第1章 电器控制系统常用器件.ppt

机床电气控制 主讲教师 陈光柱成都理工大学核自学院机电系 机床电气控制 继电器控制 PLC控制系统 低压电器 控制电路 硬件 软件 学习内容 1 常用低压电器 2 基本电气控制电路 3 常用机床的电气控制 4 S7 200PLC的系统配置 5 STEP7编程软件使用 6 控制系统的PLC设计 学习要求 1 了解到在工厂和机床中广泛应用的控制电器的工作原理 2 能进行简单的机床控制电路的设计与分析 3 掌握PLC在现代工业控制中的作用及用途 PLC的结构 工作过程 4 熟悉PLC的编程及使用方法 能够根据要求设计PLC控制系统 绘制梯形图 编写控制程序 继电器控制系统与PLC控制系统 实现自动控制所采用的两种不同手段 它们的联系是 两种方法基本上都可以实现同一种功能 它们的运用都需要 门电路 的知识 门电路就是 与门 非门 或门 之类的知识 采用PLC控制 往往在采集输入信号时 可能需要用到继电器 在输出控制信号时 还要用继电器做 功率放大 PLC控制系统可能包括继电器接触控制系统 继电器控制系统与PLC控制系统 区别 两种系统的最大差别 是实现控制逻辑所用的硬件不同 继电器控制系统 其逻辑功能由传统的继电器来完成的 比如控制时间 就有相应的时间继电器 继电器的动作一般与电磁有关 PLC是可编程控制器 它是基于各种 门电路 的一种集成式的控制器 其式作状况与计算机更接近些 对于已经接好的线路 可以通过改变PCL的程序来改变控制逻辑和参数 具有更灵活的运用方式 继电器控制系统适用于简单一些的逻辑控制 而PLC可以实现更复杂的逻辑控制 鼠笼式异步电动机控制 图1继电器控制系统 图2PLC控制的输入输出接线图 图3PLC控制的梯形图 主回路 动力回路 大电流通过的部分 包括从电源到电机之间相连的电器元件 控制回路 接触器和继电器线圈等小电流线路 启动按钮 停止按钮 第一章电器控制系统常用器件 电器是一种能根据外界的信号 机械力 电动力和其它物理量 自动或手动接通和断开电路 从而断续或连续地改变电路参数或状态 实现对电路或非电对象的切换 控制 保护 检测和调节用的电气元件或设备 什么是电器 低压电器 常指用于交流额定电压1200v 直流额定电压1500v及以下的电路中的电器产品 电力拖动自动控制系统常用电器 控制电器 用于控制电路和控制系统的电器 例如接触器 继电器等 配电电器 用于电能输送和分配的电器 例如高压断路器 主令电器 用于自动控制系统中发送指令的电器 例如按钮 开关等 保护电器 用于保护电路及设备的电器 例如熔断器 热继电器等 执行电器 用于完成某种动作或传达功能的电器 例如电磁离合器等 电磁式电器 1 组成 电磁机构 触点系统 灭弧装置 检测部分 执行部分 电磁式电器工作原理图 1 铁芯2 线圈3 衔铁4 静触点5 动触点6 触点弹簧7 释放弹簧 b 线圈通以交流电 电磁式电器工作原理示意图 a 线圈通以直流电的电磁机构 电磁吸力 B 气隙磁感应强度S 磁极截面积 2 触点系统 触点是电器的执行机构 它在衔铁的带动下起接通和分断电路的作用 结构形式 触点的接触形式 触点的分类 按触点的运动情况 动触点和静触点按触点的职能分 主触点和辅助触点按触点的状态可分为 常开触点和常闭触点 桥式触点和指形触点 点接触 线接触和面接触 3 灭弧系统 2 电弧的危害a 延长了切断故障的时间 b 高温引起电弧附近电气绝缘材料烧坏 c 形成飞弧造成电源短路事故 d 电弧是造成电器的寿命缩短的主要原因 1 电弧开关电器切断电流电路时 触头间电压大于10V 电流超过80mA时 触头间会气体放电 即电弧 产生电弧的根本原因在于电器触头本身及触头周围的介质中含有大量可被游离的电子 当分断的触头间存在足够大的外施电压 而且电路电流也达到最小生弧电流时 就会强烈游离而形成电弧 3 灭弧系统 3 灭弧原理 在电器分断瞬间 由于两触头间的电容存在 使触头间绝缘击穿 产生真空电弧 由于触头形状和结构的原因 使得真空电弧柱迅速向弧柱体外的真空区域扩散 当被分断的电流接近零时 触头间电弧的温度和压力急剧下降 使电弧不能继续维持而熄灭 电弧熄灭后的几 s内 两触头间的真空间隙耐压水平迅速恢复 同时 触头间也达到了一定距离 能承受很高的恢复电压 所以 一般电流在过零后 不会发生电弧重燃而被分断 这就是其灭弧的原理 4 常用的灭弧方法 电动力灭弧磁吹灭弧栅片灭弧灭弧罩 二 接触器 用于远距离频繁地接通和分断主电路或大容量控制电路 主要用于控制电动机 也可用于控制其他电力负载 接触器的种类按工作原理可以分为 电磁式 气动式 液压式 接触器结构简图 接触器工作原理 利用电磁吸力的原理工作的 主要由电磁机构和触头系统组成 电磁机构通常包括吸引线圈 铁心和衔铁三部分 图2 6为接触器的结构示意图与图文符号 图中 1 2 3 4是静触点 5 6是动触点 7 8是吸引线圈 9是铁芯 10是衔铁 11是弹簧 接触器的主要技术参数 额定电压 接触器铭牌上的额定电压是指主触头的额定电压 交流接触器的额定电压一般为220V 380V 660V及1140V 直流接触器一般为110V 220V 440V及660V 辅助触头的常用额定电压 交流380V 直流220V 接触器的主要技术参数 额定电流 接触器的额定工作电流系指主触头的额定电流 接触器电流等级为 6A 10A 16A 25A 40A 60A 100A 160A 250A 400A 600A 1000A 1600A 2500A及4000A 接触器的主要技术参数 操作频率 交流接触器的操作频率一般为 300次 h 1200次 h直流接触器的额定操作频率比交流接触器的高 操作频率 允许每小时接通的最多次数 CJ20 交流设计额定电流用K表示矿用额定工作电压 03 380V TH接触器序号 AC3 380V 启动器的接触器 06 660V 11 1140V 湿热带产品 CZ16 直流设计额定电流常开主触点数常闭主触点数接触器序号 交流接触器型号意义说明举例 直流接触器型号意义说明举例 电磁式接触器分类 按主触头所在动力回路的电流种类分 交流 直流按主触头对数分 单极 一对主触头 多极 二至四对主触头 按主回路电压等级分 低压 高压 接触器的选用 1 接触器的类型选择 根据接触器所控制负载的轻重和负载电流的类型 直流 交流型2 额定电压的选择接触器的额定电压不小于负载回路的电压 3 额定电流的选择 一般接触器的额定电流不小于被控回路的额定电流 对于电动机负载可按经验公式计算 4 吸引线圈的额定电压 吸引线圈的额定电压与所接控制电路的电压相一致 5 接触器的触点数量 种类选择 根据主回路和控制回路的要求选择 2 继电器 定义 继电器是控制系统中一种重要的元件 它的作用就是按照某种要求接通或断开控制系统中的电路 当继电器输入电压 电流和频率等电量或温度 压力和转速等非电量达到规定值时 继电器的触点便接通或分断所控制或保护的电路 继电器一般由输入检测机构和输出执行机构两部分组成 前者用以反映输入量的高低 后者用以接通或切断电路 常用的继电器是有触点的 触点有通和断两种状态 状态的改变由某种机构带动 继电器 分类 与接触器的区别 继电器可以对各种电量或非电量的变化作出反应 而接触器只有在一定的电压信号下动作 继电器用于切换小电流的控制电路 而接触器则用来控制大电流电路 因此 继电器触头容量较小 不大于5A 且无灭弧装置 继电器 分类 按输入量的物理性质 继电器可以分为电压 电流 速度 时间 温度 压力 热继电器等 最常用的是电磁式继电器 它是根据吸引线圈中的电流量的大小来动作的 电磁式继电器分直流和交流两大类 它们的主要结构和工作原理与接触器基本相同 它们各自又可分为电流 电压 时间 中间继电器等 吸引线圈采用直流控制的叫直流继电器 吸引线圈采用交流控制的叫交流继电器 继电器 电压继电器 电磁式继电器 电压继电器 电流继电器 中间继电器1 电压继电器根据输入 线圈 电压大小而使触点动作的继电器 它用于电力拖动系统的电压保护和控制 使用时电压继电器的线圈与负载并联 其线圈的匝数多而线径细 分类 按线圈电流的种类可以分为交流和直流电压继电器 按吸合电压大小又可以分为过电压 欠电压和零电压继电器 特点 4 电压继电器的图形和文字符号 继电器 电压继电器 继电器 电流继电器 2 电流继电器根据输入 线圈 电流大小而动作的继电器 使用时电流继电器的线圈与负载串联 特点 其线圈的匝数少而粗 分类 按线圈电流的种类可以分为交流和直流电流继电器 按吸合电流大小又可以分为过电流和低电流继电器 继电器 中间继电器 中间继电器的作用是增加被控制线路的数量或加大触点允许的断开容量 以达到分配控制信号和功率放大的目的 吸引线圈属于电压线圈 中间继电器有交 直流两种 中间继电器的特点是触点数目较多 一般在3 4对以上 触点形式常采用桥形触点 与接触器辅助触点相同 动作功率较大的中间继电器与小型接触器的结构相同 继电器 中间继电器 继电器 时间继电器 当吸引线圈通电或断电后其触点经过一定延时再动作的继电器 按动作原理 电磁阻尼式 空气阻尼式 电动机式 电子式按延时方式 通电延时型 断电延时型通电延时继电器 线圈得电后要延时一段时间 触点才发生变化 线圈失电后 触点瞬时恢复 断电延时继电器 线圈得电后 触点瞬时动作 线圈失电后 要延时一段时间触点才动作 时间继电器符号 继电器 时间继电器 继电器 热继电器 热继电器是利用电流流过热元件时产生的热量 使双金属片发生弯曲而推动执行机构动作的一种保护电器 用于 电动机或其他设备的过载保护和断相保护 注意 1 继电器动作后一般不能自动复位 要等双金属片冷却后 按下复位按钮10才能复位 2 改变压动螺钉8的位置 还可以用来调节动作电流 继电器 热继电器 速度继电器用于转速的检测 常用在三相交流异步电动机反接制动转速接近零时 自动切除反相序电源 转子 由一块永久磁铁制成 与电动机同轴相联 用以接受转动信号 圆环 笼型空心绕组 转子 磁铁 旋转时 笼型绕组切割转子磁场产生感应电动势 形成环内电流 此电流与磁铁磁场相作用 产生电磁转矩 圆环在此力矩的作用下带动摆杆 克服弹簧力而顺转子转动的方向摆动 并拨动触点改变其通断状态 触点 在摆杆左右各设一组切换触点 分别在速度继电器正转和反转时发生作用 调节弹簧弹力时 可使速度继电器在不同转速时切换触点改变通断状态 图1 速度继电器1 转轴2 转子3 永久磁铁 定子 4 绕组5 动触点6 7 静触点8 9 簧片 主令电器 主令电器是在自动控制系统中发出指令或信号的电器 用来控制接触器 继电器或其它电器线圈 使电路接通或分断 从而达到控制生产机械的目的 主令电器应用广泛 种类繁多 按其作用可分为 控制按钮 行程开关 接近开关 万能转换开关 主令控制器及其它主令电器 如脚踏开关 钮子开关 紧急开关 等 按钮 1 按钮帽2 复位弹簧3 动触点4 常闭静触点5 常开静触点 2 原理 动触点下移 先断开常闭触点 后接通常开触点 动触点上移 先断开常开触点 后接通常闭触点3 作用 发布命令 机械联锁4 种类 1 颜色 红 停止绿 起动黑 点动2 结构 蘑菇 急停指示灯式 指示钥匙 安全平钮 一般5 图形和文字符号 SB SB SB 二 行程开关 接近开关和光电开关 行程开关又称限位开关或位置开关 是一种利用生产机械某些运动部件的撞击来发出控制信号的小电流主令电器 主要用于生产机械的运动方向 行程大小控制或位置保护等 SQ 二 接近开关光电开关 接近开关 光电开关 接近开关和光电开关非接触式的 无触点行程开关接近开关按其工作原理分 有高频振荡型 电容型 感应电桥型 永久磁铁型 霍尔效应型等 其中高频振荡型最为常用 五 熔断器 熔断器作为电路或用电设备的严重过载和短路保护 主要用作短路保护 由熔体和安装熔体的熔管或熔座等部分组成 2 熔体 既是感测元件又是执行元件 安装在被保护的电路中 熔断器的熔体串联在被保护电路中 熔体是有低熔点的金属材料 铅 锡 铜 银及其合金 丝状 带壮 片壮 3 熔管 安装熔体和在熔体熔断时灭弧 五 熔断器 六 刀开关 低压隔离器 电源与负载的隔离配电电器 六 刀开关 低压隔离器 电源与负载的隔离配电电器 作用 1 不频繁地手动接通 断开交 直流电路 2 作隔离开关用结构 操作手柄 触刀 静插座和底板正确安装 1 合闸时手柄应向上 2 电源进线接在刀开关上端 负载接在下端 刀开关的选用1 额定电压应等于或大于电路的额定电压 2 额定电流应等于或稍大于电路工作电流 注意 若用刀开关来控制电动机 则必须考虑电动机的起动电流比较大 应选用比额定电流大一级的刀开关 七 低压断路器 低压断路器又称自动空气开关或自动开关 它相当于刀开关 熔断器 热继电器 过电流继电器和欠电压继电器的组合 是一种既有手动开关作用又能自动进行欠压 失压 过载和短路保护的电器 六 低压断路器 低压断