电气常用元件基础知识培训讲义(编辑修改稿)

电气常用元件基础知识培训讲义(编辑修改稿)内容摘要：

18 6．传感器 一． 光电传感器 述 : 将光量转换为电量的器件称为光电传感器。 光电传感器的工作基础是光电效应。 光电传感器由光源、光学通路、光电元件构成。 的 应用 可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析 等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。 非接触、响应快、 精度高 、 性能可靠 等特点。 19 ： 对射式 镜反射式 漫反射式 20 传感器 工作原理 光电式传感器的工作原理是：首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后 通过光电转换元件变换成电信号。 棕色粉红色黑色蓝色12/ 24 V DC 电 源输出控制信号输出0 V DC照相主电路 电子发光管过流保护电路输出输出控制棕色粉红色黑色蓝色0 V DC12/ 24 V DC 电 源信号输出(DARK ON)信号输出(LIGHT ON)12/24 VDC 电源0 VDC蓝色黑色粉红色棕色输出控制输出左图所示，为光电感应Sensor 电路原理图。 通过 A/D转换，照相主电路靠反光或对射，接受来自电子发光管的光强，判断是否有物体经过制定区域，并根据设定在输出端输出信号。 图中粉红色线为输出控制线。 当粉红色线与棕色线连接时， 输出为 LIGHT ON 信号。 当粉红色线与蓝色线连接时， 输出为 DARK ON 信号 21 二． 压力传感器 ： 压力传感器是一种将压力信号转变成电信号的传感器，主要分为静态和动态压力传感器两种。 ： 压电效应是压电传感器的主要工作原理 极化效应 : 压电材料 ，当沿着一定方向受到机械力作用发生变形时，就产生了极化效应；当机械力撤掉之后，又会重新回到不带电的状态，也就是受到压力的时候， 压电材料 产生出电的效应，这就是所谓的极化效应 压电传感器中主要使用的压电材料 包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。 压电传感器只能够测量动态的应力。 压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。 ： (1)电阻应变片压力传感器 (2)半导体应变片压力传感器 (3)压阻式压力传感器 (4)电感式压力传感器 (5)电容式压力传感器 (6)谐振式压力传感器 (7)电容式加速度传感器 *但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。 ： BD Sensor Festo SDE5 FM SD6000 22 三 . 激光传感器 ： 利用激光技术进行测量 的传感器。 它由激光器、激光检测器和测量电路组成。 激光传感器是新型测量仪表，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。 2. 外观： KEYENCE LV H32 激光传感器 感测头 放大器 23 激光传感器应用举例 ： 检测吸附头有无物体 带有光点的直线光束回归反射型 LVS61 可以在一定距离外检测小物体。 检查传送中的罐头 由于整合了可消除镜面物体反射的 ， 因而可以稳定的检测金属物体。 检测传送中的两块钢板 凭借着清晰可见的小光点， 可以轻而易举的对准薄钢板。 检查压膜的压针 凭借着清晰可见的小光点， 可以轻而易举的对准细小的物体。 检测货盘上的 IC偏移 LVS61的光点直径约为 ， 检测距离可 达到 500mm。 这使得光轴校准更加简单。 检测货盘上的 IC偏移 LVS61的光点直径约为 ， 检测距离 可达到 500mm。 这使得光轴校准更加简单。 24 四．电容式料位传感器 Lever Sensor） : 电容式 料 物位 传感 器适用于工业企业在生产过程中进行测量和控制生产过程，主要用作类导电与非导电介质的液体液位或粉粒状固体料位的远距离连续测量和指示。 电容式 料位传感 器由电容式传感器与电子模块电路组成，它以两线制 4～ 20mA 恒定电流输出为基型，经过转换，可以用三线或四线方式输出，输出信号形成为 1～ 5V、 0～ 5V、 0～ 10mA等标准信号。 电容传感器由绝缘电极和装有测量介质的圆柱形金属容器组成。 当料位上升时，因非导电物料的介电常数明显小于空气的介电常数，所以电容量随着物料高度的变化而变化。 构 ： 电容式传感 器的模块电路由基准源、脉宽调制、转换、恒流放大、反馈和限流等单元组成。 采用脉宽调特原理进行测量的优点是频率较低，对周围元射频干扰、稳定性好、线性好、无明显温度漂移等。 : 图 415 是电容式料位传感器结构示意图。 测定电极安装在罐的顶部 ,这样在罐壁和测定电极之间就形成了一个电容器。 25 图 415 电容式料位传感器结构示意图 当罐内放入被测物料时 , 由于被测物料介电常数的影响 , 传感器的电容量将发生变化 , 电容量变化的大小与被测物料在罐内高度有关 , 且成比例变化。 检测出这种电容量的变化就可测定物料在罐内的高度 26 七 ．电动机 一．什么是电动机 一种旋转式机器 ,它将电能转变为机械能 , 二．三种基本类型的电动机： 3. 交流异步电动机 （一）步进电机 ： 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。 当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度 (称为 “ 步距角 ”) ，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。 可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 ： 1反应式步进电机 (VR)、 . (PM)、 (HB) 电机等 . 电动机 电压 轴 机械 转动 27 ： 步进电机由定子、转子、端盖等三大部件构成，具有精度高、气隙极小、结构紧凑、单位体积出力大等特点，其基本结构如下： 28 （ 二 ) 直流电 动 机 ： 实现直流电能转换 成 机械能。 直流电机由定子和转子两部分组成，其间有一定的气隙。 其构造的主要特点是具有一个带换向器的电枢。 直流电机的定子由机座、主磁极、换向磁极、前后端盖和刷架等部件组成。 其中主磁极是产生直流电机气隙磁场的主要部件，由永磁体或带有直流励磁绕组的叠片铁心构成。 直流电机的转子则由电枢、换向器 (又称整流子 )和转轴等部件构成。 其中电枢由电枢铁心和电枢绕组两部分组成。 电枢铁心由硅钢片叠成，在其外圆处均匀分布着齿槽，电枢绕组则嵌置于这些槽中。 换向器是一种机械整流部件。 由换向片 叠成圆筒形后，以金属夹件或塑料成型为一个整体。 各换向片间互相绝缘。 换向器质量对运行可靠性有很大影响。 ： 直流电机主要分为定子和转子两大部分。 定转子之间存在的间隙称为气隙。 1） 定子 是电机的静止部分 包括： （ 1）主磁极 （ 2）换向极 （ 3）电刷装置 （ 4）机座和端盖 2） 转子 是电机的 转动 部分 包括： （ 1）电枢（ 2）换向器 （ 3）转轴 3） 气隙 静止的磁极和旋转的电枢之间的间隙称为气隙 29 三）交流电 动 机 : 交流电动机 实现 交 流电能转换 成 机械能。 外观 : : 30 ： 目前较常用的交流电动机有两种 : 1 单相交流电动机 2. 三相异步电动机 （ 1） . 单相交流电动机 单相交流电动机只有一个绕组，转子是鼠笼式的。 当单相正弦电流通过定子绕组时，电动机就会产生一个交变磁场，这个磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化，但在空间方位上是固定的，所以 又称这个磁场是交变脉动磁场。 这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速、旋转方向互为相反的旋转磁场，当转子静止时，这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等、方向相反的转矩，使得合成转矩为零，所以电动机无法旋转。 当我们用外力使电动机向某一方向旋转时（如顺时针方向旋转），这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小；转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变大。 这样平衡就打破了，转子所产生的总的电磁转矩将不再是零，转子将顺着推动方向旋转起来。 两个在时间上相差 90 度的电流通入两个在空间上相差 90 度的绕组，将会在空间上产生（两相）旋转磁场，如图 2 所示。 31 （ 2） .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感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。 ： 当电动机的三相定子绕组（各相差 120 度电角度），通入三相交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电 机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。 如图 3 所示， 把磁极分成两个部分，在小的部分上套装上一个短路铜环，好象把这部分磁极罩起来一样，所以叫罩极式电动机。 32 33 ： ● Horsepower 马力 ● Voltage 电压 ● Phase 相位，单相或三相 ● Design 设计类形，分ＡＢＣＤ级 ● RPM 转速（转／分钟） ● Amps 额定负载电流 ● Hertz 频率（赫兹） ● Amb 环境 温度 ● SF 额定效率 ● Duty 马达运行的时间长度 (一般情况为 CONT,即持续 运行 ) ● Insul Class 绝缘等级 ● Code 编号 34 八 ． PLC 1． PLC 基本概 述 可编程序逻辑控制器 PLC（英文全称： Programmable Logic Controller） 一种 以微处理为核心的 数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。 它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执 行逻辑运算 ,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入 /输出 接口， 控制各种类型的机械或生产过程 . AB PLC ControlLogix 2． PLC 组成及其本工作原理 PLC 基本组成包括中央处理器 (CPU)、存储器、输入 /输出接口 (缩写为 I/O，包括输入接口、输出接口、外部设备接口、扩展接口等 )、外部设备编程器及电源模块组成，见图 1。 PLC内部各组成单元之间通过电源总线、。