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电气控制与PLC参考教材：《电气控制与PLC应用》陈建明主编电子工业出版社主讲：张鸿恺一、内容提要1、电气控制的基本概念、理论基础、基本方法2、电气控制系统的组成、基本结构及器件3、传统控制与现代控制的异同点4、设计原则、方法、技能与安全意识二、重要性与意义是从事自动化、智能化技术人员的必备基础是从事控制工程现场作业的基本技能三、课程重点控制实现的方式方法与技能(包括控制理念、设计思想、基本步骤、器件及其电路组成等)。四、学习方法1.控制的要素：安全〔素养+(器件+电路)〕＝目的(标)2.基础知识掌握+学会用脑分析+融类旁通。参考书目：《电气控制与可编程控制器应用》吴晓君杨向明主编中国建筑工业出版社2004年《电气控制与PLC》孙平主编高等教育出版社2004年《新一代可编程计算机控制器技术》齐蓉编著西北工业大学出版社2000年《可编程控制器应用技术与实例》袁任光编著华南理工大学出版社1997年《电气控制与PLC》程周主编电子工业出版社2003年《现代电气控制及PLC应用技术》王永华主编北京航天航空大学出版社2003年名词释疑1、控制：为得到某种结果而施加的某种技术措施或手段所产生的作用。2、电气控制：用电力的办法实现对设备或系统的各种工作状态的控制，以满足用户需求。3、电气控制技术：面向工程实际，着重解决工程中电气控制所遇到的各种问题，实现对设备或系统各种工作状态控制的技术保障与措施。4、自动化：在没有人的直接干预下，通过一定的技术、装置，按预定规则，就能达到预期目标从而提高效率的过程。5、PLC：一种数字式，应用计算机技术的自动控制装置。6、系统：相关元素有机组合的整体。7、网络：无边际的系统；扩大了的系统；信息节点之间的通信链路（Link）。8、设备：从事生产活动的机械装置；系统的具体表现形式。9、电路：设备的动力部分（通路）；系统中一个有特定内涵、不可或缺的分支。第一章常用低压电器第一节低压电器的基本知识第三节控制继电器第二节接触器第四节熔断器第五节开关电器第六节主令电器本章小结本章作业P36：2、4、5、6、10、12、13第一节低压电器的基本知识一、电器在电路中，实现电量与非电量之间的转换、控制、保护、调节、检测等功能的器件或装置。二、分类按工作电压等级分：以AC1200V、DC1000V为界，有高压电器、低压电器按电源性质分：直流电器、交流电器按电器的动作方式分：手动电器和自动电器按电器的用途分：开关、主令、控制、保护和执行电器第一节低压电器的基本知识按有无触点分：有触点电器和无触点电器按工作原理分：电磁式电器和非电量控制电器按电器功能分：控制电器和配电电器按使用环境分：工业、农业、船舶、军用、特种电器等三、低压电器特点量多面广，结构各异大多数为电磁式电器，原理相同，组成相近感受部分(检测部分)——电磁电器的电磁系统执行部分——电磁电器的触点系统第二节接触器一、属性频繁通断交直流回路和大容量控制电路。二、用途是电气控制中最常用、最主要的自动切换电器。电磁式电器；具有低压释放保护功能；适用于频繁操作、远距离或自动控制。三、特点第二节接触器四、结构和工作原理接触器是利用电磁吸力的原理工作的。接触器主要由电磁系统、触头系统和灭弧装置组成，结构简图如图1-1所示。图1-1接触器结构简图1—主触头2—常闭辅助触头3—常开辅助触头4—动铁心5—电磁线圈6—静铁心7—灭弧罩8—弹簧第二节接触器线圈加额定电压，通入电流，产生磁场，铁芯、衔铁和气隙形成回路，产生电磁力，将衔铁吸向铁芯，常闭触头断开，常开触头闭合；线圈电压消失，触头恢复常态。第二节接触器1.电磁系统⑴电磁系统组成电磁系统包括三部分：动铁心（衔铁）、静铁心、电磁线圈。电磁系统的三种铁心形状：U型（C型）、E型、O型（环形）。电磁系统电磁线圈两类：直流线圈、交流线圈。第二节接触器图1-2接触器电磁系统的结构图a)衔铁绕棱角转动拍合式b)衔铁转轴转动拍合式c)衔铁直线运动螺管式第二节接触器(2)吸力特性电磁系统的电磁吸力与气隙的关系曲线称为吸力特性。吸力特性随励磁电流的种类(交流或直流)，励磁线圈的连接方式(并联或串联)不同而不同。电磁吸力可近似地按下式求得F＝4×105B2S式中，F为电磁吸力，B为气隙磁感应强度，S为铁心截面积。当铁心截面积S为常数时，电磁吸力F与B2成正比，也可认为F与气隙磁通φ2成正比,即F∝φ2。励磁电流第二节接触器的种类对吸力特性有很大影响，因此下面对交、直流电磁机构的吸力特性分别讨论。①交流电磁机构的吸力特性设线圈外加电压U不变，交流电磁线圈的阻抗主要决定于线圈的电抗，电阻忽略不计，则当电压频率f、电磁线圈的匝数N和相线圈外加电压U为常数时，气隙磁通φ也为常数，则电磁吸力也为常数，即F与气隙δ大小无关。实际上，考虑到漏磁通的影响，其电磁吸力F随气隙的减小略有增加。第二节接触器②直流电磁机构的吸力特性因线圈外加电压U和线圈电阻不变，流过线圈的电流I也为常数，即不受气隙δ变化的影响，根据磁路定律φ=IN/Rm∝1/Rm，式中Rm为气隙磁阻，则F∝φ2∝1/R2m∝1/δ2，即电磁吸力F与气隙δ的平方成正比。(3)反力特性电磁系统的反作用力与气隙的关系曲线称为反力特性。反作用力包括弹簧力、衔铁自身重力、摩擦阻力等。第二节接触器(4)反力特性与吸力持性的配合为了保证使衔铁能牢牢吸合，反力特性必须与吸力特性配合好，如图1-3所示。图1-3吸力特性与反力特性的配合1—直流电磁铁吸力特性2—交流电磁铁吸力特性3—反力特性2.触头系统触头是接触器的执行部件，用来接通或断开被控电路。⑴类型⑵材料一般采用铜材料制成；对于小容量电器常用银质材料制成。主触头⑶分类辅助触头桥式触头指形触头第二节接触器点接触面接触主要用于通断负载工作电流回路，通常为3对常开触点。主要用于电路的控制与联锁，又称联锁触头，有常开、常闭之分，数量由器件自身结构决定。3.灭弧系统⑴电弧⑵危害①延长了切断故障的时间；②高温引起电弧附近电气绝缘材料烧坏；③形成飞弧造成电源短路事故。⑶灭弧措施吹弧拉弧栅片灭弧多断口灭弧利用介质灭弧改善触头表面材料第二节接触器实质是：电器通断瞬间，带负荷的触头周围空间的大气绝缘层被瞬间击穿，形成空间电流。又称气体放电。触头闭合时，由于动、静触头相互接近，间距减小，电弧短，危害性不大；断开时，触头间距增大，电弧拉长，若无措施，会产生危害。电器带负荷通断电路，若触头间电压大于10V，电流超过80mA时，触头间会产生蓝色的光柱，即电弧。灭弧栅片触头电弧第二节接触器五、交直流接触器特点接触器按其主触头所控制主电流的种类可分为交流接触器和直流接触器两类。1.交流接触器交流接触器线圈通以交流电，主触头接通、分断交流主电路。交流接触器结构图绝缘支架静铁芯吸引线圈灭弧罩主触头动铁芯辅助常开触点第二节接触器辅助常闭触点(1)单相交流电磁机构特性①原因∵i＝ImSinωti∝φ=ΦmSinωtf∝φ2＝FmSin2ωt∴当i=0时：φ=0；f=0因而，电磁机构在工作时会产生振动和噪声。第二节接触器φfiωti,φ,f0第二节接触器衔铁铁芯线圈短路环②解决办法在单相交流电磁铁铁芯的端面嵌装一个自成回路的金属环，也称分磁环或短路环。结论：单相交流电磁机构中，由于短路环的存在，产生了时间上不同时为零的两相磁通，在电磁机构通电期间，电磁吸力始终大于弹簧反力，使衔铁牢牢吸合，消除了振动与噪音。第二节接触器φ′φ1f1ωtφ,f0f2f1+f2iφ2i′φ′f2φ1f1注：i′系φ2产生的感应电流φ′系i′产生的感应磁通Fx＝f1+f2第二节接触器2.直流接触器直流接触器线圈通以直流，主触头接通、切断直流主电路。对于250A以上的直流接触器往往采用串联双绕组线圈。在电路刚接通瞬间，保持线圈被常闭触头短接，可使起动线圈获得较大的电流和吸力。当接触器动作后，常闭触头断开，两线圈串联通电，由于电源电压不变，所以电流减小，但仍可保持衔铁吸合，因而可以节电和延长电磁线圈的使用寿命。图1-11直流接触器双绕组线圈接线图第二节接触器六、分类直流交流单极双极三极适用于一般常规控制四极适用于单相双控回路五极适用于多速电机控制或自耦降压调速起动。接触器KM常闭辅助触点线圈KM常开辅助触点KM七、图符第二节接触器主触点KM八、型号意义第二节接触器CJ热带产品代号(TH)极数以数字表示，三极产品省略A、B改型产品；Z直流线圈；S锁扣；K矿用产品主触点额定电流A辅助代号：Z重任务；X消弧；B栅片去游离灭弧交流接触器拼音缩写设计序号CZ常闭(NC)主触点数常开(NO)主触点数辅助触点代号、数量主触点额定电流A直流接触器拼音缩写设计序号1.额定电压交流接触器：127、220、380、500V直流接触器：110、220、440、660V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、600A2.额定电流3.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九、接触器的主要技术指标第二节接触器接触器持续通电8小时，主触点温升不超过规定时，主触头所允许流过的最大工作线电流主触头所允许承受的最大工作线电压接触器线圈工作电压十、接触器的使用选择原则第二节接触器1.根据电路中负载电流的种类选择接触器的类型；2.根据负载性质选用相应使用类别；3.接触器的额定电压应大于或等于负载回路的额定电压；4.额定电流应大于或等于被控主回路的额定电流;5.吸引线圈的额定电压、电流应与所在控制电路的额定电压、电流等级一致；6.辅助触点数量应能满足控制要求；7.经济实用性。一、控制继电器概述1.定义是一种根据电量(电流、电压)或非电量(时间、速度、温度、压力)等参数的变化，自动接通和断开控制电路，以完成控制或保护任务的自动控制电器。2.功能在控制(小电流)电路中，实现控制、放大、联锁、保护和调节等功能。3.特点用于切换小电流的控制电路；触点容量不大于5A；可以对各种电量或非电量的变化作出反应；无灭弧装置。第三节控制继电器第三节控制继电器4.分类⑴按用途分控制、保护和中间；⑵按应用系统分电力用和拖动控制用；⑶按动作原理分电磁式、感应式、电动式、电子式、机械式、热力式等；⑷按输入参数分电流、电压、时间、速度、压力等；⑸按动作时间分瞬时、延时继电器。第三节控制继电器二、电磁式继电器特性1.结构由电磁系统、触点系统、调节机构、绝缘支架等。2.分类电压继电器；电流继电器；中间继电器；时间继电器；控制继电器等。第三节控制继电器3.特性即：电磁式继电器的输入-输出特性，为一介跃函数。又称回环特性/继电特性。⑴吸合特性yf=0x≤x2ymaxx＞x2⑵释放特性yx=0x＜x1ymaxx≥x1ymaxxy0x1yxyfx2释放时间：线圈失电到衔铁完全释放所用时间4.主要技术参数第三节控制继电器⑴额定电压、电流⑵调节范围⑶动作响应时间⑷返回系数K＝x2x1﹤11无调节功能吸合时间：线圈得电到衔铁完全吸合所用时间普通继电器0.05～0.15s快速继电器0.005～0.05s线圈和触点正常工作时的电压或电流的允许值(额定值)指控制继电器的吸合值(释放值)、整定值三、常用电磁式继电器介绍1.电压/电流继电器⑴用途设备或系统的电压/电流的自动控制与保护。⑵特点①电压继电器线圈并联在电路中，匝数多、导线细、阻抗大；②电流继电器线圈串接于电路中，导线粗、匝数少、阻抗小。⑶分类①按线圈工作电源性质分②按被控电路电源性质分③按继电器工作特性分第三节控制继电器过电压/过电流继电器欠电压/欠电流继电器直流型：过流、欠流、欠压交流型：过流、过压、欠压直流型、交流型(单、三相)、交/直流型过电流继电器IKAKAKA第三节控制继电器欠电流继电器KAKAIKA⑷图符欠电压继电器KAKAUKA过电压继电器KAKAUKA第三节控制继电器电流继电器电压继电器⑸产品第三节控制继电器⑹说明①过压(流)继电器②欠压(流)继电器③