电气控制及PLC应用技术课件第一章

第1章常用低压电器1.1低压电器的定义、分类

1.2电磁式电器的组成与工作原理

1.3接触器

1.4继电器

1.5主令电器

1.6信号电器

1.7开关电器1.8熔断器

1.9电磁执行器件1.1低压电器的定义、分类1.按用途和控制对象分

2.按动作方式分

3.按工作原理分低压配电电器

低压控制电器自动电器

手动电器电磁式电器

非电量控制电器图1-1常用低压电器的分类1.2电磁式电器的组成与工作原理电磁式电器的组成:电磁机构

触点系统

灭弧系统1.2.1电磁机构1.电磁机构的结构形式及工作原理

2.电磁机构的吸力特性与反力特性

3.单相交流电磁机构上短路环的作用1.电磁机构的结构形式及工作原理衔铁沿棱角转动的拍合式

衔铁沿轴转动的拍合式衔铁作直线运动的双E形直动式电磁机构的结构形式图1-3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δ—气隙电磁机构的工作原理2.电磁机构的吸力特性与反力特性(1)直流电磁机构的吸力特性直流电磁机构的吸力特性为二次曲线形状，它表明衔铁闭合前后吸力变化很大，气隙越小吸力越大。直流电磁机构在衔铁吸合过程中，电磁吸力是逐渐增加的，完全吸合时电磁吸力达到最大。对于可靠性要求很高或动作频繁的控制系统常采用直流电磁机构。(2)交流电磁机构的吸力特性交流电磁机构在衔铁吸合前后为恒磁通工作，故吸力基本不变，但考虑到漏磁通的影响，其电磁吸力随气隙的减小略有增加。交流电磁机构的励磁电流的大小将随气隙长度成正比增大。所以，交流电流机构的励磁电流在线圈已通电但衔铁尚未吸合时，其电流将比额定电流大很多，若衔铁卡住不能吸合或衔铁频繁动作，交流线圈可能因过电流而烧毁，故在可靠性要求高或频繁动作的场合，一般不采用交流电磁机构。

(3)吸力特性与反力特性的配合为了使电磁机构正常工作，保证衔铁能牢牢吸合，其吸力特性与反力特性必须配合得当。在衔铁整个吸合过程中，其吸力必须大于反力，即吸力特性必须始终位于反力特性上方；在衔铁释放时，即吸力特性必须位于反力特性下方。

3.单相交流电磁机构上短路环图1-7单相交流电磁机构的短路环

1—衔铁2—铁心3—线圈4—短路环1.2.2触点系统1.触点的接触形式(分点接触、线接触、面接触)

2.触点的分类（桥式触点和指形触点）2.触点的分类触点按其所控制的电路可分为主触点和辅助触点。主触点用于接通或断开主电路，允许通过较大的电流；辅助触点用于接通或断开控制电路，只能通过较小的电流。触点又有常开触点和常闭触点之分。在无外力作用且线圈未通电时，触点间是断开状态的称为常开触点(即动合触点)，反之称为常闭触点(即动断触点)。1.2.3灭弧系统常用的灭弧方法(1)电动力灭弧

(2)栅片灭弧

(3)灭弧罩

(4)窄缝灭弧

(5)磁吹灭弧(1)电动力灭弧图1-10双断口结构的电动力灭弧示意图

1—静触点2—动触点(2)栅片灭弧交流电器宜采用栅片灭弧。图1-11栅片灭弧示意图

1—灭弧栅片2—触点3—电弧(3)灭弧罩

比灭弧栅片更简单的灭弧装置是耐高温的灭弧罩，灭弧罩用石棉水泥板或陶土制成，用以降温和隔弧。它可用于交直流灭弧。(4)窄缝灭弧窄缝灭弧示意图是利用灭弧罩的窄缝来实现的。这种灭弧方法多用于大容量接触器。图1-12窄缝灭弧示意图(5)磁吹灭弧图1-13磁吹灭弧示意图磁吹灭弧利用电弧电流本身灭弧，因而电弧电流越大，吹弧能力也越强。磁吹力的方向与电流方向无关。磁吹灭弧广泛应用于直流接触器中。

1.3接触器1.3.1接触器的组成及工作原理

1.3.2接触器的分类

1.3.3接触器的主要技术参数

1.3.4接触器的选择与使用

1.3.5接触器的图形符号与文字符号1.3.1接触器的组成及工作原理以电磁感应原理工作的接触器其结构组成与电磁式电器相同，一般也由电磁机构、触点系统、灭弧系统、复位弹簧机构或缓冲装置、支架与底座等几部分组成。接触器的电磁机构由电磁线圈、铁心、衔铁和复位弹簧几部分组成。接触器的工作原理：当电磁线圈通电后，线圈电流在铁心中产生磁通，该磁通对衔铁产生克服复位弹簧反力的电磁吸力，使衔铁带动触点动作。触点动作时，常闭触点先断开，常开触点后闭合。当线圈中的电压值降低到某一数值(无论是正常控制还是欠电压、失电压故障，一般降至85%线圈额定电压)时，铁心中的磁通下降，电磁吸力减小，当减小到不足以克服复位弹簧的反力时，衔铁在复位弹簧的反力作用下复位，使主、辅触点的常开触点断开，常闭触点恢复闭合。这也是接触器的失电压保护功能。1.3.2接触器的分类1.交流接触器

2.直流接触器电磁机构

触点系统

灭弧系统(1)电磁机构电磁机构由电磁线圈、铁心、衔铁和复位弹簧几部分组成。铁心一般用硅钢片叠压后铆成，以减少涡流与磁滞损耗，防止过热。电磁线圈绕在骨架上做成扁而厚的形状，与铁心隔离，这样有利于铁心和线圈的散热。其铁心形状有U形和E形两种。交流接触器在铁心柱端面嵌有短路环。1.交流接触器(2)触点系统交流接触器的触点一般由银钨合金制成，具有良好的导电性和耐高温烧蚀性。触点有主触点和辅助触点之分。主触点用以通断电流较大的主电路，一般由接触面较大的三对(三极)常开触点组成；辅助触点用以通断小电流控制电路，起电气联锁作用，一般由常开、常闭触点成对组成。主触点、辅助触点一般采用双断口桥式触点。电路的通断由主、辅触点共同完成。1.交流接触器2.直流接触器功能：直流接触器主要用于远距离接通和分断直流电路以及频繁地起动、停止、反转和反接制动直流电动机，也用于频繁地接通和断开起重电磁铁、电磁阀等电磁线圈等。其结构和工作原理与交流接触器基本相同。所不同的是，除了触点电流和线圈电压为直流外，其电磁机构多采用绕棱角转动的拍合式结构，其主触点大都采用线接触的指形触点，辅助触点则采用点接触的桥式触点。铁心用整块铸铁或铸钢制成，通常将线圈绕制成长而薄的圆筒状。由于铁心中磁通恒定，因此铁心端面上不需装设短路环。直流接触器常采用磁吹式灭弧装置。1.3.3接触器的主要技术参数1.额定电压

2.额定电流

3.电磁线圈的额定电压

4.额定操作频率

5.电气寿命和机械寿命1.3.4接触器的选择与使用1.接触器的类型选择

2.额定电压的选择

3.额定电流的选择

4.电磁线圈的额定电压选择

5.接触器的触点数量、种类选择1.3.5接触器的图形符号与文字符号1.4继电器1.4.1继电器的分类和特性1.4.2电磁式继电器

1.4.3时间继电器

1.4.4热继电器

1.4.5速度继电器

1.4.6固态继电器继电器与接触器的区别1)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电路中，反映控制信号，触点容量较小(一般在5A以下)，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，一般有灭弧装置。2)输入信号不同继电特性曲线1.4.2电磁式继电器1.电磁式电流继电器

2.电磁式电压继电器

3.电磁式中间继电器

4.电磁式继电器的选用

5.电磁式继电器的图形符号与文字符号

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1.电磁式电流继电器电磁式继电器的图形符号1.4.3时间继电器1.空气阻尼式时间继电器

2.电动式时间继电器

3.电子式时间继电器

4.时间继电器的选用

5.时间继电器的图形符号与文字符号1.空气阻尼式时间继电器图1-18JS7—A系列时间继电器的工作原理示意图

1—线圈2—铁心3—衔铁4—反力弹簧5—推板6—活塞杆7—杠杆

8—塔形弹簧9—弱弹簧10—橡皮膜11—空气室壁12—活塞

13—调节螺杆14—进气孔15、16—微动开关2.电动式时间继电器电动式时间继电器由微型同步电动机拖动减速齿轮获得延时。它延时范围宽(如JS11系列可在0~72h范围内调整)，延时整定偏差和重复偏差小，延时值不受电源电压波动及环境温度变化的影响。但其结构复杂、价格高、寿命短，不宜频繁操作，延时误差受电源频率影响。3.电子式时间继电器电子式时间继电器采用晶体管或大规模集成电路和电子元器件构成。按延时原理划分，电子式时间继电器可分为阻容充电延时型和数字电路型。阻容充电延时型是利用RC电路电容器充电时，电容电压不能突变，只能按指数规律逐渐变化的原理来获得延时的。因此，只要改变RC充电回路的时间常数(改变电阻值)，即可改变延时时间。按输出形式划分，电子式时间继电器可分为有触点式和无触点式。有触点式是用晶体管驱动小型电磁式继电器，而无触点式是采用晶体管或晶闸管输出。4.时间继电器的选用选用时间继电器时，首先应考虑满足控制系统所提出的控制要求，并根据对延时方式的要求选用通电延时型或断电延时型。当延时要求不高和延时时间较短时，可选用价格相对较低的空气阻尼式时间继电器；当要求延时准确度较高和延时时间较长时，可选用晶体管式或数字式时间继电器。在电源电压波动大的场合，可选用空气阻尼式或电动式时间继电器；而在环境温度变化较大处，则不宜选用空气阻尼式和晶体管式时间继电器。5.时间继电器的图形、文字符号1.4.4热继电器1.热继电器的构成和工作原理

2.带断相保护的热继电器

3.热继电器的保护特性与电动机的过载特性

4.热继电器的主要技术参数

5.热继电器的选用

6.热继电器的图形符号与文字符号1.热继电器的构成和工作原理图1-20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—压簧转动偏心轮14—推杆2.带断相保护的热继电器图1-21带断相保护的热继电器结构示意图

1—上导板2—下导板3—双金属片

4—常闭触点5—杠杆5.热继电器的选用星形联结的电动机可选用两相或三相结构的热继电器；三角形联结的电动机应选用带断相保护的三相结构热继电器。在长期工作制或间断长期工作制下，按电动机的额定电流来确定热继电器的型号及热元件的额定电流等级。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。对于正反转和通断频繁的特殊工作制电动机，不宜采用热继电器作为过载保护装置，必要时可选用埋入电动机绕组的温度继电器或热敏电阻来保护。6.热继电器图形、文字符号1.4.5速度继电器图1-24速度继电器的原理结构图

1—转轴2—转子3—定子

4—绕组5—摆锤6、7—静触点8、9—簧片

速度继电器的图形符号1.4.6固态继电器1.固态继电器的分类

按切换负载性质分，有直流型固态继电器(DC-SSR)和交流型固态继电器(AC-SSR)两种。按输入与输出之间的隔离方式分，有光电隔离型、磁隔离型和混合型三种，其中以光电隔离型为最多。AC-SSR按控制触发信号不同，可分为过零触发型和随即导通型两种。2.固态继电器的工作原理图1-26交流固态继电器的工作原理框图1)负载为感性负载时，如直流电磁阀或电磁铁，应在负载两端并联一只二极管，极性如图所示。

2)SSR工作时应尽量把它靠近负载，其输出引线应满足负载电流的需要。

3)使用电源属于经交流降压整流所得的，其滤波电解电容应足够大。3.固态继电器的使用4.固态继电器的选用1)固态继电器的选择应根据负载的类型(交流、直流)来确定，并要采用有效的过电压保护。

2)输出端要采用RC浪涌吸收电路或非线性压敏电阻吸收瞬变电压。

3)过电流保护应采用专门保护半导体器件的熔断器或动作时间小于10ms的低压断路器。

4)固态继电器对温度的敏感性很强，工作温度超过标称值后，必须降温或外加散热器。

5)切忌负载侧两端短路，以免固态继电器损坏。

6)在低电压要求信号失真小的场合，可选用采用场效应晶体管作输出器件的直流固态继电器；对交流阻性负载和多数感性负载，可选用过零触发型固态继电器，这样可延长负载和继电器的寿命，也可减小自身的射频干扰；在作为相位输出控制时，应选用随即导通型固态继电器。

7)在安装使用时，应远离电磁干扰和射频干扰源，以防固态继电器误动失控。1.5主令电器1.5.1控制按钮

1.5.2行程开关

1.5.3接近开关

1.5.4万能转换开关

1.5.1控制按钮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1.按钮的外形与结构

2.按钮的图形、文字符号1.5.2行程开关1—推杆2—动合静触点3—触点弹簧

4—动触点5—动断静触点6—复位弹簧1.行程开关的结构

2.行程开关的图形、文字符号1.5.3接近开关1.涡流式接近开关的作用和工作原理

2.接近开关的符号1.5.4万能转换开关图1-34LW5系列转换开关

1—棘轮2—滑块3—滚轮图1-35万能转换开关的图形符号与触点通断表1.6信号电器指示灯的颜色及其含义颜色含义解释典型应用红色异常情况或警报对可能出现危险和需要立即处理的情况报警电源指示；温度超过规定限制；设备的重要部分已被保护电器切断黄色警告状态改变或变量接近其极限值参数偏离正常值绿色准备、安全安全运行条件指示或机械准备起动冷却系统运转蓝色特殊指示上述几种颜色未包括的任一种功能选择开关处于指定位置白色一般信号上述几种颜色未包括的各种功能，如某种动作正常1.7开关电器1.7.1刀开关1.7.2低压断路器1.低压断路器的主要类型

2.低压断路器的主要技术参数及选用

3.低压断路器的图形符号与文字符号(1)框架式断路器

(2)塑料外壳式断路器

(3)快速断路器

(4)限流断路器

(5)漏电保护断路器2.低压断路器的主要技术参数及选用低压断路器的主要技术参数有额定电压、额定电流、通断能力、分断时间、各种脱扣器的整定电流、极数、允许分断的极限电流等。低压断路器的选用原则：主要根据被控电路的额定电压、负载电流及短路电流的大小来选用相应额定电压、额定电流及分断能力的低压断路器。3.低压断路器的图形符号与文字符号1.8熔断器1.8.1熔断器的结构和工作原理

1.8.2熔断器的类型

1.8.3熔断器的主要技术参数

1.8.4熔断器的选择与使用1.8.1熔断器的结构和工作原理熔断器的安秒特性熔断器主要由熔体（俗称保险丝）、安装熔体的熔座（或熔管）和支座三部分组成。熔断器的熔体串联在被保护电路中。

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。

1.8.2熔断器的类型1.插入式熔断器

2.螺旋式熔断器

3.封闭管式熔断器

4.自复式熔断器图1-41RC1A插入式熔断器

1—动触头2—熔丝3—瓷盖

4—静触头5—瓷座1.插入式熔断器

图1-42螺旋式熔断器外形与结构

1—瓷帽2—熔管3—瓷套4—上接

线柱5—下接线柱6—底座2.螺旋式熔断器图1-43RM10系列熔断器的外形和结构

1—夹座2—底座3—熔管4—钢纸管5—黄铜套6—黄铜帽7—触刀8—熔体3.封闭管式熔断器有填料封闭管式熔断器

1—熔断指示器2—指示器熔体3—石英砂4—工作熔体5—触刀6—盖板7—引弧栅8—锡桥9—变截面小孔

RT系列圆筒帽式熔断器的外观1.8.3熔断器的主要技术参数1.额定电压

2.额定电流

3.极限分断能力1.8.4熔断器的选择与使用1.熔断器的类型选择

2.熔断器的规格选择

3.熔断器上、下级的配合1.熔断器的类型选择应根据使用场合、线路要求等来选择熔断器的类型。电网配电一般用封闭管式熔断器；有振动的场合，如对电动机保护的主电路一般用螺旋式熔断器；控制电路及照明电路一般用插入式、无填料封闭管式或圆筒帽式熔断器；保护晶闸管等则应选择快速熔断器。2.熔断器的规格选择