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电气控制与PLC控制技术祁和义1考核方法及要求课程性质：必修、考查课考核方式：总成绩=（平时考核+实验成绩）×50%+闭卷考试成绩×50%平时考核=出勤+作业+课堂笔记注意：课堂笔记的记录2第1讲讲解内容：1常用低压电器元件及基本控制规律1.1电器的基本知识1.2常用低压电器学习说明：本讲是学习电气控制的基础。重点掌握：1.基本的起、保、停继电-接触器控制及组成该线路器件:接触器和按钮。2.自动控制开关：行程开关、接近开关；各种继电器(热继电器、时间继电器、速度继电器等）。3.人力操作的控制开关类电器：包括控制按钮、各类手动开关、脚踏开关、转换开关和主令控制器等。4.执行和显示电器:电磁铁、电磁阀、电磁制动器、显示电器这里主要指指示灯。5.开关和保护器件：刀开关、隔离器和隔离开关、熔断器、低压断路器。31常用低压电器本章主要通过介绍电气控制领域中常用低压电器的工作原理、用途、型号、规格及符号等知识，电器控制线路的基本环节，学会正确选择和合理使用常用电器、学会分析和设计电气控制线路的基本方法，为后继章节的学习打下基础。在PLC出现以前，控制作用由继电器和接触器组成的线路来实现，这常称为继电接触器控制系统，下面介绍继电接触器控制系统。41.1电器的基本知识一、低压电器定义定义：交流1200V以下、直流1500V以下为低压。所谓低压电器指工作在交流1200V、直流1500V额定电压以下的电路中，能根据外界信号(机械力、电动力或其他物理量)，自动或手动接通和断开电路的电器，在此电压范围内使用的电器元件，统称低压电器。作用：是实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测和调节。分类：低压电器可分为手动低压电器和自动低压电器。发展方向：小体积、高可靠性、使用方便、功能可组合性方向发展。5二、电器的分类电器：是接通和断开电路或调节、控制和保护电路及电气设备用的电工器具。电器控制系统：完成由控制电器组成的自动控制系统，称为继电器—接触器控制系统。电器的用途广泛，功能多样，种类繁多，结构各异。下面是几种常用的电器分类。1．按工作电压等级分类（1）高压电器用于交流电压1200V、直流电压1500V及以上电路中的电器。例如高压断路器、高压隔离开关、高压熔断器等。（2）低压电器用于交流50Hz(或60Hz)，额定电压为1200V以下；直流额定电压1500V及以下的电路中的电器。例如接触器、继电器等。62．按动作原理分类（1）手动电器用手或依靠机械力进行操作的电器，如手动开关、控制按钮、行程开关等主令电器。（2）自动电器借助于电磁力或某个物理量的变化自动进行操作的电器，如接触器、各种类型的继电器、电磁阀等。3．按用途分类（1）控制电器用于各种控制电路和控制系统的电器，例如接触器、继电器、电动机起动器等。（2）主令电器用于自动控制系统中发送动作指令的电器，例如按钮、行程开关、万能转换开关等。（3）保护电器用于保护电路及用电设备的电器，如熔断器、热继电器、各种保护继电器、避雷器等。7（4）执行电器指用于完成某种动作或传动功能的电器，如电磁铁、电磁离合器等。（5）配电电器用于电能的输送和分配的电器，例如高压断路器、隔离开关、刀开关、自动空气开关等。4．按工作原理分类（1）电磁式电器依据电磁感应原理来工作，如接触器、各种类型的电磁式继电器等。（2）非电量控制电器依靠外力或某种非电物理量的变化而动作的电器，如刀开关、行程开关、按钮、速度继电器、温度继电器等。8三、电器的作用作用：低压电器能够依据操作信号或外界现场信号的要求，自动或手动改变电路的状态、参数，实现对电路或被控对象的控制、保护、测量、指示、调节、转换。注意：对低压配电电器，要求是灭弧能力强、分断能力好，热稳定性能好、限流准确等。对低压控制电器，则要求其动作可靠、操作频率高、寿命长并具有一定的负载能力。91.2常用低压电器一、电磁式低压电器电磁式电器构成：电磁机构+执行机构+灭弧装置（一）电磁机构1.结构：固定铁心，衔铁，电磁线圈。2.分类：直动式，拍合式。3.原理：电磁线圈通电后，电磁吸力大于弹性力，使衔铁闭合。10（二）执行机构组成：一般由主触点及其灭弧装置组成。电弧的产生与灭弧装置电弧的产生：当断路器或接触器触点切断电路时，如电路中电压超过10-20V和电流超过80-100mA，在拉开的两个触点之间将出现强烈火花，这实际上是一种气体放电的现象，通常称为“电弧”。电弧种类：交流电弧（交流电弧存在交流过零点，电弧易熄灭）和直流电弧。11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。根据上述灭弧原则，常用的灭弧装置有如下几种。1）磁吹式灭弧装置2）灭弧栅3）灭弧罩4）多断点灭弧12二、接触器接触器的功能作用：1.自动接通或断开大电流电路的电器。它可以频繁地接通或分断交直流电路，并可实现远距离控制。2.具有低电压释放保护功能，接触器具有控制容量大、过载能力强、寿命长、设备简单经济等特点，是电力拖动自动控制线路中使用最广泛的电器元件。控制对象：其主要控制对象是电动机，也可用于电热设备、电焊机、电容器组等其它负载。接触器的分类：接触器可分为交流接触器和直流接触器两大类。1314触头系统：主触头、辅助触头常开触头（动合触头）常闭触头（动断触头）电磁系统：动、静铁芯，吸引线圈和反作用弹簧灭弧系统：灭弧罩及灭弧栅片灭弧1．结构一）交流接触器15162．工作原理①线圈加额定电压，衔铁吸合，常闭触头断开，常开触头闭合；②线圈电压消失，触头恢复常态。③为防止铁心振动，需加短路环。17用途：远距离通断直流电路或控制直流电动机的频繁起停。结构：电磁机构、触头系统和灭弧装置。工作原理：与交流接触器基本相同。二）直流接触器18KM常闭辅助触点线圈KM主触点KM常开辅助触点KM三）接触器的符号19额定电压交流接触器：127、220、380、500V直流接触器：110、220、440V交流接触器：5、10、20、40、60、100、150、250、400、600A直流接触器：40、80、100、150、250、400、600A额定电流吸引线圈额定电压交流接触器：36、110（127）、220、380V直流接触器：24、48、220、440V四）接触器的主要技术指标20根据电路中负载电流的种类选择接触器的类型；接触器的额定电压应大于或等于负载回路的额定电压；吸引线圈的额定电压应与所接控制电路的额定电压等级一致；额定电流应大于或等于被控主回路的额定电流。四）接触器的使用选择原则21作用：根据某种输入信号的变化，接通或断开控制电路，实现自动控制和保护电力装置的自动电器。（控制、放大、联锁、保护和调节作用）分类：按用途分：控制和保护继电器（热继电器）按动作原理分：电磁式、感应式、电动式、电子式、机械式按输入量分：电流、电压、时间、速度、压力按动作时间分：瞬时、延时继电器特点：额定电流不大于5A三、继电器22一）电流继电器特点：线圈串接于电路中，导线粗、匝数少、阻抗小。分类：过电流继电器、欠电流继电器过流电流继电器欠流电流继电器欠电流继电器KAIKAKA过电流继电器IKAKAKA23特点：线圈并联在电路中，匝数多，导线细分类：过电压继电器和欠电压继电器结构原理：与电流继电器类似欠电压继电器KAUKAKA过电压继电器UKAKAKA二）电压继电器24中间继电器实质上是一种电压继电器，结构和工作原理与接触器相同。但它的触点数量较多，在电路中主要是扩展触点的数量。另外其触头的额定电流较大。三）中间继电器25作用：电动机的过载保护利用双金属片受热弯曲去推动杠杆使触头动作利用电阻值随温度变化而变化的特性制成利用过载电流发热使易熔合金熔化而使继电器动作四）热继电器型式：双金属片式热敏电阻式易熔合金式结构：由发热元件、双金属片和触头及动作机构等部分组成。261-1.接线端子2-主双金属片3-热元件4-推动导板5-补偿双金属片6-常闭触头7-常开触头8-复位调节螺钉9-动触头10-复位按钮11-偏心轮12-支撑件13-弹簧四）热继电器（续）双金属片式热继电器原理示意图27四）热继电器（续）28使用与选择使用：作为电动机的过载保护，注意与熔断器的配合。选择：ＩeR≥ＩedＩeR：热继电器热元件的额定电流；Ｉed：电动机的额定电流。四）热继电器（续）29空气阻尼时间继电器空气阻尼时间继电器作用：按整定时间长短通断电路分类：按构成原理分：电磁式电动式空气阻尼式晶体管式数字式按延时方式分：通电延时型断电延时型五）时间继电器30(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(a)线圈一般符号(b)通电延时线圈(c)断电延时线圈(d)通电延时闭合动合（常开）触点(e)通电延时断开动断（常闭）触点（f）断电延时断开动合（常开）触点（g）断电延时闭合动断（常闭）触点（h）瞬动触点五）时间继电器（续）符号31五）时间继电器（续）32五）时间继电器（续）33作用：根据速度的大小通断电路结构：定子、转子和触头原理：与异步电动机类似参数：动作转速：120rpm复位转速：100rpm六）速度继电器34定子---由硅钢片迭成笼型空心圆环套在转子上，装有鼠笼型短路绕组。符号六）速度继电器（续）转子---圆柱形永久磁铁，与电动机同轴连接。35六）速度继电器（续）36压力继电器光电继电器温度继电器七）其它继电器四、刀开关（自己看书）作用：隔离电源，不频繁通断电路1.开关板用刀开关（不带熔断器式刀开关）作用：不频繁地手动接通、断开电路和隔离电源用。结构图和符号：37QS2.带熔断器式刀开关——用作电源开关、隔离开关和应急开关，并作电路保护用。383.负荷开关用途：作不频繁带负荷操作和短路保护用。39五、低压断路器功能：低压断路器也称为自动空气开关，可用来接通和分断负载电路，也可用来控制不频繁起动的电动机。它功能相当于闸刀开关、过电流继电器、失压继电器、热继电器及漏电保护器等电器部分或全部的功能总和，是低压配电网中一种重要的保护电器。低压断路器具有多种保护功能(过载、短路、欠电压保护等)、动作值可调、分断能力高、操作方便、安全等优点，所以目前被广泛应用。特点：操作安全，分断能力较高。分类：框架式（万能式）和塑壳式（装置式）结构：触头系统、灭弧装置、脱扣机构、传动机构。40414212345671-主触头2-自由脱扣器3-过电流脱扣器4-分励脱扣器5-热脱扣器6-失压脱扣器7-按钮12345671-主触头2-自由脱扣器3-过电流脱扣器4-分励脱扣器5-热脱扣器6-失压脱扣器7-按钮塑壳式低压断路器原理图1．主触头2．自由脱扣器3．过电流脱扣器4．分励脱扣器5．热脱扣器6．失压脱扣器7．按钮线路短路或严重过载保护远距离跳闸，对电路不起保护作用线路过载保护电动机的失压保护低压断路器工作原理图43六、熔断器作用：短路和严重过载保护应用：串接于被保护电路的首端分类：44瓷插式RC螺旋式RL有填料式RT无填料密封式RM快速熔断器RS自恢复熔断器45瓷插式熔断器螺旋式熔断器46有填料式熔断器无填料密封式熔断器47快速熔断器自恢复熔断器七、主令电器作用：发送控制命令或信号的电器分类：控制按钮万能转换开关主令控制器行程开关接近开关4849控制按钮50万能转换开关51主令控制器52行程开关滚轮式行程开关53微动行程开关54习题与思考题l-1交流接触器在衔铁吸合前的瞬间，为什么在线圈中产生很大的冲击电流?直流接触器会不会出现这种现象?为什么?l-2交流电磁线圈误接入直流电源，直流电磁线圈误接入交流电源，会发生什么问题?为什么?l-3在接触器标淮中规定其适用工作制有什么意义?l-4交流接触器在运行中有时在线圈断电后，衔铁仍掉不下来，电动机不能停止，这时应如何处