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1、1,电气控制及可编程控制技术,主讲教师：王东起,2,第一篇 电气控制技术,3,参考教材：1 黄永红主编.电气控制与PLC应用技术 北京：机械工业出版社，2011.82 周开俊主编.电气控制与PLC应用技术.（西门子S7-200)北京：电子工业出版社，2012.83 华满香主编电气控制与PLC应用（第二版）北京：人民邮电出版社，2012.44 李道霖主编.电气控制与PLC原理及应用（西门子系列）第二版.北京：电子工业出版社，2009.25 赵明主编工厂电气控制设备北京：机械工业出版社，1995,4,第一篇电气控制技术部分主要内容,一、常用低压控制电器二、电气控制线路的基本原则和典型控制线 路分析
2、三、电气控制线路设计,5,第一章 常用低压控制电器主要内容,1 概述2 接触器3 继电器4 熔断器5 低压开关和低压断路器6 主令电器,6,第一节 概述 电器是对于电能的生产、输送、分配和应用起控制、调节、检测及保护等作用的工具之总称。如开关、熔断器、变压器等都属电器。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。如熔断器、开关、电磁式控制电磁铁都属控制电器。,7,一、电器的分类1按工作电压等级分 高压电器和低压电器：低压电器:交流电压1200V，直流电压1500V以下。2按动作原理分 手动电器和自动电器。3按控制电器的输出形式分 有触点控制电器，如：刀开关
3、，接触器等。无触点控制电器，如：可控硅，固态继电器，大功率三极管等。,8,4按控制电器工作电压种类分 交流控制电器和直流控制电器。5按控制对象不同分 电器控制系统和电力控制系统。6按控制电器在电器控制系统中的作用来分 我们可以把控制电器分为主令电器（各种传感器，按钮，行程开关）；控制电器（继电器，接触器，电磁阀）；保护电器（熔断器，热继电器）；执行电器（电磁铁，电磁离合器）。,9,二、我国低压电器的发展概况 1电气控制经历以下几个阶段：（1）手动控制（2）继电接触器控制（3）顺序控制器控制（4）可编程控制器控制（PLC）加工中心机床（多功能机床），自适应数控机床，直接数字程序控制机床，计算机群
4、控系统，柔性制造系统。,10,2电气控制系统的发展 大功率半导体器件，大规模集成电路，计算机控制技术，检测技术，现代控制理论等。3我国低压电器现状,11,第二节 接触器 接触器用来频繁地接通和分断交直流回路和大容量控制电路。主要控制对象是电动机，能实现远距离控制，并具有欠压、零压保护。,12,1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静铁心7灭弧罩8弹簧,一、结构和工作原理 接触器主要由电磁系统、触头系统和灭弧装置组成，结构如图所示。,13,（一）电磁系统 1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形（C形）；E形；O形（环形
5、）。电磁系统电磁线圈两类：直流线圈；交流线圈。,14,a）衔铁绕棱角转动拍合式b）衔铁绕棱轴转动拍合式c）衔铁直线运动螺管式,15,2吸力特性,交流电磁机构：U E=4.44 f N；U/4.44f N。F几乎与气隙无关。=IN/Rm；Rm。I与气隙成正比。,直流电磁机构：I=U/Rcu常数；I与气隙无关。=IN/Rm 1/Rm 1/；F与气隙的平方成反比。,吸力：F=4105B2S；B=/S；F 2。,16,4反力特性与吸力特性的配合,吸力特性与反力特性必须配合得当，才有助于电器性能的改善。在实际应用中，可调节反力弹簧或触头初压力以改变反力特性，使之与吸力特性有良好配合。,3反力特性 1为起
6、始位置，2为动、静触头接触时的位置。,17,U型铁心的交流电磁机构的励磁线圈电流通电而衔铁尚未吸合的瞬间，电流将达到衔铁吸合后额定电流的56倍。E型铁心将达到1015倍。如果衔铁卡住不能吸合或频繁操作时，交流励磁线圈则可能被烧毁。,18,（二）触头系统1、触头是接触器的执行部件，用来接通或断开被控电路。2、触头按所控制电路分：主触头；辅助触头。3、触头按原始状态分：常开触头（动合触头）；常闭触头（动断触头）。4、触头按结构形式分：桥型触头；指式触头。,5、触头接触形式分：点接触型；线接触型；面接触型。,19,（三）灭弧装置 电弧的产生：开断电路的电流超过一定数值；触头两端电压超过一定数值。电弧
7、的危害：触头烧毁；电路切断时间延长；弧光短路；引起火灾。灭弧措施：降低电弧温度；减少电弧两端电压。常用灭弧方法：1灭弧罩2灭弧栅,20,3磁吹灭弧装置,4多重缝灭弧装置,21,（四）接触器工作原理及符号,22,二、交流接触器 1、交流接触器线圈通以交流电，主触头接通、分断交流主电路。2、交流接触器要解决的几个问题：铁心中产生涡流和磁滞损耗引起铁心发热；当交变磁通过零时，电磁吸力为零，使衔铁产生强烈震动和噪声。3、解决方法：铁心用硅钢片冲压迭制而成，减少涡流路径，加硅增加铁心电阻。铁心端面上安装一个铜制的短路环。4、结构特点：铁心用硅钢片冲压迭制而成；线圈做成短而粗的圆筒状；铁心端面上安装一个铜
8、制的短路环。,23,24,1、直流接触器线圈通以直流电，主触头接通、分断直流主电路。2、直流接触器结构特点：铁心用整块钢块制成；线圈做成长而薄的圆筒状。3、直流接触器双绕组线圈介绍,三、直流接触器,25,四、接触器的主要技术数据和选择（一）、接触器的型号及代表意义,例如：CJXl0-403 为交流接触器，消弧灭弧，设计序号10，额定电流40A，主触点为3极。,26,（二）、接触器选用原则 1、负载电源种类：交流或直流。2、主触点额定电压、额定电流：交流220、380、660、1140V；直流110、220、440、660V。主触点额定电流，一般根据电动机容量Pd计算触点额定电流Ie，即：IeP
9、d*103/KUd K经验系数，一般取11.4 3、辅助触点种类、数量及触点额定电流。4、电磁线圈的电源种类，频率和额定电压。5、额定操作频率（次/h），即允许的每小时接通的最多次数,27,第三节 继电器 继电器是一种根据特定形式的输入信号而动作的自动控制电器。按用途分：控制继电器和保护继电器。按动作原理分：电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、电子式继电器和热继电器。按输入信号不同分：电压继电器、电流继电器、中间继电器、时间继电器、速度继电器等。,28,一、时间继电器 从得到输入信号（线圈的通电或断电）开始，到产生相应的输出信号（触点的闭合和断开），有一个符合一定准确度的延时过程的继电器
10、。通电延时型：接受输入信号后，要延迟一段时间，输出信号才能发生变化。当输入信号消失后，输出即时复位。断电延时型：当接受输入信号时，立即产生相应的输出信号，当输入信号消失后，继电器需经过一定的延时，输出才复位。,29,时间继电器有多种类型，如：直流电磁式时间继电器（小于5S）；空气阻尼式时间继电器（0.4180S）；半导体式时间继电器（0.2300S,误差3%）；电动机式时间继电器（延时较长）；机械发条式时间继电器等。空气阻尼式时间继电器 1、结构：电磁机构；延时机构；触头等组成。2、工作原理：通电延时型；断电延时型。,30,各种类型的时间继电器,31,32,33,3时间继电器的图形符号与文字符
11、号,34,4时间继电器的型号含义,35,4、时间继电器的选择（1）电源电压（线圈电压和触头电压）。（2）控制回路所需要的延时方式（通电延时型还是断电延时型）（3）延时时间范围及延时误差。（4）延时触头和瞬时触头类型、数量及容量。（5）时间继电器的类型（电子式、空气阻尼式）。,36,二、速度继电器 速度继电器用来检测电动机转速和转向。1、结构：定子；转子；触头等组成。,2、工作原理 3、图文符号 4、速度继电器的选择：额定工作转速（3001000r/min；10003000r/min两种。动作转速120r/min，复位转速100r/min。）,37,三、热继电器 热继电器是利用电流的热效应原理来
12、工作的保护电器。在电路中用作电动机的过载保护。（一）热继电器结构与工作原理 1、结构：热元件；双金属片；触头等组成。,2、工作原理,38,39,（二）图文符号,热继电器的型号含义,40,（三）断相保护热继电器 主要介绍工作原理,41,（四）热继电器主要技术参数及选择 热继电器的选择主要根据电动机的额定电流来确定。热继电器元件的额定电流IRT应接近或大于电动机的额定电流Ied，即 IRT=（0.951.05）Ied 热继电器的整定电流值是指热元件通过的电流超过此值的20%时,热继电器应当在20min内动作。,42,热继电器主要技术参数及选择（续）在一般情况下，可选用两相结构的热继电器，对在电网电
13、压严重不平衡、工作环境恶劣条件下工作的电动机，可选用三相结构的热继电器，对于三角形接线的电动机，为了实现断相保护，则可选用带断相保护装置的热继电器。热继电器不能作短路保护。大电流需配电流互感器使用。,43,四、电磁式继电器（一）结构与工作原理 1、结构：电磁系统；触头系统；释放弹簧等组成。,2、工作原理：同接触器。3、图形符号,用于过压、欠压、过流保护,44,（二）电磁式继电器的特性 输入输出特性（继电器特性）x1：继电器释放值x2：继电器吸合值 k=x1/x2：继电器的返回系数 k值可通过调节释放弹簧的松紧程度或调整铁心与衔铁间非磁性垫片的厚度来达到。,45,电磁式继电器的特性（续）,吸合、
14、释放时间吸合时间：线圈接受电信号到衔铁完全吸合所需的时间。释放时间：线圈失电到衔铁完全释放所需的时间。一般继电器的吸合与释放时间为0.050.15s，快速继电器为0.0050.05s。,46,（三）电压继电器 1、过电压继电器（105%120%UN）2、欠电压继电器（30%50%UN）3、零电压继电器（5%25%UN）4、中间继电器（四）电流继电器 1、过电流继电器 2、欠电流继电器,47,电压继电器,反映输入量为电压的继电器称为电压继电器。使用时，电压继电器的线圈并联在被测量的电路中，根据线圈两端电压的大小而接通或断开电路，因此这种继电器线圈的导线细、匝数多、阻抗大。,48,过电流继电器,4
15、9,过电流继电器在电路图中的符号,50,（2）型号。常用的过电流继电器有JT4系列交流通用继电器和JL14系列交直流通用继电器，其型号及含义分别如下所示。,51,欠电流继电器当通过继电器的电流减小到低于整定值时动作的继电器称为欠电流继电器。在线圈电流正常时这种继电器的衔铁与铁心是吸合的。它常用于直流电动机励磁电路和电磁吸盘的弱磁保护,52,第四节 熔 断 器 1、熔断器在电路中主要起短路保护作用。2、熔断器主要由熔体和安装熔体的绝缘管（绝缘座）组成。3、当电路发生短路故障时，熔体被瞬时熔断而分断电路，起到保护作用。一、常用熔断器及文字符号 1、插入式熔断器 2、螺旋式熔断器 3、无填料密闭式熔
16、断器 4、有填料密闭式熔断器 5、快速熔断器 6、自恢复熔断器 7、图文符号,53,54,瓷插式熔断器,55,螺旋式熔断器,56,无填料密封式熔断器,57,有填料式熔断器,58,快速熔断器,59,自恢复熔断器,60,二、熔断器的主要特性（一）安秒特性 熔体熔断时间与通过熔体电流的关系。,三、熔断器的选用1、熔断器类型选择：根据线路的要求、使用场合和安装条件选择。2、熔断器额定电压选择：大于或等于线路的工作电压。,（二）极限分断能力 在一定条件下切断短路电流的极限能力。,61,3、熔断器额定电流选择：大于或等于所装熔体的额定电流。4、熔体额定电流的选择：（1）阻性负载：IRNIN IRN熔体额定
17、电流；IN负载工作电流（2）在配电系统中，有多级熔断器保护，前一级熔体的额定电流比后一级熔体的额定电流大一个数量级。（3）单台电机 IRN=（1.52.5）IN 或 IRN=IST/2.5,62,（4)多台电机,INmax容量最大电机的额定电流（5）快速熔断器的选择 a.快速熔断器在交流侧或直流侧电路中时 IRN k1I k1整流系数；I最大整流电流 b.快速熔断器接入整流桥臂与整流元件串联时 IRN 1.5IN IN整流元件额定电流,63,R:熔断器；C：瓷插式；L：螺旋式；T：有填料；M：无填料；S：快速,64,第五节 低压开关和低压断路器一、低压断路器 低压断路器是一种具有多种保护功能的
18、开关。（空气断路器)（一）结构、工作原理及符号 1、结构：操作机构、触头、保护装置（脱扣器）、灭弧系统 2、工作原理 3、图文符号,65,低压断路器的型号图,低压断路器的图形及文字符号,66,67,（二）低压断路器的类型 1、万能式低压断路器(敞开式低压断路器)DW10、DW15,68,2、塑料外壳式低压断路器（装置式低压断路器）DZ5、DZ10,DZ：塑壳式断路器,69,3、快速低压断路器（反应时间0.02秒)DS,70,4、限流低压断路器(用于分断短路电流70KA电路中)DZX10、DWX15,DZ：塑壳式断路器,X:限流式，,71,（三）低压断路器的选用 1、断路器的额定电压和额定电流应
19、大于或等于线路、设备的正常工作电压和工作电流。2、断路器的极限通断能力大于或等于电路最大短路电流 3、欠电压脱扣器的额定电压等于线路的额定电压。4、过电流脱扣器的额定电流等于线路的最大负载电流。,72,二、漏电保护器 当低压电网发生人生触电或设备漏电时，漏电保护器能迅速自动切断电源，从而避免造成事故。,（一）结构与工作原理结构：电流互感器；基准值比较器；开关装置。,漏电保护器一般由三个主要部件组成。一是检测漏电流大小的零序电流互感器；二是能将检测到的漏电流与一个预定基准值相比较，从而判断是否动作的漏电脱扣器；三是受漏电脱扣器控制的能接通、分断被保护电路的开关装置。,73,74,（二）漏电保护器
20、的选用1、额定电压：漏电保护器的使用电压。2、额定电流：漏电保护器允许通过的最大电流。3、额定动作电流：当漏电电流等于此值时，漏电保护器必须动作。4、额定不动作电流：当漏电电流小于此值时，漏电保护器不应动作。5、动作时间：从发生漏电到保护器动作断开的时间。,75,三、刀开关（一）胶壳刀开关 1、结构 2、动作原理 3、图文符号,1电源进线座；2刀片；3熔丝；4负载线；5负载接线座；6瓷底座；7静触点；8外壳盖刀开关外形结构及符号,76,开启式刀开关,结构、电路符号和型号规格,开启式刀开关的结构、电路符号和型号规格,77,封闭式负荷开关(铁壳刀开关),结构、电路符号和型号规格,78,（二）铁壳刀
21、开关 1、结构 2、动作原理 3、图文符号,79,（三）刀开关的选择 刀开关主要根据电源种类、电压等级、负载额定电流、所需极数及使用场合来选用。刀开关的额定电压应大于所控制的线路额定电压；刀开关的额定电流应大于负载额定电流。当用于起动异步电动机时，其额定电流不小于电动机额定电流的三倍。,刀开关安装时，手柄要向上，不得倒装或平装。如果倒装，则拉闸后手柄可能因自重下落引起误合闸而造成人身和设备安全事故。接线时，应将电源进线接在上端，负载出线接在下端。,80,第六节 主 令 电 器 主令电器主要用来切换控制电路。一、按钮 按钮在低压控制电路中用于手动发出控制信号。1、结构 2、工作原理,3、图文符号
22、,81,82,4、按钮的选择：按钮主要根据使用场合所需要的触点数、触点形式、结构形式及颜色选择。结构形式:按钮式、紧急式、钥匙式、旋转式、保护式,为标明按钮的作用，避免误操作，通常将按钮帽做成红、绿、黑、黄、蓝、白、灰等颜色。国标GB5226-85对按钮颜色作了如下规定：“停止”和“急停”按钮必须是红色。当按下红色按钮时，必须使设备停止工作或断电。“起动”按钮的颜色是绿色。“起动”与“停止”交替动作的按钮必须是黑白、白色或灰色，不得用红色和绿色。“点动”按钮必须是黑色。“复位”(如保护继电器的复位按钮)必须是蓝色。当复位按钮还有停止的作用时则必须是红色。,83,二、位置开关（行程开关）用以反映
23、工作机械行程位置，将机械位置信号转变为电信号。1、结构 2、工作原理,行程开关又称限位开关或位置开关，它是根据运动部件位置自动切换电路的控制电器，它可以将机械位移信号转换成电信号，常用来做程序控制、自动循环控制、定位、限位及终端保护。,84,各种类型行程开关,85,微动式行程开关,86,直动式：LX1、JLXK1,滚轮式：LX2、JLXK2,微动式：LXW-11、JLXK1-11,87,4、行程开关的选择：主要根据使用场合所需要的触点数、触点形式、结构形式选择。,3、图文符号,88,接近开关近年来获得广泛的应用，它是靠移动物体与接近开关的感应头接近时，使其输出一个电信号，故又称为无触头开关。在
24、继电接触器控制系统中应用时，接近开关输出电路要驱动一个中间继电器，由其触头对继电接触器电路进行控制。接近开关分为电容式和电感式两种，电感式的感应头是一个具有铁氧体磁心的电感线圈，故只能检测金属物体的接近。常用的型号有U1、U2等系列。,电容式接近开关的感应头只是一个圆形平板电极，这个电极与振荡电路的地线形成一个分布电容。当有导体或介质接近感应头时，电容量增大而使振荡器停振，输出电路发出电信号。由于电容式接近开关既能检测金属，又能检测非金属及液体，因而在国外应用得十分广。,接近开关采用非接触型感应输入和晶体管作无触头输出及电放大开关构成的开关，线路具有可靠性高、寿命长、操作频率高等优点。,89,
25、接近开关,接近开关的图形及文字符号,90,三、多路（万能）转换开关 多路、多位置开关。,组合开关（转换开关）实质上也是一种刀开关，只不过一般刀开关的操作手柄是在垂直于其安装面的平面内向上或向下转动，而组合开关的操作手柄则是在平行于其安装面的平面内向左或向右转动而已。组合开关一般用于电气设备中作为非频繁地接通和分断电路、换接电源和负载、测量三相电压以及控制小容量异步电动机的正反转和星形-三角形降压起动等用。,1手柄；2转轴；3弹簧；4凸轮；5绝缘杆；6绝缘垫板；7动触片8静触片；9接线柱,91,HZ10-10/3型组合开关结构图,HZ系列型号含义,92,结构组成：,常用的万能转换开关有Lw5、Lw6系列。图115为Lw6系列万能转换开关一层的结构水意图，它：k要由触头座、操作定位机构、凸轮、于柄等部分组成，其操作位置有0一12个，触头底座有110层，每层底座均可装三对触头。每层凸轮均可做成不同形状，当操作手柄带动凸轮转到不同位置时，可使各对触头按设置的规律接通和分断，因而这种开关可以组成数百种线路方案，以适应各种复杂要求，故被称之为“万能”转换开关。,93,各种类型的转换开关,94,组合开关的各触点状态可用文字叙述法、闭合表法和图示法三种方式表达。,X：表示接通,
