电气控制技术第一章VIP

电气控制与PLC技术,集美大学机械与能源工程学院2014.08修改,教材及参考教材,一、教材：史国生主编.电气控制与可编程控制器技术.第三版,二、教学参考书：1.邓则名主编.电器与可编程序控制器应用技术2.余雷声主编.电气控制与PLC应用3.陈立定等编.电气控制与可编程控制器,三、网站：百思论坛、工控网,总体时间安排总学时32学时电气控制部分：8学时PLC及应用部分：24学时其中：授课20学时、实验4学时,电气控制与PLC技术,电气控制与PLC技术,考核方式闭卷考试总分100分评分方式平时：10分（包括出勤、作业等）实验：10分（预习、实习报告等）考试：80分,授课内容：分为2个部分第1部分：电气控制技术(继电接触器控制）（教材第一、二(一部分自学)、三(自学)、四章）第2部分：PLC技术（教材第五、六、七、八、九、十(自学)章）,电气控制与PLC技术,本课程的性质与任务,性质：实践性很强的专业课任务：1、通过本门课程的学习，熟悉常用低压电器的（功能、结构、原理、参数、符号、选用）、电气控制线路的基本控制环节。2、能够分析复杂的电气控制电路，能用经验设计法或逻辑设计法设计简单的电气控制系统的一般设计内容和方法。3、对可编程序控制器的结构有比较深刻的了解，理解可编程序控制器的输入、输出和控制的关系。能灵活运用可编程序控制器基本指令和功能指令进行编程。能够设计简单的可编程序控制器控制系统。电气技术达到：懂原理、会分析、能维护、会简单设计。（三字：懂、能、会）,1.拖动方式：生产机械的运动需要电动机的拖动，即电动机是拖动生产机械的主体。成组拖动单电机拖动多电机拖动2.控制系统：电动机的启动、调速、正反转、制动等的控制，需要另一套装置。继电接触器控制PLC控制计算机(网络化)控制,机械设备依靠什么驱动的？有哪些要求？,第一篇电气控制技术,第一章常用低压电器第二章电气控制线路的基本控制规律第三章电气控制系统分析（自学）第四章电气控制系统的设计,第一章常用低压电器,第一节电器的功能、分类和工作原理第二节电气控制中常用电器第三节主令电器第四节动力线路中常用电器本章小结,第一节电器的功能、分类和工作原理,一、电器的功能,2.电器的功能：“开”、“关”电路。,1.电器的概念:电器是一种电气元件或设备。能根据外界的信号（机械力、电动力和其它物理量）和要求，手动或自动地接通、断开电路，以实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节。,2.按动作原理分,1.按工作电压等级分,二、电器的分类,高压电器:用于交流电压1200V、直流电压1500V及以上。,手动电器:操作人手发出动作指令。,低压电器：用于交流50HZ或60HZ额定电压1200V以下、直流额定电压1500V及以下。,自动电器：电磁力而自动完成指令。,二、电器的分类,3.按用途分,控制电器配电电器主令电器保护电器执行电器,用于各种控制电路和控制系统的电器，例如接触器、继电器、电动机起动器等。,用于电能的输送和分配的电器，例如高压断路器等。,用于自动控制系统中发送动作指令的电器，例如按钮、转换开关等。,用于保护电路及用电设备的电器，例如熔断器、热继电器等。,用于完成某种动作或传送功能的电器，例如电磁铁、电磁离合器等。,电磁式电器,三、电磁式电器的工作原理,电磁机构（检测部分）,触头系统（执行部分）,吸引线圈铁心衔铁,1、结构组成,（一）电磁机构将电磁能转换为机械能并带动触头动作。,铁芯,衔铁,线圈,三、电磁式电器的工作原理,交流：硅钢片叠加直流：软钢或工程纯铁,直动式拍合式,电压线圈：并联在电路中，匝数多、导线细。电流线圈：串联在电路中，匝数少、导线粗。交流线圈：短而粗，有骨架。直流线圈：细而长，无骨架。,工作原理：线圈通入电流，产生磁场，经铁芯、衔铁和气隙形成回路，产生电磁力，将衔铁吸向铁芯。断开电流时，复位弹簧将衔铁拉回原位。,组成,1-衔铁2-铁心3-吸引线圈直动式电磁机构,1-衔铁2-铁心3-吸引线圈拍合式电磁机构,1.电磁机构（检测部分）的结构形式,2.交流电磁机构上的短路环减小衔铁吸合时产生的振动和噪音。,三、电磁式电器的工作原理,（二）触头系统通过触头的开合控制电路通、断。,三、电磁式电器的工作原理,类型,材料：一般采用铜材料制成；对于小容量电器常用银质材料制成。,按控制电路,按原始状态,按结构形式,按接触形式,主触头,辅助触头,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，触头间会产生蓝色的光柱，即电弧。,三、电磁式电器的工作原理,（三）灭弧系统,灭弧措施：吹弧、拉弧、长弧割短弧、多断口灭弧、利用介质灭弧、改善触头表面材料。,电弧的危害：延长了切断故障的时间；高温引起电弧附近电气绝缘材料烧坏；形成飞弧造成电源短路事故。,三、电磁式电器的工作原理,（三）灭弧系统,电动力吹弧,磁吹灭弧,灭弧装置,栅片灭弧,1-静触头2-动触头图1-9电动力灭弧示意图,电磁部分：线圈静铁心+衔铁；,静铁心,线圈,释放弹簧,触头系统,执行部分：触头。,触头按通过的电流的大小分主触头和辅助触头两种。,动铁心（衔铁）,线圈,辅助触点,铁心,衔铁,电源,电机,主触点,常闭,常开,弹簧,第二节电气控制中常用电器,一、低压隔离器：,1、刀开关作用：隔离电源，不频繁通断电路。分类：按刀的级数分:单极、双极和三极按灭弧装置分：带灭弧装置和不带灭弧装置按刀的转换方向分为：单掷和双掷按接线方式分为：板前接线和板后接线按操作方式分为：手柄操作和远距离联杆操作按有无熔断器分：带熔断器和不带熔断器,作用：隔离电源，保障检修人员安全；过载保护。,(1).开关板用刀开关（不带熔断器式刀开关）作用：不频繁地手动接通、断开电路和隔离电源用。结构图和符号：,1、刀开关,(2).带熔断器式刀开关用作电源开关、隔离开关和应急开关，并作电路保护用。,1、刀开关,(3).负荷开关开启式负荷开关用途：作不频繁带负荷操作和短路保护用。结构：由刀开关和熔断器组合成。瓷底板上装有进线座、静触头、熔丝、出线座及刀片式动触头，工作部分用胶木盖罩住，以防电弧灼伤人手。分类：单相双极和三相三极两种,一、刀开关,3.负荷开关封闭式负荷开关（铁壳开关）作用：手动通断电路及短路保护。,1、刀开关,1、刀开关,选用刀开关的原则：刀的极数要与电源进线相数相等；刀开关的额定电压应大于所控制的线路额定电压；刀开关的额定电流应大于负载的额定电流。,结构：静触头一端固定在胶木盒内，另一端伸出盒外，与电源或负载相连。动触片套在绝缘方杆上，绝缘方轴每次作90正或反方向的转动，带动静触头通。特点：结构紧凑，安装面积小，操作方便。用途：电源的引入开关；通断小电流电路；控制以下电动机。,2、组合开关（又称转换开关）,（a）外形（b）符号（c)结构,用组合开关起停电动机的接线图,图为用转换开关实现三相电动机起停控制的接线图。,转换开关中的弹簧可使动、静触片快速断开，利于熄灭电弧。但转换开关的触片通流能力有限，一般用于交流380V、直流220V，电流100A以下的电路中做电源开关。,结构：熔体、安装熔体的熔断管等部分造成。作用：用于低压线路中短路和严重过载保护。应用：串接于被保护电路的首端。优点：结构简单，维护方便，价格便宜，体小量轻。分类：,二、熔断器,熔断器的图形、文字符号,瓷插式熔断器,螺旋式熔断器,二、熔断器,有填料式熔断器,二、熔断器,无填料密封式熔断器,二、熔断器熔断器,快速熔断器,熔断器,自恢复熔断器,二、熔断器,二、熔断器,类型的确定：由电控系统整体设计确定；熔断器的额定电压应大于或等于实际电路的工作电压；熔断器额定电流应大于等于所装熔体的额定电流。,选择的原则,熔断器额定电流IFN的选择,(1)电灯、电炉等电阻性负载,IFNI,(3)多台电机,(2)单台电机,IFN(1.5-2.5)IN,IFN(1.5-2.5)INmaxIN,(4)防止越级熔断,作用：控制、放大、联锁、保护和调节。分类：按用途分：控制和保护继电器。按动作原理分：电磁式、感应式、电动式、电子式、机械式。按输入量分：电流、电压、时间、速度、压力。按动作时间分：瞬时、延时继电器。特点：额定电流不大于5A。,三、控制继电器,三、控制继电器,三、控制继电器,接触器和继电器的结构和工作原理大致相同。主要区别在于：继电器的体积和触点容量小，触点数目多，且只能通过小电流。所以，继电器一般用于控制电路中。接触器的主触点可以通过大电流；用于主电路中。,工作原理：,（一）电磁式继电器,电流继电器：可用于过载或过载保护。电压继电器：主要作为欠压、失压保护。中间继电器：实质上是电压继电器，起放大作用。,1、电流继电器,特点：线圈串接于电路中，导线粗、匝数少、阻抗小。分类：过电流继电器、欠电流继电器。,过流电流继电器,欠流电流继电器,（一）电磁式继电器,图形符号和文字符号,欠电流继电器过电流继电器,电流继电器：,1、电流继电器,（一）电磁式继电器,直流过电流继电器的吸合值为70%300%额定电流，交流过电流继电器的吸合值为110%400%额定电流。正常工作时，过电流继电器始终是常开的。,线圈中通以30%65%的额定电流时吸合，当线圈中的电流降至额定电流的10%20%时继电器释放。正常工作时，欠电流继电器始终是吸合的。,特点：线圈并联在电路中，匝数多，导线细分类：过电压继电器和欠电压继电器结构原理：与电流继电器类似,2、电压继电器,（一）电磁式继电器,3、中间继电器,（一）电磁式继电器,中间继电器触头容量小，触点数目多，用于控制线路。,通常用于传递信号和同时控制多个电路，也可直接用它来控制小容量电动机或其他电气执行元件。,(a)外形,中间继电器外形与符号,（一）电磁式继电器,选用原则：依据继电器所保护或所控制对象对继电器提出的要求，如触头的数量、种类，返回系数，控制电路的电压、电流、负载性质等。,(a)线圈(b)常开触头(c)常闭触头,电磁式继电器的图形符号,电流继电器的文字符号为KI，电压继电器的文字符号为KV，中间继电器的文字符号为KA。,作用：按整定时间长短通断电路分类：按构成原理分：电磁式电动式空气阻尼式晶体管式数字式按延时方式分：通电延时型断电延时型,（二）、时间继电器,（二）、时间继电器,是从得到输入信号(线圈通电或断电)起，经过一段时间延时后才动作的继电器。适用于定时控制,直流电磁式结构图,阻尼铜套,衔铁,工作原理：当衔铁未吸合时，磁路气隙大，线圈电感小，通电后激磁电流很快建立，将衔铁吸合，继电器触点立即改变状态。而当线圈断电时，铁心中的磁通将衰减，磁通的变化将在铜套中产生感应电动势，并产生感应电流，阻止磁通衰减，当磁通下降到一定程度时，衔铁才能释放，触头改变状态。因此继电器吸合时是瞬时动作，而释放时是延时的，故称为断电延时。,1.直流电磁式时间继电器,a)通电延时继电器,b)断电延时继电器,延时继电器的外形与结构,(a)外形,2.空气式延时继电器,通电延时的空气式时间继电器结构示意图,微动开关2,微动开关1,2.空气式时间继电器,断电延时的空气式时间继电器结构示意图,常闭延时闭合,常闭延时断开,空气式时间继电器的延时范围大(有0.460s和0.4180s两种)。结构简单，但准确度较低。,时间继电器的型号有JS7-A和JJSK2等多种类型。,(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h),(a)线圈一般符号(b)通电延时线圈(c)断电延时线圈(d)延时闭合常开触点(e)延时断开常闭触点（f）延时断开常开触点（g）延时闭合常闭触点（h）瞬动触点,（二）、时间继电器,符号,（二）、时间继电器,选用原则：延时方式（通电延时、断电延时）。准确性（精度）。其它要求（可靠性、经济性、安装尺寸等）。,作用：电动机的过载保护,利用双金属片受热弯曲去推动杠杆使触头动作,利用电阻值随温度变化而变化的特性制成,利用过载电流发热使易熔合金熔化而使继电器动作,（三）、热继电器,型式：双金属片式,热敏电阻式,易熔合金式,结构：由发热元件、双金属片和触头及动作机构等部分组成。,（三）、热继电器,双金属片式热继电器,（三）、热继电器,双金属片式热继电器原理示意图,（三）、热继电器,使用与选择,使用：作为电动机的过载保护，注意与熔断器的配合。选择：eRedeR：热继电器热元件的额定电流；ed：电动机的额定电流。,（三）、热继电器,作用：根据速度的大小通断电路结构：定子、转子和触头原理：与异步电动机类似参数：动作转速：120rpm复位转速：100rpm,（四）、速度继电器,定子-由硅钢片迭成笼型空心圆环套在转子上，装有鼠笼型短路绕组。,符号,（四）、速度继电器,转子-圆柱形永久磁铁，与电动机同轴连接。,（四）、速度继电器,固态继电器（SolidStateRelay,缩写SSR），是由微电子电路，分立电子器件，电力电子功率器件组成的无触点开关。用隔离器件实现了控制端与负载端的隔离。固态继电器的输入端用微小的控制信号，达到直接驱动大电流负载。,（五）、固态继电器,优点：无触点、无火花、耐振动、寿命长、工作频率高、小型化等。,（五）、固态继电器,应用：机床、家电、汽车、通信、航空等。,工作原理：单相SSR为四端有源器件，其中两个输入控制端，两个输出端，输入输出间为光隔离，输入端加上直流或脉冲信号到一定电流值后，输出端就能从断态转变成通态。,文字符号和图形：见课本。,注意事项：1.最小工作电压3V;2.受温度影响。3.负载不同，限制不一样。,压力继电器,光电继电器,温度继电器,（五）、其它继电器,谢谢!,电磁式电器,电磁式电器的工作原理,电磁机构（检测部分）,触头系统（执行部分）,吸引线圈铁心衔铁,复习回顾：常用低压电器,电器的功能：开、关分类：按工作电压：高压、低压。按动作原理：手动、自动。按用途：控制、配电、主令、保护、执行。,电气控制中常用电器：,1、刀开关,三、控制继电器,2、组合开关,二、熔断器,一、低压隔离器,1.电流继电器2.电压继电器3.中间继电器,（一）、电磁式继电器,（二）、时间继电器,1.直流电磁式时间继电器2.空气阻尼式时间继电器3.晶体管式时间继电器4.电动机式时间继电器,（三）、热继电器,（四）、速度继电器,（五）、固态继电器,定义：发送控制命令或信号，改变控制系统工作状态的电器。分类：按钮行程开关万能转换开关主令控制器脚踏开关接近开关,第三节主令电器,控制按钮,第三节主令电器一、按钮,第三节主令电器一、按钮,结构：由按钮帽、复位弹簧、桥式触头和外壳等组成。分类：按用途和结构的不同，分为启动按钮、停止按钮和复合按钮等。颜色规定：启动按钮的按钮帽用绿色停止按钮的按钮帽用红色,1、2-常闭触头3、4-常开触头5-桥式触头6-复位弹簧7-按钮帽按钮开关结构示意图,钮帽通常采用不同的颜色以示区别，主要有红、绿、黑、蓝、黄、白等颜色。,按钮型号的含义如下：,其中结构型式代号的含义为：K-开启式，S-防水式，J-紧急式，X-旋钮式，H-保护式，F-防腐式，Y-钥匙式，D-带灯按钮。,按钮的图形、文字符号,(a)常开按钮(b)常闭按钮(c)复合按钮按钮的图形、文字符号,主令控制器,第三节主令电器一、按钮,行程开关,第三节主令电器一、行程开关,行程开关,也称位置开关。主要用于检测工作机械的位置，发出命令以控制其运动方向或行程长短。分类：按结构：机械结构的接触式有触点行程开关和电气结构的非接触式接近开关。按外壳防护形式：开启式、防护式及防尘式；按动作速度：瞬动和慢动（蠕动）；按复位方式：自动复位和非自动复位；按接线方式：螺钉式、焊接式及插入式；按操作形式：直杆式（柱塞式）、直杆滚轮式（滚轮柱塞式）、转臂式、方向式、叉式、铰链杠杆式等；按用途：一般用途行程开关、起重设备用行程开关及微动开关等。,(a)直动式(b)滚轮式(c)微动式1-顶杆2-弹簧1-滚轮2-上转臂3-3,5,11-弹簧1-推杆2-弯形片状弹簧3-常闭触头6-套架6,9-压板7-触头3-常开触头4-常闭触头4-触头弹簧8-触头推杆10-小滑轮5-恢复弹簧5-常开触头图1-32行程开关的结构图,行程开关的图形、文字符号如图1-33所示。,(a)常开触头(b)常闭触头图1-33行程开关的图形、文字符号,第三节主令电器三、凸轮控制器与主令控制器,1.凸轮控制器用途：用于起重设备和其他电力拖动装置，以控制电动机的起动、正反转、调速和制动。结构：由手柄、定位机构、转轴、凸轮和触头组成。原理：转动手柄时，转轴带动凸轮一起转动，转到某一位置时，凸轮顶动滚子，克服弹簧压力使动触点顺时针方向转动，脱离静触点而分断电路。在转轴上叠装不同形状的凸轮，可以使若干个触点组按规定的顺序接通或分断。,1-静触头2-动触头3-触头弹簧4-弹簧5-滚子6-方轴7-凸轮图1-34凸轮控制器结构图*,图1-35凸轮控制器的图形、文字符号,（a）画“”标记表示（b）接通表表示,第三节主令电器三、凸轮控制器与主令控制器,2.主令控制器（1）作用：由主令控制器的触点来控制接触器，再由接触器来控制电动机。（2）结构组成：与凸轮控制器相似，与控制屏相配合。主令控制器的图形符号和文字符号与凸轮控制器类似。,万能转换开关,第三节主令电器,接近开关,第三节主令电器,一、低压断路器（自动空气开关）功能：用来分配电能，不频繁通断电路，当发生严重的电路过载、短路及失压时自动分断电路。其功能相当于熔断器式断路器与过流、欠压、热继电器等的组合。特点：操作安全，分断能力较高。,第四节动力线路中常用电器,（一）低压断路器的结构及工作原理,1.结构：主要由触头、灭弧系统、各种脱扣和操作结构等组成。2.工作原理：,1-热脱扣器整定电流2-手动脱扣按钮3-脱扣弹簧4-手动合闸机构5-合闸联杆6-热脱扣器7-锁扣8-电磁脱扣器9-脱扣联杆10，11-动、静触点12，13-弹簧14-发热元件15-电磁脱扣弹簧16-调节旋钮图1-36低压断路器工作原理图,（一）低压断路器的结构及工作原理,1.结构：主要由触头、灭弧系统、各种脱扣和操作结构等组成。2.工作原理：,1-热脱扣器整定电流2-手动脱扣按钮3-脱扣弹簧4-手动合闸机构5-合闸联杆6-热脱扣器7-锁扣8-电磁脱扣器9-脱扣联杆10，11-动、静触点12，13-弹簧14-发热元件15-电磁脱扣弹簧16-调节旋钮图1-36低压断路器工作原理图,严重过载保护,（一）低压断路器的结构及工作原理,1.结构：主要由触头、灭弧系统、各种脱扣和操作结构等组成。2.工作原理：,1-热脱扣器整定电流2-手动脱扣按钮3-脱扣弹簧4-手动合闸机构5-合闸联杆6-热脱扣器7-锁扣8-电磁脱扣器9-脱扣联杆10，11-动、静触点12，13-弹簧14-发热元件15-电磁脱扣弹簧16-调节旋钮图1-36低压断路器工作原理图,线路短路保护,（一）低压断路器的结构及工作原理,1.结构：主要由触头、灭弧系统、各种脱扣和操作结构等组成。2.工作原理：,1-热脱扣器整定电流2-手动脱扣按钮3-脱扣弹簧4-手动合闸机构5-合闸联杆6-热脱扣器7-锁扣8-电磁脱扣器9-脱扣联杆10，11-动、静触点12，13-弹簧14-发热元件15-电磁脱扣弹簧16-调节旋钮图1-36低压断路器工作原理图,手动脱扣,（二）低压断路器的类型及其主要参数,1低压断路器的类型（1）万能式低压断路器它又称敞开式低压断路器，具有绝缘衬底的框架结构底座，所有的构件组装在一起，用于配电网络的保护。主要型号有DW10和DW15两个系列。（2）装置式低压断路器它又称塑料外壳式低压断路器，具有模压绝缘材料制成的封闭型外壳将所有构件组装在一起。用作配电网络的保护和电动机、照明电路及电热器等控制开关。主要型号有DZ5、DZ10、DZ20等系列。（3）快速断路器它具有快速电磁铁和强有力的灭弧装置，最快动作时间可在0.02s以内，用于半导体整流元件和整流装置的保护。主要型号有DS系列。（4）限流断路器利用短路电流产生巨大的吸力，使触点迅速断开，能在交流短路电流尚未达到峰值之前就把故障电路切断。用于短路电流相当大（高达70kA）的电路中，主要型号有DWX15和DZX10两种系列。,万能式低压断路器结构图,低压断路器的图形、文字符号如图1-37所示。,图1-37低压断路器的图形、文字符号,(a)单极(b)双极(c)三极图1-13刀开关的图形、文字符号,2低压断路器的主要参数,（1）额定电压它是指断路器在长期工作时的允许电压。通常，它等于或大于电路的额定电压。（2）额定电流这是指断路器在长期工作时的允许持续电流。（3）通断能力这是指断路器在规定的电压、频率以及规定的线