电气控制技术--第1章绪论、常用低压电器.ppt

电气控制与PLC基础 控制工程系 于金鹏 1 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 电气控制与PLC基础 电气控制技术 PLC基础（ROCKWELL AB） 2 电 气 控 制 技 术 3 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 目录 绪 论 第一章 继电接触逻辑控制基础 w 1-1 电器的基本知识 w 1-2 开关电器 w 1-3 熔断器 w 1-4 主令电器 w 1-5 接触器 w 1-6 继电器 w 第一章 作业 绪 论 4 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 绪 论 一、本课程的内容 以电动机或其它执行电器（如电磁阀）为控制对象， 介绍电气控制的基本原理，典型电路及设计方法。 电气控制包括： w 断续控制（开关量）本课程介绍 w 连续控制（模拟量）其它课程介绍 电气控制技术应用范围广泛是基础性技术，在生产、 流通、消费乃至科研、军事等领域都有应用。 绪 论 5 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 控制方式举例：电冰箱的自动恒温控制 1、断续控制 右上图为控制电路 右下图为电冰箱温度变 化曲线和压缩机电动机 的运行情况 系统特点： w 结构简单，成本低 w 频繁开停机，能耗大 温控器 K 电源 电动机 G M 绪 论 6 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 电 源 变频器 温度传感器 电 动 机 0 1 P PN 0 t t 2、 连续控制 v 右上图为控制电路， v 右下图为电冰箱温度 变化曲线和压缩机电 动机的运行情况。 系统特点： 结构复杂，成本高 运行平稳，能耗低 绪 论 7 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 二、本课程的组成 第一部分 继电器控制技术 属于传统电气控制技术，目前在简单控制系 统大量使用 第二部分 可编程序控制器原理及应用 属于现代电气控制技术，发展迅速，目前在 复杂控制系统广泛使用 绪 论 8 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 三、本课程的教材及选讲内容 工厂电气控制技术（第三版），机械工业 出版社，方承远主编。 w 第一章 继电接触逻辑控制基础 w 第九章 电气控制装置设计基础 w 第二章 PLC的组成和工作原理 w 第三章 PLC的编程语言和指令系统 w Rockwell AB PLC的应用实例 注：“可编程序控制器原理及应用”部分主要讲解 Rockwell的PLC 绪 论 9 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 四、学习本课程的意义 1、面向企业电气工程师基本技能培养 w 本课程的前几章内容是电工培训、电工技能大赛的基本内容 ，作为未来的电气工程师必须掌握。 w 自动化专业=工业自动化 w 学习目标：优秀 2、面向未来针对未来不确定性的知识储备 w 加强基础、拓宽知识面是现代高等教育的一大趋势 w 现代学科发展的趋势是既高度分化又高度融合 w 成为某一个行业的“专家”容易，成为“大家”很难 w 只有在多个相关领域内成为专家，才有可能成为“大家” w 学习目标：合格 绪 论 10 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 五、电气控制技术发展概况 第一阶段：从集中传动到分散传动 w 机械传动从复杂到简单 w 电气传动及控制从简单到复杂。 集中传动开始于瓦特的蒸汽机时代 一个车间使用一台蒸汽机提供动力 通过天轴、齿轮和皮带系统将动力 分配到各个纺织机械 绪 论 11 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 蒸汽机天轴纺纱机 绪 论 12 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 蒸汽机天轴织布机 绪 论 13 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 14 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 第二阶段：从继电器控制到PC控制 w PC(Programmable Controller)是一种以开关量为主 要控制对象的工业控制计算机。 w 由继电器构成复杂控制系统的可靠性降低。 第三阶段：从单台设备的PC控制到整个 生产线的PC控制 w 高速线材生产线：三菱A型，3机双环网 w 连续铸造生产线：西门子S5-135，分布式结构 绪 论 15 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 第一章 继电接触逻辑控制基础 1-1 电器的基本知识 一、电器的定义 凡是自动或手动接通和断开电路，以及能实 现对电路或非电对象切换、控制、保护、检 测、变换和调节目的的元件统称为电器。 16 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 二、电器的分类 （一）按电压等级分 1、低压电器(交流1200V，直流1500V)2、高压电器 （二）按动作原理分 1、手动电器2、自动电器 （三）按用途分 1、控制电器（控制电路和系统） 接触器、继电器、刀开关和按钮 2、主令电器（发送控制指令） 控制按钮、主令开关、行程开关 3、执行电器（完成动作或传动） 电磁铁、电磁阀和电磁离合器 4、保护电器（保护电路和电气设备） 熔断器、断路器和避雷针 （四）按工作原理分 1、电磁式电器 电磁原理 交直流接触器 电磁阀 2、非电量控制电器 外力或非电物理量 按钮 刀开关 温度继电器 17 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 三、电磁式电器 是电气控制线路中应用 最多的电器，由电磁机 构和触头系统组成 （一）电磁机构 是电磁式电器的感测机 构，其作用是将电磁能 转化成机械能，带动触 头动作，从而完成接通 或分断电路。 电磁机构的组成： 吸引线圈，铁心，衔铁 18 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 （二）电磁式电器的吸引特性与反力特性 1、吸力特性 是指电磁吸力Fat 随衔铁与铁心间气隙 变化的关系曲线。 2、反力特性 是指反作用力Fr 随衔铁与铁心间气隙 变化的关系曲线。 19 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 3、返回系数 是指释放电压（或电流）与 吸合电压（或电流）的比值 。 V= Ure / Uat 或 I= Ire / Iat 0 1 值反映电器的灵敏度， 值越接近于1，则电器的灵 敏度越高 U Uat Ure 20 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 （三）电器的触头系统和电弧 触头系统是电器的执行部分，起接通 和分断电路的作用。 要求触头具有良好的导电、导热性能 ，其结构还要考虑到适当的灭弧能力 （表面多采用铜，但是容易氧化，增大接触电阻损耗增 大，温度上升；小容量电器和继电器多采用银质材料， 大容量采用滚动接触结构，多用铜） 21 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 触头结构 桥式触头和指形触头 电弧和灭弧 在大气中断开电路时被断电路电流过大，触头间 电压超过某一数值（1220v ），产生的电离放 电现象 电动力灭弧、磁吹灭弧和窄缝灭弧 22 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 1-2 开关电器 一、刀开关 作用： w 1、电路隔离 w 2、不频繁工作的小 容量电源开关 文字符号：QS 图形符号：右图 操作：手动推进 23 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 二、转换开关又称为组合开关 作用： w 1、小容量电源开关。 w 2、非频繁操作的电动 机起、停开关。 文字符号：QS 图形符号：右图 操作：手动旋转 24 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 转换开关的结构 转换开关又称组合开关 ，它的动、静触头分别 叠装于数层绝缘壳内， 当转动手柄时，每层的 动触头随方形转轴一起 转动，使动、静触头接 通。 25 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 三、空气断路器又称为自动开关 作用： w 1、大容量电源开关 w 2、电路故障自动保护 文字符号：QF 图形符号：右图 操作：自动、手动分、合 闸，保护自动分闸。 保护功能：过载、短路、 失压时自动脱扣。 注：一般断路器符号为右图 QF 26 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 自动开关的结构和工作原理 自动开关主要由三个基本部 分组成，即触头和灭弧系统 ；各种脱扣器，包括电流脱 扣器、失压脱扣器、热脱扣 器和分励脱扣器；操作机构 和自由脱扣机构。 右图是自动开关工作原理图 。 触头闭合后脱扣器将触头锁 在合闸位置，发生故障时脱 扣，自动跳闸。 27 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 四、漏电保护断路器 是一种安全保护电器 在线路或设备出现对地漏电或人身触电时 ，迅速自动断开电路，能有效保护人身和 线路安全。 工作原理检测“零序电流” w 正常运行为零，IL=IN，则I0=0 w 发生漏电时， ILIN，所测量到的电流 就是漏电电流I00 。当I0大于整定值时 ，断路器自动分闸。 “零序电流”测量，来源于三相电路 的对称分量法。 I0=1/3（Ia+Ib+Ic） L N I0 M 28 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 1-3 熔断器 作用：是一种保护电器，主要用于短路保护，串接在电路中 文字符号：FU图形符号：右图 结构：熔体、外壳组成 工作原理：熔体发热熔断， I2Rt， 保护特性：反时限特性，同热继电器 保护范围：主要用于短路保护。 原因：熔断器的制造精度有限，在小电流段，误差很大，但是 在大电流段，精度较高，且速度较快。 29 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 1-4 主令电器 主令电器是自动控制系统中用于发送控 制指令的电器。 主令电器应用广泛，种类繁多，按其作 用可分为：控制按纽、行程开关、接近 开关、手动开关、万能转换开关、主令 控制器等。 本节仅介绍几种常用的主令电器。 30 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 一、控制按纽 作用：用于手动发出控制信号。脉冲信号。 文字符号：SB 图形符号：下图 31 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 控制按纽的结构： 由按纽帽、复位弹簧 、桥式触头和外壳组成， 通常做成复合式，即具有 常开触头和常闭触头。（ 红色停住，绿色启动） 注意复位弹簧的作用： 使按纽发出脉冲信号 32 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 二、位置开关包括行程开关和接近开关 行程开关又称为限位开关，是一种利用生产机械某些 运动部件的碰撞来发出控制指令的主令电器。 用于控制生产机械的运 动方向、行程大小或位 置保护。 文字符号：SQ 图形符号：右图 注意：带复位弹簧， 一般应视为脉冲信号。 33 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 行程开关的结构 由操作机构、触头 系统和外壳组成。 外形图见右图 34 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 接近开关 又称无触点开关 能代替行程开关，还能用于计数、测速 、检测零件尺寸等 35 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 三、手动开关 作用：用于手动发出 控制信号。电平信号 。 文字符号：SA 图形符号：右图 结构：两挡式、单回 路结构，无复位弹簧 。 36 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 四、万能转换开关 作用：用于手动发出 控制信号。电平信号 。 文字符号：SA 图形符号：右图 结构：多挡式、多回 路结构，无复位弹簧 。 特点：用途广泛。 万能转换开关的图形符号 37 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 万能转换开关结构示意图 38 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 主令控制器和凸轮控制器 主令控制器用来频繁的按照预定顺序切 换多个控制电路，对起重机、轧钢机控 制。图见课本1-28 凸轮控制器是一种大型手动控制器，控 制异步电机在起重设备中的应用。 39 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 1-5 接触器 接触器是一种用来频 繁地接通或断开交直 流主电路的自动切换 电器。 是一种执行元件。 文字符号：KM 图形符号：右图 注意：线圈与触头分 开画展开图。 KM1 KM1 a） b） c） 接触器的图形符号 a）线圈 b）常开触头 c）常闭触头 40 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 接触器工作原理 线圈通电衔铁吸合触头动作（常开闭和、常闭断开 ） 线圈断电衔铁释放触头复位（常开断开、 常闭闭和 ） 接触器分类：（依照通过主触头电流的种类） w 交流接触器、 w 直流接触器 接触器使用时注意的问题 w 额定值与实际值相符合。 w 触头数量与种类与实际要求相符合。 41 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 结构简介： 以交流接触器为例 1、电磁机构：线圈、铁心及衔铁。 2、触头系统： w 主触头（三对常开，用于通断主电路） w 辅助触头（常开、常闭各两对，用于联锁、控制） 3、灭弧装置： w IN 10A，需要加装灭弧装置。 4、其它部件： w 反力弹簧、缓冲弹簧等 42 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 接 触 器 的 结 构 示 意 图 43 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 1-6 继电器 定义：继电器是一种根据某种输入信号 的变化而接通或断开控制电路，实现自 动控制和保护功能的自动电器。 是一种测量元件 分类：按输入信号分 w 电量继电器I、U w 非电量继电器、t、v、p 44 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 一、电磁式继电器 工作原理与结构：与接触器相同 与接触器的区别： w 触头容量相差很大 继电器用于控制及保护电路，触头容 量较小。 接触器用于主电路，触头容量较大。 w 灵敏度相差较大 继电器作为检测元件，要求能够准确 反映输入信号的变化情况，因此，灵敏度要高 ， 0.8。 接触器作为执行元件，要求工作状态 稳定，因此，灵敏度要低=0.5。 45 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 1、电流继电器 作用：检测输入电流 信号的变化。 接线：继电器线圈串 接于被测电路中；继 电器触头接于控制电 路中 文字符号：KI 图形符号：右图 分类：过电流继电器 、 欠电流继电器 KIKI 46 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 过电流继电器的工作原理 IIop=Iat，继电器吸合，常 开触头闭合，发出控制指令 （常闭触头断开，不用） I Ire Iop=Iat，继电器释 放，常开触头断开，常闭触 头闭合。 I被测电流 Iop 继电器动作电流 取Iop=Iat为动作电流，以常 开触头发出控制指令 I Iat Ire 1 0 47 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 欠电流继电器的工作原理 IIop=Ire，继电器释放， 常闭触头闭合，发出控制 指令（常开触头断开，不 用） I Iat Iop=Ire，继电器 吸合，常闭触头断开，常 开触头闭合。 取Iop=Ire为动作电流，用常 闭触头发出控制指令 I Iat Ire 1 0 48 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 2、电压继电器 作用：检测输入电压信号的变化。 接线：继电器线圈并接于被测电路中；继电器 触头接于控制电路中 文字符号：KV 图形符号：右图 分类：过电压继电器、欠电压继电器 工作原理：同电流继电器 KV KV KV 49 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 3、中间继电器（实质为电压继电器） 作用：用于控制电路中触头容量与数量的扩展。 文字符号：KA 图形符号：右图 工作原理：同接触器 KA KA KA 50 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 二、时间继电器 作用：提供控制延 时，以延时接通或 延时断开电路 结构：电磁式、电 子式、空气阻尼式 和电动式等 文字符号：KT 图形符号：右图 通电延时 线圈 延时闭合 常开触头 延时断开 常闭触头 瞬动常开 、常闭触 头 51 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 工作原理： 线圈通电后， w 瞬动触头立即动作（常开合、常闭断）同时开始计 时， w 延时时间到，则延时触头动作（常开闭合，常闭断 开）。 线圈断电后，所有触头立即返回。即上电延时 动作；断电瞬时返回。 52 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 三、热继电器 作用：用于电动机过 载保护 结构：双重金属片 工作原理：金属片受 热变形，I2Rt，反时 限特性。 特点：测量精度高， 但是热惯性大。 只能用于过载保护不 能用于短路保护。 53 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 热继电器文字符号：FR 图形符号：右上图 接线：热元件串接于主电 路中，触头串接与控制 电路中 热继电器的动作特性：右 下图 54 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 第一章 作业 1、中间继电器和接触器有何异同? 2、通电延时时间继电器触头有哪几种?画出它们的图形符号? 3、电动机的起动电流很大，当电动机起动时，热继电器会不 会动作?为什么？ 4、既然在电动机的主电路中装有熔断器，为什么还要装热继 电器?装有热继电器是否就可以不装熔断器?为什么? 5、是否可用过电流继电器来作电动机的过载保护?为什么? 55 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电 器 于 金 鹏 1、中间继电器和接触器有何异同? 中间继电器用于控制电路中触头容量与数量的扩展。 控制电器。 接触器是一种用来频繁地接通或断开交直流主电路的自 动切换电器。执行电器。 工作原理两者相同 主要区别： w 触头容量相差很大 继电器用于控制及保护电路，触头容量较小。 接触器用于主电路，触头容量较大。 w 灵敏度相差较大 继电器灵敏度要高， 0.8。 接触器作为执行元件，要求工作状态稳定，灵 敏度低=0.5。 56 电 气 控 制 技 术 常 用 低 压 电