電氣控制技術(shù)-第1章-緒論、常用低壓電器課件

電氣控制與PLC基礎(chǔ)控制工程系于金鵬1電氣控制與PLC基礎(chǔ)控制工程系于金鵬1電氣控制與PLC基礎(chǔ)電氣控制技術(shù)PLC基礎(chǔ)（ROCKWELLAB）2電氣控制與PLC基礎(chǔ)電氣控制技術(shù)2電氣控制技術(shù)3電氣控制技術(shù)3目錄緒論第一章繼電接觸邏輯控制基礎(chǔ)§1-1電器的基本知識§1-2開關(guān)電器§1-3熔斷器§1-4主令電器§1-5接觸器§1-6繼電器第一章作業(yè)緒論4目錄緒論緒4緒論一、本課程的內(nèi)容以電動機(jī)或其它執(zhí)行電器（如電磁閥）為控制對象，介紹電氣控制的基本原理，典型電路及設(shè)計方法。電氣控制包括：斷續(xù)控制（開關(guān)量）——本課程介紹連續(xù)控制（模擬量）——其它課程介紹電氣控制技術(shù)應(yīng)用范圍廣泛是基礎(chǔ)性技術(shù)，在生產(chǎn)、流通、消費乃至科研、軍事等領(lǐng)域都有應(yīng)用。緒論5緒論一、本課程的內(nèi)容緒5控制方式舉例：電冰箱的自動恒溫控制1、斷續(xù)控制右上圖為控制電路右下圖為電冰箱溫度變化曲線和壓縮機(jī)電動機(jī)的運行情況系統(tǒng)特點：結(jié)構(gòu)簡單，成本低頻繁開停機(jī)，能耗大

溫控器

K

電源

電動機(jī)

G

M緒論6控制方式舉例：電冰箱的自動恒溫控制1、斷續(xù)控制電源變頻器溫度傳感器電動機(jī)θθ0θ1PPN0tt2、連續(xù)控制右上圖為控制電路，右下圖為電冰箱溫度變化曲線和壓縮機(jī)電動機(jī)的運行情況。系統(tǒng)特點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高運行平穩(wěn)，能耗低緒論7電變頻器溫度傳感器電動機(jī)θθ0Pt2、連續(xù)控制緒7二、本課程的組成第一部分繼電器控制技術(shù)屬于傳統(tǒng)電氣控制技術(shù)，目前在簡單控制系統(tǒng)大量使用第二部分可編程序控制器原理及應(yīng)用

屬于現(xiàn)代電氣控制技術(shù)，發(fā)展迅速，目前在復(fù)雜控制系統(tǒng)廣泛使用緒論8二、本課程的組成第一部分繼電器控制技術(shù)緒8三、本課程的教材及選講內(nèi)容《工廠電氣控制技術(shù)》（第三版），機(jī)械工業(yè)出版社，方承遠(yuǎn)主編。第一章繼電接觸邏輯控制基礎(chǔ)第九章 電氣控制裝置設(shè)計基礎(chǔ)第二章 PLC的組成和工作原理第三章 PLC的編程語言和指令系統(tǒng)RockwellABPLC的應(yīng)用實例注：“可編程序控制器原理及應(yīng)用”部分主要講解Rockwell的PLC緒論9三、本課程的教材及選講內(nèi)容《工廠電氣控制技術(shù)》（第三版），機(jī)四、學(xué)習(xí)本課程的意義1、面向企業(yè)——電氣工程師基本技能培養(yǎng)本課程的前幾章內(nèi)容是電工培訓(xùn)、電工技能大賽的基本內(nèi)容，作為未來的電氣工程師必須掌握。自動化專業(yè)=工業(yè)自動化學(xué)習(xí)目標(biāo)：優(yōu)秀2、面向未來——針對未來不確定性的知識儲備加強(qiáng)基礎(chǔ)、拓寬知識面是現(xiàn)代高等教育的一大趨勢現(xiàn)代學(xué)科發(fā)展的趨勢是既高度分化又高度融合成為某一個行業(yè)的“專家”容易，成為“大家”很難只有在多個相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)成為專家，才有可能成為“大家”學(xué)習(xí)目標(biāo)：合格緒論10四、學(xué)習(xí)本課程的意義1、面向企業(yè)——電氣工程師基本技能培養(yǎng)緒五、電氣控制技術(shù)發(fā)展概況第一階段：從集中傳動到分散傳動機(jī)械傳動從復(fù)雜到簡單電氣傳動及控制從簡單到復(fù)雜。集中傳動開始于瓦特的蒸汽機(jī)時代一個車間使用一臺蒸汽機(jī)提供動力通過天軸、齒輪和皮帶系統(tǒng)將動力分配到各個紡織機(jī)械緒論11五、電氣控制技術(shù)發(fā)展概況第一階段：從集中傳動到分散傳動緒11蒸汽機(jī)——天軸——紡紗機(jī)緒論12蒸汽機(jī)——天軸——紡紗機(jī)緒12蒸汽機(jī)——天軸——織布機(jī)緒論13蒸汽機(jī)——天軸——織布機(jī)緒131414第二階段：從繼電器控制到PC控制PC(ProgrammableController)是一種以開關(guān)量為主要控制對象的工業(yè)控制計算機(jī)。由繼電器構(gòu)成復(fù)雜控制系統(tǒng)的可靠性降低。第三階段：從單臺設(shè)備的PC控制到整個生產(chǎn)線的PC控制高速線材生產(chǎn)線：三菱A型，3機(jī)雙環(huán)網(wǎng)連續(xù)鑄造生產(chǎn)線：西門子S5-135，分布式結(jié)構(gòu)緒論15第二階段：從繼電器控制到PC控制緒15第一章繼電接觸邏輯控制基礎(chǔ)§1-1 電器的基本知識一、電器的定義凡是自動或手動接通和斷開電路，以及能實現(xiàn)對電路或非電對象切換、控制、保護(hù)、檢測、變換和調(diào)節(jié)目的的元件統(tǒng)稱為電器。16第一章繼電接觸邏輯控制基礎(chǔ)§1-1 電器的基本知識16二、電器的分類（一）按電壓等級分1、低壓電器(交流1200V，直流1500V)2、高壓電器（二）按動作原理分1、手動電器 2、自動電器（三）按用途分1、控制電器（控制電路和系統(tǒng)）接觸器、繼電器、刀開關(guān)和按鈕2、主令電器（發(fā)送控制指令）控制按鈕、主令開關(guān)、形成開關(guān)3、執(zhí)行電器（完成動作或傳動）電磁鐵、電磁閥和電磁離合器4、保護(hù)電器（保護(hù)電路和電氣設(shè)備）熔斷器、斷路器和避雷針（四）按工作原理分1、電磁式電器電磁原理交直流接觸器電磁閥2、非電量控制電器外力或非電物理量按鈕刀開關(guān)溫度繼電器

17二、電器的分類（一）按電壓等級分17三、電磁式電器

是電氣控制線路中應(yīng)用最多的電器，由電磁機(jī)構(gòu)和觸頭系統(tǒng)組成（一）電磁機(jī)構(gòu)

是電磁式電器的感測機(jī)構(gòu)，其作用是將電磁能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，帶動觸頭動作，從而完成接通或分?jǐn)嚯娐?。電磁機(jī)構(gòu)的組成：吸引線圈，鐵心，銜鐵18三、電磁式電器是電氣控制線路中應(yīng)用最多的電器，由電（二）電磁式電器的吸引特性與反力特性1、吸力特性是指電磁吸力Fat隨銜鐵與鐵心間氣隙σ變化的關(guān)系曲線。2、反力特性是指反作用力Fr隨銜鐵與鐵心間氣隙σ變化的關(guān)系曲線。19（二）電磁式電器的吸引特性與反力特性1、吸力特性193、返回系數(shù)

是指釋放電壓（或電流）與吸合電壓（或電流）的比值。

βV=Ure/Uat

或βI=Ire/Iat

0<β<1

β值反映電器的靈敏度，β值越接近于1，則電器的靈敏度越高

UUatUre203、返回系數(shù)

是指釋放電壓（或電流）與吸合電壓（或電流）的比（三）電器的觸頭系統(tǒng)和電弧

觸頭系統(tǒng)是電器的執(zhí)行部分，起接通和分?jǐn)嚯娐返淖饔谩?/p>

要求觸頭具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，其結(jié)構(gòu)還要考慮到適當(dāng)?shù)臏缁∧芰?/p>

（表面多采用銅，但是容易氧化，增大接觸電阻損耗增大，溫度上升，小容量電器和繼電器多采用銀質(zhì)材料，大容量采用滾動接觸結(jié)構(gòu)，多用銅）21（三）電器的觸頭系統(tǒng)和電弧

觸頭系統(tǒng)是電器的執(zhí)行部分，起觸頭結(jié)構(gòu)橋式觸頭和指形觸頭電弧和滅弧在大氣中斷開電路時被斷電路電流過大，觸頭間電壓超過某一數(shù)值（12~20v），產(chǎn)生的電離放電現(xiàn)象電動力滅弧、磁吹滅弧和窄縫滅弧

22觸頭結(jié)構(gòu)22§1-2開關(guān)電器一、刀開關(guān)作用：1、電路隔離2、不頻繁工作的小容量電源開關(guān)文字符號：QS圖形符號：右圖操作：手動推進(jìn)23§1-2開關(guān)電器一、刀開關(guān)23二、轉(zhuǎn)換開關(guān)——又稱為組合開關(guān)作用：1、小容量電源開關(guān)。2、非頻繁操作的電動機(jī)起、停開關(guān)。文字符號：QS圖形符號：右圖操作：手動旋轉(zhuǎn)24二、轉(zhuǎn)換開關(guān)——又稱為組合開關(guān)作用：24轉(zhuǎn)換開關(guān)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換開關(guān)又稱組合開關(guān)，它的動、靜觸頭分別疊裝于數(shù)層絕緣殼內(nèi)，當(dāng)轉(zhuǎn)動手柄時，每層的動觸頭隨方形轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動，使動、靜觸頭接通。25轉(zhuǎn)換開關(guān)的結(jié)構(gòu)25三、空氣斷路器——又稱為自動開關(guān)作用：1、大容量電源開關(guān)2、電路故障自動保護(hù)文字符號：QF圖形符號：右圖操作：自動、手動分、合閘，保護(hù)自動分閘。保護(hù)功能：過載、短路、失壓時自動脫扣。注：一般斷路器符號為右圖QF26三、空氣斷路器——又稱為自動開關(guān)作用：QF26自動開關(guān)的結(jié)構(gòu)和工作原理自動開關(guān)主要由三個基本部分組成，即觸頭和滅弧系統(tǒng)；各種脫扣器，包括電流脫扣器、失壓脫扣器、熱脫扣器和分勵脫扣器；操作機(jī)構(gòu)和自由脫扣機(jī)構(gòu)。右圖是自動開關(guān)工作原理圖。

觸頭閉合后脫扣器將觸頭鎖在合閘位置，發(fā)生故障時脫扣，自動跳閘。27自動開關(guān)的結(jié)構(gòu)和工作原理自動開關(guān)主要由三個基本部分組成，即觸四、漏電保護(hù)斷路器是一種安全保護(hù)電器在線路或設(shè)備出現(xiàn)對地漏電或人身觸電時，迅速自動斷開電路，能有效保護(hù)人身和線路安全。工作原理——檢測“零序電流”正常運行為零，IL=IN，則I0=0發(fā)生漏電時，IL＞IN，所測量到的電流就是漏電電流I0＞0。當(dāng)I0大于整定值時，斷路器自動分閘。“零序電流”測量，來源于三相電路的對稱分量法。I0=1/3（Ia+Ib+Ic）LNI0M28四、漏電保護(hù)斷路器是一種安全保護(hù)電器LNI0M28§1-3熔斷器作用：是一種保護(hù)電器，主要用于短路保護(hù)，串接在電路中文字符號：FU 圖形符號：右圖結(jié)構(gòu)：熔體、外殼組成工作原理：熔體發(fā)熱熔斷，I2Rt，保護(hù)特性：反時限特性，同熱繼電器保護(hù)范圍：主要用于短路保護(hù)。原因：熔斷器的制造精度有限，在小電流段，誤差很大，但是在大電流段，精度較高，且速度較快。29§1-3熔斷器作用：是一種保護(hù)電器，主要用于短路保護(hù)，串§1-4主令電器主令電器是自動控制系統(tǒng)中用于發(fā)送控制指令的電器。主令電器應(yīng)用廣泛，種類繁多，按其作用可分為：控制按紐、行程開關(guān)、接近開關(guān)、手動開關(guān)、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)、主令控制器等。本節(jié)僅介紹幾種常用的主令電器。30§1-4主令電器主令電器是自動控制系統(tǒng)中用于發(fā)送控制指一、控制按紐作用：用于手動發(fā)出控制信號。脈沖信號。文字符號：SB圖形符號：下圖31一、控制按紐作用：用于手動發(fā)出控制信號。脈沖信號。31控制按紐的結(jié)構(gòu)：

由按紐帽、復(fù)位彈簧、橋式觸頭和外殼組成，通常做成復(fù)合式，即具有常開觸頭和常閉觸頭。（紅色停住，綠色啟動）注意復(fù)位彈簧的作用：使按紐發(fā)出脈沖信號32控制按紐的結(jié)構(gòu)：32二、位置開關(guān)包括行程開關(guān)和接近開關(guān)行程開關(guān)又稱為限位開關(guān)，是一種利用生產(chǎn)機(jī)械某些運動部件的碰撞來發(fā)出控制指令的主令電器。用于控制生產(chǎn)機(jī)械的運動方向、行程大小或位置保護(hù)。文字符號：SQ圖形符號：右圖注意：帶復(fù)位彈簧，一般應(yīng)視為脈沖信號。33二、位置開關(guān)包括行程開關(guān)和接近開關(guān)行程開關(guān)又稱為限位開關(guān)，是行程開關(guān)的結(jié)構(gòu)

由操作機(jī)構(gòu)、觸頭系統(tǒng)和外殼組成。外形圖見右圖34行程開關(guān)的結(jié)構(gòu)34接近開關(guān)又稱無觸點開關(guān)能代替行程開關(guān)，還能用于計數(shù)、測速、檢測零件尺寸等35接近開關(guān)又稱無觸點開關(guān)35三、手動開關(guān)作用：用于手動發(fā)出控制信號。電平信號。文字符號：SA圖形符號：右圖結(jié)構(gòu)：兩擋式、單回路結(jié)構(gòu)，無復(fù)位彈簧。36三、手動開關(guān)作用：用于手動發(fā)出控制信號。電平信號。36四、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)作用：用于手動發(fā)出控制信號。電平信號。文字符號：SA圖形符號：右圖結(jié)構(gòu)：多擋式、多回路結(jié)構(gòu)，無復(fù)位彈簧。特點：用途廣泛。萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)的圖形符號37四、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)作用：用于手動發(fā)出控制信號。電平信號。萬能轉(zhuǎn)萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖38萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖38主令控制器和凸輪控制器主令控制器用來頻繁的按照預(yù)定順序切換多個控制電路，對起重機(jī)、軋鋼機(jī)控制。圖見課本1-28凸輪控制器是一種大型手動控制器，控制異步電機(jī)在起重設(shè)備中的應(yīng)用。39主令控制器和凸輪控制器主令控制器用來頻繁的按照預(yù)定順序切換多§1-5接觸器接觸器是一種用來頻繁地接通或斷開交直流主電路的自動切換電器。是一種執(zhí)行元件。文字符號：KM圖形符號：右圖注意：線圈與觸頭分開畫——展開圖。KM1KM1a）b）c）接觸器的圖形符號a）線圈b）常開觸頭c）常閉觸頭40§1-5接觸器接觸器是一種用來頻繁地接通或斷開交直流主電接觸器工作原理線圈通電→銜鐵吸合→觸頭動作（常開閉和、常閉斷開）線圈斷電→銜鐵釋放→觸頭復(fù)位（常開斷開、常閉閉和）接觸器分類：（依照通過主觸頭電流的種類）交流接觸器、直流接觸器接觸器使用時注意的問題額定值與實際值相符合。觸頭數(shù)量與種類與實際要求相符合。41接觸器工作原理線圈通電→銜鐵吸合→觸頭動作（常開閉結(jié)構(gòu)簡介：——以交流接觸器為例1、電磁機(jī)構(gòu)：線圈、鐵心及銜鐵。2、觸頭系統(tǒng)：主觸頭（三對常開，用于通斷主電路）輔助觸頭（常開、常閉各兩對，用于聯(lián)鎖、控制）3、滅弧裝置：IN＞10A，需要加裝滅弧裝置。4、其它部件：反力彈簧、緩沖彈簧等42結(jié)構(gòu)簡介：——以交流接觸器為例1、電磁機(jī)構(gòu)：線圈、鐵心及銜接觸器的結(jié)構(gòu)示意圖43接43§1-6繼電器定義：繼電器是一種根據(jù)某種輸入信號的變化而接通或斷開控制電路，實現(xiàn)自動控制和保護(hù)功能的自動電器。是一種測量元件分類：按輸入信號分電量繼電器——I、U非電量繼電器——θ、t、v、p44§1-6繼電器定義：繼電器是一種根據(jù)某種輸入信號的變化而一、電磁式繼電器工作原理與結(jié)構(gòu)：與接觸器相同與接觸器的區(qū)別：觸頭容量相差很大繼電器用于控制及保護(hù)電路，觸頭容量較小。接觸器用于主電路，觸頭容量較大。靈敏度相差較大繼電器作為檢測元件，要求能夠準(zhǔn)確反映輸入信號的變化情況，因此，靈敏度要高，β＞0.8。接觸器作為執(zhí)行元件，要求工作狀態(tài)穩(wěn)定，因此，靈敏度要低β=0.5。45一、電磁式繼電器工作原理與結(jié)構(gòu)：與接觸器相同451、電流繼電器作用：檢測輸入電流信號的變化。接線：繼電器線圈串接于被測電路中；繼電器觸頭接于控制電路中文字符號：KI圖形符號：右圖分類：過電流繼電器、 欠電流繼電器KIKI461、電流繼電器作用：檢測輸入電流信號的變化。KIKI46過電流繼電器的工作原理I＞Iop=Iat，繼電器吸合，常開觸頭閉合，發(fā)出控制指令（常閉觸頭斷開，不用）I＜Ire＜Iop=Iat，繼電器釋放，常開觸頭斷開，常閉觸頭閉合。I——被測電流Iop—繼電器動作電流取Iop=Iat為動作電流，以常開觸頭發(fā)出控制指令

IIatIre1047過電流繼電器的工作原理I＞Iop=Iat，繼電器吸合，常開觸欠電流繼電器的工作原理I＜Iop=Ire，繼電器釋放，常閉觸頭閉合，發(fā)出控制指令（常開觸頭斷開，不用）I＞Iat＞Iop=Ire，繼電器吸合，常閉觸頭斷開，常開觸頭閉合。取Iop=Ire為動作電流，用常閉觸頭發(fā)出控制指令

IIatIre1048欠電流繼電器的工作原理I＜Iop=Ire，繼電器釋放，常閉觸2、電壓繼電器作用：檢測輸入電壓信號的變化。接線：繼電器線圈并接于被測電路中；繼電器 觸頭接于控制電路中文字符號：KV圖形符號：右圖分類：過電壓繼電器、欠電壓繼電器工作原理：同電流繼電器KVKVKV492、電壓繼電器作用：檢測輸入電壓信號的變化。KVKVKV493、中間繼電器（實質(zhì)為電壓繼電器）作用：用于控制電路中觸頭容量與數(shù)量的擴(kuò)展。文字符號：KA圖形符號：右圖工作原理：同接觸器KAKAKA503、中間繼電器（實質(zhì)為電壓繼電器）作用：用于控制電路中觸頭容二、時間繼電器作用：提供控制延時，以延時接通或延時斷開電路結(jié)構(gòu)：電磁式、電子式、空氣阻尼式和電動式等文字符號：KT圖形符號：右圖通電延時線圈延時閉合常開觸頭延時斷開常閉觸頭瞬動常開、常閉觸頭51二、時間繼電器作用：提供控制延時，以延時接通或延時斷開電路通工作原理：線圈通電后，瞬動觸頭立即動作（常開合、常閉斷）同時開始計時，延時時間到，則延時觸頭動作（常開閉合，常閉斷開）。線圈斷電后，所有觸頭立即返回。即上電延時動作；斷電瞬時返回。52工作原理：線圈通電后，52三、熱繼電器作用：用于電動機(jī)過 載保護(hù)結(jié)構(gòu)：雙重金屬片工作原理：金屬片受熱變形，I2Rt，反時限特性。特點：測量精度高，但是熱慣性大。只能用于過載保護(hù)不能用于短路保護(hù)。53三、熱繼電器作用：用于電動機(jī)過 載保護(hù)53熱繼電器文字符號：FR圖形符號：右上圖接線：熱元件串接于主電路中，觸頭串接與控制電路中熱繼電器的動作特性：右下圖54熱繼電器文字符號：FR54第一章作業(yè)

1、中間繼電器和接觸器有何異同?2、通電延時時間繼電器觸頭有哪幾種?畫出它們的圖形符號?3、電動機(jī)的起動電流很大，當(dāng)電動機(jī)起動時，熱繼電器會不會動作?為什么？4、既然在電動機(jī)的主電路中裝有熔斷器，為什么還要裝熱繼電器?裝有熱繼電器是否就可以不裝熔斷器?為什么?5、是否可用過電流繼電器來作電動機(jī)的過載保護(hù)?為什么?55第一章作業(yè)1、中間繼電器和接觸器有何異同?551、中間繼電器和接觸器有何異同?中間繼電器用于控制電路中觸頭容量與數(shù)量的擴(kuò)展?！刂齐娖?。接觸器是一種用來頻繁地接通或斷開交直流主電路的自動切換電器。——執(zhí)行電器。工作原理兩者相同主要區(qū)別：觸頭容量相差很大繼電器用于控制及保護(hù)電路，觸頭容量較小。接觸器用于主電路，觸頭容量較大。靈敏度相差較大繼電器靈敏度要高，β＞0.8。接觸器作為執(zhí)行元件，要求工作狀態(tài)穩(wěn)定，靈敏度低β=0.5。561、中間繼電器和接觸器有何異同?中間繼電器用于