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电气控制

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一灯三控接线图的实现

电气控制类 陈宽#14530 2017-11-01 16:39 回复了问题 • 3 人关注 来自相关话题

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一文读懂电容的工作原理、分类选择与应用

电气控制类 善思惟 2017-03-27 21:42 发表了文章 来自相关话题

电容的工作原理及电容的选择应用?什么是电容?电容的单位是什么?本文将详细为您解答! 
话说电容之一:电容的作用

作为无源元件之一的电容,其作用不外乎以下几种:
1、应用于电源电路,实现旁路、去藕、滤波和储能的作用。下面分类详述之:

1)旁路

旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件,它能使稳压器的输出均匀化,降低 查看全部
电容的工作原理及电容的选择应用?什么是电容?电容的单位是什么?本文将详细为您解答! 
话说电容之一:电容的作用

作为无源元件之一的电容,其作用不外乎以下几种:
1、应用于电源电路,实现旁路、去藕、滤波和储能的作用。下面分类详述之:

1)旁路

旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件,它能使稳压器的输出均匀化,降低
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一灯三控接线图的实现

电气控制类 陈宽#14530 2017-11-01 16:39 回复了问题 • 3 人关注 来自相关话题

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一文读懂电容的工作原理、分类选择与应用

电气控制类 善思惟 2017-03-27 21:42 发表了文章 来自相关话题

电容的工作原理及电容的选择应用?什么是电容?电容的单位是什么?本文将详细为您解答! 
话说电容之一:电容的作用

作为无源元件之一的电容,其作用不外乎以下几种:
1、应用于电源电路,实现旁路、去藕、滤波和储能的作用。下面分类详述之:

1)旁路

旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件,它能使稳压器的输出均匀化,降低负载需求。 就像小型可充电电池样,旁路电容能够被充电,并向器件进行放电。 为尽量减少阻抗,旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚。 这能够很好地防止输入值过大而导致的地电位抬高和噪声。地弹是地连接处在通过大电流毛刺时的电压降。






2)去藕

去藕,又称解藕。 从电路来说, 总是可以区分为驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大, 驱动电路要把电容充电、放电, 才能完成信号的跳变,在上升沿比较陡峭的时候, 电流比较大, 这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流,由于电路中的电感,电阻(特别是芯片管脚上的电感,会产生反弹),这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声,会影响前级的正常工作,这就是所谓的“耦合”。

去藕电容就是起到一个“电池”的作用,满足驱动电路电流的变化,避免相互间的耦合干扰。将旁路电容和去藕电容结合起来将更容易理解。旁路电容实际也是去藕合的,只是旁路电容一般是指高频旁路,也就是给高频的开关噪声高一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小,根据谐振频率一般取0.1μF、0.01μF 等;而去耦合电容的容量一般较大,可能是10μF 或者更大,依据电路中分布参数、以及驱动电流的变化大小来确定。

旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象,而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象,防止干扰信号返回电源。这应该是他们的本质区别。

3)滤波

从理论上(即假设电容为纯电容)说,电容越大,阻抗越小,通过的频率也越高。但实际上超过1μF 的电容大多为电解电容,有很大的电感成份,所以频率高后反而阻抗会增大。有时会看到有一个电容量较大电解电容并联了一个小电容,这时大电容通低频,小电容通高频。电容的作用就是通高阻低,通高频阻低频。电容越小低频越容易通过,电容越大高频越容易通过。具体用在滤波中,大电容(1000μF)滤低频,小电容(20pF)滤高频。曾有网友形象地将滤波电容比作“水塘”。由于电容的两端电压不会突变,由此可知,信号频率越高则衰减越大,可很形象的说电容像个水塘,不会因几滴水的加入或蒸发而引起水量的变化。它把电压的变动转化为电流的变化,频率越高,峰值电流就越大,从而缓冲了电压。滤波就是充电,放电的过程。

4)储能

储能型电容器通过整流器收集电荷,并将存储的能量通过变换器引线传送至电源的输出端。 电压额定值为40~450VDC、电容值在220~150 000μF 之间的铝电解电容器(如EPCOS 公司的 B43504 或B43505)是较为常用的。根据不同的电源要求,器件有时会采用串联、并联或其组合的形式, 对于功率级超过10KW 的电源,通常采用体积较大的罐形螺旋端子电容器。

2、应用于信号电路,主要完成耦合、振荡/同步及时间常数的作用:

1)耦合

举个例子来讲,晶体管放大器发射极有一个自给偏压电阻,它同时又使信号产生压降反馈到输入端形成了输入输出信号耦合, 这个电阻就是产生了耦合的元件,如果在这个电阻两端并联一个电容, 由于适当容量的电容器对交流信号 较小的阻抗,这样就减小了电阻产生的耦合效应,故称此电容为去耦电容。

2)振荡/同步

包括RC、LC 振荡器及晶体的负载电容都属于这一范畴。

3)时间常数

这就是常见的 R、C 串联构成的积分电路。当输入信号电压加在输入端时,电容(C)上的电压逐渐上升。而其充电电流则随着电压的上升而减小。电流通过电阻(R)、电容(C)的特性通过下面的公式描述:

i = (V / R)e - (t / CR)

话说电容之二:电容的选择

通常,应该如何为我们的电路选择一颗合适的电容呢?笔者认为,应基于以 下几点考虑:

1、静电容量;
2、额定耐压;
3、容值误差;
4、直流偏压下的电容变化量;
5、噪声等级;
6、电容的类型;
7、电容的规格。

那么,是否有捷径可寻呢?其实,电容作为器件的外围元件,几乎每个器件的 Datasheet 或者 Solutions,都比较明确地指明了外围元件的选择参数,也就是说,据此可以获得基本的器件选择要求,然后再进一步完善细化之。其实选用电容时不仅仅是只看容量和封装,具体要看产品所使用环境,特殊的电路必须用特殊的电容。

下面是 chip capacitor 根据电介质的介电常数分类, 介电常数直接影响电

路的稳定性。

NP0 or CH (K 《 150): 电气性能最稳定,基本上不随温度﹑电压与时间的改变而改变,适用于对稳定性要求高的高频电路。鉴于K 值较小,所以在0402、0603、0805 封装下很难有大容量的电容。如 0603 一般最大的 10nF以下。X7R or YB (2000 《 K 《 4000): 电气性能较稳定,在温度﹑电压与时间改变时性能的变化并不显著(?C 《 ±10%)。适用于隔直、偶合、旁路与对容量稳定性要求不太高的全频鉴电路。Y5V or YF(K 》 15000): 容量稳定性较 X7R 差(?C 《 +20% ~ -80%),容量﹑损耗对温度、电压等测试条件较敏感,但由于其K 值较大,所以适用于一些容值要求较高的场合。

话说电容之三:电容的分类

电容的分类方式及种类很多,基于电容的材料特性,其可分为以下几大类:

1、铝电解电容

电容容量范围为0.1μF ~ 22000μF,高脉动电流、长寿命、大容量的不二之选,广泛应用于电源滤波、解藕等场合。

2、薄膜电容

电容容量范围为0.1pF ~ 10μF,具有较小公差、较高容量稳定性及极低的压电效应,因此是X、Y 安全电容、EMI/EMC 的首选。

3、钽电容

电容容量范围为2.2μF ~ 560μF,低等效串联电阻(ESR)、低等效串联 电感(ESL)。脉动吸收、瞬态响应及噪声抑制都优于铝电解电容,是高稳定电源的理想选择。

4、陶瓷电容

电容容量范围为0.5pF ~ 100μF,独特的材料和薄膜技术的结晶,迎合了当今“更轻、更薄、更节能“的设计理念。

5、超级电容

电容容量范围为0.022F ~ 70F,极高的容值,因此又称做“金电容”或者“法拉电容”。主要特点是:超高容值、良好的充/放电特性,适合于电能存储 和电源备份。缺点是耐压较低,工作温度范围较窄。

话说电容之四:多层陶瓷电容(MLCC)

对于电容而言,小型化和高容量是永恒不变的发展趋势。其中,要数多层陶瓷电容(MLCC)的发展最快。

多层陶瓷电容在便携产品中广泛应用极为广泛,但近年来数字产品的技术进步对其提出了新要求。例如,手机要求更高的传输速率和更高的性能;基带处理器要求高速度、低电压;LCD 模块要求低厚度(0.5mm)、大容量电容。 而汽车环境的苛刻性对多层陶瓷电容更有特殊的要求:首先是耐高温,放置于其中的多层陶瓷电容必须能满足150℃ 的工作温度;其次是在电池电路上需要短路失效保护设计。

也就是说,小型化、高速度和高性能、耐高温条件、高可靠性已成为陶瓷电容的关键特性。

陶瓷电容的容量随直流偏置电压的变化而变化。直流偏置电压降低了介电常数, 因此需要从材料方面,降低介电常数对电压的依赖,优化直流偏置电压特性。

应用中较为常见的是 X7R(X5R)类多层陶瓷电容, 它的容量主要集中在1000pF 以上,该类电容器主要性能指标是等效串联电阻(ESR),在高波纹电 流的电源去耦、滤波及低频信号耦合电路的低功耗表现比较突出。

另一类多层陶瓷电容是 C0G 类,它的容量多在 1000pF 以下, 该类电容器主要性能指标是损耗角正切值 tgδ(DF)。传统的贵金属电极(NME)的 C0G 产品 DF 值范围是 (2.0 ~ 8.0) × 10-4,而技术创新型贱金属电极(BME)的C0G 产品 DF 值范围为 (1.0 ~ 2.5) × 10-4, 约是前者的 31 ~ 50%。 该 类产品在载有 T/R 模块电路的 GSM、CDMA、无绳电话、蓝牙、GPS 系统中低功耗特性较为显著。较多用于各种高频电路,如振荡/同步器、定时器电路等。

话说电容之五:钽电容

替代电解电容的误区通常的看法是钽电容性能比铝电容好,因为钽电容的介质为阳极氧化后生成 的五氧化二钽,它的介电能力(通常用ε 表示)比铝电容的三氧化二铝介质要高。

因此在同样容量的情况下,钽电容的体积能比铝电容做得更小。(电解电容的电 容量取决于介质的介电能力和体积,在容量一定的情况下,介电能力越高,体积 就可以做得越小,反之,体积就需要做得越大)再加上钽的性质比较稳定,所以 通常认为钽电容性能比铝电容好。

但这种凭阳极判断电容性能的方法已经过时了,目前决定电解电容性能的关 键并不在于阳极,而在于电解质,也就是阴极。因为不同的阴极和不同的阳极可 以组合成不同种类的电解电容,其性能也大不相同。采用同一种阳极的电容由于 电解质的不同,性能可以差距很大,总之阳极对于电容性能的影响远远小于阴极。 还有一种看法是认为钽电容比铝电容性能好,主要是由于钽加上二氧化锰阴 极助威后才有明显好于铝电解液电容的表现。如果把铝电解液电容的阴极更换为 二氧化锰, 那么它的性能其实也能提升不少。

可以肯定,ESR 是衡量一个电容特性的主要参数之一。 但是,选择电容,应避免 ESR 越低越好,品质越高越好等误区。衡量一个产品,一定要全方位、 多角度的去考虑,切不可把电容的作用有意无意的夸大。

---以上引用了部分网友的经验总结。

普通电解电容的结构是阳极和阴极和电解质,阳极是钝化铝,阴极是纯铝, 所以关键是在阳极和电解质。阳极的好坏关系着耐压电介系数等问题。

一般来说,钽电解电容的ESR 要比同等容量同等耐压的铝电解电容小很多, 高频性能更好。如果那个电容是用在滤波器电路(比如中心为50Hz 的带通滤波益。然而,这需要你在PCB 面积、器件数目与成本之间寻求折衷。

话说电容之六:电解电容的电参数

这里的电解电容器主要指铝电解电容器,其基本的电参数包括下列五点:
 
1、电容值

电解电容器的容值,取决于在交流电压下工作时所呈现的阻抗。因此容值, 也就是交流电容值,随着工作频率、电压以及测量方法的变化而变化。在标准 JISC 5102 规定:铝电解电容的电容量的测量条件是在频率为 120Hz,最大交 流电压为 0.5Vrms,DC bias 电压为1.5 ~ 2.0V 的条件下进行。可以断言, 铝电解电容器的容量随频率的增加而减小。

2、损耗角正切值 Tan δ
在电容器的等效电路中,串联等效电阻 ESR 同容抗 1/ωC 之比称之为 Tan δ, 这里的 ESR 是在 120Hz 下计算获得的值。显然,Tan δ 随着测量频率 的增加而变大,随测量温度的下降而增大。

3、阻抗 Z

在特定的频率下,阻碍交流电流通过的电阻即为所谓的阻抗(Z)。它与电 容等效电路中的电容值、电感值密切相关,且与 ESR 也有关系。

Z = √ [ESR2 + (XL - XC)2 ]
式中,XC = 1 / ωC = 1 / 2πfC

XL = ωL = 2πfL
电容的容抗(XC)在低频率范围内随着频率的增加逐步减小,频率继续增加 达到中频范围时电抗(XL)降至 ESR 的值。当频率达到高频范围时感抗(XL) 变为主导,所以阻抗是随着频率的增加而增加。

4、漏电流

电容器的介质对直流电流具有很大的阻碍作用。然而,由于铝氧化膜介质上 浸有电解液,在施加电压时,重新形成的以及修复氧化膜的时候会产生一种很小 的称之为漏电流的电流。通常,漏电流会随着温度和电压的升高而增大。

5、纹波电流和纹波电压

在一些资料中将此二者称做“涟波电流”和“涟波电压”,其实就是 ripple current,ripple voltage。 含义即为电容器所能耐受纹波电流/电压值。 它们和ESR 之间的关系密切,可以用下面的式子表示:

Urms = Irms × R

式中,Vrms 表示纹波电压

Irms 表示纹波电流
R 表示电容的 ESR

由上可见,当纹波电流增大的时候,即使在 ESR 保持不变的情况下,涟波电压也会成倍提高。换言之,当纹波电压增大时,纹波电流也随之增大,这也是要求电容具备更低 ESR 值的原因。叠加入纹波电流后,由于电容内部的等效串连电阻(ESR)引起发热,从而影响到电容器的使用寿命。一般的,纹波电流与 频率成正比,因此低频时纹波电流也比较低。

话说电容之七:电容器参数的基本公式

1、容量(法拉)

英制: C = ( 0.224 × K · A) / TD

公制: C = ( 0.0884 × K · A) / TD

2、电容器中存储的能量

E = 1/2 CV2

3、电容器的线性充电量

I = C (dV/dt)

4、电容的总阻抗(欧姆)

Z = √ [ RS

2 + (XC – XL)2 ]

5、容性电抗(欧姆)

XC = 1/(2πfC)

6、相位角 Ф

理想电容器:超前当前电压 90o

理想电感器:滞后当前电压 90o

理想电阻器:与当前电压的相位相同

7、耗散系数 (%)

D.F. = tan δ (损耗角)

= ESR / XC

= (2πfC)(ESR)

8、品质因素

Q = cotan δ = 1/ DF

9、等效串联电阻ESR(欧姆)

ESR = (DF) XC = DF/ 2πfC

10、功率消耗

Power Loss = (2πfCV2) (DF)

11、功率因数

PF = sin δ (loss angle) – cos Ф (相位角)

12、均方根

rms = 0.707 × Vp

13、千伏安KVA (千瓦)

KVA = 2πfCV2 × 10-3

14、电容器的温度系数

T.C. = [ (Ct – C25) / C25 (Tt – 25) ] × 106

15、容量损耗(%)

CD = [ (C1 – C2) / C1 ] × 100

16、陶瓷电容的可靠性

L0 / Lt = (Vt / V0) X (Tt / T0)Y

17、串联时的容值

n 个电容串联:1/CT = 1/C1 + 1/C2 + ,,。 + 1/Cn

两个电容串联:CT = C1 · C2 / (C1 + C2)

18、并联时的容值

CT = C1 + C2 + ,,。 + Cn

19、重复次数(Againg Rate)

A.R. = % △C / decade of time

上述公式中的符号说明如下:

K = 介电常数

A = 面积

TD = 绝缘层厚度

V = 电压

t = 时间

RS = 串联电阻

f = 频率

L = 电感感性系数

δ = 损耗角

Ф = 相位角

L0 = 使用寿命

Lt = 试验寿命

Vt = 测试电压

V0 = 工作电压

Tt = 测试温度

T0 = 工作温度

X , Y = 电压与温度的效应指数。

话说电容之八:电源输入端的X,Y 安全电容

在交流电源输入端,一般需要增加三个电容来抑制EMI 传导干扰。交流电源的输入一般可分为三根线:火线(L)/零线(N)/地线(G)。在火线和地线之间及在零线和地线之间并接的电容,一般称之为Y 电容。这两个Y电容连接的位置比较关键,必须需要符合相关安全标准,以防引起电子设备漏电或机壳带电,容易危及人身安全及生命,所以它们都属于安全电容,要求电容值不能偏大,而耐压必须较高。一般地,工作在亚热带的机器,要求对地漏电电流不能超0.7mA;工作在温带机器,要求对地漏电电流不能超过0.35mA。因此,Y 电容的总容量一般都不能超过4700pF。

特别提示:Y 电容为安全电容,必须取得安全检测机构的认证。Y 电容的耐压一般都标有安全认证标志和AC250V 或AC275V 字样,但其真正的直流耐压高达5000V 以上。因此,Y 电容不能随意使用标称耐压AC250V,或DC400V之类的普通电容来代用。

在火线和零线抑制之间并联的电容,一般称之为X 电容。由于这个电容连接的位置也比较关键,同样需要符合安全标准。因此,X 电容同样也属于安全电容之一。X 电容的容值允许比Y 电容大,但必须在X 电容的两端并联一个安全电阻,用于防止电源线拔插时,由于该电容的充放电过程而致电源线插头长时间带电。安全标准规定,当正在工作之中的机器电源线被拔掉时,在两秒钟内,电源线插头两端带电的电压(或对地电位)必须小于原来额定工作电压的30%。同理,X 电容也是安全电容,必须取得安全检测机构的认证。X 电容的耐压一般都标有安全认证标志和AC250V 或AC275V 字样,但其真正的直流耐压高达2000V 以上,使用的时候不要随意使用标称耐压AC250V,或DC400V 之类的普通电容来代用。

X 电容一般都选用纹波电流比较大的聚脂薄膜类电容,这种电容体积一般都很大,但其允许瞬间充放电的电流也很大,而其内阻相应较小。普通电容纹波电流的指标都很低,动态内阻较高。用普通电容代替X 电容,除了耐压条件不能 满足以外,一般纹波电流指标也是难以满足要求的。

实际上,仅仅依赖于Y 电容和X 电容来完全滤除掉传导干扰信号是不太可能的。因为干扰信号的频谱非常宽,基本覆盖了几十KHz 到几百MHz,甚至上千MHz 的频率范围。通常,对低端干扰信号的滤除需要很大容量的滤波电容,但受到安全条件的限制,Y 电容和X 电容的容量都不能用大;对高端干扰信号的滤除,大容量电容的滤波性能又极差,特别是聚脂薄膜电容的高频性能一般都比较差,因为它是用卷绕工艺生产的,并且聚脂薄膜介质高频响应特性与陶瓷或云母相比相差很远,一般聚脂薄膜介质都具有吸附效应,它会降低电容器的工作频率,聚脂薄膜电容工作频率范围大约都在1MHz 左右,超过1MHz 其阻抗将显著增加。 因此,为抑制电子设备产生的传导干扰,除了选用Y 电容和X 电容之外,还要同时选用多个类型的电感滤波器,组合起来一起滤除干扰。电感滤波器多属于低通滤波器,但电感滤波器也有很多规格类型,例如有:差模、共模,以及高频、低频等。每种电感主要都是针对某一小段频率的干扰信号滤除而起作用,对其它频率的干扰信号的滤除效果不大。通常,电感量很大的电感,其线圈匝数较多,那么电感的分布电容也很大。高频干扰信号将通过分布电容旁路掉。而且,导磁率很高的磁芯,其工作频率则较低。目前,大量使用的电感滤波器磁芯的工作频率大多数都在75MHz 以下。对于工作频率要求比较高的场合,必须选用高频环形磁芯,高频环形磁芯导磁率一般都不高,但漏感特别小,比如,非晶合金磁芯,坡莫合金等。
 
 
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电容的工作原理及电容的选择应用?什么是电容?电容的单位是什么?本文将详细为您解答! 
话说电容之一:电容的作用

作为无源元件之一的电容,其作用不外乎以下几种:
1、应用于电源电路,实现旁路、去藕、滤波和储能的作用。下面分类详述之:

1)旁路

旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件,它能使稳压器的输出均匀化,降低负载需求。 就像小型可充电电池样,旁路电容能够被充电,并向器件进行放电。 为尽量减少阻抗,旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚。 这能够很好地防止输入值过大而导致的地电位抬高和噪声。地弹是地连接处在通过大电流毛刺时的电压降。

QQ截图20170327213839.jpg


2)去藕

去藕,又称解藕。 从电路来说, 总是可以区分为驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大, 驱动电路要把电容充电、放电, 才能完成信号的跳变,在上升沿比较陡峭的时候, 电流比较大, 这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流,由于电路中的电感,电阻(特别是芯片管脚上的电感,会产生反弹),这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声,会影响前级的正常工作,这就是所谓的“耦合”。

去藕电容就是起到一个“电池”的作用,满足驱动电路电流的变化,避免相互间的耦合干扰。将旁路电容和去藕电容结合起来将更容易理解。旁路电容实际也是去藕合的,只是旁路电容一般是指高频旁路,也就是给高频的开关噪声高一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小,根据谐振频率一般取0.1μF、0.01μF 等;而去耦合电容的容量一般较大,可能是10μF 或者更大,依据电路中分布参数、以及驱动电流的变化大小来确定。

旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象,而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象,防止干扰信号返回电源。这应该是他们的本质区别。

3)滤波

从理论上(即假设电容为纯电容)说,电容越大,阻抗越小,通过的频率也越高。但实际上超过1μF 的电容大多为电解电容,有很大的电感成份,所以频率高后反而阻抗会增大。有时会看到有一个电容量较大电解电容并联了一个小电容,这时大电容通低频,小电容通高频。电容的作用就是通高阻低,通高频阻低频。电容越小低频越容易通过,电容越大高频越容易通过。具体用在滤波中,大电容(1000μF)滤低频,小电容(20pF)滤高频。曾有网友形象地将滤波电容比作“水塘”。由于电容的两端电压不会突变,由此可知,信号频率越高则衰减越大,可很形象的说电容像个水塘,不会因几滴水的加入或蒸发而引起水量的变化。它把电压的变动转化为电流的变化,频率越高,峰值电流就越大,从而缓冲了电压。滤波就是充电,放电的过程。

4)储能

储能型电容器通过整流器收集电荷,并将存储的能量通过变换器引线传送至电源的输出端。 电压额定值为40~450VDC、电容值在220~150 000μF 之间的铝电解电容器(如EPCOS 公司的 B43504 或B43505)是较为常用的。根据不同的电源要求,器件有时会采用串联、并联或其组合的形式, 对于功率级超过10KW 的电源,通常采用体积较大的罐形螺旋端子电容器。

2、应用于信号电路,主要完成耦合、振荡/同步及时间常数的作用:

1)耦合

举个例子来讲,晶体管放大器发射极有一个自给偏压电阻,它同时又使信号产生压降反馈到输入端形成了输入输出信号耦合, 这个电阻就是产生了耦合的元件,如果在这个电阻两端并联一个电容, 由于适当容量的电容器对交流信号 较小的阻抗,这样就减小了电阻产生的耦合效应,故称此电容为去耦电容。

2)振荡/同步

包括RC、LC 振荡器及晶体的负载电容都属于这一范畴。

3)时间常数

这就是常见的 R、C 串联构成的积分电路。当输入信号电压加在输入端时,电容(C)上的电压逐渐上升。而其充电电流则随着电压的上升而减小。电流通过电阻(R)、电容(C)的特性通过下面的公式描述:

i = (V / R)e - (t / CR)

话说电容之二:电容的选择

通常,应该如何为我们的电路选择一颗合适的电容呢?笔者认为,应基于以 下几点考虑:

1、静电容量;
2、额定耐压;
3、容值误差;
4、直流偏压下的电容变化量;
5、噪声等级;
6、电容的类型;
7、电容的规格。

那么,是否有捷径可寻呢?其实,电容作为器件的外围元件,几乎每个器件的 Datasheet 或者 Solutions,都比较明确地指明了外围元件的选择参数,也就是说,据此可以获得基本的器件选择要求,然后再进一步完善细化之。其实选用电容时不仅仅是只看容量和封装,具体要看产品所使用环境,特殊的电路必须用特殊的电容。

下面是 chip capacitor 根据电介质的介电常数分类, 介电常数直接影响电

路的稳定性。

NP0 or CH (K 《 150): 电气性能最稳定,基本上不随温度﹑电压与时间的改变而改变,适用于对稳定性要求高的高频电路。鉴于K 值较小,所以在0402、0603、0805 封装下很难有大容量的电容。如 0603 一般最大的 10nF以下。X7R or YB (2000 《 K 《 4000): 电气性能较稳定,在温度﹑电压与时间改变时性能的变化并不显著(?C 《 ±10%)。适用于隔直、偶合、旁路与对容量稳定性要求不太高的全频鉴电路。Y5V or YF(K 》 15000): 容量稳定性较 X7R 差(?C 《 +20% ~ -80%),容量﹑损耗对温度、电压等测试条件较敏感,但由于其K 值较大,所以适用于一些容值要求较高的场合。

话说电容之三:电容的分类

电容的分类方式及种类很多,基于电容的材料特性,其可分为以下几大类:

1、铝电解电容

电容容量范围为0.1μF ~ 22000μF,高脉动电流、长寿命、大容量的不二之选,广泛应用于电源滤波、解藕等场合。

2、薄膜电容

电容容量范围为0.1pF ~ 10μF,具有较小公差、较高容量稳定性及极低的压电效应,因此是X、Y 安全电容、EMI/EMC 的首选。

3、钽电容

电容容量范围为2.2μF ~ 560μF,低等效串联电阻(ESR)、低等效串联 电感(ESL)。脉动吸收、瞬态响应及噪声抑制都优于铝电解电容,是高稳定电源的理想选择。

4、陶瓷电容

电容容量范围为0.5pF ~ 100μF,独特的材料和薄膜技术的结晶,迎合了当今“更轻、更薄、更节能“的设计理念。

5、超级电容

电容容量范围为0.022F ~ 70F,极高的容值,因此又称做“金电容”或者“法拉电容”。主要特点是:超高容值、良好的充/放电特性,适合于电能存储 和电源备份。缺点是耐压较低,工作温度范围较窄。

话说电容之四:多层陶瓷电容(MLCC)

对于电容而言,小型化和高容量是永恒不变的发展趋势。其中,要数多层陶瓷电容(MLCC)的发展最快。

多层陶瓷电容在便携产品中广泛应用极为广泛,但近年来数字产品的技术进步对其提出了新要求。例如,手机要求更高的传输速率和更高的性能;基带处理器要求高速度、低电压;LCD 模块要求低厚度(0.5mm)、大容量电容。 而汽车环境的苛刻性对多层陶瓷电容更有特殊的要求:首先是耐高温,放置于其中的多层陶瓷电容必须能满足150℃ 的工作温度;其次是在电池电路上需要短路失效保护设计。

也就是说,小型化、高速度和高性能、耐高温条件、高可靠性已成为陶瓷电容的关键特性。

陶瓷电容的容量随直流偏置电压的变化而变化。直流偏置电压降低了介电常数, 因此需要从材料方面,降低介电常数对电压的依赖,优化直流偏置电压特性。

应用中较为常见的是 X7R(X5R)类多层陶瓷电容, 它的容量主要集中在1000pF 以上,该类电容器主要性能指标是等效串联电阻(ESR),在高波纹电 流的电源去耦、滤波及低频信号耦合电路的低功耗表现比较突出。

另一类多层陶瓷电容是 C0G 类,它的容量多在 1000pF 以下, 该类电容器主要性能指标是损耗角正切值 tgδ(DF)。传统的贵金属电极(NME)的 C0G 产品 DF 值范围是 (2.0 ~ 8.0) × 10-4,而技术创新型贱金属电极(BME)的C0G 产品 DF 值范围为 (1.0 ~ 2.5) × 10-4, 约是前者的 31 ~ 50%。 该 类产品在载有 T/R 模块电路的 GSM、CDMA、无绳电话、蓝牙、GPS 系统中低功耗特性较为显著。较多用于各种高频电路,如振荡/同步器、定时器电路等。

话说电容之五:钽电容

替代电解电容的误区通常的看法是钽电容性能比铝电容好,因为钽电容的介质为阳极氧化后生成 的五氧化二钽,它的介电能力(通常用ε 表示)比铝电容的三氧化二铝介质要高。

因此在同样容量的情况下,钽电容的体积能比铝电容做得更小。(电解电容的电 容量取决于介质的介电能力和体积,在容量一定的情况下,介电能力越高,体积 就可以做得越小,反之,体积就需要做得越大)再加上钽的性质比较稳定,所以 通常认为钽电容性能比铝电容好。

但这种凭阳极判断电容性能的方法已经过时了,目前决定电解电容性能的关 键并不在于阳极,而在于电解质,也就是阴极。因为不同的阴极和不同的阳极可 以组合成不同种类的电解电容,其性能也大不相同。采用同一种阳极的电容由于 电解质的不同,性能可以差距很大,总之阳极对于电容性能的影响远远小于阴极。 还有一种看法是认为钽电容比铝电容性能好,主要是由于钽加上二氧化锰阴 极助威后才有明显好于铝电解液电容的表现。如果把铝电解液电容的阴极更换为 二氧化锰, 那么它的性能其实也能提升不少。

可以肯定,ESR 是衡量一个电容特性的主要参数之一。 但是,选择电容,应避免 ESR 越低越好,品质越高越好等误区。衡量一个产品,一定要全方位、 多角度的去考虑,切不可把电容的作用有意无意的夸大。

---以上引用了部分网友的经验总结。

普通电解电容的结构是阳极和阴极和电解质,阳极是钝化铝,阴极是纯铝, 所以关键是在阳极和电解质。阳极的好坏关系着耐压电介系数等问题。

一般来说,钽电解电容的ESR 要比同等容量同等耐压的铝电解电容小很多, 高频性能更好。如果那个电容是用在滤波器电路(比如中心为50Hz 的带通滤波益。然而,这需要你在PCB 面积、器件数目与成本之间寻求折衷。

话说电容之六:电解电容的电参数

这里的电解电容器主要指铝电解电容器,其基本的电参数包括下列五点:
 
1、电容值

电解电容器的容值,取决于在交流电压下工作时所呈现的阻抗。因此容值, 也就是交流电容值,随着工作频率、电压以及测量方法的变化而变化。在标准 JISC 5102 规定:铝电解电容的电容量的测量条件是在频率为 120Hz,最大交 流电压为 0.5Vrms,DC bias 电压为1.5 ~ 2.0V 的条件下进行。可以断言, 铝电解电容器的容量随频率的增加而减小。

2、损耗角正切值 Tan δ
在电容器的等效电路中,串联等效电阻 ESR 同容抗 1/ωC 之比称之为 Tan δ, 这里的 ESR 是在 120Hz 下计算获得的值。显然,Tan δ 随着测量频率 的增加而变大,随测量温度的下降而增大。

3、阻抗 Z

在特定的频率下,阻碍交流电流通过的电阻即为所谓的阻抗(Z)。它与电 容等效电路中的电容值、电感值密切相关,且与 ESR 也有关系。

Z = √ [ESR2 + (XL - XC)2 ]
式中,XC = 1 / ωC = 1 / 2πfC

XL = ωL = 2πfL
电容的容抗(XC)在低频率范围内随着频率的增加逐步减小,频率继续增加 达到中频范围时电抗(XL)降至 ESR 的值。当频率达到高频范围时感抗(XL) 变为主导,所以阻抗是随着频率的增加而增加。

4、漏电流

电容器的介质对直流电流具有很大的阻碍作用。然而,由于铝氧化膜介质上 浸有电解液,在施加电压时,重新形成的以及修复氧化膜的时候会产生一种很小 的称之为漏电流的电流。通常,漏电流会随着温度和电压的升高而增大。

5、纹波电流和纹波电压

在一些资料中将此二者称做“涟波电流”和“涟波电压”,其实就是 ripple current,ripple voltage。 含义即为电容器所能耐受纹波电流/电压值。 它们和ESR 之间的关系密切,可以用下面的式子表示:

Urms = Irms × R

式中,Vrms 表示纹波电压

Irms 表示纹波电流
R 表示电容的 ESR

由上可见,当纹波电流增大的时候,即使在 ESR 保持不变的情况下,涟波电压也会成倍提高。换言之,当纹波电压增大时,纹波电流也随之增大,这也是要求电容具备更低 ESR 值的原因。叠加入纹波电流后,由于电容内部的等效串连电阻(ESR)引起发热,从而影响到电容器的使用寿命。一般的,纹波电流与 频率成正比,因此低频时纹波电流也比较低。

话说电容之七:电容器参数的基本公式

1、容量(法拉)

英制: C = ( 0.224 × K · A) / TD

公制: C = ( 0.0884 × K · A) / TD

2、电容器中存储的能量

E = 1/2 CV2

3、电容器的线性充电量

I = C (dV/dt)

4、电容的总阻抗(欧姆)

Z = √ [ RS

2 + (XC – XL)2 ]

5、容性电抗(欧姆)

XC = 1/(2πfC)

6、相位角 Ф

理想电容器:超前当前电压 90o

理想电感器:滞后当前电压 90o

理想电阻器:与当前电压的相位相同

7、耗散系数 (%)

D.F. = tan δ (损耗角)

= ESR / XC

= (2πfC)(ESR)

8、品质因素

Q = cotan δ = 1/ DF

9、等效串联电阻ESR(欧姆)

ESR = (DF) XC = DF/ 2πfC

10、功率消耗

Power Loss = (2πfCV2) (DF)

11、功率因数

PF = sin δ (loss angle) – cos Ф (相位角)

12、均方根

rms = 0.707 × Vp

13、千伏安KVA (千瓦)

KVA = 2πfCV2 × 10-3

14、电容器的温度系数

T.C. = [ (Ct – C25) / C25 (Tt – 25) ] × 106

15、容量损耗(%)

CD = [ (C1 – C2) / C1 ] × 100

16、陶瓷电容的可靠性

L0 / Lt = (Vt / V0) X (Tt / T0)Y

17、串联时的容值

n 个电容串联:1/CT = 1/C1 + 1/C2 + ,,。 + 1/Cn

两个电容串联:CT = C1 · C2 / (C1 + C2)

18、并联时的容值

CT = C1 + C2 + ,,。 + Cn

19、重复次数(Againg Rate)

A.R. = % △C / decade of time

上述公式中的符号说明如下:

K = 介电常数

A = 面积

TD = 绝缘层厚度

V = 电压

t = 时间

RS = 串联电阻

f = 频率

L = 电感感性系数

δ = 损耗角

Ф = 相位角

L0 = 使用寿命

Lt = 试验寿命

Vt = 测试电压

V0 = 工作电压

Tt = 测试温度

T0 = 工作温度

X , Y = 电压与温度的效应指数。

话说电容之八:电源输入端的X,Y 安全电容

在交流电源输入端,一般需要增加三个电容来抑制EMI 传导干扰。交流电源的输入一般可分为三根线:火线(L)/零线(N)/地线(G)。在火线和地线之间及在零线和地线之间并接的电容,一般称之为Y 电容。这两个Y电容连接的位置比较关键,必须需要符合相关安全标准,以防引起电子设备漏电或机壳带电,容易危及人身安全及生命,所以它们都属于安全电容,要求电容值不能偏大,而耐压必须较高。一般地,工作在亚热带的机器,要求对地漏电电流不能超0.7mA;工作在温带机器,要求对地漏电电流不能超过0.35mA。因此,Y 电容的总容量一般都不能超过4700pF。

特别提示:Y 电容为安全电容,必须取得安全检测机构的认证。Y 电容的耐压一般都标有安全认证标志和AC250V 或AC275V 字样,但其真正的直流耐压高达5000V 以上。因此,Y 电容不能随意使用标称耐压AC250V,或DC400V之类的普通电容来代用。

在火线和零线抑制之间并联的电容,一般称之为X 电容。由于这个电容连接的位置也比较关键,同样需要符合安全标准。因此,X 电容同样也属于安全电容之一。X 电容的容值允许比Y 电容大,但必须在X 电容的两端并联一个安全电阻,用于防止电源线拔插时,由于该电容的充放电过程而致电源线插头长时间带电。安全标准规定,当正在工作之中的机器电源线被拔掉时,在两秒钟内,电源线插头两端带电的电压(或对地电位)必须小于原来额定工作电压的30%。同理,X 电容也是安全电容,必须取得安全检测机构的认证。X 电容的耐压一般都标有安全认证标志和AC250V 或AC275V 字样,但其真正的直流耐压高达2000V 以上,使用的时候不要随意使用标称耐压AC250V,或DC400V 之类的普通电容来代用。

X 电容一般都选用纹波电流比较大的聚脂薄膜类电容,这种电容体积一般都很大,但其允许瞬间充放电的电流也很大,而其内阻相应较小。普通电容纹波电流的指标都很低,动态内阻较高。用普通电容代替X 电容,除了耐压条件不能 满足以外,一般纹波电流指标也是难以满足要求的。

实际上,仅仅依赖于Y 电容和X 电容来完全滤除掉传导干扰信号是不太可能的。因为干扰信号的频谱非常宽,基本覆盖了几十KHz 到几百MHz,甚至上千MHz 的频率范围。通常,对低端干扰信号的滤除需要很大容量的滤波电容,但受到安全条件的限制,Y 电容和X 电容的容量都不能用大;对高端干扰信号的滤除,大容量电容的滤波性能又极差,特别是聚脂薄膜电容的高频性能一般都比较差,因为它是用卷绕工艺生产的,并且聚脂薄膜介质高频响应特性与陶瓷或云母相比相差很远,一般聚脂薄膜介质都具有吸附效应,它会降低电容器的工作频率,聚脂薄膜电容工作频率范围大约都在1MHz 左右,超过1MHz 其阻抗将显著增加。 因此,为抑制电子设备产生的传导干扰,除了选用Y 电容和X 电容之外,还要同时选用多个类型的电感滤波器,组合起来一起滤除干扰。电感滤波器多属于低通滤波器,但电感滤波器也有很多规格类型,例如有:差模、共模,以及高频、低频等。每种电感主要都是针对某一小段频率的干扰信号滤除而起作用,对其它频率的干扰信号的滤除效果不大。通常,电感量很大的电感,其线圈匝数较多,那么电感的分布电容也很大。高频干扰信号将通过分布电容旁路掉。而且,导磁率很高的磁芯,其工作频率则较低。目前,大量使用的电感滤波器磁芯的工作频率大多数都在75MHz 以下。对于工作频率要求比较高的场合,必须选用高频环形磁芯,高频环形磁芯导磁率一般都不高,但漏感特别小,比如,非晶合金磁芯,坡莫合金等。
 
 
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T6113电气控制系统的设计

智能制造类 自动化 2016-11-21 09:57 发表了文章 来自相关话题

随着机械工业的发展,作为工作母机的各类机床得到了广泛的应用,而这些机床的自动化和精密程度却有很大差异。在欧美、日本等国家里,他们的机床数控化程度都相对比较高,但在我国国内的机床大约有90%多还处于老式的继电器控制下。由于继电器控制的机床有耗材、耗能、故障率高的缺陷,从而浪费了很多的人力、物力和财力。如果说把这些机床全部都更新换代,那样会需要很大一笔资金,就目前情况上来说是不现实的,所以就有人开始尝试从控制部分的改造方面来下手,将它们的性能提升一个档次,更可以解决它的一些弊端。

基于以上情况,我选择了用PLC来完成T6113卧式镗床的电气控制部分这个题目,目的是使机床能快速响应动作,灵活可靠的完成生产任务,而故障率要相应降低。PLC以内部的逻辑触点代替了继电器的机械触点,来控制机床的动作,逻辑触点与机械触点相比动作时间大大缩短,连接快而可靠,还有就是它的寿命比机械触点有很大幅度的增长,可达到几百万次到千万次。

经过设计并作了实物的演示,结果证明了设计的成功。
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随着机械工业的发展,作为工作母机的各类机床得到了广泛的应用,而这些机床的自动化和精密程度却有很大差异。在欧美、日本等国家里,他们的机床数控化程度都相对比较高,但在我国国内的机床大约有90%多还处于老式的继电器控制下。由于继电器控制的机床有耗材、耗能、故障率高的缺陷,从而浪费了很多的人力、物力和财力。如果说把这些机床全部都更新换代,那样会需要很大一笔资金,就目前情况上来说是不现实的,所以就有人开始尝试从控制部分的改造方面来下手,将它们的性能提升一个档次,更可以解决它的一些弊端。

基于以上情况,我选择了用PLC来完成T6113卧式镗床的电气控制部分这个题目,目的是使机床能快速响应动作,灵活可靠的完成生产任务,而故障率要相应降低。PLC以内部的逻辑触点代替了继电器的机械触点,来控制机床的动作,逻辑触点与机械触点相比动作时间大大缩短,连接快而可靠,还有就是它的寿命比机械触点有很大幅度的增长,可达到几百万次到千万次。

经过设计并作了实物的演示,结果证明了设计的成功。
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如何看懂电气控制电路图

机械自动化类 集运物流 2016-11-08 11:47 发表了文章 来自相关话题

看电气控制电路图一般方法是先看主电路,再看辅助电路,并用辅助电路的回路去研究主电路的控制程序。电气控制原理图一般是分为主电路和辅助电路两部分。其中的主电路是电气控制线路中大电流流过的部分,包括从电源到电机之间相连的电器元件。而辅助电路是控制线路中除了主电路以外的电路,其流过的电流比较小。



电气控制原理图

分析主电路:无论线路设计还是线路分析都是先从主电路入手。主电路的作用是保证机床拖动要求的实现。从主电路的构成可分析出电动机或执行电器的类型、工作方式,起动、转向、调速、制动等控制要求与保护要求等内容。


分析控制电路:主电路各控制要求是由控制电路来实现的,运用“化整为零”、“顺藤摸瓜”的原则,将控制电路按功能划分为若干个局部控制线路,从电源和主令信号开始,经过逻辑判断,写出控制流程,以简便明了的方式表达出电路的自动工作过程。


分析辅助电路:辅助电路包括执行元件的工作状态显示、电源显示、参数测定、照明和故障报警等。这部分电路具有相对独立性,起辅助作用但又不影响主要功能。辅助电路中很多部分是受控制电路中的元件来控制的。


分析联锁与保护环节:生产机械对于安全性、可靠性有很高的要求,实现这些要求,除了合理地选择拖动、控制方案外,在控制线路中还设置了一系列电气保护和必要的电气联锁。在电气控制原理图的分析过程中,电气联锁与电气保护环节是一个重要内容,不能遗漏。

 
总体检查:经过“化整为零”,逐步分析了每一局部电路的工作原理以及各部分之间的控制关系之后,还必须用“集零为整”的方法检查整个控制线路,看是否有遗漏。特别要从整体角度去进一步检查和理解各控制环节之间的联系,以达到正确理解原理图中每一个电气元器件的作用。

 

1、看主电路的步骤


第一步:看清主电路中用电设备。用电设备指消耗电能的用电器具或电气设备,看图首先要看清楚有几个用电器,它们的类别、用途、接线方式及一些不同要求等。


第二步:要弄清楚用电设备是用什么电器元件控制的。控制电气设备的方法很多,有的直接用开关控制,有的用各种启动器控制,有的用接触器控制。

 
第三步:了解主电路中所用的控制电器及保护电器。前者是指除常规接触器以外的其他控制元件,如电源开关(转换开关及空气、万能转换开关。后者是指短路保护器件及过载保护器件,如空气断路器中电磁脱扣器及热过载脱扣器的规格、熔断器、热继电器及过电流继电器等元件的用途及规格。一般来说,对主电路作如上内容的分析以后,即可分析辅助电路。

 
第四步:看电源。要了解电源电压等级,是380V还是220V,是从母线汇流排供电还是配电屏供电,还是从发电机组接出来的。

 

2、看辅助电路的步骤

 
辅助电路包含控制电路、信号电路和照明电路。分析控制电路。根据主电路中各电动机和执行电器的控制要求,逐一找出控制电路中的其他控制环节,将控制线路化整为零,按功能不同划分成若干个局部控制线路来进行分析。如果控制线路较复杂,则可先排除照明、显示等与控制关系不密切的电路,以便集中精力进行分析。


第一步:看电源。首先看清电源的种类。是交流还是直流。其次。要看清辅助电路的电源是从什么地方接来的,及其电压等级。辅助电源一般是引自主电路或隔离变压器,其电压常为交流380V或2220V。辅助电路为直流时,直流电源可从整流器、发电机组或放大器上接来,其电压一般为。辅助电路中的一切电器元件的线圈额定电压必须与辅助电路电源电压一致。否则,电压低时电路元件不动作;电压高时,则会把电器元件线圈烧坏。

 
第二步:了解控制电路中所采用的各种继电器、接触器的用途。如采用了一些特殊结构的继电器,还应了解他们的动作原理

 
第三步:根据辅助电路来研究主电路的动作情况。分析了上面这些内容再结合主电路中的要求,就可以分析辅助电路的动作过程。控制电路总是按动作顺序画在两条水平电源线或两条垂直电源线之间的。因此,也就可从左到右或从上到下来进行分析。对复杂的辅助电路,在电路中整个辅助电路构成一条大回路,在这条大回路中又分成几条独立的小回路,每条小回路控制一个用电器或一个动作。当某条小回路形成闭合回路有电流流过时,在回路中的电器元件(接触器或继电器)则动作,把用电设备接人或切除电源。在辅助电路中一般是靠按钮或转换开关把电路接通的。对于控制电路的分析必须随时结合主电路的动作要求来进行,只有全面了解主电路对控制电路的要求以后,才能真正掌握控制电路的动作原理,不可孤立地看待各部分的动作原理,而应注意各个动作之间是否有互相制约的关系,如电动机正、反转之间应设有联锁等。

 
第四步:研究电器元件之间的相互关系。电路中的一切电器元件都不是孤立存在的而是相互联系、相互制约的。这种互相控制的关系有时表现在一条回路中,有时表现在几条回路中。

 
第五步:研究其他电气设备和电器元件。如整流设备、照明灯等。

 
综上所述,电气控制电路图的查线看图法的要点为:

(1)分析主电路。从主电路人手,根据每台电动机和执行电器的控制要求去分析各电动机和执行电器的控制内容,如电动机启动、转向控制、制动等基本控制环节。

(2)分析辅助电路。看辅助电路电源,弄清辅助电路中各电器元件的作用及其相互间的制约关系。

(3)分析联锁与保护环节。生产机械对于安全性、可靠性有很高的要求,实现这些要求,除了合理地选择拖动、控制方案以外,在控制线路中还设置了一系列电气保护和必要的电气联锁。

(4)分析特殊控制环节。在某些控制线路中,还设置了一些与主电路、控制电路关系不密切,相对独立的某些特殊环节。如产品计数装置、自动检测系统、晶闸管触发电路、自动调温装置等。这些部分往往自成一个小系统,其读图分析的方法可参照上述分析过程,并灵活运用所学过的电子技术、交流技术、自控系统、检测与转换等知识逐一分析。

(5)总体检查。经过化整为零,逐步分析了每一局部电路的工作原理以及各部分之间的控制关系之后,还必须用集零为整的方法,检查整个控制线路,看是否有遗漏。最后还要从整体角度去进一步检查和理解各控制环节之间的联系,以达到清楚地理解电路图中每一电气元器件的作用、工作过程及主要参数。

①先要知道这个设备是如何操作的、使用的、工作的;
②看这个设备的电路框图,弄清楚框图之间的联系、关系、相互作用,用你了解的设备的操作、使用、工作来理解分析框图;
③进入一个个框图的具体电路。找框图的电源端、信号的输入输出端……
④打开设备的实际电路,先对应框图找相应部分电路,把实际电路按框图分成几个部分;
⑤进入一个个部分电路,对照电路图,找相应元器件的位置,不断反复理解记忆实际电路中各个主要元件的作用、工作、可能故障表现;
⑥最终实现电路图、实际电路的理解和故障维修!
 
 
 
 
 
 
来源:工控自动化培训
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看电气控制电路图一般方法是先看主电路,再看辅助电路,并用辅助电路的回路去研究主电路的控制程序。电气控制原理图一般是分为主电路和辅助电路两部分。其中的主电路是电气控制线路中大电流流过的部分,包括从电源到电机之间相连的电器元件。而辅助电路是控制线路中除了主电路以外的电路,其流过的电流比较小。



电气控制原理图

分析主电路:无论线路设计还是线路分析都是先从主电路入手。主电路的作用是保证机床拖动要求的实现。从主电路的构成可分析出电动机或执行电器的类型、工作方式,起动、转向、调速、制动等控制要求与保护要求等内容。


分析控制电路:主电路各控制要求是由控制电路来实现的,运用“化整为零”、“顺藤摸瓜”的原则,将控制电路按功能划分为若干个局部控制线路,从电源和主令信号开始,经过逻辑判断,写出控制流程,以简便明了的方式表达出电路的自动工作过程。


分析辅助电路:辅助电路包括执行元件的工作状态显示、电源显示、参数测定、照明和故障报警等。这部分电路具有相对独立性,起辅助作用但又不影响主要功能。辅助电路中很多部分是受控制电路中的元件来控制的。


分析联锁与保护环节:生产机械对于安全性、可靠性有很高的要求,实现这些要求,除了合理地选择拖动、控制方案外,在控制线路中还设置了一系列电气保护和必要的电气联锁。在电气控制原理图的分析过程中,电气联锁与电气保护环节是一个重要内容,不能遗漏。

 
总体检查:经过“化整为零”,逐步分析了每一局部电路的工作原理以及各部分之间的控制关系之后,还必须用“集零为整”的方法检查整个控制线路,看是否有遗漏。特别要从整体角度去进一步检查和理解各控制环节之间的联系,以达到正确理解原理图中每一个电气元器件的作用。

 

1、看主电路的步骤


第一步:看清主电路中用电设备。用电设备指消耗电能的用电器具或电气设备,看图首先要看清楚有几个用电器,它们的类别、用途、接线方式及一些不同要求等。


第二步:要弄清楚用电设备是用什么电器元件控制的。控制电气设备的方法很多,有的直接用开关控制,有的用各种启动器控制,有的用接触器控制。

 
第三步:了解主电路中所用的控制电器及保护电器。前者是指除常规接触器以外的其他控制元件,如电源开关(转换开关及空气、万能转换开关。后者是指短路保护器件及过载保护器件,如空气断路器中电磁脱扣器及热过载脱扣器的规格、熔断器、热继电器及过电流继电器等元件的用途及规格。一般来说,对主电路作如上内容的分析以后,即可分析辅助电路。

 
第四步:看电源。要了解电源电压等级,是380V还是220V,是从母线汇流排供电还是配电屏供电,还是从发电机组接出来的。

 

2、看辅助电路的步骤

 
辅助电路包含控制电路、信号电路和照明电路。分析控制电路。根据主电路中各电动机和执行电器的控制要求,逐一找出控制电路中的其他控制环节,将控制线路化整为零,按功能不同划分成若干个局部控制线路来进行分析。如果控制线路较复杂,则可先排除照明、显示等与控制关系不密切的电路,以便集中精力进行分析。


第一步:看电源。首先看清电源的种类。是交流还是直流。其次。要看清辅助电路的电源是从什么地方接来的,及其电压等级。辅助电源一般是引自主电路或隔离变压器,其电压常为交流380V或2220V。辅助电路为直流时,直流电源可从整流器、发电机组或放大器上接来,其电压一般为。辅助电路中的一切电器元件的线圈额定电压必须与辅助电路电源电压一致。否则,电压低时电路元件不动作;电压高时,则会把电器元件线圈烧坏。

 
第二步:了解控制电路中所采用的各种继电器、接触器的用途。如采用了一些特殊结构的继电器,还应了解他们的动作原理

 
第三步:根据辅助电路来研究主电路的动作情况。分析了上面这些内容再结合主电路中的要求,就可以分析辅助电路的动作过程。控制电路总是按动作顺序画在两条水平电源线或两条垂直电源线之间的。因此,也就可从左到右或从上到下来进行分析。对复杂的辅助电路,在电路中整个辅助电路构成一条大回路,在这条大回路中又分成几条独立的小回路,每条小回路控制一个用电器或一个动作。当某条小回路形成闭合回路有电流流过时,在回路中的电器元件(接触器或继电器)则动作,把用电设备接人或切除电源。在辅助电路中一般是靠按钮或转换开关把电路接通的。对于控制电路的分析必须随时结合主电路的动作要求来进行,只有全面了解主电路对控制电路的要求以后,才能真正掌握控制电路的动作原理,不可孤立地看待各部分的动作原理,而应注意各个动作之间是否有互相制约的关系,如电动机正、反转之间应设有联锁等。

 
第四步:研究电器元件之间的相互关系。电路中的一切电器元件都不是孤立存在的而是相互联系、相互制约的。这种互相控制的关系有时表现在一条回路中,有时表现在几条回路中。

 
第五步:研究其他电气设备和电器元件。如整流设备、照明灯等。

 
综上所述,电气控制电路图的查线看图法的要点为:

(1)分析主电路。从主电路人手,根据每台电动机和执行电器的控制要求去分析各电动机和执行电器的控制内容,如电动机启动、转向控制、制动等基本控制环节。

(2)分析辅助电路。看辅助电路电源,弄清辅助电路中各电器元件的作用及其相互间的制约关系。

(3)分析联锁与保护环节。生产机械对于安全性、可靠性有很高的要求,实现这些要求,除了合理地选择拖动、控制方案以外,在控制线路中还设置了一系列电气保护和必要的电气联锁。

(4)分析特殊控制环节。在某些控制线路中,还设置了一些与主电路、控制电路关系不密切,相对独立的某些特殊环节。如产品计数装置、自动检测系统、晶闸管触发电路、自动调温装置等。这些部分往往自成一个小系统,其读图分析的方法可参照上述分析过程,并灵活运用所学过的电子技术、交流技术、自控系统、检测与转换等知识逐一分析。

(5)总体检查。经过化整为零,逐步分析了每一局部电路的工作原理以及各部分之间的控制关系之后,还必须用集零为整的方法,检查整个控制线路,看是否有遗漏。最后还要从整体角度去进一步检查和理解各控制环节之间的联系,以达到清楚地理解电路图中每一电气元器件的作用、工作过程及主要参数。

①先要知道这个设备是如何操作的、使用的、工作的;
②看这个设备的电路框图,弄清楚框图之间的联系、关系、相互作用,用你了解的设备的操作、使用、工作来理解分析框图;
③进入一个个框图的具体电路。找框图的电源端、信号的输入输出端……
④打开设备的实际电路,先对应框图找相应部分电路,把实际电路按框图分成几个部分;
⑤进入一个个部分电路,对照电路图,找相应元器件的位置,不断反复理解记忆实际电路中各个主要元件的作用、工作、可能故障表现;
⑥最终实现电路图、实际电路的理解和故障维修!
 
 
 
 
 
 
来源:工控自动化培训
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50条电气控制知识+实用算法

智能制造类 将计就计 2016-10-11 15:42 发表了文章 来自相关话题

一、50条电气控制知识

 

    1.按用途分类,低压电器分为控制电器、主令电器、保护电器、配电电器和执行电器。


    2.按执行机能分类,低压电器分为有触点电器和无触点电器。

 
    3.按工作原理分类,低压电器分为电磁式电器和非电量控制电器。
 

    4.电磁机构由吸引线圈、铁心、衔铁等几部分组成。
 

    5.电磁式电器分为直流和交流两大类,都是利用电磁铁的原理制成的。
 

    6.刀开关接线时,电源进线应接在静插座一边的进线端,用电设备应接在动触刀一边的出线断。

 
    7.使用铁壳开关时,外壳应可靠接地,防止以外漏电造成触电事故

 
    8.接触器主要由电磁系统、触点系统、和灭弧装置组成。


    9.直流接触器不会产生涡流和磁滞损耗,所以不发热。


    10.继电器是一种根据外界输入信号来控制电路通断的自动切换电器。


    11.继电器和接触器相比用于切换小电流的控制电路和保护电路,故继电器没有灭弧装置,也无主辅触点之分。

 
    12.速度继电器主要用于笼型异步电动机的反接制动控制。

 
    13.接近开关又称做无触点行程开关。

 
    14.熔断器主要由熔体和安装熔体的熔管组成。


    15.断路器主要由触点、灭弧系统和脱扣器组成。


    16.常用的短路保护电器是熔断器和自动空气断路器。

 
    17.常用的过载保护电器是热继电器。

 
    18.PLC的硬件是由主机、I/O扩展模块和各种外部设备组成。


    19.PLC的软件系统由系统程序和用户程序组成。


    20.PLC执行程序的过程分为输入采样或输入处理、程序执行和输出刷新或输出处理三个阶段。

 
    21.通常一条PLC指令由步序号、助记符和元件号三部分组成。

 
    22.PLC等效电路中的继电器并不是实际的继电器,为了将其与实际继电器区别,通常把它们称为“软继电器”。

 
    23.状态转移图中,每一状态提供:驱动负载、指定转换条件、置位新状态三个功能。

 
    24、低压电器是指工作电压在_直流1500V或_交流1200V以下的各种电器。


    25、触器按其主触头通过电流的种类,可分为直流_接触器和交流_接触器。


    26、继电接触器控制电路是由各种_按钮、行程开关、继电器、接触器、熔断器等元件组成,实现对电力拖动系统的起动、调速、制动、反向等的控制和保护,以满足对生产工艺对电力拖动控制的要求。


    27、热继电器是利用电流的热效应原理来工作的保护电器,它在电路中主要用作三相异步电动机的_过载保护。


    28、速度继电器主要用作反接制动控制。


    29、时间继电器是指用来实现触点延时接通或延时断开的控制_的电器。


    30、机床电气控制系统是由许多电气元件按照一定要求联接而成,实现对机床的电气自动控制。为了便于对控制系统进行设计、分析研究、安装调试、使用和维护,需要将电气元件及其相互联接,用国家规定的文字、符号和图形表示出来。这种图就是电气控制系统图。电气控制系统图包括:电气原理图、电气元件接线图、电气元件布置图三种图。


    31、在机床电控中,短路保护用_熔断器_;过载保护用热继电器_;过电流保护用_过电流继电器_。

 
    32、PLC的每一个扫描过程分为三个阶段,分别是:输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新三个阶段。


    33、电气控制图一般分为主电路和控制电路两部分。


    34、触头的结构形式有桥式触头、指形触头。


    35、接触器用于远距离频繁地接通或断开交直流主电路及大容量控制电路的一种自动开关电器。


    36、接触器的额定通断能力是指其主触头在规定条件下可靠地接通和分断的电流值。

 
    37、继电器是一种利用各种物理量的变化,将电量或非电量的变化转化为电磁力或使输出状态发生阶跃变化,从而通过其触头或突变量促使在同一电路或另一电路中的其他器件或装置动作的一种控制元件。


    38、继电器的调节装置用以改变继电器的动作参数。

 
    39、低压电器按用途分:低压配电电器、低压控制电器等。


    40、电磁式继电器反映的是电信号,当线圈反映电压信号时,为电压继电器;当线圈反映电流信号时,为电流继电器。

 
    41、电磁式电压继电器线圈并接在电路电压上,用于反映电路电压大小。
 

    42、电磁式电流继电器线圈串接在电路中,用于反映电路电流的大小。


    43、三相鼠笼式异步电动机Y-△降压启动时启动电流是直接启动电流的1/3倍,此方法只能用于定子绕组采用△接法的电动机。
 

    44、CMC-MX软起动器的起动方式:限流起动、电压斜坡起动;停车方式:自由停车、软停车。


    45、西驰一体式高压固态软起动装置是将开关柜和起动柜合二为一。

 
    46、选择接触器时应从其工作条件出发,控制交流负载应选用交流接触器;控制直流负载则选用直流接触器。

 
    47、接触器选用时,其主触点的额定工作电压应大于或等于负载电路的电压,主触点的额定工作电流应大于或_等于负载电路的电流,吸引线圈的额定电压应与控制回路电压相匹配。

 
    48、中间继电器的作用是将一个输入信号变成多个输出信号或将信号进行放大。

 
    49、笼型异步电动机常用的制动方式有:电气制动和机械制动。


    50、按国标规定,“停止”按钮必须是红色,“启动”按钮必须是绿色。

 


    二、电气实用速算法

 

    1、变压器低压侧电流为容量的1.5倍(精确时为1.44倍)

 

    2、变压器低压出口三相短路电流为容量的150倍除以变压器短路阻抗百分数(精确时为144倍)

 

    3、变压器10kV侧额定电流为容量的6%(精确时为5.8%);6kV侧额定电流为容量的10%(精确时为9.6%)

 

    4、0.4kV三相补偿电容器额定电流为容量的1.5倍(精确时为1.44倍)

 

    5、380V三相电机额定电流为容量和2倍

 

    6、一般情况下低压侧功率因数补偿至0.95,电容器容量约为变压器容量的1/3~2/5。一般使用场所适用,特殊场合,如电阻炉或气体放电灯的容量大的场所例外

 

    7、铜排载流量估算表


    铜排截面S(mm2)、允许载流量为I(A)、铜排截面S(mm2)、允许载流量为(IA)

    S≤100I=3.5S;200<S≤600I=2.5S

    100<S≤200I=3S;S>600I=2S

    注:铜排厚度越小,每mm2载流量就越大.

 

    8、三相380V笼式电机额定及起动电流保护计算


    额定电流安培数为其容量千瓦数的2倍,其起动电流约为容量的12~14倍,对直接起动的电机,保护短路塑壳开关瞬动电流为其容量17~24倍;对轻载且不经常起动的电机,熔丝电流为电机额定电流的2.5~3倍;对重载起动电机,熔丝电流为其额定电流和4~5倍.



    9、低压补偿电容器容量如何选择?其保护熔断器如何选?


    一般情况,补偿总千乏数为变压器容量千伏安数和30%~40%,单只容量电流安培数为其容量千乏数的1.5倍,保护熔断器熔丝电流不小于电容器额定电流的1.5倍。

    估算举例:


    一台1250kVA变压器,短路阻抗为6%,低压0.4kV额定电流Ie=1.5*1250=1875A;低压短路电流Ik=1250*150/6=31250=31.25kA;高压10kV侧电流I,I=1250*6%=75A;

 
    低压电容补偿容量约为Q=1250*1/3=420kVar.

 
    因此,高压电流互感器选75/5;


    低压电流互感器2000/5,2500/5;


    断路器选断流能力不小于35kA即可;

 
    补偿电容器柜两台,一台200kVar,一台220kVar.

 
    注:若高压电流互感器动稳定不符合要求时,可加大变比或另选电流互感器。
 
 
 
 
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一、50条电气控制知识

 

    1.按用途分类,低压电器分为控制电器、主令电器、保护电器、配电电器和执行电器。


    2.按执行机能分类,低压电器分为有触点电器和无触点电器。

 
    3.按工作原理分类,低压电器分为电磁式电器和非电量控制电器。
 

    4.电磁机构由吸引线圈、铁心、衔铁等几部分组成。
 

    5.电磁式电器分为直流和交流两大类,都是利用电磁铁的原理制成的。
 

    6.刀开关接线时,电源进线应接在静插座一边的进线端,用电设备应接在动触刀一边的出线断。

 
    7.使用铁壳开关时,外壳应可靠接地,防止以外漏电造成触电事故

 
    8.接触器主要由电磁系统、触点系统、和灭弧装置组成。


    9.直流接触器不会产生涡流和磁滞损耗,所以不发热。


    10.继电器是一种根据外界输入信号来控制电路通断的自动切换电器。


    11.继电器和接触器相比用于切换小电流的控制电路和保护电路,故继电器没有灭弧装置,也无主辅触点之分。

 
    12.速度继电器主要用于笼型异步电动机的反接制动控制。

 
    13.接近开关又称做无触点行程开关。

 
    14.熔断器主要由熔体和安装熔体的熔管组成。


    15.断路器主要由触点、灭弧系统和脱扣器组成。


    16.常用的短路保护电器是熔断器和自动空气断路器。

 
    17.常用的过载保护电器是热继电器。

 
    18.PLC的硬件是由主机、I/O扩展模块和各种外部设备组成。


    19.PLC的软件系统由系统程序和用户程序组成。


    20.PLC执行程序的过程分为输入采样或输入处理、程序执行和输出刷新或输出处理三个阶段。

 
    21.通常一条PLC指令由步序号、助记符和元件号三部分组成。

 
    22.PLC等效电路中的继电器并不是实际的继电器,为了将其与实际继电器区别,通常把它们称为“软继电器”。

 
    23.状态转移图中,每一状态提供:驱动负载、指定转换条件、置位新状态三个功能。

 
    24、低压电器是指工作电压在_直流1500V或_交流1200V以下的各种电器。


    25、触器按其主触头通过电流的种类,可分为直流_接触器和交流_接触器。


    26、继电接触器控制电路是由各种_按钮、行程开关、继电器、接触器、熔断器等元件组成,实现对电力拖动系统的起动、调速、制动、反向等的控制和保护,以满足对生产工艺对电力拖动控制的要求。


    27、热继电器是利用电流的热效应原理来工作的保护电器,它在电路中主要用作三相异步电动机的_过载保护。


    28、速度继电器主要用作反接制动控制。


    29、时间继电器是指用来实现触点延时接通或延时断开的控制_的电器。


    30、机床电气控制系统是由许多电气元件按照一定要求联接而成,实现对机床的电气自动控制。为了便于对控制系统进行设计、分析研究、安装调试、使用和维护,需要将电气元件及其相互联接,用国家规定的文字、符号和图形表示出来。这种图就是电气控制系统图。电气控制系统图包括:电气原理图、电气元件接线图、电气元件布置图三种图。


    31、在机床电控中,短路保护用_熔断器_;过载保护用热继电器_;过电流保护用_过电流继电器_。

 
    32、PLC的每一个扫描过程分为三个阶段,分别是:输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新三个阶段。


    33、电气控制图一般分为主电路和控制电路两部分。


    34、触头的结构形式有桥式触头、指形触头。


    35、接触器用于远距离频繁地接通或断开交直流主电路及大容量控制电路的一种自动开关电器。


    36、接触器的额定通断能力是指其主触头在规定条件下可靠地接通和分断的电流值。

 
    37、继电器是一种利用各种物理量的变化,将电量或非电量的变化转化为电磁力或使输出状态发生阶跃变化,从而通过其触头或突变量促使在同一电路或另一电路中的其他器件或装置动作的一种控制元件。


    38、继电器的调节装置用以改变继电器的动作参数。

 
    39、低压电器按用途分:低压配电电器、低压控制电器等。


    40、电磁式继电器反映的是电信号,当线圈反映电压信号时,为电压继电器;当线圈反映电流信号时,为电流继电器。

 
    41、电磁式电压继电器线圈并接在电路电压上,用于反映电路电压大小。
 

    42、电磁式电流继电器线圈串接在电路中,用于反映电路电流的大小。


    43、三相鼠笼式异步电动机Y-△降压启动时启动电流是直接启动电流的1/3倍,此方法只能用于定子绕组采用△接法的电动机。
 

    44、CMC-MX软起动器的起动方式:限流起动、电压斜坡起动;停车方式:自由停车、软停车。


    45、西驰一体式高压固态软起动装置是将开关柜和起动柜合二为一。

 
    46、选择接触器时应从其工作条件出发,控制交流负载应选用交流接触器;控制直流负载则选用直流接触器。

 
    47、接触器选用时,其主触点的额定工作电压应大于或等于负载电路的电压,主触点的额定工作电流应大于或_等于负载电路的电流,吸引线圈的额定电压应与控制回路电压相匹配。

 
    48、中间继电器的作用是将一个输入信号变成多个输出信号或将信号进行放大。

 
    49、笼型异步电动机常用的制动方式有:电气制动和机械制动。


    50、按国标规定,“停止”按钮必须是红色,“启动”按钮必须是绿色。

 


    二、电气实用速算法

 

    1、变压器低压侧电流为容量的1.5倍(精确时为1.44倍)

 

    2、变压器低压出口三相短路电流为容量的150倍除以变压器短路阻抗百分数(精确时为144倍)

 

    3、变压器10kV侧额定电流为容量的6%(精确时为5.8%);6kV侧额定电流为容量的10%(精确时为9.6%)

 

    4、0.4kV三相补偿电容器额定电流为容量的1.5倍(精确时为1.44倍)

 

    5、380V三相电机额定电流为容量和2倍

 

    6、一般情况下低压侧功率因数补偿至0.95,电容器容量约为变压器容量的1/3~2/5。一般使用场所适用,特殊场合,如电阻炉或气体放电灯的容量大的场所例外

 

    7、铜排载流量估算表


    铜排截面S(mm2)、允许载流量为I(A)、铜排截面S(mm2)、允许载流量为(IA)

    S≤100I=3.5S;200<S≤600I=2.5S

    100<S≤200I=3S;S>600I=2S

    注:铜排厚度越小,每mm2载流量就越大.

 

    8、三相380V笼式电机额定及起动电流保护计算


    额定电流安培数为其容量千瓦数的2倍,其起动电流约为容量的12~14倍,对直接起动的电机,保护短路塑壳开关瞬动电流为其容量17~24倍;对轻载且不经常起动的电机,熔丝电流为电机额定电流的2.5~3倍;对重载起动电机,熔丝电流为其额定电流和4~5倍.



    9、低压补偿电容器容量如何选择?其保护熔断器如何选?


    一般情况,补偿总千乏数为变压器容量千伏安数和30%~40%,单只容量电流安培数为其容量千乏数的1.5倍,保护熔断器熔丝电流不小于电容器额定电流的1.5倍。

    估算举例:


    一台1250kVA变压器,短路阻抗为6%,低压0.4kV额定电流Ie=1.5*1250=1875A;低压短路电流Ik=1250*150/6=31250=31.25kA;高压10kV侧电流I,I=1250*6%=75A;

 
    低压电容补偿容量约为Q=1250*1/3=420kVar.

 
    因此,高压电流互感器选75/5;


    低压电流互感器2000/5,2500/5;


    断路器选断流能力不小于35kA即可;

 
    补偿电容器柜两台,一台200kVar,一台220kVar.

 
    注:若高压电流互感器动稳定不符合要求时,可加大变比或另选电流互感器。
 
 
 
 
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