电器控制与PLC技术

电器控制与PLC技术总体时间安排•电器控制部分：20学时其中：授课18学时、实验2学时•PLC及应用部分：28学时其中：授课22学时、实验6学时电器控制与PLC技术•授课内容：分为6个部分第1部分：常用低压电器及选用（教材第一章）第2部分：电器控制基本线路及原理（教材第一章）第3部分：PLC基础知识（教材第二章）第4部分：小型PLC及其指令系统(FX系列)（教材第三章、第四章(自学)）第5部分：PLC程序设计（教材第五章）第6部分：PLC应用系统设计（教材第六章、第七章）电器控制基础福建工程学院电子信息与电气工程系马莹•一、电器的概念•二、电器的分类•三、电器的作用•四、常用的低压控制电器•五、我国低压控制电器的发展情况•六、低压电器基本组成第一节概述一、电器的概念•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。•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，简称电器控制系统。1．按工作电压等级分类2．按动作原理分类3．按用途分类4．按工作原理分类二、电器的分类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。2．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。•（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。3．按用途分类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。三、电器的作用•低压电器能够依据操作信号或外界现场信号的要求，自动或手动地改变电路的状态、参数，实现对电路或被控对象的控制、保护、测量、指示、调节。低压电器的作用有：（1）控制作用（4）调节作用（2）保护作用（5）指示作用（3）测量作用（6）转换作用四、常用的低压控制电器及用途序号类别主要品种用途1断路器塑料外壳式断路器主要用于电路的过负荷保护、短路、欠电压、漏电压保护，也可用于不频繁接通和断开的电路框架式断路器限流式断路器漏电保护式断路器直流快速断路器2刀开关开关板用刀开关主要用于电路的隔离，有时也能分断负荷负荷开关熔断器式刀开关3转换开关组合开关主要用于电源切换，也可用于负荷通断或电路的切换换向开关4主令电器按钮主要用于发布命令或程序控制限位开关微动开关接近开关万能转换开关5接触器交流接触器主要用于远距离频繁控制负荷，切断带负荷电路直流接触器6起动器磁力起动器主要用于电动机的起动星三起动器自耦减压起动器7控制器凸轮控制器主要用于控制回路的切换平面控制器8继电器电流继电器主要用于控制电路中，将被控量转换成控制电路所需电量或开关信号电压继电器时间继电器中间继电器温度继电器热继电器9熔断器有填料熔断器主要用于电路短路保护，也用于电路的过载保护无填料熔断器半封闭插入式熔断器快速熔断器自复熔断器10电磁铁制动电磁铁主要用于起重、牵引、制动等地方起重电磁铁牵引电磁铁五、我国低压控制电器的发展情况•解放后（1953-1957）：试制成功低压断路器、接触器等十二大类；•改革开放以来：低压电器制造工业得到迅猛发展，大量引进国外先进技术，基本实现了国产化，有的产品还返销到国外；•当前的发展方向：小体积、高可靠性、使用方便、功能可组合性方向发展。•感受部分•执行部分•例：闸刀开关------最简单的电器手柄：感受触点（触头）：执行六、低压控制电器的基本组成第二节低压电器的电磁机构及执行机构1电磁机构----将电能转化为机械能①结构：固定铁心，衔铁，电磁线圈。（吸引线圈）②分类：直动式，拍合式。外形见图③原理：电磁线圈通电后，电磁吸力大于弹性力，使衔铁闭合。④铁心材料：直流—电工软铁；交流—硅钢片（端面嵌铜短路环克服交流颤抖声）磁路结构电磁铁特点•根据吸引线圈通电电流的性质分类，电磁铁分为直流电磁铁和交流电磁铁。•通常采用短路环来解决交流电磁铁的振动问题。短路环的示意图如图1.3所示，其中1为短路环，2为铁心。短路环起到磁通分相的作用，把极面上的交变磁通分成两个交变磁通，并且使这两个磁通之间产生相位差，那么它们所产生的吸力间也有一个相位差，这样，两部分吸力就不会同时达到零值，当然合成后的吸力就不会有零值的时刻，如果使合成后的吸力在任一时刻都大于弹簧拉力，就消除了振动。短路环12图1.3短路环2触头系统（执行机构）结构：图桥式：点接触面接触指式：线接触，滚动摩擦，适用于大电流。材料：黄铜—指式；银铜合金—桥式3灭弧系统•电弧产生：在触点由闭合状态过渡到断开状态的过程中产生的电弧。气体自持放电形式之一，是一种带电质点的急流。•电弧特点：外部有白炽弧光，内部有很高的温度和密度很大的电流。3灭弧系统电弧种类：交流电弧和直流电弧交流电弧存在交流过零点，电弧易熄灭灭弧原理：①迅速拉长电弧②冷却和去游离法用途：用于熄灭触头分断负载电流时产生的电弧。•灭弧方法：①机械灭弧法：利用弹性力、迅速拉长电弧②纵缝灭弧法：分割电弧，并有冷却作用。如：纵缝陶土灭弧罩③栅片灭弧法：金属栅片分割电弧见图④磁吹灭弧法：电磁吸力的作用下迅速拉长电弧使用于熄灭直流电弧。图栅片灭弧磁吹灭弧第三节接触器•用途：自动接通和断开大电流负荷电路•按照所控制电路的种类，接触器可分为交流接触器和直流接触器两大类。交流接触器•1、交流接触器结构与工作原理•构成：电磁机构+触头+灭弧罩图•工作原理：线圈通电后，在铁芯中产生磁通及电磁吸力。此电磁吸力克服弹簧反力使得衔铁吸合，带动触点机构动作，常闭触点打开，常开触点闭合，互锁或接通线路。线圈失电或线圈两端电压显著降低时，电磁吸力小于弹簧反力，使得衔铁释放，触点机构复位，断开线路或解除互锁。CJ20交流接触器2．交流接触器的分类•按主触点极数分：分为单极、双极、三极、四极和五极接触器。•按灭弧介质分：分为空气式接触器、真空式接触器等•按有无触点分：可分为有触点接触器和无触点接触器。3．交流接触器的基本参数•额定电压：指主触点的额定工作电压。•直流有：24V、48V、110V、220V、440V•交流有：36V、127V、220V、380V•额定电流：主触点的额定电流。•机械寿命（1000万次以上）与电气寿命（100万次以上）•操作频率：每小时的操作次数•一般：300次/h、600次/h、1200次/h•接通与分断能力：可靠接通和分断的电流值。•接通时：主触点不应发生熔焊。•分断时：主触点不应发生长时间燃弧。2、直流接触器•直流接触器的结构和工作原理基本上与交流接触器相同。在结构上也是由电磁机构、触点系统和灭弧装置等部分组成。由于直流电弧比交流电弧难以熄灭，直流接触器常采用磁吹式灭弧装置灭弧。3、接触器的符号与型号说明•图形符号：图1-2接触器的图形符号a)线圈b)主触点c)辅助触点•文字符号：KM接触器的型号说明4、接触器的选用•交流接触器的选用，应根据负荷的类型和工作参数合理选用。具体分为以下步骤：•1）．选择接触器的类型•2）．选择接触器的额定参数第四节继电器•用途：根据信号变化，接通或断开电路•构成：传感器+输出触点•继电器分类：用途分：控制继电器、保护继电器、中间继电器。原理分：电磁式、感应式、热继电器等输入信号的性质分：电压、电流、时间、温度、速度、压力等动作时间分：瞬时继电器、延时继电器输出形式分：有触点、无触点继电器继电器和接触器的异同继电器和接触器的结构和工作原理大致相同。•主要区别在于：继电器：用于控制电路，体积和触点容量小，触点数目多，只能通过小电流，没有灭弧装置，可在电量或非电量的作用下动作。接触器：用于主电路、电流大，有灭弧装置，一般只能在电压作用下动作。常见的继电器1电压、电流继电器2中间继电器3时间继电器4热继电器5速度继电器6固态继电器1、电流、电压继电器1、定义：依据线圈的电流或电压的变化而输出触点动作的控制电器。2、分类：过流（压）：过流（压）时触点动作。欠流（压）：欠流（压）时触点复位。3、符号：图电流、电压继电器电气图形及文字符号2、中间继电器•用途（功能）：增加控制点数或信号放大。•分类：交流、直流•结构：电磁机构+触头系统•符号常用中间继电器和小型继电器•JZ7系列中间继电器3、时间继电器•定义：按时间原则工作的继电器。•用途：用于时间控制，又称定时器。•延时类型：通电延时型、断电延时型。•结构分类：空气式、电子式、电动式等。–空气式时间继电器–电子式时间继电器–电动式时间继电器空气式时间继电器•构成：电磁机构+触头+汽缸（活塞）•原理：利用空气阻尼的原理工作。图a通电延时型、b断电延时型•主要参数：延时类型及触点吸引线圈电压延时范围0.4~60S或0.4~180S•电气符号：图•特点：价低、延时范围大、结构简单，但准确度较低。空气式时间继电器通电延时的空气式时间继电器结构示意图常开触头延时闭合常闭触头延时打开延时触点顺动触点常开触头常闭触头线圈通电衔铁向下吸合连杆动作触头动作工作原理调节螺丝进气孔托板线圈动铁心恢复弹簧挡块释放弹簧活塞杆橡皮膜排气孔时间继电器的电气图形及文字符号电动式时间继电器•构成：同步机+减速器+执行结构（触头）•优：延时时间长、精度高。缺：结构复杂、体积大。电子式时间继电器•分类：晶体管式（阻容式）：利用充放电原理延时工作，小型继电器触点输出。数字式：脉冲+计数+执行机构。4、热继电器具有过载保护特性的过电流继电器。(长期过载、频繁启动、欠电压、断相运行均会引起过电流)•用于：电动机或其他设备的过载保护和断相保护。•分类：双金属片式—常用、电子式•结构：热元件+触头+动作机构+整定装置+复位装置图•原理：由双金属片的变形，通过导板，分断触点。复位：故障排除后，手动复位整定：通常整定在电动机的额定电流上。•符号：图热继电器结构原理图断相保护型号、图形符号热继电器接入电动机定子电路方式5、速度继电器•用途：检测转速的过零点。多用于反接制动时，切除反相序电源。•结构：转子（磁极）+笼型空心绕组+触头图•原理：电磁感应与鼠笼式异步机相似。转动时，笼型绕组感生电势，形成电流后受力而摆动，摆锤拨动触头系统工作。•停转时（N=0），摆锤垂立，触头复位。•符号：图速度继电器结构速度继电器结构原理图1-电动机转轴2-永磁转子3-定子4-绕组5-摆杆6、7-静触点8、9-动触点8-簧片速度继电器图文符号6、固态继电器•构成：由电力开关器件组成，由输入信号电压，控制输出电子器件导通。•用途：为无触点继电器，无火花。广泛应用在数字电路和计控系统。•分类：交流输出和直流输出两大类。（AC—SSR、DC—SSR）分别用来通断交/直流负载。•主要参数：输入信号电压范围输出额定电压/电流耐压强度第五节熔断器熔断器是最简便且有效的短路保护电器。其中的熔片或熔丝俗称保险丝，常为电阻率较高的易熔合金或用截面积很小的良导体制成。线路在正常工作时，熔断器不应熔断；而当线路发生短路或严重过载时，熔断器应立即熔断。熔断器1、构成：外壳+熔体（芯）。材料：低熔点、铝锡合金、铜等金属2、保护（熔断）特性：熔体电流超过IfN,熔断。熔断时间与熔体电流成反比。熔体电流小于等于IfN时