电气控制技术--第1章

1、 多媒体教学课件多媒体教学课件 电气控制技术 上海电机学院2012.09 目 录o 绪论o 第一章 常用低压电器o 第二章 电气控制基本原理o 第三章 典型设备电气控制电路分析o 第四章 电气控制系统设计电磁机构：由吸引线圈、铁心、衔铁组成。电磁机构：由吸引线圈、铁心、衔铁组成。 图图1-1 常用电磁机构的结构形式常用电磁机构的结构形式a) 直动式电磁机构直动式电磁机构 b) 拍合式电磁机构拍合式电磁机构1-衔铁衔铁 2-铁心铁心 3-线圈线圈图图1-6 触头的接触形式触头的接触形式a) 点接触点接触 b) 线接触线接触 c) 面接触面接触图图1-7 触头的结构形式触头的结构形式a) 点接触桥

2、式触头点接触桥式触头 b) 面接触桥式触头面接触桥式触头 c) 线接触指形触头线接触指形触头 图图1-8 双断口电动力吹弧双断口电动力吹弧1-静触头静触头 2-动触头动触头 3-电弧电弧图图1-9 磁吹灭弧原理磁吹灭弧原理1-磁吹线圈磁吹线圈 2-铁心铁心 3-导磁夹板导磁夹板 4-引弧角引弧角 5-灭弧罩灭弧罩 6-磁吹线圈磁场磁吹线圈磁场 7-电弧电流磁场电弧电流磁场 8-动触头动触头图图1-10 栅片灭弧示意图栅片灭弧示意图1-灭弧栅片灭弧栅片 2-触头触头 3-电弧电弧图图1-11 窄缝灭弧窄缝灭弧1-纵缝纵缝 2-介质介质 3-磁性夹板磁性夹板 4-电弧电弧电磁接触器、气动接触器和电

3、磁气动接触器；电磁接触器、气动接触器和电磁气动接触器； 空气电磁式接触器、油浸式接触器和真空接触器等；空气电磁式接触器、油浸式接触器和真空接触器等； 交流接触器、直流接触器交流接触器、直流接触器 、切换电容接触器等、切换电容接触器等 ；直流励磁操作与交流励磁操作两种直流励磁操作与交流励磁操作两种 。图图1-12 交流接触器结构示意图交流接触器结构示意图1-动触头动触头 2-静触头静触头 3-衔铁衔铁 4-弹簧弹簧 5-线圈线圈6-铁心铁心 7-垫毡垫毡 8-触头弹簧触头弹簧 9-灭弧罩灭弧罩 10-触头压力弹簧触头压力弹簧CJ20、CJ21、CJ26、 CJ29、 CJ35、CJ40、NC、B

4、、LC1-D、3TB、3TF系列交流接触器等。系列交流接触器等。图图1-13 电磁式继电器的典型结构电磁式继电器的典型结构1-底座底座 2-铁心铁心 3-释放弹簧释放弹簧 4-调节螺母调节螺母 5-调节螺母调节螺母6-衔铁衔铁 7-非磁性垫片非磁性垫片 8-极靴极靴 9-触头系统触头系统 10-线圈线圈1过电压继电器过电压继电器 在电路中用于过电压保护，在电路中用于过电压保护，由于直流电路一般不会出现过电压，所以产品中由于直流电路一般不会出现过电压，所以产品中没有直流过电压继电器。交流过电压继电器吸合没有直流过电压继电器。交流过电压继电器吸合电压调节范围为电压调节范围为U U0 0= =（1.

5、051.051.21.2）U UN N。 2欠电压继电器欠电压继电器 在电路中用于欠电压保护，在电路中用于欠电压保护，一般直流欠电压继电器吸合电压一般直流欠电压继电器吸合电压U U0 0= =（0.30.30.50.5）U UN N，释放电压，释放电压U Ur r= =（0.070.070.20.2）U UN N。交流欠电压。交流欠电压继电器的吸合电压与释放电压的调节范围分别为继电器的吸合电压与释放电压的调节范围分别为U U0 0= =（0.60.60.850.85）U UN N，U Ur r= =（0.10.10.350.35）U UN N。 1 1过电流继电器过电流继电器 通常，交流过通常

6、，交流过电流继电器的吸合电流电流继电器的吸合电流I Io o= =（1.11.13.53.5）I IN N，直流过电流继电器的吸合，直流过电流继电器的吸合电流电流I Io o= =（0.750.753 3）I IN N。由于过电。由于过电流继电器在出现过电流时衔铁吸合流继电器在出现过电流时衔铁吸合动作，其触头切断电路，故过电流动作，其触头切断电路，故过电流继电器无释放电流值。继电器无释放电流值。直流欠电流继电器的直流欠电流继电器的 吸合电流调节范围为吸合电流调节范围为I Io o= =（0.30.30.650.65）I IN N； 释放电流调节范围为释放电流调节范围为I Ir r= =（0.1

7、0.10.20.2）I IN N。2 2欠电流继电器欠电流继电器 正常工作时，继电器线圈流正常工作时，继电器线圈流过负载额定电流，衔铁吸合动作；当负载电流降过负载额定电流，衔铁吸合动作；当负载电流降低至继电器释放电流时，衔铁释放，带动触头动低至继电器释放电流时，衔铁释放，带动触头动作。欠电流继电器在电路中起欠电流保护作用。作。欠电流继电器在电路中起欠电流保护作用。 中间继电器实质是一种电压继电器，但它的触点数量较多，容量较大，起到中间放大（触点数量和容量）作用。4继电器返回系数的调节继电器返回系数的调节1使用类别的选用使用类别的选用2额定工作电流与额定工作电压的选用额定工作电流与额定工作电压的

8、选用3工作制的选用工作制的选用图图1-14 直流电磁式时间继电器直流电磁式时间继电器1-阻尼套筒阻尼套筒 2-释放弹簧释放弹簧 3-调节螺母调节螺母 4-调节螺调节螺钉钉 5-衔铁衔铁 6-非磁性垫片非磁性垫片 7-电磁线圈电磁线圈 1、空气阻尼式时间继电器结构与工作原理空气阻尼式时间继电器结构与工作原理组成：组成：电磁系统、延时机构、触头系统电磁系统、延时机构、触头系统延时方式：延时方式：通电延时、断电延时通电延时、断电延时空气阻尼式时间继电器空气阻尼式时间继电器:利用空气阻尼原理制成利用空气阻尼原理制成 图图1-15 JS7-A系列空气阻尼式时间继电器结构原理图系列空气阻尼式时间继电器结构

9、原理图a-通电延时型通电延时型 b-断电延时型断电延时型1-线圈线圈 2-铁心铁心 3-衔铁衔铁 4-反力弹簧反力弹簧 5-推板推板 6-活塞杆活塞杆 7-塔形弹簧塔形弹簧 8-弱弹簧弱弹簧9-橡皮膜橡皮膜 10-空气室壁空气室壁 11-调节螺钉调节螺钉 12-进气孔进气孔 13-活塞活塞 14、 16-微动开关微动开关 15-杠杆杠杆 2、空气阻尼式时间继电器典型产品空气阻尼式时间继电器典型产品典型产品有：典型产品有：JS7、JS23、JSK系列时间继电器系列时间继电器 3、空气阻尼式时间继电器的选用空气阻尼式时间继电器的选用1 1）线圈电压值的选择：按控制电路电流种类和电压等）线圈电压值的

10、选择：按控制电路电流种类和电压等 级来选择线圈电压值级来选择线圈电压值2 2）延时方式的选择：按控制电路的控制要求来选择通）延时方式的选择：按控制电路的控制要求来选择通 电延时型还是断电延时型电延时型还是断电延时型3 3）触头延时状态的选择：按控制要求选择触头是延时）触头延时状态的选择：按控制要求选择触头是延时 闭合还是延时断开闭合还是延时断开4 4）延时触头数量和瞬动触头数量是否满足控制电路的）延时触头数量和瞬动触头数量是否满足控制电路的 要求要求 热继电器热继电器:电流通过发热元件电流通过发热元件,使双金属片弯曲，推使双金属片弯曲，推动执行机构动作。主要用来保护电动机或其它负载免于动执行机

11、构动作。主要用来保护电动机或其它负载免于过载以及作为三相电动机的断相保护过载以及作为三相电动机的断相保护 . 图图1-16 热继电器保护特性与电动机过载特性的配合热继电器保护特性与电动机过载特性的配合-电动机的过载特性电动机的过载特性 2-热继电器的保护特性热继电器的保护特性应具有合理可靠的保护特性应具有合理可靠的保护特性具有一定的温度补偿具有一定的温度补偿具有手动复位与自动复位具有手动复位与自动复位 功能功能动作电流可以方动作电流可以方 便地调节便地调节图图1-17 双金属片式热继电器结构原理图双金属片式热继电器结构原理图1-主双金属片主双金属片 2-电阻丝电阻丝 3-导板导板 4-补偿双金

12、属片补偿双金属片 5-螺钉螺钉 6-推杆推杆7-静触头静触头 8-动触头动触头 9-复位按钮复位按钮 10-调节凸轮调节凸轮 11-弹簧弹簧图图1-18 电动机三角形联电动机三角形联结时结时U相断线时的电流分析相断线时的电流分析图图1-19 差动式断相保护机构及工作原理差动式断相保护机构及工作原理a) 通电前通电前 b) 三相正常电流三相正常电流 c) 三相均匀过载三相均匀过载 d) W相断路相断路1-上导板上导板 2-下导板下导板 3-杠杆杠杆 4-顶头顶头 5-补偿双金属片补偿双金属片 6-主双金属片主双金属片1）热继电器有三种安装方式，应按实际安装情况）热继电器有三种安装方式，应按实际安

13、装情况 选择其安装型式。选择其安装型式。2）原则上热继电器的额定电流应按电动机的额定）原则上热继电器的额定电流应按电动机的额定 电流选择。电流选择。3）在不频繁起动的场合，要保证热继电器在电动）在不频繁起动的场合，要保证热继电器在电动 机起动过程中不产生误动作。机起动过程中不产生误动作。4）对于三角形接法电动机，应选用带断相保护装）对于三角形接法电动机，应选用带断相保护装 置的热继电器置的热继电器.5）当电动机工作于重复短时工作制时，要注意确）当电动机工作于重复短时工作制时，要注意确 定热继电器的允许操作频率。定热继电器的允许操作频率。图图1-20 熔断器的保护特性熔断器的保护特性1额定电压额

14、定电压 2额定电流额定电流3极限分断能力极限分断能力 4熔断电流熔断电流 半封闭瓷半封闭瓷插式、螺旋式、无填料封插式、螺旋式、无填料封闭管式和有填料封闭管式闭管式和有填料封闭管式熔断器。熔断器。瓷插式熔断器瓷插式熔断器螺旋式熔断器螺旋式熔断器有填料封闭管式熔断器有填料封闭管式熔断器 按用途分：按用途分：工业用熔断器、半导体保护用熔断器、快速熔断工业用熔断器、半导体保护用熔断器、快速熔断器和特殊熔断器。器和特殊熔断器。RL6、RL7、RL96、RLS2系列螺旋式熔断器，系列螺旋式熔断器，RL1B系列带断相保护螺旋式熔断器，系列带断相保护螺旋式熔断器，RT18、RT18-X系列熔断系列熔断器以及器

15、以及RT14系列有填料密封管式熔断器。还有国外引进技术生产系列有填料密封管式熔断器。还有国外引进技术生产的的NT系列有填料密闭式刀型触头熔断器与系列有填料密闭式刀型触头熔断器与NGT系列半导体器件保系列半导体器件保护用熔断器等。护用熔断器等。图图1-22 螺旋式熔断器结构示意图螺旋式熔断器结构示意图1-瓷帽瓷帽 2-金属螺管金属螺管 3-指示器指示器 4-熔管熔管 5-瓷套瓷套 6-下接线端下接线端 7-上接线端上接线端 8-瓷座瓷座 图图1-25 速度继电器结构原理图速度继电器结构原理图1-调节螺钉调节螺钉 2-反力弹簧反力弹簧 3-常闭触头常闭触头 4-动触头动触头 5-常开触头常开触头6

16、-返回杠杆返回杠杆 7-杠杆杠杆 8-定子导条定子导条 9-定子定子 10-转轴转轴 11-转子转子 图图1-26 PTC热敏电阻的电阻温度特性热敏电阻的电阻温度特性图图1-27 热敏电阻的热敏电阻的“并联并联”接线方式测量电接线方式测量电路路图图1-28 热敏电阻并联接线的温度继电器热敏电阻并联接线的温度继电器图图1-29 液位继电器结构原理图液位继电器结构原理图图图1-30 干簧继电器结构原理图干簧继电器结构原理图a）线圈通电驱动型）线圈通电驱动型 b) 外磁场驱动型外磁场驱动型型号及含义：有HK1 、HK2系列极数额定电流设计代号开启式负荷开关HK 2 - 以熔断体或带有熔断体的载熔件作

17、为动触点的一种隔离开关以熔断体或带有熔断体的载熔件作为动触点的一种隔离开关,有有HR3、HR5、HR6系列系列,用于额定电压用于额定电压 AC 660V。0 无熔断信号装置1 有熔断信号装置极数 2 二极 3 三极额定工作电流设计序号 熔断器式隔离开关 HR 5 -额定工作电流设计序号 组合开关 HZ 5 -图图1-32 HZ5系列普通型组合开关系列普通型组合开关1-手柄手柄 2-转轴转轴 3-弹簧弹簧 4-凸轮凸轮 5-绝缘垫板绝缘垫板 6-动触片动触片 7-静触片静触片 8-接线柱接线柱 9-绝缘杆绝缘杆 低压断路器低压断路器:又称自动开关或空气开关。它相当于又称自动开关或空气开关。它相当

18、于刀开关、熔断器、热继电器和欠电压继电器的组合，是刀开关、熔断器、热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。和短路保护的电器。图图1-33 低压断路器工作原理低压断路器工作原理1-分闸弹簧分闸弹簧 2-主触头主触头 3-传动杆传动杆 4-锁扣锁扣 5-轴轴 6-过电流脱扣器过电流脱扣器7-热脱扣器热脱扣器 8-欠压失压脱扣器欠压失压脱扣器 9-分励脱扣器分励脱扣器 图图1-34 低压断路器的保护特性低压断路器的保护特性 1-被保护对象的发热特性被保护对象的发热特性 2-低压断路器保护特性低压

19、断路器保护特性塑壳式低压断路器塑壳式低压断路器:常用作电动机过载与短路保护。常用作电动机过载与短路保护。选择原则：选择原则：1）额定电压等于或大于线路额定电压。）额定电压等于或大于线路额定电压。2）额定电流等于或大于线路或设备额定电流。）额定电流等于或大于线路或设备额定电流。3）通断能力等于或大于线路中可能出现的最大）通断能力等于或大于线路中可能出现的最大 短路电流。短路电流。4）欠压脱扣器额定电压等于线路额定电压。）欠压脱扣器额定电压等于线路额定电压。8）6倍长延时电流整定值的可返回时间等于或大倍长延时电流整定值的可返回时间等于或大于电动机实际起动时间。于电动机实际起动时间。5）分励脱扣器额

20、定电压等于控制电源电压。）分励脱扣器额定电压等于控制电源电压。6）长延时电流整定值等于电动机额定电流。）长延时电流整定值等于电动机额定电流。7）瞬时整定电流：保护笼型感应电动机的断路器）瞬时整定电流：保护笼型感应电动机的断路器,瞬时整定电流为瞬时整定电流为815倍电动机额定电流；保护绕线型倍电动机额定电流；保护绕线型感应电动机的断路器，瞬时整定电流为感应电动机的断路器，瞬时整定电流为36倍电动机倍电动机额定电流。额定电流。图图1-35 控制按钮结构示意图控制按钮结构示意图1-按钮按钮 2-复位弹簧复位弹簧 3-常闭静触头常闭静触头 4-动触头动触头 5-常开静触头常开静触头 行程开关行程开关:

21、又称限位开关，能将机械位移转变为电信号，以控制又称限位开关，能将机械位移转变为电信号，以控制机械运动。机械运动。 种类种类:按运动形式分为直动式、转动式；按结构分为直动式、滚按运动形式分为直动式、转动式；按结构分为直动式、滚动式、微动式。动式、微动式。 1、直动式行程开关、直动式行程开关2、滚轮旋转式行程开关、滚轮旋转式行程开关 图图1-37 滚轮式行程开关滚轮式行程开关3、微动开关、微动开关 万能转换开关万能转换开关:具有更多具有更多操作位置和触点、能够换接操作位置和触点、能够换接多个电路的手动控制电器。多个电路的手动控制电器。能控制多个回路，适应复杂能控制多个回路，适应复杂线路的要求，有线

22、路的要求，有“万能万能”之之称。称。 主要用作电气控制电路的换主要用作电气控制电路的换接接 。图图1-39 LW6系列万能转换系列万能转换开关结构示意图开关结构示意图图图1-40 主令控制器结构示意图主令控制器结构示意图1、7-凸轮块凸轮块 2-接线端子接线端子 3-静触头静触头 4-动触头动触头 5-支杆支杆 6-转轴转轴 8-小轮小轮 晶体管时间继电器外形图晶体管时间继电器外形图图图1-41 阻容延时电路分析阻容延时电路分析a）阻容延时电路基本结构形式）阻容延时电路基本结构形式 b)阻容电路充电曲线阻容电路充电曲线阻容延时电路阻容延时电路利用电容对电压变化的阻尼作用延时。利用电容对电压变化

23、的阻尼作用延时。 组成：组成：阻容环节、鉴阻容环节、鉴幅器、出口电路、电幅器、出口电路、电源。源。原理：原理：电源经电源经R对电对电容容C充电，充电，UC按指数按指数曲线上升，到鉴幅器曲线上升，到鉴幅器门限电压门限电压Ud时，鉴幅时，鉴幅器输出开关信号至后器输出开关信号至后级电路，执行继电器级电路，执行继电器动作。动作。延时长短延时长短与充电时间与充电时间常数常数 =RC及电源及电源E、门限电压门限电压Ud、电容初、电容初始电压始电压Uc0等有关等有关 。JS20系列通电延时型继电器系列通电延时型继电器电路图分析电路图分析组成：组成：稳压电源、稳压电源、RC充放电电路、电压鉴别电路、输出电充放

24、电电路、电压鉴别电路、输出电路、指示电路。路、指示电路。o 原理：原理：交流电源经整流、滤波、稳压得直流，经交流电源经整流、滤波、稳压得直流，经R10、RP1、R2向向C2充电。开始时，场效应管充电。开始时，场效应管V1截止，晶截止，晶体管体管V2、晶闸管、晶闸管VT也截止。充电进行，也截止。充电进行，C2上电压由上电压由零按指数规律上升，至零按指数规律上升，至UC上升到上升到UC-USUP时时V1导通。导通。ID在在R3上产生压降，上产生压降，D点电位下降，低于点电位下降，低于V2发射极电位时，发射极电位时，V2导通。导通。IC在在R4上产生压降，使上产生压降，使V1源极电位源极电位US降低

25、，负栅偏压减小。降低，负栅偏压减小。o 对对V1来说，来说，R4起正反馈作用，使起正反馈作用，使V2导通，触发导通，触发VT导导通，继电器通，继电器KA动作，输出延时信号。延时时间为接通动作，输出延时信号。延时时间为接通电源到电源到KA动作时间。动作时间。o KA动作后，动作后，C2经经KA对对R9放电，氖灯放电，氖灯Ne点亮，点亮，V1、V2截止，但截止，但VT仍导通，直到电源切断，仍导通，直到电源切断，KA才释放。才释放。o 优点：优点：开关速度快，工作频率高，寿命长，噪声低，开关速度快，工作频率高，寿命长，噪声低，动作可靠。广泛用于数字程控系统、数据处理系统动作可靠。广泛用于数字程控系统

26、、数据处理系统计算机输入输出接口电路。计算机输入输出接口电路。o 1结构结构o 四端组件：二端输入，二端输出。无信号时，置阻四端组件：二端输入，二端输出。无信号时，置阻断状态；加控制信号，主回路导通。断状态；加控制信号，主回路导通。o 2分类分类o 按主电路类型，有直流固态、交流固态继电器；按按主电路类型，有直流固态、交流固态继电器；按输入、输出隔离方式，有光电隔离、磁隔离；按控输入、输出隔离方式，有光电隔离、磁隔离；按控制触发信号，有过零型、非过零型、有源触发型、制触发信号，有过零型、非过零型、有源触发型、无源触发型。无源触发型。 采用固态半导体元器件，无触头开关，新型电子继电器。采用固态半

27、导体元器件，无触头开关，新型电子继电器。图图1-43 光耦合式交流固态继电器原理图光耦合式交流固态继电器原理图3. 工作原理工作原理 无信号时，发光管无信号时，发光管VD2不发光，光敏三极管不发光，光敏三极管V1截止，截止，三极管三极管V2导通，晶闸管导通，晶闸管VT1门极钳在低电位关断，双门极钳在低电位关断，双向晶闸管向晶闸管VT2无触发脉冲，输出端处于断开状态。无触发脉冲，输出端处于断开状态。 o 有信号时，有信号时，VD2导通发光，导通发光，V1导通，导通，V2截止。截止。o 若电源电压大于零电压（约若电源电压大于零电压（约25V），），A点电压大于点电压大于V3的的Vbe3，V3导通，

28、导通，VT1仍截止，继电器输出端因仍截止，继电器输出端因VT2无触发信号而关断。无触发信号而关断。o 若电源电压小于过零电压，若电源电压小于过零电压，VA小于小于Vbe3，V3截止，截止，VT1控制极经控制极经R5获触发信号，获触发信号，VT1导通，导通，VT2控制极控制极获得以获得以R7、VD3、VT1、VD5、R8和和R8、VD6、VT1、VD4、R7正反两个方向的触发脉冲，正反两个方向的触发脉冲，VT2导导通，接通负载电路。通，接通负载电路。o 若输入信号消失，若输入信号消失，V2导通，导通，VT1关断，关断，VT2仍导通，仍导通，直到负载电流随电源电压下降至晶闸管维持电流以下直到负载电

29、流随电源电压下降至晶闸管维持电流以下才关断。才关断。o 以低电压、小电流控制强电压、大电流。以低电压、小电流控制强电压、大电流。 o 作用：作用：行程控制和限位保护。用于高速计数、测速、液行程控制和限位保护。用于高速计数、测速、液面控制、检测金属存在、零件尺寸、无触点按钮等。面控制、检测金属存在、零件尺寸、无触点按钮等。o 分类：分类：按辨识机构工作原理，分为高频振荡型、感应型、按辨识机构工作原理，分为高频振荡型、感应型、电容型、光电型、永磁及磁敏元件型、超声波形等。电容型、光电型、永磁及磁敏元件型、超声波形等。o 高频振荡型组成：高频振荡型组成：感辨头、振荡器、开关器、输出器、感辨头、振荡器、开关器、输出器、稳压器。稳压器。o 原理：原理：装在机械上的金属检测体接近感辨头时，处于高装在机械上的金属检测体接近感辨头时，处于高频振荡器线圈磁场中的物体内部产生涡流与磁滞损耗，频振荡器线圈磁场中的物体内部产生涡流与磁滞损耗，振荡回路