電氣控制與plc實(shí)訓(xùn)教程電子教案(第一章)

1、電氣控制與PLC實(shí)訓(xùn)教程,第1章 常用的低壓電器,1.1 概述,1.1.1 低壓電器的分類 1按用途分 低壓電器按它在電路中所處的地位和作用可分為低壓控制電器和低壓配電電器兩大類。,2按動(dòng)作方式分 低壓電器按它的動(dòng)作方式可分為自動(dòng)切換電器和非自動(dòng)切換電器。 3按執(zhí)行機(jī)理分 低壓電器按它有無觸點(diǎn)可分為有觸點(diǎn)電器和無觸點(diǎn)電器兩大類。,1.1.2低壓電器的主要技術(shù)數(shù)據(jù) 1額定電流 2額定電壓 3操作頻率及通電持續(xù)率 4機(jī)械壽命和電氣壽命,1.1.3選擇低壓電器的注意事項(xiàng) 在選擇時(shí)首先考慮安全原則，其次是經(jīng)濟(jì)性，另外，在選擇低壓電器時(shí)還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。 （1）了解電器的正常工作條件 （2）了解電器的主

2、要技術(shù)性能 （3）明確控制對(duì)象及使用環(huán)境 （4）明確相關(guān)的技術(shù)數(shù)據(jù),1.1.4低壓電器的型號(hào)表示法 國(guó)產(chǎn)常用低壓電器的全型號(hào)組成形式如下：,1.2 電磁式低壓電器的結(jié)構(gòu)和工 作原理,1.2.1 電磁機(jī)構(gòu) 1組成 電磁機(jī)構(gòu)一般由鐵芯、銜鐵及線圈等幾部分組成。按通過線圈的電流種類分有交流電磁機(jī)構(gòu)和直流電磁機(jī)構(gòu)；按電磁機(jī)構(gòu)的形狀分有E形和U形兩種；按銜鐵的運(yùn)動(dòng)形式分有拍合式和直動(dòng)式兩大類。,如圖1-1所示。圖1-1（a）為銜鐵沿棱角轉(zhuǎn)動(dòng)的拍合式鐵芯，圖1-1（b）為銜鐵沿軸轉(zhuǎn)動(dòng)的拍合式鐵芯，圖1-1（c）為銜鐵直線運(yùn)動(dòng)的雙E形直動(dòng)式鐵芯。,圖1-1 常用的電磁機(jī)構(gòu),交流電磁機(jī)構(gòu)和直流電磁機(jī)構(gòu)的鐵芯（

3、銜鐵）有所不同，直流電磁機(jī)構(gòu)的鐵芯為整體結(jié)構(gòu)，以增加磁導(dǎo)率和增強(qiáng)散熱；交流電磁機(jī)構(gòu)的鐵芯采用硅鋼片疊制而成，目的是減少在鐵芯中產(chǎn)生的渦流，使鐵芯發(fā)熱。此外交流電磁機(jī)構(gòu)的鐵芯有短路環(huán)，以防止電流過零時(shí)（滯后90）電磁吸力不足使銜鐵振動(dòng)。,2原理 當(dāng)線圈中有工作電流通過時(shí)，通電線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，于是電磁吸力克服彈簧的反作用力使得銜鐵與鐵芯閉合，由連接機(jī)構(gòu)帶動(dòng)相應(yīng)的觸頭動(dòng)作。,3作用 將電磁機(jī)構(gòu)中線圈中的電流轉(zhuǎn)換成電磁力，帶動(dòng)觸頭動(dòng)作，完成通斷電路的控制作用，將電磁能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。,1.2.2 觸頭系統(tǒng) 觸頭是用來接通或斷開電路的，其結(jié)構(gòu)形式有很多種。 1按其接觸形式分 按其接觸形式分為點(diǎn)接觸、線接觸和

4、面接觸3種。,如圖1-2所示。圖1-2（a）為點(diǎn)接觸的橋式觸頭，圖1-2（b）為面接觸的橋式觸頭，圖1-2（c）為線接觸的指形觸頭。點(diǎn)接觸允許通過的電流較小，面接觸和線接觸允許通過的電流較大。,圖1-2 常見的觸頭結(jié)構(gòu),2按控制的電路分 按控制的電路分為主觸頭和輔助觸頭。主觸頭用于接通或斷開主電路，允許通過較大的電流。輔助觸頭用于接通或斷開控制電路，只允許通過較小的電流。,3按原始狀態(tài)分 按原始狀態(tài)分為常開觸頭和常閉觸頭。當(dāng)線圈不帶電時(shí)，動(dòng)、靜觸頭是分開的稱為常開觸頭；當(dāng)線圈不帶電時(shí)，動(dòng)、靜觸頭是閉合的稱為常閉觸頭。,1.2.3滅弧系統(tǒng) 1電弧的產(chǎn)生 電弧產(chǎn)生高溫并有強(qiáng)光，可將觸頭燒損，并使電

5、路的切斷時(shí)間延長(zhǎng)，嚴(yán)重時(shí)可引起事故或火災(zāi)。,2電弧的分類 電弧分直流電弧和交流電弧，交流電弧有自然過零點(diǎn)，故其電弧較易熄滅。 3滅弧的方法 （1）機(jī)械滅?。和ㄟ^機(jī)械將電弧迅速拉長(zhǎng)，用于開關(guān)電路。,（2）磁吹滅?。涸谝粋€(gè)與觸頭串聯(lián)的磁吹線圈產(chǎn)生的磁力作用下，電弧被拉長(zhǎng)且被吹入由固體介質(zhì)構(gòu)成的滅弧罩內(nèi)，電弧被冷卻熄滅。 （3）窄縫滅?。涸陔娀⌒纬傻拇艌?chǎng)、電場(chǎng)力的作用下，將電弧拉長(zhǎng)進(jìn)入滅弧罩的窄縫中，使其分成數(shù)段并迅速熄滅，如圖1-3所示，該方式主要用于交流接觸器中。,（4）柵片滅?。寒?dāng)觸頭分開時(shí)，產(chǎn)生的電弧在電場(chǎng)力的作用下被推入一組金屬柵片而被分成數(shù)段，彼此絕緣的金屬片相當(dāng)電極，因而就有許多陰陽極

6、壓降，對(duì)交流電弧來說，在電弧過零時(shí)使電弧無法維持而熄滅，如圖1-4所示，交流電器常用柵片滅弧。,圖1-3 窄縫滅弧室的斷面,圖1-4 金屬柵片滅弧示意圖,1.3 配 電 電 器,1.3.1刀開關(guān) 刀開關(guān)只用于手動(dòng)控制容量較小、起動(dòng)不頻繁的電動(dòng)機(jī)，可分為瓷底開啟式負(fù)荷開關(guān)和封閉式負(fù)荷開關(guān)。,1.3.2 低壓斷路器 低壓斷路器（又稱為自動(dòng)開關(guān)）可用來分配電能、不頻繁地起動(dòng)電動(dòng)機(jī)、對(duì)供電線路及電動(dòng)機(jī)等進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)它們發(fā)生嚴(yán)重的過載或短路及欠壓等故障時(shí)能自動(dòng)切斷電路。,低壓斷路器按用途分有配電（照明）、限流、滅磁、漏電保護(hù)等幾種；按動(dòng)作時(shí)間分有一般型和快速型；按結(jié)構(gòu)分有框架式（萬能式DW系列）和塑料外

7、殼式（裝置式DZ系列）。,1.3.3漏電保護(hù)開關(guān) 漏電保護(hù)開關(guān)是一種最常用的漏電保護(hù)電器。它既能控制電路的通與斷，又能保證其控制的線路或設(shè)備發(fā)生漏電或人身觸電時(shí)迅速自動(dòng)掉閘，切斷電源，從而保證線路或設(shè)備的正常運(yùn)行及人身安全。,1.3.4 低壓熔斷器 熔斷器由熔體（熔絲或熔片）和安裝熔體的外殼兩部分組成，起保護(hù)作用的是熔體，其外形結(jié)構(gòu)和圖形符號(hào)如圖1-11所示。低壓熔斷器按形狀可分為管式、插入式、螺旋式和羊角保險(xiǎn)等；按結(jié)構(gòu)可分為半封閉插入式、無填料封閉管式和有填料封閉管式等。,圖1-11 熔斷器外形結(jié)構(gòu)及圖形符號(hào),1特點(diǎn)及用途 常用熔斷器的特點(diǎn)及用途如表1-1所示。,表1-1,常用熔斷器的特點(diǎn)、

8、用途,續(xù)表,2主要參數(shù) 低壓熔斷器的主要參數(shù)如下： （1）熔斷器的額定電流Ige； （2）熔體的額定電流ITe （3）熔體的熔斷電流Ib （4）熔斷器的斷流能力Id,如果線路電流大于熔斷器的斷流能力，熔絲熔斷時(shí)電弧不能熄滅，可能引起爆炸或其他事故。低壓熔斷器的幾個(gè)主要參數(shù)之間的關(guān)系為：IdIbIgeITe。,3選型 熔斷器的選型主要是選擇熔斷器的形式、額定電流、額定電壓以及熔體額定電流。 熔體額定電流的選擇是熔斷器選擇的核心，其選擇方法如表1-2所示。,表1-2,熔體額定電流選擇,4注意事項(xiàng) 在安裝、更換熔體時(shí)，一定要切斷電源，將刀開關(guān)拉開，不要帶電作業(yè)，以免觸電。熔體燒壞后，應(yīng)換上和原來同材

9、料、同規(guī)格的熔體，千萬不要隨便加粗熔體，或用不易熔斷的其他金屬絲去替換。,1.4 控 制 電 器,1.4.1接觸器 接觸器是一種適用于遠(yuǎn)距離頻繁接通和分?jǐn)嘟恢绷髦麟娐泛涂刂齐娐返淖詣?dòng)控制電器。,1.4.2主令電器 主令電器主要用來切換控制電路，即用它來控制接觸器、繼電器等電器的線圈得電與失電，從而控制電力拖動(dòng)系統(tǒng)的起動(dòng)與停止，以及改變系統(tǒng)的工作狀態(tài)，如正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)等。,1.5 繼電器,1.5.1 電磁式繼電器 電磁式繼電器是應(yīng)用最早同時(shí)也應(yīng)用最多的一種繼電器。它由電磁機(jī)構(gòu)和觸點(diǎn)系統(tǒng)組 成，如圖1-19所示。,1-靜觸點(diǎn)；2-動(dòng)觸點(diǎn)；3-簧片；4-銜鐵；5-極靴； 6-空氣氣隙；7-反力彈簧；8-

10、鐵軛；9-線圈； 10-鐵芯,圖1-19 電磁式繼電器機(jī)構(gòu)圖,1電磁式電壓繼電器 電磁式電壓繼電器觸點(diǎn)的動(dòng)作與線圈所加電壓大小有關(guān)，使用時(shí)和負(fù)載并聯(lián)。電壓繼電器又分過電壓繼電器、欠電壓繼電器和零電壓繼電器。,2電磁式電流繼電器 電磁式電流繼電器觸點(diǎn)的動(dòng)作與線圈通過的電流大小有關(guān)，使用時(shí)電流繼電器和負(fù)載串聯(lián)。電流繼電器又分欠電流繼電器、過電流繼電器。,1.5.2時(shí)間繼電器 1空氣阻尼式時(shí)間繼電器 時(shí)間繼電器是電路中控制動(dòng)作時(shí)間的繼電器，它是一種利用電磁原理或機(jī)械動(dòng)作原理來實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)延時(shí)接通或斷開的控制電器。按其動(dòng)作原理與構(gòu)造的不同可分為電磁式、電動(dòng)式、空氣阻尼式和晶體管式等類型。,2電子式時(shí)間繼電

11、器 電子式時(shí)間繼電器的種類很多，最基本的有延時(shí)吸合和延時(shí)釋放兩種，它們大多是利用電容充放電原理來達(dá)到延時(shí)目的的。,1.5.3熱繼電器 1結(jié)構(gòu) 熱繼電器主要由熱元件、雙金屬片和觸點(diǎn)三部分組成，其外形、結(jié)構(gòu)及圖形符號(hào)如圖1-23所示。,圖1-23 熱繼電器外形、結(jié)構(gòu)及圖形符號(hào),2工作原理 3選用 熱繼電器型號(hào)的選用應(yīng)根據(jù)電動(dòng)機(jī)的接法和工作環(huán)境決定。 4整定,1.6 無觸點(diǎn)電器,1.6.1接近開關(guān) 接近開關(guān)（又稱無觸點(diǎn)位置開關(guān)）的用途除行程控制和限位保護(hù)外，還可作為檢測(cè)金屬體的存在、高速計(jì)數(shù)、測(cè)速、定位、變換運(yùn)動(dòng)方向、檢測(cè)零件尺寸、液面控制及用作無觸點(diǎn)按鈕等。,使用接近開關(guān)時(shí)應(yīng)注意選配合適的有觸點(diǎn)繼

12、電器作為輸出器，同時(shí)應(yīng)注意溫度對(duì)其定位精度的影響。,1.6.2溫度繼電器 在溫度自動(dòng)控制或報(bào)警裝置中，常采用帶電觸點(diǎn)的汞溫度計(jì)或熱敏電阻、熱電偶等制成的各種型式的溫度繼電器。,1.6.3固態(tài)繼電器 具有開關(guān)速度快、工作頻率高、質(zhì)量輕、使用壽命長(zhǎng)、噪聲低和動(dòng)作可靠等一系列優(yōu)點(diǎn)，固態(tài)繼電器按其負(fù)載類型分類，可分為直流型（DC-SSR）和交流型（AC-SSR）。,固態(tài)繼電器用于控制直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)在負(fù)載兩端接入二極管，以阻斷反電勢(shì)?？刂平涣髫?fù)載時(shí)，則必須估計(jì)過電壓沖擊的程度，并采取相應(yīng)保護(hù)措施（如加裝RC吸收電路或壓敏電阻等）。當(dāng)控制電感性負(fù)載時(shí)，固態(tài)繼電器的兩端還需加壓敏電阻。,1.6.4 光電繼

13、電器 光電繼電器是利用光電元件把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的光電器材光電繼電器分亮通和暗通兩種電路。 使用光電繼電器必須注意，光電繼電器安裝、使用時(shí)，應(yīng)避免振動(dòng)及陽光、燈光等其他光線的干擾。,1.7 電動(dòng)機(jī),1.7.1三相異步電動(dòng)機(jī) 1結(jié)構(gòu) 三相異步電動(dòng)機(jī)分為兩個(gè)基本部分：定子（固定部分）和轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）。,2工作原理 三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)原理如下：三相交流電通入定子繞組，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。磁力線切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條使導(dǎo)條兩端出現(xiàn)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，閉合的導(dǎo)條中便有感應(yīng)電流流過。在感應(yīng)電流與旋磁場(chǎng)相互作用下，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條受到電磁力并形成電磁轉(zhuǎn)矩，從而使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。,3轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速 （1）電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn) 當(dāng)通入電動(dòng)機(jī)定子繞組的三相電

14、流相序?yàn)閁VW時(shí)，三相電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。,這時(shí)由圖1-33可知，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向也是順時(shí)針方向。由上面分析可知，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的方向是相同的，而磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向與通入定子繞組的三相電流相序有關(guān)。,當(dāng)通入電動(dòng)機(jī)定子繞組的三相電流相序變?yōu)閁WV時(shí)，三相電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)將從原來順時(shí)針方向（正轉(zhuǎn)）變?yōu)槟鏁r(shí)針方向旋轉(zhuǎn)（反轉(zhuǎn)），如圖1-34所示。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向也跟著變?yōu)槟鏁r(shí)針方向（反轉(zhuǎn)）。,圖1-34 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的反轉(zhuǎn),所以，要使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，只要將三相電源的任意兩相對(duì)調(diào)，即改變通入定子繞組的三相電流的相序，電動(dòng)機(jī)就改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向。,（2）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與旋

15、轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速有關(guān)，而旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速又取決于磁場(chǎng)的極數(shù)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極數(shù)與定子繞組的安排有關(guān)。 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有p對(duì)極時(shí)，磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為 n0=60f1/p (r/min),因此，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0決定于電動(dòng)機(jī)電源頻率f1和磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)p。對(duì)于某一異步電動(dòng)機(jī)來說，f1和p通常是一定的，所以磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0是個(gè)常數(shù)，常稱為同步轉(zhuǎn)速。,旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)極對(duì)數(shù)p決定于三相繞組的安排情況。如果每個(gè)繞組有一個(gè)線圈，那么3個(gè)繞組的始端之間相差120空間角，則產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有一對(duì)極（即p=1），如圖1-32所示。如果每個(gè)繞組有兩個(gè)線圈串聯(lián)，如圖1-35所示，那么3個(gè)繞組的始端之間相差60空間角，則產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁

16、場(chǎng)具有兩對(duì)極（即p=2），如圖1-36所示。,圖1-35 產(chǎn)生四極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的定子繞組,圖1-36 三相交流電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（p=2）, 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n如圖1-33所示，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0之間必須要有差別，否則轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間就沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而磁力線就不切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)、轉(zhuǎn)子電流以及轉(zhuǎn)矩也就都不存在。這樣，轉(zhuǎn)子就不可能繼續(xù)以n的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。這就是異步電動(dòng)機(jī)名稱的由來。, 轉(zhuǎn)差率s轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0相差的程度用轉(zhuǎn)差率s來表示，即 s=(n0n)/n0,4銘牌數(shù)據(jù) 三相異步電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)的意義如下。 （1）型號(hào) 為了適應(yīng)不同用途和不同工作環(huán)境的需要，電動(dòng)機(jī)制成不同的系列

17、，每種系列用各種型號(hào)表示。型號(hào)說明如下：,Y 132 M 4,三相異步電動(dòng)機(jī) 磁極數(shù),機(jī)座中心高 機(jī)座長(zhǎng)度代號(hào),三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)座長(zhǎng)度代號(hào)表示為：S短機(jī)座；M中機(jī)座；L長(zhǎng)機(jī)座。,（2）電壓 （3）電流 （4）功率與效率 （5）功率因數(shù) 必須正確選擇電動(dòng)機(jī)的容量，防止“大馬拉小車”，并力求縮短空載的時(shí)間。,（6）溫升與絕緣等級(jí) （7）接法 籠型電動(dòng)機(jī)的接線盒中有三相繞組的6個(gè)引出線端，連接方法有星形（Y）連接和三角形（）連接兩種，如圖1-37所示。通常3kW以下的三相異步電動(dòng)機(jī)連成星形，4kW及以上的連成三角形。,圖1-37 定子繞組的星形（Y）連接和三角形（）連接,1.7.2直流電機(jī) 直流電機(jī)是直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的總稱。直流發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能；直流電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。 1構(gòu)造 直流電動(dòng)機(jī)主要由磁極、電樞和換向器組成，