間,在觸點間形成很強的電場。強電場將觸頭陰極表面的自由電子拉出到氣隙中,使觸頭間隙中存在較多電子,這就是強電場放射。2、撞擊電離。觸頭間隙中的自由電子在電場作用下,向正極加速運動。前進(jìn)途中撞擊氣體原子,該原子分裂成電子和正離子。電子在向正極運動過程中又將撞擊其他原子,使觸頭間的電苛越來越多,這種現(xiàn)象叫撞擊電離。3、熱電子發(fā)射。撞擊電離的正離子向陰極運動,撞在陰極上會使陰極溫度逐漸升高。當(dāng)陰極溫度到達(dá)一定程度時,一部分電子將從陰極逸出再參與撞擊電離。由于高溫使電極發(fā)射電子的現(xiàn)象叫熱電子發(fā)射。4、熱游離。當(dāng)電弧的溫度達(dá)到3000℃或更高時,觸點間的原子以很高的速度作不規(guī)則的運動并相互劇烈撞擊,結(jié)果原子也將產(chǎn)生電離,這種因高溫使原子撞擊所產(chǎn)生的電離稱為熱游離。
強電場發(fā)射、撞擊電離、熱電子發(fā)射和熱游離的結(jié)果,在兩觸點間呈現(xiàn)大量向陽極飛馳的電子流,這就是所謂的電弧。
應(yīng)當(dāng)指出,伴隨著電離的進(jìn)行也存在著消電離的現(xiàn)象。消電離主要是通過正、負(fù)帶電粒子的復(fù)合進(jìn)行的。溫度越低,帶電粒子運動越慢,越容易復(fù)合。
根據(jù)上述電弧產(chǎn)生的物理過程可知,欲使電弧熄滅,應(yīng)設(shè)法降低電弧溫度和電場強度,以加強消電離作用。當(dāng)電離速度低于消電離速度,則電弧熄滅。根據(jù)上述滅弧原則,常用的滅弧裝置有磁吹式滅弧、滅弧柵、滅弧罩、多斷點滅弧幾種。
在交流電路中常采用橋式觸點,橋式觸點有兩處斷開點,相當(dāng)于兩對電極,若有一處斷點要使電弧熄滅后重燃需要150~250V,現(xiàn)有兩處斷點就需要300~500V,所以對于小容量交流電器,采用橋式觸點已能達(dá)到滅弧效果,勿需另加滅弧裝置。若有特殊需要時,根據(jù)需要可靈活地將二個或三個極串聯(lián)起來當(dāng)做一個觸點使用,這組觸點便成為多斷點,加強了滅弧效果。1)機(jī)械性拉弧分?jǐn)嘤|點時,迅速增加電弧長度,使單位長度內(nèi)維持電弧燃燒的電場強度不夠而熄弧。2)窄縫滅弧依靠磁場的作用,將電弧驅(qū)入耐弧材料制成的窄縫中,以加快電弧的冷卻,這種滅弧裝置多用于交流接觸器。3)柵片滅弧電弧被推入彼此絕緣的多組鍍銅薄鋼片(柵片)中,分割成多組串聯(lián)的短弧,每段電弧電壓變小。兩個柵片間電壓必須有150~250V,電弧才能重燃。解釋:可以把滅弧柵想像成一整塊軟鐵,電弧是流過恒穩(wěn)電流的導(dǎo)線,這樣不影響分析。應(yīng)用右手螺旋定則,導(dǎo)線產(chǎn)生同心圓磁場,磁力線穿過軟鐵塊,軟鐵塊被磁化,磁化軟鐵塊的NS極記住,由于鐵被磁化,其產(chǎn)生磁場有獨立性,即使導(dǎo)線移出也不變,在此磁場作用下,導(dǎo)線的受力方向,應(yīng)用左手定則,有難度的只是想像軟鐵NS極之間的磁力線,受力方向指向軟鐵。
實際的滅弧柵,時變的電弧不影響分析結(jié)果。交流接觸器的柵片滅弧原理是由于觸點上方的鋼片柵片磁阻很小,電弧上部磁通大都進(jìn)入柵片,使電弧周圍空氣中的磁場分布形式上疏下密,將電弧拉入滅弧柵。電弧被柵片分割多若干短弧。4)磁吹式滅弧電弧在磁場中受力,急速進(jìn)入滅弧罩,電弧被拉長并受到冷卻而很快被熄滅。其利用電弧本身電流,電弧電流越大,吹弧能力越強,廣泛應(yīng)用于直流滅弧裝置中。1.3配電電器(用于低壓供配電系統(tǒng)中,如低壓斷路器、低壓隔離器)一、低壓斷路器:低壓斷路器又稱自動空氣開關(guān),是一種既有手動開關(guān)作用又能自動進(jìn)行欠電壓、失電壓、過載和短路保護(hù)的開關(guān)電器。它相當(dāng)于把手動開關(guān)、電壓繼電器、熱繼電器、電流繼電器等組合在一起構(gòu)成的一種電器元件。主要用于供電控制、電機(jī)的不頻繁啟、??刂坪捅Wo(hù),它是在低壓電路中應(yīng)用非常廣泛的一種保護(hù)電器。結(jié)構(gòu)、工作原理和符號結(jié)構(gòu):由觸頭系統(tǒng)、操作機(jī)構(gòu)和保護(hù)元件三大部分組成。它的觸點系統(tǒng)與接觸器的觸點系統(tǒng)相似,主觸頭由耐弧合金(如銀鎢合金)制成,較大容量的還采用滅弧柵片滅弧,具有直接斷開負(fù)荷主回路的能力。各種保護(hù)元件實質(zhì)就是各種脫扣器,不僅具有作為短路保護(hù)的過電流脫扣器,還具有作為長期過載保護(hù)的熱脫扣器,還有失壓保護(hù)脫扣器。11—主彈簧2—主觸頭3—鎖鏈4—搭扣5—軸6—電磁脫扣器7—杠桿8—電磁脫扣器銜鐵9—彈簧10—欠壓脫扣器銜鐵11—欠壓脫扣器12—雙金屬片13—熱元件低壓斷路器符號低壓斷路器符號低壓斷路器的工作原理如下:主觸點2串聯(lián)在被控制的電路中。將操作手柄扳到合閘位置時,搭扣4勾住鎖鏈3,主觸頭2閉合,電路接通。由于觸頭的連桿被鎖鏈3鎖住,使觸頭保持閉合狀態(tài),同時主彈簧被拉長,為分?jǐn)嘧鳒?zhǔn)備。瞬時過電流脫扣器(電磁脫扣器)6的線圈串聯(lián)于主電路,當(dāng)電流為正常值時,銜鐵吸力不夠,處于打開位置。當(dāng)電路電流超過規(guī)定值時,電磁吸力增加,銜鐵8吸合,通過杠桿7使搭扣4脫開,主觸點在主彈簧1作用下切斷電路,這就是瞬時過電流或短路保護(hù)作用。當(dāng)電路失壓或電壓過低時,欠壓脫扣器11的銜鐵10釋放,同樣由杠桿7使搭扣4脫開,起到欠壓和失壓保護(hù)作用。當(dāng)電源恢復(fù)正常時,必須重新合閘后才能工作。長時間過載使得過流脫扣器的雙金屬片式(熱脫扣)12彎曲,同樣由杠桿7使搭扣4脫開,起到過載(過流)保護(hù)作用。低壓斷路器的類型:萬能開關(guān)塑料外殼式斷路器小型斷路器(工業(yè)、民用建筑用)智能低壓斷路器3、低壓斷路器的主要參數(shù)及選擇:1)額定電壓:是指斷路器在長期工作時的允許電壓,在實際使用中它應(yīng)大于電路的額定電壓;2)額定電流:是指斷路器在長期工作時的允許通過電流,即脫扣器額定電流。在實際使用中它應(yīng)大于電路的額定電流,并考慮安裝環(huán)境和負(fù)載性質(zhì)的影響;3)通斷能力:是指斷路器在規(guī)定的電壓、頻率以及規(guī)定的電路參數(shù)(交流電路為功率因數(shù),直流電路為時間常數(shù))下,所能接通和分?jǐn)嗟亩搪冯娏髦担?)分?jǐn)鄷r間:是指斷路器切斷故障電流所需的時間。二、漏電保護(hù)器1、漏電保護(hù)器的工作原理
漏電保護(hù)器主要包括檢測元件(零序電流互感器)、中間環(huán)節(jié)(包括放大器、比較器、脫扣器等)、執(zhí)行元件(主開關(guān))以及試驗元件等幾個部分。
圖1是三相四線制供電系統(tǒng)的漏電保護(hù)器工作原理示意圖。TA為零序電流互感器,GF為主開關(guān),TL為主開關(guān)的分勵脫扣器線圈。在被保護(hù)電路工作正常,沒有發(fā)生漏電或觸電的情況下,通過TA一次側(cè)的電流相量和等于零。
當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生漏電時,漏電保護(hù)器通過電流互感器檢測取得異常訊號,經(jīng)過中間機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換傳遞,使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作,通過開關(guān)裝置斷開電源。漏電保護(hù)器安裝在線路中,一次線圈與電網(wǎng)的線路相連接,二次線圈與漏電保護(hù)器中的脫扣器連接。當(dāng)用電設(shè)備正常運行時,線路中電流呈平衡狀態(tài),互感器中電流矢量之和為零(電流是有方向的矢量,如按流出的方向為“+”,返回方向為“-”,在互感器中往返的電流大小相等,方向相反,正負(fù)相互抵銷)。由于一次線圈中沒有剩余電流,所以不會感應(yīng)二次線圈,漏電保護(hù)器的開關(guān)裝置處于閉合狀態(tài)運行。當(dāng)設(shè)備外殼發(fā)生漏電并有人觸及時,則在故障點產(chǎn)生分流,致使互感器中流入、流出的電流出現(xiàn)了不平衡(電流矢量之和不為零),一次線圈中產(chǎn)生剩余電流,因此,便會感應(yīng)二次線圈,當(dāng)這個電流值達(dá)到該漏電保護(hù)器限定的動作電流值時,自動開關(guān)脫扣,切斷電源。
2、漏電保護(hù)器的作用
漏電保護(hù)器主要是提供間接接觸保護(hù),在一定條件下,也可用作直接接觸的補充保護(hù),對可能致命的觸電事故進(jìn)行保護(hù),具有動作靈敏、切斷時間迅速的性能。
當(dāng)人體直接觸及220V帶電體時,漏電保護(hù)器迅速以0.1秒的時間快速切斷電路。這時流過人體(一般人體電阻為1000Ω左右)的觸電電流為220/1000=220(mA),其電擊能量為220(mA)×0.1(S)=22mA·S<30mA·S。目前我國現(xiàn)行規(guī)定:對人體安全的電擊能量為1·T=30mA·S,可以明顯看出,當(dāng)人們一旦觸及220V帶電體時,漏電保護(hù)器會在0.1秒時間內(nèi)迅速作出反應(yīng),而不致出現(xiàn)生命危險。
3、漏電保護(hù)器額定漏電動作電流的確定
正確合理地選擇漏電保護(hù)器的額定漏電動作電流非常重要。一方面在發(fā)生觸電或泄漏電流超過允許值時,漏電保護(hù)器可有選擇地動作;另一方面,漏電保護(hù)器在正常泄漏電流作用下不應(yīng)動作,防止供電中斷而造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。
漏電保護(hù)器的額定漏電動作電流應(yīng)滿足以下四個條件:
⑴為了保證人身安全,額定漏電動作電流應(yīng)不大于人體安全電流值,國際上30mA為人體安全電流值。
⑵為了保證電網(wǎng)可靠運行,額定漏電動作電流應(yīng)躲過低電壓電網(wǎng)正常漏電電流。
⑶漏電保護(hù)開關(guān)的額定電流應(yīng)大于線路最大工作電流。
⑷為了保證多級保護(hù)的選擇性,下一級額定漏電動作電流應(yīng)小于上一級額定漏電動作電流。
4、漏電保護(hù)器的配置和選用
首先應(yīng)加大末級漏電保護(hù)器的安裝率和投運率,防止直接接觸觸電。城鄉(xiāng)家庭人們廣泛使用的移動式電氣設(shè)備、電動工具等都應(yīng)選用額定漏電動作電流小于30mA的高靈敏度、快速型漏電保護(hù)器。對單相用電戶選用的漏電保護(hù)器還應(yīng)具備過電壓保護(hù)功能,用于防止當(dāng)出現(xiàn)三相四線制總零線發(fā)生斷線和接戶線錯接成380V線電壓時,產(chǎn)生的異常過電壓損壞家用電器。最好選用帶漏電、過壓、過載短路保護(hù)功能的保護(hù)器。第二級保護(hù)為系統(tǒng)總保護(hù)或分支保護(hù),這一級保護(hù)器可裝設(shè)于配電變壓器低壓出線處或各分支線的首端,其保護(hù)范圍為低壓電網(wǎng)的主干線、下戶線和進(jìn)戶線,同時也作為末級漏電保護(hù)器的后備保護(hù)。
5、漏電保護(hù)器使用時應(yīng)注意的事項
⑴漏電保護(hù)器適用于電源中性點直接接地或經(jīng)過電阻、電抗接地的低壓配電系統(tǒng);對于電源中性點不接地的系統(tǒng),則不宜采用漏電保護(hù)器,因為不能構(gòu)成泄漏電氣回路,即使發(fā)生了接地故障,該保護(hù)器也不能及時動作切斷電源回路。
⑵漏電保護(hù)器保護(hù)線路的工作中性線要通過零序電流互感器。否則,在接通后,就會有一個不平衡電流使漏電保護(hù)器產(chǎn)生誤動作。
⑶接零保護(hù)線不準(zhǔn)通過零序電流互感器。因為保護(hù)線路通過零序電流互感器時,漏電電流經(jīng)保護(hù)線又回穿過零序電流互感器,導(dǎo)致電流抵消,而互感器上檢測不出漏電電流值,在出現(xiàn)故障時,造成漏電保護(hù)器不動作,起不到保護(hù)作用。
⑷控制回路的工作中性線不能進(jìn)行重復(fù)接地。一方面
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