电器控制与可编程控制器1

电气控制与可编程控制器主讲：吴江峰绪论1.本课程的主要用途2.本课程的历史由来3.本课程的主要内容一个简单的供水系统电气控制技术的发展一.继电接触式控制系统由继电器、接触器、按钮、行程开关等组成，实现对电动机的启动、停止、有级调速等控制。断续控制：输入、输出信号只有通和断两种状态，不能连续反映信号的变化。特点：结构简单、价格低廉、维护方便、抗干扰能力强二.20世纪30年代对电气控制提出新要求机械加工企业为了提高生产效率，采用机械化流水线的生产方式，随着产品更新换代的加快，电气控制系统必须随之改变继电接触控制系统采用硬接线、继电器数量庞大、工作频率低、寿命短、使生产线运行可靠性降低，不能适应工业发展需求。电气控制技术的发展三.20世纪60年代提出计算机结合继电器控制系统的新系统——顺序控制器通过组合逻辑元件插接或编程来实现继电器—接触器控制线路功能的装置特点：能满足程序经常改变的控制要求，使控制系统具有较大的灵活性和通用性。1969年美国数字设备公司DEC首先研制出可编程控制器电气控制技术的发展四.20世纪70年代：可编程控制器随着大规模集成电路和微处理器技术的发展和应用，出现了用软件手段来实现各种控制功能、以微处理器为核心的新型工业控制器。特点：适应恶劣的工业环境，兼备计算机控制和继电控制系统两方面的优点；同时，还具有程序编制清晰直观、方便易学、调试和查错容易等优点，普遍应用于工业控制。电气控制技术的发展本课程的主要内容以电动机或其他执行电器为控制对象，介绍继电接触器控制系统和PLC控制系统的工作原理、典型机械的电气控制线路以及电气控制系统的设计方法。第一章常用低压电器元件电器的本概念电器的基本分类电磁式接触器电磁式继电器电器的基本概念电器:对电动机和生产机械实现控制和保护的电工设备。电器按其工作电压可分为：低压电器：用于交流1200V以下、直流1500V以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器产品。高压电器：用于交流1200V以上、直流1500V以上的电器产品。电器的基本分类电器按操作方式可分为：手动电器：刀开关、组合开关及按钮等。自动电器：接触器、继电器、熔断器和行程开关等。电器按用途可分为：低压配电电器：刀开关、低压断路器、熔断器等。低压控制电器：接触器、继电器、控制器、按钮等。电磁式接触器由两部分构成1.检测部分（电磁机构）2.执行部分（触点）电磁机构电磁机构的构成吸引线圈铁心衔铁吸引线圈简单的电磁机构衔铁铁心电磁机构的工作原理给吸引线圈通电，线圈将电能转化为磁能，即产生磁通。衔铁在电磁引力的作用下产生机械位移，与铁心吸合。电磁机构的结构形式串联线圈（导线粗、匝数少)并联线圈（导线细、匝数多)衔铁直线运动衔铁绕轴转动拍合直流线圈（无骨架、廋高型）交流线圈（有骨架、矮胖型）吸引线圈根据通入电流分类：吸引线圈根据在电路中的联接方式：电磁机构的引力特性电磁机构的受力分析电磁引力反力电磁引力：线圈通电产生磁通作用于衔铁反力：由复位弹簧和触头产生电磁引力：SBF27810B:气隙磁感应强度S:磁极截面积电磁机构的引力特性当线圈中通直流电F=恒值当线圈中通交流电tBBmsintSBFm227sin8102810max7mSBFBttF问题产生？线圈通交流电时，电源电压变化一个周期，电磁铁吸合释放各两次，电磁机构产生振荡不能正常工作。短路环电磁机构交变得磁通穿过短路环所包围的面积，在环中产生涡流，该涡流产生磁通，由此产生两个磁通和。大小相等，相位约差90度。1212SBtFF1F2Ft触点系统触点：是电磁式电器的执行部分，电器就是通过触点的动作来分合被控的电路。电接触：触点在闭合状态下动、静触点完全接触，并有工作电流通过。触点的接触形式有点接触、线接触和面接触电接触的影响因素电接触的情况直接影响触点的工作可靠性和使用寿命影响电接触的主要因素是接触电阻动静触点闭合时，在过渡区域形成的电阻。接触电阻大时易使触点发热而温度升高，从而使触点产生熔焊现象。影响接触电阻的因素：接触压力触点材料触点表面状况触点接触形式灭弧系统由于电器控制主回路电压高电流大，在触头断开的瞬间，触头间距离极小，将产生极强的电磁场。在电磁场作用下触头间产生大量炽热的电子流称为电弧。电弧的出现既妨碍电路的正常分断又会使触头受到严重腐蚀，所以必须采取措施灭弧。交流电有过零点所以交流电弧较直流电弧容易熄灭。产生电弧条件：开断电路有一定电流触头两端电压超过一定数值电弧的危害：触头烧毁、电路切断时间延长、弧光短路、引起火灾常用的灭弧方法：迅速增大电弧长度冷却灭弧装置桥型触头的灭弧原理桥型触头的电弧由两个电弧串联降低了单个电弧的电场强度有利与电弧的熄灭，同时两端的电弧将产生相斥的电磁力将电弧拉长促使电弧冷却熄灭。电磁式接触器电磁式接触器是利用电磁吸力的作用使主触点闭合或分断电动机电路或其他负载电路的控制电器。接触器最主要的用途时控制电动机的起动，反转，制动和调速等。因此它是电力拖动控制系统中最重要也是最常用的控制电器。接触器的分类：按主触点控制的电路中电流分：直流接触器交流接触器按主触点的极数分单极双极（直流接触器）三级、四极、五极（交流接触器）电磁式接触器的结构接触器由电磁系统，触头系统和灭弧装置三部分构成，其文字符号为KM。接触器的主要技术参数额定电压:主触点的额定电压。额定电流：主触点的额定电流。线圈的额定电压：电磁线圈的额定电压。接通和分断能力：主触点在规定条件下能可靠地接通和分断的电流值。额定操作频率：每小时的操作次数AC最大600/hDC最大1200/h接触器的符号线圈常开触点常闭触点灭弧装置接触器的选用根据接触器所控制负载的工作任务轻重来选择相应的接触器接触器的文字符号为KM线圈主触点常开辅助触点常闭辅助触点电磁式继电器根据外来信号（电压或电流），利用电磁原理使衔铁产生闭合动作，从而带动触点动作，使控制电路接通或断开，实现控制电路的状态改变。在很多情况下只需完成逻辑控制功能并不需要直接控制电机或其他大容量电器，这样就不需要主触头和灭弧装置，只需要副触头。在这种情况下可以用电磁继电器取代接触器。为什么引入电磁继电器？区别：继电器的触点不能用来接通和分断负载电路。继电器的结构继电器的符号线圈常开触点常闭触点无灭弧装置继电器的文字符号为KA继电器的特性继电器的主要特性是输入—输出特性，又称继电持性，继电特性曲线如图所示。称为继电器的返回系数当时继电器特性变为开关特性。继电器特性也就是带滞环的开关特性。21/xxk1k常用的小型继电器电磁式电压继电器触点的动作与线圈的动作电压大小有关的继电器。包括欠压继电器和过压继电器。特点：电压继电器的线圈与负载并联，其线圈匝数多而线径细。过压继电器：电路正常工作时过电压继电器不动作，当电路电压超过105％~120％UN（设备的额定电压，不是线圈的额定电压）时过电压继电器吸合对电路实现过电压保护。过压继电器一般利用常闭触点完成保护任务。因直流电路不会产生波动较大的过压，所以没有直流过压继电器。电磁式电压继电器欠电压继电器：电路正常工作时欠电压继电器吸合，当电路电压减小到某一电压时欠电压继电器释放对电路实现欠电压保护。欠压继电器一般利用常开触点完成保护任务。直流欠压继电器的吸合电压与释放电压的调节范围分别为30％~50％UN和7％~20％UN交流欠压继电器的吸合电压与释放电压的调节范围分别为60％~85％UN和10％~35％UN电压继电器的选用线圈的电流种类和电压等级应与控制电路一致。根据在控制电路中是起过压保护还是欠压保护选型。根据控制电路的要求选触点的类型（常开/常闭）和数量。电磁式电流继电器触点的动作与线圈的动作电流大小有关的继电器。包括低电流继电器和过电流继电器。特点：电流继电器的线圈与负载串联，其线圈匝数少而线径粗。过电流继电器：电路正常工作时过电流继电器释放，当电流增大到某一设定值以上时过电流继电器吸合对电路实现过电流保护。过电流继电器利用常闭触点完成保护任务。直流过电流继电器的吸合电流为70％~350％LN交流过电流继电器的吸合电流为110％~400％LN电磁式电流继电器低电流继电器：电路正常工作时欠电流继电器吸合，当电流减小到某一设定值以下时低电流继电器释放对电路实现低电流保护。低电流继电器一般利用常开触点完成保护。一般在直流电路中会引起负载电流的降低，因此有直流低电流继电器而没有交流低电流继电器。直流低电流继电器的吸合电流与释放电流分别为30％~65％LN和10％~20％LN电流继电器的选用线圈电流的种类和等级应与负载电路一致根据对负载的保护作用是低电流还是过电流选用电流继电器的类型。根据控制电路的要求选触点的类型（常开/常闭）和数量。时间继电器从得到输入信号（线圈通电/断电）开始，经过一定延时后才输出信号的继电器。通电延时：线圈通电后延迟一定的时间，输出信号才发生变化；当线圈断电后输出瞬时复原。断电延时：线圈通电后瞬时产生相应的输出信号；当线圈断电后延迟一定时间输出才复原。时间继电器的符号中间继电器将一个输入信号变成多个输出信号或将信号放大（即增大触点的容量）中间继电器的图形文字符号与电压电流继电器相同