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电器及PLC控制技术 主编高勤高等教育出版社 什么是电器 工厂电器 低压电器 低压电器的发展方向 一 低压电器智能化发展方向 二 产品电子化方向发展 三 产品组合化 模块化方向发展 PLC是什么 PLC是可编程控制器 是以微型计算机技术为核心的通用工业控制装置 英文全称ProgrammableController 简称PLC 课程介绍 本课程是一门实用性很强的专业课 主要内容是以电动机或其它执行电器为控制对象 介绍继电器接触器控制系统和PLC控制系统的工作原理 应用技术 典型机械的电气控制线路以及电气控制系统的设计方法 要求 本课程要求同学们 1 熟悉常用控制电器的结构原理 用途 了解其型号规格并能够正确使用 2 熟练掌握继电接触器控制线路的基本环节 能够独立分析电气控制线路的工作原理 3 熟悉典型设备电气控制系统 具有从事电气设备安装调试 维修管理等知识 4 掌握PLC的基本原理及编程方法 能够根据工艺过程和控制要求进行系统设计和编制应用程序 5 具有设计和改进一般机械设备电气控制线路的基本能力 学习和评价 1 学习方法 预习 笔记 复习和作业课前做到 有预习 带着问题来听课 课堂做到 认真听 勤记录 多思考 课后做到 及时复习 独立完成作业其他要求 同学间多讨论 师生间多提问 把握理论深度够用原则 2 平时成绩30 期中考试成绩30 期末考试成绩40 平时成绩包括 考勤 上课状态 回答问题 实验和作业 第一章常用低压电器 主令电器 概述 电器对电能的生产 输送 分配和使用起控制 调节 检测 转换及保护作用 是所有电工器械的简称 电器定义 一种能控制电路的设备 低压电器 工作在交流电压小于1000V 直流电压小于1500V的电路中起通 断 保护 控制或调节作用的电器设备 高压电器 交流1200V以上 直流1500V以上 第一节低压电器基本知识 一 低压电器的分类低压电器的品种 规格很多 作用 构造及工作原理各不相同 因而有多种分类方法 1 按用途分低压电器按它在电路中所处的地位和作用可分为配电电器 控制电器 执行电器 主令电器和保护电器等大类 1 配电电器是指正常或事故状态下接通或断开用电设备和供电电网所用的电器 如 刀开关 低压断路器 熔断器等 2 控制电器是指电动机完成生产机械要求的启动 调速 反转和停止所用的电器 如转换开关 按钮 接触器 继电器 电磁阀 热继电器 熔断器等 3 执行电器则是用于完成某种动作或传送功能的电器 如电磁铁 电磁离合器等 4 主令电器是指用于发送控制指令电器 如按钮 主令开关 行程开关 主令控制器 转换开关等 5 保护电器是指对电路及用电设备进行保护的电器 如熔断器 热继电器 电压继电器 电流继电器等 2 按操作方式分 手动电器 刀开关 按钮 转换开关自动电器 低压断路器 接触器 继电器 3 按电器执行功能分 1 有触点电器 电器通断电路的执行功能由触点来实现 开关 按钮 2 无触点电器 电器通断电路的执行功能根据输出信号的逻辑电平来实现 晶闸管 3 混合电器 有触点和无触点结合的电器 4 按工作原理分低压电器按它的工作原理可分为电磁式电器和非电量控制电器两大类 电磁式电器由感受部分 即电磁机构 和执行部分 即触点系统 组成 它由电磁机构控制电器动作 即由感受部分接受外界输入信号 使执行部分动作 实现控制目的 交直流接触器 电磁式继电器等非电量控制电器由非电磁力控制电器触点的动作 刀开关 行程开关 按钮等 第二节主令电器 主令电器主要用来接通 分断和切换控制电路 即用它来控制接触器 继电器等电器的线圈得电与失电 从而控制电力拖动系统的启动与停止以及改变系统的工作状态 如正转与反转等 因此 属于控制电器 由于它是一种专门发号施令的电器 故称为主令电器 主令电器应用广泛 种类繁多 常用的主令电器有控制按钮 行程开关 万能转换开关 主令控制器等 1 控制按钮控制按钮俗称按钮 是一种结构简单 应用广泛的主令电器 一般情况下它不直接控制主电路的通断 而在控制电路中发出手动 指令 去控制接触器 继电器等电器 再由它们去控制主电路 也可用来转换各种信号线路与电气连锁线路等 通常用来短时间接通或断开控制电路的手动电器 动合 常开 触头 动断 常闭 触头 按钮帽 复位弹簧 表示符号 按钮的额定电流一般不超过5A 按钮开关的实物图和结构图如图所示 1 按钮帽 2 复位弹簧 3 动触头 4 常开触点静触头 5 常闭触点静触头 其图形符号如图所示 其文字符号为SB 按钮开关的图形符号 1 常开 动合 按钮开关 未按下时 触头是断开的 按下时触头闭合接通 当松开后 按钮开关在复位弹簧的作用下复位断开 2 常闭 动断 按钮开关与常开按钮开关相反 未按下时 触头是闭合的 按下时触头断开 当手松开后 按钮开关在复位弹簧的作用下复位闭合 3 复合按钮开关是将常开与常闭按钮开关组合为一体的按钮开关 未按下时 常闭触头是闭合的 常开触头是断开的 按钮开关使用时应注意触头间的清洁 防止油污 杂质进入造成短路或接触不良等事故 在高温下使用的按钮开关应加紧固垫圈或在接线柱螺钉处加绝缘套管 带指示灯的按钮开关不宜长时间通电 应设法降低指示灯电压以延长其使用寿命 在工程实践中 绿色按钮开关常用作启动 红色按钮开关常用作停止按钮 不能弄反 2 行程开关行程开关 又称限位开关或位置开关 其作用与按钮开关相同 是对控制电路发出接通或断开 信号转换等指令的 不同的是行程开关触头的动作不是靠手来完成 而是利用生产机械某些运动部件的碰撞使触头动作 从而接通或断开某些控制电路 达到一定的控制要求 符号 行程开关是利用运动部件的撞击来闭合和切断控制电路的 常开触头 常闭触头 结构示意图 闭合 断开 行程开关按结构分为直动式 滚动式 微动式等数种 常见行程开关外形如图所示 行程开关实物图 为适应各种条件下的碰撞 行程开关有很多构造形式 用来限制机械运动的位置或行程以及使运动机械按一定行程自动停车 反转或变速 循环等 以实现自动控制的目的 常用的行程开关有LX 19系列和JLXK1系列 各种系列行程开关的基本结构相同 都是由操作点 触头系统和外壳组成 区别仅在于使位置开关动作的传动装置不同 位置开关图形符号 行程开关图形符号如图所示 其文字符号为SQ 行程开关可按下列要求进行选用 根据应用场合及控制对象选择种类 根据安装环境选择防护形式 根据控制回路的额定电压和电流选择系列 根据机械行程开关的传力与位移关系选择合适的操作形式 使用行程开关时安装位置要准确牢固 若在运动部件上安装 接线应有套管保护 使用时应定期检查防止接触不良或接线松脱造成误动作 3 接近开关接近开关又称无触点位置开关 其实物如图所示 接近开关的用途除行程控制和限位保护外 还可作为检测金属体的存在 高速计数 测速 定位 变换运动方向 检测零件尺寸 液面控制及用作无触点按钮等 它具有工作可靠 寿命长 无噪声 动作灵敏 体积小 耐振 操作频率高和定位精度高等优点 接近开关以高频振荡型最常用 它占全部接近开关产量的80 以上 电路形式多样 但电路结构不外乎由振荡 检测及晶体管输出等部分组成 接近开关的工作基础是高频振荡电路状态的变化 当金属物体进入以一定频率稳定振荡的线圈磁场时 由于该物体内部产生涡流损耗 使振荡回路电阻增大 能量损耗增加 以致振荡减弱直至终止 因此 在振荡电路后面接上放大电路与输出电路 就能检测出金属物体存在与否 并能给出相应的控制信号去控制继电器 以达到控制的目的 注 使用接近开关时应注意选配合适的有触点继电器作为输出器 同时应注意温度对其定位精度的影响 作业 习题册P81 1 1 2书上P191 1 第三节接触器和继电器 1 3 1接触器接触器属于控制类电器 是一种适用于远距离频繁接通和分断交直流主电路和大容量控制电路 实现远距离自动控制 并具有欠 零 电压保护功能的电器 其主要控制对象是电动机 也可用于其他电力负载 如电热器 电焊机等 接触器具有欠压保护 零压保护 控制容量大 工作可靠 寿命长等优点 它是自动控制系统中应用最多的一种电器 其实物图如图所示 接触器 接触器实物图 一 接触器的结构及工作原理接触器由电磁系统 触头系统 灭弧装置 释放弹簧 触头弹簧 触头压力弹簧 支架及底座等几部分构成 如图所示 电磁系统包括线圈 静铁芯和动铁芯 衔铁 触头系统包括用于接通 切断主电路的主触头和用于控制电路的辅助触头 灭弧装置用于迅速切断主触头断开时产生的电弧 一个很大的电流 以免使主触头烧毛 熔焊 对于容量较大的交流接触器 常采用灭弧栅灭弧 CJ10 20型交流接触器的结构示意图 图形符号及文字符号 接触器结构 工作原理 接触器的工作原理是利用电磁铁吸力及弹簧反作用力配合动作 使触头接通或断开 当吸引线圈通电时 铁芯被磁化 吸引衔铁向下运动 使得常闭触头断开 常开触头闭合 当线圈断电时 磁力消失 在反力弹簧的作用下 衔铁回到原来位置 也就使触头恢复到原来状态 如图所示 交流接触器工作原理图 1电磁机构 结构 电磁线圈 衔铁 动铁心 静铁心 吸引线圈 分类 直动式 拍合式 1 1 原理 电磁线圈通电后 电磁吸力大于弹性力 使衔铁闭合 铁心材料 直流 电工软铁 交流 硅钢片 端面嵌铜短路环克服交流颤抖声 电磁吸力 F 4 105B2S S为铁心磁极截面积 2 执行机构 触头系统作用 是通过触点的开 闭来通 断电路的 触点按原始状态可分为 动合触点和动断触点 结构 桥式 点接触面接触指式 线接触 滚动摩擦 适用于大电流 材料 黄铜 指式 银铜合金 桥式 3 灭弧系统 1 电弧 是指触头在闭合和断开 包括熔体在熔断时 的瞬间 触点间距离极小 电场强度较大 触点间产生大量的带电粒子 形成炽热的电子流 产生弧光放电现象 称为电弧 2 用途 用于熄灭触头分断负载电流时产生的电弧 3 电弧种类 交流电弧和直流电弧交流电弧存在交流过零点 电弧易熄灭 4 常用的灭弧装置 灭弧罩 灭弧栅和磁吹灭弧装置 灭弧方法 机械灭弧法 利用弹性力 迅速拉长电弧 缝灭弧法 分割电弧 并有冷却作用 如 纵缝陶土灭弧罩 栅片灭弧法 金属栅片分割电弧见图1 1 3 磁吹灭弧法 电磁吸力的作用下迅速拉长电弧使用于熄灭直流电弧 a b 机械性拉长电弧c 双触点灭弧d 磁吹灭弧e 纵缝灭弧f 金属栅片灭弧g 纵缝陶土灭弧罩静触点2 动触点3 引弧角v1 动触点移动速度v2 电弧在磁场力作用下移动速度 接触器的用途 接触器是一种用来频繁接通和断开交 直流主电路及大容量控制电路的自动切换电器 它具有低压释放保护功能 可进行频繁操作 实现远距离控制 是电力拖动自动控制线路中使用最广泛的电器元件 接触器的分类 交流接触器 直流接触器1 交流接触器 接触器是利用电磁力来接通和断开大电流电路的一种自动控制电器 它常用在控制电动机的主电路上 a 外形b 结构示意图 CJTI系列交流接触器 CJ12系列交流接触器 CJ20系列交流接触器 CJ24系列交流接触器 CJ40系列交流接触器 NCK2系列交流接触器 2 直流接触器直流接触器结构上有立体布置和平面布置两种结构 电磁系统多采用绕棱角转动的拍合式结构 主触点采用双断点桥式结构或单断点转动式结构 常用的直流接触器有CZ18 CZ21 CZ22 CZ0等 CZ0实物图如图所示 CZ0直流接触器 作业 书上P191 2 1 3 1 3 2继电器 1 概念继电器是根据某种输入信号接通或断开小电流控制电路 实现远距离自动控制和保护的自动控制电器 继电器的输入信号可以是电流 电压等电量 也可以是温度 速度 时间 压力等非电量 而输出通常是触点的接通或断开 2 作用 控制 放大 联锁 保护和调节 3 分类 按输入信号的性质可分为 电压继电器 电流继电器 时间继电器 温度继电器 速度继电器 压力继电器等 按工作原理可分为 电磁式继电器 感应式继电器 电动式继电器 热继电器和电子式继电器等 继电器按其用途可分为 控制继电器 保护继电器 中间继电器 按动作时间可分为 瞬时继电器 延时继电器 按输出形式可分为 有触点继电器 无触点继电器 4 继电器与接触器的区别 继电器 用于控制电路 电流小 没有灭弧装置 可在电量或非电量的作用下动作 接触器 用于主电路 电流大 有灭弧装置 一般只能在电压作用下动作 一 电磁式继电器电磁式继电器是应用最早同时也是应用最多的一种继电器 其实物图如图所示 电磁式继电器实物图 型号 参数 1 电磁式继电器结构由电磁机构和触点系统组成 如图所示 铁芯和铁轭的作用是加强工作气隙内的磁场 衔铁的作用主要是实现电磁能与机械能的转化 极靴的作用是增大工作气隙的磁导 反作用力弹簧和簧片是用来提供反作用力 当线圈通电后 线圈的励磁电流就产生磁场 从而产生电磁吸力吸引衔铁 一旦磁力大于弹簧反作用力 衔铁就开始运动 并带动与之相连的触点向下移动 使动触点与其上面的动断触点分开 而与其下面的动合触点吸合 最后 衔铁被吸合在与极靴相接触的最终位置上 若在衔铁处于最终位置时切断线圈电源 磁场便逐渐消失 衔铁会在弹簧反作用力的作用下脱离极靴 并再次带动触点脱离动合触点 返回到初始位置 2 电磁式继电器的分类按输入信号分 电压继电器 中间继电器 电流继电器 电磁式时间继电器 速度继电器 按线圈电流种类分 直流继电器和交流继电器 按用途不同分 控制继电器 保护继电器 通讯继电器和安全继电器等 二 电磁式电压继电器与电流继电器1 电磁式电压继电器电磁式电压继电器的动作与线圈所加电压大小有关 使用时和负载并联 电压继电器的线圈匝数多 导线细 阻抗大 电压继电器又分过电压继电器 欠电压继电器和零电压继电器 1 过电压继电器在电路中用于过电压保护 当其线圈为额定电压值时 衔铁不产生吸合动作 只有当电压高于额定电压105 115 时才产生吸合动作 当电压降低到释放电压时 触点复位 2 欠电压继电器在电路中用于欠电压保护 当其线圈在额定电压下工作时 欠电压继电器的衔铁处于吸合状态 当电压在40 70 时动作 如果电路出现电压降低 并且低于欠电压继电器线圈的释放电压时 其衔铁打开 触点复位 从而控制接触器及时切断电气设备的电源 3 零电压继电器在电路中用于零电压保护 当电压在5 25 时动作 2 电磁式电流继电器电磁式电流继电器的动作与线圈通过的电流大小有关 使用时和负载串联 电流继电器的线圈匝数少 导线粗 阻抗小 电流继电器又分欠电流继电器和过电流继电器 1 欠电流继电器正常工作时 欠电流继电器的衔铁处于吸合状态 如果电路中负载电流过低 并且低于欠电流继电器线圈的释放电流时 其衔铁打开 触点复位 从而切断电气设备的电源 通常 欠电流继电器的吸合电流为额定电流值的30 65 释放电流为额定电流值的10 20 2 过电流继电器过电流继电器线圈在额定电流值时 衔铁不产生吸合动作 只有当负载电流超过一定值时才产生吸合动作 过电流继电器常用于电力拖动控制系统中起保护作用 通常 交流过电流继电器的吸合电流整定范围为额定电流的1 1 4倍 直流过电流继电器的吸合电流整定范围为额定值的0 7 3 5倍 3 电磁式中间继电器电磁式中间继电器实际上是一种电磁式电压继电器 特点是触点数量多 在电路中起增加触点数量和中间放大作用 分直流中间继电器和交流中间继电器 4 常用典型电磁式继电器 1 直流电磁式通用继电器 2 电磁式中间继电器 3 电磁式交 直流电流继电器 作业 1 什么是继电器 其作用有哪些 2 电磁式继电器的吸合值和释放值应如何调整 三 时间继电器继电器的感测元件在感受外界信号后 经过一段时间才使执行部分动作 这类继电器称为时间继电器 按其动作原理与构造的不同可分为电磁式 电动式 空气阻尼式和晶体管式 电子式 等类型 时间继电器有通电延时和断电延时两种类型 通电延时型时间继电器的动作原理是 线圈通电时使触头延时动作 线圈断电时使触头瞬时复位 断电延时型时间继电器的动作原理是 线圈通电时使触头瞬时动作 线圈断电时使触头延时复位 1 空气阻尼式时间继电器 空气阻尼式时间继电器是利用空气的阻尼作用获得延时的 此继电器结构简单 价格低廉 但是准确度低 延时误差大 20 因此在要求延时精度高的场合不宜采用 JS7 A系列空气阻尼式时间继电器结构示意图 时间继电器的图形符号如图所示 文字符号用KT表示 时间继电器的图形符号 2 电子式时间继电器 电子式时间继电器的种类很多 最基本的有延时吸合和延时释放两种 它们大多是利用电容充放电原理来达到延时目的的 JS20系列电子式时间继电器具有延时长 线路简单 延时调节方便 性能稳定 延时误差小 触点容量较大等优点 其实物图如图所示 电子式时间继电器 四 热继电器电动机在实际运行中 常常遇到过载的情况 若过载电流不太大且过载时间较短 电动机绕组温升不超过允许值 这种过载是允许的 但若过载电流大且过载时间长 电动机绕组温升就会超过允许值 这将会加剧绕组绝缘的老化 缩短电动机的使用年限 严重时会使电动机绕组烧毁 这种过载是电动机不能承受的 因此 常用热继电器做电动机的过载保护 1 热继电器功能 具有过载保护特性的过电流继电器 长期过载 频繁启动 欠电压 断相运行均会引起过电流 用于 电动机或其他设备的过载保护和断相保护 2 双金属片热继电器结构及工作原理1 结构热继电器主要由 热元件 双金属片 触点系统 动作机构 复位按钮 电流整定装置和温度补偿元件等部分组成 其外形 结构及图形符号如图所示 热继电器外形 结构及图形符号 热继电器结构原理图 2 工作原理热继电器的工作原理示意图如图所示 热继电器的工作原理示意图 图中热元件是一段电阻不大的电阻丝 接在电动机的主电路中 双金属片是感测元件 它由两种受热后有不同热膨胀系数的金属碾压而成 其中下层金属的热膨胀系数大 称主动层 上层的小 称被动层 当电动机过载时 流过热元件的电流增大 热元件产生的热量使双金属片中的下层金属的膨胀变长速度大于上层金属的膨胀速度 从而使双金属片向上弯曲 经过一定时间后 弯曲位移增大 使双金属片与扣扳分离 脱扣 扣扳在弹簧的拉力作用下 将常闭触点断开 热继电器就是利用电流的热效应原理 在发现电动机不能承受的过载时切断电动机电路 是为电动机提供过载保护的保护电器 具有断相保护的热继电器 3 型号及图形符号 P27 4 热继电器的选用热继电器型号的选用应根据电动机的接法和工作环境决定 在一般情况下 可选用两相结构的热继电器 在电网电压的均衡性较差 工作环境恶劣或维护较少的场所 可选用三相结构的热继电器 五 热继电器动作电流的整定热继电器动作电流的整定主要根据电动机的额定电流来确定 热继电器的整定电流是指热继电器长期不动作的最大电流 超过此值即开始动作 热继电器可以根据过载电流的大小自动调整动作时间 具有反时限保护特性 一般过载电流是整定电流的1 2倍时 热继电器动作时间小于20min 过载电流是整定电流的1 5倍时 动作时间小于2min 过载电流是整定电流的6倍时 动作时间小于5s 第四节熔断器 熔断器是一种结构简单 使用维护方便 体积小 价格便宜的保护电器 广泛用于照明电路中的过载和短路保护及电动机电路中的短路保护 其实物图如图所示 一 熔断器结构及工作原理1 结构熔断器由熔体 熔丝或熔片 安装熔体的外壳 填料和导电部件等组成 起保护作用的是熔体 图形符号如图所示 2 特点及用途常用熔断器的特点及用途如表所示 三 熔断器的典型产品低压熔断器按形状可分为 管式 插入式 螺旋式和羊角保险等 按结构可分为 半封闭插入式 无填料封闭管式和有填料封闭管式等典型产品有RL6 RL7 RL96 RLS2系列螺旋式熔断器 RL1B系列带断相保护螺旋式熔断器 RT18熔断器 RT14系列有填料密封管式熔断器等 四 RL系列熔断器型号含义 额定电流 RL 设计序号 螺旋式熔断器 五 熔断器的选用熔断器的选型主要是选择熔断器的形式 额定电流 额定电压以及熔体额定电流 熔体额定电流的选择是熔断器选择的核心 其选择方法如表所示 注意事项在安装 更换熔体时 一定要切断电源 将刀开关拉开 不要带电作业 以免触电 熔体烧坏后 应换上和原来同材料 同规格的熔体 千万不要随便加粗熔体 或用不易熔断的其他金属丝去替换 作业 练习册 P91 14 1 15 第五节低压断路器 低压断路器 又称为自动空气开关 功能 不频繁接通 断开负载电路 并具有故障自动跳闸功能 用于正常情况下的接通和分断操作以及严重过载 短路及欠压等故障时的自动切断电路 在分断故障电流后 一般不需要更换零件 且具有较大的接通和分断能力 断路器 各类断路器 1 结构低压断路器主要由 触头系统 灭弧装置 脱扣机构 保护装置 操作机构等组成 低压断路器的触头系统一般由主触头 弧触头和辅助触头组成 灭弧装置采用栅片灭弧方法 灭弧栅一般由长短不同的钢片交叉组成 放置在由绝缘材料组成的灭弧室内 构成低压断路器的灭弧装置 保护装置由各类脱扣器 过流 失电及热脱扣器等 构成 以实现短路 失压 过载等保护功能 低压断路器有较完善的保护装置 但构造复杂 价格较贵 维修麻烦 自由脱扣机构是用来联系操作机构和主触头的机构 操作机构是实现断路器闭合 断开的机构 低压断路器的分类 低压断路器按用途分有 配电 照明 限流 灭磁 漏电保护等几种 按动作时间分有 一般型和快速型 按结构分有 框架式 万能式DW系列 和塑料外壳式 装置式DZ系列 其实物图如图所示 2 工作原理低压断路器的工作原理如图所示 低压断路器工作原理图 一旦发生过载或短路时 过流脱钩器将吸合而顶开锁钩 将主触头断开 从而起到短路保护作用 M3 主触点 弹簧 连杆装置 锁钩 断路器原理 一旦发生过载或短路时 过流脱钩器将吸合而顶开锁钩 将主触头断开 从而起到短路保护作用 M3 主触点 弹簧 连杆装置 锁钩 断路器原理 M3 主触点 弹簧 连杆装置 一旦电压严重下降或断电时 衔铁就被释放而使主触头断开 实现欠压保护作用 断路器原理 M3 主触点 弹簧 连杆装置 一旦电压严重下降或断电时 衔铁就被释放而使主触头断开 实现欠压保护作用 断路器原理 DZ20系列 塑壳式断容器规格 断路器电气参数选择的一般原则 1 断路器的额定工作电压大于或等于线路额定电压 2 断路器的额定电流大于或等于线路计算负载电流 3 断路器的额定短路通断能力大于或等于线路中可能出现的最大短路电流 一般按有效值计算 4 断路器欠电压脱扣器额定电压等于线路额定电压 5 具有短延时的断路器 若带欠电压脱扣器 则欠电压脱扣器必须是延时的 其延时时间应大于或等于短路延时时间 6 断路器的分励脱扣器额定电压等于控制电源电压 7 电动传动机构的额定工作电压等于控制电源电压 3 常用低压断路器目前 常用的低压断路器有塑壳式断路器和框架式断路器 塑壳式断路器是低压配电线路及电动机控制和保护中的一种常用的开关电器 其常用型号有DZ5和DZ10系列 DZ5 20表示额定电流为20A的DZ5系列塑壳式低压断路器 如图所示 DZ5 20型低压断路器内部结构 断路器 5 选型对于不频繁启动的笼型电动机 只要在电网允许范围内 都可首先考虑采用断路器直接启动 这样可以大大节约电能 还没有噪声 低压断路器的选型要求如下 额定电压不小于安装地点电网的额定电压 额定电流不小于长期通过的最大负荷电流 极数和结构形式应符合安装条件 保护性能及操作方式的要求 作业 1 断路器的功能有哪些 2 试述低压断路器的分类 第二章电气控制系统的基本电路 第一节电气控制电路的绘制第二节三相异步电动机的起动控制电路第三节三相异步电动机的电气制动控制电路第四节电气控制电路中的保护措施第五节生产机械的电气控制系统 第一节电气控制电路的绘制 电气控制系统图 为了表达生产机械电气控制系统的结构 原理等设计意图 同时为了电气系统的安装 调试 使用和维修 需要将电气控制系统中电气元件及其连接用一定图形表达出来 这就是电气控制系统图 主要包括 电气原理图 电器布置图 电气安装接线图等 电气控制系统图的结构 一 图形符号和文字符号 图形符号 文字符号 符号要素 一般符号 限定符号 基本文字符号 辅助文字符号 补助文字符号 通常用于图样或其它文件 用以表示一个设备或概念的图形 标记或字符 用于电气技术领域中技术文件的编制 表示电气设备 装置和元件的名称 功能 状态和特征 一 图形符号和文字符号 1 图形符号 符号要素 具有确定意义的简单图形 必须同其它图形组合构成一个设备或概念的完整符号 如接触器常开主触点符号 由接触器触点功能符号和常开触点符号组合而成 一般符号 表示一类产品和此类产品特征的一种简单的符号 如电动机可用一个圆圈表示 限定符号 提供附加信息的一种加在其它符号上的符号 一 图形符号和文字符号 2 文字符号 基本文字符号 单字母符号 双字母符号 按拉丁字母顺序将各种电气设备 装置和元器件划分成为23大类 每一类用一个专用单字母符号表示 如 C 表示电容器类 R 表示电阻器类等 一 图形符号和文字符号 2 文字符号 基本文字符号 单字母符号 双字母符号 由一个表示种类的单字母符号与另一个字母组成 且以单字母符号在前 另一字母在后的次序列出 如 F 表示保护器件类 FU 则表示为熔断器 一 图形符号和文字符号 2 文字符号 基本文字符号 辅助文字符号 表示电气设备 装置和元器件以及电路的功能 状态和特征 如 RD 表示红色 L 表示限制等 单字母符号 双字母符号 补充文字符号 当规定的基本文字符号和辅助文字符号不够使用时 可按国家标准中文字符号组成规律和下述原则予以补充 二 电气原理图它是为了便于阅读与分析控制线路 根据简单 清晰原则 采用电器元件展开的形式绘制而成的图样 它表明电气元件和接线端子点之间的相互关系 并不按各电气元件的实际布置位置和实际接线情况来绘制 原则 电气原理图 用图形符号和项目代号表示电路各个电器元件连接关系和工作原理的图 1 主电路 控制电路和信号电路应分开绘出 2 在电气原理图中 所有电气元件的图形符号和文字符号必须采用国家规定的统一标准 3 同一电器的各元件采用同一文字符号表明 4 所有电路元件的图形符号 均按电器未接通电源和没有受外力作用时的原始状态绘制 5 主电路的电源电路一般绘制成水平线 受电的动力装置 电动机 及其保护电器支路用垂直线绘制在图的左侧 6 原理图中 无论是主电路还是辅助电路 各电气元件一般按动作顺序从上到下 从左到右依次排列 可水平布置 也可垂直布置 7 原理图中 两线交叉连接时的电气连接点要用黑圆点标出 8 为阅图方便 图中自左向右或自上而下表示操作顺序 并尽可能减少线条和避免线条交叉 原则 主电路接点表示 三相交流电源采用L1 L2 L3标记主电路按U V W顺序标记分级电源在U V W前加数字1 2 3来标记分支电路在U V W后加数字1 2 3来标记控制电路用不多于3位的阿拉伯数字编号 三 电气安装接线图 电器安装图 表示电气控制系统中各电器元件的实际位置和接线情况 详细绘制出电器元件安装位置 原则 1 各电器元件用规定的图形符号 文字符号绘制 同一电器的各部件必须画在一起 各电气元件的位置 应与实际安装位置一致 2 不在同一控制箱和同一配电盘上的各电器元件的连接 必须经接线端子板进行 3 走向相同的多根导线可用单线表示 4 画连接导线时 应注明导线规格 型号 根数和穿线管的尺寸 表明了电器设备外部元件的相对位置及它们之间的电气连接 是实际安装接线的依据 按电气元件的实际位置和实际接线绘制 作业 1 何为图形符号 何为文字符号 2 简述电气原理图的绘制原则 第二节三相异步电动机起动控制 一 三相异步电动机全压启动控制 1 手动控制 开启式负荷开关控制 自动空气开关控制 特点 电气原理图 应用 控制三相电风扇和砂轮机 三相异步电机的起停控制 手动控制操作方法 手动合上QS 电动机M工作 手动切断QS 电动机M停止工作 电路保护措施 FU 短路保护电路优点 控制方法简单 经济 实用 电路缺点 保护不完善 操作不方便 电气原理图 2 电动机的连续 自锁 控制电路 自锁触点 热继电器热元件 热继电器常闭触点 KM SB1 KM SB2 KH Q KH FU KM M3 工作原理 控制电路 主电路 工作原理先闭合开关Q 接通电源 按SB1 KM线圈得电 KM主触头闭合 M运转 按SB2 KM线圈失电 KM主触头恢复 M停转 M3 M3 KM辅助触头闭合 自锁 KM辅助触头恢复 失去自锁 长动电路功能 控制电机长时间连续工作 电机的连续控制电路 工作过程 短路保护 FU1 FU2 过载保护 FR 3 电动机的连续 自锁 控制电路 工作原理 保护环节 电气原理图 欠压 失压保护 KM 作业 简述电动机连续控制电路的工作原理 3 点动控制 工作原理 启动 按下起动按钮SB 接触器KM线圈得电 KM主触头闭合 电动机M启动运行 停止 松开按钮SB 接触器KM线圈失电 KM主触头断开 电动机M失电停转 电气原理图 3 点动控制 应用 常用于电葫芦控制和车床拖板箱快速移动的电机控制 保护环节 短路保护 控制电路短路保护 主电路短路保护 工作原理 电气原理图 KM SB1 KH Q KH FU KM M3 点动控制线路 控制电路 主电路 先闭合开关Q 接通电源 按SB1 KM线圈得电 KM主触头闭合 M运转 松SB1 KM线圈失电 KM主触头恢复 M停转 M3 M3 点动电路功能 控制电机在很短时间内工作 工作原理 KM SB1 KM SB2 KH Q KH FU KM M3 SB3 4 点动及长动控制线路 1 M3 M3 M3 M3 控制电路 主电路 工作原理 先闭合Q 接通电源 按SB1 KM线圈得电 KM触头闭合 M长动运转 按SB3 KM线圈得电 KM触头闭合 M点动运转 按SB2 KM线圈失电 KM触头恢复 M停转 松SB3 KM线圈失电 KM触头恢复 M停转 KA SB1 SB2 Q KH FU KM M3 KM SB3 KA KA 中间继电器KA的功能 实现自锁 从而实现M长动运转 4 点动及长动控制线路 2 按SB1 KA线圈得电 KM触头闭合 M长动运转 按SB3 KM线圈得电 KM触头闭合 M点动运转 KM线圈得电 KA触头闭合 自锁 按SB2 KM线圈失电 KM触头恢复 M停转 工作原理 合Q 点动 在长动基础上的点动 用途 适用于电动机短时间调整的操作 按钮操作 SB3常闭触点用来切段自锁电路实现点动 转换开关控制 SA合上 有自锁电路 SB2为长动操作按钮 SA断开 无自锁电路 SB2为点动操作按钮 中间继电器KA控制 按动SB2 KA通电自锁 KM线圈通电 此状态为长动 按动SB3 KM线圈通电 但无自锁电路 为点动操作 点动电路总结 KM SB1 SB4 KH Q FR FU KM M3 SB2 KM SB3 SB5 SB6 4 多地点控制线路 利用SB1 SB2 SB3并联 可实现多地点起动 利用SB4 SB5 SB6串联 可实现多地点停机 三种保护作用 a 短路保护 FU b 过载保护 FR c 零压 欠压保护 KM 作业 书上P492 1 2 22 1 电动机点动控制电路与连续控制电路的关键环节是什么 其主电路上又有何区别 从电动机保护的角度分析 2 2 何为互锁控制 实现电动机正反转互锁控制的方法有几种 它们的操作方式有何不同 三地控制 主电路实现顺序控制 5 顺序控制 控制电路实现顺序控制 要求几台电动机的启动或停止按一定的先后顺序来完成的控制方式 顺序启动同时停止控制 顺序启动逆序停止控制 顺序启动同时停止控制 特点 电气原理图 控制电路 顺序控制 顺序启动逆序停止控制 电气原理图 特点 主电路 控制电路 作业 试绘出两台三相异步电动机的顺序起动控制电路 起动时要求M1先起动 M2才可起动 停车时 两台电动机同时停止 二 可逆旋转控制 电路形式 电动机原理 改变电动机三相电源的相序 可改变电动机的旋转方向 倒顺开关控制的正反转按钮 接触器控制的正反转位置控制 1 倒顺开关控制正反转控制电路 5 5KW以下的电动机电路直接控制电动机正反转 特点 电气原理图 应用 主电路 控制电路 用倒顺开关实现电源调相 倒顺开关 2 按钮控制正反转控制电路 主电路 KM2 控制电路 正转按钮 反转按钮 工作原理 缺点 基本控制电路 2 按钮控制正反转控制电路 控制电路 工作原理 接触器互锁控制 互锁 接触器互锁 按钮互锁 3 接触器互锁正反转控制电路 3 按钮控制正反转控制电路 控制电路 工作原理 接触器互锁控制 互锁 接触器互锁 按钮互锁 3 按钮控制正反转控制电路 控制电路 工作原理 优点 接触器互锁控制 互锁 接触器互锁 按钮互锁 工作安全可靠 缺点 操作不便 3 按钮控制正反转控制电路 控制电路 工作原理 优点 按钮互锁控制 操作方便 缺点 易产生故障 SB1 SB3 Q KH1 FU KM1 M13 SB2 M23 KM2 KH2 KM1 KM2 KH1 KH2 KM1 KM1 KM2 顺序控制 L2 L1 顺序控制 顺序控制线路 1 利用KM1常开触头可实现顺序控制功能 M1起动后M2才能起动 顺序控制线路 2 自锁和顺序控制 按SB1 KM1线圈得电 KM1各触头动作 按SB2 KM2线圈才能得电 工作原理 若先按SB2 电路不能工作 SB1 SB3 Q KH1 FU KM1 M13 SB2 M23 KM2 KH2 KM1 KM2 KH1 KH2 KM1 KM1 KM2 L2 L1 SB4 KM2 利用KM1常开触头 M1起动后M2才能起动 例 分析电路的控制功能 解 电路可实现顺序控制功能 利用KM2常开触头 M2停车后M1才能停车 作业 分析下列电气图 试分析 1 该电路中使用了哪些电器元件 2 分析该电气图的工作原理 如何实现电动机的启动和停止的 3 该电路如何实现自锁的 SQ2 SQ1 行程控制电路 行程开关的动作过程 SQ2 SQ1 行程开关的动作过程 行程控制电路 SQ2 SQ1 行程开关的动作过程 行程控制电路 SQ2 SQ1 行程开关的动作过程 行程控制电路 SQ2 SQ1 行程开关的动作过程 行程控制电路 SQ2 SQ1 行程开关的动作过程 行程控制电路 SQ2 SQ1 行程开关的动作过程 行程控制电路 SQ2 SQ1 行程开关的动作过程 行程控制电路 SQ2 SQ1 行程开关的动作过程 行程控制电路 SQ2 SQ1 行程开关的动作过程 行程控制电路 SQ2 SQ1 行程开关的动作过程 行程控制电路 SQ2 SQ1 行程开关的动作过程 行程控制电路 KM2 SB1 SB3 KH Q KH FU SB2 KM1 KM2 KM1 KM1 KM2 KM1 SQ1 SQ3 KM2 L1 L2 L2 L1 SQ4 SQ2 工作台 右移 左移 SQ4 SQ2 SQ1 SQ3 设KM1得电M正转 工作台左移 KM2得电M反转 工作台右移 M3 行程控制电路 KM2 SB1 SB3 KH SB2 KM1 KM2 KM1 KM1 SQ1 SQ3 KM2 L1 L2 SQ4 SQ2 左移 按SB1 KM1线圈得电 KM1触头动作 M正转 工作台左移 工作原理合Q 直至压住行程开关SQ2 常闭触头断开 KM1线圈失电 M停转 常开触头闭合 KM2线圈得电 M自行起动反转 工作台返回右移 SQ4 SQ2 SQ1 SQ3 右移 KM2 SB1 SB3 KH SB2 KM1 KM2 KM1 KM1 SQ1 SQ3 KM2 L1 L2 SQ4 SQ2 工作台 右移 当工作台右移至压住行程开关SQ1 常闭触头断开 KM2线圈失电 M停转 常开触头闭合 KM1线圈得电 M自行起动正转 工作台返回左移 如此循环可实现工作台自动往复运行 SQ4 SQ2 SQ1 SQ3 左移 行程控制电路 第三节三相异步电动机降压启动控制 降压启动的方法 定子绕组串电阻 电抗 启动 自耦变压器降压启动 Y 降压启动 延边三角形降压启动 降压启动的实质 启动时减小加在定子绕组上的电压 以减小起动电流 启动后再将电压恢复到额定值 电动机进入正常工作状态 一 定子绕组串电阻 电抗 启动控制 1 定子串电阻降压自动启动控制线路 电气原理图 工作原理 一 定子绕组串电阻 电抗 启动控制 2 手动 自动启动控制线路 电气原理图 工作原理 1 按钮 接触器控制自耦变压器降压启动 二 自耦变压器降压启动控制 电气原理图 正常运行接触器 变压器星点接触器 变压器电源接触器 1 按钮 接触器控制自耦变压器降压启动 二 自耦变压器降压启动控制 电气原理图 降压启动按钮 全压运行按钮 中间继电器 1 按钮 接触器控制自耦变压器降压启动 二 自耦变压器降压启动控制 电气原理图 工作原理 2 时间继电器控制自耦变压器降压启动 二 自耦变压器降压启动控制 电气原理图 工作原理 三 星形 三角形降压启动控制 指电动机起动时 把定子绕组接成星形 以降低起动电压 减小起动电流 待电动机起动后 再把定子绕组改接成三角形 使电动机全压运行 Y 起动只能用于正常运行时为 形接法的电动机 时间继电器控制Y 降压起动 三个接触器控制 三 星形 三角形降压启动控制 电气原理图 电源接触器 星形接法接触器 三角形接法接触器 工作原理 Y 降压启动控制 四 延边三角形降压启动控制 延边三角形降压启动是指电动机起动时 把电动机定子绕组的一部分接 形 而另一部分接成 Y 形 使整个定子绕组接成延边三角形 待电动机启动后 再把定子绕组切换成 形全压运行 定子绕组的连接方式 延边 形接法 形接法 四 延边三角形降压启动控制 电气原理图 作业 书上P492 3 a c d 图 停机制动类型 第三节三相异步电动机电气制动控制 常用的电气制动 反接制动 能耗制动 电磁机械制动 电磁铁操纵机械进行制动 电气制动 电动机产生一个与转子转动方向相反的力矩来进行制动 制动电阻的接线方法 一 反接制动控制 原理 要求 对称接法 不对称接法 改变电动机电源相序 使定子绕组产生反向的旋转磁场 形成制动转矩 10kW以上电动机的定子电路中串入反接制动电阻 转速接近于零时 及时切断反相序电源 防止反向再起动 1 单向反接制动的控制 一 反接制动控制 电气原理图 速度继电器 关键是电动机电源相序的改变 且当转速下降接近于零时 能自动将电源切除 1 单向反接制动的控制 工作原理 电动机正常运转时 KM1通电吸合 KS的常开触点闭合 为反接制动作准备 按下停止按钮SB1 KM1断电 电动机定子绕组脱离三相电源 电动机因惯性仍以很高速度旋转 KS常开触点仍保持闭合 将SB1按到底 使SB1常开触点闭合 KM2通电并自锁 电动机定子串接电阻接上反相序电源 进入反接制动状态 电动机转速迅速下降 当电动机转速接近100r min时 KS常开触点复位 KM2断电 电动机断电 反接制动结束 2 可逆运行的反接制动控制 一 反接制动控制 特点 与反接制动相比 消耗的能量小 其制动电流要小得多 适用于电动机能量较大 要求制动平稳和制动频繁的场合 能耗制动需要直流电源整流装置 二 能耗制动控制 原理 电动机脱离三相交流电源后 在定子绕组加直流电源 以产生起阻止旋转作用的静止磁场 达到制动的目的 1 单向能耗制动控制 二 能耗制动控制 按时间原则控制 单向运行接触器 能耗制动接触器 整流变压器 桥式整流电路 1 单向能耗制动控制 二 能耗制动控制 按速度原则控制 2 电动机可逆运行能耗制动控制 二 能耗制动控制 正转接触器 反转接触器 3 单管能耗制动控制 二 能耗制动控制 单管半波整流 作业 书上P492 4 第四节电气控制电路中的保护措施 电气控制系统中常用的保护环节有 短路保护 过载保护 零电压及欠电压保护和弱磁保护等 1 短路保护保护元件 熔断器和断路器 2 过载保护保护元件 热继电器 3 过电流保护保护元件 过电流继电器4 零电压及欠电压保护保护元件 中间继电器及欠电压继电器5 连锁保护通过两接触器KM1和KM2互锁触点实现 作业 1 电气控制系统中常用的保护环节有哪些 其中过载保护常用的保护元件是什么 2 何为短路保护和零压保护 其常用的保护元件分别是什么 第五节生产机械的电气控制系统 作用 用来钻孔 扩孔 铰孔 攻丝及修刮端面等多种形式的加工 分类 立式钻床 台式钻床 多轴钻床 摇臂钻床及专用钻床等 2 5 1Z3040型摇臂钻床的电气控制 一 结构及运动形式 二 控制要求 运动部件较多 采用多电动机拖动 要求主轴及进给有较大的调速范围 主运动与进给运动由一台电动机拖动 经主轴与进给传动机构实现主轴旋转和进给 主轴要求正反转 由机械方法获得 主轴电动机只需单方向旋转 对立柱 主轴箱及摇臂的夹紧放松采用液压技术 具有必要的联锁与保护 三 液压系统简介 操纵机构液压系统 安装在主轴箱内 实现主轴正反转 停车制动 空档 预选及变速 夹紧机构液压系统 安装在摇臂背后的电器盒下部 用以夹紧松开主轴箱 摇臂及立柱 四 电气控制电路分析 主轴电动机的控制过程摇臂升降电动机的控制过程主轴箱与立柱的松开 夹紧控制过程 2 5 2电液控制 液压动力滑台电气控制 控制电路 考虑 1 SA的作用 2 按钮SB2的作用 若滑台运作过程如下 其控制电路应如何改动 具有终点停留功能的滑台控制电路 作业 书上P492 5 第3章可编程控制器的基本概况 3 1可编程控制器简介3 1 1可编程控制器的产生和定义可编程控制器 Programmablecontroller 简称PC 为了避免和通用计算机的简称PC区分开 所以在很多书中对可编程控制器仍沿用以前PLC的简称 在1969年美国数字设备公司 DEC 研制出了世界上第一台PLC 七十年代后 PLC已成为一种新型的工业自动控制标准设备 而且PLC不再是仅有逻辑判断功能 还同时具有数据处理 PID控制和数据通信功能 可编程控制器的定义 1987年2月 国际电工委员会 IEC 在可编程控制器的标准草案中作了如下定义 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统 专为在工业环境应用而设计 它采用了可编程序的存储器 用来在其内部存储逻辑运算 顺序控制 定时 计数和算术运算等操作的指令 并通过数字式和模拟式的输入输出 控制各种类型的机械设备或生产过程 可编程控制器及其有关外围设备 易于与工业控制系统连成一个整体 并易于扩充其功能 3 1 2可编程控制器的功能及特点 1 可靠性高 抗干扰能力强2 适应性强 应用灵活PLC是系列化的产品 其品种齐全 可以满足各种大小规模 功能繁简的控制系统 3 编程方便 易于使用采用梯形图语言 延续使用继电器控制系统的许多符号和规定 其形象直观 易学易懂 4 具有各种接口 与外部设备连接方便 适应范围广具有各种数字 模拟量的I O接口 能将生产现场的多种规格的直流 交流信号直接接入可编程控制器 5 功能完善具有模拟和数字量输入 输出模块 逻辑运算和定时 计数 数据处理 通信 人机对话 自检 记录和显示等功能 PLC专为工业控制而设计 除了对元器件进行筛选 老化外 在软件和硬件上都采用了许多抗干扰的措施 如屏蔽 滤波 隔离 故障论断和自动恢复等 3 1 3可编程控制器的应用及发展 1 可编程控制器的应用PLC广泛应用于机械制造 石化 冶炼 电力 轻纺 汽车 交通及各种机电产品的生产中 典型的