常用电气控制技术课件

常用电气控制技术常用电气控制技术绪论目前的工业生产过程，能源以电能为主，且使用广泛。只要用到电的地方，就有电器的存在。生产过程的自动化意味着带有电气拖动的许多工作枢钮间密切和可靠地组合。它们间的密切联系和相互配合已不能光靠机械的装置去完成，而更多地借助于电器。2绪论目前的工业生产过程，能源以电能为主，且使用广泛。2绪论电器是电气控制的主要器件电气控制随处可见控制过程可以简单地分为人工控制过程需要人工参与，使被控对象进行工作自动控制过程在没有人直接参与的情况下，使被控对象按照预定的生产规律工作3绪论电器是电气控制的主要器件3绪论我们身边的各种控制系统宾馆的电梯中央空调罗克韦尔自动化实验室自动化基础实验室轧钢重点实验室4绪论我们身边的各种控制系统4绪论电气控制技术是随技术进步和工艺需求的变化而发展的控制方法：手动→自动控制功能：简单→复杂操作方式：笨重→灵巧实现手段：硬件→软件5绪论电气控制技术是随技术进步和工艺需求的变化而发展的5绪论常用电气控制的发展20世纪以前，手工操作1969年前，继电接触式控制系统1969年到20世纪末期，PLC控制系统21世纪，现代控制技术以PLC、CAD/CAM、Robot为三大支柱数控技术为重要分支FCS（FieldbusControlSystem）为未来发展趋势6绪论常用电气控制的发展6绪论课程设置的目的常用电气控制技术是一门专业基础课，它是建立在电子技术基础、微型机原理及应用、电机原理及电机拖动等课程基础上智能化、模块化、网络化自动控制系统的使用，只是在简化接线、降低故障、提高可靠性、提高产品功能的有效集成等方面发挥其重要的作用，但是它的规划、使用、维护等还必须有具有低压电气控制技术的专业人员来完成7绪论课程设置的目的7绪论课程设置的目的（续）自动化≠编程自动化≠计算机电气控制技术是基础工业现场还有大量的电气控制装置在运行必须进行各种电气控制线路功能、结构的设计和规划8绪论课程设置的目的（续）8绪论课程的教学方法电气控制部分多记

PLC部分多理解（结合微机原理）9绪论课程的教学方法91常用低压电器1.1电器的基本知识1.2接触器1.3继电器1.4开关1.5主令电器101常用低压电器1.1电器的基本知识101.1电器的基本知识1.1.1控制电器的定义和分类1.1.2电磁式低压电器的基本结构和工作原理111.1电器的基本知识1.1.1控制电器的定义和分类111.1.1控制电器的定义和分类1.1.1控制电器的定义和分类（1）电器的定义（2）控制电器的定义（3）控制电器的分类（4）常用低压电器121.1.1控制电器的定义和分类1.1.1控制电器的定义和（1）电器的定义电器是一种能够根据外界的信号（如机械力、电动力等）和要求，自动或手动地接通或断开电路，从而断续或连续地改变电路参数，实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测和调节的电气元件和设备的总称13（1）电器的定义电器是一种能够根据外界的信号（如机械力、电动（2）控制电器的定义能够按照外界指定信号手动或自动地接通和断开电路，实现对电路控制的电器称为控制电器14（2）控制电器的定义能够按照外界指定信号手动或自动地接通和（2）控制电器的定义（续1）熔断器、开关等即为控制电器。控制电器的功能是接通或断开电路，与外界指定的讯号有关外界指定讯号对控制电器的作用即为控制电器的输入控制电器对电路的通、断功能即为控制电器的输出

15（2）控制电器的定义（续1）熔断器、开关等即为控制电器。1（2）控制电器的定义（续2）控制电器是一种双态元件因为控制电器的输出只有通断二种状态，其输入也只能有二种状态。控制电器可以被看成为一种逻辑元件。

把控制电器接通电路的状态记作输出置“l”状态，断开电路记作输出置“0”状态16（2）控制电器的定义（续2）控制电器是一种双态元件16（3）控制电器的分类工作电压输出形式（接触点形式）用途在电器控制系统中的作用17（3）控制电器的分类工作电压17（3）控制电器的分类（续1）按照工作电压分（以交流1000V、直流1200V为界）高压控制电器低压控制电器

18（3）控制电器的分类（续1）按照工作电压分（以交流1000V（3）控制电器的分类（续2）按照输出形式（接触点形式）分有触点控制电器——电器通断电路的功能由触点来实现，如刀开关、接触器等无触点控制电器——电器通断电路的功能不是通过接触，而是根据输出信号的高低电平来实现的，如可控硅的导通与截止等混合式控制电器19（3）控制电器的分类（续2）按照输出形式（接触点形式）分19（3）控制电器的分类（续3）按照用途分控制电器——用于各种控制电路和控制系统的电器，如接触器和继电器等配电电器——用于电能的输送和分配的电器，如断路器等主令电器——用于自动控制系统中发送动作指令的电器，如按钮、开关等保护电器——用于保护电路及用电设备的电器，如熔断器、热继电器等执行电器——用于完成某一类动作或传递动能的电器，如电磁铁、电磁离合器等

20（3）控制电器的分类（续3）按照用途分20（3）控制电器的分类（续4）按照控制电器在电器控制系统中的作用分信号元件——把非电量（如机械位移、压力、温度等）的变化转换为电信号。这类元件有按钮、行程开关、热继电器、速度继电器等控制元件——是一种电器逻辑门。常见的为“是门”和“非门”，其输入和输出都是电信号。这类元件有电磁式继电器、接触器等。

21（3）控制电器的分类（续4）按照控制电器在电器控制系统中的作（4）常用低压电器接触器继电器开关电器行程开关熔断器主令电器22（4）常用低压电器接触器221.1.2电磁式控制电器

的基本结构和工作原理基本组成触点灭弧装置电磁机构231.1.2电磁式控制电器

的基本结构和工作原理基本组成23（1）触点触点又称触头触点是一切有触点电器的执行单元有触点电器通过触点的动作来接通/断开控制电路触点由动触点和静触点组成24（1）触点触点又称触头24（a）触点的接触形式25点接触线接触面接触（a）触点的接触形式25点接触（a）触点的接触形式（续1）

点接触球面对球面、球面对平面等，适合于小电流电器，如接触器的辅助触点26（a）触点的接触形式（续1）点接触26（a）触点的接触形式（续2）

线接触圆柱对平面、圆柱对圆柱等，适合于中等电流电器，如接触器的主触点27（a）触点的接触形式（续2）线接触27（a）触点的接触形式（续3）

面接触适合于大电流电器28（a）触点的接触形式（续3）面接触28（b）触点的结构形式

单断点指形触点

双断点桥式触点29（b）触点的结构形式单断点指形触点29（b）触点的结构形式——

单断点指形触点只有一个断口适合于做接触器的主触点其优点为闭合、断开过程中能自动清除表面的氧化物触点接触压力大，电动稳定性高触点参数较易调节其缺点是触点开距大，从而增大了电器体积触点闭合时冲击能量大，并有软连接，不利于机械寿命的提高30（b）触点的结构形式——

单断点指形触点只有一个断口30（b）触点的结构形式——

双断点指形触点其优点是具有两个有效灭弧区域，灭弧效果很好触点开距小，使电器结构紧凑，体积小触点闭合时冲击能量小，有利于提高机械寿命。其缺点是触点不能自动净化，触点材料用银或银基合金每个触点的接触压力小，电动稳定性较低触点参数不易调节31

适合于作继电器的触点及小电流接触器的主触点（b）触点的结构形式——

双断点指形触点其优点是31适合（c）触点的初压力

终压力和超程触点的初压力、终压力和超程

初压力的作用是削弱接触振动终压力的作用是减小接触电阻超程是弹簧被进一步压缩的距离，超程越大终压力亦越大，超程的存在一定程度上可以保证触头磨损后电器的正常使用

32（c）触点的初压力

终压力和超程触点的初压力、终压力和超程（2）电弧的产生及灭弧方法电弧的产生触点接通过程及电接触原理灭弧原理灭弧装置33（2）电弧的产生及灭弧方法电弧的产生33（a）电弧的产生在通电状态下，触点分开瞬间，当被分断的电流超过某一数值（与触点材料有关，0.2～1A）或分段后加在触点间隙两端的电压超过某一数值（12～20V）时，触点间产生电弧电弧的实质是触点间气体在强电场下产生的气体放电现象，产生高温并发出火花34（a）电弧的产生在通电状态下，触点分开瞬间，当被分断的电流超（b）触点接通过程

及电接触原理触点一般都选用导电率高的金属材料做成，如银、银铜合金等触点接触处的电阻为接触电阻触点的接触面积越大，触点的接触电阻越小，触点接通电路的性能越好金属在空气中氧化或硫化，使得触点接触处的电阻增大两个金属接触面总是凹凸不平的，只有少数的点才真正接触上的。因此，当触点接通电路时，触点实际上通电截面很小35（b）触点接通过程

及电接触原理触点一般都选用导电率高的金属（b）触点接通过程

及电接触原理（续1）接触电阻的大小与触点的接触形式、接触压力、触点材料电阻率、机械性能、表面状况有关36（b）触点接通过程

及电接触原理（续1）接触电阻的大小与触点（b）触点接通过程

及电接触原理（续2）触点在从分离到闭合的接通过程中，经常发生机械振动

触点是通过弹簧机构来保证有一定的接触压力，使接触可靠。在触点闭合瞬间，动触点弹簧被压缩。一旦弹簧的张力大于该反作用力，动触点又被推向与静触点接触。这样，动静触点又碰撞、反弹触点电流仅从两触点间少数触点流过，形成收缩状电流线，触点间的收缩电流产生的电动力也能导致触点振动，特别是当接通较大电流时，电动力的影响更加显著37（b）触点接通过程

及电接触原理（续2）触点在从分离到闭合的（b）触点接通过程

及电接触原理（续3）触点的电气磨损触点的机械振动会使触点表面产生电气磨损。即触点弹跳时两触点间形成电弧，致使触点表面有部分金属被熔化，每次接触过程中动静触点间的相对滑动将熔化的金属带走；此外，熔化了的金属还可能喷溅或蒸发，而金属蒸气有可能被气流或磁吹作用所冲走，使触点材料越来越少，形成电气磨损的后果。

38（b）触点接通过程

及电接触原理（续3）触点的电气磨损38（b）触点接通过程

及电接触原理（续4）熔焊现象当触点接触表面有熔化的金属时，一旦机械振动过程结束后，熔化了的金属便因失去电弧产生的大量热量而凝固，使动静触点粘在一起，再也不能分开，而发生熔焊现象。39（b）触点接通过程

及电接触原理（续4）熔焊现象39（b）触点接通过程

及电接触原理（续5）电气磨损会缩短触点的使用期限，熔焊更使电器不能正常工作预防的方法是减少触点的振动减小触点振动的主要措施是适当地给定弹簧的初压力40（b）触点接通过程

及电接触原理（续5）电气磨损会缩短触点的（c）灭弧原理触点通电状态下脱离会产生电弧，电弧的存在既妨碍了电路及时可靠地分断，又会使触点受到磨损。必须采取适当且有效的措施欲使电弧熄灭，应设法降低电弧区温度、降低触点间的电场强度及加强消电离作用常用的灭弧方法有拉长电弧、切断或分隔电弧等

41（c）灭弧原理触点通电状态下脱离会产生电弧，电弧的存在既妨碍（d）灭弧装置多断点灭弧磁吹式灭弧灭弧栅灭弧罩

42（d）灭弧装置多断点灭弧42（d）灭弧装置——

多断点灭弧在交流继电器和接触器中常采用桥式触点，这种触点有二个断点。交流电路在过零后，若一个断点处电弧重燃需要150~250V电压，则二个断点就需要300~500V电压。若断点电压达不到此值；电弧过零后因不能重燃而熄灭。一般交流继电器和小电流接触器采用桥式触点灭弧，而不再设其它灭弧装置。

43（d）灭弧装置——

多断点灭弧在交流继电器和接触器中常采用（d）灭弧装置——

磁吹式灭弧灭弧机理：使电弧处于磁场中间，电磁场力“吹”长电弧，使其进入冷却装置，加速电弧冷却，促使电弧迅速熄灭。44磁场由与触点电路串联的吹弧线圈3产生，当电流逆时针流经吹弧线圈时，产生磁通，电弧在磁场中受到力F的作用向上运动，被拉长并吹入灭弧罩。灭弧角和静触点相连接，引导电弧向上运动，将热量传递给灭弧罩壁，促使电弧熄灭

（d）灭弧装置——

磁吹式灭弧灭弧机理：使电弧处于磁场中间（d）灭弧装置——

磁吹式灭弧（续）这种灭弧装置是利用电弧电流本身灭弧电弧电流越大，吹弧能力越强，且不受电路电流方向影响（当电流方向改变时，磁场方向随之改变，结果电磁力方向不变）广泛地被应用于直流接触器中

45（d）灭弧装置——

磁吹式灭弧（续）这种灭弧装置是利用电（d）灭弧装置——

灭弧栅灭弧栅3是由许多镀铜薄钢片组成，片间距离2~3mm，安放在触点上方的灭弧罩内

46有电弧时电弧周围产生磁场，电弧被吸入栅片，分割成许多串联的短电弧交流电压过零时，电弧熄灭；电弧重燃须在栅片两端有150~250V电弧压降由于电源电压不足以维持电弧，栅片的散热作用，电弧自然熄灭后很难重燃这是常见的交流灭弧方式（d）灭弧装置——

灭弧栅灭弧栅3是由许多镀铜薄钢片组成（d）灭弧装置——

灭弧罩磁吹式灭弧装置和灭弧栅灭弧装置都带有灭弧罩用耐弧陶土、石棉水泥或耐弧塑料制成作用一是分隔各路电弧，以防止发生短路；二是使电弧与灭弧罩的绝缘壁接触，使电弧迅速冷却而熄灭。

47（d）灭弧装置——

灭弧罩磁吹式灭弧装置和灭弧栅灭弧装置（3）电磁机构作用与组成工作机理常见电磁机构的形式48（3）电磁机构作用与组成48（a）作用与组成作用将电磁能转换成机械能，带动静触点使之闭合或断开组成磁路铁芯、衔铁和空气隙，为电磁机构提供磁场回路励磁线圈将电能转换为磁场能量49（a）作用与组成作用49（b）工作机理

激磁线圈通以电流后产生磁场，利用空气隙把电磁能转换为机械能，带动衔铁运动，实现触点的断开和闭合50（b）工作机理激磁线圈通以电流后产生磁场，利用空气（c）常见电磁机构的形式衔铁沿棱角转动的拍合式铁芯衔铁沿轴转动的拍合式铁芯衔铁作直线运动的直动式铁芯按磁系统形状按激磁线圈的种类51（c）常见电磁机构的形式衔铁沿棱角转动的拍合式铁芯51衔铁沿棱角转动的拍合式铁芯衔铁绕铁轭的棱角转动，磨损较小铁芯用软铁制成适用于直流继电器和接触器52衔铁沿棱角转动的拍合式铁芯衔铁绕铁轭的棱角转动，磨损较小52衔铁沿轴转动的拍合式铁芯衔铁绕轴而转动铁芯用硅钢片制成适用于交流接触器53衔铁沿轴转动的拍合式铁芯衔铁绕轴而转动53衔铁作直线运动的直动式铁芯衔铁在线圈内成直线运动较多用于交流继电器和接触器中54衔铁作直线运动的直动式铁芯衔铁在线圈内成直线运动54按磁系统形状有U形铁芯和E形铁芯多用于触点容量较大的交流电器中55按磁系统形状有U形铁芯和E形铁芯55按激磁线圈的种类

可分为交流线圈和直流线圈，与之对应的有直流电磁机构和交流电磁机构56按激磁线圈的种类可分为交流线圈和直流线圈，56（4）电磁机构的工作原理使衔铁释放的力吸力特性和反力特性定义反力特性吸力特性剩磁吸力特性吸力特性与反力特性的配合电磁机构的继电特性57（4）电磁机构的工作原理使衔铁释放的力57使衔铁释放的力电磁机构使衔铁释放的力一般有两种：一种是利用弹簧的反力；一种是利用衔铁的自身重力58使衔铁释放的力电磁机构使衔铁释放的力一般有两种：一种是利用弹吸力特性和反力特性定义电磁机构使衔铁吸合的力与气隙长度之间的关系曲线为吸力特性电磁机构使衔铁释放（复位）的力与气隙长度之间的关系曲线为反力特性59吸力特性和反力特性定义电磁机构使衔铁吸合的力与气隙长度之间的反力特性弹簧的反力与其形变的位移x成正比，其反力特性为F反=Kx60F反δ2δ1Fδδ1为电磁机构气隙的初始值；δ2为动静触点开始接触时的气隙长度。δ1-δ2区间内，反力随气隙减少略有增大，到δ2时，触点接触，此时触头上的初压力作用到衔铁上，由于超行程机构的弹力作用，反力剧增，曲线出现突变，在δ2－0区段内，气隙越少，触头压得越紧，反力越大反力特性弹簧的反力与其形变的位移x成正比，其反力特性为F反=吸力特性吸力特性基本概念交流电磁机构的吸力特性直流电磁机构的吸力特性61吸力特性吸力特性基本概念61吸力特性基本概念吸力特性是描述电磁吸力和气隙的关系曲线吸力特性随激磁电流的种类、激磁线圈的连接方式的不同而不同吸力特性可以近似地描述如下

F=4×105×B2×S式中，B为气隙磁通密度，S为铁芯截面积，F为电磁吸力62吸力特性基本概念吸力特性是描述电磁吸力和气隙的关系曲线62吸力特性基本概念（续）当S为常数，有

F∝B2∝φ2式中，φ为气隙磁通该式表明电磁机构的吸力特性反映的是其电磁吸力与气隙的关系激磁电流的种类对吸力特性的影响很大，分别对交流电磁机构和直流电磁机构的吸力特性进行讨论63吸力特性基本概念（续）当S为常数，有63交流电磁机构的吸力特性交流电磁机构激磁线圈的电阻相对很小，因此阻抗主要取决于线圈的电抗，则有

64U—线圈电压E—线圈感应电势f—线圈外加电压的频率Φ—气隙磁通N—线圈匝数

交流电磁机构的吸力特性交流电磁机构激磁线圈的电阻相对很小，因交流电磁机构的吸力特性

（续1）吸力F与气隙δ的大小无关当f、N和U为常数时，磁通Φ亦为常数，电磁吸力F为常数（F∝Φ2）线圈外加电压U与气隙δ的变化无关考虑到漏磁通的影响，吸力F随气隙δ的减小略有增加65F=f（δ）I=f（δ）δδ1FIδ2交流电磁机构的吸力特性

（续1）吸力F与气隙δ的大小无关65交流电磁机构的吸力特性

（续2）气隙磁阻随气隙长度δ而变化。由磁路定律可知，交流激磁线圈的电流I与气隙δ成正比

66F=f（δ）I=f（δ）δδ1FIδ2交流电磁机构的吸力特性

（续2）气隙磁阻随气隙长度δ而变化。交流电磁机构的吸力特性

（续3）一般U型交流电磁机构，激磁线圈通电而衔铁尚未动作时，其电流达到吸合后额定电流的5~6倍，E型电磁机构则达到10~15倍额定电流。如果衔铁卡住不能吸合或者频繁动作，交流激磁线圈很可能烧毁。在可靠性要求高或操作频繁的场合，一般不采用交流电磁机构。

67交流电磁机构的吸力特性

（续3）一般U型交流电磁机构，激磁线直流电磁机构的吸力特性直流电磁机构由直流电流激磁。稳态时，磁路对电路无影响，可以认为其激磁电流不受气隙变化的影响。即其磁势NI不受气隙变化的影响。

68直流电磁机构的吸力特性直流电磁机构由直流电流激磁。稳态时，磁直流电磁机构的吸力特性

（续1）直流电磁机构的吸力F与气隙δ的平方成反比。其吸力特性如所示。它表明衔铁闭合前后吸力变化很大，气隙越小，吸力越大。

69I=f（δ）F=f（δ）FIδ1δ2δ直流电磁机构的吸力特性

（续1）直流电磁机构的吸力F与气隙直流电磁机构的吸力特性

（续2）衔铁闭合前后激磁线圈的电流不变，所以直流电磁机构适于动作频繁的场合；且吸合后电磁吸力大，工作可靠性好。70直流电磁机构的吸力特性

（续2）衔铁闭合前后激磁线圈的电流剩磁吸力特性由于铁磁物质有剩磁，它使电磁机构的激磁线圈失电后仍有一定的磁性吸力存在。剩磁的吸力随气隙的增大而减小。

71Fδ1δ2剩磁吸力特性由于铁磁物质有剩磁，它使电磁机构的激磁线圈失电后吸力特性与反力特性的配合欲使衔铁吸合，在吸合过程中，吸力都必须大于反力；反映在特性图上，就是要保证吸力特性在反力特性的上方。当切断激磁电流释放衔铁时，其反力特性必须大于剩磁吸力，才能保证衔铁可靠释放。在特性图上，电磁机构的反力特性必须介于电磁吸力特性和剩磁吸力特性之间。

72交流吸力特性直流吸力特性δ1F

δ2δ反力特性剩磁吸力特性吸力特性与反力特性的配合欲使衔铁吸合，在吸合过程中，吸力都必电磁机构的继电特性继电特性又称为输入－输出特性衔铁位置与激磁线圈的电压（或电流）的关系称为输入一输出特性。

73使衔铁吸合的输入量须大于动作值；使衔铁释放的输入量须小于返回值yXf－返回值X0-动作值1x电磁机构的继电特性继电特性又称为输入－输出特性73使衔铁吸合1.2接触器接触器是用来接通或分段电动机主电路或其他负载电路的控制电器主要用来控制电动机的运行接触器是一种执行电器接触器一般都拥有能通断大电流电路的主触点和只能通断较小电流电路的辅助触点741.2接触器接触器是用来接通或分段电动机主电路或其他负载电1.2接触器

电磁式接触器具有电磁式低压电器的全部特征触点分为主触点和辅助触点主触点用来完成大电流的接通和断开的控制辅助触点用来在控制电路中联动作用具有常开触点和常闭触点因为主触点要接通和切断大电流电路，所以一般都设有专门的灭弧装置751.2接触器

电磁式接触器具有电磁式低压电器的全部特征751.2接触器

电磁式接触器图形文字符号761.2接触器

电磁式接触器图形文字符号761.2接触器

电磁式接触器主要技术参数额定电压额定电流线圈的额定电压接通和分段能力接触器的选择根据负荷选择接触器确定主触点的电流等级确定线圈的电压及类型771.2接触器

电磁式接触器主要技术参数771.3继电器继电器是根据某种输入信号来接通或断开小电流控制电路，实现控制和保护功能的控制电器输入量可以是电压、电流、温度、速度、位置等非电量输出量是触点的动作或电路参数的变化781.3继电器继电器是根据某种输入信号来接通或断开小电流控制1.3继电器

电压继电器多用于高压控制电路中，用于电压保护功能输入量是电压电压继电器的线圈与负载并联，要求阻抗大，线圈匝数多，线径细791.3继电器

电压继电器多用于高压控制电路中，用于电压保护1.3继电器

电流继电器输入量是电流电流继电器的线圈与负载串连联，要求阻抗小，线圈匝数少，线径粗801.3继电器

电流继电器输入量是电流801.3继电器

中间继电器在各种控制线路中起着信号传递、放大、翻转、分路、隔离和记忆等作用输入量为电磁机构激磁线圈的电压特点是触点的数量较多

811.3继电器

中间继电器在各种控制线路中起着信号传递、放大1.3继电器

热继电器保护电动机过载运行线圈串接在主电路中双金属材料，一般只有常闭触点必须手动复位

821.3继电器

热继电器保护电动机过载运行821.3继电器

时间继电器通过对时间的控制来控制电路有通电延时型和断电延时型两类831.3继电器

时间继电器通过对时间的控制来控制电路831.3继电器

速度继电器通过对速度的控制来控制电路实质是一个感应电动机841.3继电器

速度继电器通过对速度的控制来控制电路841.4开关

刀开关用来隔离电压85符号：QS1.4开关

刀开关用来隔离电压85符号：QS1.4开关

低压断路器低压断路器是按规定条件，对配电电路、电动机或其它用电设备实行不频繁的通断操作，线路转换当电路内出现过载、短路、对地漏电或欠电压等非正常条件时，能自动分断电路人为合上，可以人为断开或脱扣机构断开86符号：QF1.4开关

低压断路器低压断路器是按规定条件，对配电电路、1.4开关

熔断器一种过电流保护电器安秒特性87符号：FU1.4开关

熔断器一种过电流保护电器87符号：FU1.5主令电器用来闭合和断开控制电路，以发出命令或作程序控制的电器881.5主令电器用来闭合和断开控制电路，以发出命令或作程序控1.5主令电器

按钮是用人力操作，并具有贮能弹簧复位的主令电器89符号：SB常开常闭1.5主令电器

按钮是用人力操作，并具有贮能弹簧复位的主令1.5主令电器

转换开关旋钮开关万能开关90符号：SA1.5主令电器

转换开关旋钮开关90符号：SA1.5主令电器

行程开关反映工作机械位置，发出控制命令不需要人力控制91符号：SQ常开常闭1.5主令电器

行程开关反映工作机械位置，发出控制命令911.5主令电器

接近开关非接触型的行程开关92符号：SQ常开常闭1.5主令电器

接近开关非接触型的行程开关92符号：SQ1.5主令电器

指示灯做电源指示及运行信号、故障信号等信号的指示。93符号：HL1.5主令电器

指示灯做电源指示及运行信号、故障信号等信号常用电气控制技术常用电气控制技术绪论目前的工业生产过程，能源以电能为主，且使用广泛。只要用到电的地方，就有电器的存在。生产过程的自动化意味着带有电气拖动的许多工作枢钮间密切和可靠地组合。它们间的密切联系和相互配合已不能光靠机械的装置去完成，而更多地借助于电器。95绪论目前的工业生产过程，能源以电能为主，且使用广泛。2绪论电器是电气控制的主要器件电气控制随处可见控制过程可以简单地分为人工控制过程需要人工参与，使被控对象进行工作自动控制过程在没有人直接参与的情况下，使被控对象按照预定的生产规律工作96绪论电器是电气控制的主要器件3绪论我们身边的各种控制系统宾馆的电梯中央空调罗克韦尔自动化实验室自动化基础实验室轧钢重点实验室97绪论我们身边的各种控制系统4绪论电气控制技术是随技术进步和工艺需求的变化而发展的控制方法：手动→自动控制功能：简单→复杂操作方式：笨重→灵巧实现手段：硬件→软件98绪论电气控制技术是随技术进步和工艺需求的变化而发展的5绪论常用电气控制的发展20世纪以前，手工操作1969年前，继电接触式控制系统1969年到20世纪末期，PLC控制系统21世纪，现代控制技术以PLC、CAD/CAM、Robot为三大支柱数控技术为重要分支FCS（FieldbusControlSystem）为未来发展趋势99绪论常用电气控制的发展6绪论课程设置的目的常用电气控制技术是一门专业基础课，它是建立在电子技术基础、微型机原理及应用、电机原理及电机拖动等课程基础上智能化、模块化、网络化自动控制系统的使用，只是在简化接线、降低故障、提高可靠性、提高产品功能的有效集成等方面发挥其重要的作用，但是它的规划、使用、维护等还必须有具有低压电气控制技术的专业人员来完成100绪论课程设置的目的7绪论课程设置的目的（续）自动化≠编程自动化≠计算机电气控制技术是基础工业现场还有大量的电气控制装置在运行必须进行各种电气控制线路功能、结构的设计和规划101绪论课程设置的目的（续）8绪论课程的教学方法电气控制部分多记

PLC部分多理解（结合微机原理）102绪论课程的教学方法91常用低压电器1.1电器的基本知识1.2接触器1.3继电器1.4开关1.5主令电器1031常用低压电器1.1电器的基本知识101.1电器的基本知识1.1.1控制电器的定义和分类1.1.2电磁式低压电器的基本结构和工作原理1041.1电器的基本知识1.1.1控制电器的定义和分类111.1.1控制电器的定义和分类1.1.1控制电器的定义和分类（1）电器的定义（2）控制电器的定义（3）控制电器的分类（4）常用低压电器1051.1.1控制电器的定义和分类1.1.1控制电器的定义和（1）电器的定义电器是一种能够根据外界的信号（如机械力、电动力等）和要求，自动或手动地接通或断开电路，从而断续或连续地改变电路参数，实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测和调节的电气元件和设备的总称106（1）电器的定义电器是一种能够根据外界的信号（如机械力、电动（2）控制电器的定义能够按照外界指定信号手动或自动地接通和断开电路，实现对电路控制的电器称为控制电器107（2）控制电器的定义能够按照外界指定信号手动或自动地接通和（2）控制电器的定义（续1）熔断器、开关等即为控制电器。控制电器的功能是接通或断开电路，与外界指定的讯号有关外界指定讯号对控制电器的作用即为控制电器的输入控制电器对电路的通、断功能即为控制电器的输出

108（2）控制电器的定义（续1）熔断器、开关等即为控制电器。1（2）控制电器的定义（续2）控制电器是一种双态元件因为控制电器的输出只有通断二种状态，其输入也只能有二种状态。控制电器可以被看成为一种逻辑元件。

把控制电器接通电路的状态记作输出置“l”状态，断开电路记作输出置“0”状态109（2）控制电器的定义（续2）控制电器是一种双态元件16（3）控制电器的分类工作电压输出形式（接触点形式）用途在电器控制系统中的作用110（3）控制电器的分类工作电压17（3）控制电器的分类（续1）按照工作电压分（以交流1000V、直流1200V为界）高压控制电器低压控制电器

111（3）控制电器的分类（续1）按照工作电压分（以交流1000V（3）控制电器的分类（续2）按照输出形式（接触点形式）分有触点控制电器——电器通断电路的功能由触点来实现，如刀开关、接触器等无触点控制电器——电器通断电路的功能不是通过接触，而是根据输出信号的高低电平来实现的，如可控硅的导通与截止等混合式控制电器112（3）控制电器的分类（续2）按照输出形式（接触点形式）分19（3）控制电器的分类（续3）按照用途分控制电器——用于各种控制电路和控制系统的电器，如接触器和继电器等配电电器——用于电能的输送和分配的电器，如断路器等主令电器——用于自动控制系统中发送动作指令的电器，如按钮、开关等保护电器——用于保护电路及用电设备的电器，如熔断器、热继电器等执行电器——用于完成某一类动作或传递动能的电器，如电磁铁、电磁离合器等

113（3）控制电器的分类（续3）按照用途分20（3）控制电器的分类（续4）按照控制电器在电器控制系统中的作用分信号元件——把非电量（如机械位移、压力、温度等）的变化转换为电信号。这类元件有按钮、行程开关、热继电器、速度继电器等控制元件——是一种电器逻辑门。常见的为“是门”和“非门”，其输入和输出都是电信号。这类元件有电磁式继电器、接触器等。

114（3）控制电器的分类（续4）按照控制电器在电器控制系统中的作（4）常用低压电器接触器继电器开关电器行程开关熔断器主令电器115（4）常用低压电器接触器221.1.2电磁式控制电器

的基本结构和工作原理基本组成触点灭弧装置电磁机构1161.1.2电磁式控制电器

的基本结构和工作原理基本组成23（1）触点触点又称触头触点是一切有触点电器的执行单元有触点电器通过触点的动作来接通/断开控制电路触点由动触点和静触点组成117（1）触点触点又称触头24（a）触点的接触形式118点接触线接触面接触（a）触点的接触形式25点接触（a）触点的接触形式（续1）

点接触球面对球面、球面对平面等，适合于小电流电器，如接触器的辅助触点119（a）触点的接触形式（续1）点接触26（a）触点的接触形式（续2）

线接触圆柱对平面、圆柱对圆柱等，适合于中等电流电器，如接触器的主触点120（a）触点的接触形式（续2）线接触27（a）触点的接触形式（续3）

面接触适合于大电流电器121（a）触点的接触形式（续3）面接触28（b）触点的结构形式

单断点指形触点

双断点桥式触点122（b）触点的结构形式单断点指形触点29（b）触点的结构形式——

单断点指形触点只有一个断口适合于做接触器的主触点其优点为闭合、断开过程中能自动清除表面的氧化物触点接触压力大，电动稳定性高触点参数较易调节其缺点是触点开距大，从而增大了电器体积触点闭合时冲击能量大，并有软连接，不利于机械寿命的提高123（b）触点的结构形式——

单断点指形触点只有一个断口30（b）触点的结构形式——

双断点指形触点其优点是具有两个有效灭弧区域，灭弧效果很好触点开距小，使电器结构紧凑，体积小触点闭合时冲击能量小，有利于提高机械寿命。其缺点是触点不能自动净化，触点材料用银或银基合金每个触点的接触压力小，电动稳定性较低触点参数不易调节124

适合于作继电器的触点及小电流接触器的主触点（b）触点的结构形式——

双断点指形触点其优点是31适合（c）触点的初压力

终压力和超程触点的初压力、终压力和超程

初压力的作用是削弱接触振动终压力的作用是减小接触电阻超程是弹簧被进一步压缩的距离，超程越大终压力亦越大，超程的存在一定程度上可以保证触头磨损后电器的正常使用

125（c）触点的初压力

终压力和超程触点的初压力、终压力和超程（2）电弧的产生及灭弧方法电弧的产生触点接通过程及电接触原理灭弧原理灭弧装置126（2）电弧的产生及灭弧方法电弧的产生33（a）电弧的产生在通电状态下，触点分开瞬间，当被分断的电流超过某一数值（与触点材料有关，0.2～1A）或分段后加在触点间隙两端的电压超过某一数值（12～20V）时，触点间产生电弧电弧的实质是触点间气体在强电场下产生的气体放电现象，产生高温并发出火花127（a）电弧的产生在通电状态下，触点分开瞬间，当被分断的电流超（b）触点接通过程

及电接触原理触点一般都选用导电率高的金属材料做成，如银、银铜合金等触点接触处的电阻为接触电阻触点的接触面积越大，触点的接触电阻越小，触点接通电路的性能越好金属在空气中氧化或硫化，使得触点接触处的电阻增大两个金属接触面总是凹凸不平的，只有少数的点才真正接触上的。因此，当触点接通电路时，触点实际上通电截面很小128（b）触点接通过程

及电接触原理触点一般都选用导电率高的金属（b）触点接通过程

及电接触原理（续1）接触电阻的大小与触点的接触形式、接触压力、触点材料电阻率、机械性能、表面状况有关129（b）触点接通过程

及电接触原理（续1）接触电阻的大小与触点（b）触点接通过程

及电接触原理（续2）触点在从分离到闭合的接通过程中，经常发生机械振动

触点是通过弹簧机构来保证有一定的接触压力，使接触可靠。在触点闭合瞬间，动触点弹簧被压缩。一旦弹簧的张力大于该反作用力，动触点又被推向与静触点接触。这样，动静触点又碰撞、反弹触点电流仅从两触点间少数触点流过，形成收缩状电流线，触点间的收缩电流产生的电动力也能导致触点振动，特别是当接通较大电流时，电动力的影响更加显著130（b）触点接通过程

及电接触原理（续2）触点在从分离到闭合的（b）触点接通过程

及电接触原理（续3）触点的电气磨损触点的机械振动会使触点表面产生电气磨损。即触点弹跳时两触点间形成电弧，致使触点表面有部分金属被熔化，每次接触过程中动静触点间的相对滑动将熔化的金属带走；此外，熔化了的金属还可能喷溅或蒸发，而金属蒸气有可能被气流或磁吹作用所冲走，使触点材料越来越少，形成电气磨损的后果。

131（b）触点接通过程

及电接触原理（续3）触点的电气磨损38（b）触点接通过程

及电接触原理（续4）熔焊现象当触点接触表面有熔化的金属时，一旦机械振动过程结束后，熔化了的金属便因失去电弧产生的大量热量而凝固，使动静触点粘在一起，再也不能分开，而发生熔焊现象。132（b）触点接通过程

及电接触原理（续4）熔焊现象39（b）触点接通过程

及电接触原理（续5）电气磨损会缩短触点的使用期限，熔焊更使电器不能正常工作预防的方法是减少触点的振动减小触点振动的主要措施是适当地给定弹簧的初压力133（b）触点接通过程

及电接触原理（续5）电气磨损会缩短触点的（c）灭弧原理触点通电状态下脱离会产生电弧，电弧的存在既妨碍了电路及时可靠地分断，又会使触点受到磨损。必须采取适当且有效的措施欲使电弧熄灭，应设法降低电弧区温度、降低触点间的电场强度及加强消电离作用常用的灭弧方法有拉长电弧、切断或分隔电弧等

134（c）灭弧原理触点通电状态下脱离会产生电弧，电弧的存在既妨碍（d）灭弧装置多断点灭弧磁吹式灭弧灭弧栅灭弧罩

135（d）灭弧装置多断点灭弧42（d）灭弧装置——

多断点灭弧在交流继电器和接触器中常采用桥式触点，这种触点有二个断点。交流电路在过零后，若一个断点处电弧重燃需要150~250V电压，则二个断点就需要300~500V电压。若断点电压达不到此值；电弧过零后因不能重燃而熄灭。一般交流继电器和小电流接触器采用桥式触点灭弧，而不再设其它灭弧装置。

136（d）灭弧装置——

多断点灭弧在交流继电器和接触器中常采用（d）灭弧装置——

磁吹式灭弧灭弧机理：使电弧处于磁场中间，电磁场力“吹”长电弧，使其进入冷却装置，加速电弧冷却，促使电弧迅速熄灭。137磁场由与触点电路串联的吹弧线圈3产生，当电流逆时针流经吹弧线圈时，产生磁通，电弧在磁场中受到力F的作用向上运动，被拉长并吹入灭弧罩。灭弧角和静触点相连接，引导电弧向上运动，将热量传递给灭弧罩壁，促使电弧熄灭

（d）灭弧装置——

磁吹式灭弧灭弧机理：使电弧处于磁场中间（d）灭弧装置——

磁吹式灭弧（续）这种灭弧装置是利用电弧电流本身灭弧电弧电流越大，吹弧能力越强，且不受电路电流方向影响（当电流方向改变时，磁场方向随之改变，结果电磁力方向不变）广泛地被应用于直流接触器中

138（d）灭弧装置——

磁吹式灭弧（续）这种灭弧装置是利用电（d）灭弧装置——

灭弧栅灭弧栅3是由许多镀铜薄钢片组成，片间距离2~3mm，安放在触点上方的灭弧罩内

139有电弧时电弧周围产生磁场，电弧被吸入栅片，分割成许多串联的短电弧交流电压过零时，电弧熄灭；电弧重燃须在栅片两端有150~250V电弧压降由于电源电压不足以维持电弧，栅片的散热作用，电弧自然熄灭后很难重燃这是常见的交流灭弧方式（d）灭弧装置——

灭弧栅灭弧栅3是由许多镀铜薄钢片组成（d）灭弧装置——

灭弧罩磁吹式灭弧装置和灭弧栅灭弧装置都带有灭弧罩用耐弧陶土、石棉水泥或耐弧塑料制成作用一是分隔各路电弧，以防止发生短路；二是使电弧与灭弧罩的绝缘壁接触，使电弧迅速冷却而熄灭。

140（d）灭弧装置——

灭弧罩磁吹式灭弧装置和灭弧栅灭弧装置（3）电磁机构作用与组成工作机理常见电磁机构的形式141（3）电磁机构作用与组成48（a）作用与组成作用将电磁能转换成机械能，带动静触点使之闭合或断开组成磁路铁芯、衔铁和空气隙，为电磁机构提供磁场回路励磁线圈将电能转换为磁场能量142（a）作用与组成作用49（b）工作机理

激磁线圈通以电流后产生磁场，利用空气隙把电磁能转换为机械能，带动衔铁运动，实现触点的断开和闭合143（b）工作机理激磁线圈通以电流后产生磁场，利用空气（c）常见电磁机构的形式衔铁沿棱角转动的拍合式铁芯衔铁沿轴转动的拍合式铁芯衔铁作直线运动的直动式铁芯按磁系统形状按激磁线圈的种类144（c）常见电磁机构的形式衔铁沿棱角转动的拍合式铁芯51衔铁沿棱角转动的拍合式铁芯衔铁绕铁轭的棱角转动，磨损较小铁芯用软铁制成适用于直流继电器和接触器145衔铁沿棱角转动的拍合式铁芯衔铁绕铁轭的棱角转动，磨损较小52衔铁沿轴转动的拍合式铁芯衔铁绕轴而转动铁芯用硅钢片制成适用于交流接触器146衔铁沿轴转动的拍合式铁芯衔铁绕轴而转动53衔铁作直线运动的直动式铁芯衔铁在线圈内成直线运动较多用于交流继电器和接触器中147衔铁作直线运动的直动式铁芯衔铁在线圈内成直线运动54按磁系统形状有U形铁芯和E形铁芯多用于触点容量较大的交流电器中148按磁系统形状有U形铁芯和E形铁芯55按激磁线圈的种类

可分为交流线圈和直流线圈，与之对应的有直流电磁机构和交流电磁机构149按激磁线圈的种类可分为交流线圈和直流线圈，56（4）电磁机构的工作原理使衔铁释放的力吸力特性和反力特性定义反力特性吸力特性剩磁吸力特性吸力特性与反力特性的配合电磁机构的继电特性150（4）电磁机构的工作原理使衔铁释放的力57使衔铁释放的力电磁机构使衔铁释放的力一般有两种：一种是利用弹簧的反力；一种是利用衔铁的自身重力151使衔铁释放的力电磁机构使衔铁释放的力一般有两种：一种是利用弹吸力特性和反力特性定义电磁机构使衔铁吸合的力与气隙长度之间的关系曲线为吸力特性电磁机构使衔铁释放（复位）的力与气隙长度之间的关系曲线为反力特性152吸力特性和反力特性定义电磁机构使衔铁吸合的力与气隙长度之间的反力特性弹簧的反力与其形变的位移x成正比，其反力特性为F反=Kx153F反δ2δ1Fδδ1为电磁机构气隙的初始值；δ2为动静触点开始接触时的气隙长度。δ1-δ2区间内，反力随气隙减少略有增大，到δ2时，触点接触，此时触头上的初压力作用到衔铁上，由于超行程机构的弹力作用，反力剧增，曲线出现突变，在δ2－0区段内，气隙越少，触头压得越紧，反力越大反力特性弹簧的反力与其形变的位移x成正比，其反力特性为F反=吸力特性吸力特性基本概念交流电磁机构的吸力特性直流电磁机构的吸力特性154吸力特性吸力特性基本概念61吸力特性基本概念吸力特性是描述电磁吸力和气隙的关系曲线吸力特性随激磁电流的种类、激磁线圈的连接方式的不同而不同吸力特性可以近似地描述如下

F=4×105×B2×S式中，B为气隙磁通密度，S为铁芯截面积，F为电磁吸力155吸力特性基本概念吸力特性是描述电磁吸力和气隙的关系曲线62吸力特性基本概念（续）当S为常数，有

F∝B2∝φ2式中，φ为气隙磁通该式表明电磁机构的吸力特性反映的是其电磁吸力与气隙的关系激磁电流的种类对吸力特性的影响很大，分别对交流电磁机构和直流电磁机构的吸力特性进行讨论156吸力特性基本概念（续）当S为常数，有63交流电磁机构的吸力特性交流电磁机构激磁线圈的电阻相对很小，因此阻抗主要取决于线圈的电抗，则有

157U—线圈电压E—线圈感应电势f—线圈外加电压的频率Φ—气隙磁通N—线圈匝数

交流电磁机构的吸力特性交流电磁机构激磁线圈的电阻相对很小，因交流电磁机构的吸力特性

（续1）吸力F与气隙δ的大小无关当f、N和U为常数时，磁通Φ亦为常数，电磁吸力F为常数（F∝Φ2）线圈外加电压U与气隙δ的变化无关考虑到漏磁通的影响，吸力F随气隙δ的减小略有增加158F=f（δ）I=f（δ）δδ1FIδ2交流电磁机构的吸力特性

（续1）吸力F与气隙δ的大小无关65交流电磁机构的吸力特性

（续2）气隙磁阻随气隙长度δ而变化。由磁路定律可知，交流激磁线圈的电流I与气隙δ成正比

159F=f（δ）I=f（δ）δδ1FIδ2交流电磁机构的吸力特性

（续2）气隙磁阻随气隙长度δ而变化。交流电磁机构的吸力特性

（续3）一般U型交流电磁机构，激磁线圈通电而衔铁尚未动作时，其电流达到吸合后额定电流的5~6倍，E型电磁机构则达到10~15倍额定电流。如果衔铁卡住不能吸合或者频繁动作，交流激磁线圈很可能烧毁。在可靠性要求高或操作频繁的场合，一般不采用交流电磁机构。

160交流电磁机构的吸力特性

（续3）一般U型交流电磁机构，激磁线直流电磁机构的吸力特性直流电磁机构由直流电流激磁。稳态时，磁路对电路无影响，可以认为其激磁电流不受气隙变化的影响。即其磁势NI不受气隙变化的影响。

161直流电磁机构的吸力特性直流电磁机构由直流电流激磁。稳态时，磁直流电磁机构的吸力特性

（续1）直流电磁机构的吸力F与气隙δ的平方成反比。其吸力特性如所示。它表明衔铁闭合前后吸力变化很大，气隙越小，吸力越大。

162I=f（δ）F=f（δ）FIδ1δ2δ直流电磁机构的吸力特性

（续1）直流电磁机构的吸力F与气隙直流电磁机构的吸力特性

（续2）衔铁闭合前后激磁线圈的电流不变，所以直流电磁机构适于动作频繁的场合；且吸合后电磁吸力大，工作可靠性好。163直流电磁机构的吸力特性

（续2）衔铁闭合前后激磁线圈的电流剩磁吸力特性由于铁磁物质有剩磁，它使电磁机构的激磁线圈失电后仍有一定的磁性吸力存在。剩磁的吸力随气隙的增大而减小。

164Fδ1δ2剩磁吸力特性由于铁磁物质有剩磁，它使电磁机构的激磁线圈失电后吸力特性与反力特性的配合欲使衔铁吸合，在吸合过