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《电气控制与PLC应用》绪论1.电气控制技术的产生与发展电气控制技术是随着科学技术的不断发展、生产工艺不断提出新的要求，从手动控制到自动控制，从简单的控制设备到复杂的控制系统，从有触点的硬接线控制系统到以计算机为中心的存储控制系统。（1）电力拖动自动控制系统的组成（2）电气控制技术的发展2.可编程控制器（PLC）的产生与发展由于继电器——接触器控制系统的结构特点制约着它的发展，在1968年，美国通用汽车（GM）公司率先提出了研制新型工业控制器的设想。一年后，由美国数据设备公司（DEC）研制出世界上第一台可编程控制器，即是早期的工业电脑（PLC）。在微电子技术和计算机技术发展的带动下，使PLC在处理速度和控制功能上都有了很大提高，不仅可以进行开关量的逻辑控制，还可以对模拟量进行控制，且具有数据处理、PID控制和数据通信功能，发展成为一种新型的工业自动控制标准装置。近年来随着电力电子技术、检测传感技术、机械制造技术的发展，PLC在通信能力以及控制领域等方面都不断有新的突破，正朝着电气控制、仪表控制、计算机控制一体化和网络化的方向发展。3.本课程的性质、内容和任务要求主要内容：（1）工业控制系统中的继电器—接触器控制系统；（2）PLC控制系统；学习方法建议：（1）打好继电器——接触器控制系统的基础，进而学习掌握PLC控制系统的应用；（2）注意学习内容的普及和发展需要；（3）学习时应注意掌握基本原理和应用规律；（4）加强实践技能训练做到理论和实践结合。元件-电路-系统第1章三相笼型异步电动机的运转控制电路本章要点：★低压电器元件的认识★电动机的顺序控制★电动机的正反转控制★电气控制电路的实现与调试1.1手动运转控制电路应用：对于功率较小（5.5kw以下）且工作要求简单的电动机，如冷却泵、液压泵、小型台钻或砂轮机的电动机等，可以用手动的低压电器开关直接控制其运转。元件:熔断器、刀开关、负荷开关、组合开关、低压电路器等。控制电路：主电路螺旋式熔断器熔断管1.1.1熔断器1、外形瓷插式熔断器熔断器2、作用：短路和严重过载保护QFFU1FU2SB2KMKML1L2L3KMSB1KHKH具有过载保护的正转控制原理图M3~插入式、螺旋式、管式（无填料封闭管式、填料封闭管式）、导轨式、速熔式。熔断器3、分类：插入式螺旋式有填料封闭管式无填料封闭管式导轨式速熔式熔断器4、结构：瓷插式熔断器无填料封闭式熔断器(a)外型；(b)结构(1)额定电压：这是从灭弧角度出发，保证熔断器能长期正常工作的电压。如果熔断器的实际工作电压超过额定电压，则一旦熔体熔断，可能发生电弧不能及时熄灭的现象。5、选择熔断器(2)熔体额定电流：是指在规定的工作条件下，电流长时间通过熔体而熔体不熔断的最大电流。照明电路：Ifu=（1~1.1）IN熔丝的额定电流照明电路的额定电流电动机：Ifu=（1.5~2.5）IN熔丝的额定电流电动机的额定电流(3)熔断器额定电流：是指保证熔断器能长期正常工作的电流，是由熔断器各部分长期工作时所允许的温升决定的。该额定电流应不小于所选熔体的额定电流，且在额定电流范围内不同规格的熔体可装入同一熔壳内。熔断器5、选择6熔断器FU7、符号：8、注意事项（1）熔断器的插座和插片的接触应保持良好。（2）熔体烧断后，应首先查明原因，排除故障。更换熔体时，应使新熔体的规格与换下来的一致。（3）更换熔体或熔管时，必须将电源断开，防触电。（4）安装螺旋式熔断器时，电源线应接在瓷底座的下接线座上，负载线应接在螺纹壳的上接线座上。这样可保证更换熔管时，螺纹壳体不带电，保证操作者人身安全。熔断器1.1.2刀开关定义：刀开关又称闸刀开关或隔离开关，它是手控电器中最简单而使用又较广泛的一种低压电器。作用：隔离电源，以确保电路和设备维修的安全；分断负载，如不频繁地接通和分断容量不大的低压电路或直接启动小容量电机。刀开关的结构主要由操作手柄、触刀、静触座和绝缘底板构成。绝缘底板接线端子操动手柄静触座动触刀刀开关的种类按触刀的极数可分为单极、双极和三极；按触刀的转换方向可分为单掷（HD）和双掷（HS）；按操作方式可分为直接手柄操作式和远距离连杆操纵式；按灭弧情况可分为有灭弧罩和无灭弧罩。带有杠杆操作机构的刀开关，用于切断不大于额定电流的负荷，均装有灭弧罩，以保证在分断电流时的安全可靠性。隔离刀开关的操作机构具有明显的分合指示和可靠的定位装置。HD型单投刀开关HD型单投刀开关按极数分为1极、2极、3极几种，其示意图及图形符号如图1-1所示。其中图1-1（a）为直接手动操作，（b）为手柄操作，（c）～（h）为刀开关的图形符号和文字符号。其中图1-1（c）为一般图形符号，（d）为手动符号，（e）为三极单投刀开关符号；当刀开关用作隔离开关时，其图形符号上加有一横杠，如图1-1（f）、图1-1（g）、图1-1（h）所示。（a）直接手动操作（b）手柄操作静触头动触头QSQSQS操作杆传动杆接线端接线端静触头动触头QSQSQS(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)（c）一般图形符号（d）手动符号（e）三极单投刀开关符号图1-1HD型单投刀开关示意图及图形符号静触头动触头QSQSQS操作杆传动杆接线端接线端静触头动触头QSQSQS(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)静触头动触头QSQSQS操作杆传动杆接线端接线端静触头动触头QSQSQS(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)（f）一般隔离开关符号（g）手动隔离开关符号（h）三极单投刀隔离开关符号图1-1HD型单投刀开关示意图及图形符号（续）单投刀开关的型号含义如下：极数：3极额定电流：200A系列派生：B-底板改进HD13B-200/3刀开关单投式设计代号11—中央手柄式，12—侧方正面杠杆操作机构式，13—中央正面杠杆操作机构式，14—侧面手柄式。设计代号：HS型双投刀开关HS型双投刀开关也称转换开关，其作用和单投刀开关类似，常用于双电源的切换或双供电线路的切换等，其示意图及图形符号如图1-2所示。由于双投刀开关具有机械互锁的结构特点，因此可以防止双电源的并联运行和两条供电线路同时供电。HS型双投刀开关示意图及图形符号操作杆传动杆接线端接线端接线端静触头动触头QS图1-2HR型熔断器式刀开关HR型熔断器式刀开关也称刀熔开关，它实际上是将刀开关和熔断器组合成一体的电器。刀熔开关操作方便，并简化了供电线路，在供配电线路上应用很广泛，其工作示意图及图形符号如图1-3所示。刀熔开关可以切断故障电流，但不能切断正常的工作电流，所以一般应在无正常工作电流的情况下进行操作。HR型熔断器式刀开关示意图及图形符号操作杆传动杆接线端接线端静触头静触头熔断器QS图1-3组合开关组合开关又称转换开关，控制容量比较小，结构紧凑，常用于空间比较狭小的场所，如机床和配电箱等。组合开关一般用于电气设备的非频繁操作、切换电源和负载以及控制小容量感应电动机和小型电器。组合开关由动触头、静触头、绝缘连杆转轴、手柄、定位机构及外壳等部分组成。其动、静触头分别叠装于数层绝缘壳内，当转动手柄时，每层的动触片随转轴一起转动。常用的产品有HZ5、HZ10和HZ15系列。HZ5系列是类似万能转换开关的产品，其结构与一般转换开关有所不同；组合开关有单极、双极和多极之分。组合开关的结构示意图及图形符号如图1-4所示。组合开关的结构示意图和图形符号合合分QS(a)内部结构示意图静触头动触头绝缘连杆(c)图形符号(b)外形示意图图1-4HK型开启式负荷开关HK型开启式负荷开关俗称闸刀或胶壳刀开关，由于它结构简单、价格便宜、使用维修方便，故得到广泛应用。该开关主要用作电气照明电路和电热电路、小容量电动机电路的不频繁控制开关，也可用作分支电路的配电开关。胶底瓷盖刀开关由熔丝、触刀、触点座和底座组成。此种刀开关装有熔丝，可起短路保护作用。闸刀开关在安装时，手柄要向上，不得倒装或平装，以避免由于重力自动下落而引起误动合闸。接线时，应将电源线接在上端，负载线接在下端，这样拉闸后刀开关的刀片与电源隔离，既便于更换熔丝，又可防止可能发生的意外事故。开启式负荷开关HH型封闭式负荷开关HH型封闭式负荷开关俗称铁壳开关，主要由钢板外壳、触刀开关、操作机构、熔断器等组成。刀开关带有灭弧装置，能够通断负荷电流，熔断器用于切断短路电流。一般用于小型电力排灌、电热器、电气照明线路的配电设备中，用于不频繁地接通与分断电路，也可以直接用于异步电动机的非频繁全压启动控制。铁壳开关的操作结构有两个特点：一是采用储能合闸方式，即利用一根弹簧以执行合闸和分闸的功能，使开关的闭合和分断时的速度与操作速度无关。它既有助于改善开关的动作性能和灭弧性能，又能防止触点停滞在中间位置。二是设有联锁装置，以保证开关合闸后便不能打开箱盖，而在箱盖打开后，不能再合开关，起到安全保护作用。封闭式负荷开关（铁壳开关）HK型开启式负荷开关和HH型封闭式负荷开关都是由负荷开关和熔断器组成，其图形符号也是由手动负荷开关QL和熔断器FU组成QLFU刀开关的安装、使用注意事项（1）刀开关的刀片应垂直安装，手柄向上为合闸状态，向下为分闸状态。（2）刀开关的动静触头应有足够大的接触压力，接触良好，以免过热损坏。（3）刀开关各相分闸动作应一致。（4）刀开关一般不能用来切断负荷电流，如需要应来格按照产品说明书及安全规程的要求执行。1.2三相异步电动机直接启动控制电路1.2.1三相异步电动机的启动问题三相异步电动机的启动过程是指三相异步电动机从接入电网开始转动时起，到达额定转速为止这一段过程。三相异步电动机在启动时启动转矩并不大，但定子绕组中的电流增大为额定电流的4～7倍。这么大的启动电流将带来下述不良后果。（1）启动电流过大造成电压损失过大，使电动机启动转矩下降。同时可造成影响连接在电网上的其他设备的正常运行。（2）使电动机绕组发热，绝缘老化，从而缩短了电动机的使用寿命。（3）造成过流保护装置误动作。因此：三相异步电动机的启动控制方式有两种：一种是直接启动控制；另一种是降压启动控制。1.2.2用刀开关直接控制的三相异步电动机单向运转电路1.刀开关胶壳开关铁壳开关组合开关闸刀开关的图形和文字符号2.采用刀开关控制的异步电动机启动电路实物示意图电气控制线路图电路的工作原理是：（1）合上电源开关QS三相异步电动机通电电动机启动；（2）断开QS电动机断电停转。1.2.3.使用空气断路器直接控制电动机单向运转的电路空气断路器是一种具有过负载、过热、电源欠压、过压等保护功能于一体的电器。多种断路器的外形空气断路器的基本结构在合闸后，搭钩将锁键钩住，使主触点闭合，电动机通电启动运行。扳动手柄于“分”的位置(或按下“分”的按钮)，搭钩脱开，主触点在复位弹簧的拉力作用下断开，切断电动机电源。除手动分断之外。空气断路器还可以分别由三个脱扣器自动分断，实现对应的保护功能。常用几种熔断器的外形1.2.4.用接触器直接控制电动机单向运转的电路（1）熔断器熔断器是一种结构简单、使用方便、价格低廉、控制有效的短路保护电器，它串联在电路中。（2）接触器接触器是一种自动化的控制电器，接触器主要用于频繁接通或分断交、直流电路，具有控制容量大，可远距离操作，配合继电器可以实现定时操作，联锁控制，各种定量控制和失压及欠压保护，广泛应用于自动控制电路。交流接触器从结构上可分为电磁系统、触点系统和灭弧装置三大部分。（3)热继电器热继电器正是根据电动机过载保护的需要而设计的，它利用电流热效应原理和反时限特性，当热量积聚到一定程度时使触点断开切断电路，实现对电动机的过载保护。注意：熔断器和热继电器这两种保护电器，都是利用电流的热效应原理作过流保护的，但它们的动作原理不同，用途也有所不同，不能混淆。（4）按钮开关按钮开关是一种手动电器，常称作控制按钮或按钮。主要用于人们对电路发出控制指令。为了便于操作人员识别，避免发生误操作，生产中用不同的颜色和符号来区分按钮的功能及作用，不能乱用，特别是红色按钮一定是用于停止控制。