主編：胡立旺 何金鑫

策劃：楚新疆

校核：李曉芳 張杰艷

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前言

工業(yè)自動(dòng)化是機(jī)器設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程在不需要人工直接干預(yù)的情況下，按預(yù)期的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)測(cè)量、操縱等信息處

理和過(guò)程控制的統(tǒng)稱(chēng)。

本文介紹了關(guān)于工業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)中的硬件選型、常用的通訊方式以及關(guān)于安全性能的接地方式，共九個(gè)部分

組成，分別為專(zhuān)業(yè)名詞解釋、低壓電氣設(shè)計(jì)、CPU 選型、傳感器與變送器、執(zhí)行器、通訊、信號(hào)抗干擾、浪涌

保護(hù)、接地保護(hù)。

掌握、熟知與自控相關(guān)硬件產(chǎn)品部件的特性對(duì)自動(dòng)化從業(yè)者尤為重要，通過(guò)收集、整理相關(guān)技術(shù)資料，不僅

鞏固擴(kuò)充自己的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，還希望對(duì)其他初入門(mén)的從業(yè)者有所幫助。

本文通過(guò)大量資料的搜集和一些經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，經(jīng)歷了三個(gè)多月的不斷整合、修改，最后精煉出一本適合查閱

的， 通俗易懂的手冊(cè)，希望此手冊(cè)能夠給正在閱讀的你有所啟發(fā)和幫助。此外，本文還有一些不太嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牡胤剑?/p>

歡迎指正。

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目錄

一、 專(zhuān)業(yè)名詞解釋................................................................................................................................. 1

二、 低壓電氣設(shè)計(jì)................................................................................................................................. 6

1、 負(fù)荷計(jì)算......................................................................................................................................... 6

2、 元件選型....................................................................................................................................... 10

3、 線纜選型及計(jì)算........................................................................................................................... 14

4、 溫度海拔對(duì)電氣影響................................................................................................................... 23

三、 CPU 選型通用依據(jù)....................................................................................................................... 24

1、 CPU 選型....................................................................................................................................... 24

2、 I/O 點(diǎn)位統(tǒng)計(jì) ................................................................................................................................ 24

3、 PLC 分類(lèi)........................................................................................................................................ 25

4、 PLC 選型方法................................................................................................................................ 28

四、 傳感器與變送器........................................................................................................................... 29

1、 熱電阻........................................................................................................................................... 29

2、 熱電偶........................................................................................................................................... 36

3、 變送器........................................................................................................................................... 38

4、 各種溫度傳感器的比較............................................................................................................... 40

五、 執(zhí)行器........................................................................................................................................... 41

1、 固態(tài)繼電器................................................................................................................................... 41

2、 伺服步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)....................................................................................................................... 42

3、 變頻器........................................................................................................................................... 45

4、 閥門(mén)............................................................................................................................................... 49

5、 交流異步電機(jī)（包括風(fēng)機(jī)、水泵）........................................................................................... 52

六、 通訊............................................................................................................................................... 54

1、 接口與協(xié)議................................................................................................................................... 54

2、 常用接口....................................................................................................................................... 54

3、 常用協(xié)議....................................................................................................................................... 56

七、 信號(hào)抗干擾................................................................................................................................... 66

6、 信號(hào)傳輸媒介............................................................................................................................... 66

7、 屏蔽............................................................................................................................................... 71

8、 強(qiáng)弱電工藝................................................................................................................................... 72

3

八、 浪涌保護(hù)....................................................................................................................................... 75

1. 浪涌保護(hù)器的選擇.......................................................................................................................... 75

2. 絕緣等級(jí).......................................................................................................................................... 76

3. 避雷.................................................................................................................................................. 77

九、 接地保護(hù)....................................................................................................................................... 82

1. 接地體.............................................................................................................................................. 82

2. 接地裝置.......................................................................................................................................... 82

3. 地線分類(lèi).......................................................................................................................................... 83

4. 不同地線的處理方法...................................................................................................................... 83

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一、 專(zhuān)業(yè)名詞解釋

負(fù)荷 load

用電設(shè)備消耗的電功率。

設(shè)備 equipment

單個(gè)電器或一組器件或電器，或一個(gè)設(shè)施的主要器件的組合，或?yàn)閳?zhí)行特定任務(wù)所需的所有器件。

整流器 rectifier

將單相或多相交流電流變換成單一方向電流的電能變換器。

有功功率 active power

在周期狀態(tài)下，瞬時(shí)功率 p 在一個(gè)周期 T 內(nèi)的平均值。

無(wú)功功率 reactive power

對(duì)于正弦狀態(tài)下線性二端元件或二端電路，其量值等于視在功率 S 和（端子間電壓對(duì)電流的）相位轉(zhuǎn)移角

的正弦之乘積的量：

視在功率 apparent power

二端元件或二端電路端子間電壓的方均根值 U 與該元件或電路中的電流的方均根值 I 得乘積：

功率因數(shù) power factor

在周期狀態(tài)下，有功功率 P 的絕對(duì)值與視在功率 S 的比值：

電能變流器 electric energy Converter

改變與電能相關(guān)的一個(gè)或幾個(gè)特性的器件。

（信號(hào)）傳感器 （signal）transducer

將一種表示信息的物理量轉(zhuǎn)換成另一種表示同樣信息的物理的器件，兩個(gè)物理量中有一個(gè)是電量。

爬電距離 creepage distance

沿兩個(gè)導(dǎo)電部分之間的固體絕緣材料表面的最短距離。

斷路器 circuit-breaker

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能接通、承載以及分?jǐn)嗾ｋ娐窏l件下的電流,也能在所規(guī)定的非正常電路(例如短路)下接通、承載一定時(shí)間

和分?jǐn)嚯娏鞯囊环N機(jī)械開(kāi)關(guān)電器。

萬(wàn)能式斷路器 conventional circuit-breaker

框架式斷路器

以具有絕緣襯墊的框架結(jié)構(gòu)底座將所有構(gòu)件組成一整體并具有多種結(jié)構(gòu)變化方式、用途的斷路器。

塑料外殼式斷路器 moulded case circuit-breaker

模壓外殼式斷路器

具有一個(gè)用模壓絕緣材料制成的外殼將所有構(gòu)件組裝成一整體的斷路器。

限流斷路器 current-limiting circuit-breaker

分?jǐn)鄷r(shí)間短得足以阻止短路電流達(dá)到其預(yù)期峰值的斷路器。

插入式斷路器 plug-in type circuit-breaker

新路器除有分?jǐn)嘤|頭外，還有一組可分離的觸頭，從而使斷路器可從電路中拔出或插入

注：某些斷路器僅在電源側(cè)為插入式，而負(fù)載接線端子一般為接線式。

抽屜式斷路器 withdrawable circuit-breaker

斷路器除有分?jǐn)嘤|頭外，還有一組與主電路隔離的隔離觸頭，處于抽出位置時(shí)，可以達(dá)到符合規(guī)定要求的隔

離距離的斷路器。

空氣斷路器 air circuit-breaker

觸頭在自由空氣中斷開(kāi)和閉合的斷路器。

真空斷路器 vacuum circuit-breaker

觸頭在高真空的殼內(nèi)斷開(kāi)和閉合的斷路器。

滅磁斷路器 field discharge circuit-breaker

用于接通和分?jǐn)嚯姍C(jī)勵(lì)磁電路的斷路器。

分?jǐn)嗄芰?breaking capacity

在規(guī)定的使用和性能條件下，開(kāi)關(guān)器件在指定的電壓下能分?jǐn)嗟念A(yù)期電流值。

脫扣 tripping

由繼電器或脫扣器(脫扣裝置)引起的機(jī)械開(kāi)關(guān)電器的斷開(kāi)動(dòng)作。

使保持電器閉合的鎖扣機(jī)構(gòu)解脫,而造成電器觸頭斷開(kāi)或閉合的動(dòng)作過(guò)程。

接觸器 contactor

僅有一個(gè)休止位置，能接通、承載和分?jǐn)嗾ｋ娐窏l件（包括過(guò)載運(yùn)行條件）下的電流的非手動(dòng)操作的機(jī)械

開(kāi)關(guān)電器。

注：接觸器可根據(jù)閉合主觸頭所需的力來(lái)命名。

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交流接觸器 alternating current contactor

用于交流電路的接觸器。

直流接觸器 direct current contactor

用于直流電路的接觸器。

空氣接觸器 air contactor

觸頭的閉合或斷開(kāi)是在空氣中進(jìn)行的接觸器。

氣動(dòng)接觸器 pneumatic contactor

由壓縮空氣裝置產(chǎn)生的方帶動(dòng)主觸頭閉合或斷開(kāi)的一種接觸器。

數(shù)字信號(hào)處理器 digital signal processor（DSP）

一種用于處理數(shù)字信號(hào)的專(zhuān)用處理器?？梢愿咚賹?shí)時(shí)地對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波、變換、增強(qiáng)、壓縮、估計(jì)和識(shí)

別等。

PWM：

PWM 的全稱(chēng)是脈沖寬度調(diào)制（Pulse-width modulation），是通過(guò)將有效的電信號(hào)分散成離散形式從而來(lái)降低

電信號(hào)所傳遞的平均功率的一種方式；

冗余：硬件冗余

舉例：

1）電源冗余：高端服務(wù)器產(chǎn)品普遍采用雙電源系統(tǒng)，這兩個(gè)電源是負(fù)載均衡的，即在系統(tǒng)工作時(shí)它們

同時(shí)為系統(tǒng)提供電力，當(dāng)一個(gè)電源出現(xiàn)故障時(shí)，另一個(gè)電源會(huì)立即承擔(dān)所有的負(fù)載。有些服務(wù)器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了

直流電源的冗余，另一些服務(wù)器產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了直流和交流電源的全冗余。

2）存儲(chǔ)子系統(tǒng)：存儲(chǔ)子系統(tǒng)是整個(gè)服務(wù)器系統(tǒng)中最容易發(fā)生故障的地方，可以通過(guò)以下幾種方法實(shí)現(xiàn)

冗余：

磁盤(pán)鏡像：將相同的數(shù)據(jù)分別寫(xiě)入兩個(gè)磁盤(pán)中。

磁盤(pán)雙聯(lián)：為鏡像磁盤(pán)增加一個(gè) I/O 控制器，形成了磁盤(pán)雙聯(lián)，使總線爭(zhēng)用情況得到改善。

獨(dú)立/廉價(jià)冗余磁盤(pán)陣列 RAID（Redundant Arrays of Independent/Inexpensive Disks）由 2 個(gè)以上磁盤(pán)組成，

通過(guò)一個(gè)控制器協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)機(jī)制使單個(gè)數(shù)據(jù)流依次寫(xiě)入這幾個(gè)磁盤(pán)中，有 RAID10、RAID01、RAID0、RAID5 等

級(jí)別。

3）I/O 卡冗余：網(wǎng)卡冗余是指在服務(wù)器中插上多個(gè)網(wǎng)卡。冗余網(wǎng)卡技術(shù)原為大型機(jī)及中型機(jī)上的技術(shù)，

現(xiàn)也漸被 PC 服務(wù)器所擁有。多個(gè)網(wǎng)卡可共同承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)流量，且具有容錯(cuò)功能。

4）CPU 冗余：系統(tǒng)中主處理器并不會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)故障，但對(duì)稱(chēng)多處理器（SMP）能讓多個(gè) CPU 分擔(dān)工作

以提供某種程度的容錯(cuò)。

開(kāi)關(guān)量：

4

一般指的是觸點(diǎn)的“開(kāi)”與“關(guān)”的狀態(tài)，一般在計(jì)算機(jī)設(shè)備中也會(huì)用“0”或“1”來(lái)表示開(kāi)關(guān)量的狀態(tài)。開(kāi)

關(guān)量分為有源開(kāi)關(guān)量信號(hào)和無(wú)源開(kāi)關(guān)量信號(hào)，有源開(kāi)關(guān)量信號(hào)指的是“開(kāi)”與“關(guān)”的狀態(tài)是帶電源的信號(hào)，

專(zhuān)業(yè)叫法為躍階信號(hào)，可以理解為脈沖量，一般的都有 220VAC, 110VAC,24VDC,12VDC 等信號(hào)，無(wú)源開(kāi)關(guān)量

信號(hào)指的是“開(kāi)”和“關(guān)”的狀態(tài)時(shí)不帶電源的信號(hào)，一般又稱(chēng)之為干接點(diǎn)。電阻測(cè)試法為電阻 0 或無(wú)窮大。

數(shù)字量：

很多人會(huì)將數(shù)字量與開(kāi)關(guān)量混淆，也將其與模擬量混淆。數(shù)字量在時(shí)間和數(shù)量上都是離散的物理量，其表示

的信號(hào)則為數(shù)字信號(hào)。數(shù)字量是由 0 和 1 組成的信號(hào)，經(jīng)過(guò)編碼形成有規(guī)律的信號(hào)，量化后的模擬量就是數(shù)

字量。

模擬量：

模擬量的概念與數(shù)字量相對(duì)應(yīng)，但是經(jīng)過(guò)量化之后又可以轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。模擬量是在時(shí)間和數(shù)量上都是連續(xù)

的物理量，其表示的信號(hào)則為模擬信號(hào)。模擬量在連續(xù)的變化過(guò)程中任何一個(gè)取值都是一個(gè)具體有意義的物

理量，如溫度，電壓，電流等。

離散量：

離散量是將模擬量離散化之后得到的物理量。即任何儀器設(shè)備對(duì)于模擬量都不可能有個(gè)完全精確的表示，因

為他們都有一個(gè)采樣周期，在該采樣周期內(nèi)，其物理量的數(shù)值都是不變的，而實(shí)際上的模擬量則是變化的。

這樣就將模擬量離散化，成為了離散量。

脈沖量：

脈沖量就是瞬間電壓或電流由某一值躍變到另一值的信號(hào)量。在量化后，其變化持續(xù)有規(guī)律就是數(shù)字量，如

果其由 0 變成某一固定值并保持不變，其就是開(kāi)關(guān)量。

終端電阻：

是一種電子信息在傳輸過(guò)程中遇到的阻礙。 高頻信號(hào)傳輸時(shí)，信號(hào)波長(zhǎng)相對(duì)傳輸線較短，信號(hào)在傳輸線終

端會(huì)形成 反射波 ，干擾原信號(hào)，所以需要在傳輸線末端加終端電阻，使信號(hào)到達(dá)傳輸線末端后不反射。 對(duì)

于低頻信號(hào)則不用。

波特率：

表示每秒鐘傳送的碼元符號(hào)的個(gè)數(shù)，它是對(duì)符號(hào)傳輸速率的一種度量，它用單位時(shí)間內(nèi)載波調(diào)制狀態(tài)改變的

次數(shù)來(lái)表示，1 波特即指每秒傳輸 1 個(gè)符號(hào)。 波特（Baud，單位符號(hào)：Bd）

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：

就是指用傳輸媒體把計(jì)算機(jī)等各種設(shè)備互相連接起來(lái)的物理布局，是指互連過(guò)程中構(gòu)成的幾何形狀，它能

表示出 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器 、工作站的網(wǎng)絡(luò)配置和互相之間的連接。. 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可按形狀分類(lèi)，分別有：星型、

環(huán)型、總線型、樹(shù)型、總線/星型和網(wǎng)狀型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

金屬 屏蔽層互聯(lián)附件

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平行連續(xù)接地導(dǎo)體 parallel earth continuity conductor：

通常沿電纜線路敷設(shè),并能提供電纜線路兩瑞接地系統(tǒng)之間的連續(xù)低阻抗金鳳接地連接的導(dǎo)體。

金屬屏蔽層電壓限制器 shield voltage limiter：

接在金屬屏蔽層或特殊互聯(lián)電纜的金屬屏蔽層，用來(lái)限制在系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程中金屬屏蔽層電壓的裝置。

連接箱(屏蘞絕緣系統(tǒng)用) link box (for insulated shield system)：

通過(guò)可切換閘刀或連接片進(jìn)行互聯(lián)和(或)接地連接的箱子。箱內(nèi)可以裝有金屬屏蔽層電壓限制器。

金屬屏蔽層互聯(lián)引線 shield bonding lead：

連接接頭外殼的電纜屏蔽層和連接箱內(nèi)刀閘的一根絕緣導(dǎo)體。

接頭外殼絕緣 joint-slceve insulation：

特殊互聯(lián)電纜的接頭金屬外殼上的外部絕緣。

電屏蔽和接地金屬 屏蔽

屏蔽(電纜的) screen (of a cable)：

能夠?qū)㈦妶?chǎng)控制在絕緣內(nèi)部的--層或組合在-起的多層導(dǎo)電層。

注:為絕緣界面提供光滑表面.并借此消除界圖處空亂。

導(dǎo)體屏蔽 conductor screen：

包覆在導(dǎo)體上的非金屬和(或)金屬材料電氣屏蔽。

絕緣屏蔽 insulation screen

絕緣線芯屏蔽 core screen：

包覆在絕緣上的非金屬和(或)金屬材料電氣屏蔽。

接地屏蔽(電纜的);[接地]金屬屏蔽 shield (of a cable)：

將電場(chǎng)限制在電纜內(nèi)部和(或)保護(hù)電纜免受外界電氣干擾的外包接地金屬層。

注:金屬套、金屬信.編織層.鎧裝層及接地同心導(dǎo)體也可作為接地金屬屏蔽。

可剝離屏蔽 strippable screen：

由擠包材料制成的,不需用特殊工具、溶劑、加熱或同時(shí)用上述任何幾種方法即能完全除去的一種.絕緣屏蔽。

粘結(jié)屏蔽 bonded screen：

只有用特殊工具.溶劑.加熱或同時(shí)用上述任何幾種方法才能除去的-種絕緣屏蔽.

裸屏蔽線 drain wire; continuity wire：

與屏蔽或接地屏蔽接觸放置的一種無(wú)絕緣的金屬線。

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二、 低壓電氣設(shè)計(jì)

1、 負(fù)荷計(jì)算

1. 負(fù)荷計(jì)算原則

進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算時(shí)，應(yīng)按下列原則計(jì)算設(shè)備功率：對(duì)于不同工作制的用電設(shè)備的額定功率應(yīng)換算為統(tǒng)

一的設(shè)備功率。整流器的設(shè)備功率是指額定交流輸入功率。成組用電設(shè)備的設(shè)備功率，不應(yīng)包括備用設(shè)

備。

當(dāng)消防用電的計(jì)算有功功率大于火災(zāi)時(shí)可能同時(shí)切除一般電力、照明負(fù)荷計(jì)算有功功率，應(yīng)按未切

除的一般電力、照明負(fù)荷加上消防負(fù)荷計(jì)算低壓總的設(shè)備功率、計(jì)算負(fù)荷。否則計(jì)算低壓總負(fù)荷時(shí)，不

應(yīng)考慮消防負(fù)荷。當(dāng)消防負(fù)荷中有與平時(shí)兼用的負(fù)荷時(shí)，該部分負(fù)荷也應(yīng)計(jì)入一般電力、照明負(fù)荷。

單相負(fù)荷應(yīng)均衡分配到三相上，當(dāng)單相負(fù)荷的總計(jì)算容量小于計(jì)算范圍內(nèi)三相對(duì)稱(chēng)負(fù)荷總計(jì)算容量

的 15%時(shí)，全部按三相對(duì)稱(chēng)負(fù)荷計(jì)算；當(dāng)超過(guò) 15%時(shí)，應(yīng)將單相負(fù)荷換算為等效三相負(fù)荷，再與三相負(fù)

荷相加。

2. 負(fù)荷計(jì)算方法

目前普遍采用需要系數(shù)法和二項(xiàng)式系數(shù)法確定用電設(shè)備的負(fù)荷，其中需要系數(shù)法是國(guó)際上普遍采用

的確定計(jì)算負(fù)荷的方法，最為簡(jiǎn)便；而二項(xiàng)式系數(shù)法在確定設(shè)備臺(tái)數(shù)較少且各臺(tái)設(shè)備容量差別大的分支

干線計(jì)算負(fù)荷時(shí)比較合理；

在建筑配電中，還常用負(fù)荷密度法和單位指標(biāo)法統(tǒng)計(jì)計(jì)算負(fù)荷。在方案設(shè)計(jì)階段可采用單位指標(biāo)法；

在初步設(shè)計(jì)及施工圖設(shè)計(jì)階段，宜采用需要系數(shù)法。

1) 設(shè)備組設(shè)備容量

對(duì)于照明設(shè)備：白熾燈的設(shè)備容量按燈泡上標(biāo)注的額定功率取值；帶自感式鎮(zhèn)流器的熒光燈和高壓

汞燈等照明裝置，由于自感式鎮(zhèn)流器的影響，不僅功率因數(shù)很低，在計(jì)算設(shè)備容量時(shí)，還應(yīng)考慮鎮(zhèn)流器

上的功率消耗。因此，對(duì)采用自感式鎮(zhèn)流器的熒光燈裝置，其設(shè)備容量取燈管額定功率的 1.2 倍，高壓

汞燈裝置的設(shè)備容量取燈泡額定功率的 1.1 倍。

2) 用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷

根據(jù)用電設(shè)備組的設(shè)備容量 ，即可算的設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷：

有功計(jì)算負(fù)荷 （1-1）

無(wú)功計(jì)算負(fù)荷

視在計(jì)算負(fù)荷

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或

計(jì)算電 流 （1-2）

式中 設(shè)備組的需要系數(shù)；

設(shè)備組設(shè)備容量（KW）；

用電設(shè)備功率因數(shù)角；

線電壓（V）；

計(jì)算電流（A）。

上述公式適用計(jì)算三相用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷，其中式（1-2）計(jì)算電流的確定尤為重要，因?yàn)橛?jì)算

電流是選擇導(dǎo)線截面積和開(kāi)關(guān)容量的重要依據(jù)。

對(duì)于單相用電設(shè)備，可分為兩種情況：

相負(fù)荷：相負(fù)荷的額定工作電壓為相電壓，正常運(yùn)行時(shí)，相負(fù)荷接在火線和中性線之間，民用建筑

中大多數(shù)單相用電設(shè)備和家用電器都屬于相負(fù)荷。在供電設(shè)計(jì)中，應(yīng)將相負(fù)荷盡量均勻地分配到三相之

中，按照最大的單項(xiàng)設(shè)備乘以 3，求得等效的三相設(shè)備容量，然后按上述公式求得計(jì)算電流（線電流）。

最大負(fù)荷相的單相設(shè)備容量

線間負(fù)荷：詳見(jiàn)負(fù)荷是指額定工作電壓為線電壓的單相用電負(fù)荷，正常工作時(shí)，線間負(fù)荷換算為等

效的相相負(fù)荷，再按照相負(fù)荷求得計(jì)算電流。

接與線電壓的單相設(shè)備容量

3) 配電干線或變電所得計(jì)算負(fù)荷

用電設(shè)備按類(lèi)型分組后的多個(gè)用電設(shè)備組均連接在配電干線或變電所的低壓母線上，考慮到各個(gè)用

電設(shè)備組并不同時(shí)都以最大負(fù)荷運(yùn)行，配電干線或變電所的計(jì)算負(fù)荷應(yīng)等于各個(gè)用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷

求和之后，再乘以一個(gè)同時(shí)系數(shù)，即配電干線或變電所低壓母線上的計(jì)算負(fù)荷為：

有功計(jì)算負(fù)荷

無(wú)功計(jì)算負(fù)荷 （1-3）

8

視在計(jì)算負(fù)荷

計(jì)算電 流 （1-4）

式中 有功功率和無(wú)功功率的同時(shí)系數(shù)，一般取

為 0.8~0.9 和 0.93~0.97；

各用電設(shè)備組有功計(jì)算負(fù)荷之和（kW）；

各用電設(shè)備組無(wú)功計(jì)算負(fù)荷之和（kvar）；

用電設(shè)備額定線電壓（V）；

應(yīng)該注意，因?yàn)楦饔秒娫O(shè)備組類(lèi)型不同，其功率因數(shù)也不盡相同。所以，一般情況下，總的視在計(jì)

算負(fù)荷不能按 來(lái)計(jì)算，總的視在計(jì)算負(fù)荷或計(jì)算電流也不能取為各組用電設(shè)備的現(xiàn)在

計(jì)算負(fù)荷之和或計(jì)算電流之和。

4) 需要系數(shù)的選取

需要系數(shù)是在一定的條件下，根據(jù)統(tǒng)計(jì)方法得出的，它與用電設(shè)備的工作性質(zhì)、設(shè)備效率、設(shè)備數(shù)

量、線路效率以及生產(chǎn)組織和工藝設(shè)計(jì)等諸多因素有關(guān)。將這些因素綜合為一個(gè)用于計(jì)算的系數(shù)，即需

要系數(shù)，有時(shí)也稱(chēng)為需用系數(shù)。

在實(shí)際工程中應(yīng)根據(jù)具體情況從表中選取一個(gè)恰當(dāng)?shù)闹颠M(jìn)行負(fù)荷計(jì)算。一般而言，當(dāng)用電設(shè)備組內(nèi)

的設(shè)備數(shù)量較多時(shí)，需要系數(shù)應(yīng)取較小值；反之，則應(yīng)取較大值。設(shè)備使用率較高時(shí)，需要系數(shù)應(yīng)取較

大值；反之，則應(yīng)取較小值。

顯然，在不同地區(qū)、不同類(lèi)型的建筑物內(nèi)，對(duì)于不同的用電設(shè)備組，用電負(fù)荷的需要系數(shù)也不相同。

表 2-l 和表 2-2 分別列出了旅游賓館的主要用電設(shè)備和部分建筑物照明用電設(shè)備的需要系數(shù)的推薦值，

可作為供配電設(shè)計(jì)中進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算的參考。

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表 2-1 旅游賓館的主要用電設(shè)備需要系數(shù)的推薦值

表 2-2 照明用電設(shè)備的需要系數(shù)

3. 負(fù)荷電流計(jì)算

1) 計(jì)算負(fù)荷電流和額定電流的區(qū)別

額定電流是指設(shè)備正常工作時(shí)候的電流。負(fù)載電流是指設(shè)備的負(fù)載的工作電流。對(duì)一個(gè)供電設(shè)備來(lái)

說(shuō)，如果負(fù)載電流大于其額定電流，可能會(huì)引起其過(guò)熱甚至燒毀等。比如你的墻面插座是額定 220V 10A

的，你接一個(gè) 220V 15A 的電水壺，那么就可能燒毀插座， 因?yàn)槠鋬?nèi)部線路只能承受 10A 的電流。對(duì)

于三相電氣設(shè)備通常說(shuō)的額定電流指的是其線電流，在同時(shí)有單相負(fù)載和三相負(fù)載時(shí)統(tǒng)一折算成線電

流。三相負(fù)載電流+單相負(fù)載電流/1.732。

2) 三相四線不平衡負(fù)荷電流的計(jì)算

三相四線系統(tǒng)中，如果是不平衡的三相負(fù)載，那么它的各相電流及功率只有單相計(jì)算，它的單相功

率計(jì)算公式為 。然后三相功率相加即是總功率。同理反之依據(jù)此公式如果知道單相

功率也可求得相電流，需要指出的是，不平衡的三相負(fù)荷應(yīng)做星形聯(lián)接，即零線是必須的。

此種情況下，開(kāi)關(guān)的選擇只能參照三相中電流最大的一相，額定值應(yīng)稍大于最大相電流值。

3) 單相負(fù)荷電流的計(jì)算

如果是用在單相電熱器具，如電燈、電爐等就是用功率（W）÷ 電壓（220V）=電流（A）比如 100W

的電燈，就是用 100W÷220V=0.46A；

如果是用在單相電機(jī)中、如 1000W。計(jì)算方法：1000÷（220×0.75×0.75）=8.08A。 ：功率

因數(shù)，單相取 0.75； ：效率單相取 0.75。

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2、 元件選型

1. 斷路器

1) 分類(lèi)

表 2-3 斷路器分類(lèi)

按選擇性類(lèi)別分 按分?jǐn)嘟橘|(zhì)分 按設(shè)計(jì)類(lèi)型分 按操作機(jī)構(gòu)的控制方法分 按安裝方式分

A 類(lèi)

B 類(lèi)

空氣中分?jǐn)?/p>

真空中分?jǐn)?/p>

氣體中分?jǐn)?/p>

萬(wàn)能式

塑料外殼式

有關(guān)人力操作

無(wú)關(guān)人力操作

有關(guān)動(dòng)力操作

無(wú)關(guān)動(dòng)力操作

儲(chǔ)能操作

固定式

插入式

抽屜式

2) 分?jǐn)嗄芰?/p>

斷路器的額定短路分?jǐn)嗄芰κ侵圃焐淘谝?guī)定的條件及額定工作電壓下對(duì)斷路器規(guī)定的短路分?jǐn)嗄?/p>

力值。

額定短路分?jǐn)嗄芰σ髷嗦菲髟趯?duì)應(yīng)于規(guī)定的試驗(yàn)電壓的工頻恢復(fù)電壓下應(yīng)能分?jǐn)嘈∮诤偷扔谙?/p>

當(dāng)于額定能力的任何電流值,且：

對(duì)于交流,功率因數(shù)不低于表 2 的規(guī)定；

對(duì)于直流,時(shí)間常數(shù)不超過(guò)表 2 的規(guī)定：

表 2-4 與試驗(yàn)電流相應(yīng)的功率因數(shù)和時(shí)間常數(shù)

3) 脫扣特性

B 型：2-3 倍額定電流，一般用于純阻性負(fù)載和低壓照明回路，常用于住戶的配電箱，保護(hù)家用電器

和人身安全，目前使用較少。

C 型：5-10 倍額定電流，需在 0.1 秒內(nèi)脫扣，該特性的斷路器最為常用，常用于保護(hù)配電線路以及

具有較高接通電流的照明線路。

D 型：10-20 倍額定電流，主要在用電器瞬時(shí)電流較大的環(huán)境，一般家庭也比較少用，適用于高感

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負(fù)載和較大沖擊電流的系統(tǒng)，常用于保護(hù)具有很高沖擊電流的設(shè)備。瞬時(shí)脫扣范圍表 3 所示。

表 2-5 瞬時(shí)脫扣范圍

4) 電流富余

斷路器由于是進(jìn)行斷路保護(hù)因此可以選擇大于電機(jī)額定電流，通常為電機(jī)額定電流 1.2 倍，保守為

1.6 倍。

2. 接觸器

1) 接觸器分類(lèi)：

表 2-6 接觸器分類(lèi)

按控制線圈的電壓不同分

直流接觸器

按主觸點(diǎn)個(gè)數(shù)分

單級(jí)

雙極

交流接觸器

三極

四極

五極

按操作結(jié)構(gòu)分

電磁式接觸器

按主觸點(diǎn)連接回路的形式分 直流接觸器

交流接觸器

按操作機(jī)構(gòu)分 電磁式接觸器

永磁式接觸器

液壓式接觸器

氣動(dòng)式接觸器

按動(dòng)作方式分 直動(dòng)式接觸器

轉(zhuǎn)動(dòng)式接觸器

2) 接觸器的主要技術(shù)指標(biāo)

表 2-7 接觸器主要技術(shù)指標(biāo)

接觸器的主要技術(shù)指標(biāo)

額定電壓 額定電流 吸引線圈額定電壓 通斷能力 額定操作頻率 壽命

a) 額定電流：

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5A-1000A 的不等。接觸器在運(yùn)行時(shí)觸頭上的溫度與觸頭的接觸電阻成正比，接觸電阻越大溫

度越高；與通過(guò)的電流正相關(guān)，電流越大溫度越高。溫度過(guò)高時(shí)，可把觸頭熔斷。

b) 通斷能力：

c) 20A 以上的接觸器加有滅弧罩，利用電路斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的電磁力，快速拉斷電弧，保護(hù)接觸

器主觸點(diǎn)。

d) 額定操作頻率：

接觸器可高頻率操作，做為電源開(kāi)啟與切斷控制時(shí)﹐最高操作頻率可達(dá)每小時(shí) 1200 次。

3) 接觸器的選擇

接觸器的選擇原則：

a) 根據(jù)電路中負(fù)載電流的種類(lèi)選擇接觸器的類(lèi)型。一般直流電路用直流接觸器控制，當(dāng)直流

電動(dòng)機(jī)和直流負(fù)載容量較小時(shí)，也可用交流接觸器控制，但觸頭的額定電流應(yīng)適當(dāng)選擇大

些。

b) 接觸器的額定電壓應(yīng)大于或等于負(fù)載回路的額定電壓；

c) 吸引線圈的額定電壓應(yīng)與所接控制電路的額定電壓等級(jí)一致；

d) 額定電流應(yīng)大于或等于被控主回路的額定電流。根據(jù)負(fù)載額定電流，接觸器安裝條件及電

流流經(jīng)觸頭的持續(xù)情況來(lái)選定接觸器的額定電流。

4) 交流接觸器電流富余

a) 持續(xù)運(yùn)行的設(shè)備：接觸器按 67-75%算，即 100A 的交流接觸器，只能控制最大額定電流是

67-75A 以下的設(shè)備；

b) 間斷運(yùn)行的設(shè)備：接觸器按 80%算，即 100A 的交流接觸器，只能控制最大額定電流是 80A

以下的設(shè)備；

c) 反復(fù)短時(shí)工作的設(shè)備：接觸器按 116-120%算，即 100A 的交流接觸器，只能控制最大額定

電流是 116-120A 以下的設(shè)備，還要考慮工作環(huán)境和接觸器的結(jié)構(gòu)形式。

3. 熱繼電器

1) 熱繼電器的分類(lèi)

表 2-8 熱繼電器分類(lèi)

二極式

三極式 帶斷相保護(hù)

不帶斷相保護(hù)

注意事項(xiàng)：

a) 當(dāng)電動(dòng)機(jī)定子繞組為三角形接法時(shí)，必須采用三極式帶斷相保護(hù)的熱繼電器；但若電動(dòng)機(jī)

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定子繞組采用帶中線的星形接法，熱繼電器一定要選用三極式。

b) 對(duì)于星形接法的電動(dòng)機(jī)，一般采用不帶斷相保護(hù)的熱繼電器。由于一般電動(dòng)機(jī)采用星形接

法時(shí)都不帶中線，熱繼電器用兩極式或三極式都可以。

c) 當(dāng)電網(wǎng)的相電壓均衡性較差，三相負(fù)載不平衡，多臺(tái)電動(dòng)機(jī)功率差別大時(shí)，應(yīng)選用三相熱

繼電器。

d) 一般輕載啟動(dòng)、長(zhǎng)期工作的電動(dòng)機(jī)或間斷長(zhǎng)期工作的電動(dòng)機(jī)，宜選擇二相結(jié)構(gòu)的熱繼電器；

當(dāng)電動(dòng)機(jī)的電流、電壓均衡性較差、工作環(huán)境惡劣或較少有人看管時(shí)，可選用三相結(jié)構(gòu)的

熱繼電器。

2) 熱繼電器額定電流的選擇

a) 保證電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行及啟動(dòng)

在正常的啟動(dòng)電流和啟動(dòng)時(shí)間、非頻繁啟動(dòng)的場(chǎng)合，必須保證電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)不致使熱繼電

器誤動(dòng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流為額定電流的 6 倍，啟動(dòng)時(shí)間不超過(guò) 5s，很少連續(xù)啟動(dòng)的條件下時(shí)，

一般可按電動(dòng)機(jī)的額定電流來(lái)選擇熱繼電器。(實(shí)際中，熱繼電器的額定電流可略大于電動(dòng)機(jī)的

額定電流)

b) 考慮保護(hù)對(duì)象——電動(dòng)機(jī)的特性

電動(dòng)機(jī)的絕緣材料等級(jí)有 A 級(jí)、E 級(jí)、B 級(jí)等，它們的允許溫升各不相同，因而其承受過(guò)

載的能力也不相同，在選擇熱繼電器時(shí)應(yīng)引起注意。另外，開(kāi)啟式電動(dòng)機(jī)散熱比較容易，而封

閉式電動(dòng)機(jī)散熱就困難得多，稍有過(guò)載，其溫升就可能超過(guò)限定值。雖然熱繼電器的選擇從原

則上講是按電動(dòng)機(jī)的額定電流來(lái)考慮，但對(duì)于過(guò)載能力較差的電動(dòng)機(jī)，它所配的熱繼電器(或熱

元件)的額定電流就應(yīng)適當(dāng)小些。在這種場(chǎng)合，也可以選取熱繼電器(或熱元件)的額定電流為電

動(dòng)機(jī)額定電流的 60%~80%。

c) 考慮負(fù)載因素

如果負(fù)載性質(zhì)不允許停車(chē)，即便過(guò)載會(huì)使電動(dòng)機(jī)壽命縮短，也不應(yīng)讓電動(dòng)機(jī)突然脫扣，以

免產(chǎn)生比電動(dòng)機(jī)價(jià)格高許多倍的巨大損失。這時(shí)熱繼電器的額定電流可選擇較大值(當(dāng)然此工況

下電動(dòng)機(jī)的選擇一般也會(huì)有較強(qiáng)的過(guò)載能力)。這種場(chǎng)合最好采用由熱繼電器和其他保護(hù)電器有

機(jī)地組合起來(lái)的保護(hù)措施，只有在發(fā)生非常危險(xiǎn)的過(guò)載時(shí)方可考慮脫扣。

d) 考慮熱繼電器使用的環(huán)境溫度和被保護(hù)電動(dòng)機(jī)的環(huán)境溫度

當(dāng)熱繼電器使用的環(huán)境溫度高于被保護(hù)電動(dòng)機(jī)的環(huán)境溫度 15 ° C 以下時(shí)，應(yīng)使用大一號(hào)

額定電流等級(jí)的熱繼電器；當(dāng)熱繼電器使用的環(huán)境溫度低于被保護(hù)電動(dòng)機(jī)的環(huán)境溫度 15 ° C

以下時(shí)，應(yīng)使用小一號(hào)額定電流等級(jí)的熱繼電器。此外，也應(yīng)考慮到電動(dòng)機(jī)的負(fù)載情況及熱繼

電器可能需要的調(diào)整范圍。

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3) 熱繼電器整定電流選擇

熱元件的額定電流應(yīng)略大于電動(dòng)機(jī)額定電流。當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流為其額定電流的 6 倍及啟

動(dòng)時(shí)間不超過(guò) 5S 時(shí)，熱無(wú)件的整定電流調(diào)節(jié)到等于電動(dòng)機(jī)的額定電流；當(dāng)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間

較長(zhǎng)、拖動(dòng)沖擊性負(fù)載或不允許停車(chē)時(shí)，熱元件整定電流調(diào)節(jié)到電動(dòng)機(jī)額定電流的 1.1～1.15

倍。

3、 線纜選型及計(jì)算

1. 電力電纜芯數(shù)選擇

1) 1kV 及以下電源中性點(diǎn)直接接地時(shí)，三相回路的電纜芯數(shù)選擇應(yīng)符合下列規(guī)定:

保護(hù)導(dǎo)體與受電設(shè)備的外露可導(dǎo)電部位連接接地時(shí)，應(yīng)符合下列規(guī)定:

a) TN-C 系統(tǒng)，保護(hù)導(dǎo)體與中性導(dǎo)體合用同一導(dǎo)體時(shí)，應(yīng)選用 4 芯電纜;

b) TN-S 系統(tǒng)，保護(hù)導(dǎo)體與中性導(dǎo)體各自獨(dú)立時(shí)，宜選用 5 芯電纜。

c) TN-S 系統(tǒng)，未配出中性導(dǎo)體或回路不需要中性導(dǎo)體引至受電設(shè)備時(shí)，宜選用 4 芯電纜。

2) TT 系統(tǒng)，受電設(shè)備外露可導(dǎo)電部位的保護(hù)接地與電源系統(tǒng)中性點(diǎn)接地各自獨(dú)立時(shí)，應(yīng)選用 4 芯

電纜;未配出中性導(dǎo)體或回路不需要中性導(dǎo)體引至受電設(shè)備時(shí)，宜選用 3 芯電纜。

3) TN 系統(tǒng)，受電設(shè)備外露可導(dǎo)電部位可靠連接至分布在全廠、站內(nèi)公用接地網(wǎng)時(shí)，固定安裝且

不需要中性導(dǎo)體的電動(dòng)機(jī)等電氣設(shè)備宜選用 3 芯電纜。

4) 當(dāng)相導(dǎo)體截面大于 240mm 時(shí)，可選用單芯電纜。

5) 1kV 及以下電源中性點(diǎn)直接接地時(shí)，單相回路的電纜芯數(shù)選擇應(yīng)符合下列規(guī)定:

6) 保護(hù)導(dǎo)體與受電設(shè)備的外露可導(dǎo)電部位連接接地時(shí)，應(yīng)符合下列規(guī)定;

a) TN-C 系統(tǒng)，保護(hù)導(dǎo)體與中性導(dǎo)體合用同一導(dǎo)體時(shí)，應(yīng)選用 2 芯電纜;

b) TN-S 系統(tǒng)，保護(hù)導(dǎo)體與中性導(dǎo)體各自獨(dú)立時(shí)，宜選用 3 芯電纜;當(dāng)滿足本標(biāo)準(zhǔn)第 5116 條的

規(guī)定時(shí)，也可采用 2 芯電纜與另外緊靠相導(dǎo)體敷設(shè)的保護(hù)導(dǎo)體組成。

1) TT 系統(tǒng)，受電設(shè)備外露可導(dǎo)電部位的保護(hù)接地與電源系統(tǒng)中性點(diǎn)接地各自獨(dú)立時(shí)，應(yīng)選用 2 芯

電纜。

2) TN 系統(tǒng)，受電設(shè)備外露可導(dǎo)電部位可靠連接至分布在全廠、站內(nèi)公用接地網(wǎng)時(shí)，固定安裝的

電氣設(shè)備宜選用 2 芯電纜。

3) 3kV~35kV 三相供電回路的電纜芯數(shù)選擇應(yīng)符合下列規(guī)定:

a) 工作電流較大的回路或電纜敷設(shè)于水下時(shí)，可選用單芯電纜;

b) 除本條第 1 款規(guī)定的情況外，應(yīng)選用 3 芯電纜;3 芯電纜可選用普通統(tǒng)包型，也可選用 3 根

單芯電纜絞合構(gòu)造型。

4) 110kV 三相供電回路，除敷設(shè)于水下時(shí)可選用 3 芯外，宜選用單芯電纜。110kV 以上三相供電

15

回路宜選用單芯電纜。

5) 移動(dòng)式電氣設(shè)備的單相電源電纜應(yīng)選用 3 芯軟橡膠電纜，三相三線制電源電纜應(yīng)選用 4 芯軟橡

膠電纜，三相四線制電源電纜應(yīng)選用 5 芯軟橡膠電纜。

6) 直流供電回路的電纜芯數(shù)選擇應(yīng)符合下列規(guī)定:

a) 低壓直流電源系統(tǒng)宜選用 2 芯電纜，也可選用單芯電纜;蓄電池組引出線為電纜時(shí)，宜選用

單芯電纜，也可采用多芯電纜并聯(lián)作為一極使用，蓄電池電纜的正極和負(fù)極不應(yīng)共用 1 根

電纜;

b) 高壓直流輸電系統(tǒng)宜選用單芯電纜，在水下敷設(shè)時(shí)，也可選用 2 芯電纜。

2. 控制電纜選擇：

1) 控制電纜應(yīng)采用銅導(dǎo)體。

2) 控制電纜的額定電壓不得低于所接回路的工作電壓，宜選用 450/750V。

3) 控制電纜的絕緣類(lèi)型和護(hù)層類(lèi)型選擇應(yīng)符合敷設(shè)環(huán)境條件和環(huán)境保護(hù)的要求，并應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)。

控制電纜芯數(shù)選擇應(yīng)符合下列規(guī)定:：

4) 控制、信號(hào)電纜應(yīng)選用多芯電纜。當(dāng)芯線截面為 15mm 和 25mm 時(shí)，電纜芯數(shù)不宜超過(guò) 24 芯。

當(dāng)芯線截面為 4mm 和 6mm 時(shí)，電纜芯數(shù)不宜超過(guò) 10 芯。

5) 控制電纜宜留有備用芯線。備用芯線宜結(jié)合電纜長(zhǎng)度、芯線截面及電纜敷設(shè)條件等因素綜合考

慮。

6) 下列情況的回路,相互間不應(yīng)合用同一根控制電纜：

a) 交流電流和交流電壓回路、交流和直流回路、強(qiáng)電和弱電回路;

b) 低電平信號(hào)與高電平信號(hào)回路;

c) 交流斷路器雙套跳閘線圈的控制回路以及分相操作的各相弱電控制回路;

d) 由配電裝置至繼電器室的同一電壓互感器的星形接線和開(kāi)口三角形接線回路。4.弱電回路

的每一對(duì)往返導(dǎo)線應(yīng)置于同一根控制電纜。

7) 來(lái)自同一電流互感器二次繞組的三相導(dǎo)體及其中性導(dǎo)體應(yīng)置于同一根控制電纜。

8) 來(lái)自同一電壓互感器星形接線二次繞組的三相導(dǎo)體及其中性導(dǎo)體應(yīng)置于同一根控制電纜。來(lái)自

同一電壓互感器開(kāi)口三角形接線二次繞組的 2(或 3)根導(dǎo)體應(yīng)置于同一根控制電纜。

9) 控制電纜截面選擇應(yīng)符合下列規(guī)定:

a) 保護(hù)裝置電流回路截面應(yīng)使電流互感器誤差不超過(guò)規(guī)定值;

b) 繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置電壓回路截面應(yīng)按最大負(fù)荷時(shí)電纜的電壓降不超過(guò)額定二次電壓的

3%;

c) 控制回路截面應(yīng)按保護(hù)最大負(fù)荷時(shí)控制電源母線至被控設(shè)備間連接電纜的電壓降不應(yīng)超

16

過(guò)額定二次電壓的 10%;

d) 強(qiáng)電控制回路截面不應(yīng)小于 15mm 弱電控制回路截面不應(yīng)小于 0.5mm;

e) 測(cè)量回路電纜截面應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電力裝置的電測(cè)量?jī)x表裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T50063

的規(guī)定。

3. 硬線與軟線的區(qū)別：

表 2-9 硬線與軟線的區(qū)別

線纜種類(lèi) 載流量 股數(shù) 抗拉性 抗腐蝕性 使用壽命 應(yīng)用場(chǎng)景

硬線 低 單股 高 高 長(zhǎng) 在突發(fā)性承受負(fù)荷上，硬線的承

受能力較強(qiáng)，硬線穿管施工方便，

價(jià)格便宜，家裝中常用單股硬線。

軟線 高 多股 低 低 短 避免了硬線中的趨膚效應(yīng)，軟線

往往用于信息傳輸或二次控制

中，主要用于傳輸信號(hào)。

注：配電箱箱門(mén)過(guò)門(mén)線必須使用軟線，以為開(kāi)關(guān)門(mén)的操作而反復(fù)彎折導(dǎo)線，所以使用軟線。

4. 交流導(dǎo)線與銅母線載流量選擇如表所示。

17

表 2-10 交流導(dǎo)線與銅母線載流量選擇

+40℃時(shí)

交流導(dǎo)線的載流量

交流矩形銅母線（TMY）+40℃時(shí)，每相允許的載流量

導(dǎo)線截面

（mm2）

允許電流

（A）

母線截面

（mm2）

允許電流

（A）

母線截面

（mm2）

允許電流

（A）

母線截面

（mm2）

允許電流

（A）

0.3 3 7×3 ≤63 40×10 800 2(80×10) 2316

0.5 5 10×3 125 50×5 663 2(100×6) 1845

0.75 7 15×3 162 50×6 736 2(100×8) 2285

1.0 8 15×4 200 50×8 800 2(100×10) 2697

1.5 15 15×5 235 50×10 1020 2(120×8) 2540

2.5 20 20×3 212 60×5 826 2(120×10) 3063

4 25 20×4 250 60×6 867 3(60×6) 1728

6 32~40 20×5 319 60×8 1018 3(60×8) 2152

10 50 20×10 497 60×10 1137 3(60×10) 2545

16 63 25×3 262 80×6 1105 3(80×6) 2031

25 80~100 25×4 300 80×8 1262 3(80×8) 2517

35 125 25×5 384 80×10 1419 3(80×10) 2981

50 160 30×3 337 100×6 1351 3(100×6) 2368

70 200 30×4 366 100×8 1554 3(100×8) 2936

95 250 30×5 400 100×10 1725 3(100×10) 3474

120 300 30×6 480 120×8 1793 3(120×8) 3242

30×8 504 120×10 1980 3(120×10) 3884

30×10 630 2(60×6) 1342 4(100×10) 4000

40×4 482 2(60×8) 1666 5(120×10) 5000

40×5 540 2(60×10) 1974 6(120×10) 6300

40×6 630 2(80×6) 1576

40×8 700 2(80×8) 1957

5. YJV 電纜與直流銅母線載流量選擇如表所示。

18

表 2-11 YJV 電纜與直流銅母線載流量選擇

YJV 銅芯

交流電力電纜

直流矩形銅母線（TMY）+40℃時(shí)，每相允許的載流量

電纜截面

（mm2）

允許電流

（A）

母線截面

（mm2）

允許電流

（A）

母線截面

（mm2）

允許電流

（A）

母線截面

（mm2）

允許電流

（A）

2.5 29 7×3 ≤63 40×10 800 2(80×10) 2622

4 39 10×3 125 50×5 671 2(100×6) 2424

6 47 15×3 162 50×6 740 2(100×8) 2846

10 65 15×4 200 50×8 800 2(100×10) 3230

16 86 15×5 235 50×10 1020 2(120×8) 3287

25 115 20×3 212 60×5 826 2(120×10) 3735

35 140 20×4 250 60×6 883 3(60×6) 1925

50 170 20×5 319 60×8 1037 3(60×8) 2329

70 215 20×10 497 60×10 1176 3(60×10) 2723

95 260 25×3 262 80×6 1128 3(80×6) 2405

120 300 25×4 300 80×8 1311 3(80×8) 2876

150 350 25×5 384 80×10 1487 3(80×10) 3324

185 400 30×3 337 100×6 1400 3(100×6) 2943

240 500 30×4 366 100×8 1628 3(100×8) 3503

30×5 400 100×10 1845 3(100×10) 4022

30×6 480 120×8 1942 3(120×8) 4183

30×8 504 120×10 2203 3(120×10) 4669

30×10 630 2(60×6) 1535

40×4 482 2(60×8) 1912

40×5 544 2(60×10) 2101

40×6 630 2(80×6) 1964

40×8 700 2(80×8) 2312

6. 銅芯電纜的選擇，銅線面積升一級(jí)測(cè)算：

1) 對(duì)于 1.5、2.5、4、6、10mm2 的導(dǎo)線可將其截面積數(shù)乘以 5 倍；

19

2) 對(duì)于 16、25mm2 的導(dǎo)線可將其截面積數(shù)乘以 4 倍；

3) 對(duì)于 35、50mm2 的導(dǎo)線可將其截面積數(shù)乘以 3 倍；

4) 對(duì)于 70、95mm2 的導(dǎo)線可將其截面積數(shù)乘以 2.5 倍；

5) 對(duì)于 120、150、185mm2 的導(dǎo)線可將其截面積數(shù)乘以 2 倍。

7. 電纜彎曲半徑

1) 電纜最小允許彎曲半徑

表 2-12 電纜最小允許彎曲半徑

2) 礦物絕緣電纜敷設(shè)時(shí)，其允許最小彎曲半徑應(yīng)符合下表。

表 2-13 礦物絕緣電纜敷設(shè)時(shí)允許最小彎曲半徑

8. 線纜間距

1) 電子信息系統(tǒng)線纜與其他管線的間距

20

表 2-14 電子信息系統(tǒng)線纜與其他管線的間距

2) 電子信息系統(tǒng)信號(hào)電纜與電力電纜的間距

表 2-15 電子信息系統(tǒng)信號(hào)電纜與電力電纜的間距

9. 絕緣

1) 電力電纜絕緣水平

2) 1.2 交流系統(tǒng)電力電纜導(dǎo)體的相間額定電壓不得低于使用回路的工作線電壓。

3) 交流系統(tǒng)中電力電纜導(dǎo)體與絕緣屏蔽或金屬套之間額定電壓選擇應(yīng)符合下列規(guī)定：

a) 中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)，接地保護(hù)動(dòng)作不超過(guò) 1min 切除故障時(shí)，不應(yīng)低于

100% 的使用回路作相電壓;

b) 對(duì)于單相接地故障可能超過(guò) 1min 的供電系統(tǒng)，不宜低于 133 %的使用回路工作相電壓;

在單相接地故障可能持續(xù) 8h 以上，或發(fā)電機(jī)回路等安全性要求較高時(shí)，宜采用 173% 的

使用回路工作相電壓。

4) 交流系統(tǒng)電纜的耐壓水平應(yīng)滿足系統(tǒng)絕緣配合的要求。

21

5) 直流輸電電纜絕緣水平應(yīng)能承受極性反向、直流與沖擊疊加等的耐壓考核交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜

應(yīng)具有抑制間電荷積聚及其形成局部高場(chǎng)強(qiáng)等適應(yīng)直流電場(chǎng)運(yùn)行的特性。

6) 電力電纜絕緣類(lèi)型

電力電纜絕緣類(lèi)型選擇應(yīng)符合下列規(guī)定：

a) 在符合工作電莊、工作電流及其特征和環(huán)境條件下，電纜絕緣壽命不應(yīng)小于預(yù)期使用壽命;

b) 應(yīng)根據(jù)運(yùn)行靠性、施和維護(hù)方便性以及最高允許工作溫度與造價(jià)等因素選擇；

c) 應(yīng)符合電纜耐火與阻燃的要求；

d) 應(yīng)符合環(huán)境保護(hù)的要求。

7) 常用電力電纜的絕緣類(lèi)型選擇應(yīng)符合下列規(guī)定:

a) 低壓電纜宜選用交聯(lián)聚乙烯或聚氯乙烯擠塑絕緣類(lèi)型，當(dāng)環(huán)境保護(hù)有要求時(shí)，不得選用聚

氯乙烯絕緣電纜;

b) 高壓交流電纜宜選用交聯(lián)聚乙烯絕緣類(lèi)型，也可選用自容式充油電纜;

c) 500 kV 交流海底電纜線路可選用自容式充油電纜或交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜;

d) 高壓直流輸電電纜可選用不滴流浸漬紙絕緣 、自容式充油類(lèi)型和適用高壓直流電纜的交

聯(lián)聚乙烯絕緣類(lèi)型，不宜選用普通交聯(lián)聚乙烯絕緣類(lèi)型。

8) 移動(dòng)式電氣設(shè)備等經(jīng)常彎曲移動(dòng)或有較高柔軟性要求的回路應(yīng)選用橡皮絕緣等電纜。

9) 放射線作用場(chǎng)所應(yīng)按絕緣類(lèi)型要求，選用交聯(lián)聚乙烯或乙丙橡皮絕緣等耐射線輻照強(qiáng)度的電

纜。

10) 60℃ 以上高溫場(chǎng)所應(yīng)按經(jīng)受高溫及其持續(xù)時(shí)間和絕緣類(lèi)型要求，選用耐熱聚氯乙烯、交聯(lián)聚

乙烯或乙丙橡皮絕緣等耐熱型電纜; 100℃以上高溫環(huán)境宜選用礦物絕緣電纜。高、溫場(chǎng)所不宜

選用普通聚氯乙烯絕緣電纜。

11) 年最低溫度在 5'C 以下應(yīng)按低溫條件和絕緣類(lèi)型要求，選用交聯(lián)聚乙烯、聚乙烯、耐寒橡皮絕

緣電纜 低溫環(huán)境不宜選用聚氯乙烯絕緣電纜。

12) 在人員密集場(chǎng)所或有低毒性要求的場(chǎng)所，應(yīng)選用交聯(lián)聚乙烯或乙丙橡皮等無(wú)鹵絕緣電纜，不應(yīng)

選用聚氯乙烯絕緣電纜。

13) 6kV 及以上的交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜，應(yīng)選用內(nèi)、外半導(dǎo)電屏蔽層與絕緣層三層共擠工藝特征的

型式。

22

表 2-16 型號(hào)與名稱(chēng)

表 2-17 常用電力電纜導(dǎo)體的最高允許溫度

14) 擠包在每芯導(dǎo)體上的絕緣應(yīng)是 PVC/D 型聚氯乙烯混合物 。

15) 絕緣線芯應(yīng)選取合適的同心層排列，絞合在一起。纜芯的中心不允許放絕緣線芯，但五芯及以

上電纜的第一層中心可放一根合適材料制成的填充物。 三芯及以上纜芯中應(yīng)有一根黃綠組合

包絕緣線芯。成纜時(shí)各層可以重疊或間隙繞包一層帶子，包帶應(yīng)不黏連絕緣線芯。兩芯電纜絕

緣線芯之間的間隙可單獨(dú)填充或用護(hù)套填充。

16) 擠包在纜芯上的內(nèi)護(hù)層應(yīng)是 PVC/ST5 型聚氯乙烯混合物。

17) 產(chǎn)品不同極性的裸露帶電體之間，以及它們與地或相與相之間的電氣間隙、爬電距離應(yīng)不小于

20mm，當(dāng)小于此規(guī)定的距離時(shí)，應(yīng)采取增加絕緣防護(hù)等措施，如套熱縮管等，接點(diǎn)及搭接處除

外，但應(yīng)滿足表 2-18 中的規(guī)定。

23

表 2-18 電氣間隙和爬電距離

4、 溫度海拔對(duì)電氣影響

1. 就斷路器而言海拔高度增加后，斷路器的電氣間隙和爬電距離變化較大從而降

低了絕緣性能，斷路器更容易被擊穿；

2. 空氣壓力和密度的降低，使得滅弧時(shí)間延長(zhǎng)，觸頭燒蝕嚴(yán)重。另外產(chǎn)品承受過(guò)

電壓的水平降低，通斷能力水平也降低，電氣壽命會(huì)減少；

3. 因?yàn)楦吆０蔚貐^(qū)空氣稀薄，空氣密度降低使散熱的對(duì)流作用減弱，溫升就會(huì)升

高。盡管海拔升也會(huì)導(dǎo)致氣溫下降從而部分補(bǔ)償由海拔升高對(duì)電氣溫升的影響，但是該作用不足以抵消

溫升的增加。

因此，在高海拔下，要保證斷路器正常工作，就需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行降容。

表 2-19 高海拔降容系數(shù)表

海拔高度 2000m 3000m 4000m 5000m

最大工作電壓（V） 415 350 310 270

40℃熱額定值（A） In 0.96In 0.93In 0.91In

平均絕緣電壓（V） 800 700 600 500

介電強(qiáng)度（V） 3000 2500 2100 1800

表 2-20 環(huán)境溫度對(duì)斷路器長(zhǎng)延時(shí)過(guò)電流脫扣器整定值的降容系數(shù)

溫度（℃） 40 45 50 55 60 65 70

降容系數(shù) 1 0.975 0.95 0.925 0.9 0.875 0.85

額定絕緣電壓 Ui/V 電氣間隙/mm 爬電距離/mm

Ui≤60 5 5

60＜Ui≤300 6 10

300＜Ui≤690 10 14

690＜Ui≤800 16 20

800＜Ui≤1000(或 1140) 18 24

24

三、 CPU 選型通用依據(jù)

1、 CPU 選型

CPU 選型應(yīng)該注意下表所示的方面：

CPU 選型注意事項(xiàng)

高速輸入 高速脈沖（PWM） 防護(hù)等級(jí) 溫度海拔 熱插拔 冗余 通訊

2、 I/O 點(diǎn)位統(tǒng)計(jì)

1. I/O 點(diǎn)數(shù)選擇

I/O 點(diǎn)數(shù)是決定 PLC 選型的最重要因素之一，一般而言：

1) 當(dāng)控制對(duì)象 I/O 點(diǎn)在 60 點(diǎn)之內(nèi)，I/O 點(diǎn)數(shù)比為 3/2 時(shí)選用整體式（小型）PLC 較為經(jīng)濟(jì)；

2) 當(dāng)控制對(duì)象 I/O 點(diǎn)在 100~ 200 點(diǎn)，選用小型模塊式的較為合理；

3) 當(dāng)控制對(duì)象 I/O 點(diǎn)在 300 點(diǎn)左右時(shí)，選中型 PLC；

4) 當(dāng)控制對(duì)象 I/O 點(diǎn)在 400 點(diǎn)以上時(shí)就必須選用大型 PLC。

2. I/O 類(lèi)型

1) I/O 類(lèi)型也是決定 PLC 選型的重要因素之一，一般而言，多數(shù)小型 PLC 只具有開(kāi)關(guān)量 I/O；

2) PID、A／D、D/A、位控等功能一般只有大、中型 PLC 才有。

3. 開(kāi)關(guān)量 I/O 模塊的選擇

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表 3-1 開(kāi)關(guān)量 I/O 模塊的選擇

開(kāi)關(guān)量 I/O 模塊的選擇

外部接線方式問(wèn)題

I/O 模塊一般分為獨(dú)立式、分組式和匯點(diǎn)式。

通常，獨(dú)立式的點(diǎn)均價(jià)格較高，如果實(shí)際系

統(tǒng)中開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)之間不需隔離可考慮

選擇后兩種。

點(diǎn)數(shù)問(wèn)題 通常 I/O 模塊有 4、8、16、24、32、64 點(diǎn)

幾種。一般而言，點(diǎn)數(shù)多的點(diǎn)均價(jià)較低。

開(kāi)關(guān)量輸入模塊

通常的開(kāi)關(guān)量輸入模塊類(lèi)型有有源輸入、無(wú)

源輸入、光電接近傳感器等輸入。進(jìn)行開(kāi)關(guān)

量輸入模塊的選型時(shí)必須根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)

行中的要求綜合考慮。當(dāng)然，具體到有源輸

入模塊，還分為 AC 輸入、DC 輸入和 TTL

電平輸入。

開(kāi)關(guān)量輸出模塊

通常的開(kāi)關(guān)量輸出模塊類(lèi)型有繼電器輸出、

可控硅輸出和晶體管輸出。在開(kāi)關(guān)量輸出模

塊的選型過(guò)程中，必須根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行要

求及要求輸出的電壓等級(jí)進(jìn)行相應(yīng)的選型。

3、 PLC 分類(lèi)

表 3-2 PLC 分類(lèi)

按結(jié)構(gòu)形式分類(lèi) 按功能分類(lèi) 按 I/O 點(diǎn)數(shù)分類(lèi)

整體式 PLC

模塊式 PLC

疊裝式 PLC

低檔 PLC

中檔 PLC

高檔 PLC

小型 PLC

中型 PLC

大型 PLC

1. 按結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)

根據(jù) PLC 的結(jié)構(gòu)形式，可將 PLC 分為整體式和模塊式兩類(lèi)。

1) 整體式 PLC

整體式 PLC 是將電源、CPU、I/O 接口等部件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，如圖所示。具有結(jié)構(gòu)緊湊、體

26

積小、價(jià)格低的特點(diǎn)。小型 PLC 一般采用這種整體式結(jié)構(gòu)。

圖 3.1 整體式 PLC

整體式 PLC 由不同 I/O 點(diǎn)數(shù)的基本單元（又稱(chēng)主機(jī)）和擴(kuò)展單元組成，基本單元內(nèi)有 CPU、I/O 接口、

與 I/O 擴(kuò)展單元相連的擴(kuò)展口以及與編程器或 EPROM 寫(xiě)入器相連的接口等；擴(kuò)展單元內(nèi)只有 I/O 和

電源等，而沒(méi)有 CPU。

基本單元和擴(kuò)展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式 PLC 一般還可配備特殊功能單元，如模擬量

單元、位置控制單元等，使其功能得以擴(kuò)展。

2) 模塊式 PLC

模塊式 PLC 將 PLC 的各組成部分分別做成若干個(gè)單獨(dú)的模塊，如 CPU 模塊、I/O 模塊、電源模塊（有

的含在 CPU 模塊中）以及各種功能模塊。模塊式 PLC 由框架或基板和各種模塊組成，模塊裝在框架

或基板的插座上，如圖所示。

圖 3.2 模塊式 PLC

這種模塊式 PLC 的特點(diǎn)是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴(kuò)展和

維修。大、中型 PLC 一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。

3) 還有一些 PLC 將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成所謂的疊裝式 PLC。

疊裝式 PLC 的 CPU、電源、I/O 接口等也是各自獨(dú)立的模塊，但它們之間是靠電纜進(jìn)行連接的，并

且各模塊可以一層層地疊裝。這樣，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可做得體積小巧。如圖所示。

27

圖 3.3 疊裝式 PLC

2. 按功能分類(lèi)

根據(jù) PLC 的功能不同，可將 PLC 分為低檔、中檔、高檔三類(lèi)。

1) 低檔 PLC

低檔 PLC 具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入

/輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較及通信等功能，主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控

制的單機(jī)控制系統(tǒng)。

2) 中檔 PLC

中檔 PLC 除具有低檔 PLC 的功能外，還具有較強(qiáng)的模擬量輸入/輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、

數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程 I/O、子程序及通信聯(lián)網(wǎng)等功能；有些還可增設(shè)中斷控制、PID 控制等功能，適用于

復(fù)雜的控制系統(tǒng)。

3) 高檔 PLC

高檔 PLC 除具有中檔 PLC 的功能外，還增加了帶符號(hào)算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、位邏輯運(yùn)算、平方根運(yùn)

算及其他特殊功能函數(shù)的運(yùn)算、制表及表格傳送功能等。

高檔 PLC 具有更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過(guò)程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)

工廠自動(dòng)化。

3. 按 I/O 點(diǎn)數(shù)分類(lèi)

根據(jù) PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)多少，可將 PLC 分為小型、中型和大型三類(lèi)。

1) 小型 PLC

小型 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)小于 256，具有單 CPU 及 8 位或 16 位處理器，用戶存儲(chǔ)器容量為 4KB 以下。例

如：三菱 FX0S 系列。

2) 中型 PLC

中型 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)在 256～2048，具有雙 CPU，用戶存儲(chǔ)器容量為 2～8KB。

28

3) 大型 PLC

大型 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)大于 2048，具有多 CPU 及 16 位或 32 位處理器，用戶存儲(chǔ)器容量為 8～16KB。

世界上，PLC 產(chǎn)品可按地域分成三大流派，一個(gè)流派是美國(guó)產(chǎn)品，一個(gè)流派是歐洲產(chǎn)品，一個(gè)流派

是日本產(chǎn)品。美國(guó)和歐洲的 PLC 技術(shù)是在相互隔離情況下獨(dú)立研究開(kāi)發(fā)的，因此美國(guó)和歐洲的 PLC

產(chǎn)品有明顯的差異性。

而日本的 PLC 技術(shù)是由美國(guó)引進(jìn)的，對(duì)美國(guó)的 PLC 產(chǎn)品有一定的繼承性，但日本的主推產(chǎn)品定位在

小型 PLC 上。美國(guó)和歐洲以大中型 PLC 而聞名，而日本則以小型 PLC 著稱(chēng)。

4、 PLC 選型方法

PLC 選型考慮方面

PLC 機(jī)型 容量 I/O 模塊 電源模塊 特殊功能模塊 通信聯(lián)網(wǎng)能力

1. PLC 的選擇主要應(yīng)從 PLC 的機(jī)型、容量、I/O 模塊、電源模塊、特殊功能模

塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。PLC 機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)

方便的前提下，力爭(zhēng)最佳的性能價(jià)格比。選擇時(shí)應(yīng)主要考慮到合理的結(jié)構(gòu)型式，安裝方式的選擇，相應(yīng)

的功能要求，響應(yīng)速度要求，系統(tǒng)可靠性的要求，機(jī)型盡量統(tǒng)一等因素。

2. PLC 最多可帶 7 個(gè)模塊，擴(kuò)展多少由 CPU 決定，型號(hào)不同，可參照具體產(chǎn)品

手冊(cè)選取。

29

四、 傳感器與變送器

1、 熱電阻

1. PT100

1) PT100 特性

PT100 是鉑熱電阻，當(dāng) PT100 在 0 攝氏度的時(shí)候他的阻值為 100 歐姆，在 100℃時(shí)它的阻值約為 138.5

歐姆。它的阻值會(huì)隨著溫度上升而成近似勻速的增長(zhǎng)。但他們之間的關(guān)系并不是簡(jiǎn)單的正比的關(guān)系，

而更應(yīng)該趨近于一條拋物線。

圖 4.1 PT100/PT1000 鉑電阻 RT 曲線圖

2) PT100 溫度-阻值分度表

表 4-1 PT100 溫度-阻值分度表

溫度 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0

（℃） 電阻值 Ω）

80.31 84.27 88.22 92.16 96.09 100

溫度 10 20 30 40 50 60 70 80 90

（℃） 電阻值 Ω）

0 103.90 107.79 111.67 115.54 119.40 123.24 127.08 130.90 134.71

100 142.29 146.07 149.83 153.58 157.33 161.05 164.77 168.48 172.17

200

175.86

30

3) PT100 選型參數(shù)

表 4-2 PT100 選型參數(shù)

參數(shù)說(shuō)明 可選參數(shù)說(shuō)明

測(cè)溫元件類(lèi)型 PT10/PT20/PT100/PT200/PT500/PT1000

精度的選擇

1/10B 級(jí) ±0.03℃

1/3B 級(jí) ±0.10℃

A 級(jí) ±0.15℃

B 級(jí) ±0.30℃

2B 級(jí) ±0.60℃

溫度測(cè)試范圍 -200~850℃

幾線制 2 線制/3 線制/4 線制

線材屏蔽要求 是/否

引線長(zhǎng)度 0.05 米~500 米

保護(hù)管直徑*長(zhǎng)度

常用尺寸

（3*10mm/3*30mm/4*30mm/5*30mm/5*50mm/6*30mm/6*50mm/8

*50mm）

線尾部處理方式 沾錫/U 型叉/直針/航空插/防水連接器/端子 等等

注：廠家不同，請(qǐng)參照廠家所提供的具體參數(shù)選型。

2. PT1000

1) PT1000 溫度-阻值分度表

31

表 4-3 PT1000 阻值隨溫度變化分度表

溫度 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

（℃） 電阻值（Ω）

100 1385 1388 1392 1396 1400 1404 1407 1411 1415 1419

110 1422 1426 1430 1434. 1438 1441 1445 1449 1453 1456

120 1460 1464 1468 1471 1475 1479 1483 1487 1490 1494

130 1498 1502 1505 1509 1513 1517 1520 1524 1528 1532

140 1535 1539 1543 1547 1550 1554 1558 1562 1565 1569

150 1573 1576 1580 1584 1588 1591 1595 1599 1603 1606

160 1610 1614 1617 1621 1625 1629 1632 1636 1640 1644

170 1647 1651 1655 1658 1662 1666 1669 1673 1677 1681

180 1684 1688 1692 1695 1699 1703 1706 1710 1714 1718

190 1721 1725 1729 1732 1736 1740 1743 1747 1751 1754

200 1758 1762 1765 1769 1773 1776 1780 1784 1787 1791

210 1795 1798 1802 1806 1809 1813 1817 1820 1824 1828

220 1831 1835 1839 1842 1846 1850 1853 1857 1861 1864

230 1868 1872 1875 1879 1882 1886 1890 1893 1897 1901

240 1904 1908 1911 1915 1919 1922 1926 1930 1933 1937

250 1940 1944 1948 1951 1955 1959 1962 1966 1969 1973

260 1977 1980 1984 1987 1991 1995 1998 2002 2005 2009

270 2013 2016 2020 2023 2027 2031 2034 2038 2041 2045

280 2049 2052 2056 2059 2063 2066 2070 2074 2077 2081

290 2084 2088 2091 2095 2099 2102 2106 2109 2113 2116

3. 銅熱電阻

1) CU50

32

表 4-4 CU50

設(shè)計(jì)原理

Cu 后的 50 即表示它在 0℃時(shí)阻值為 50 歐姆，在 100℃時(shí)它的阻值約為

71.400 歐姆。它的工業(yè)原理：當(dāng) Cu50 在 0 攝氏度的時(shí)候他的阻值為 50 歐

姆，它的阻值會(huì)隨著溫度上升而成勻速增長(zhǎng)的。

應(yīng)用范圍

醫(yī)療、電機(jī)、工業(yè)、溫度計(jì)算、阻值計(jì)算等高精溫度設(shè)備，應(yīng)用范圍非常

之廣泛。

同時(shí)，用于熱電阻， 熱電阻溫度計(jì)， 熱電阻校驗(yàn)儀，熱電阻模擬器-銅熱

電阻模擬器，銅熱電阻， 鎧裝熱電阻等。

特點(diǎn) 銅熱電阻的線性較好、價(jià)格低、電阻率低，因而體積較大，熱響應(yīng)慢，但

是利用這一特點(diǎn)可以制作測(cè)量區(qū)域平均溫度的感溫元件。

組成部分 常見(jiàn)的 Cu50 感溫元件有陶瓷元件，玻璃元件，云母元件，它們是由銅絲

分別繞在陶瓷骨架，玻璃骨架，云母骨架上再經(jīng)過(guò)復(fù)雜的工藝加工而成

新技術(shù) 目前最新的技術(shù) CU50 的轉(zhuǎn)換只需要 MX825-J 就可以完成。方便、快捷、

準(zhǔn)確。

2) PT100 熱電阻和 CU50 熱電阻的區(qū)別

表 4-5 PT100 熱電阻和 CU50 熱電阻的區(qū)別

PT100 CU50

精度 低 高

溫度范圍 -200～850℃ -50～150℃

材質(zhì) 鉑熱電阻 銅熱電阻

價(jià)格 高 便宜

優(yōu)點(diǎn)

金屬鉑材料的優(yōu)點(diǎn)是化學(xué)穩(wěn)定

性好、能耐高溫，容易制得純鉑，

又因其電阻率 ρ 大，可用較少材

料制成電阻，此外其測(cè)溫范圍

大。

銅熱電阻的價(jià)格便宜，線

件度好，工業(yè)上在

-50--+150℃范圍內(nèi)使用

較多。

缺點(diǎn)

在還原介質(zhì)中，特別是在高溫下

很容易被從氧化物中還原出來(lái)

的蒸汽所沾污，使鉑絲變脆，并

改變電阻與溫度之間的關(guān)系。

銅熱電阻怕潮濕，易被腐

蝕，熔點(diǎn)亦低。

33

3) CU50 溫度-阻值分度表

表 4-6 CU50 溫度-阻值分度表

溫度 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9

（℃） 電阻值（Ω）

-50 39.24

-40 41.40 41.18 40.97 40.75 40.54 40.32 40.11 39.89 39.67 39.46

-30 43.56 43.35 43.12 42.91 42.69 42.48 42.26 42.05 41.83 41.62

-20 45.71 45.49 45.28 4506 44.85 44.63 44.42 44.20 43.99 43.77

-10 47.85 47.64 47.43 47.21 47.00 46.78 46.57 46.35 46.14 45.92

0 50.00 49.79 49.57 49.36 49.14 48.93 48.71 48.50 48.28 48.07

溫度 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

（℃） 電阻值（Ω）

0 50.00 50.21 50.43 50.64 50.86 51.07 51.29 51.50 51.72 51.93

10 52.14 52.36 52.57 52.79 53.00 53.21 53.43 53.64 53.86 54.07

20 54.29 54.50 54.71 54.93 55.14 55.36 55.57 55.78 56.00 56.21

30 56.43 56.64 56.85 57.07 57.28 57.50 57.71 57.92 58.14 58.35

40 58.57 58.78 58.99 59.21 59.42 59.364 59.85 60.06 60.28 60.49

50 60.70 60.92 61.13 61.35 61.56 61.77 61.99 62.20 62.42 62..63

60 62.84 63.06 63.27 63.48 63.70 63.91 64.13 64.34 64.55 64.77

70 64.98 65.19 65.41 65.62 65.84 66.05 66.26 66.48 66.69 66.91

80 67.12 67.33 67.55 67.76 67.98 68.19 68.40 68.62 68.83 69.05

90 69.26 69.47 69.69 69.90 70.12 70.33 70.54 70.76 70.97 71.19

100 71.40 71.61 71.83 72.04 72.26 72.47 72.69 72.90 73.11 73.33

110 73.54 73.75 73.97 74.19 74.40 74.61 74.83 75.04 75.26 75.48

120 75.69 75.60 76.12 76.33 76.55 76.76 76.97 77.19 77.40 77.62

130 77.83 78.05 78.26 78.48 78.69 78.91 79.12 79.34 79.55 79.77

140 79.98 80.20 80.41 80.63 80.84 81.06 81.27 81.49 81.70 81.92

150 82.13

34

4) CU100 溫度-阻值分度表

表 4-7 CU100 溫度-阻值分度表

溫度 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9

（℃） 電阻值（Ω）

-50 78.48 78.05 77.62 77.19 76.76 76.33 75.90 75.47 75.03 74.60

-40 82.80 82.37 81.94 81.51 81.08 80.65 80.22 79.79 79.36 78.92

-30 87.11 86.68 86.25 85.82 85.39 84.96 84.53 84.10 83.67 83.24

-20 91.41 90.98 90.55 90.12 89.69 89.26 88.83 88.40 87.97 87.54

-10 95.71 95.28 94.85 94.42 93.99 93.56 93.13 92.70 92.27 91.84

0 100 99.57 99.14 98.71 98.28 97.86 97.43 97.00 96.57 96.14

溫度 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

（℃） 電阻值（Ω）

0 100.0 100.4 100.9 101.3 101.7 102.1 102.6 103.0 103.4 103.9

10 104.3 104.7 105.1 105.6 106.0 106.4 106.9 107.3 107.7 108.2

20 108.6 109.0 109.4 109.9 110.3 110.7 111.1 111.6 112.0 112.4

30 112.9 113.3 113.7 114.1 114.6 115.0 115.4 115.9 116.3 116.7

40 117.1 117.6 118.0 118.4 118.9 119.3 119.7 120.1 120.6 130.0

50 121.4 121.8 122.3 122.7 123.1 123.6 124.0 124.4 124.8 125.3

60 125.7 126.1 126.5 127.0 127.4 127.8 128.3 128.7 129.1 130.0

70 130.0 130.4 130.8 131.3 131.7 132.1 132.5 133.0 133.4 133.8

80 134.2 134.7 135.1 135.5 136.0 136.4 136.8 137.3 137.7 138.1

90 138.5 139.0 139.4 139.8 140.2 140.7 141.1 141.5 142.0 142.4

100 142.8 143.2 143.7 144.1 144.5 145.0 145.4 145.8 146.2 146.7

110 147.1 147.5 148.0 148.4 148.8 149.2 149.7 150.1 150.5 151.0

120 151.4 151.8 152.2 152.7 153.1 153.5 154.0 154.4 154.8 155.3

130 155.7 156.1 156.5 157.0 157.4 157.8 158.3 158.7 159.1 159.6

140 160.0 160.4 160.85 161.3 161.7 162.1 162.6 163.0 163.4 163.9

150 164.3 164.7 165.1 165.6 166.0 166.4 166.9 167.3 167.7 168.2

4. 熱敏電阻

35

1) Ntc10k

功率型 NTC 熱敏電阻多用于電源抑制浪涌。抑制浪涌用 NTC 熱敏電阻器，是一種大功率的圓片

式熱敏電阻器，常用于有電容器、加熱器和馬達(dá)啟動(dòng)的電子電路中。

圖 4.2 熱敏電阻

在電路電源接通瞬間，電路中會(huì)產(chǎn)生比正常工作時(shí)高出許多倍的浪涌電流，而 NTC 熱敏電阻器

的初始阻值較大，可以抑制電路中過(guò)大的電流，從而保護(hù)其電源電路及負(fù)載。

當(dāng)電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)時(shí)，熱敏電阻器由于通過(guò)電流而引起阻體溫度上升，電阻值下降至很

小，不會(huì)影響電路的正常工作。

2) NTC 熱敏電阻特性曲線

圖 4.3 NTC 熱敏電阻特性曲線

負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，簡(jiǎn)稱(chēng)為 NTC 熱敏電阻，它的阻值隨著工作溫度的增加而降低。目前，因

為 NTC 熱敏電阻的幾乎可以應(yīng)用于對(duì)溫度起作用的任何類(lèi)型的設(shè)置中及它的高性?xún)r(jià)比，所以 NTC

熱敏電阻已經(jīng)成為最常用的溫度傳感器類(lèi)型。

3) NTC10k、NTC5k 及 NTC2k 的區(qū)別。

NTC 熱敏電阻溫度傳感器 2k、5K、10K 的主要區(qū)別在于它們的阻值上的不，2K 在 25℃時(shí)的標(biāo)

36

稱(chēng)阻值為 2KΩ,K 在 25℃時(shí)的標(biāo)稱(chēng)阻值為 5KΩ，10K 在 25℃時(shí)的標(biāo)稱(chēng)阻值為 10KΩ。

2、 熱電偶

1. 分類(lèi)

表 4-8 熱電偶分類(lèi)

分類(lèi) 適用溫度 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)

K 型熱電偶

(鎳鉻-鎳硅)

-200~1300

具有線性度好，熱電動(dòng)勢(shì)較大，靈敏

度高，穩(wěn)定性和均勻性較好，抗氧化

性能強(qiáng)，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，能用于氧

化性惰性氣氛中。

不能直接在高溫下用于

硫，還原性或還原，氧化

交替的氣氛中和真空中，

也不推薦用于弱氧化氣

氛中 300~500 熱電勢(shì)

不穩(wěn)定；800 左右熱電勢(shì)

不穩(wěn)定

N 型熱電偶

(鎳鉻硅-鎳

硅)

-200~1300

具有線性度好，熱電動(dòng)勢(shì)較大，靈敏

度較高，穩(wěn)定性和均勻性較好，抗氧

化性能強(qiáng)，價(jià)格便宜，不受短程有序

化影響等優(yōu)點(diǎn),其綜合性能優(yōu)于 K 型

熱電偶,是一種很有發(fā)展前途的熱電

偶.

不能直接在高溫下用于

硫，還原性或還原，氧化

交替的氣氛中和真空中，

也不推薦用于弱氧化氣

氛中

E 型熱電偶

(鎳鉻-銅鎳)

-200~900

熱電動(dòng)勢(shì)大，靈敏度高屬所有熱電偶

之最，宜制成熱電堆，測(cè)量微小的溫

度變化于高濕度氣氛的腐蝕不甚靈

敏，宜用于濕度較高的環(huán)境。E 熱電

偶還具有穩(wěn)定性好，抗氧化性能優(yōu)于

銅-康銅，鐵-康銅熱電偶，價(jià)格便宜

等優(yōu)點(diǎn)，能用于氧化性和惰性氣氛

中，廣泛為用戶采用

不能直接在高溫下用于

硫，還原性氣氛中，熱電

勢(shì)均勻性較差

T 型熱電偶

（銅-銅鎳） -200~350

具有線性度好，熱電動(dòng)勢(shì)較大，靈敏

度較高，穩(wěn)定性和均勻性較好，價(jià)格

便宜等優(yōu)點(diǎn),特別在-200~0℃溫區(qū)內(nèi)

使用，穩(wěn)定性更好

在高溫下抗氧化性能差，

故使用溫度上限受到限

制。

2. 熱電偶分度號(hào)對(duì)照表

37

表 4-9 熱電偶分度號(hào)對(duì)照表

3. 熱電偶測(cè)量端的焊接方法：

1) 氣焊(乙炔焊)；

2) 石墨粉焊接法；

3) 水銀電弧焊接法；

4) 鹽水電弧焊接法；

5) 直流電弧焊接法；

6) 找臺(tái)調(diào)壓變壓器，調(diào)至 24V，再把一號(hào)電池的碳棒拆出來(lái)，把頭磨尖，這

頭接調(diào)壓器 24V 一端，另一端接雙絞的熱電偶，認(rèn)下調(diào)壓器的火，零線保證安全，用碳棒尖頭和雙

絞的熱電偶相碰，即利用尖端放電的電弧把雙絞的熱電偶兩極焊接，焊時(shí)帶副墨鏡保護(hù)眼睛。

7) 將偶絲斷頭雙絞后,用氬弧焊接,建議你如不是焊接好手還是請(qǐng)專(zhuān)業(yè)人員煌

接,因煌接點(diǎn)要求圓滑,大小適宜。

對(duì)焊點(diǎn)的要求是：焊點(diǎn)要牢固，表面要光滑，無(wú)污點(diǎn)，無(wú)夾渣，無(wú)裂紋，焊點(diǎn)的尺寸要盡量小，

38

以減少傳熱誤差和動(dòng)態(tài)誤差。

3、 變送器

1. 分類(lèi)

表 4-10 變送器分類(lèi)

分類(lèi) 特點(diǎn)

按輸出信號(hào)

類(lèi)型

電流輸出型

電壓輸出變送器具有恒壓源的性質(zhì)，PLC 模擬量輸入模塊的電壓輸入端的

阻抗很高，如果傳輸距離較遠(yuǎn)，微小的干擾信號(hào)電流在模塊的輸入阻抗上

將產(chǎn)生較高的干擾電壓，所以遠(yuǎn)程傳送的模擬電壓信號(hào)的抗干擾能力較差。

但適合于將同一信號(hào)送到并聯(lián)的多個(gè)儀表上，且安裝簡(jiǎn)單，拆裝其中某個(gè)

儀表不會(huì)影響其他儀表的工作，對(duì)輸出級(jí)的耐壓要求降低，從而提高了儀

表的可靠性。電壓信號(hào)的范圍為 1～5 V、0～10 v、0～10 V，首先為 1～5 V、

0～10 V。

電壓輸出型

具有恒流源的性質(zhì)，恒流源的內(nèi)阻很大。PLC 模擬量輸入模塊的輸入為電

流時(shí)，輸入阻抗較低，線路上的干擾信號(hào)在模塊上產(chǎn)生的干擾電壓很低，

所以模擬量電流信號(hào)適用于遠(yuǎn)程傳輸，在使用屏蔽電纜信號(hào)線時(shí)可達(dá)數(shù)百

米。電流信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)為 0～10 mA、0～20 mA、4～20 mA，首選為 4～20

mA，0 mA 通常被用作電路故障或電源故障指示信號(hào)。

按所使用的

能源

氣動(dòng)型

氣動(dòng)變送器以干燥、潔凈的壓縮空氣作為能源，它能將各種被測(cè)參數(shù)(如溫

度、壓力、流量和液位等)變換成 0．02～0.1IMPa 的氣壓信號(hào)，以便傳送

給調(diào)節(jié)、顯示等單元組合式儀表，供指示、記錄或調(diào)節(jié)。氣動(dòng)變送器的結(jié)

構(gòu)比較簡(jiǎn)單，工作比較可靠，對(duì)電磁場(chǎng)、放射線及溫度、濕度等環(huán)境影響

的抗干擾能力較強(qiáng)，能防火、防爆，價(jià)格也比較便宜；缺點(diǎn)是響應(yīng)速度較

慢，傳送距離受到限制，與計(jì)算機(jī)連接比較困難。

電動(dòng)型

電動(dòng)變送器以電為能源，信號(hào)之間聯(lián)系比較方便，適用于遠(yuǎn)距離傳送，便

于與電子計(jì)算機(jī)連接。近年來(lái)也可做到防爆以利安全使用。其缺點(diǎn)是投資

一般較高，受溫度、濕度、電磁場(chǎng)和放射線的干擾影響較大：電動(dòng)變送器

能將各種被測(cè)參數(shù)變換為 0～10V 或 4～20mA(直流電流的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào))，

以便傳送給自動(dòng)控制系統(tǒng)中的其他單元。

1) 常用溫度變送器分為一體化溫度變送器和分體式溫度變送器：

39

圖 4.4 一體化溫度變送器

圖 4.5 分體式溫度變送器

區(qū)別：

以熱電阻為例，熱電阻檢測(cè)元件出來(lái)的是三線制的電纜，如果是一體化溫度變送器，則直

接接到溫度變送器上面；如果是分體是溫度變送器，則先接一個(gè)表頭，然后通過(guò)電纜連接到分

體式溫度變送器上面。

2. 接線

1) 變送器選型注意事項(xiàng)

變送器選型注意事項(xiàng)

安裝條件 環(huán)境條件 儀表性能 經(jīng)濟(jì)性 應(yīng)用介質(zhì)

關(guān)于溫度變送器選型有以下注意事項(xiàng)：

要求關(guān)于以標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)傳輸?shù)膱?chǎng)合，應(yīng)采用溫度變送器。溫度變送器的選型應(yīng)符合下列規(guī)定：

a) 溫度檢測(cè)點(diǎn)環(huán)境溫度不高于 60℃或安裝位置不高于地坪 20m 的場(chǎng)合，宜選用一體型溫度

變送器；

b) 溫度檢測(cè)點(diǎn)環(huán)境溫度高于 60℃或安裝位置高于地坪 20m 的場(chǎng)合，宜選用分體型溫度變送

40

器。

4、 各種溫度傳感器的比較

表 4-11 各種溫度變送器比較

類(lèi)型 測(cè)溫范圍 精度 價(jià)格 應(yīng)用行業(yè)

PT100/PT100 鉑電阻 -200~850℃ 高 高 廣泛

K/J/E/T 廉價(jià)金屬熱電偶 -200~1300℃ 低 中 工業(yè)類(lèi)居多

S/R/B 貴重金屬熱電偶 -200~1600℃ 中 高 需要耐高溫的特殊行業(yè)

NTC 熱敏電阻 -40~200℃ 低 低 家電、消費(fèi)類(lèi)

DS18B20 數(shù)字溫度傳感器 -55~125℃ 中 高 冷鏈、糧食存儲(chǔ)

模擬電壓輸出溫度傳威器

(LM35，AD590)

-55~125℃ 中 高 少(幾乎被淘汰)

41

五、 執(zhí)行器

1、 固態(tài)繼電器

1. 選型方法

根據(jù)不同的負(fù)載類(lèi)型來(lái)選用 SSR 的額定電流。阻性負(fù)載、感性負(fù)載和容性負(fù)載在剛起動(dòng)時(shí)瞬時(shí)電流

較大。即使是純阻性，由于具有正溫度系數(shù)，冷態(tài)時(shí)電阻值較小，因而有較大的起動(dòng)電流。電爐剛接通

時(shí)電流為穩(wěn)定時(shí)的 1.3—1.4 倍。白熾燈接通時(shí)電流為穩(wěn)態(tài) 10 倍。有些金屬鹵化物燈不但開(kāi)啟時(shí)間長(zhǎng)達(dá)

10 分鐘，而且有高達(dá) 100 倍穩(wěn)態(tài)時(shí)的脈沖電流。

異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流為額定值的 5—7 倍，直流電機(jī)起動(dòng)電流還要大。不但如此，感性負(fù)載還具有

較高的反電勢(shì)。這是一個(gè)不定值，隨 L 和 di/dt 的不同而不同。通常為電源電壓的 1—2 倍，這樣和電源

電壓疊加。有高達(dá)三倍的電源電壓。

容性負(fù)載具有更大的危險(xiǎn)性，因?yàn)槠饎?dòng)時(shí)，由于電容器兩端的電壓不能突變，電容器（負(fù)載）相當(dāng)

于短路。這種負(fù)載在選型時(shí)更要特別注意。

需要特別指出的是用戶不要將 SSR 的浪涌電流值作為選擇負(fù)載起動(dòng)電流的依據(jù)。SSR 的浪涌電流值

是以晶閘管浪涌電流為標(biāo)準(zhǔn)的。它的前提條件是半個(gè)（或一個(gè)）電源周波。即 10 或 20ms。而前述啟動(dòng)

過(guò)程，少則幾百毫秒、幾分鐘，多則高達(dá) 10 分鐘。這點(diǎn)務(wù)必敬請(qǐng)高度注意。

1) 在選用小電流規(guī)格印刷電路板使用的固態(tài)繼電器時(shí)，因引線端子為高導(dǎo)熱

材料制成,焊接時(shí)應(yīng)在溫度小于 250℃、時(shí)間小于 10S 的條件下進(jìn)行，如考慮周?chē)鷾囟鹊脑颍?/p>

必要時(shí)可考慮降額使用，一般將負(fù)載電流控制在額定值的 1/2 以?xún)?nèi)使用。

2) 各種負(fù)載浪涌特性對(duì)固態(tài)繼電器 SSR 的選擇

被控負(fù)載在接通瞬間會(huì)產(chǎn)生很大的浪涌電流，由于熱量來(lái)不及散發(fā)，很可能使 SSR 內(nèi)部可控硅

損壞,所以用戶在選用繼電器時(shí)應(yīng)對(duì)被控負(fù)載的浪涌特性進(jìn)行分析,然后再選擇繼電器。使繼電器在

保證穩(wěn)態(tài)工作前提下能夠承受這個(gè)浪涌電流，選擇時(shí)可參考表 2 各種負(fù)載時(shí)的降額系數(shù)(常溫下)。

如所選用的繼電器需在工作較頻繁、壽命以及可靠性要求較高的場(chǎng)合工作時(shí)，則應(yīng)在表 2 的基

礎(chǔ)上再乘以 0.6 以確保工作可靠。

一般在選用時(shí)遵循上述原則，在低電壓要求信號(hào)失真小可選用采用場(chǎng)效應(yīng)管作輸出器件的直流

固態(tài)繼器；如對(duì)交流阻性負(fù)載和多數(shù)感性負(fù)載，可選用過(guò)零型繼電器，這樣可延長(zhǎng)負(fù)載和繼電器壽

命，也可減小自身的射頻干擾。如作為相位輸出控制時(shí)，應(yīng)選用隨機(jī)型固態(tài)繼電器。

3) 使用環(huán)境溫度的影響

固態(tài)繼電器的負(fù)載能力受環(huán)境溫度和自身溫升的影響較大，在安裝使用過(guò)程中,應(yīng)保證其有良好

的散熱條件，額定工作電流在 10A 以上的產(chǎn)品應(yīng)配散熱器，100A 以上的產(chǎn)品應(yīng)配散熱器加風(fēng)扇強(qiáng)

42

冷 。在安裝時(shí)應(yīng)注意繼電器底部與散熱器的良好接觸 ，并考慮涂適量導(dǎo)熱硅脂以達(dá)到最佳散熱效

果。

如繼電器長(zhǎng)期工作在高溫狀態(tài)下(40℃~80℃)時(shí)，用戶可根據(jù)廠家提供的最大輸出電流與環(huán)境溫

度曲線數(shù)據(jù)，考慮降額使用來(lái)保證正常工作。

4) 過(guò)流、過(guò)壓保護(hù)措施

在繼電器使用時(shí)，因過(guò)流和負(fù)載短路會(huì)造成 SSR 固態(tài)繼電器內(nèi)部輸出可控硅永久損壞 ,可考慮

在控制回路中增加快速熔斷器和空氣開(kāi)關(guān)予以保護(hù)型(選擇繼電器應(yīng)選擇產(chǎn)品輸出保護(hù),內(nèi)置壓敏電

阻吸收回路和 RC 緩沖器,可吸收浪涌電壓和提高 dv/dt 耐量）；也可在繼電器輸出端并接 RC 吸收回

路和壓敏電阻(MOV)來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出保護(hù)。選用原則是 220V 選用 500V-600V 壓敏電阻，380V 時(shí)可選用

800V-900V 壓敏電阻。

5) 繼電器輸入回路信號(hào)

在使用時(shí)因輸入電壓過(guò)高或輸入電流過(guò)大超出其規(guī)定的額定參數(shù)時(shí),可考慮在輸入端串接分壓

電阻或在輸入端口并接分流電阻,以使輸入信號(hào)不超過(guò)其額定參數(shù)值。

6) 在具體使用時(shí),控制信號(hào)和負(fù)載電源要求穩(wěn)定，波動(dòng)不應(yīng)大于 10%，否則應(yīng)采取穩(wěn)壓措施。

7) 在安裝使用時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離電磁干擾,射頻干擾源，以防繼電器誤動(dòng)失控。

8) 固態(tài)繼電器開(kāi)路且負(fù)載端有電壓時(shí),輸出端會(huì)有一定的漏電流，在使用或設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意。

9) 固態(tài)繼電器失效更換時(shí),應(yīng)盡量選用原型號(hào)或技術(shù)參數(shù)完全相同的產(chǎn)品，以便與原應(yīng)用線路匹

配，保證系統(tǒng)的可靠工作。

10) 固態(tài)繼電器分類(lèi)：

a) 交流固態(tài)繼電器按開(kāi)關(guān)方式分有電壓過(guò)零導(dǎo)通型（簡(jiǎn)稱(chēng)過(guò)零型）和隨機(jī)導(dǎo)通型（簡(jiǎn)稱(chēng)隨機(jī)

型）；

b) 按輸出開(kāi)關(guān)元件分有雙向可控硅輸出型（普通型）和單向可控硅反并聯(lián)型（增強(qiáng)型）；

c) 按安裝方式分有印刷線路板上用的針插式（自然冷卻，不必帶散熱器）和固定在金屬底板

上的裝置式（靠散熱器冷卻）；

d) 另外輸入端又有寬范圍輸入（DC3－32V）的恒流源型和串電阻限流型等。

e) SSR 固態(tài)繼電器以觸發(fā)形式，可分為零壓型(Z)和調(diào)相型(P)兩種。

2、 伺服步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)

1. 伺服電機(jī)工作原理

伺服電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 5.1 所示

43

圖 5.1 伺服電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

11) 伺服電機(jī)在工作時(shí)，伺服系統(tǒng)能夠使物體的位置、方向、狀態(tài)被自動(dòng)控制系統(tǒng)。

12) 伺服電機(jī)接收到一個(gè)脈沖，就會(huì)旋轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖相對(duì)應(yīng)的角度。

13) 電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度時(shí)，就會(huì)發(fā)出相對(duì)應(yīng)的脈沖，就會(huì)與伺服電機(jī)形成呼應(yīng)。

14) 伺服系統(tǒng)能夠清楚的知道發(fā)了有多少脈沖給伺服電機(jī)，達(dá)到精準(zhǔn)的控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，精準(zhǔn)定位

到 0.001mm。

15) 伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，轉(zhuǎn)子在磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，編碼器會(huì)反饋給驅(qū)動(dòng)器，調(diào)整轉(zhuǎn)子

的角度。

2. 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器原理

圖 5.2 伺服驅(qū)動(dòng)器原理圖

1) 主流的伺服驅(qū)動(dòng)器均采用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）作為控制核心，可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算

法，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。

2) 功率器件普遍采用以智能功率模塊（IPM）為核心設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路,IPM 內(nèi)部集成了驅(qū)動(dòng)電路,同

時(shí)具有過(guò)電壓、過(guò)電流、過(guò)熱、欠壓等故障檢測(cè)保護(hù)電路,在主回路中還加入軟啟動(dòng)電路,以減

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小啟動(dòng)過(guò)程對(duì)驅(qū)動(dòng)器的沖擊。

3) 功率驅(qū)動(dòng)單元首先通過(guò)三相全橋整流電路對(duì)輸入的三相電或者市電進(jìn)行整流，得到相應(yīng)的直流

電。

4) 經(jīng)過(guò)整流好的三相電或市電，再通過(guò)三相正弦 PWM 電壓型逆變器變頻來(lái)驅(qū)動(dòng)三相永磁式同步

交流伺服電機(jī)。

5) 功率驅(qū)動(dòng)單元的整個(gè)過(guò)程可以簡(jiǎn)單的說(shuō)就是 AC-DC-AC 的過(guò)程。整流單元（AC-DC）主要的拓?fù)?/p>

電路是三相全橋不控整流電路。

3. 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的要求

1) 調(diào)速范圍寬

2) 定位精度高

3) 有足夠的傳動(dòng)剛性和高的速度穩(wěn)定性

4) 快速響應(yīng)，無(wú)超調(diào)

為了保證生產(chǎn)率和加工質(zhì)量，除了要求有較高的定位精度外，還要求有良好的快速響應(yīng)特性，

即要求跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快，因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)在啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)，要求加、減加速度足夠大，

縮短進(jìn)給系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間，減小輪廓過(guò)渡誤差。

5) 低速大轉(zhuǎn)矩，過(guò)載能力強(qiáng)

一般來(lái)說(shuō)，伺服驅(qū)動(dòng)器具有數(shù)分鐘甚至半小時(shí)內(nèi) 1.5 倍以上的過(guò)載能力，在短時(shí)間內(nèi)可以過(guò)載

4～6 倍而不損壞。

6) 可靠性高

要求數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠性高、工作穩(wěn)定性好，具有較強(qiáng)的溫度、濕度、振動(dòng)等環(huán)境

適應(yīng)能力和很強(qiáng)的抗干擾的能力。

4. 對(duì)電機(jī)的要求

1) 從最低速到最高速電機(jī)都能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)要小，尤其在低速如 0.1r/min 或更低速時(shí)，仍

有平穩(wěn)的速度而無(wú)爬行現(xiàn)象。

2) 電機(jī)應(yīng)具有大的較長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。一般直流伺服電機(jī)要求在數(shù)

分鐘內(nèi)過(guò)載 4～6 倍而不損壞。

3) 為了滿足快速響應(yīng)的要求，電機(jī)應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時(shí)間

常數(shù)和啟動(dòng)電壓。

4) 電機(jī)應(yīng)能承受頻繁啟、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。

5. 步進(jìn)電機(jī)工作原理

通常電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過(guò)定子繞組時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)

45

轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對(duì)磁場(chǎng)方向與定子的磁場(chǎng)方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角

度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場(chǎng)轉(zhuǎn)一個(gè)角度。每輸入一個(gè)電脈沖，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度前進(jìn)一步。它輸出的

角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)。所

以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動(dòng)機(jī)各相繞組的通電順序來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。

6. 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的

情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)

步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱(chēng)為“步

距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而

達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速

的目的。

7. 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)主要特性

1) 步進(jìn)電機(jī)必須加驅(qū)動(dòng)才可以運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)必須為脈沖信號(hào)，沒(méi)有脈沖的時(shí)候，步進(jìn)電機(jī)靜止，

如果加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號(hào)，就會(huì)以一定的角度（稱(chēng)為步角）轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和脈沖的頻率成

正比。

2) 三相步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角度為 7.5 度，一圈 360 度，需要 48 個(gè)脈沖完成。

3) 步進(jìn)電機(jī)具有瞬間啟動(dòng)和急速停止的優(yōu)越特性。

4) 改變脈沖的順序，可以方便的改變轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。

3、 變頻器

1) 變頻器對(duì) PLC 模擬量干擾的解決辦法

a) PLC 供電電源與動(dòng)力系統(tǒng)電源(變頻器電源)分別配置,且 PLC 的供電應(yīng)該選擇隔離變壓器;

b) 動(dòng)力線盡量與信號(hào)線分開(kāi),信號(hào)線要做屏蔽;

c) 無(wú)論是模擬信號(hào)輸入還是模擬信號(hào)輸出,模擬量通道- -律使用信號(hào)隔離模塊;

d) PLC 程序里做軟件濾波設(shè)計(jì);

e) 信號(hào)地與動(dòng)力地分開(kāi)設(shè)計(jì)。

做好以上五點(diǎn),變頻器對(duì) PLC 模擬量干擾的問(wèn)題,即可迎刃而解

2) 變頻器的諧波及抑制方法

a) 變頻器潛波產(chǎn)生機(jī)理

變頻器的主電路一 般為交直。 交變換電路 。外部輸入 380 V/ 50Hz 的工頻電源通過(guò)三相橋式不可控整流

電路整流成直流電壓,經(jīng)濾波電容濾波后再經(jīng)大功率晶體管開(kāi)關(guān)器件逆變?yōu)轭l率與電壓可調(diào)的交流電壓。在整流

回路中，輸入電流的波形為不規(guī)則的矩形波。按傅里葉級(jí)數(shù)可分解為基波和各次諧波。其中的諧波將干擾輸入供