第1章 工厂电气控制基础

1、可编程序控制器可编程序控制器原原 理理 及及 应应 用用作者：吴中俊作者：吴中俊 黄永红黄永红目目 录录第一章 电气控制基础1.1常用低压电器电器是一种能根据外界的信号电器是一种能根据外界的信号（机械力、电动力和其它物理（机械力、电动力和其它物理量），自动或手动接通和断开量），自动或手动接通和断开电路，从而断续或连续地改变电路，从而断续或连续地改变电路参数或状态，实现对电路电路参数或状态，实现对电路或非电对象的切换、控制、保或非电对象的切换、控制、保护、检测和调节用的电气元件护、检测和调节用的电气元件或设备。或设备。什么是电器低压电器：常指用于交流额定电压低压电器：常指用于交流额定电压1200

2、v1200v、直流额、直流额定电压定电压1500v1500v及以下的电路中及以下的电路中的电器产品的电器产品电力拖动自动控制系统常用电器电力拖动自动控制系统常用电器电磁式电器1.组成电磁机构电磁机构触点系统触点系统灭弧装置灭弧装置图1-1电磁式电器的工作原理示意图1铁心2电磁线圈3衔铁4静触点5动触点6触点弹簧7释放弹簧气隙电磁式电器工作原理图SBF27810 b）线圈通以交流电RUI NfU44. 4fNU44. 4（a）线圈通以直流电的电磁机构I与无关图1-2 吸力特性与反力特性的配合1直流电磁铁吸力特性 2交流电磁铁吸力特性 3反力特性吸力特性：是指电磁吸力随衔铁与铁芯间气隙吸力特性：是

3、指电磁吸力随衔铁与铁芯间气隙变化的关系曲线。变化的关系曲线。 反力特性：是指反作用力反力特性：是指反作用力FrFr与气隙与气隙的关系曲线的关系曲线 在衔铁吸合过程中，其吸力特性必须始终处于反力特性上方，即吸力要大于反力；反之衔铁释放时，吸力特性必须位于反力特性下方，即反力要大于吸力（此时的吸力是由剩磁产生的）。在吸合过程中还须注意吸力特性位于反力特性上方不能太高，否则会影响到电磁机构寿命。 1）电磁机构吸力特性与反力特性的配合吸力特性与反力特性的配合：交流电磁铁的短路环1衔铁 2铁芯 3线圈 4短路环(2) 交流电磁机构上短路环的作用tBBmsin22cos1810sin81027227tSB

4、tSBFmm27max810mSBF（3）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。 触点的接触形式：点接触、线接触和面接触 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触头的三种接触形式触头的三种接触形式 a) 点接触点接触 b）线接触）线接触 c）面接触）面接触3. 灭弧系统 常用的灭弧方法有电动力灭弧、磁吹灭弧、常用的灭弧方法有电动力灭弧、磁吹灭弧、栅片灭弧、灭弧罩几种栅片灭弧、灭弧罩几种 。1.1.电动力灭弧电动力灭弧 一般用于一般用于交流接触器交流接触器等交流电器。当触点打开等交

5、流电器。当触点打开时，在断口中产生电弧。触头时，在断口中产生电弧。触头1 1和和2 2在弧区内产生在弧区内产生图中所示的磁场，根据图中所示的磁场，根据左手定则左手定则，电弧电流受到，电弧电流受到一个向外的力一个向外的力F F的作用，迅速离开触点而熄灭。电的作用，迅速离开触点而熄灭。电弧的这种运动：（弧的这种运动：（1 1）使电弧本身被拉长；使电弧本身被拉长；（2 2）电弧穿越冷却介质时，受到较强的电弧穿越冷却介质时，受到较强的冷却作用；冷却作用；这这都有助于熄灭电弧。都有助于熄灭电弧。双断口结构的电动力双断口结构的电动力 吹弧效应吹弧效应1静触头静触头 2动触头动触头 3电弧电弧二.接触器定义

6、：接触器是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电磁式接触器分类按主触头所在动力回路的电流种类分：按主触头所在动力回路的电流种类分： 交流、交流、 直流直流按主触头对数分：按主触头对数分：单极（一对主触头）、多极（二至四对主触头）单极（一对主触头）、多极（二至四对主触头）按电磁线圈回路（通常叫做控制回路）的电流按电磁线圈回路（通常叫做控制回路）的电流种类分：种类分： 交流操作交流操作 、 直流操作直流操作按主回路电压等级分：按主回路电压等级分： 低压低压 、 高压高

7、压按铁心结构形式分：按铁心结构形式分：转动式（或称角移式）和转动式（或称角移式）和直动式直动式接触器的图形符号、文字符号 接触器铭牌上的额定电压是指主触点所接触器铭牌上的额定电压是指主触点所能承受的的额定电压。能承受的的额定电压。 交流接触器的额定电压一般为交流接触器的额定电压一般为220V220V、380V380V、660V660V及及1140V1140V； 直流接触器一般为直流接触器一般为110V110V、220V220V、440V440V及及660V660V。 辅助触头的常用额定电压：交流辅助触头的常用额定电压：交流380V380V；直流；直流220V220V。接触器的主要技术参数-额定

8、电压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点的额接触器的额定工作电流系指主触点的额定电流，即允许长期通过的最大电流。定电流，即允许长期通过的最大电流。 接触器电流等级为：接触器电流等级为：6A6A、10A10A、16A16A、25A25A、40A40A、60A60A、100A100A、160A160A、250A250A、400A400A、600A600A、1000A1000A、1600A1600A、2500A2500A及及4000A4000A。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：交流接触器的操作频率一般为： 300300次次/h/h12001200

9、次次/h/h 直流接触器的额定操作频率比交流接直流接触器的额定操作频率比交流接触器的高触器的高操作频率操作频率: :允许每小时接通的最多次数允许每小时接通的最多次数接触器的选用1.接触器的类型选择：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。根据接触器所控制负载的轻重和负载电流的类型。2.额定电压的选择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。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：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：动机负载可按经验公式计

10、算：4.吸引线圈的额定电压：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。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。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。根据主回路和控制回路的要求选择。NNCKUPI310接触器接触器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。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、电流和频率等当继电器输入电压、电流和频率等电量电量或温度、压力或温度、压力和转速等和转速等非电

11、量非电量达到规定值时，继电器的触点便接通达到规定值时，继电器的触点便接通或分断所控制或保护的电路。或分断所控制或保护的电路。 继电器与接触器区别继电器与接触器区别1)1)所控制的电路不同所控制的电路不同 继电器主要用于小电流电路，其触点通常接在控制继电器主要用于小电流电路，其触点通常接在控制电路中，反映控制信号，触点容量较小电路中，反映控制信号，触点容量较小( (一般在一般在5A5A以以下下) )，也无主、辅触点之分，且无灭弧装置；而接触，也无主、辅触点之分，且无灭弧装置；而接触器用于控制电动机等大功率、大电流电路及主电路，器用于控制电动机等大功率、大电流电路及主电路，一般有灭弧装置。一般有灭

12、弧装置。输入信号不同输入信号不同继电器继电器特性曲线 K=x1/x2称为继电器的返回系数称为继电器的返回系数 继电器-分类 按动作原理，继电器可以分按动作原理，继电器可以分 电磁式、感应式、电子式、热效应式、气动式、电磁式、感应式、电子式、热效应式、气动式、电动式等；电动式等； 按动作时间，继电器可以分按动作时间，继电器可以分 瞬时动作和延时动作（也叫时间继电器）等瞬时动作和延时动作（也叫时间继电器）等； 按输入量的物理性质，按输入量的物理性质，继电器可以分为电压、电继电器可以分为电压、电流、速度、时间、温度、压力、热继电器等。流、速度、时间、温度、压力、热继电器等。电磁式继电器 最常用的是电

13、磁式继电器，它是根据吸引线圈中的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。电流量的大小来动作的。 电磁式继电器分电磁式继电器分直流直流和和交流交流两大类，它们的主要结两大类，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。为电流、电压、时间、中间继电器等。 吸引线圈采用吸引线圈采用直流控制的叫直流控制的叫直流继电器直流继电器；吸引线圈吸引线圈采用采用交流控制的交流控制的叫交流继电器。叫交流继电器。1底座2反力弹簧3、4调节螺钉5非磁性垫片6衔铁7铁心8极靴9电磁线圈10触点系统继电器-

14、电压继电器1 1）电压继电器）电压继电器 触点的动作和线圈的动作电压大小有关的继电器叫触点的动作和线圈的动作电压大小有关的继电器叫电压继电器，电压继电器，它用于它用于电力拖动系统的电力拖动系统的电压保护电压保护和和控控制制，使用时，使用时与与并联。并联。 其线圈的匝数其线圈的匝数多多而而线径细线径细。 分类：分类：按线圈电流的种类可以分为交流和直流电压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。压和零电压继电器。特点特点继电器-电压继电器继电器-电流继电器2 2）电流继电器）电流继电器 触点的动

15、作和线圈的动作电流大小有关的继电器触点的动作和线圈的动作电流大小有关的继电器叫电流继电器，使用时电流继电器的线圈与负载叫电流继电器，使用时电流继电器的线圈与负载串联。串联。特点特点其线圈的匝数少而粗。其线圈的匝数少而粗。分类：分类：按线圈电流的种类可以分为交流和直流电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。低电流继电器。继电器-时间继电器 时间继电器的特点是当得到控制信号后（时间继电器的特点是当得到控制信号后（如继电如继电器线圈接通或断开电源器线圈接通或断开电源），其触点状态并），其触点状态并不立即不

16、立即改变改变，而是经过一段时间的延迟之间，触点才闭，而是经过一段时间的延迟之间，触点才闭合或断开，因此这种继电器又称为延时继电器。合或断开，因此这种继电器又称为延时继电器。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。主要用于交流电动机的过载保护、断相及电流不平衡运行的保护及其它电气设备发热状态的控制。热继电器的选用 ：1 1）过载能力较差的电动机，热元件的额定电流）过载能力较差的电动机，热元件的额定电流I IRTRT为电动机的额定电流为电动机的额定电流I IN N的的60608080。2 2）在不频繁）在不频繁

17、的启动场合，若电动机启动电流为其额定电流的启动场合，若电动机启动电流为其额定电流6 6倍以倍以及启动时间不超过及启动时间不超过6 6秒时，可按电动机的额定电流选秒时，可按电动机的额定电流选取热继电器取热继电器3 3）当电动机为重复且短时工作制时，要）当电动机为重复且短时工作制时，要注意确定热继电器的操作频率，对于操作频率较高的注意确定热继电器的操作频率，对于操作频率较高的电动机不宜使用热继电器作为过载保护。电动机不宜使用热继电器作为过载保护。图热继电器的工作原理示意图1接线端子2双金属片3热元件4导板5补偿双金属片6、9常闭触点7常开触点8复位螺钉10按钮11调节旋钮12支撑件13压簧转动偏心

18、轮14推杆继电器-热继电器主令电器 主令电器是在自动控制系统中发出指令或信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。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。（如脚踏开关、钮子开关、紧急开关）等

19、。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（二）行程开关 行程开关又称限位开关或位置开关。是一种利用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、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。行程大小控制或位置保护等。（三）接近开关和光电开关 非接触式的、无触点行程开关非接触式的、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

20、型等，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其中高频振荡型最为常用 （二）接近开关 光电开关五、熔断器 熔断器是一种结构简单、使用方便、价格低廉的熔断器是一种结构简单、使用方便、价格低廉的保护电器。常作为电路或用电设备的保护电器。常作为电路或用电设备的严重过载和严重过载和短路保护，短路保护，主要用作主要用作短路保护。短路保护。 熔断器的熔断器的熔体熔体串联串联在被保护电路中在被保护电路中。 熔断器主要由熔体（俗称保险丝）、安装熔体的熔断器主要由熔体（俗称保险丝）、安装熔体的熔座（或熔管）和支座三部分组成熔座（或熔管）和支座三部分组成。 熔断器的特性可用通过熔体的电流和

21、熔断时间的熔断器的特性可用通过熔体的电流和熔断时间的关系曲线来描述，它是一反时限特性曲线，电流关系曲线来描述，它是一反时限特性曲线，电流越大，熔体熔断时间越短。这一特性又称为熔断越大，熔体熔断时间越短。这一特性又称为熔断器的安秒特性。器的安秒特性。五、熔断器五、熔断器六、低压断路器 低压断路器又称自动空气开关或自动开关。它相低压断路器又称自动空气开关或自动开关。它相当于当于和欠电压继电器的组合，是一种既有手动开关作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用又能自动进行欠压、失压、过载和短路保护欠压、失压、过载和短路保护的的电器。电器。 低压断路器结构示意图低压断路器结构示意图1

22、1主触点主触点 22自由脱扣机构自由脱扣机构 33过电流脱扣器过电流脱扣器44分励脱扣器分励脱扣器 55热脱扣器热脱扣器 66失压脱扣器失压脱扣器 77按钮按钮六、低压断路器1.2基本电气控制电路 电气控制在生产，科学研究及其它各个领域的应用电气控制在生产，科学研究及其它各个领域的应用十分广泛，涉及面很广。本节主要以电动机或其它执十分广泛，涉及面很广。本节主要以电动机或其它执行器为控制对象进行讨论。行器为控制对象进行讨论。 电气控制系统：电气控制系统：把各种有触点的接触器，继电器，把各种有触点的接触器，继电器，按钮，行程开关等电气元件，用导线按一定方式连接按钮，行程开关等电气元件，用导线按一定

23、方式连接起来组成电气控制电路。起来组成电气控制电路。电气控制系统用于实现对电电气控制系统用于实现对电力拖动系统的控制和过程控制。电气控制系统也称继力拖动系统的控制和过程控制。电气控制系统也称继电接触器控制系统。电接触器控制系统。 电气控制电路多种多样，千差万别。但无论多复杂，电气控制电路多种多样，千差万别。但无论多复杂，它们都是由一些比较简单的基本电气控制电路有机组它们都是由一些比较简单的基本电气控制电路有机组合而成的，因此掌握基本电气控制电路，有助于我们合而成的，因此掌握基本电气控制电路，有助于我们阅读，分析，设计电气控制电路的方法。阅读，分析，设计电气控制电路的方法。1.2.1 电气控制图

24、相关规定1 1）基本原则是按电路画图）基本原则是按电路画图 同一电路中串联的各部件都展开地画在一条线上。同一电路中串联的各部件都展开地画在一条线上。全部控制线路分为主回路、控制回路和辅助回路。全部控制线路分为主回路、控制回路和辅助回路。主回路主回路是电气控制线路中大电流通过的部分，包括是电气控制线路中大电流通过的部分，包括从电源到电机之间相连的电器元件，一般由从电源到电机之间相连的电器元件，一般由（QS,FU, FRQS,FU, FR的热元件的热元件(QF)KM(QF)KM主触点和电动机）主触点和电动机）接触器和继电器线圈等是小电流线路属于接触器和继电器线圈等是小电流线路属于控制回路控制回路；

25、其他如信号、保护、测量等也是小电流线路但属于其他如信号、保护、测量等也是小电流线路但属于辅助回路辅助回路。2 2）所有的主回路（或称动力回路）在图上都用粗线）所有的主回路（或称动力回路）在图上都用粗线画出，并且一般都画在图纸的上方或画出，并且一般都画在图纸的上方或左方左方。控制和。控制和辅助回路用细线表示，画在同一张图纸的下方或辅助回路用细线表示，画在同一张图纸的下方或右右方方。3 3）图中各电器元件均应用）图中各电器元件均应用国标规定的图形符号和文国标规定的图形符号和文字符号字符号 同一电器的各部件（如继电器的线圈和触点）可以同一电器的各部件（如继电器的线圈和触点）可以画在不同的位置，但必须

26、采用相同的文字符号表示。画在不同的位置，但必须采用相同的文字符号表示。为了区分同一电器的各触点或同一类型的各电器，为了区分同一电器的各触点或同一类型的各电器，可以用辅助符号或数字序号加以区别。可以用辅助符号或数字序号加以区别。4 4）线路图中的所有触点都按其）线路图中的所有触点都按其“正常正常”位位置画出置画出 所谓正常位置是指各电器在没有通电或受外力作所谓正常位置是指各电器在没有通电或受外力作用时的状态。例如接触器线圈未通电，主令控制用时的状态。例如接触器线圈未通电，主令控制器手柄在零位，按钮未按下时的情况等。器手柄在零位，按钮未按下时的情况等。 5 5）尽可能减少线条和避免线条交叉）尽可能

27、减少线条和避免线条交叉 各导线之间有电的联系时，在导线的交点处画一各导线之间有电的联系时，在导线的交点处画一个实心圆点。根据图面布置的需要，可以将图形个实心圆点。根据图面布置的需要，可以将图形符号旋转符号旋转9090度，但文字符号不可倒置。度，但文字符号不可倒置。异步电动机控制线路原理图单向点动、自锁“一按（点）就动，一一按（点）就动，一松（放）就停松（放）就停”的电的电路称为点动控制电路。路称为点动控制电路。点动控制电路常用于点动控制电路常用于调整机床，对刀操作调整机床，对刀操作等。因短时工作，电等。因短时工作，电路中不设热继电器路中不设热继电器 单向点动控制电路 单向自锁控制电路 依靠接触器自身辅助依靠接触器自身辅助触点而使其线圈保持触点而使其线圈保持通电的现象称为自锁。通电的现象称为自锁。起自锁作用的辅助触起自锁作用的辅助触点，则称为自锁触点点，则称为自锁触点 单向自锁控制电路 单向点动、自锁混合电路（1）（2）2.电动机正反向运行控制电路接触器接触器KM1K