第1章电气控制系统常用器件

©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-1-逻辑与可编程控制刘汉奎[e-mail]©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-2-授课对象:电气工程及其自动化专业，自动化专业先修课程：电路，电子，电机学，电力拖动，计算机原理等课程类型：专业课主要教材及参考书：王永华编著，《现代电气控制及PLC应用技术》（第3版），北京航空航天大学出版社，2013©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-3-课程性质：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（PLC）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术、培养同学们的实际应用能力和动手能力©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-4-具体要求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，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，理解可编程控制器的工作原理。4、掌握西门子公司的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。©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-5-考核方式总成绩=平时考核（出勤+作业）20分+实验成绩20分+期末笔试成绩60分©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-6-引言电气控制技术的发展控制方法：手动自动控制功能：简单控制设备复杂控制系统操作方式：笨重轻巧控制原理：有触点的继电接触式控制系统以计算机为核心的“软”控制系统当代工业自动化的三大技术支柱：PLCCAD/CAMRobot©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-7-继电接触式控制系统VS.可编程控制系统继电接触式控制系统由继电器、接触器和按钮等组成结构简单，价格低廉，抗干扰能力强用“硬接线方式”完成控制逻辑和功能，灵活性差工作频率低，反应速度慢易损坏，可靠性差可编程控制系统以可编程逻辑控制器（PLC）为核心用“软件方式”完成控制逻辑和功能，功能完备，通用性和灵活性好；具有算数运送、数据转换、过程控制、数据通信等功能，能实现大型、复杂的控制任务操作方便，价格低廉，简单易懂两种方法基本上都可以实现同一种功能。它们的运用都需要“门电路”的知识。门电路就是“与门”、“非门”、“或门”之类的知识。采用PLC控制，往往在采集输入信号时，可能需要用到继电器。在输出控制信号时，还要用继电器做“功率放大”-PLC控制系统可能包括继电器接触式控制系统。©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-8-鼠笼式异步电动机控制图2PLC控制的输入输出接线图图3PLC控制的梯形图主回路（动力回路）:大电流通过的部分，包括从电源到电机之间相连的电器元件。控制回路：接触器和继电器线圈等小电流线路；启动按钮停止按钮©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-9-电气自动控制技术的新发展新一代电气自动控制技术数控技术是电气自动控制的重要分支直接数字控制（DDC）系统柔性制造系统（FMS）计算机集成制造系统（SIMS）计算机辅助设计和辅助制造（CAD/CAM）集散控制系统（DCS）智能机器人智能制造现场总线控制系统（FCS）FieldbusControlSystem在计算机网络技术、通信技术和微电子技术的基础上，与自动控制技术相结合的产物继集散控制系统（DCS）后的新一代控制系统电气控制系统是FCS中底层网络的重要组成部分©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-10-第一章电气控制系统常用器件©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-11-主要内容1.1电器的基础知识1.2接触器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1.10常用安装附件©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-12-电器就是根据外界施加的信号和要求，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、变换和调节的电工器械。低压电器通常指工作在交流电压1200V、直流电压1500V以下的电器。1.1电器的基础知识©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-13-电器的分类©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-14-控制电器：用于控制电路和控制系统的电器，例如接触器、继电器等。配电电器：用于电能输送和分配的电器，例如高压断路器。主令电器：用于自动控制系统中发送指令的电器，例如按钮、开关等。保护电器：用于保护电路及设备的电器，例如熔断器、热继电器等。执行电器：用于完成某种动作或传达功能的电器，例如电磁离合器等。常用低压电器的作用©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-15-常用低压电器的类型©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-16-常用低压电器实物©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-17-电磁式电器：采用电磁感应原理完成电器功能的电器电磁式电器组成：触点（头）电磁机构灭弧装置（部分电器）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电磁式电器及组成©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-18-电磁式电器工作原理6F=恒值1—铁芯2—线圈3—衔铁4—静触点5—动触点6—触点弹簧7—复位弹簧SBF27810（b）线圈通以交流电的电磁机构电磁式电器工作原理示意图（a）线圈通以直流电的电磁机构电磁吸力72210sin8FSBtB-气隙磁感应强度S-磁极截面积对单相交流电磁机构，加短路环减小噪声和振动©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-19-触点（头）触点是电器的执行机构，它在衔铁的带动下起接通和分断电路的作用。结构形式：触点的接触形式：触点的分类：按触点的运动情况：动触点和静触点按触点的职能分：主触点和辅助触点按触点的状态可分为：常开触点和常闭触点单断点指形触头和双断点桥式触头点接触、线接触和面接触©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-20-作用：电磁机构是电磁式低压电器的感测部件，它的作用是将电磁能量转换成机械能量，带动触头动作使之闭合或断开，从而实现电路的接通或分断。结构：电磁机构1©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-21-吸力特性：电磁机构使衔铁吸合的力与气隙的关系曲线称为吸力特性。反力特性：电磁机构使衔铁释放（复位）的力与气隙的关系曲线称为反力特性。交流电磁机构的吸力特性：F与δ无关直流电磁机构的吸力特性：F与δ的平方成反比－双曲线吸力和反力的配合：吸合过程和释放过程电磁机构的工作原理©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-22-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触点弹簧的作用电磁机构的反力装置©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-23-灭弧装置（1）(2)电弧的危害a.延长了切断故障的时间;b.高温引起电弧附近电气绝缘材料烧坏；c.形成飞弧造成电源短路事故;d.电弧是造成电器的寿命缩短的主要原因。(1)电弧开关电器切断电流电路时，触点间电压大于10V，电流超过80mA时，触点间会气体放电，即电弧。产生电弧的根本原因在于电器触头本身及触头周围的介质中含有大量可被游离的电子，当分断的触头间存在足够大的外施电压，而且电路电流也达到最小生弧电流时，就会强烈游离而形成电弧。©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-24-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：①迅速拉长电弧；②冷却和去游离法。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-冷却电弧灭弧装置（2）F＋F＋©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-25-接触器是用来频繁地、远距离地接通或分断电动机主电路或其他负载电路的自动控制电器。用途控制电动机的起动、反转、制动和调速等。控制电动机主电路和大电流电路的通断的开关电器。分类交流接触器、直流接触器1.2接触器©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-26-线圈通电（5）后,在铁芯（6）中产生磁通,由此在衔铁（3）气隙处产生吸力,使衔铁产生闭合动作,带动主触点（1,2）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（4）的作用下打开，主、辅触点又恢复到原来的状态。接触器的工作原理©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-27-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1．结构交流接触器2．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。©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-28-结构：电磁机构、触头系统和灭弧装置。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。直流接触器©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-29-接触器的图形符号和文字符号©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-30-接触器的技术参数额定电压：主触点的额定电压交流接触器的额定电压一般为220V、380V、660V及1140V直流接触器一般为110V、220V、440V及660V辅助触头的常用额定电压：交流380V；直流220V额定电流：主触点的额定电流6A、10A、16A、25A、40A、60A、100A、160A、250A、400A、600A、1000A、1600A、2500A及4000A线圈额定电压接通和分断能力：负载类型操作频率：允许每小时接通的最多次数交流接触器的操作频率一般为：300次/h~1200次/h；直流接触器的额定操作频率比交流接触器的高©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-31-接触器的选择1.接触器的类型选择：根据接触器所控制负载的轻重和负载电流的类型:直流、交流型2.额定电压的选择接触器的额定电压不小于负载回路的电压。3.额定电流的选择：一般接触器的额定电流不小于被控回路的额定电流。4.吸引线圈的额定电压：吸引线圈的额定电压与所接控制电路的