电气控制与PLC工程应用电子课件第1章

EEngineeringCourseTITLEChapter01电气控制与PLC工程应用第1章常用低压电器与基本控制环节ElectricalControl&PLC工科教学课件·电气工程ENGINEERINGPLCCONTENTS02本章内容导航电气控制系统四大知识模块·从基础元件到系统级控制01低压电器基础知识电器分类与型号命名规则电磁式电器工作原理主要技术参数与选型依据02常用低压电器详解接触器结构与选型继电器类型与应用熔断器断路器主令电器03基本控制环节自锁与互锁控制正反转与顺序控制降压启动与制动控制04电气控制系统图原理图绘制原则安装图与接线图读图分析方法步骤SECTION01低压电器基础知识分类体系·电磁原理·技术参数CLASSIFICATION低压电器的定义与分类低压电器指交流额定电压≤1200V、直流≤1500V的电器设备，按用途分为配电电器和控制电器两大类，是构成电气控制系统的基础元件。配电电器：电能分配与保护1刀开关与转换开关—用于电源隔离与非频繁操作，额定电流可达数千安培，是配电柜进线端的首选隔离器件。2低压断路器—兼具短路、过载、欠压多重保护功能，脱扣特性可调，是现代配电系统中替代刀开关+熔断器的核心设备。3熔断器—利用熔体热效应实现短路保护，分断能力高但动作后需更换熔体，常作为后备保护与其他电器配合使用。控制电器：信号传递与执行1接触器—通过电磁机构实现主电路频繁通断，辅助触点用于控制回路自锁互锁，是电动机控制的核心执行元件。2继电器—根据输入信号变化自动切换触点状态，在控制回路中承担信号放大、逻辑运算与隔离功能。3主令电器—包括按钮、行程开关、万能转换开关等，由操作人员或机械运动触发，向控制系统发出指令信号。E电气工程基础FUNDAMENTALSPRINCIPLE电磁式电器的工作原理电磁式电器基于电磁感应原理工作：线圈通电产生磁通，衔铁受电磁吸力克服弹簧反力吸合，带动触点动作；失电后弹簧复位使触点恢复原始状态。电磁机构由线圈、静铁芯和动铁芯组成，线圈通电后在磁路中建立磁通，产生的电磁吸力与磁通平方成正比。短路环减振交流电磁机构因磁通交变会产生振动噪声，需在铁芯端面加装短路环形成相位差磁通来消除颤动。触点系统主触点通断大电流主电路并配灭弧装置，辅助触点用于小电流控制回路实现自锁互锁。灭弧装置对大容量电器至关重要，常用方法包括电动力吹弧、栅片灭弧、纵缝灭弧罩等。反作用弹簧提供触点分离时的复位力和闭合时的接触压力，其预紧力直接影响触点的可靠性和使用寿命。SPECIFICATIONS低压电器主要技术参数选型时必须综合考量额定电压、额定电流、使用类别、通断能力和寿命指标五大参数，其中使用类别决定了电器在不同负载条件下的实际承载能力。核心参数对照表参数名称定义与意义选型注意事项额定电压Ue电器正常工作的主电路电压等级必须≥线路最高工作电压额定电流Ie在规定条件下长期允许通过的最大电流按负载计算电流选取使用类别规定电器的适用负载类型和操作条件AC-3为鼠笼电机启停，AC-4为反接制动通断能力能可靠接通和分断的最大预期电流必须≥安装点预期短路电流机械/电气寿命无载/有载操作的循环次数频繁操作场合关注电气寿命五大参数构成选型决策矩阵SECTION02常用低压电器详解接触器·继电器·保护电器·主令电器SELECTIONMETHODELECTRICALENGINEERING交流接触器的选型方法接触器选型需遵循电压匹配、电流裕量、类别对应、线圈适配四步法，其中使用类别对应的额定电流值是选型的核心依据。01确定主回路电压等级AC380V系统选用额定绝缘电压≥690V的接触器，确保在过电压下有足够安全裕度。02根据负载类型确定使用类别鼠笼电机启停用AC-3，绕线电机用AC-2，反接制动或点动用AC-4。03按使用类别查表确定额定电流7.5kW/380V电机额定电流约15A，AC-3类别下选CJX2-1810即可。04选择线圈控制电压必须与控制回路电源一致，常见有AC220V、AC380V、DC24V三种。05校核辅助触点数量若控制回路需多组联锁或信号反馈，本体触点不够时可加装侧挂辅助触点模块。COREPRINCIPLE使用类别对应的额定电流值是选型的核心依据电压·类别·电流·线圈·触点，五步缺一不可HSECTIONSECTION03基本控制环节自锁·互锁·正反转·降压启动·制动15E电气控制CIRCUITCONTROLTEACHING顺序控制与多地控制电路顺序控制通过前级接触器的辅助触点约束后级启动条件实现设备间的工艺联锁，多地控制通过并联启动按钮和串联停止按钮实现多点操作。顺序启动控制1要求M1启动后M2才能启动时，将KM1的常开辅助触点串入KM2的启动回路实现启动顺序的强制约束。2若还要求M2停止后M1才能停止，则将KM2的常开辅助触点并联在M1的停止按钮两端使M1的停止操作无效。3顺序控制在传送带系统、冷却水系统等场景中必不可少，例如必须先开冷却泵再开主轴电机。多地控制电路1多地启动：将所有地点的启动按钮常开触点并联，任一地点按下都能接通控制回路使接触器得电。2多地停止：将所有地点的停止按钮常闭触点串联，任一地点按下都能断开控制回路使接触器失电。3大型机床、长距离传送带、多层厂房的设备通常需要两地甚至三地控制方便就近操作和紧急处置。CONTROLBRAKING三相异步电动机制动控制电气制动通过产生与旋转方向相反的电磁转矩使电机快速减速停车，常用方法有反接制动和能耗制动各有优劣。反接制动控制制动时交换电机两相电源线使旋转磁场反向产生制动转矩，制动电流约为额定电流的10倍以上必须串入限流电阻。控制电路核心是速度继电器KS：电机运行时KS触点闭合允许制动回路待命，转速降至约100r/min时KS断开自动切断制动电源。反接制动转矩大制动迅速但能量消耗大冲击强烈，适用于要求快速停车且不频繁制动的中小容量电机。PLUGBRAKING·HIGHTORQUE·HIGHIMPACT能耗制动控制制动时切断交流电源并向定子绕组通入直流电流产生静止磁场，转子切割该磁场产生感应电流和制动转矩停车平稳无冲击。控制电路由时间继电器KT控制直流电源的通断时间：按下停止按钮后直流接触器得电开始制动，KT延时到达后自动切断。能耗制动平稳能量消耗小仅为反接制动的1/10左右，但需要额外的直流电源装置制动转矩在低速时较弱。DYNAMICBRAKING·SMOOTH·LOWENERGYSection04电气控制系统图原理图·布置图·接线图·识读方法ELECTRICALCONTROLSYSTEM21E电气控制课件PRINCIPLESDRAWINGSTANDARDS电气原理图的绘制原则电气原理图是表达控制逻辑的核心图纸，绘制时必须遵循国标符号、主辅分离、展开画法和功能分区四大原则。01国标符号规范—所有图形符号和文字符号必须符合GB/T4728和GB/T7159国家标准，不得使用非标符号或自创缩写。02主辅电路分离—主电路用粗实线绘制在图纸左侧或上方，控制电路用细实线绘制在右侧或下方，两者严格分区不得混画。03展开画法—控制电路各支路垂直排列从左到右按功能分组，同一元件的线圈和触点可以分散在不同支路中。04原始状态绘制—所有触点和开关均按未通电未受力的原始状态绘制，即常开触点画断开状态、常闭触点画闭合状态。05元件明细表—图纸右上角应设元件明细表，列出所有元器件的文字符号、名称、型号规格和数量。TECHNICALELECTRICALDRAWINGS电器布置图与安装接线图布置图表达器件在控制柜内的实际空间位置，接线图表达器件间的实际导线连接关系，两者与原理图配合构成完整的施工技术文件。电器元件布置图按比例绘制控制柜面板和底板的轮廓，标注每个元器件的实际安装位置、外形尺寸和安装方式。布置原则：发热元件置于上部利于散热，重量大的元件置于下部降低重心，操作频繁的元件置于面板便于操作。强弱电分区：高压主回路器件集中在左侧或上部，低压控制回路器件集中在右侧或下部保持足够间距。电气安装接线图按实际位置绘制，每根导线标注起点和终点的端子号，是现场布线的直接依据。导线标注格式为端子号-端子号或采用线号管标记，同一根导线两端的标记必须一致。标注导线截面积、颜色代码和走线路径，大电流回路和小信号回路应分开走线避免干扰。METHODOLOGY电气控制电路的读图分析方法读图应遵循先主后辅、化整为零、集零为整的系统方法，从主电路确定用电设备和控制要求再逐一识别各环节的逻辑关系。01看主电路识别有几台电机或执行器，每台用什么方式启动、有无正反转、采用什么保护。02看控制电路以每台电机的控制回路为单位化整为零，对照已学过的基本环节逐一识别。03看联锁与保护检查各回路之间的互锁关系、行程限位、过载保护、失压保护等安全措施。04看信号与辅助回路指示灯、蜂鸣器、计数器等辅助功能通常由中间继电器或接触器辅助触点驱动。05集零为整将分散分析的各环节重新整合，从头到尾模拟一遍完整的操作流程，验证理解是否连贯。M机床电气控制CIRCUITANALYSISAnalysis典型机床电气控制电路分析以C650普通车床为例，其电气控制系统包含主轴电机正反转加反接制动、冷却泵电机顺序启动、刀架快速移动电机点动三大功能。SECTION01主轴电机控制分析主轴电机M1采用正反转控制实现车削加工的进给方向切换，正反转接触器KM1/KM2之间设有双重互锁确保安全。停车采用反接制动：按下停止按钮后速度继电器KS检测到转速高于设定值，接通反接接触器产生制动转矩。主轴电机设有电流表监测运行电流，通过电流互感器TA采样并经整流后驱动直流毫安表。SECTION02辅助电机与控制特点冷却泵电机M2必须在主轴电机M1启动后才能启动，通过将KM1的常开辅助触点串入M2的控制回路实现顺序联锁。刀架快速移动电机M3采用点动控制，由快速移动按钮SB6直接控制接触器KM5，松开即停。整个控制电路设有总停止按钮SB1和急停按钮，照明电路经变压器降压至24V安全电压供电。PRINCIPLES电气控制电路的设计原则ELECTRICALCONTROL电路设计应在满足工艺要求的前提下追求安全可靠、经济合理、操作方便和维护简单，优先采用成熟的标准环节组合。01安全性优先所有控制电路必须具备失压保护、短路保护和过载保护三重基本保护；正反转必须有互锁。02简化设计在满足功能的前提下尽量减少元器件数量和触点使用数量，能用一个接触器解决的不用两个。03避免寄生电路设计完成后必须检查是否存在非预期的电流通路，特别是多回路共用电源时的隐蔽故障。04标准化优先选用国标推荐的图形符号和文字符号，采用行业通用的电路结构和元器件型号。05可维护性元器件布置应考虑更换便利性，接线端子应有清晰的编号标识，复杂电路应附功能说明文档。CASESTUDYSELECTIONGUIDE低压电器选型综合案例分析以7.5kW/380V三相鼠笼电机为例完整演示从负载参数计算到各器件选型的全过程。7.5kW电机控制回路选型清单器件名称选型计算推荐型号规格交流接触器Ie=15AAC-3类别CJX2-1810(18A/AC-3)热继电器整定范围含15AJR36-20(14-18A)熔断器(主回路)Ifu≥1.5×15=22.5ARL1-30/25A熔断器(控制回路)控制变压器二次侧2ARL1-15/5A低压断路器In≥15AC型脱扣DZ47-63/C20/3P控制按钮启动绿/停止红LA38-11(1NO+1NC)选型结果需根据实际品牌样本校核EELECTRICALFAULTANALYSISTROUBLESHOOTING电气控制电路常见故障分析电气故障排查应遵循先观察后测量、先外部后内部、先电源后负载的原则，结合原理图逐步缩小故障范围。接触器与继电器常见故障01接触器不吸合首先检查线圈两端有无额定电压，有电压不吸合多为线圈断路或衔铁卡滞。02吸合后嗡嗡响交流接触器短路环断裂或铁芯端面脏污导致磁路气隙增大，需清洁或更换。03触点烧蚀粘连灭弧罩缺失或破损、负载电流超过触点容量、操作频率过高均会导致触点过早损坏。控制回路常见故障01电机不能启动用万用表电压档从电源端向负载端逐段测量，找到电压消失的节点即为故障点。02电机不能停止停止按钮常闭触点粘连或接触器主触点熔焊导致无法断开，前者更换按钮，后者更换接触器。03电机缺相运行三相中一相熔断器熔断或接触器一相触点接触不良，电机发出沉闷嗡声且电流异常增大。排查口诀：先观察后测量→先外部后内部→先电源后负载安全提醒：排查前务必切断电源，带电操作须持有电工证并佩戴防护装备E工科教学课件TRANSITION从继电器控制到PLC控制的过渡PLC本质上是用软件程序替代继电器-接触器的硬接线逻辑，但输入输出接口仍连接真实的低压电器。输入输出接口PLC的输入端连接按钮、行程开关、热继电器触点等主令和保护器件，输出端连接接触器线圈、电磁阀等执行器件。梯形图编程继承梯形图编程语言直接继承了继电器电路图的表达方式：常开常闭触点对应输入输出状态，自锁互锁等环节的表达方式几乎一致。主电路保持不变继电器控制改为PLC控制时主电路通常不变，只需将控制回路中的继电器逻辑替换为PLC程序，外围器件仍然保留。PLC的核心优势PLC相比继电器控制的优势在于修改逻辑只需改程序无需改接线，可实现复杂的算术运算和数据通信，可靠性高。学习衔接意义本章学习的每一个基本控制环节都会在后续PLC章节中以梯形图形式重现，现在的扎实程度直接决定了PLC编程的学习效率。SUMMARY本章知识结构总结本章构建了器件→电路→图纸三层知识体系：底层是低压电器的结构原理与选型，中层是基本控制环节的分析与设计，顶层是电气图的绘制与识读。核心知识点回顾低压电器分类与原理：按用途分为配电电器和控制电器，电磁式电器基于电磁感应原理工作，选型须综合考虑五大参数。五大类器件基础：接触器、继电器、熔断器、断路器、主令电器的结构原理和选型方法是本章的知识基础。六大基本控制环节：自锁、互锁、正反转、顺序控制、降压启动、制动是构建所有复杂电气控制