现代电气控制及PLC应用技术教辅.ppt

1、a,1,现代电器与PLC技术,教材：现代电气控制及 PLC应用技术 （第2版）,a,2,本课程的性质、内容、任务,课程性质：是一门实用性非常强的专业课 课程内容： 1）常用各种低压电器元件的组成、工作原理、选择及使用方法以及使用中的注意事项。 2）以电动机为控制对象讲解几种典型的继电接触式控制系统的基本环节；继电接触式控制系统的设计原理及设计步骤；继电接触式控制线路图的分析。 3）可编程控制器的定义、特点、分类、组成及工作原理。 4）S7-200PLC的 基础知识、基本指令及程序设计、顺序控制指令及应用、功能指令及应用；PLC的设计的设计方法及设计步骤。 课程任务：使同学们掌握一门非常实用的技

2、术、培养同学们的实际应用能力和动手能力。,a,3,要求同学们所掌握的内容,1、熟悉常用低压电器的工作原理和用途，达到正确使用和选用的目的，同时要了解一些新型元器件的用途。 2、掌握电气控制线路的基本的环节，并具备阅读和分析电气控制原理图的能力，能根据工艺要求设计简单的电气控制线路，较好的掌握电气控制线路的简单设计方法。 3、掌握可编程控制器的基本情况，深刻领会可编程控制器的工作原理。 4、掌握西门子公司生产的S7-200可编程控制器的基本指令和常用的功能指令。熟练掌握梯形图的编程方法。 5、掌握PLC控制系统的设计方法和设计步骤。,a,4,考核方法及要求,考核方式 ：必修、考试课 总成绩=（平

3、时考核+实验成绩）30%+闭卷考试成绩70% 平时考核=出勤+作业（来对大家进行考核）,a,5,第1章电气控制系统常用器件,讲解内容： 1.1 电器的基本知识 1.2 常用低压电器 1.3继电器 1.4开关电器 1.5熔断器 1.6主令电器 1.7信号电器 1.8常用执行器件 1.9常用检测仪表,a,6,1.1 电器的基本知识,1.1.1 电器定义和分类 1.定义：电器是根据外界的信号和要求，能手动或自动地断开或接通电路，断续或连续地改变电路参数，以实现对电或非电对象的切换、控制、检测、保护、变换和调节的电工机械。,a,7,2.电器的分类,电器的种类,按使用 场合分,按有无 触点分,按电器 组

4、合分,按使用 系统分,按电压 等级分,按工作 职能分,其他场合（如航空、航天）用电器,农用电器,特殊工矿用电器,混合式电器,无触点电器,有触点电器,成套电器与自动化装配,单个电器,自动化通讯系统用电器,电力系统用电器,电力拖动自动控制系统用电器,高压电器,低压电器,其他电器,自动操作电器,手动操作电器,a,8,常用低压电器的分类,接触器,交流接触器,直流接触器,继电器,电磁式继电器,热继电器,时间继电器,固态继电器,液位继电器,温度继电器,速度继电器,压力继电器,开关电器,低压断路器,刀开关,主令电器,行程开关,转换开关,接近开关,控制按钮,熔断器,管式,螺旋塞式,快速式,执行电器,电磁铁,电

5、磁阀,电磁制动器,信号电器,指示灯,蜂明器,电铃,a,9,电磁式低压电器的定义：采用电磁感应原理完成电器功能的低压电器称为电磁式低压电器。 电磁式低压电器组成： 电磁机构 触点(头) 灭弧装置（部分电器）,1.1.2电磁式低压电器的基本结构和工作原理,是对电路的通断起作用的功能性部件。,是保证触点高质量通断及保护电器安全的保护性部件。,a,10,一.电磁机构-电磁式低压电器的感测部件 组成：激磁线圈+铁心(静铁心)+衔铁(动铁心) 。 作用：将电磁能量转换为机械能量，衔铁带动触头动作使之闭合或断开，从而实现电路的接通和分断。,1.1.2电磁式低压电器的基本结构和工作原理,图1-1常用的几种电磁

6、结构,a,11,1.激磁线圈,激磁线圈的作用：将电能转换为磁场能量。 激磁线圈的分类： 按线圈在电路中的连接方式分：串联线圈 并联线圈 按通入激磁线圈的电流种类分：直流线圈、 交流线圈 直流线圈：线圈中通入的是直流电。由直流线圈组成的电磁机构叫直流电磁机构。也叫直流电磁铁。 交流线圈：线圈中通入的是交流电。由交流线圈组成的电磁机构叫交流电磁机构。也叫交流电磁铁。,a,12,1）直流电磁机构和交流电磁机构的结构特点 直流电磁铁的结构特点：铁心和衔铁用整块钢或整快铁做成，线圈直接绕在铁心上，绕成高而瘦的形状。 交流电磁铁的结构特点：铁心和衔铁用硅钢片叠成，线圈绕在骨架上，绕成短而厚的矮胖型。 2）

7、串联线圈和并联线圈的结构特点 串联线圈的结构特点：线圈的导线粗，匝数少，阻抗小。 并联线圈的结构特点：并联线圈的导线细、匝数多、阻抗大。,a,13,2）串联线圈和并联线圈的结构特点,直流电磁铁由于激磁线圈中通入的是直流电，电流的大小和方向不变，由于线圈中有电阻，所以线圈要发热，但铁心不发热，因为铁心中没有磁滞损耗和涡流损耗。所以直流电磁铁的的铁心一般用整块铜或整块铁做成，线圈没有骨架，直接饶在铁心上，与铁心直接接触，线圈一般饶成高而瘦的形状，易于散热。 涡流损耗： 什么叫涡流：涡流就是变化的磁通在整块导体中所引起的感应电流 如果把整块实心的金属块放在交变的磁场中，金属块中将产生旋涡式的感应电流

8、，称为涡流。由于整块金属电阻很小，所以涡流很大，将使铁心发热，温度升高，引起绝缘材料的绝缘性能下降，甚至破坏绝缘，造成故障。 涡流要想消灭是不可能的，但可以采取一定的措施减小。为了减小涡流，交流电磁机构的铁心用硅钢片叠成。因为硅钢片里含2-4%的硅，电导率减小，导磁性能大大提高，而且硅钢片之间彼此绝缘，把涡流流通的区域划小，相对地加大了涡流流通的路径的总长度，相当于加大了涡流的电阻。这样一般涡流将大大减小。 前面我们讲了电磁机构是电磁式低压电器的感测部分，而线圈是感测部分的主要元件，串联线圈串接在电路中，用来感测线路中电流的大小，由串联线圈组成的电磁机构是根据线圈中通过的电流大小而动作的，我们

9、不希望由于串联线圈的串入而影响整个电路的工作，它只是检测线路中电流的大小，所以串联线圈的导线粗，匝数少，阻抗小。这就是串联线圈的结构特点。 并联线圈组成的电磁机构，他的动作是根据线圈两端的电压的大小而动作的，不希望由于它的并联影响整个电路的工作，为了减少分流作用，降低对原电路的影响，所以并联线圈的导线细、匝数多、阻抗大。这就是并联线圈的结构特点。,a,14,图1-2 几种铁心和衔铁的结构形式,直流电器：衔铁沿棱角转动拍合式 交流电器：沿棱角转动的和衔铁直线运动,1)铁心和衔铁的作用：为磁通提供通道，增大磁感应强度，衔铁带动触点动作，将电磁能转换成机械能。,2）铁心和衔铁的结构：,2.铁心和衔铁

10、,a,15,3)短路环,为什么交流电磁机构要加短路环？ 短路环的加入使得工作磁路的磁通发生了什么变化？ 短路环的作用：消除振动和噪音，保证电磁机构可靠的工作。,2.铁心和衔铁（续）,a,16,a,17,1-衔铁 2-铁心 3-线圈 4-短路环 图1-3 交流电磁铁的短路环,a,18,3、反力装置,反力装置包括：复位弹簧、触点弹簧 复位弹簧的作用：激磁线圈断电后，利用复位弹簧的反力将衔铁复位，从而带动触点复位。 触点弹簧的作用：保证触点在磨损情况下，仍能良好的接触。,图1-4触点弹簧的作用,a,19,4、电磁机构的工作原理,(一)电磁机构的吸力特性 电磁机构的吸力特性的定义：电磁机构的电磁吸力与

11、工作气隙之间的关系曲线称为电磁机构的吸力特性。 电磁吸力：,式中 B: 气隙中的磁感应强度T（特斯拉） S：磁极截面积m2（米2） F：电磁吸力N（牛顿）,a,20,1-衔铁 2-铁心 3-线圈 4-短路环 图1-5 交流电磁铁的短路环,a,21,当截面积S一定时，电磁吸力F与磁感应强度的平方成正比。 又因为磁感应强度， 所以，,1）直流电磁机构的吸力特性,因为 ，式中IN为常数，所以 ，因为L= 2 所以，交流电磁机构的电磁吸力,a,22,直流电磁机构的吸力特性曲线,结论：直流电磁机构的电磁吸力，在衔铁闭合前后变化很大。 线圈中的电流在衔铁闭合前后不变，为一常数。,图1-6直流电磁机构的吸力

12、特性,a,23,2）交流电磁机构的吸力特性,因为， 所以， 因此电磁吸力F与无关，为一常数。,其中 :线圈电压， :线圈中的感应电势 :电源频率 :气隙中的磁通 :线圈匝数,a,24,激磁线圈中的电流与工作气隙 的关系,由于 ，其中 而 ，所以 将 代入上式得，,a,25,交流电磁机构的吸力特性曲线,结论:交流电磁机构的电磁吸力在衔铁闭合前后几乎不变。 交流线圈中的电流在衔铁闭合前后变化很大。,图1-7 交流电磁机构的吸力特性,a,26,问题： 1、交流电磁机构的可靠性高还是直流电磁结构的可靠性高？ 2、线圈电压为220V的交流接触器，误接入220V直流电源上；或线圈电压为220V直流接触器，

13、误接入220V交流电源上，会产生什么后果 ？为什么？ 3、带有交流电磁铁的电器如果衔铁吸合不好（或出现卡阻）会产生什么问题？为什么？,a,27,（二）电磁机构的剩磁吸力特性,定义：电磁机构的剩磁吸力与工作气隙之间的关系曲线，称为电磁机构的剩磁吸力特性。 吸力特性曲线： 与交流电磁机构的吸力特性相似,a,28,电磁机构的剩磁吸力特性曲线,图1-8 电磁机构的剩磁吸力特性,a,29,（三）电磁机构的反力特性,图1-9电磁机构的反力特性,弹簧反力:,a,30,1直流电磁铁吸力特性 2交流电磁铁吸力特性 3反力特性 4 -电磁机构的剩磁吸力特性,1,2,3,F,0,分析曲线形状 为什么？,4,图110

14、电磁机构的电磁吸力、剩磁吸力、 与电磁机构的反力之间的配合,a,31,作用:接通和分断电路。 组成：动触点、静触点。 触点接触形式：点接触、面接触、线接触,图111 触头的结构型式,二、触点,a,32,a,33,三、灭弧装置,电弧：电弧是一种气体放电现象。 气体放电：气体中有大量的带电质点作定向运动。 电弧产生的原因：高电场发射、撞击电离、热电子 发射、热游离。 电弧特点：外部有白炽弧光，内部有很高的温度和密 度很大的电流。 电弧的危害：烧损触点表面，降低电器的使用寿命,同时延长了电路的分断时间。,a,34,如何熄灭电弧：根据上述电弧产生的物理过程可知，欲使电弧熄灭，应设法降低电弧温度和电场强

15、度，以加强消电离作用。当电离速度低于消电离速度，则电弧熄灭。 灭弧装置用途：用于熄灭触头分断负载电流时产生的电弧。 灭弧原理：迅速拉长电弧；冷却和去游离法。根据上述灭弧原则，常用的灭弧装置有如下几种。 1）多断点灭弧 2）灭弧栅 3）磁吹式灭弧装置 4）灭弧罩,a,35,应用 一般交流电器中。,图112 桥式触点灭弧示意图,（1）多断点灭弧,a,36,a,37,应用 高压交流电器中。,图113灭弧栅灭弧示意图,（2）灭弧栅灭弧,a,38,应用 直流电器中。,图114 磁吹式灭弧示意图 1吹弧线圈 2绝缘套 3铁心 4引弧角 5导磁夹板 6灭弧罩 7动触头 8静触头,（3）磁吹式灭弧,a,39,

16、灭弧罩的作用： 第一点：用于降低电弧温度； 第二点：隔离各项电弧，防止因 电弧而发生相间短路。,（4）灭弧罩灭弧,a,40,接触器的定义：是利用电磁吸力频繁的远距离地接通或分断电动机电路或其他负载主电路的电磁式自动控制电器。 接触器的结构： 1.电磁机构 2.主触点和辅助触点 3.灭弧装置 4.支架和底座,1.2.1 接触器的定义、结构及工作原理,1.2 接触器,a,41,接触器触点的类型： 主触点、辅助触点 主触点的作用：用来接通或分断电动机电路或其他负载主电路。 辅助触点的作用：在控制电路中起联动作用，控制其它电器工作。,a,42,a,43,接触器的工作原理： 线圈通电后,在铁芯中产生磁通

17、,由此在衔铁气隙处产生吸力,使衔铁产生闭合动作,带动主触点闭合,接通主电路,同时衔铁还带动辅助触点动作,使原来断开的辅助触点闭合,而原来闭合的辅助触点断开。当线圈断电或线圈的电压降低到一定值时，电磁吸力消失或减弱，衔铁在反力弹簧的作用下打开，主、辅触点又恢复到原来的状态。,1.2.2 接触器的结构及工作原理,a,44,接触器的用途： 1.自动接通或断开大电流电路的电器。接触器是利用电磁吸力频繁地远距离地接通或分断电动机电路或其他负载主电路。 2.具有低电压或欠电压保护功能。接触器具有控制容量大、过载能力强、寿命长、设备简单经济等特点，是电力拖动自动控制线路中使用最广泛的电器元件。 控制对象：

18、其主要控制对象是电动机，也可用于电热设备、电焊机、电容器组等其它负载。 接触器的分类： 接触器可分为交流接触器和直流接触器两大类。,1.2.2接触器的用途及分类,a,45,a,46,触头系统：主触点、辅助触点 常开触点（动合触点） 常闭触点（动断触点） 电磁机构：铁心、衔铁，吸引线圈和反作用弹簧 灭弧装置：灭弧罩、灭弧栅灭弧、桥式触点灭弧 用途：远距离地频繁地通断交流电路或控制交流电动机的频繁起停。,1结构,一）交流接触器,a,47,用途：远距离地频繁地通断直流电路或控制直流电动机的频繁起停。 结构：电磁机构、触头系统和灭弧装置。,二）直流接触器,a,48,接触器的图形符号和文字符号,(QA)

19、,(QA),(QA),(QA),a,49,a,50,1.2.3接触器的主要技术指标,a,51,四）接触器的主要技术指标,a,52,接触器的使用类别,交流接触器使用类别： AC1：接通、分断额定电流； AC2：接通和分断4倍的额定电流； AC3：接通6倍的额定电流；分断额定电流； AC4：接通和分断6倍的额定电流。 直流接触器使用类别： DC1：接通和分断额定电流； DC3：接通和分断4倍的额定电流； DC5：接通和分断4倍的额定电流。,a,53,根据电路中负载电流的种类选择接触器的使用类别； 接触器的额定电压应大于或等于负载回路的额定电压； 额定电流应大于或等于被控主回路的额定电流。 激磁线圈

20、的额定电压应与所接控制电路的额定电压等级一致；,1.2.4接触器的选择,a,54,表1-1 接触器的常用故障及排除方法,a,55,定义(作用)：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，实现远距离控制和保护的自动控制电器。 结构组成：感测机构、输出执行机构 分类： 按用途分 ：控制继电器和保护继电器 按动作原理分：电磁式、感应式、电动式、电子式、 机械式 按输入量分：电流、电压、时间、速度、压力 按动作时间分：瞬时继电器、延时继电器,1.3 继电器,a,56,1.3.1电磁式继电器,电磁式继电器的定义:以电磁力为驱动力的继电器称为电磁式继电器。 电磁式继电器的组成：电磁结构、触点 。

21、 1）电磁机构：与接触器完全相同 2）触点 电磁式继电器的触点容量小、且容量均相同，无主触点和辅助触点之分无,也没有灭弧装置。 问题：电磁式继电器与接触器在结构上有何异同？,a,57,接触器与电磁式继电器在结构上的异同,1、相同点： 电磁机构完全相同。 2、不同点： 触点不同，电磁式继电器触点容量小，且触点容量均相同，没有主触点和辅助触点之分，无灭弧装置；接触器有主触点和辅助触点之分，有灭弧装置。,a,58,电磁式继电器的特性曲线,表示继电器特征的主要物理量： ：继电器的释放值。 ：继电器的吸合值。 ： 继电器的返回系数,继电器特性曲线：就是继电器输入与输出关系的曲线。称为继电器特性曲线。,图

22、1-15继电器的特性曲线,0,a,59,定义：触点的动作与线圈电压大小有关的继电器称 为电压继电器。 特点：线圈并联在电路中，线圈的 匝数多，导线细 结构：电磁机构、触点 分类：过电压继电器 欠电压继电器,一）电压继电器,a,60,过电压继电器的工作原理：线圈两端的电压为额定电压时，衔铁不产生吸合动作，只有当线圈两端的电压高于其额定电压的某一值时，衔铁才产生吸合动作，这种继电器叫过电压继电器。 过电压继电器作用：在线路中起过电压保护。 欠电压继电器的工作原理：当线圈两端的电压为额定电压时，衔铁吸合，只有当线圈两端的电压低于其额定电压的某一值时，衔铁才产生释放动作，这种继电器叫欠电压继电器。 欠

23、电压继电器作用：在线路中起欠电压保护。,一）电压继电器(续),a,61,电压继电器的选择 1、 根据电压继电器在电路中的作用选型，过电压保护选择过电压继电器，起低电压保护的选欠电压继电器； 2、线圈的电流种类和电压等级应与它所连接电路一致。 3、根据控制电路的要求选择触点的类型和数量。,电压继电器的图形符号和文字符号,a,62,二）电流继电器,定义：触点的动作与线圈电流大小有关的继电器称为电流继电器。 特点：线圈串接于电路中，导线粗、匝数少、阻抗小。 结构：电磁机构、触点 分类：过电流继电器 欠电流继电器,过流电流继电器,欠流电流继电器,a,63,过电流继电器的工作原理：线圈中的电流为额定电压

24、时，衔铁不产生吸合动作，只有当线圈中的电流高于其额定电流的某一值时，衔铁才产生吸合动作，这种继电器叫过电流继电器。 过电流继电器作用：在线路中起过电流保护。 欠电流继电器的工作原理：当线圈中的电流为额定电流时，衔铁吸合，只有当线圈中的电流低于其额定电流达到某一值时，衔铁才产生释放动作，这种继电器叫欠电流继电器。 欠电流继电器作用：在线路中起欠电流保护。,二）电流继电器(续),a,64,电流继电器的选择 1.根据电流继电器在电路中的作用选型，过电流保护选择过电流继电器，起欠电流保护的选欠电流继电器； 2.线圈的电流种类和电压等级应与它所连接电路一致; 3.根据控制电路的要求选择触点的类型和数量。

25、,电流继电器的图形符号和文字符号,a,65,中间继电器实质上是一种电压继电器，结构和工作原理与接触器相同。但它的触点数量较多，作用：在电路中主要是扩展触点的数量；将信号放大。,三）中间继电器,a,66,中间继电器的图形符号和文字符号:,中间继电器,中间继电器的选择,1、触点数量及种类应满足所控制电路的要求 2、线圈电压应与控制电路的电压一致 3、触点的额定电流应与所控制的电器的额定电 流一致。,a,67,热继电器定义：热继电器是随过载程度而改变动作时间的一种电器。 作用：电动机起过载保护。 电动机的过载特性：电动机在不超过允许温升条件下，电动机的载电流与其通过的时间关系，称为电动机的过载特性。

26、 电动机的过载特性曲线：,图1-19电动机的过载特性曲线,1.3.2热继电器,a,68,热继电器的保护特性：热继电器中通过的过载电流与热继电器动作时间的关系，称为热继电器的保护特性。,电动机的过载特性,热继电器的保护特性,t,2,t1,t2,1-20热继电器的保护特性曲线,1.3.2热继电器（续）,a,69,利用双金属片受热弯曲去推动杠杆使触头动作,利用电阻值随温度变化而变化的特性制成,利用过载电流发热使易熔合金熔化而使继电器动作,1.3.2热继电器（续）,型式：双金属片式,热敏电阻式,易熔合金式,热继电器的分类 按极数分：单极、两极、三极,按发热元件的材质分：,双金属片式热继电器的组成:发热

27、元件电阻 感测元件双金属片 触点,热继电器没有电磁机构所以它不是电磁式低压电器,下面我们就看发热元件如何把热量传给双金属片的,a,70,双金属片的受热方式,热继电器中产生热效应的发热元件，应串接于电动机电路中，这样，热继电器便能直接反映电动机的过载电流。热继电器的感测元件，一般采用双金属片。 图1-16双金属片工作原理 图1-17双金属片的受热方式 （a）受热前；（b）受热后 （a）直接受热式 （b）复合受热式 (c)间接受热式 （d）电流互感器受热式,1.3.2热继电器（续）,a,71,1.3.2热继电器（续）,图1-18双金属片式热继电器原理示意图,注意:使热继电器动作的热量一定是负载电流

28、产生的。,a,72,图1-21带断相保护的热继电器,带断相保护的热继电器,a,73,热继电器接入电动机定子电路方式,1.3.2热继电器（续）,图1-22热继电器在电动机定子电路中的接线方式,a,74,热继电器的电器符号：,1.3.2热继电器（续）,（BB）,（BB）,（a）热元件,（b）常闭触点,图1-23热继电器的图形和文字符号,a,75,热继电器的选择： 1、原则上热继电器的额定电流等于电动机的额定电流。对于过载能力较差的电动机，其配用的热继电器的额定电流可适当小些，通常选取热继电器的额定电流为电动机额定电流的60%-80%。 2、在不频繁启动的场合，要保证热继电器在电动机启动过程中不产生

29、误动作。一般当电动机启动电流为额定电流的6倍，启动时间不超过6秒且很少连续启动时可按电动机的额定电流选取热继电器。 3、定子绕组为三角形接法的电动机应采用带断相保护的热继电器。 4、当电动机为重复短时工作制，要注意热继电器的允许操作频率。,1.3.2热继电器（续）,a,76,热继电器在电路中可以起短路保护吗?为什么? 答:不可以.因为热继电器是利用电流的热效应原理和发热元件的热膨胀原理设计的,由于发热元件的热惯性,所以热继电器在电路中只能起过载保护,不能起短路保护。,1.3.2热继电器（续）,a,77,1.3.3温度继电器,定义：依据温度动作的继电器叫温度继电器。 作用：对电动机起“全热保护”

30、。 温度继电器的类型： 双金属片式温度继电器 热敏电阻式温度继电器 双金属片式温度计电器的主要结构 双金属片：为温度继电器的感测元件； 触点：为温度继电器的执行元件。,a,78,温度继电器的选择,温度继电器的动作温度的选择:根据电动机的绝缘等级选择. 双金属片式温度继电器的动作温度等级:500C、600C、 700C、 800C、 900C、1050C、 1150C、 1250C、 1350C、 1450C、 1650C。 双金属片式温度继电器的返回温度：一般比动作温度低于5400C。,1.3.3温度继电器（续）,a,79,温度继电器的电器符号:,120rpm 复位转速：100rpm,1.3.

31、5速度继电器,a,85,定子-由硅钢片迭成笼型空心圆环套在转子上，装有鼠笼型短路绕组。,符号,转子-圆柱形永久磁铁，固定在转轴上,1.3.5速度继电器(续),图124 速度继电器的原理示意图,结构：转子、定子和触头,a,86,图125 速度继电器的原理示意图 1转轴 2转子 3定子 4绕组 5摆锤 6、9簧片 7、8静触头,1 2 3 4 5 6 7,9 8,a,87,图126 速度继电器的原理示意图 1转轴 2转子 3定子 4绕组 5摆锤 6、9簧片 7、8静触头,a,88,图127 速度继电器的电器符号,a）转子 b）常开触点 c）常闭触点,n,KS（BS）,n,KS（BS）,KS（BS）

32、,1.3.5速度继电器(续),a,89,1.3.6液位继电器,作用：控制液体的高度 结构1：浮筒、触点 结构2:传感器、控制执行机构 传感器-导线 控制执行机构-继电器 液位继电器的图形符号和文字符号：,缺点:浮筒经常坏,a,90,压力继电器,1.3.7压力继电器,作用：检测各种气体或液体的压力变化，并发出信号，实现对压力的检测和控制。 压力继电器的图形符号和文字符号：,a,91,1.4开关电器,1.4.1刀开关 刀开关主要的结构:操作手柄、触刀、触点座、底座 刀开关的类型： 按级数：单极、双极和三级 按操作方式：直接手柄操作式、杠杆操作机构式、旋转操作式和电动操作机构式,（QB）,a,92,

33、1.4开关电器,1.4.1刀开关（续） 主要作用：隔离电源，保证电气设备安全检修。 1.开关板用刀开关（不带熔断器式刀开关） 作用：隔离电源、保证电气设备安全检修。 结构图和电器符号 ：,（QB）,a,93,2.带熔断器式刀开关隔离电源，保证电气设备安全检修,并起短路保护。,1.4.1刀开关（续）,QS（QB）,a,94,3. 刀开关类型,1.4.1刀开关（续）,a,95,刀开关使用时注意事项：,1、安装时应垂直安装，合闸时操作手柄向上，不得倒装或平装。 2、接线时，电源线接在进线座，而负载接在出线座。 3、一般情况下刀开关不带负载操作，若带负载操作，分合闸时动作一定要迅速。,1.4.1刀开关

34、（续）,a,96,刀开关的选择,1、刀开关的额定电压应等于或大于线路的额定电压。 2、 刀开关的额定电流应等于或大于电路的额定电流。,a,97,主要功能： 1.可用来接通和分断负载电路，也可用来控制不频繁起动的电动机。 2.隔离电源、 3. 具有短路保护和过载保护功能同时还具有欠电压或失压保护功能。 特点：操作安全，分断能力较高。 分类：框架式（万能式）和塑壳式（装置式） 结构：触点系统、灭弧装置、各种脱扣器。,1.4.2 低压断路器（又称自动空气开关）,a,98,脱扣器的种类： 过电流脱扣器 过电流继电器 热脱扣器 热继电器 失压脱扣器 欠电压继电器 分磁脱扣器 远距离分闸操作,1.4.2

35、低压断路器（续）,a,99,图1-29塑壳式低压断路器原理图,1主触头 2自由脱扣器 3过电流脱扣器 4分励脱扣器 5热脱扣器 6失压脱扣器 7按钮,线路短路或严重过载保护,远距离跳闸，对电路不起保护作用,线路过载保护,电动机的失压保护,1.4.2 低压断路器（续）,a,100,图1-30断路器的工作原理,L1 L2 L3,主触头,自由脱扣机构,过电流脱扣器,分励脱扣器,热脱扣器,欠电压脱扣器,按钮,a,101,1.4.2 低压断路器（续）,a,102,图131 低压断路器的图形符号和文字符号符号,1.4.2 低压断路器（续）,低压断路器的图形符号和文字符号：,a,103,低压断路器的选择：,

36、1、低压断路器的额定电压和额定电流应等于或大于线路或设备的正常工作电压和工作电流。 2、热脱扣器的整定电流应与所控制的负载电流一致。 3、欠压脱扣器的额定电压应等于线路的额定电压。 4、过电流脱扣器的额定电流应大于或等于线路中的最大负载 电流。 对于单台电动机： ：为电动机的启动电流； 对于多台电动机： ：为最大的启动电流； ：其中电动机的额定电流之和,1.4.2 低压断路器（续）,a,104,低压断路器使用注意事项：,1、低压断路器在投入使用之前。按照要求整定热脱扣器和过电流脱扣器的动作电流。 2、安装时，应把来自电源的母线接到带灭弧侧的端子 上，来自电器设备的母线接到另外一侧端子上。 3、

37、在正常情况下，每6个月应对开关进行一次检修， 清除灰尘。 4、因电路发生短路故障跳闸后，应立即对触点进行清 理，检查触点有无熔焊，清除熔焊的小的金属颗 粒，粉尘等。,1.4.2 低压断路器（续）,a,105,作用：短路和严重过载保护 应用：串接于被保护电路的首端 优点：结构简单，维护方便，价格便宜，体小量轻 熔断器的主要结构：熔断管(盖、座) 、熔体 熔体的作用：感测元件 、执行元件。 熔断管(盖、座)的作用：安装熔体、熔体熔断时起灭弧 作用。 分类：,1.5 熔断器,a,106,瓷插式熔断器,螺旋式熔断器,a,107,有填料式熔断器,无填料密封式熔断器,a,108,有填料式熔断器,无填料密封

38、式熔断器,a,109,快速熔断器,自恢复熔断器,a,110,熔断器的保护特性曲线：是指熔断器熔体的熔化电流与熔化时间的关系曲线。,：熔体的额定电流 ：熔体最小熔断电流 ：熔化系数,1-32熔断器的保护特性,熔体的额定电流：熔体长期通电而不会熔断的最大电流。 熔化系数:表征熔断器保护小倍数过载时灵敏度的指标。,1.5 熔断器（续）,a,111,熔断器的主要参数： 1 额定电压：指熔断器长期工作时和分断后能够承受的电压值。 2 额定电流：指熔断器长期工作时，设备部件温升不超过规定值时所能承受的电流。 3 极限分断能力：是指熔断器在规定的额定电压和功率因数（或时间常数）的条件下，能分断的最大电流值，

39、在电路中出现的最大电流值一般是指短路电流值。,1.5 熔断器（续）,a,112,熔断器的选择： 1、选择熔断器的类型 2、选择熔体的额定电流 （1）用于保护照明或电热水器的熔断器：Ire Ie （2）用于保护单台长期工作的电动机的熔断器：Ire(1.5-2.5) Ie （3）用于保护频繁启动电动机的熔断器：Ire(3-3.5) Ie （4）用于保护多台电动机的熔断器：Ire(3-3.5) Ie,max+Ie Ie,max：为多台电动机中容量最大的一台电动机的额定电流， Ie ：为其余电动机额定电流之和。 (5)为了防止越级熔断,上、下级（即供电干、支线）熔断器间应有良好的配合，应使上一（供电干

40、线）熔断器的熔体额定电流比下一级（供电支线）大1-2个级差。 3、熔断器额定电流应等于或大于所安装熔体的额定电流。 4、熔断器额定电压应等于或大于所保护线路的额定电压。,1.5 熔断器（续）,a,113,FU（FA）,熔断器的图形符号和文字符号,熔断器的图形符号和文字符号：,1.5 熔断器（续）,a,114,熔断器的常见故障：,1、熔断器的熔体频繁熔断 a、负载太重； b、负载正常但熔体的额定电流选择太小； c、熔体安装时受损 。 2、熔体未断，但电路不通 a、熔断器进线或出线端没有接好； b、熔体本身接触不良。,1.5 熔断器（续）,a,115,定义：用于自动控制系统中发送和转换控制命令的电

41、器，例如按钮、行程开关、万能转换开关等。 分类：控制按钮 万能转换开关 主令控制器 行程开关 接近开关,1.6 主令电器,a,116,1.6.1控制按钮,控制按钮:是用人力操作,并且有贮能复位弹簧的主令电器。,图1-33按钮的结构示意图,图中 1、2是常闭触点 3，4是常开触点 5是复位弹簧 6是按钮帽,a,117,图134 按钮结构示意图,a,118,1.6.1控制按钮（续）,按钮的类型： 按结构分:紧急式按钮、钥匙式按钮（选择开关） 、旋转式按钮（选择开关）、保护式按钮等 按用途分：防爆式、指示灯式、保护式、防腐式、防水式,a,119,1.6.1控制按钮（续）,a,120,按钮的选择：,a

42、、根据使用场合选择按钮的类型； b、按钮的额定电压和额定电流应与所 控制的电路一致； c、根据所控制的回路数来选择按钮的 常开触点和常闭触点数量； d、根据按钮在控制电路中的用途选择 按钮的颜色。,1.6.1控制按钮（续）,a,121,按钮的颜色和含义,1.6.1控制按钮（续）,a,122,1.6.1控制按钮（续）,按钮的图形符号和文字符号：,图1-35控制按钮的图形符号和文字符号,a,123,按钮使用时的注意事项：,a、使用时注意保持按钮的清洁，避免油污及水进入按钮内部，因为触点的间距小，易发生短路现象。 b、塑料盒按钮一定注意散热，因为塑料盒按钮工作于高温场所或内装示灯，发热较为严重，容易

43、使塑料盒变形。 c、触点引线上一般套上塑料管，以防松动短路。,1.6.1控制按钮（续）,a,124,定义:是一种多档位、控制多回路的主令电器。 作用：用于各种配电装置的电源隔离、电路转换、电动机远距离控制等，也常作为电压表、电流表的换相开关,.还可控制小容量的电动机。 结构：操作机构、定位装置、触点,1.6.2 转换开关,a,125,1.6.2 转换开关（续）,转换开关的结构 （如图）,a,126,1.6.2 转换开关（续）,a,a,128,图 1-36万能转换开关一层触点示意图,a,129,图1-36 主令控制器的结构示意图,a,130,转换开关的图形符号和文字符号的表示法： 画 “” 标记

44、法： 接通表表示法：,1.6.2 转换开关（续）,SA （SF）,SA （SF）,a,131,万能转换开关的符号及触头通断表,a,132,转换开关的选择： 1、转换开关的额定电压和额定电流不小于它所控制线路的额定电压和额定电流。 2、根据操作要求选择操作手柄的类型 是选择带指示灯的还是选择钥匙的等。 3、根据所控制的电路选择触点的类型和数量。,1.6.2 转换开关（续）,a,133,定义：是利用生产机械的某些运动部件的 碰撞发出控制命令的主令电器。 作用：主要用来控制生产机械的运动方 向、速度、行程大小或位置。 行程开关的类型:直动式、滚动式、微动 式,1.6.3 行程开关-限位开关,a,13

45、4,1.6.3 行程开关,a,135,1.6.3 行程开关,a,136,行程开关的结构:,1 直动式行程开关 图1-37直动式行程开关结构 1顶杆；2弹簧；3常闭触点；4触点弹簧；5常开触点,2 滚轮式行程开关 图1-38滚轮式行程开关结构示意图 1滚轮；2上轮臂；3，5，11弹簧；4套架；6，9压板；7触点；8触点推杆；10小滑轮,a,137,行程开关的结构:,图1-40微动式行程开关结构示意图 1推杆；2弯形片状弹簧；3常开触点；4常闭触点 5复位弹簧,3 微动式行程开关,a,138,图141 行程开关的图形符号和文字符号 a）常开触头 b）常闭触头,SQ（BG）,a） b）,SQ（BG）

46、,1.6.3 行程开关（续）,行程开关的图形符号和文字符号：,a,139,行程开关的选择：,a、根据使用场合确定行程开关的类型； b、根据行程开关的用途选择行程开关触 点的类型和数量； c、根据行程开关所控制的电路的电压和 电流选择行程开关的额定电压和额定电流。,1.6.3 行程开关（续）,a,140,行程开关使用注意事项：,1、安装必须牢固。 2、安装位置必须准确，安装位置最好可调整。 3、设计时应注意，平时行程开关不处于受外力作用的状态，而应处于释放状态。,1.6.3 行程开关（续）,a,141,1.6.4接近开关-非接触式行程开关,接近开关定义：当某种物体与之接近到一定 距离时就发出动作

47、信号的主令电器称为接近开关。 作用：主要用来控制生产机械的运动方向、 速度、行程大小或位置。 接近开关的分类： 按动作原理分：高频震荡型 、电容型、光电型、 霍尔型、电磁感应型及超声波型 按输出形式：两线、三线、四线 按工作电压：交流、直流,a,接近开关,a,143,各种接近开关的用途：,高频震荡型：用于检测各种金属。 电容型：用于检测各种导电和不导电的 液体和金属。 霍尔型：用于检测磁场及磁性金属。,1.6.4接近开关,高频震荡型的结构：电感高频震荡器、放大电路、输出电路 电容型：电容高频震荡器、放大电路、输出电路 霍尔型：霍尔元件、放大电路、输出电路,a,144,1.6.4接近开关（续）,

48、(a)常开触点,(b)常闭触点,图145 接近开关的图形符号和文字符号,a,145,1.6.5光电开关,作用：主要用来控制生产机械的运动方向、 速度、行程大小或位置。 接近开关的分类： 直接反射式、镜面反射式、对射式、光纤式 优点：寿命长、精度高、响应迅速快、检测距离远等。,光电开关的图形符号和文字符号：,a,146,1.6.4光电开关（续）,a,147,1.6.4光电开关（续）,1、直接反射式 反射式光电开关是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当被检测的物体经过时将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。当被检测的物体表面光亮或其反光率极高时，直接反射式

49、的光电开关是首选的检测模式,2、镜面反射式光电开关 反射式光电开关是一种集发射器和接收器于一体的传感器，光电开关发射器发出的光线经过反射板，反射回接收器，当被检测的物体经过且完全阻断光线时，光电开关就产生了开关信号。,a,148,1.6.4光电开关（续）,3、对射式光电开关 对射式光电开关包含在结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接收器。发射器发出的光线直接进入接收器当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时，光电开关就产生开关信号，当被检测物体不透明时对设式光电开关是可靠的检测模式。,4、光纤式光电开关 光纤式光电开关采用塑料或玻璃光纤传感器来引导光线，以实现被检测物体远距离检测。通常

50、光纤传感器分为对射式和漫反射式。,a,149,光纤导线,保护外套,阻光层,反射层,传输层,1.6.4光电开关（续）,a,150,1.6.4光电开关（续）,光纤导线工作中，光信号的反射过程。,a,151,1.7信号电器,作用：用来对电气控制系统中的某些信号的状态、报警信息等进行指示。 类型：指示灯、电铃、蜂鸣器 图形符号和文字符号：,指示灯,电铃,蜂鸣器,a,152,1.8常用执行器件,定义：能够根据控制系统的输出控制逻辑要求执行动作命令的器件称做执行器件。 1.1.8电磁执行器件 类型:电磁铁 电磁阀 电磁制动器,a,153,1.8常用执行器件,1.电磁铁 定义:内部带有铁心的、利用通有电流的

51、线圈使其像磁铁一样具有磁性的装置叫做电磁铁 组成:铁芯、线圈、衔铁 类型：按其线圈电流的性质可分为直流电磁铁和交流电磁铁； 按用途不同可分为牵引电磁铁、制动电磁铁、起重电磁铁及其他类型的专用电磁铁。,a,154,电磁铁（续）,a,155,电磁铁（续）,a,156,1.8常用执行器件,2.电磁阀 作用:控制流体的方向、流量、速度和其他参数的自动控制器件。 组成:线圈、阀芯、阀体 类型：按结构和工作原理可：直动式、分步直动式、先导式 直动式：线圈得电，阀门打开，线圈断电，阀门靠复位弹簧的反力关闭。 先导式：通电时，电磁力把先导孔打开，上腔室压力迅速下降，在关闭件周围形成上低下高的压差，推动关闭件向

52、上移动，阀门打开；断电时，弹簧把先导孔关闭，入口压力通过旁通孔迅速进入上腔室在关阀件周围形成下低上高的压差，推动关闭件向下移动，关闭阀门。 分步直动式：当入口与出口压力差小于等于0.05MPa,线圈通电,电磁吸力直接将先导小阀和主阀关闭件依次向上提起,阀门打开。当入口与出口压力差大于等于0.05MPa，通电时，电磁力打开先导小阀，主阀上腔压力下降，下腔压力升高，利用压差将主阀向上推开，断电时，先导小阀和主阀利用弹簧力和介质压力推动关闭件，向下移动，使阀门关闭。,电磁阀是用来控制流体的自动化基础元件，例如：控制液体或气体的流向、方向、速度的,a,157,部分电磁阀在气路或油路中的表示方式：,2.

53、电磁阀（续）,两位两通,两位三通,两位四通,两位五通,三位四通,三位五通,a,158,部分电磁阀在气路或油路中的控制方式：,2.电磁阀（续）,汽车ABS系统用到的三位三通电磁阀,a,159,部分电磁阀简单应用举例：,2.电磁阀（续）,汽车ABS系统制动过程中趋于抱死时的减压过程,a,160,3、电磁制动器 作用：快速使旋转的运动停止。 类型：电磁离合器、电磁 抱闸 1）电磁离合器组成： 连接轴、动摩擦片、静摩擦片、线圈、铁芯、衔铁、复位弹簧 工作原理：,a,161,2）电磁抱闸,电磁抱闸的组成：闸瓦、闸轮、电磁铁 电磁抱闸的类型：断电制动型、通电制动型 断电制动型工作原理：当线圈得电时，闸瓦与

54、闸轮分开，无制动作用，当线圈失电时，闸瓦将紧抱闸轮进行制动。 通电制动型工作原理：当线圈断电时，闸瓦与闸轮分开，无制动作用，当线圈通电时，闸瓦将紧抱闸轮进行制动。,a,162,电磁执行器的图形符号和文字符号：,（a）电磁铁,（b）电磁阀,（c）电磁制动器,MB,MB,MB,a,163,l-1接触器的主要结构有哪些？交流接触器和直流接触器如何区分？ l-2交流电磁线圈误接入直流电源，直流电磁线圈误接入交流电源，会发生什么问题?为什么? l-3继电器和接触器有何区别? l-4电压、电流继电器各在电路中起什么作用?它们的线圈和触点各接于什么电路中? l-5位置开关在生产机械中起什么作用？怎样选择位置

55、开关？ l-6中间继电器的作用是什么？中间继电器与接触器有何异同？ 1-7低压断路器有什么作用？具有哪些脱扣装置？分别说明其功能。,习题与思考题,a,164,l-8电动机的起动电流很大，当电动机起动时，热继电器会不会动作?为什么? l-9既然在电动机的主电路中装有熔断器，为什么还要装热继电器?装有热继电器是否就可以不装熔断器?为什么? 1-10空气阻尼式时间继电器的类型及工作原理?,a,165,2.如果将交流电磁线圈误接入直流电源，由于交流电磁线圈的内阻很小，所以会产生很大电流，使线圈烧毁；如果误将直流线圈接入交流电源，由于直流线圈的内阻较大，再加上线圈的感抗，使电流减小，导致电磁吸力减小，使

56、接触器不能可靠工作。 3.接触器主要是用于一次回路的，可以通过较大的电流（可达几百到一千多A），继电器是用于二次回路的只能通过小电流（几A到十几A），实现各种控制功能 ,一个就是是为直接控制电器设备强调大电流通短可靠性触电不烧结，一个是为了控制继电器或其他辅助设备（灯光阀体之类的），,a,166,4电压继电器：过压保护，线圈并接在要保护的电压两端监视电压，当电压高于预定值时动作，其触点切断该电源的输入启动电路，使该电源停止供电； 电流继电器：过流保护，线圈串联在要保护的电路中监视电流，当电流高于预定值时动作，其触点切断该电源的输入启动电路，使该电源停止供电。 以上是常用的过压和过流的保护，也有

57、欠压或欠流保护的，它们也是监视电压和电流，当电压或电流小于预定值时动作，切断相应的电源输入。 当然也有并非是保护作用的，而是当电压或电流达到预定值时动作，其触点用来带动相应的电路动作，达到某种电路动作的。,a,167,6.它用在复杂控制系统中触点数量不够 或需要加大控制信号的场合 工作原理一样，工作的形式不同。 中间继电器相对于接触器来说，动合动断的触点数比接触器要多一些，主要用于小电流的信号转换，不参与对主回路的直接控制。 接触器主要应用在主回路中，它的工作状态由中间继电器或其他控制因素来决定。触点负荷能力相对要大些。 8.一般不会，虽然电动机启动电流很大,但电动机的启动时间很短，在热继电器动作之前，电动机就启动正常了，电流也就下来了，故不会使按电动机额定电流整定的热继电器动作。,a,168,9.熔断器和热继电器的作用各不相同，在电动机为负载的电路中，熔断器是一种广泛应用