电气控制与PLC.ppt

1、电气控制与PLC,参考教材： 电气控制与PLC应用陈建明主编 电子工业出版社,主讲：张鸿恺,一、内容提要 1、电气控制的基本概念、理论基础、基本方法 2、电气控制系统的组成、基本结构及器件 3、传统控制与现代控制的异同点 4、设计原则、方法、技能与安全意识,二、重要性与意义 是从事自动化、智能化技术人员的必备基础 是从事控制工程现场作业的基本技能,三、课程重点 控制实现的方式方法与技能(包括控制理念、设计思想、基本步骤、器件及其电路组成等)。,四、学习方法 1. 控制的要素：安全素养+(器件+电路)目的(标) 2. 基础知识掌握+学会用脑分析+融类旁通。,参考书目： 电气控制与可编程控制器应用

2、 吴晓君 杨向明主编 中国建筑工业出版社 2004年 电气控制与PLC 孙平主编 高等教育出版社 2004年 新一代可编程计算机控制器技术 齐 蓉编著 西北工业大学出版社 2000年 可编程控制器应用技术与实例 袁任光编著 华南理工大学出版社 1997年 电气控制与PLC 程周主编 电子工业出版社 2003年 现代电气控制及PLC应用技术王永华主编 北京航天航空大学出版社2003年,名词释疑 1、控制：为得到某种结果而施加的某种技术措施或手段所产生的作用。 2、电气控制：用电力的办法实现对设备或系统的各种工作状态的控制，以满足用户需求。 3、电气控制技术：面向工程实际，着重解决工程中电气控制所

3、遇到的各种问题，实现对设备或系统各种工作状态控制的技术保障与措施。 4、自动化：在没有人的直接干预下，通过一定的技术、装置，按预定规则，就能达到预期目标从而提高效率的过程。,5、PLC：一种数字式，应用计算机技术的自动控制装置。 6、系统：相关元素有机组合的整体。 7、网络：无边际的系统； 扩大了的系统； 信息节点之间的通信链路（Link）。 8、设备：从事生产活动的机械装置； 系统的具体表现形式。 9、电路：设备的动力部分（通路）； 系统中一个有特定内涵、不可或缺的分支。,第一章 常用低压电器,第一节 低压电器的基本知识,第三节 控制继电器,第二节 接触器,第四节 熔断器,第五节 开关电器,

4、第六节 主令电器,本章小结,本章作业 P36 ： 2、4、5、6、10、12、13,第一节 低压电器的基本知识,一、电器 在电路中，实现电量与非电量之间的转换、控制、保护、调节、检测等功能的器件或装置。 二、分类 按工作电压等级分：以AC1200V、DC1000V为界，有高压电器、低压电器 按电源性质分：直流电器、交流电器 按电器的动作方式分：手动电器和自动电器 按电器的用途分：开关、主令、控制、保护和执行电器,第一节 低压电器的基本知识,按有无触点分：有触点电器和无触点电器 按工作原理分：电磁式电器和非电量控制电器 按电器功能分：控制电器和配电电器 按使用环境分：工业、农业、船舶、军用、特种

5、电 器等,三、低压电器特点,量多面广，结构各异 大多数为电磁式电器，原理相同，组成相近,感受部分(检测部分) 电磁电器的电磁系统 执行部分 电磁电器的触点系统,第二节 接触器,一、属性,频繁通断交直流回路和大容量控制电路。,二、用途,是电气控制中最常用、最主要的自动切换电器。,电磁式电器； 具有低压释放保护功能； 适用于频繁操作、远距离或自动控制。,三、特点,第二节 接触器,四、结构和工作原理,接触器是利用电磁吸力的原理工作的。接触器主要由电磁系统、触头系统和灭弧装置组成，结构简图如图1-1所示。,图1-1 接触器结构简图 1主触头 2常闭辅助触头 3常开辅助触头 4动铁心 5电磁线圈 6静铁

6、心 7灭弧罩 8弹簧,第二节 接触器,线圈加额定电压， 通入电流，产生磁场， 铁芯、衔铁和气隙形成 回路，产生电磁力，将 衔铁吸向铁芯，常闭触 头断开，常开触头闭合； 线圈电压消失，触头恢 复常态。,第二节 接触器,1.电磁系统 电磁系统组成 电磁系统包括三部分：动铁心（衔铁）、静铁心、电磁线圈。 电磁系统的三种铁心形状：U型（C型）、E型、O型（环形）。 电磁系统电磁线圈两类：直流线圈、交流线圈。,第二节 接触器,图1-2 接触器电磁系统的结构图 a)衔铁绕棱角转动拍合式 b)衔铁转轴转动拍合式 c)衔铁直线运动螺管式,第二节 接触器,(2) 吸力特性 电磁系统的电磁吸力与气隙的关系曲线称为

7、吸力特性。吸力特性随励磁电流的种类(交流或直流)，励磁线圈的连接方式(并联或串联)不同而不同。电磁吸力可近似地按下式求得 F4105B2S 式中，F为电磁吸力，B为气隙磁感应强度，S为铁心截面积。 当铁心截面积S为常数时，电磁吸力F与B2成正比，也可认为F与气隙磁通2成正比,即F2 。励磁电流,第二节 接触器,的种类对吸力特性有很大影响，因此下面对交、直流电磁机构的吸力特性分别讨论。 交流电磁机构的吸力特性 设线圈外加电压U不变，交流电磁线圈的阻抗主要决定于线圈的电抗，电阻忽略不计，则 当电压频率f、电磁线圈的匝数N和相线圈外加电压U为常数时，气隙磁通也为常数，则电磁吸力也为常数，即F与气隙大

8、小无关。实际上，考虑到漏磁通的影响，其电磁吸力F随气隙的减小略有增加。,第二节 接触器,直流电磁机构的吸力特性 因线圈外加电压U和线圈电阻不变，流过线圈的电流I也为常数，即不受气隙变化的影响，根据磁路定律=IN/Rm1/Rm，式中Rm为气隙磁阻，则F 2 1/R2m 1/ 2，即电磁吸力F与气隙的平方成正比。 (3) 反力特性 电磁系统的反作用力与气隙的关系曲线称为反力特性。反作用力包括弹簧力、衔铁自身重力、摩擦阻力等。,第二节 接触器,(4) 反力特性与吸力持性的配合 为了保证使衔铁能牢牢 吸合，反力特性必须与吸力 特性配合好，如图1-3所示。,图1-3 吸力特性与反力特性的配合 1直流电磁

9、铁吸力特性 2交流电磁铁吸力特性 3反力特性,2.触头系统 触头是接触器的执行部件，用来接通或断开被控电路。 类型 材料 一般采用铜材料制成；对于小容量电器常 用银质材料制成。 主触头 分类 辅助触头,桥式触头,指形触头,第二节 接触器,3.灭弧系统 电弧 危害 延长了切断故障的时间； 高温引起电弧附近电气绝缘材料烧坏； 形成飞弧造成电源短路事故。 灭弧措施 吹弧 拉弧 栅片灭弧 多断口灭弧 利用介质灭弧 改善触头表面材料,第二节 接触器,第二节 接触器,五、交直流接触器特点,接触器按其主触头所控制主电流的种类可分为交流接触器和直流接触器两类。 1.交流接触器 交流接触器线圈通以交流电，主触头

10、接通、分断交流主电路。,交流接触器结构图,绝缘支架,静铁芯,吸引线圈,灭弧罩,主触头,动铁芯,辅助常开触点,第二节 接触器,辅助常闭触点,(1) 单相交流电磁机构特性 原因 iImSint i=mSint f2FmSin2t 当 i=0 时： =0； f =0 因而，电磁机构在工作时 会产生振动和噪声。,第二节 接触器,第二节 接触器, 解决办法 在单相交 流电磁铁铁芯 的端面嵌装一 个自成回路的 金属环，也称 分磁环或短路 环。,结论： 单相交流电磁机构中，由于短路环的存在，产生了时间上不同时为零的两相磁通，在电磁机构通电期间，电磁吸力始终大于弹簧反力，使衔铁牢牢吸合，消除了振动与噪音。,第

11、二节 接触器,i,注： i 系2 产生的感应电流 系 i产生的感应磁通 Fx f1+f2,第二节 接触器,2. 直流接触器 直流接触器线圈通以直流，主触头接通、切断直流主电路。 对于250A以上的直流接触 器往往采用串联双绕组线圈。 在电路刚接通瞬间，保持 线圈被常闭触头短接，可使起 动线圈获得较大的电流和吸力。 当接触器动作后，常闭触头断开，两线圈串联通电，由于电源电压不变，所以电流减小，但仍可保持衔铁吸合，因而可以节电和延长电磁线圈的使用寿命。,图1-11 直流接触器双绕组线圈接线图,第二节 接触器,六、分类,直流,交流,单极,双极,三极 适用于一般常规控制,四极 适用于单相双控回路,五极

12、 适用于多速电机控制或 自耦降压调速起动。,接触器,七、图符,第二节 接触器,八、型号意义,第二节 接触器,1.额定电压,2.额定电流,3.吸引线圈额定电压,九、接触器的主要技术指标,第二节 接触器,十、接触器的使用选择原则,第二节 接触器,根据电路中负载电流的种类选择接触器的类型； 根据负载性质选用相应使用类别； 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; 吸引线圈的额定电压、电流应与所在控制电路的额定电压、电流等级一致； 辅助触点数量应能满足控制要求； 经济实用性。,一、控制继电器概述 1.定义 是一种根据电量(电流、电压)或非电量(时间、

13、速度、温度、压力)等参数的变化，自动接通和断开控制电路，以完成控制或保护任务的自动控制电器。 2.功能 在控制(小电流)电路中，实现控制、放大、联锁、保护和调节等功能。 3.特点 用于切换小电流的控制电路；触点容量不大于5A；可以对各种电量或非电量的变化作出反应；无灭弧装置。,第三节 控制继电器,第三节 控制继电器,4.分类 按用途分 控制、保护和中间； 按应用系统分 电力用和拖动控制用； 按动作原理分 电磁式、感应式、电动式、电子式、 机械式、热力式等； 按输入参数分 电流、电压、时间、速度、压力等； 按动作时间分 瞬时、延时继电器。,第三节 控制继电器,二、电磁式继电器特性,1.结构,由电

14、磁系统、触点系统、调节机构、绝缘支架等。,2.分类,电压继电器； 电流继电器；中间继电器；时间继电器；控制继电器等。,第三节 控制继电器,3.特性,即：电磁式继电器的输入-输出特性，为一介跃函数。 又称回环特性/继电特性。, 吸合特性, 释放特性,4.主要技术参数,第三节 控制继电器, 额定电压、电流, 调节范围, 动作响应时间, 返回系数,普通继电器0.050.15s,快速继电器0.0050.05s,指控制继电器的吸合值(释放值)、整定值,三、常用电磁式继电器介绍,1.电压/电流继电器 用途 设备或系统的电压/电流的自动控制与保护。 特点 电压继电器线圈并联在电路中，匝数多、导线细、阻抗大；

15、 电流继电器线圈串接于电路中，导线粗、匝数少、阻抗小。 分类 按线圈工作电源性质分 按被控电路电源性质分 按继电器工作特性分,第三节 控制继电器,第三节 控制继电器, 图符,第三节 控制继电器,电流继电器,电压继电器, 产品,第三节 控制继电器, 说明, 过压(流)继电器, 欠压(流)继电器, 交流过压(流)继电器,2.中间继电器,第三节 控制继电器, 用途 5A以下电路中的信号转换。触点扩展及电路控制等。 特点 实质上是一种电压继电器。结构和 工作原理与接触器相似。触点组合有 40、04、44、62、80几种。 图符,第三节 控制继电器, 型号意义, 选用原则, 线圈工作电压应与所在回路工作

16、电压保持一致； 触点电压应与被控回路电压保持一致； 触点数量应能满足控制需求。, 用途 设备或系统的滞时控制。 特点 检测元件得到信号后，执行元件要延迟一段时间后才动作的自动控制电器。 分类 按构成原理分 电磁式、电动式、空气阻尼式、晶体管式、数字式 按延时方式分 通电延时型、断电延时型,3.时间继电器,第三节 控制继电器,第三节 控制继电器, 空气式时间继电器结构,第三节 控制继电器, 工作原理,第三节 控制继电器, 图符,第三节 控制继电器,第三节 控制继电器, 选用原则, 线圈工作电压等级应与控制回路电压等级保持一致； 延时范围应满足控制要求； 触点数量不足时，可通过中间继电器扩展。,1

17、.热继电器 用途 常与接触器配合用于三相异步鼠笼式电动机的过载保护和断相保护。 特点 利用电流热效应原理工作，依电机发热状况而动作的自动保护电器。,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,四、非电磁式继电器, 型式 双金属片式 热敏电阻式 易熔合金式,第三节 控制继电器,第三节 控制继电器, 结构 由发热元件、双金属片和触头及动作机构等部分组成。, 工作原理,第三节 控制继电器,第三节 控制继电器, 图符, 型号意义, Y接法 UL=3UP IL=IP 正常情况下 ZA=ZB=ZC=Z U AB=UBC=UC

18、A=UL IA=IB=IC=IP=IL P=3UPIPCos= 3UL ILCos,第三节 控制继电器, 断相保护分析, 故障情况下，设UB=0， 那么 即：P=UL I Cos,第三节 控制继电器,若断相前后，功率保持不变，则有： P = P,即： 3UL ILCos=UL ICos,则：,结论： Y接法三相交流电机运行中发生断相事故时， 在功率不变条件下，另外两相绕组中流过的线电流 I是正常线电流IL的K倍，且K1。由于Y接法时，IL=IP，因而，过载的相电流可以准确的反映在线电 流上，因此，对Y接法交流异步电机，无论采用三 元件或二元件的热继电器，均可实现断相保护。,第三节 控制继电器,

19、 接法 UL=UP IL=3IP 正常情况下 ZA=ZB=ZC=Z UAB=UBC=UCA=UL=UP IA=IB=IC=IL P =3UPIPCos = 3UL ILCos,第三节 控制继电器, 故障情况下，设UB=0，则：,第三节 控制继电器,结论： 接法的三相交流电机运行中发生断相事故时，在线电 流不变条件下，电机绕组内的相电流发生了严重的不平衡， 跨接全压的一相绕组内流过的故障电流是其额定相电流1.15倍，而另两绕组由于串接在全压之间，使得该支路中流过的 故障电流正好等于绕组额定相电流。这时，由于通过热继电 器热元件的故障电流仍小于热元件的动作整定值，热继电器 不会动作，致使电机绕组过

20、热，严重时，将烧毁电机。因此， 接法的电机在选用热继电器作过载断相保护时，必须选用 三元件并具有断相保护功能的热继电器。因为断相的不确定性，采用两元件的热继电器已不能很好地起到保护作用。,第三节 控制继电器, 选用原则, 选用时，型号、热继电器规格、电流调节范围三个技术参数缺一不可； 热元件的额定电流可按鼠笼电机额定电流的95105确定； 电流调节范围应在热元件额流的15左右为宜。, 保护特性分析, Q=I2Rt 但对于交流电机而言： Q=3UICost 显有：I t-1 即：I与t互为倒数。可见， 热继电器的保护具有一定的延时性。,第三节 控制继电器, 说明, 线绕式电机不宜采用热继电器作过

21、载保护，这是因为热元件的热惯性 ，对瞬间过载反应不灵敏所致； 热继电器不宜作短路保护； 接法的三相交流电机若采用熔断器作短路保护，则必须选用带断相保护功能的热继电器作该电机的过载保护装置。 对于频繁可逆运行或反复短时工作制的电机的过载保护应采用其它方法或选用具有过载保护特性的电机。, 用途 利用异步电机转速，实现快速制动。 参数 动作转速：120rpm 复位转速：100rpm,2.速度继电器,第三节 控制继电器,第三节 控制继电器,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。,转子-圆柱形永久磁铁，与电动机同轴连接。, 结构 定子、转子和触头组成。,第三节 控制继电器, 图符

22、, 原理 与异步电动机类似。,第三节 控制继电器,3.磁簧继电器, 用途 常与中间继电器配合，用于水位、行程的检测与控制。 特点 利用磁特性原理工作的信号发生器件。, 结构,第三节 控制继电器, 常用产品 浮球开关 结构与原理 图符,第三节 控制继电器, 常用产品,第三节 控制继电器, 干簧开关, 杠杆启动 带有磁铁的杠杆,当有物体接触时,将使干簧管触点闭合。 磁性启动 具有内干簧管的廉价接近传感器。磁簧因磁场强度的改变（磁铁的垂直、水平或纵向运动）而通断。 屏蔽启动 具有常闭触点的传感器,当磁性材料制之屏蔽块插入传感槽时,触点断开。,第三节 控制继电器, 常用产品, 图符,压力继电器,光电继

23、电器,温度继电器,五、其它继电器,第三节 控制继电器,第四节 熔断器,一、用途 主要用于电动机的短路保护和非冲击性负载的过载与短路保护。 二、特点 是保护负载、设备、电路免受过电流的损害的自动保护电器。结构简单，维护方便，价格便宜，体小量轻。 三、结构 由熔体、底座等组成。,第四节 熔断器,四、型号及主要产品,RC系列熔断器,第四节 熔断器,RL系列熔断器,RT系列熔断器,第四节 熔断器,RM系列熔断器,第四节 熔断器,RS系列熔断器,自恢复熔断器,第四节 熔断器,五、保护特性分析,熔断器的保护特性又称 为熔断器的安秒特性，即： I2t=C 显有： I2 t -1 可见： 熔断器的保护具有一定

24、的速效性。,六、图符,第四节 熔断器,七、主要技术参数,1.熔断器额定电流 指电路中的熔断器底座、外壳长期工作，温升达到额定值条件下，所能承受的最大电流。 2.熔断器额定电压 指电路中的熔断器底座、外壳长期工作时所能承受的最大线路电压。 3.熔体额定电流 正常条件下，熔体所允许通过的最大工作电流。 4.极限分断能力 故障时，熔体所能分断的最大故障电流。,第四节 熔断器,八、选用原则,1. 根据负载特性确定适配的熔断器类型； 2. 熔断器的额定电压等级应大于工作线路电压等级； 3. 熔断器的额定电流应大于工作线路电流； 4. 熔体额定电流的大小应根据保护对象的不同特性计 算后确定： 电热性负载

25、配电系统保护 单台电机 多台电机共用保护 熔断器级连保护,频繁可逆运行 Ir =(33.5)If,长期单向运行 Ir =(22.5)If,Ir =(1.52.5)IMAX +If,I上=(1.22)I下,IrIf,Ir =(1.21.5)If,第四节 熔断器,九、说明,FR: I t-1 FU: I2 t -1,FR: 串接在电路的负载端 FU: 串接在电路的电源端,FR: 只用于三相异步鼠笼式电机的过载保护 FU: 短路保护以及非冲击性负载的过载保护,FR: IN =（95105）IM FU: 计算方法与负载特性有关,1.与热继电器的异同点 相同点： 均用于设备系统的电流保护； 均具有反时限

26、保护特性； 均串接于电路中。 不同点： 结构不同； 保护特性内涵不同； 计算选择方法不同； 电路中的位置不同； 保护作用不同。,第四节 熔断器,2.选择熔断器时，必须先计算熔体电流，然后再选适 配底座； 3.当负载为鼠笼电机时，熔断器与热继电器缺一不可， 不允许替代，更不允许忽略； 4.在电热、照明等非冲击性负载电路中，熔断器兼有 过载保护作用； 5.选择熔断器时，熔断器额定电压、额定电流、熔体 额定电流三个参数缺一不可。,第五节 开关电器,一、属性 又称配电电器。分配电用和动力控制用两大类。 二、功能 电路中负责电源与负载隔离与联络。 三、分类 1.刀开关 用途 1500A以下电路中，不频繁

27、地通、断负载电流回路或隔离电源。 特点 具有明显断开点的手动电器。,第五节 开关电器, 结构 由底座、动静触头、操作手柄等组成。 分类 根据在电路中的作用，分为： 隔离开关 不允许带电流负荷操作的刀开关。 负荷开关 允许带电流负荷操作的刀开关。 区别：有无灭弧装置。,第五节 开关电器, 型号意义,第五节 开关电器, 产品,HS12系列,HD13系列手/电动,HD11系列,HD14系列,第五节 开关电器, 图符, 选用原则, 按用途选型； 开关额定电压线路工作电压； 开关额定电流线路工作电流。,第五节 开关电器,2.负荷开关 特点 具有保护功能的手动开关电器。 结构 由底座、动静触头、熔断器或熔

28、体、操作手柄等组成。 分类 熔断器式刀开关 适用于630A以下配电电路中。 负荷开关 适用于63A以下设备或系统的动力配电。 图符,第五节 开关电器, 主要产品,HR系列,HH系列,HK系列,HRT0系列,第五节 开关电器, 型号意义,第五节 开关电器,3. 组合开关（转换开关） 用途 电源的引入、相序转换或以下电动机的启停控制。 特点 结构紧凑，安装面积小，操作方便。 结构 静触头一端固定在胶木盒内，另一端伸出盒外，与电源或负载相连。动触片套在绝缘方杆上，绝缘方轴每次作90正或反方向的转动，带动触头通断。,1手柄 2转轴 3弹簧 4凸轮 5绝缘垫板 6动触点 7静触点 8绝缘方轴 9接线柱,

29、第五节 开关电器,第五节 开关电器,第五节 开关电器, 图符, 型号意义,4. 低压断路器 功能 不频繁通断电路，并能在电路过载、短路及失压 时自动分断电路。 特点 操作安全，分断能力较高，具有多种保护功能的自动开关电器。 分类,第五节 开关电器,第五节 开关电器, 按使用类别分: 按结构型式分: 按灭弧介质分: 按操作方式分: 按极数分: 按安装方式分: 按产品类型分: 按产品性能分： 按脱扣器类型分： 按极限短路分断能力分：,单极、二极、三极和四极式,固定式、插入式、抽屉式和嵌入式等。,小型断路器 万能式 塑料外壳式 漏电断路器,通用型、智能型,万能式 又称框架式 塑壳式 又称装置式,空气

30、式 真空式(目前国产多为空气式),手动操作 电动操作 弹簧储能机械操作,第五节 开关电器,1、二次回路接线 端子(静)2、抽屉座 3、安全隔板 4、手柄 5、灭弧室 6、二次回路接线 端子(动) 7、辅助触头 8、欠电压脱扣器 9、分励脱扣器 10、合闸电磁铁 11、操作机构 12、电动贮能机构 13、智能控制器, 结构, 塑壳式低压 断路器工作原理,第五节 开关电器,断路器触点,断路器脱扣器,线路短路或严重过载保护,线路过载保护,电动机的失压保护,远距离脱扣,第五节 开关电器,我国自行开发的塑壳式断路器系列有：DZ20系列、DZ25系列、DZ15系列。引进技术生产的有日本寺崎公司的TO、TG

31、和TH-5系列、西门子公司的3VE系列、日本三菱公司的M系列、ABB公司的M611(DZ106)和SO60系列，施耐德公司的C45N(DZ47)系列等，以及生产厂以各自产品命名的高新技术塑壳断路器。, 主要产品,第五节 开关电器,我国自行开发的万能式断路器系列有DW15、DW16、CW系列；引进技术的产品有德国AEG公司的ME系列(DW17)，日本寺崎公司的AH系列(DW914)，日本三菱公司的AE系列(DW19)，西门子公司的3WE系列等，以及目前国内各生产厂以各自产品命名高新技术开关。,第五节 开关电器,近些年，为满足飞速发展的智能建筑的需要，开发出智能型断路器以及智能型电源转换开关等新产

32、品。,第五节 开关电器, 图符, 保护特性,第五节 开关电器, 型号意义,第五节 开关电器, 主要技术参数, 额定电压：断路器长期工作时所承受的最大线电压； 壳架等级电流：断路器长期工作时所允许的最大线 电流； 脱扣器额定电流：脱扣器在规定条件下允许的最大 工作电流； 极限分断能力：故障时，断路器可分断的最大短路 电流； 瞬时动作电流倍数：短路电流与工作电流的比值； 分断时间：短路故障发生到脱扣器完全分断所需时 间(ms)。,第五节 开关电器, 选用原则, 根据线路对保护的要求确定断路器的类型和保护形式-确定选 用框架式、装置式或限流式等。 断路器的额定电压UN应大于等于被保护线路的额定电压U

33、N 。 断路器壳架等级电流应大于等于脱扣器的额定电流。 脱扣器的额定电流应不大于1.2倍被保护线路的工作电流。 断路器的极限分断能力应大于线路的最大短路电流的有效值。 配电线路中的上、下级断路器的保护特性应协调配合，下级的 保护特性应位于上级保护特性的下方且不相交。 断路器的长延时脱扣电流应小于导线允许的持续电流。,第五节 开关电器, 说明, 断路器瞬时动作整定值极限分断的整定值均由厂家给出手册中可以查到，选择时，通过计算规格化即可； 严禁对断路器的保护特性私自进行调整，特殊要求可以在订货时提出； 对断路器保护特性不确定时，可与厂家联系求得技术支持； 一般情况下，选用断路器后，同级不再用熔断器

34、做保护，因为二者保护特性不同。如若要选用二者串接保护时，熔断器应串接在断路器的上方，靠近电源侧。,一、属性 发送控制命令或信号的手/自动操作电器。 二、主要产品 1. 控制按钮 用途 手动发出控制指令或远距离操作电磁式电器。 特点 常与继电器、接触器配合使用； 触点电流不超过5A； 有自动复位与非自动复位之分。 结构 由钮帽、动/静触点、复位弹簧、底座等组成。,第六节 主令电器,第六节 主令电器, 工作原理,第六节 主令电器, 主要产品,第六节 主令电器, 图符, 型号意义, 说明 在工程中，常用对按钮的使用颜色做出如下规定： 停止和急停按钮 红色。按红色按钮时，必须使设 备断电、 停车。 启

35、动按钮 绿色。 点动按钮 黑色。 启动与停止交替按钮 必须是黑色、 白色或灰色， 不得使用红色和绿色。 复位按钮 必须是蓝色； 当其兼有停止作用时， 必 须是红色。,第六节 主令电器,第六节 主令电器,2. 万能转换开关, 用途 手动或远距离交流50HZ、额定电压至500V及以 下，直流电压至440V的电路中转换电气控制线 路、电磁线圈、电气测量仪表和伺服电动机等， 也可直接控制5.5KW三相鼠笼型异步电动机、可 逆转换、变速等。 特点 用于小电流回路，具有更多操作位置和触点、能 够换接多个电路的一种手动控制电器。 结构 静触头一端固定在胶木盒内，另一端伸出盒外， 与电源或负载相连。动触片套在

36、绝缘方杆上，绝 缘方轴每转动一次，带动相应触头通断。,第六节 主令电器, 主要产品,第六节 主令电器, 型号意义,第六节 主令电器,SA, 图及触点图,第六节 主令电器,3. 行程开关, 用途 用于机械机构运动的行程、位置、方向、极限、 速度控制与保护的机械式自动电器。 特点 将机械信号转换为电信号。 分类 根据触点的有无，分为有触点式和无触点式； 根据工作方式，分为接触式和非接触式。 根据结构,分为直动式、滚动式、微动式。 结构 有触点式 由导杆、触点系统、底座等组成。 无触点式 由感应元件、电子线路、绝缘外壳等组成。, 直动式,第六节 主令电器,滚轮式行程开关结构示意图,第六节 主令电器,

37、 滚轮旋转式,第六节 主令电器, 微动式,第六节 主令电器, 磁性接近开关电路,第六节 主令电器, 光电式接近开关电路,第六节 主令电器,行程开关, 主要产品,接近开关,第六节 主令电器,第六节 主令电器, 型号意义,第六节 主令电器, 图符, 说明 无触点接近开关除在工业设备、设施中用于控制外，智能建筑中还用于安全防范中的监视、识别、报警等系统。 组合开关与万能式转换开关二者在结构、图符、操作等方面无差异，区别在于前者用于负载工作回路，而后者一般均在控制回路中。,本章小结,开关电器、主令电器、接触器、继电器、熔断器等低压电器的作用、结构、工作原理； 低压电器图形和文字符号； 每种低压电器的技

38、术参数； 低压电器的使用和选择方法。,第二章 电气控制的基本规律,第一节 电气制图规则及要求,第三节 三相异步电动机的调速,第二节 电气基本控制规律,本章小结,第四节 电路图阅读与分析,本章作业 P75 ：1、2、3、4、5、6、7、8、9 笼型感应电动机在什么情况下应采用减压启动？定子绕组为星形接法的笼型感应电动机能否采用星/三角形启动？为什么？,第一节 电气制图规则及要求,一、术语,1. 图 以符号、线段等形式来表达信息的一种技术文件。 2. 简图 用图形符号、带注释的围框或简化外形表示系统 或设备各组成部分间相互关系及其连接关系的图。 3. 表图 用于表示两个或两个以上变量、动作或状态之

39、间 相互关系的图。 4. 表格 将系统、成套装置、设备中各组成部分间的相互 关系、连接关系或数据、参数等内容，按纵横排 列的一种表达形式。 5. 符号 包括图形符号与文字符号。是技术文件中表示项 目、概念、实体、信息交流等过程中特定、通用 的记号，或信息载体。,第一节 电气制图规则及要求,二、常用电气图的种类,1. 系统图 用规定的图形符号概略地表示系统或子系统的基本 组成、相互关系及其主要特征的简图。以框图作为 主要表现形式。 2. 电路图 用规定的图形及文字符号，按在电路中的工作顺序 排列，详细表示系统及其设备的全部基本组成和连 接关系，而不考虑其实际位置的图。供详细了解系 统组成、结构，

40、研究分析电路控制原理及其工作过 程。又称电气原理图。 3. 设备元件表 将电路图中所用的各种电器元件及其相应的名 称、图中代号、型号规格、数量等要求以表格形式 无遗漏地详尽列出。,第一节 电气制图规则及要求,4. 位置图 采用正投影法绘制，用于表明系统或设备中各 种电器件的实际位置，而不考虑器件功能以及 相互连接关系的图。主要为电气设备的制造、 安装、维修提供资料。又称电器元件布置图或 排列图。 5. 接线图(表) 用于表示成套装置中各种电器件之间相互 连接关系的图。是电气安装、配线、检修、故 障检修查线的依据。 其它的还有：等效电路图、功能流程图、程序图、端子 图等。,第一节 电气制图规则及

41、要求,三、电气控制图的绘制规则,1. 电路图绘制规则, 电路图 由两部分组成： 主电路 指由电源到负载的工作回路。特点是：运行时，电流大，是电路中负荷最大的一条支路，一旦发生故障，造成的损失也较大。又称大电流回路。 辅助电路 指可对主电路实现控制、检测、保护、显示、报警等功能的工作回路。由以下几部分组成： 控制回路 对主电路运行状态实现控制的电路，主要由按钮、电磁电器线圈、触点等组成； 保护回路 对主辅电路实现保护的电路，由各种保护器件组成；,第一节 电气制图规则及要求, 电源回路 为辅助电路提供所需电源的回路。由电源开 关、控制变压器等组成； 信号回路 对主电路的各种运行状态进行监测、显示、

42、 报警、测量等回路，由仪器仪表、声光信号显示器件、触点等 组成。 绘图原则 须按所规定的图形符号、文字符号和回路标号进行绘制； 主电路标记 按相序沿电压降落的方向，以自然递增数 列进行； 辅助电路标记 沿前向通道信号流的方向，以自然递增数 列进行； 同类型器件标记 应采取前缀或下脚标的方法加以区分；,第一节 电气制图规则及要求, 各种图符均按无电压、无外力作用或不工作时的状态绘制； 电路图中信号流的方向： 前向通道 应从左到右，或由上到下； 反馈通道 应从右到左，或由下到上； 每个器件及它们的部件都需用一确定的图形符号表示，且每个器件有一个文字符号。属于同一个器件的各个部件采用同一文字符号表示

43、； 同一器件的不同部件，无论在电路图中的位置，均采用同一文字符号标记； 一个完整的电路图至少应包括主电路、辅助电路、材料表三个基本组成部分；, 为方便分析阅读电路图，应将图面分区，方法是：图纸相互垂直的两边各自等分，但均须为偶数。长度介于2575间即可；区域编号以标题栏对应的左上角为起始位置，纵向用大写拉丁字母、横向用阿拉伯数字顺序编写；也可在该区域内标明电路功能。 同一图内电器件可动部分的动作方向应保持一致，相似部分对齐； 原理图中应标出下列数据： 各个电源电路的电压值、极性或频率及相数; 某些元件的特性(电阻、电容的量值等); 万能转换开关等类似器件的触点通断表； 图中的全部电机、电器元件

44、的型号、文字符号、用途、数量、技术数据，均应统计列表，并绘制在电路图中。,第一节 电气制图规则及要求,第一节 电气制图规则及要求,第一节 电气制图规则及要求,第一节 电气制图规则及要求,2. 布局图绘制规则, 布置图的绘制依据是电路图； 绘制前，应先确定各电器元件的固定位置： 体积大和较重的电器元件应安装在电器底板的下方， 而发热元件应安装在电器底板的上方； 强电弱电分开并注意屏蔽，防止外界干扰； 电器元件的布置应考虑整齐、美观、对称。外形尺寸 与结构类似的电器安放在一起，以利加工、安装和配线； 需要经常维护、检修、调整的电器元件安装位置不宜 过高或过低； 电器元件布置不宜过密，若采用板前走线

45、槽配线方式，应适当加大各排电器间距，以利布线和维护。,第一节 电气制图规则及要求, 所有需安装在电器柜面板、底板电器元器件，均用实线 绘制出简单的外形轮廓； 根据电器元件的最大外形尺寸，标出元件间距尺寸； 电器元件的安装尺寸及其公差范围，应严格按产品手册 标准标注，作为底板加工依据； 在电器布置图设计中，还要根据本部件进出线的数量和 采用导线规格，选择进出线方式，并选用适当接线端子板或接 插件，按一定顺序标上进出线的接线号。,第一节 电气制图规则及要求,第一节 电气制图规则及要求,器件定位纵向尺寸,器件定位水平尺寸,第一节 电气制图规则及要求,3. 接线图绘制规则, 电气部件接线图是根据部件电

46、气原理及电器元件布置图绘制的。它是表示成套装置的连接关系，是电气安装、查线或检修电器故障的依据； 电器元件按外形绘制，与布置图一致，偏差不能太大，同一电器元件的各个部分必须画在一起； 所有电器元件及其引线应标注应与原理图中的文字符号及接点编号相一致；,(b) 中断线绘制,(a) 连续线绘制,第一节 电气制图规则及要求,第一节 电气制图规则及要求, 采用细线条，有板前走线和板后走线之分； 对干简单部件，电器元件数量较少，接线关系不复杂，可直接画出元件间的连线； 对于复杂部件，电器元件数量多，接线较复杂的情况，一般是采用走线槽，只要在各电器元件上标出接线号，不必画出各电器元件间连线； 图中应标出各

47、种导线的型号、规格、截面积及颜色； 除大截面导线外，各部件的进出线都应经过接线板。,第一节 电气制图规则及要求,四、电气识图与分析,电气识图，是电气技术人员分析控制原理、排查设备故障、改创电路的基本技能。 对于有触点控制系统电路图，识图分析的方法很多，无论采用何种方法，其基本指导思想是：顺序控制，关联电器并联运行。 基本方法是：眼手脑，不可缺；览全图，分主辅；设电流，找关联；按顺序，步步查。,第二节 电气基本控制规律,一、综述,1.设备设施 可为人们提供各种产品、必需品或各种方便的 机械装置。 2.设备的构成 机、电、气(液)及其组合。 3.设备工作状态 为满足用户要求、产品工艺等，设备所具

48、备的运行功能：启动、调速、延时、制动 等等。 4.控制实现的方法 机械方法、液压方法、电力方法或是它 们的组合。,第二节 电气基本控制规律,由于绝大多数设备是以电力作为设备动力，由电机来拖动的，因而设备的工作状态是由其拖动电机的工作状态决定的。即： 设备的动力部分设备的电气系统 设备的拖动电机设备电气线路的负载 设备的工作状态设备电气线路负载的运行状态 换句话说：只要控制了设备拖动电机的工作状态，就可 以控制设备的运行状态。 二、电机的运行状态 设备中，拖动电机的运行状态行有以下几种：,第二节 电气基本控制规律,电机运行状态,启动,运行,调速,制动,全压直接启动,降压间接启动,条件,要求,额定

49、值,非额定值,方向？连锁？联动？环境等,无调速,有级调速,无级调速,无制动(惯转停车),强力制动(快速制动),第二节 电气基本控制规律,对电机某一运行状态的控制，一般采用由若干电器件 通过导线连接成一特定电路来实现。这些特定电路，又称 为基本控制环节、基本控制电路、典型电路或单元电路。 由于电机结构、功率、接线方式、运行条件等的不同，即使是对同一种运行状态也有不同的控制方法。我们以设备中最常用的三相交流异步电机为对象，就电机的四种运行状态的单元控制电路做介绍。 三、全压直接启动 1.原理 通过开关或控制电器，将电源电压的全部直接接入鼠笼电机定子绕组，并使其启动运行的控制方式。,2.适用范围 7

50、.5KW以下空载或轻载电机。 3.原因,第二节 电气基本控制规律, 鼠笼电机能否直接启动，与电机功率有关；与电网电压波动大小有关；与电机电源间的距离有关；还与电源频率有关。 4.典型电路介绍 单向启/停电路 电机作为旋转电器，其旋转方向只有两个：顺时针(右旋)和逆时针(左旋)。所谓单向，是指电机只有一个旋转方向。, 开关控制电路, 电路简介 结构简单、电器件最少。 控制分析 QS闭合，电机M得电，启动运行； QS断开，电机M失电，惯转停止。 存在隐患 a) 安全性差； b) 对接法的电机，易造成缺相运行，烧毁电机； c) 控制灵活性差。,第二节 电气基本控制规律, 电路组成 点动, 继电接触单

51、向启停控制,第二节 电气基本控制规律, 长动,第二节 电气基本控制规律, 保护,电源隔离,过载保护,零失压保护,低压释 放保护,第二节 电气基本控制规律,第二节 电气基本控制规律, 小结,相序与正反转：为分析方便起见，常将相序L1、L2、L3与 负载端U、V、W对应时，电机顺时针转动称之为“顺相序” 或“正转”。反之，则为“逆相序”或“反转”； b) SB2 启动按钮 其常开触点串接在所控制电器的线圈回路中； SB1 停止按钮 其常闭触点串接在所控制电器的线圈回路中； FR 辅助常闭触点 电路过载时，通过切断辅助电路中电磁 线圈的通路使其失电释放 主触点断开电机失电而实现保护。 一般地，该触点

52、常串接在辅助电路的公共总线中；,第二节 电气基本控制规律,第二节 电气基本控制规律, 可逆运行电路, 适用范围 适用于一台电机驱动的机械机构或装置有前后、左右、上下、翻转等两个相反运动状态的控制。, 方法 对鼠笼电机而言，改变接入定子绕组的电源相序，就可改变电机旋转方向。 籍此，利用两个连接不同相序的单向电路并联运行，就可使到电机在两个方向均可运行，进而满足运动机构对控制的要求。 典型电路分析,第二节 电气基本控制规律,第二节 电气基本控制规律,第二节 电气基本控制规律,第二节 电气基本控制规律, 控制规律 联锁 是指利用电器触点，对两个或两个以上的电器动 作顺序先后实施控制的技术措施。 机械

53、联锁 是指由机械式电器触点实施控制的技术措施。 电气联锁 是指由电磁式电器触点实施控制的技术措施。 方法 a) 要求A接触器动作时，B接触器不得动作，则应将A接触器的常闭触点串接在B接触器线圈回路中，反之亦然； b) 要求A接触器动作后，B接触器才能动作，则应将A接触器的常开触点串接在B接触器线圈回路中，反之亦然；,第二节 电气基本控制规律,c) 要求 B接触器失电后， A接触器才能失电，则应将B接触器的常开触点串接在A接触器停止按钮的两端，反之亦然；, 多台电机顺序控制, 适用范围 因工艺、过程或自动化的要求，对同一系统中的设备多台拖动电机的启停有顺序要求。 常见顺序控制要求 同时启停； 同

54、时启动，正(逆)向停止； 正(逆)向启动，同时停止； 顺向启动，逆向停止； 逆向启动，顺向停止等。 典型电路分析,第二节 电气基本控制规律,第二节 电气基本控制规律,第二节 电气基本控制规律,第二节 电气基本控制规律, 单向点动/长动混合控制, 适用范围 适用于一台拖动电机同时具备点动/长动功能的控制。 方法 点、长动的区别在于：自保支路的有无。实现混合控制的关键是：采取利用电器触点、增设附加电路等技术措施，选择确定自保支路在电路中是否作用。 典型电路分析,第二节 电气基本控制规律,第二节 电气基本控制规律,第二节 电气基本控制规律,第二节 电气基本控制规律, 位置、自动往返控制, 适用范围

55、适用于液位、物料容积及机械装置的位置、行程、速度、方向等控制。 方法 选用各式光电开关、磁控开关、浮球开关、位 置传感器、行程开关等与接触器、中间继电器组合，实现控制。 典型电路分析,单行程控制,第二节 电气基本控制规律,单循环控制,第二节 电气基本控制规律,自动循环控制,第二节 电气基本控制规律,第二节 电气基本控制规律,自动给水控制, 异地(多地点)控制, 适用范围 适用于两个或两个以上位置(地点)对同一台电机的操作控制。 方法 根据控制点的数量，确定按钮组数量，停止按钮串接，启动按钮并接即可；当有点/长动混合控制要求时，最好应设置必要的联锁装置。与电机的运行方式无关。 典型电路分析(三地

56、控制),第二节 电气基本控制规律,第二节 电气基本控制规律,第二节 电气基本控制规律,四、降压间接启动 所谓降压启动，是指电机启动时，电机定子端的电压 在数值上，仅是正常额定值的一部分，其目的是；减小供电电网因电机启动造成的电压波动，将电机的启动电流限制在(22.5)IN。待电机达到一定转速(接近额定值)时，再切换到全压下运行，并使电机输出额定功率。 对于7.5KW以上电机，如无特殊要求，一般采用降压间接启动方式。由于交流电机结构上的差异，鼠笼式电机降压启动方法有：定子回路串电阻、串电抗、串自耦调压器、Y-、以及对多抽头电机的延边三角形降压启动。本课程重点介绍Y- 降压启动控制。,第二节 电气

57、基本控制规律, Y-降压启动,1. 电路介绍,第二节 电气基本控制规律,2. 方法,第二节 电气基本控制规律,3. 原理,即：INPN,因而， 接法电机改为Y接法启动时，相绕组电压仅为原电压的1/3 ；, 电压变化, 电流变化,但是，I lIyl 即：两种接法下，从电网获取的电流不等。,第二节 电气基本控制规律,可以证明：当电机由接法改为Y接法时， Il3Iyl。也就是说，接法的绕组在Y接法下运行，所需电流仅为接法全压下的1/3。那么： IypIyl Il/ 33 Ip/3= Ip/3,也就是说， 接法电机改为Y接法启动时，相绕组电流也为原电流的1/3 。, 功率变化,Py3Pp3UypIypCos 3(Up/3*Ip /3)Cos (3UpIpCos)/3 P/3,第二节 电气基本控制规律, 转矩变化, MU2,My= M/3,即：电磁转矩也为原转矩的1/3。,综述： Y-降压启动时，电机绕组端电压、通过绕组的电流，分别下降了1/3；功率降低1/3；转矩下降了1/3，故此法不 宜用于重载启动场合。,4. 适用范围,7.5KW30KW的空载或轻载，运行时采用接法的鼠笼 电机。,第二节 电气基本控制规律,5. 控制分析, 启动准备,第二节 电气基本控制规律, 启动,第二节 电气基本控制规律,第二节 电气基本控制规律, 停止