电气自动化入门

这是一篇关于电气自动化入门的思维导图，主要内容有1.1电工基础、1.2三相交流电及其主要应用参数、2.1触电原因与防触电措施、3.1三相交流异步电动机基础知识等。

电气自动化入门

• 1.1 电工基础
  • 1.1.1 电能
    • 电能定义：是指使用电以各种形式做功（即产生能量）的能力。
    • 电能的作用与特点
      • 便于转换
      • 便于传输
      • 便于控制
      • 难于储存
    • 电能的分类
      • 直流电源：电荷的单向流动或者移动，方向不变（大小可以变化，方向必须不变）
      • 交流电源：指电流方向随时间做周期性变化的为交流电，在一个周期内的运动平均值为0，不同于直流电，它的方向是会随时间发生变化的，并且直流电没有周期性变化
  • 1.1.2 电工常用物理量及其应用
    • 电阻
      • 定义：电流通过导体时所受到的阻力，用字母R表示，单位是：欧姆（Ω）。电阻通过电流时会发热，我们把这种电能转化为热能的过程称之为热效应。
      • 公式：R=ρL/S
        • ρ：制成电阻的材料电阻率，国际单位制为 欧姆 · 米（Ω · m）
        • L：绕制成电阻的导线长度，国际单位制为米（m）
        • S：绕制成电阻的导线横截面积，国际单位制为平方米（m^2）
      • 电阻与温度的关系：一般来说，金属导体的电阻会随温度升高而增大
    • 电流
      • 定义：单位时间内通过导体横截面的电荷量，通常用I代表电流，单位是安培（A）
      • 公式：I=Q/t
        • Q表示通过导体截面的电荷量，单位是：库（C)
        • t表示通电时间，单位是：秒（S）
      • 1A=1C/1S，即：1安=1库/1秒
    • 电压
      • 电压也称作电势差或者电位差，是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同所产生的能量差的物理量
      • 电压的方向规定从高电位指向低电位的方向。通常用U代表电压，电压的国际的单位制为伏特
      • 公式：U=IR
    • 功率：P=UI
    • 电能：W=PT
• 1.2 三相交流电及其主要应用参数
  • 1.2.1 交流电及其主要应用参数
    • 交流电定义：大小和方向都随时间不断交变的电流
    • 交流电的主要应用参数
      • T=1/f，交流电在1秒钟内完成周期性变化的次数，叫做交流电的频率，用“f"表示，单位是赫兹，简称赫，用Hz表示。常用单位还有千赫，兆赫，周期和频率都是描述交流电变化快慢的物理量
      • 正弦交流电的瞬时值、最大值和有效值（如果交流电和直流电分别通过同一电阻，两者在相同时间内所消耗的电能相等，则此直流电的数值就叫做交流电有效值的数值）
  • 1.2.2 直流电及其主要应用参数
    • 直流电定义：方向不变，又称恒流电，恒定电流是直流电的一种，是大小和方向都不变的直流电
    • 常用直流电用电元器件：电磁阀，指示灯，继电器，PLC控制器，各种传感器，仪器仪表等
  • 1.2.3 三相电路负载的星型连接以及相/线电压电流、功率的关系
    • 如右图，负载做星型连接时，每相负载中的电流（相电流）I相就是线电流I线。负载上的线电压U线为相电压U相的√3倍（I相=I线，U线=√3U相）
    • P=√3U线I线cosΦ=3U相I相cosΦ
    • 三相对称负载的无功功率：Q=√3U线I线sinΦ
  • 1.2.4 三相电路负载的三角型连接以及相/线电压电流、功率的关系
    • 负载作三角形连接的三相电路，如右图所示。一般用于三相负载对称的情况下，如绕组为三角形接法的电动机。每相负载中的电压（相电压）U相就是线电压U线。负载上的线电流I线为相电流I相的√3倍（U相=U线，I线=√3I相）
    • P=√3U线I线cosΦ==3U相I相cosΦ
    • 三相对称负载的无功功率：Q=√3U线I线sinΦ
• 2.1 触电原因与防触电措施
  • 1.3.1 电流对人体的危害
    • 伤害分类
      • 电击：是指电流通过人体，破坏人体心脏，肺及神经系统的正常功能
      • 电伤：是指电流热效应，化学效用和机械效应对人体的伤害，主要指电弧烧伤，熔化金属溅出的烫伤等
      • 电磁场生理伤害：是指高频磁场作用下，人会出现头晕乏力，记忆力减退和失眠多梦等神经系统的症状
    • 电流对人体的危险性跟电流大小、电流持续时间长短、电流流经途径、人体电阻的影响等因素有关
    • 安全电压值是36V
  • 1.3.2 触电原因与防触电措施
    • 常见触电原因：违章冒险，缺乏安全用电知识，意外触电
    • 触电方式
      • 单相触电：是指人体站在地面或其他接地体上，人体的某一部位触电及电气装置的任一相所引起的触电
      • 两相触电：是指人体同时触及任意两项带电体的触电方式
      • 跨步电压触电：当人体两脚跨入触地点附近时，在前后两脚之间便存在电位差，此即跨步电压，由此造成的触电称之为跨步电压触电
    • 防止触电措施
      • 绝缘：绝缘是用绝缘材料把带电体隔离起来，实现带电体之间、带电体与其他物体之间的电气隔离
      • 安全间距：安全间距即保证人体与带电体之间必要的安全距离
      • 漏电保护：漏电保护器是一种在规定条件下电路中漏电流值达到或超过其规定值时能自动断开电路或发出警报的装置
      • 安全电压
      • 遮拦及阻挡物
• 3.1 三相交流异步电动机基础知识
  • 3.1.1 三相异步电击工作原理
    • 是感应电动机的一种，是靠同时接入380V三相交流电流（相位差120度）供电的一类电动机，由于三相异步电动机的转子与定子旋转磁场以相同方式，不同转速旋转，存在转差率，所以叫三相异步电动机。三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而产生电动势和电流（切割磁力线），并与磁场相互作用产生电磁转矩力，实现能量变换
  • 3.1.2 三相异步电动机在结构上的差别
    • 变频电动机与普通工频电动机的不同：冷却风扇不同
    • 绕线型三相异步电动机与笼型三相异步电动机转子不同
    • 三相异步电动机极对数不同（速度不同，极对数越多，速度越慢）
    • 三相绕组连接电源方式不同（星型或者三角形）
  • 3.1.3 三相异步电动机的结构
    • 如右图
  • 3.1.4 定子绕组说明
    • 定子绕组是电动机的电路部分，通入三相交流电，产生旋转磁场。小型号异步电动机定子绕组通常用高强度漆包线（铜线或者铝线）绕制成各种线圈后，再嵌放在定子铁芯槽内。大中型电动机则用各种规格的铜条经过绝缘处理后，再嵌放在定子铁芯槽内。为了保证绕组的各导电部分与铁芯之间的可靠绝缘以及绕组本身之间的可靠绝缘，故在定子绕组制造过程中采取了许多绝缘措施，三相异步电动机定子绕组的主要绝缘项目有以下三种：
      • 对地绝缘：定子绕组整体与定子铁心之间的绝缘
      • 相间地缘：各相定子绕组之间的绝缘
      • 隔间绝缘：每相定子绕组各线匝之间的绝缘
  • 3.1.5 按线注意事项及相关说明
    • 一般5.5KW及以上的三相异步电动机出厂默认接线为三角形接法；5.5KW以下的一般默认为星型接法
    • 如果是额定电压380VAC的星型连接电动机，可以改成三角形连接，但输入额定电压要变成三相220VAC（如：单相220VAC变频器。）I角线=√3I星线；P星=P角
    • 如果是额定电压380VAC的三角形连接电动机，可以改成星型连接。I星线=I角线/3，P星=P角/3
  • 3.1.6 三相异步电动机的控制方式及其各自特点
    • 交流接触器直接控制：价格低，控制性能差
    • 变频器控制：价格较高，控制性最好，可以变频调速
    • 软启动器控制：价格适中，控制性较好，不能变频
  • 3.1.7 三相异步电动机的速度控制原理
    • 为什么叫异步电动机
      • 转子的速度总是小于同步转速，否则，转子导体与磁场之间无相对运动，也就无感应电流产生，转子也转不起来。正因为如此，我们才把这种交流电机叫做异步电动机。又因为这种电动机的转子电流是由电磁感应产生的，所以又把它叫做感应电动机。
    • 通过理论分析可得出旋转磁场转速：n1=60f1/P
      • n1：表示旋转磁场的转速，单位是转/分
      • f1：表示三相交流电源的频率，单位赫兹
      • P：表示磁极对数
      • 60表示一分钟60秒
      • 注：旋转磁场的转速n1又称为同步转速。我国三相交流频率规定50Hz，因此两级旋转速度是3000转/分，四级是1500转/分，六级是1000转/分
    • 三相交流异步电动机的转差率
      • 电动机旋转磁场转速n1与转子实际转速n之差（n1-n）称为旋转差
      • 转速差与同步转速之比的百分比叫做转差率，用符号S表示，S=（n1-n1）*100%
      • 转差率是异步电动机的一个重要参数，习惯上用转差率大小来说明电动机运行速度。电动机空载时转差率很小，即转子的转速接近同步转速。随着负载的增加，转差率也增大，一般空载时S<0.005，满载时，S<0.06。就是说转子的转差率随负载而变。三相异步电动机的额定负载运行时，其转差率很小，约为2%~6%
• 3.2 三相异步电动机的正反转点动控制电路及其相关元器件选型与说明
  • 断路器（低压）选型（QF）
    • 定义：能接通、承载以及分断正常电路条件下的电流，也能在所规定的非正常电路（例如短路）下接通、承载一定时间和分断电流的一种机械开关电器。
    • 分类
      • 框架断路器，简称ACB
      • 塑壳断路器，简称MCCB
      • 微型断路器，简称MCB
    • 低压断路器功能
      • 过载长延时保护：当线路过载时，断路器会延时一段时间，延时后若仍然存在过载则断路器就跳闸，这个时间一般在秒级（一般是标配）
      • 短路短延时保护：当发生短路时断路器会延时后跳闸，这个时间一般在毫秒级（一般是标配）
      • 短路瞬时保护：当短路电流发生时断路器瞬间跳闸以保护线路，一般这样的短路电流往往非常大，灾难性更强（一般是标配）
      • 漏电保护：当电流没经过导体而直接与外界连接时断路器的一种保护功能，目的是防止触电，是断路器的一种附加保护功能，有此功能的断路器叫带漏电保护的断路器（一般是选配）
      • 欠压保护功能：当电源电压低于或高于额定电压一定范围时断路器跳闸的一种保护功能，这是断路器非标配功能，需要单定欠压或过压线圈实现（一般是选配）
    • 低压断路器脱扣形式
      • 热磁脱扣
        • 热脱扣：利用双金属片受过载电流产生的热量发生形变触动脱口机构的一种脱扣方式。由于金属片变形速度慢。所以只用于过载长延时保护用。微断都是热磁脱扣，塑壳有部分是热磁脱扣。由于热脱扣器一般直接流过回路电流，加上其动作电流受到周围环境温度的影响比较大，所以一般都用于电流不是很大，对于过电流保护不是要求很敏感的低压电气回路上
        • 磁脱扣：是利用励磁线圈通电后产生的磁场吸引衔铁触发脱扣机构的一种脱扣方式，磁脱扣可以再瞬间分断线路，所以被用来做短路保护。利用热磁原理结合后的断路器既具有过载保护又具有短路保护。只有磁脱扣器的断路器又叫瞬时脱扣，两者兼具的断路器又叫复式脱扣。在微型断路器上基本都是热磁脱扣形式。
      • 电子脱扣器
        • 是从回路取出很小电流来作为测量电流的，其测量精度也比较高，所以一般用于大电流回路上，或者对于动作电流要求精度高的回路上。电子脱扣器就是用电子元件构成的电路，检测主电路电流，放大、推动脱钩机构，在ACB和MCCB的电流等级较大的断路器上大多采用电子脱扣形式。
      • 两种脱扣形式比较
        • 热磁脱扣性能稳定且不受电压波动影响、寿命长、灵敏度低、不易整定
        • 电子脱扣功能完善、灵敏度高、整定方便、受电源影响、略易损坏
  • 交流接触器（KM）及其选型
    • 用途：交流接触器是一种适用于远距离接通和分断电路及交流电动机的电器。主要用作控制交流电动机的起动、停止、反转、调速，并可与热继电器或其他适当的保护装置组合，保护电动机可能发生的过载或断相，也可用于控制其他电力负载如：电热器、电照明、电焊机、电容器组等。同时还具备欠电压和失低压保护功能
  • 中间继电器及其选型
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