電氣控制新改實用課件

1、考核辦法： 平時成績占 30% 考試評分占 70% 參考書目： 1. 現(xiàn)代電氣控制技術(shù)鄭 萍 主編 重慶大學(xué)出版社 2. 電器控制 李 仁 主編 機械工業(yè)出版社 3. 可編程序控制器應(yīng)用技術(shù) 廖常初 等編重慶大學(xué)出版社 4. 可編程序控制器應(yīng)用指南 易傳祿 等編科普出版社 5. 可編程序控制器原理及程序設(shè)計 崔亞軍 等編 電子工業(yè)出版社 課程要求: l熟練掌握斷路器、隔離開關(guān)、接觸器、熱繼電器、熔斷器在電路 中的 作用、特點、繪制符號、設(shè)計選型時要注意的重要 技術(shù)參數(shù)。 l熟練掌握行程開關(guān)、按鈕開關(guān)在電路中的作用、繪制符號。 l靈活掌握電氣設(shè)備簡單的起停?？刂凭€路 、 異步電機正 、 反轉(zhuǎn) 電

2、氣 控制線路 、 異步電機“Y/”電氣控制線路等，理解它們 的設(shè)計思路，學(xué)會設(shè)計相應(yīng)的電氣控制電路。 l透徹了解PLC的特點、為提高其可靠性采取的一些措施。 l熟練掌握PLC的組成、各主要部件的功能、PLC的工作原理（掃 描工作過程、系統(tǒng)響應(yīng)時間），了解三菱FX2N PLC編程元 件的地址。 l熟練掌握梯形圖使用的符號、概念、規(guī)則，學(xué)會自己設(shè)計PLC梯 形圖程序，掌握三菱FX2N PLC的基本指令。 l熟練掌握PLC程序設(shè)計的功能表圖法和其基本概念，學(xué)會用功能 表圖法設(shè)計PLC控制程序并能熟練地轉(zhuǎn)化為梯形圖。 l掌握PLC控制系統(tǒng)的特點、判斷一個控制系統(tǒng)是否需要由PLC來 構(gòu)成的特性以及PLC

3、選型時應(yīng)考慮的問題。 l學(xué)會用PLC設(shè)計控制系統(tǒng)（包括PLC硬件、軟件和電氣控制回 路）。 兩大控制系統(tǒng)的基本認(rèn)識: 一.電氣控制系統(tǒng) 機械設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)由控制電器、保護(hù)電器和拖動電動機組成,如下圖1 圖1 使用可編程序控制器的電氣控制柜 二、繼電器電氣控制系統(tǒng)與PLC控制系統(tǒng)的區(qū)別 圖2 電氣控制系統(tǒng)框圖 (a)繼電器電氣控制系統(tǒng) (b)PLC電氣控制系統(tǒng) 1.1 電器的作用與分類電器的作用與分類 電器就是廣義的電氣設(shè)備。 它可能很大、很復(fù)雜（如一臺彩色電視 機或者一套自動化裝置）； 它也可以很小、很簡單（如一個鈕子開 關(guān)或者一個熔斷器）。 從工業(yè)控制的角度看“電器” 電器是指能根據(jù)特定

4、的信號和要求， 自動/手動地接通/斷開電路； 斷續(xù)/連續(xù)地改變電路參數(shù)； 實現(xiàn)對電路或非電對象的切換、控制、 保護(hù)、檢測、變換和調(diào)節(jié)的電氣設(shè)備。 n通常按以下分類方法分為幾類： 按 電 壓 等 級 分 ： 高壓電器（High-voltage Apparatus）、 低壓電器（Low-voltage Apparatus）； 按所控制的對象分 ：低壓配電電器（Distributing Apparatus）， 用于配電系統(tǒng)，如刀開關(guān)、熔斷器等 低壓控制電器（Control Apparatus）， 用于電力拖動自動控制系統(tǒng)和其他用途的設(shè)備中。 按 使 用 系 統(tǒng) 分 ： 電力系統(tǒng)用電器、 電力拖動及自

5、動控制系統(tǒng)用電器、 自動化通信系統(tǒng)用電器； 按 工 作 職 能 分 :手動操作電器、 自動控制電器(自動切換電器、自動控制電器、自動保護(hù)電器） 其他電器 （穩(wěn)壓與調(diào)壓電器、起動與調(diào)速電器、 檢測與變換電器、牽引與傳動電器） 1.2 低壓電器的電磁機構(gòu)及執(zhí)行機構(gòu) 從結(jié)構(gòu)上來看，電器一般都具有兩個基本組成部分感測部分、執(zhí)行部分。 感測部分接受外界輸入的信號，并通過轉(zhuǎn)換、放 大、判斷，作出有規(guī)律的反應(yīng)，使執(zhí)行部分動作，輸 出相應(yīng)的指令，實現(xiàn)控制的目的。 執(zhí)行部分則是觸頭。 對于有觸頭的電磁式電器，感測部分大都是電磁 機構(gòu)；對于非電磁式的自動電器，感測部分因其工作 原理不同而各有差異，但執(zhí)行部分仍是觸

6、頭。 第一章常用低壓電器及其符號 低壓電器（Low voltage Apparatus）通常 指工作在交、直流電壓1200V以下的電路中起通 斷、控制、保護(hù)和調(diào)節(jié)作用的電氣設(shè)備。 本章主要介紹常見的接觸器、繼電器、低 壓斷路器、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)、熔斷器等設(shè)備的基本 結(jié)構(gòu)、功能及工作原理。 1.2.1 電磁機構(gòu) 電磁機構(gòu)是各種自動化電磁式電器的主要組成部分一，它將電磁能轉(zhuǎn)換 成機械能，帶動觸點使之閉合或斷開。電磁機構(gòu)由吸引線圈和磁路兩部分組 成。磁路包括鐵心、銜鐵、鐵軛和空氣隙。 3 1 2 3 1 2 圖2.1 常用電磁機構(gòu)的形式 1. 鐵心 2. 線圈 3. 銜鐵 1.2.2 執(zhí)行機構(gòu) 低壓電器

7、的執(zhí)行機構(gòu)一般由主觸點及其滅弧裝置組成。 1、觸點 (a) 點接觸(b) 線接觸(c) 面接觸 圖2.2 觸點的3種接觸形式 2 2、電弧的產(chǎn)生與滅弧裝置 當(dāng)斷路器或接觸器觸點切斷電路時，在拉開的兩個觸點之間將 出現(xiàn)強烈火花，根據(jù)上述電弧產(chǎn)生的物理過程可知，欲使電弧熄滅， 應(yīng)設(shè)法降低電弧溫度和電場強度，以加強消電離作用。當(dāng)電離速度 低于消電離速度，則電弧熄滅。 磁吹式滅弧裝置 滅弧柵 滅弧罩 多斷點滅弧 （a）閉合狀態(tài)（b）斷開狀態(tài) 圖2.3 橋式觸點 1.動觸點；2.靜觸點；3.電弧 1 2 （a）閉合狀態(tài) 3 常用的滅弧方法有：拉長電弧、冷卻電弧 和將電弧分段。 對于電弧較弱的接觸器，只采

8、用滅弧罩即 可。電弧較強的接觸器，常采用滅弧柵熄 弧。圖1.4是滅弧柵的機構(gòu)圖。圖中1是滅 弧室，2和5分別為動、靜觸點，3 為金屬 柵片，4為電弧。滅弧柵是數(shù)片鋼片制成的 柵狀裝置，當(dāng)觸點斷開發(fā)生電弧時，電弧 進(jìn)入柵片內(nèi)，被分割為數(shù)段，迅速熄滅。 1 5 4 3 2 圖1.4滅弧柵 1.3 接觸器接觸器 接觸器（Contactor）是用來頻繁接通和切斷 電動機或其他負(fù)載主電路的一種自動切換電器。 接觸器是利用電磁吸力的作用來使觸頭閉合 或斷開大電流電路的，是一種非常典型的電磁 式電器。接觸器的主要組成部分為： l 電磁系統(tǒng)：感測部分， l 觸頭系統(tǒng)：執(zhí)行部分。 觸頭工作時，需經(jīng)常接通和分?jǐn)囝~

9、定電流 或更大的電流，所以常有電弧產(chǎn)生，一般情況 下都裝有滅弧裝置，并與觸頭共稱觸頭一滅弧 系統(tǒng)， 1.1.接觸器分類 接觸器按其主觸頭通過的電流種類，分為： 直流接觸器、交流接觸器。 按主觸頭的極數(shù)又可分為： 單極、雙極、三極、四極 和 五極 等幾種。 直流接觸器一般為單極或雙極；交流接觸器大 多為三極，四極多用于雙回路控制，五極用于多速 電動機控制或者自動式自耦減壓起動器中。 (a)CJ10系列 (b)CJX1系列 (c)CJX1/N系列機械聯(lián)鎖接觸器 2.結(jié)構(gòu)及工作原理 (d)CJX系列接觸器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 12 34 56 7 8 9 10 11 接觸器是利用電磁吸力的原理工作的，主 要由電

10、磁機構(gòu)和觸頭系統(tǒng)組成。電磁機構(gòu) 通常包括吸引線圈、鐵心和銜鐵三部分。 圖1.2為接觸器的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中，1、2， 3、4是靜觸點，5、6是動觸點，7、8是吸 引線圈，9、10分別是動、靜鐵心，11是彈 簧。 接觸器工作原理總結(jié)： 接觸器的動作過程： 接觸器的復(fù)位過程： 3. 接觸器的主要技術(shù)數(shù)據(jù) 額定電壓 主觸點上的額定電壓 額定電流 主觸點的額定電流 線圈的額定電壓 通常用的電壓等級為：交流36、110（127）、 220、380V，直流24、48、220、440V 規(guī)定：當(dāng)電源電壓為吸引線圈的額定電壓額定值的85%105%時， 能保證接觸器可靠地吸合；當(dāng)電源電壓低于額定值的40%時，能保

11、 證接觸器可靠釋放。 額定操作頻率 額定操作頻率指每小時接通次數(shù)?，F(xiàn)代生產(chǎn)的接觸器，允許接通 次數(shù)為150-1500次/h。 電壽命和機械壽命 電壽命是指接觸器的主觸點在額定負(fù)載條件下，所允 許的極限操作次數(shù)?，F(xiàn)代生產(chǎn)的接觸器其電壽命可達(dá) 50-100萬次， 機械壽命是指接觸器在不需修理的條件下，所能承受 的無負(fù)載操作次數(shù)。機械壽命可達(dá)500-1000萬次。 （106-7數(shù)量級） 4.4.接觸器的電氣符號 圖2.4 接觸器符號 5. 接觸器的選擇依據(jù)接觸器的選擇依據(jù) 接觸器分兩大類: 直流接觸器、交流接觸器 選擇依據(jù)是： 主觸頭數(shù)、額定電流（I KM）、 線圈控制電壓的類型、等級等。 對電機負(fù)

12、載： I KM I KM = Pe / （ K * Ue ） or I KM = K * Ie 其中 K = 11.4 Pe = 電機額定功率 Ue = 電機額定線電壓 Ie = 電機額定線電流 1.4 繼電器 繼電器（Relay）是一種根據(jù)特定形式的輸入信號 而動作的自動控制電器。繼電器由承受機構(gòu)、中間機構(gòu) 和執(zhí)行機構(gòu)三部分組成。承受機構(gòu)反映繼電器輸入量， 并傳遞給中間機構(gòu)，將它與預(yù)定的量（即整定值）進(jìn)行 比較，當(dāng)達(dá)到整定值時（過量或欠量），中間機構(gòu)就使 執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生輸出量，用于控制電路的開、斷。 1.4.1 1.4.1 繼電器的特性及主要參數(shù) 按輸入量的物理性質(zhì)分為電壓繼電器、電流 繼電器

13、、功率繼電器、時間繼電器、溫度繼電器、 速度繼電器等； 按動作原理分為電磁式繼電器、感應(yīng)式繼電 器、電動式繼電器、熱繼電器、電子式繼電器等； 按動作時間分為快速繼電器、延時繼電器、 一般繼電器； 按執(zhí)行環(huán)節(jié)作用原理分為有觸點繼電器、無 觸點繼電器； 1.4.2 電磁式繼電器 常用的電磁式繼電器有電流繼電器、電壓繼 電器、中間繼電器和時間繼電器。 1 1、電流繼電器： 反映電流變化的控制電器 。 電流繼電器的線圈匝數(shù)少、導(dǎo)線粗、阻抗小，使用時線圈被控電路 串聯(lián)。 根據(jù)用途可分為過電流繼電器和欠電流繼電器。 工作過程： 欠電流繼電器 過電流繼電器 吸引電流:(30%-65%)IN 釋放電流:(:(

14、1010%-%-2020%)%)I IN 吸合電流:(:(110110%-%-400400%)%)I IN 2 2、電壓繼電器： 反映電壓變化的控制電器 。 電壓繼電器的線圈匝數(shù)多、導(dǎo)線細(xì)、阻抗大，使用時線圈被控電 路并聯(lián)。 根據(jù)用途可分為過電壓繼電器和欠電壓繼電器。 工作過程： 欠電壓繼電器過電壓繼電器 釋放電壓:(:(4040%-%-7070%)%)U UN吸合電壓:(:(110110%-%-115115%)%)U UN 。 3.3.中間繼電器：它是控制電器，觸頭容量較小，可以看作是小容量 接觸器 （1 1）組成：與接觸器相同，無主、輔觸點之分；觸頭數(shù)量較多，容量較 小 (3) (3) 型

15、號: : J Z J Z - - 繼電器 常閉觸頭數(shù) 中間 - - 設(shè)計序號- - - - 常開觸頭數(shù) （2 2）功能： a.a.當(dāng)電壓或電流繼電器觸頭容量不夠時，可借助中間繼電器來控 制，此時它作為執(zhí)行元件被當(dāng)作一級放大器使用。 b.b.當(dāng)其他繼電器或接觸器觸頭數(shù)量不夠時, ,可利用中間繼電器來 切換多條電路。 c.c.對于電動機額定電流不超過 5A 5A 的電氣控制系統(tǒng)，可以由中間 繼電器代替接觸器來實現(xiàn)控制。 1.4.3 時間繼電器 定義:從得到輸入信號（線圈的通電或斷電）開始，經(jīng)過一定的延時后才輸出信號 （觸點的閉合或斷開）的繼電器叫時間繼電器（Time Delay Relay）。 按

16、工作原理分:時間繼電器一般有通電延時型和斷電延時型，一般都具有瞬 時觸點和延時觸點這兩種觸點。 通電延時：接受輸入信號(通電)后延時一定的時間，輸出信號才發(fā) 生變化； 當(dāng)輸入信號消失(斷電)后，輸出瞬時復(fù)原。 斷電延時：接受輸入信號(通電)時，瞬時產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號； 當(dāng)輸入信號消失(斷電)后，延遲一定的時間，輸出才復(fù)原。 按結(jié)構(gòu)分:常用的有電磁阻尼式、空氣阻尼式、電動式，新型的有電子 式、數(shù)字式等時間繼電器。 空氣阻尼式時間繼電器 通電延時時間繼電器動作原理圖 斷電延時時間繼電器動作原理圖 通電延時時間繼電器斷電延時時間繼電器 延時觸點 通電延時動作，斷電迅速復(fù)位通電延時動作，斷電迅速復(fù)位

17、瞬時觸點 通電迅速動作，斷電迅速復(fù)位通電迅速動作，斷電迅速復(fù)位 工作過程總結(jié) 延時觸點 通電迅速動作，斷電延時復(fù)位通電迅速動作，斷電延時復(fù)位 瞬時觸點 通電迅速動作，斷電迅速復(fù)位通電迅速動作，斷電迅速復(fù)位 時間繼電器JS7-A系列-3 時間繼電器JS20系列-3 時間繼電器JSM8系列-3 時間繼電器符號 1.4.4熱繼電器 1.熱繼電器的作用和分類 作用：在電力拖動控制系統(tǒng)中，當(dāng)三相交流電動機出現(xiàn)長期帶負(fù)荷欠電壓運行、長期 過載運行以及長期單相運行等不正常情況時，會導(dǎo)致電動機繞組嚴(yán)重過熱乃至燒壞。 為了充分發(fā)揮電動機的過載能力，保證電動機的正常啟動和運轉(zhuǎn)，而當(dāng)電動機一旦出 現(xiàn)長時間過載時又能

18、自動切斷電路，從而出現(xiàn)了能隨過載程度而改變動作時間的電器， 這就是熱繼電器。熱繼電器主要用于電機過載保護(hù)。 分類：按極數(shù)來分，熱繼電器有單極、兩極和三極 按功能來分，三極熱繼電器又有不帶斷相保護(hù)和帶斷相保護(hù)兩 雙金屬片有直接、間接和復(fù)式3種加熱方式。 直接加熱就是把雙金屬片當(dāng)作發(fā)熱元件，讓電流直 接通過；間接加熱是用與雙金屬片無電聯(lián)系的加熱 元件產(chǎn)生的熱量來加熱；復(fù)式加熱是直接加熱與間 接加熱兩種加熱形式的結(jié)合。 2熱繼電器工作原理： 熱繼電器（Thermal over-load Relay）是利用 電流的熱效應(yīng)原理來工作的保護(hù)電器，它在電路中 用作三相異步電動機的過載保護(hù)。熱繼電器的測量 元

19、件通常用雙金屬片，它是由主動層和被動層組成。 主動層材料采用較高膨脹系數(shù)的鐵鎳鉻合金，被動 層材料采用膨脹系數(shù)很小的鐵鎳合金。因此，這種 雙金屬片在受熱后將向膨脹系數(shù)較小的被動層一面 彎曲。 雙金屬片有直接、間接和復(fù)式3種加熱方式。 直接加熱就是把雙金屬片當(dāng)作發(fā)熱元件，讓電流直 接通過；間接加熱是用與雙金屬片無電聯(lián)系的加熱 元件產(chǎn)生的熱量來加熱；復(fù)式加熱是直接加熱與間 接加熱兩種加熱形式的結(jié)合。 3熱繼電器的技術(shù)參數(shù)及常用產(chǎn)品 熱繼電器的主要技術(shù)參數(shù)有額定電壓、額定電流、相數(shù)、熱元件編號以及整定 電流調(diào)節(jié)范圍。 熱繼電器的整定值：是指熱繼電器長久不動作的最大電流，超過此值即動作。 熱繼電器的整

20、定電流可以通過熱繼電器所帶的專門的調(diào)節(jié)旋鈕進(jìn)行調(diào)整。 常用產(chǎn)品型號：熱繼電器的型號也很多。目前較新型的有：國產(chǎn)的JR16、JR20 雙多屬片式熱繼電器，引進(jìn)德國西門屋-芬納爾公司制造技術(shù)生產(chǎn)的JR-23（KD7） 系列熱過載繼電器，與ABB公司的B系列交流接觸器配套的T系列熱繼電器，引進(jìn) 德國西門子公司制造技術(shù)生產(chǎn)的JRS3（3UA）系列熱過載繼電器等產(chǎn)品。 (a)JRS系列 (a)T系列 (b)SR16系列 (c)SR20系列 4.電氣符號 熱元件常閉觸點 圖2.14 熱繼電器符號 FR FR 1.4.5行程開關(guān) 行程開關(guān)（Travel Switch）又稱限位開關(guān)， 是一種根據(jù)生產(chǎn)機械運動的

21、行程位置而動作的小 電流開關(guān)電器。它是通過其機械結(jié)構(gòu)中可動部分 的動作，將機械信號變換為信號，以實現(xiàn)對機械 的電氣控制。 1.操作頭：它是開關(guān)的感測部分，它接受機械結(jié)構(gòu)發(fā) 出的動作信號，并將此信號傳遞到觸頭系統(tǒng)。 2.觸頭系統(tǒng)：開關(guān)的執(zhí)行部分，它將操作頭傳來的機 械信號，通過本身的轉(zhuǎn)換動作，變換為電信號，輸 出到有關(guān)控制回路，使之能按需要作出必要的反應(yīng)。 3.外殼 1.組成部分: 2.外觀、工作原理、 符號: 1.5 其他常用電器 1.5.1 低壓斷路器 (a)DZ47-63 (b)DZ5 (c)DZ47-100 1.DZ5系列低壓斷路器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和符號 (a)內(nèi)部結(jié)構(gòu) (b)通用電路符號 (

22、c)具有過載和短路保護(hù)符號 2.低壓斷路器的選擇依據(jù) 極數(shù)、額定電流、電壓類型、電壓等級、分?jǐn)嗄芰?、動作頻繁程度等。 1.5.2開啟式刀開關(guān) 結(jié)構(gòu)、電路符號和規(guī)格型號 1.5.3低壓熔斷器 熔斷器（Fuse）是一種利用熔體的熔化作用而 切斷電路的、最初級的保護(hù)電器，適用于交流 低壓配電系統(tǒng)，作為線路的過負(fù)載及系統(tǒng)的短 路保護(hù)用。 1.熔斷器的外形、結(jié)構(gòu)與電路符號 (a)NT系列刀形觸頭熔斷器 (bcd)RT系列圓筒帽形熔斷器 (e)插瓷式熔斷器 (f)螺旋式熔斷器 (g)電路符號 (3)極限分?jǐn)嗄芰?熔斷器在規(guī)定的額定電壓和功率因素（或時間常數(shù)）的條件下，能分?jǐn)嗟淖畲箅娏髦怠?所以，極限分?jǐn)嗄?/p>

23、力也反映了熔斷器分?jǐn)喽搪冯娏鞯哪芰?它指熔斷器長期工作時，溫升不超過規(guī)定值時所能承受的電流。為了減少熔斷器的規(guī)格， 熔斷管的額定電流等級比較少，而熔體的額定電流等級比較多，即在一個額定電流等級 的熔斷管內(nèi)可以分幾個額定電流等級的熔體，但熔體的額定電流最大不能超過熔斷管的 額定電流。 (2)額定電流 (1)額定電壓 它指熔斷器長期工作時和分?jǐn)嗪竽軌虺惺艿碾妷海渲狄话愕扔诨虼笥陔姎庠O(shè)備 的額定電壓 2.熔斷器的技術(shù)參數(shù) 1.5.4主令電器 主令電器（Master Switch）是電氣控制系統(tǒng)中用 于發(fā)送控制指令的非自動切換的小電流開關(guān)電器。在 控制系統(tǒng)中用以控制電力拖動系統(tǒng)的起動與停止，以 及改

24、變系統(tǒng)的工作狀態(tài)，如正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。 主令電器可直接作用于控制線路，也可以通過電 磁式電器間接作用。 它是一種專門發(fā)號施令的電器，故稱主令電器。 主令電器應(yīng)用廣泛，種類繁多，主要有控制按鈕、萬 能轉(zhuǎn)換開關(guān)等。 1.5.5按鈕、旋鈕開關(guān) 按鈕是一種用來短時接通/斷開小電 流控制電路的主令電器 選擇依據(jù)是：觸點對數(shù)、動 作要求、結(jié)構(gòu)形式、顏色、是否自 帶指示燈等； 電壓等級、通流能力（1 8 A）。 啟動按鈕 綠色 停止按鈕 紅色 緊急操作 蘑菇式按鈕 結(jié)構(gòu)及工作原理 下面分別以控制按鈕和接觸器為例介紹手 動電器和自動電器的結(jié)構(gòu)和工作原理。 （1）按鈕 按鈕是手動控制電器的一種，用來發(fā)出信 號和接通或斷開控制電路。圖1.1是按鈕的 結(jié)構(gòu)示意圖和圖文符號，圖（a）中1、2是 動斷（常閉）觸點，3，4是動合（常開） 觸點，5是復(fù)位彈簧，6是按鈕帽。圖（b） 為圖文符號。 (a)外形與結(jié)構(gòu) (b)電路符號 (c)規(guī)格與型號 THANK YOU VERY MUCH ！ 本章到此結(jié)束，