第一章 電氣控制基本知識(shí)

1、西門子西門子PLC應(yīng)用與設(shè)計(jì)教程應(yīng)用與設(shè)計(jì)教程 -柳春生柳春生 編著編著第一章第一章 電氣控制基礎(chǔ)知識(shí)電氣控制基礎(chǔ)知識(shí)1、電器的定義及作用電器定義：定義：凡是能自動(dòng)或手動(dòng)接通和斷開電路，以及對(duì)電路或非電對(duì)象能進(jìn)行切換、控制、保護(hù)、檢測(cè)、變換和調(diào)節(jié)的電器元件系統(tǒng)稱為電器。 簡(jiǎn)單地說，電器就是電的一種控制工具。作用：作用：（1）接通和斷開電路；（2）對(duì)電路或非電對(duì)象進(jìn)行切換、控制、保護(hù)、檢測(cè)、變換和和調(diào)節(jié)。 1-1 電器的作用與分類電器的作用與分類1-1 電氣的作用與分類電氣的作用與分類2、電器的分類電器用途廣泛、功能多樣、種類繁多、構(gòu)造各異、分類方法很多。按工作電按工作電壓等級(jí)壓等級(jí)高壓電器高壓

2、電器交流額定電壓高于交流額定電壓高于1200V或者直流額定電壓高于或者直流額定電壓高于1500V電器電器低壓電器交流額定電壓為1200V及以下或者直流額定電壓1500V及以下電器按動(dòng)作原理手動(dòng)電器需要人直接操作才能完成指令任務(wù)的電器（按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、隔離開關(guān)燈）。自動(dòng)電器無需人操作，按照電信號(hào)或者非電信號(hào)自動(dòng)完成指令任務(wù)的電器（接觸器、繼電器、電磁閥等）。按用途控制電器用于各種控制電路和控制系統(tǒng)的電器（接觸器、繼電器、電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器等）。主令電器用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中發(fā)送控制指令的電器（按鈕、主令開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)燈）。執(zhí)行電器用于某種完成動(dòng)作或傳輸功能的電器（電磁閥、電磁離合器等）。配電電器用于電能的

3、輸送和分配的電器（高壓斷路器、隔離開關(guān)、母線等）。保護(hù)電器用于保護(hù)電路及用電設(shè)備的電器（熔斷器、避雷器等）。按應(yīng)用場(chǎng)合一般工業(yè)用電器、特殊工礦用電器（防爆電器）、農(nóng)用電器、其他場(chǎng)合用電器（航空及航舶用電器等）。1-1 電氣的作用與分類電氣的作用與分類3、電力拖動(dòng)自控系統(tǒng)常用的低壓電器接觸器、繼電器、自動(dòng)空氣斷路器、行程開關(guān)、熔斷器及其他電器（按鈕、刀開關(guān)等）1-2 常用低壓電器常用低壓電器一、接觸器 是一個(gè)能頻繁通斷的由電磁鐵帶動(dòng)的負(fù)荷開關(guān)，可以頻繁通斷主電路的正常工作電流。作用：用于電路的頻繁通斷，電氣設(shè)備（如電動(dòng)機(jī)）的近、遠(yuǎn)距離控制，程序控制等。（一）接觸器的結(jié)構(gòu)與工作原理。1、結(jié)構(gòu) 如圖

4、1-1所示：主要部件：線圈、鐵芯、銜鐵、主觸點(diǎn)、輔助觸點(diǎn)、滅弧罩等。1-絕緣板 2-主靜觸頭 3-主動(dòng)觸頭 4-銜鐵 5-鐵心 6-線圈 7-滅弧罩 8-轉(zhuǎn)軸 9-反作用彈簧 10-輔助觸頭1-2 常用低壓電器常用低壓電器（1）觸點(diǎn)形式根據(jù)允許通過電流的大小分為：點(diǎn)接觸、線接觸、面接觸。點(diǎn)接觸點(diǎn)接觸允許通過電流小。允許通過電流小。線接觸線接觸允許通過電流中。允許通過電流中。面接觸面接觸允許通過電流大。允許通過電流大。 a) 點(diǎn)接觸 b）線接觸 c) 面接觸1-2 常用低壓電器常用低壓電器（2）觸點(diǎn)種類 1）主觸點(diǎn)： 容量大，用于通斷高電壓、大電流電路。常開觸點(diǎn)較多見，常閉觸點(diǎn)較少見 2）輔助觸

5、點(diǎn)：容量小，用于通斷低電壓、小電流電路。接觸器的觸點(diǎn)損壞的原因主要是磨損和電弧燒損，滅弧罩就是滅弧裝置之一。接觸器分?jǐn)嚯娏鞔笮∧芰εc滅弧裝置的滅弧能力大小有直接關(guān)系。1-2 常用低壓電器常用低壓電器結(jié)論：（1）接觸器實(shí)際上是一個(gè)能頻繁通斷的由電磁鐵帶動(dòng)的負(fù)荷開關(guān)。（2）與別的開關(guān)相比，它可以頻繁通斷主電路的正常工作電流，但不能分?jǐn)嘀麟娐返亩搪冯娏?！短路電流通常用斷路器或熔斷器來分?jǐn)唷?（3）接觸器常用于電路的頻繁通斷和電氣設(shè)備（如電動(dòng)機(jī)）的近、遠(yuǎn)距離控制，程序控制等。 接觸器的觸點(diǎn)損壞的原因主要是磨損和電弧燒損，滅弧罩就是滅弧裝置之一。接觸器分?jǐn)嚯娏鞔笮∧芰εc滅弧裝置的滅弧能力大小有直接關(guān)系。

6、1-2 常用低壓電器常用低壓電器（3）電磁機(jī)構(gòu)的組成與形式 由吸引線圈和磁路組成，實(shí)際上就是一個(gè)電磁鐵。 磁路包括鐵心、銜鐵、空氣隙等。常用的電磁機(jī)構(gòu)有（按銜鐵的運(yùn)動(dòng)方式分為）：（a）直動(dòng)式（b）拍合式1-銜鐵、 2-鐵心、 3-吸引線圈銜鐵繞棱角轉(zhuǎn)動(dòng)：銜鐵繞棱角轉(zhuǎn)動(dòng)： 適用于直流接觸器。適用于直流接觸器。銜鐵繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)：銜鐵繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)： 多用于大功率的交流多用于大功率的交流接觸器。接觸器。銜鐵直線運(yùn)動(dòng)：銜鐵直線運(yùn)動(dòng)： 多用于中、小功率的多用于中、小功率的交流接觸器交流接觸器1-2 常用低壓電器常用低壓電器當(dāng)線圈通電時(shí)： 銜鐵吸合，主常開觸點(diǎn)閉合，輔助常開觸點(diǎn)閉合， 輔助常閉觸點(diǎn)斷開。當(dāng)線圈斷電時(shí)

7、： 銜鐵釋放，主常開觸點(diǎn)打開，輔助常開觸點(diǎn)打開，輔助常閉觸點(diǎn)閉合。2、接觸器的工作原理線圈線圈鐵芯鐵芯銜鐵銜鐵主觸頭主觸頭彈簧彈簧輔助輔助觸頭觸頭M3電機(jī)電機(jī)接觸器是接觸器是利用電磁利用電磁吸力使觸吸力使觸頭閉合或頭閉合或斷開，從斷開，從而自動(dòng)接而自動(dòng)接通或斷開通或斷開電機(jī)的一電機(jī)的一種自動(dòng)電種自動(dòng)電器開關(guān)。器開關(guān)。1-2 常用低壓電器常用低壓電器（二）交直流接觸器比較交直流接觸器結(jié)構(gòu)基本相同，其特點(diǎn)不同。1、直流接觸器 主觸點(diǎn)控制直流電路，且線圈需通入直流電進(jìn)行控制。銜鐵吸合前后，線圈電流不變，適合于頻繁動(dòng)作。但主觸點(diǎn)斷開時(shí)會(huì)產(chǎn)生較高的過電壓（U=Ldi/dt），故工作電壓不允許過高（440

8、V以下）。2、交流接觸器主觸點(diǎn)控制交流電路，且線圈多采用交流電進(jìn)行控制，銜鐵吸合前后線圈電流變化很大，可相差10-15倍，不適合頻繁動(dòng)作。（三）接觸器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)1-2 常用低壓電器常用低壓電器二、繼電器（一）繼電器的定義及與接觸器的區(qū)別1、定義 根據(jù)電氣量（電壓、電流等）或者非電量（溫度、壓力、轉(zhuǎn)速、時(shí)間等）的變化接通或斷開控制電路的自動(dòng)切換電器。1-2 常用低壓電器常用低壓電器2、繼電器與接觸器的區(qū)別繼電器沒有主、輔觸點(diǎn)之分，主要用在低電壓、小電流的控制電路中，其控制量可以是電氣量，也可以是非電氣量。接觸器有主、輔觸點(diǎn)之分，其中主觸點(diǎn)用在高電壓、大電流的主回路中，輔觸點(diǎn)用在低電壓、小電流

9、的控制回路中，其控制量?jī)H僅是電氣量，即電壓控制。1-2 常用低壓電器常用低壓電器（二）繼電器的種類及其特點(diǎn)1、電磁式繼電器結(jié)構(gòu)與接觸器類似，有電流繼電器、電壓繼電器、中間繼電器三種。1）電流繼電器特點(diǎn)：線圈串接于電路中，導(dǎo)線粗、匝數(shù)少、阻抗小。 分類：過電流繼電器、欠電流繼電器1-2 常用低壓電器常用低壓電器2）電壓繼電器特點(diǎn)：線圈并聯(lián)在電路中，匝數(shù)多，導(dǎo)線細(xì)分類：過電壓繼電器和欠電壓繼電器結(jié)構(gòu)原理：與電流繼電器類似欠電壓繼電器KAU U KAKAKA1-2 常用低壓電器常用低壓電器3）中間繼電器 觸點(diǎn)容量大，且數(shù)量多，起中間放大和轉(zhuǎn)換小繼電器觸點(diǎn)數(shù)量和容量的作用。中間繼電器實(shí)質(zhì)上是一種電壓繼

10、電器，結(jié)構(gòu)和工作原理與接觸器相同。2、磁電式繼電器 其結(jié)構(gòu)與電流表類似。靈敏度高，能反映信號(hào)的極性，觸點(diǎn)容量小，常用與微弱信號(hào)的檢測(cè)。1-2 常用低壓電器常用低壓電器3、時(shí)間繼電器指繼電器通電（斷電）到其觸點(diǎn)動(dòng)作有一些延時(shí)，不是同步，主要有以下四種形式電磁式（銅套阻尼式）、空氣阻尼式、電動(dòng)機(jī)式、半導(dǎo)體式4、舌簧繼電器觸點(diǎn)容量小、動(dòng)作快，靈敏度高、用永磁體驅(qū)動(dòng)可反映非電信號(hào)。5、熱繼電器結(jié)構(gòu)類似于由熱原件驅(qū)動(dòng)的小開關(guān)。作過載保護(hù)用，控制量為過載電流。6、速度繼電器結(jié)構(gòu)類似于小電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的小開關(guān)，控制量為速度，動(dòng)作有方向性溫度繼電器溫度繼電器光電繼電器光電繼電器壓力繼電器壓力繼電器1-2 常用低壓

11、電器常用低壓電器1-2 常用低壓電器常用低壓電器（三）繼電器觸點(diǎn)的種類繼電器的圖形、文字、符號(hào)1-2 常用低壓電器常用低壓電器（四）繼電器的結(jié)構(gòu)及工作原理1、電磁式電磁式: 結(jié)構(gòu)同接觸器類似，靠電磁鐵驅(qū)動(dòng)。1-鐵心 2-旋轉(zhuǎn)棱角 3-釋放彈簧 4-調(diào)節(jié)螺母 5-銜鐵 6-動(dòng)觸點(diǎn)7-靜觸點(diǎn) 8-非磁性墊片 9-線圈1-2 常用低壓電器常用低壓電器2、電磁式時(shí)間繼電器（銅套阻尼式）電磁式時(shí)間繼電器（銅套阻尼式）:結(jié)構(gòu)如圖所示.電磁式時(shí)間繼電器靠銅（鋁）套阻延時(shí)。當(dāng)線圈斷電時(shí)主磁通銳減，磁通變化率最大，銅套上感應(yīng)出渦流，渦流產(chǎn)生的磁通繼續(xù)維持銜鐵吸合，達(dá)到延時(shí)釋放的目的。1-2 常用低壓電器常用低壓

12、電器三、低壓熔斷器v作用：作短路和過載保護(hù) 熔斷器是一種當(dāng)電流超過規(guī)定值一定時(shí)間后,以它本身產(chǎn)生的熱量使熔體熔化而分?jǐn)嚯娐返碾娖?廣泛應(yīng)用于低壓配電系統(tǒng)及用電設(shè)備中。v應(yīng)用：串接于被保護(hù)電路的首端v優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，價(jià)格便宜，體小量輕 常用的熔斷器有插入式熔斷器、螺旋式熔斷器、無填料式熔斷器和有填料式熔斷器。1-2 常用低壓電器常用低壓電器 當(dāng)電路發(fā)生短路當(dāng)電路發(fā)生短路或嚴(yán)重過負(fù)荷時(shí)，大或嚴(yán)重過負(fù)荷時(shí)，大電流產(chǎn)生的高溫使熔電流產(chǎn)生的高溫使熔體熔斷，切斷故障電體熔斷，切斷故障電流。流。1-2 常用低壓電器常用低壓電器 熔斷器的分類熔斷器的分類:R型管式（R熔斷器）RM型密閉管式（M密閉）

13、，無填料，無限流作用。RT型填料管式（T填料），限流式，即有限流作用。NT型德國(guó)AEG公司技術(shù)，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)。有填料，密閉管式， 有限流作用。RC型瓷插式（C瓷插），無填料，無限流作用。RL型螺塞式（L螺塞）無填料，無限流作用。RZ型自復(fù)式（Z自復(fù)），采用鈉熔體，有限流作用，熔斷 器的發(fā)展方向之一！ 瓷插式熔斷器瓷插式熔斷器螺旋式熔斷器螺旋式熔斷器有填料封閉管式熔斷器有填料封閉管式熔斷器主要由外殼和熔體構(gòu)成1-2 常用低壓電器常用低壓電器四、主令電器v作用：發(fā)送控制命令或信號(hào)的電器，常用于接通或斷開控制電路。再通過接觸器、繼電器間接控制主電路的接通或斷開。 v分類：控制按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)等。

14、（一）控制按鈕數(shù)控機(jī)床上的按鈕站數(shù)控機(jī)床上的按鈕站一般用：一般用：紅色紅色表示表示停止停止和和急停急停；綠色綠色表示表示起動(dòng)起動(dòng)；黑色黑色表示表示點(diǎn)動(dòng)；點(diǎn)動(dòng)；藍(lán)色藍(lán)色表示表示復(fù)位；復(fù)位；另外還有黃、白等顏色，供另外還有黃、白等顏色，供不同場(chǎng)合使用。不同場(chǎng)合使用。1-2 常用低壓電器常用低壓電器（二）行程開關(guān)又稱限位開關(guān)，工作原理與按鈕相類似。行程開關(guān)觸點(diǎn)動(dòng)作不靠手工操作，而是利用機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的碰撞使觸點(diǎn)動(dòng)作，從而將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再通過其他電器間接控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)動(dòng)部件的行程、運(yùn)動(dòng)方向和進(jìn)行限位保護(hù)等。雙輪旋轉(zhuǎn)式直動(dòng)式單輪旋轉(zhuǎn)式直動(dòng)式行程開關(guān)原理圖直動(dòng)式行程開關(guān)原理圖1-1-頂桿頂桿 2-

15、2-彈簧彈簧 3-3-動(dòng)斷觸點(diǎn)動(dòng)斷觸點(diǎn) 4-4-動(dòng)合觸點(diǎn)動(dòng)合觸點(diǎn)1-2 常用低壓電器常用低壓電器工作原理：當(dāng)運(yùn)動(dòng)機(jī)械的擋鐵撞到行程開關(guān)的頂桿1時(shí)，頂桿受壓觸動(dòng)使得動(dòng)斷觸點(diǎn)3斷開，動(dòng)合觸點(diǎn)4閉合，頂桿上的擋鐵移走后，頂桿在彈簧2的作用下復(fù)位，各觸點(diǎn)回到原始通斷狀態(tài)。行程開關(guān)的電氣符號(hào) 隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，目前還廣泛使用電子式接近開關(guān)電子式接近開關(guān)作為行程或位置控制。接近開關(guān)又稱無觸點(diǎn)行程開關(guān)，它是一種非接觸型的檢測(cè)裝置。1、作用：可以代替行程開關(guān)完成傳動(dòng)裝置的位移控制和限位保護(hù)，還廣泛用于檢測(cè)零件尺寸、測(cè)速和快速自動(dòng)計(jì)數(shù)以及加工程序的自動(dòng)銜接等。2、特點(diǎn)：工作可靠、壽命長(zhǎng)、功耗低、重復(fù)定位精度高、靈敏度高、頻率響應(yīng)快以及適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境等。1-2 常用低壓電器常用低壓電器五、低壓斷路器 低壓斷路器俗稱自動(dòng)空氣開關(guān)或自動(dòng)開關(guān)。是低壓配電網(wǎng)中的主要開關(guān)電器之一。它不僅可以接通和分?jǐn)嗾Ｘ?fù)載電流、電動(dòng)機(jī)工作電流和過載電流，而且可以接通和分?jǐn)喽搪冯娏?。主要在不頻繁操作的低壓配電線路或開關(guān)柜(箱)中作為電源開關(guān)使用，并對(duì)線路、電氣設(shè)備及電動(dòng)機(jī)等起保護(hù)作用。當(dāng)它們發(fā)