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电气控制与可编程控制器 主讲：吴江峰 绪论 1.本课程的主要用途 2.本课程的历史由来 一个简单的供水系统 电气控制技术的发展 1. 继电接触式控制系统 由继电器、接触器、按钮、行程开关等组成 2. 20世纪30年代对电气控制提出新要求 3. 20世纪60年代提出计算机结合继电控 制系统的新系统 1969年DEC首先研制出可编程控制器 4. 20世纪70年代以后计算机广泛应用于 电气控制系统 第一章 常用低压电器元件 电磁式接触器 电磁式继电器 电磁式接触器 由两部分构成 1. 检测部分（电磁机构） 2. 执行部分（触点） 电磁机构 电磁机构的构成 吸引线圈 铁心 衔铁 吸引线圈 简单的电磁机构 衔铁 铁心 电磁机构的工作原理 给吸引线圈通电，线圈将 电能转化为磁能，即产生磁 通。衔铁在电磁引力的作用 下产生机械位移，与铁心吸 合。 电磁机构的结构形式 串联线圈 （导线粗、匝数少) 并联线圈 （导线细、匝数多) 衔铁直线运动 衔铁绕轴转动拍合 直流线圈 （无骨架、廋高型） 交流线圈 （有骨架、矮胖型） 吸引线圈根据通入电流分类： 吸引线圈根据在电路中的联接方式： 电磁机构的引力特性 电磁机构的受力分析 电磁引力 反力 电磁引力：线圈通电产生磁通 作用于衔铁 反力：由复位弹簧和触头产生 电磁引力： B: 气隙磁感应强度 S: 磁极截面积 电磁机构的引力特性 当线圈中通直流电 F=恒值 当线圈中通交流电 问题产生？ 线圈通交流电时，电源电压 变化一个周期，电磁铁吸合 释放各两次，电磁机构产生 振荡不能正常工作。 短路环 电磁机构交变得磁通穿过短路 环所包围的面积，在环中产生 涡流，该涡流产生磁通，由此 产生两个磁通 和 。 大小相等 ，相位约差90度。 F1F2 触点系统 触点：是电磁式电器的执行部分，电器 就是通过触点的动作来分合被控的电路 。 电接触：触点在闭合状态下动、静触点 完全接触，并有工作电流通过。 触点的接触形式有 点接触、线接触和 面接触 电接触的影响因素 电接触的情况直接影响触点的工作可靠性和使用寿命 影响电接触的主要因素是接触电阻 动静触点闭合时，在过渡区域形成的电阻。 接触电阻大时易使触点发热而温度升高，从而使触点产生熔 焊现象。 影响接触电阻的因素： 接触压力 触点材料 触点表面状况 触点接触形式 灭弧系统 由于电器控制主回路电压高电流大，在触头短开 的瞬间，触头间距离极小，将产生极强的电磁场。 在电磁场作用下触头间产生大量炽热的电子流称为 电弧。 电弧的出现既妨碍电路的正常分短又会使触头受 到严重腐蚀，所以必须采取措施灭弧。交流电有过 零点所以交流电弧较直流电弧容易熄灭。 常用的灭弧方法： 迅速增大电弧长度 冷却 灭弧装置 桥型触头的灭弧原理 桥型触头的电弧由两个电弧 串联降低了单个电弧的电场强度 有利与电弧的熄灭，同时两端的 电弧将产生相斥的电磁力将电弧 拉长促使电弧冷却熄灭。 电磁式接触器 电磁式接触器是利用电磁吸力的作用使主触点闭合或分 断电动机电路或其他负载电路的控制电器。 接触器最主要的用途时控制电动机的起动，反转，制 动和调速等。因此它是电力拖动控制系统中最重要也是 最常用的控制电器。 接触器的分类： 按主触点控制的电路中电流分： 直流接触器 交流接触器 按主触点的极数分 单极 双极（直流接触器） 三级、四极、五极（交流接触器 ） 电磁式接触器的结构 接触器由电磁系统， 触头系统和灭弧装置三 部分构成，其文字符号 为KM。 接触器的主要技术参数 额定电压: 主触点的额定电压。 额定电流：主触点的额定电流。 线圈的额定电压：电磁线圈的额定电压。 接通和分断能力：主触点在规定条件下能可靠地接 通和分断的电流值。 额定操作频率：每小时的操作次数 AC最大 600/h DC最大 1200/h 接触器的符号 线圈 常开触点 常闭触点 灭弧装置 接触器的选用 根据接触器所控制负载的工作任务轻重来选择相应的接 触器 接触器的文字 符号为KM 电磁式继电器 根据外来信号（电压或电流），利用电磁原理使衔铁产 生闭合动作，从而带动触点动作，使控制电路接通或断开， 实现控制电路的状态改变。 在很多情况下只需完成逻辑控制功能并不需要直接 控制电机或其他大容量电器，这样就不需要主触头和灭 弧装置，只需要副触头。在这种情况下可以用电磁继电 器取代接触器。 为什么引入电磁继电器？ 区别：继电器的触点不能用来接通和分断负载电路。 继电器的结构继电器的符号 线圈 常开 触点 常闭 触点 无灭弧装置 继电器的文字符号为KA 继电器的特性 继电器的主要特性是 输入输出特性，又称继 电持性，继电特性曲线如 图所示。 称为 继电器的返回系数当 时继电器特性变为开关特 性。继电器特性也就是带 滞环的开关特性。 常用的小型继电器 电磁式电压继电器 触点的动作与线圈的动作电压大小有关的继电器。包括欠压 继电器和过压继电器。 特点：电压继电器的线圈与负载并联，其线圈匝数多而线径细 。 过压继电器：电路正常工作时过电压继电器不动作，当电路 电压超过105 120UN （ 设备的额定电压，不是线圈的 额定电压）时过电压继电器吸合对电路实现过电压保护。 过压继电器一般利用常闭触点完成保护任务。 因直流电路不会产生波动较大的过压，所以没有直流过压继 电器。 电磁式电压继电器 欠电压继电器：电路正常工作时欠电压继电器吸合，当电 路电压减小到某一电压时欠电压继电器释放对电路实现欠 电压保护。 欠压继电器一般利用常开触点完成保护任务。 直流欠压继电器的吸合电压与释放电压的调节范围分别为 30 50UN和7 20UN 交流欠压继电器的吸合电压与释放电压的调节范围分别为 60 85UN和10 35UN 电压继电器的选用 线圈的电流种类和电压等级应与控制电路 一致。 根据在控制电路中是起过压保护还是欠压 保护选型。 根据控制电路的要求选触点的类型（常开/ 常闭）和数量。 电磁式电流继电器 触点的动作与线圈的动作电流大小有关的继电器。包括低 电流继电器和过电流继电器。 特点：电流继电器的线圈与负载串联，其线圈匝数少而线径粗 。 过电流继电器：电路正常工作时过电流继电器释放，当电 流增大到某一设定值以上时过电流继电器吸合对电路实现 过电流保护。 过电流继电器利用常闭触点完成保护任务。 直流过电流继电器的吸合电流为70 350LN 交流过电流继电器的吸合电流为110 400LN 电磁式电流继电器 低电流继电器：电路正常工作时欠电流继电器吸合，当电 流减小到某一设定值以下时低电流继电器释放对电路实现 低电流保护。 低电流继电器一般利用常开触点完成保护。 一般在直流电路中会引起负载电流的降低，因此有直流低 电流继电器而没有交流低电流继电器。直流低电流继电器 的吸合电流与释放电流分别为30 65LN和10 20LN 电流继电器的选用 线圈电流的种类和等级应与负载电路一 致 根据对负载的保护作用是低电流还是过 电流选用电流继电器的类型。 根据控制电路的要求选触点的类型（常 开/常闭）和数量。 时间继电器 从得到输入信号（线圈通电/断电）开始，经过一定延时后才 输出信号的继电器。