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现代电气控制技术主讲老师：吕有忠qq:106798247@qq.com内容提要全书共分三篇(十章)第一篇共五章,第二篇共三章，第三篇共两章第一篇电气控制第一章介绍常用低压电器;第二章介绍电器控制线路的基本规律;第三章介绍电器控制线路的一般设计方法.第四章典型机床线路分析第五章现代低压电器第二篇可编程序控制器、变频器、数控（应用）第六章介绍可编程序控制器的基本知识;第七章介绍电气调速系统与变频器;第八章介绍数控机床第三篇现场总线、系统可靠性第七章介绍现场总线;第八章介绍系统可靠性教学重点：以电气控制应用为主内容简讲讲课自学兼顾电气控制技术发展概述•电气控制涉及的范围极其广阔，几乎是无所不包。•从深度来看，以工业生产为例，从一个普通的设备如电机，大到企业的整个加工、制造系统乃至企业的整个生产过程，都需要电气控制，以及有电气控制技术组成自动化系统和自动化过程;•从广度来看，涉及第二产业工业自动化、第一产业农业自动化、第三产业（服务、商务、交通等等）。•电气控制技术是以各类电动机为动力的传动装置与系统为对象，以实现生产过程自动化的控制技术。电气控制系统是其中的主干部分，在国民经济各行业中的许多部门得到广泛应用，是实现工业生产自动化的重要技术手段。继电接触器控制柜：接触器控制站：继电接触器控制原理图•传统电气控制：•继电器—接触器控制系统至今仍是许多生产机械设备广泛采用的基本电气控制形式，也是学习更先进电气控制系统的基础。它主要由继电器、接触器、按钮、行程开关等组成，由于其控制方式是断续的，故称为断续控制系统。它具有控制简单、方便实用、价格低廉、易于维护、抗干扰能力强等优点。但由于其接线方式固定，灵活性差，难以适应复杂和程序可变的控制对象的需要，且工作频率低，触点易损坏，可靠性差。接触器控制电路存在问题、不足•随着科学技术的不断发展、生产工艺的不断改进，特别是计算机技术的应用，新型控制策略的出现，不断改变着电气控制技术的面貌。在控制方法上，从手动控制发展到自动控制；在控制功能上，从简单控制发展到智能化控制；在操作上，从笨重发展到信息化处理；在控制原理上，从单一的有触头硬接线继电器逻辑控制系统发展到以微处理器或微计算机为中心的网络化自动控制系统。现代电气控制技术综合应用了计算机技术、微电子技术、检测技术、自动控制技术、智能技术、通信技术、网络技术等先进的科学技术成果。•现代电气控制：•以软件手段实现各种控制功能、以微处理器为核心的可编程控制器（ProgrammableLogicController，PLC），是20世纪60年代诞生并开始发展起来的一种新型工业控制装置。它具有通用性强、可靠性高、能适应恶劣的工业环境，指令系统简单、编程简便易学、易于掌握，体积小、维修工作少、现场连接安装方便等一系列优点，正逐步取代传统的继电器控制系统，广泛应用于冶金、采矿、建材、机械制造、石油、化工、汽车、电力、造纸、纺织、装卸、环保等各个行业的控制中。在自动化领域，可编程控制器与CAD/CAM、工业机器人并称为加工业自动化的三大支柱，其应用日益广泛。•可编程控制器技术是以硬接线的继电器—接触器控制为基础，逐步发展为既有逻辑控制、计时、计数，又有运算、数据处理、模拟量调节、联网通信等功能的控制装置。它可通过数字量或者模拟量的输入、输出满足各种类型机械控制的需要。可编程控制器及有关外部设备，均按既易于与工业控制系统联成一个整体，又易于扩充其功能的原则设计。可编程控制器已成为生产机械设备中开关量控制的主要电气控制装置。整体式PLC叠装式PLC可编程控制器（PLC）模块式PLC大型PLC结构外部设备现场用户输出设备微处理器（CPU）运算器控制器输出部件输入部件系统存储器用户存储器I/O扩展接口通讯及编程接口编程设备计算机打印机等传感器按钮、开关现场信号电磁阀中间继电器执行器现场用户输入设备扩展设备扩展单元通讯模块功能模块电源变换器～110V/220V市电PLC基本单元PLC系统结构示意图PLC内部结构图PLC在现代化工厂应用PLC已经是电气控制在各领域普及应用的设备第一章常用低压电器第一节低压电器的基本知识第二节接触器第三节继电器第四节主令电器第五节开关电器第六节熔断器本章小结第七节低压断器第一节低压电器的基本知识一、低压电器的分类按用途和控制对象分：配电电器：用于低压电力网的配电电器。控制电器：用于电力拖动及自动控制系统的电器。按操作方式分：自动电器：产生电磁吸力而自动完成动作指令的电器，如接触器、继电器等。手动电器：通过人的操作发出动作指令的电器，如刀开关、转换开关和主令电器等。按工作原理分：电磁式电器：根据电磁感应原理进行工作，如交直流接触器、电磁式继电器等。非电量控制电器：以非电物理量作为控制量进行工作，如按钮开关、行程开关、刀开关、热继电器、速度继电器等。低压电器:工作电压交流1200V、直流1500V以下的电气线路中起通断、保护、控制或调节作用的电器.1.电磁机构——将电磁能转换为机械能并带动触头动作。组成原理：线圈通入电流，产生磁场，经铁芯、衔铁和气隙形成回路，产生电磁力，将衔铁吸向铁芯。铁芯衔铁线圈二、电磁式低压电器的基本结构交流：硅钢片叠加直流：整块铸铁或铸钢直动式转动式电压线圈：并联在电路中，匝数多、导线细。电流线圈：串联在电路中，匝数少、导线粗。交流线圈：短而粗，有骨架。直流线圈：细而长，无骨架。常用的电磁机构型式：•衔铁沿棱角转动的拍合式铁心，如图（a）所示，其衔铁绕铁扼的棱角转动，磨损较小，铁心一般用电工软铁制成，适用于直流继电器和接触器。•衔铁沿轴转动的拍合式铁心，如图（b）所示，其衔铁绕轴转动，铁心一般用硅钢片叠成，常用于较大容量交流接触器。•衔铁作直线运动的双E型直动式铁心，如图（c）所示，衔铁在线圈内成直线运动，较多用于中小容量交流接触器和继电器中。（a）（b）（c）电磁吸力和反力：•电磁铁工作时，线圈产生的磁通作用于衔铁，产生电磁吸力，并使衔铁产生机械位移，衔铁在复位弹簧的作用下复位。作用在衔铁上有两个力：电磁吸力由电磁机构产生，反力由复位弹簧和触头弹簧产生。铁心吸合时要求电磁吸力大于反力，即衔铁位移方向与电磁吸力方向相同；衔铁复位时要求反力大于电磁吸力。直流电磁铁的电磁吸力公式为：式中B——气隙间磁通密度(T)；S——吸力处气隙端面积()；F——电磁吸力(N)。当端面积S为常数时，吸力F与磁通密度成正比，即F与磁通成正比，反比于端面积S，即2525410410FBSS2m22B2FS2.触头系统——通过触头的开合控制电路通、断。类型材料：一般采用铜、银、镍材料制成；对于小容量电器常用银质材料制成。桥式触头指形触头点接触面接触触点按其原始状态可分为常开触点和常闭触点。原始状态时（即线圈未通电）断开，线圈通电后闭合的触点叫常开触点。原始状态闭合，线圈通电后断开的触点叫常闭触点。线圈断电后所有触点复原。按触点控制的电路可分为主触点和辅助触点。主触点用于接通或断开主电路，允许通过较大的电流，辅助触点用于接通或断开控制电路，只能通过较小的电流。ａ）ｂ）ｃ）a〉最终断开位置b)刚刚接触位置c〉最终闭合位置3.灭弧系统电弧：开关电器切断电流电路时，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。电弧的危害：延长了切断故障的时间；高温引起电弧附近电气绝缘材料烧坏；形成飞弧造成电源短路事故。灭弧措施：吹弧、拉弧、长弧割短弧、多断口灭弧、利用介质灭弧、改善触头表面材料。常用的灭弧方法和装置1.电动力灭弧下图是一种桥式结构双断口触头系统。当触头打开时，在断口中产生电弧。电弧电流在两电弧之间产生如图所示的磁场。根据左手定则，电弧电流要受到一个指向外侧的电动力F的作用，使电孤向外运动并拉长，使其迅速穿越冷却介质，从而加快电弧冷却并熄灭。交流接触器通常采用这种灭弧方法。12桥式触头灭弧原理1一动触头；2一静触头2.磁吹灭弧在触头电路中串入吹弧线圈，该线圈产生的磁通经过导磁夹板引向触头周围，在弧柱下方，两个磁通是相加的，而在弧柱上方是彼此相减的，在下强上弱的磁场作用下电弧被拉长并吹入灭弧罩中，电弧被拉长并受到冷却而很快被熄灭。它广泛应用于直流灭弧装置中（如直流接触器中）。456123FI78磁吹式灭弧装置1—铁心2—绝缘管3—吹弧线圈4—导磁夹片5—灭弧罩6—引弧角7—静触点8—动触点3.栅片灭弧灭弧栅一般是由多片镀铜薄钢片(称为栅片)和石棉绝缘板组成、它们通常在电器触头上方的灭孤室内，彼此之间互相绝缘。当触头分断电路时，在触头之间产生电弧，电弧电流产生磁场，由于钢片磁阻比空气磁阻小得多，因此，电弧上方的磁通非常稀疏，而下方的磁通却非常密集，这种上疏下密的磁场将电弧拉人灭弧罩中，当电弧进入灭弧栅后，被分割成数段串联的短弧。这样每两片灭弧栅片可以看做一对电极，而每对电极间都有150-250V的绝缘强度，使整个灭弧栅的绝缘强度大大加强，而每个栅片间的电压不足以达到电弧燃烧电压，同时栅片吸收电弧热量，使电弧迅速冷却而很快熄灭。灭弧栅片触头电弧第二节接触器电力拖动和自动控制系统中使用量大，涉及面广的一种低压自动控制电器，用来频繁地接通和分断交、直流主回路和大容量控制电路。主要控制对象是电动机，能实现远距离控制，并具有欠压保护。1-主触点2-常闭辅助触点3-常开辅助触点4-动铁心5-线圈6-静铁心7-灭弧罩8-弹簧电磁接触器结构示意图电磁机构：将电磁能转换成机械能，产生电磁吸力带动触点动作.触点：接触器的执行元件，用来接通或断开被控制电路。灭弧装置：熄灭触点分断电流瞬间触点之间气隙中产生的电弧。其它：包括释放弹簧机构、支架与底座等。动铁心（衔铁）静铁心电磁线圈按所控制电路▪主触点▪辅助触点按原始状态▪常开触点▪常闭触点灭弧罩灭弧栅磁吹灭弧装置1．结构2.工作原理：当电磁线圈通电后，线圈电流产生磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触点动作，使常闭触点断开，常开触点闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触点复原，即常开触点断开，常闭触点闭合。电磁接触器工作原理3.接触器分类及特点：交流接触器：线圈通以交流电，主触点接通、切断交流主电路。●交变磁通穿过铁心，产全涡流和磁滞损耗，使铁心发热。●铁心用硅钢片冲压而成以减少铁损。●线圈做成短而粗的圆筒状绕在骨架上以便于散热。●铁心端面上安装铜制的短路环，以防止交变磁通使衔铁产生强烈振动和噪声。●灭弧装置通常采用灭弧罩和灭弧栅。直流接触器：线圈通以直流电，主触点接通、切断直流主电路。●不产全涡流和磁滞损耗，铁心不发热。●铁心用整块钢制成。●线圈制成长而薄的圆筒状。●250A以上的直流接触器采用串联双绕组线圈。●灭弧装置通常采用灭弧能力较强的磁吹灭弧装置。4.接触器主要技术参数：•接触器极数：2P3P4P•额定电压：指主触点的额定工作电压交流有：127V、220V、380V、500V、660V直流有：24V、110V、220V、440V、660V•额定电流：指主触点的额定电流交流接触器：5、10、20、40、60、100、150、250、400、600A直流接触器：40、80、100、150、250、400、600A•线圈的额定电压：吸引线圈正常工作的电压值交流接触器：36、110（127）、220、380V直流接触器：24、48、220、440V•额定通断能力：主触头在规定条件下可靠地接通和分断的电流值。•额定操作频率：每小时的最高操作次数。交流接触器为600次/h，直流接触器为1200次/h。•机械寿命（1000万次以上）与电气寿命（100万次以上）•线圈的起动功率和吸持功率：直流接触器起动和吸持功率相等，交流接触器起动功率为吸持功率的5-8倍.接触器的使用类别•使用类别：AC-AC4、DC1-DC3•AC1和DC1：允许接通和分断额定电流•AC2和DC3：允许接通和分断4倍额定电流•AC3：允许接通6倍额定电流和分断额定电流•AC4：允许接通和分断6倍额定电流•见表1-9接