《電氣控制與PLC》熊幸明第1章

1、6/25/2020，普通高等教育“十二五”電氣信息類計(jì)劃教材，電氣控制和PLC主編熊幸明機(jī)械工業(yè)出版社，6/25/2020， 商品目錄緒論第1章常用低壓電器第2章電氣控制基本環(huán)節(jié)和典型線路分析第3章電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)第4章可編程控制器的構(gòu)成和動(dòng)作原理第5章可編程控制器的基本指令第6章可編程控制器的功能指令第7章可編程控制器的特殊功能模塊第8章可編程控制器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用第9章可編程控制器的網(wǎng)絡(luò)和通信， 6/25/2020、緒論、1 .電氣控制技術(shù)的發(fā)展概況1 .拖拽方式2 .控制系統(tǒng)2 .本課程的性質(zhì)和任務(wù)性質(zhì)：實(shí)用性高的專業(yè)課。 任務(wù)：1.熟悉、正確使用和選擇常用低壓電器的結(jié)構(gòu)原理、用途和

2、型號(hào)2 .熟練掌握電氣控制的基本環(huán)節(jié)，具備閱讀和分析電氣控制電路的能力3 .設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的電氣控制電路，能很好地掌握電氣控制電路的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)方法4 .電氣控制，6/25/2020，第一章常用低壓電器，1.1電器的基本知識(shí)，1.2電磁式接觸器，1.3繼電器，1.4保險(xiǎn)絲，1.5主令電器，1.6低壓開關(guān)類電器，1.7智能電器介紹，6/25/2020，在低壓電路上工作，電路或非電氣對(duì)1.1電氣設(shè)備的基本知識(shí)，低壓電氣設(shè)備的工作電壓分類，由采用中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社2007年制作出版的“低壓電氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)組件”一詞的AC1200V、DC1500V、電子式低壓電器：集成電路或電子部件組成。 自動(dòng)化電氣設(shè)備、智能電氣設(shè)備

3、、可通信電氣設(shè)備：利用現(xiàn)代控制原理構(gòu)成。 低壓電器：電磁式低壓電器：由電磁原理構(gòu)成。 6/25/2020，1.1.1低壓電器的分類，2 .低壓控制電器：用于各種控制電路和控制系統(tǒng)的電器。 例如接觸器、控制繼電器、主指令電器、電阻器、電磁鐵等。 1 .低壓配電裝置：供給、配電系統(tǒng)中進(jìn)行電力輸送和分配的電氣設(shè)備。 例如，刀開關(guān)、低壓斷路器、保險(xiǎn)絲等，3 .低壓主令電器：用于發(fā)送控制指令的電器。 例如按鈕、主指令開關(guān)、行程開關(guān)、主指令控制器、切換開關(guān)等。 4 .低壓保護(hù)電氣設(shè)備：用于保護(hù)電路和電氣設(shè)備的電氣設(shè)備。 例如保險(xiǎn)絲、熱繼電器、電壓繼電器、電流繼電器等。 5 .低壓致動(dòng)器：用于完成某一動(dòng)作或

4、傳輸功能的電氣設(shè)備。 例如電磁鐵、電磁離合器等。 6 .可以通信的電氣設(shè)備：可以連接到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的電氣設(shè)備。 例如智能斷路器、智能接觸器、電動(dòng)機(jī)控制器等。6/25/2020、1.1.2電磁式電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)與工作原理，(1)電磁機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)成：吸引線圈、鐵心、電樞、氣隙。 圖1-1常用電磁機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式a )，b )，c )直動(dòng)式電磁機(jī)構(gòu)d )，e )拍合式電磁機(jī)構(gòu)1-電樞2-芯3-線圈，1 .電磁機(jī)構(gòu)，動(dòng)作：對(duì)線圈通電產(chǎn)生磁場(chǎng)和吸引力，通過(guò)氣隙轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，通過(guò)移動(dòng)電樞使觸頭動(dòng)作，6/25/2020，(2)電磁機(jī)構(gòu)工作原理，(1)反作用力特性，圖1-2電磁機(jī)構(gòu)反作用力特性和吸引力特性a

5、)反作用力特性b )交流電磁機(jī)構(gòu)吸引力特性c )直流電磁機(jī)構(gòu)吸引力特性，6/25/2020，1 )交流電磁機(jī)構(gòu)吸引力特性，2 )直流電磁機(jī)構(gòu)吸引力特性，3 )剩馀磁通的吸引力特性吸引力特性和反作用力特性的配合、圖1-3電磁機(jī)構(gòu)的吸引力特性和反作用力特性的配合1-直流吸引力特性2-交流吸引力特性3-剩馀磁通吸引力特性、(2)吸引力特性、6/25/2020、圖1-4交流電磁機(jī)構(gòu)的短路環(huán)的作用、6/25/2020 (5) 電磁機(jī)構(gòu)的輸入輸出特性，圖1-5電磁機(jī)構(gòu)的繼電器特性，6/25/2020，1.1.3電氣設(shè)備的接點(diǎn)系統(tǒng)和電弧，電氣設(shè)備的接點(diǎn)系統(tǒng)，圖1-6接點(diǎn)的接觸形式a )點(diǎn)接觸b )線接觸c

6、)面接觸，(2)接點(diǎn)接觸形式，(1)接點(diǎn)接觸電阻，6/25/2020，(3)接點(diǎn)構(gòu)造形式圖1 - 橋式接觸件b )指形接觸件、6/25/2020、接觸件材料選擇電阻系數(shù)小的材料，盡量減小接觸件本身的電阻，增加接觸件的接觸壓力，一般在可動(dòng)接觸件上安裝接觸彈簧，接觸件的表面減小接觸電阻的方法，6/25/2020，2 .電弧的產(chǎn)生和消弧方法，4 )高溫游離，1 )強(qiáng)電場(chǎng)放射，2 )碰撞電離，3 )熱電子發(fā)射，(1)電弧的產(chǎn)生，6/25/2020，1 )電力吹弧。 拉伸電弧，降低電場(chǎng)強(qiáng)度，圖1-8雙切口電力吹電弧1-靜觸頭2-可動(dòng)觸頭3-電弧，(2)消弧方法，6/25/2020，2 )縱狹縫消弧，圖1

7、-9狹縫消弧1-縱狹縫2-介質(zhì)3-磁鉗4-。 6/25/2020，3 )消弧網(wǎng)格片圖1-10網(wǎng)格消弧裝置，將電弧分為多個(gè)串聯(lián)短弧，增加維持電弧所需的臨界電壓降，6/25/2020，4 )消弧電弧，圖1-11消弧電弧原理降低電弧柱周圍溫度，6/25/2020，接觸器是一種中遠(yuǎn)距離頻繁開關(guān)交流直流主電路和大容量控制電路的自動(dòng)開關(guān)電氣設(shè)備。 1.2電磁式接觸器，6/25/2020，圖1-12接觸器的圖形，文字符號(hào)，6/25/2020，1.2.1接觸器的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作原理，圖1-13交流接觸器的外形和結(jié)構(gòu)a )外形b )結(jié)構(gòu)，1 .交流接觸器的外形和結(jié)構(gòu)，主要由電磁系統(tǒng)、接觸器系統(tǒng)、消弧裝置等組成，6/2

8、5/2020 1.2.2常用的典型交流接觸器介紹，1 .空氣電磁式交流接觸器，典型產(chǎn)品有CJ20、CJ21、CJ26、CJ29、CJ35、CJ40、NC、b、LC1-D、3TB、STF系列交流接觸器等。 2、切換電容器接觸器，向低壓無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備投入或切除并聯(lián)電容器組，調(diào)整電力系統(tǒng)的電力要素。 常用產(chǎn)品有CJ16、CJ19、CJ41、cj4、CJX2A、LC1-D、6C系列等。 6/25/2020，3，3 .真空交流接觸器以真空為消弧介質(zhì)，其主接觸器密封在真空開關(guān)管內(nèi)。 適合條件差的危險(xiǎn)環(huán)境。 常用真空交流接觸器有CKJ和EVS系列等。 4 .智能接觸器，配備智能電磁系統(tǒng)，具有與數(shù)據(jù)總線和其他設(shè)

9、備通信的功能，能自動(dòng)識(shí)別、控制和執(zhí)行運(yùn)行情況，產(chǎn)品：日本富士NewSC系列，美國(guó)西屋“a”系列，ABB公司AF系列，金鐘-。 國(guó)內(nèi)有一種單片機(jī)控制的交流接觸器. 接觸器的主要技術(shù)參數(shù)有： 1、極數(shù)和電流種類2、額定工作電壓3、額定工作電流(或額定功率) 4、額定開關(guān)能力5、線圈額定電壓6、容許工作頻率7、機(jī)械壽命和電氣壽命，6/25/200 適用于直流電力線路，提供遠(yuǎn)程接通和斷路電路和直流電機(jī)的頻繁啟動(dòng)、停止、反轉(zhuǎn)或逆接制動(dòng)控制，CD系列電磁操作機(jī)構(gòu)的接通線圈或頻繁接通和斷路螺線管，電磁閥，離合器和電磁線圈等。常用產(chǎn)品： CZ18、CZ21、CZ22和CZ0系列等。 結(jié)構(gòu)、原理與交流接觸器基本

10、相同。 主要由線圈、鐵心、電樞、觸頭、消弧裝置等組成。6/25/2020，圖1-14的直流接觸器結(jié)構(gòu)示意圖，與交流接觸器區(qū)分：接觸器電流和線圈電源為直流，接觸器采用滾動(dòng)接觸的指形接觸，輔助接觸器采用點(diǎn)接觸橋接觸，鐵心由鑄鋼或鑄鐵制成的線圈成長(zhǎng)為薄圓筒狀另外，6/25/2020、1.3繼電器是利用各種物理量的變化，將電力量或非電力量的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電磁力，或者使輸出狀態(tài)階段性地變化，根據(jù)該接觸端子或突變量，使同一電路或其他電路中的其他設(shè)備或裝置工作的控制要素。 在各種控制電路中進(jìn)行信號(hào)的傳遞、放大、轉(zhuǎn)換、聯(lián)鎖等，使主電路和輔助電路的元件和設(shè)備以規(guī)定的動(dòng)作程序工作，用于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和保護(hù)。 常用繼電器

11、根據(jù)輸入信號(hào)分為溫度(熱)、電壓、電流、中間、時(shí)間、速度、壓力繼電器等。 按工作原理分類：電磁式、磁電式、感應(yīng)式、電動(dòng)式、光電式、壓電式、熱繼電器、時(shí)間繼電器等。6/25/2020、繼電器外形圖、6/25/2020、1.3.1繼電器的結(jié)構(gòu)原理、1 .結(jié)構(gòu)、2 .動(dòng)作參數(shù)、引導(dǎo)機(jī)構(gòu)：反映外部輸入信號(hào)，由轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)和比較機(jī)構(gòu)構(gòu)成。 致動(dòng)器：接觸的接通和斷開，晶體管的斷開和飽和(半導(dǎo)體繼電器)反映了繼電器的吸引力特性和反作用力特性的緊密度。 復(fù)位系數(shù)：繼電器復(fù)位值Xr與動(dòng)作值Xc之比。 (1)電流反饋系數(shù)、(2)電壓反饋系數(shù)、6/25/2020、電壓繼電器是反映電壓變化的控制電器。 線圈和負(fù)載并聯(lián)，反

12、映負(fù)載電壓，線圈的匝數(shù)多，導(dǎo)線細(xì)。 分類：過(guò)電壓、欠電壓、零電壓繼電器。1.3.2電壓繼電器、6/25/2020,1、1、1 .過(guò)電壓繼電器在電路中用于過(guò)電壓保護(hù)，直流電路中一般不發(fā)生過(guò)電壓，因此產(chǎn)品中沒(méi)有直流過(guò)電壓繼電器。 交流過(guò)電壓繼電器的感應(yīng)電壓調(diào)整范圍為U0=(1.051.2)UN。 2 .欠電壓繼電器在電路中用于欠電壓或零電壓保護(hù)。 以交流為例，電壓正常時(shí)，欠電壓繼電器吸附的電壓下降到(0.10.35)UN時(shí)斷開。 3 .零電壓繼電器用于零電壓保護(hù)。 電壓降低到(0.050.25)UN時(shí)斷開。6/25/2020、圖1-15欠電壓繼電器的圖形、文字符號(hào)、6/25/2020、1.3.3電

13、流繼電器、1 .過(guò)電流繼電器主要用于重負(fù)載起動(dòng)場(chǎng)合作電動(dòng)機(jī)的過(guò)負(fù)載和短路保護(hù)。 線圈與電路串聯(lián)連接，接點(diǎn)有無(wú)動(dòng)作與線圈電流的大小直接相關(guān)。 常用品： JT4、JL12、JL14等系列。圖1-16 JT4系列過(guò)電流繼電器的外形構(gòu)造和工作原理a )外形構(gòu)造b )工作原理，6/25/2020，圖1-17過(guò)電流繼電器的圖形文字符號(hào)，用途：橋式起重機(jī)電路。 動(dòng)作電流整定為啟動(dòng)電流的1.11.3倍。 交流過(guò)電流繼電器的吸入電流為I0=(1.13.5)IN。 直流過(guò)電流繼電器的吸收電流為I0=(0.753)IN。6/25/2020、直流不足電流繼電器：吸收電流調(diào)整范圍： Io=(0.30.65)IN； 開放

14、電流調(diào)整范圍： Ir=(0.10.2)IN。 交流電路不需要不足電流保護(hù)，沒(méi)有交流不足電流繼電器。 2 .不足電流繼電器正常動(dòng)作時(shí)，繼電器線圈中流過(guò)額定負(fù)載電流，電樞吸附動(dòng)作的負(fù)載電流下降到繼電器開路電流時(shí)，電樞開路，接觸點(diǎn)動(dòng)作。 用途：電路具有欠電流保護(hù)功能，如直流電機(jī)勵(lì)磁保護(hù)功能。 6/25/2020、1.3.4中間繼電器實(shí)質(zhì)上是電壓繼電器，但接點(diǎn)數(shù)多，容量大，發(fā)揮了增加接點(diǎn)數(shù)或信號(hào)的放大、傳遞的作用。、圖1-18 JZ7系列中間繼電器的外形和結(jié)構(gòu)，6/25/2020，原理與小型交流接觸器基本相同，但接觸器沒(méi)有主、輔助點(diǎn)，每個(gè)接觸器能通過(guò)的電流大小相同，接觸器容量與接觸器的輔助接觸器大致相

15、同，其額定電流一般為5A。 常用：交流JZ7系列、直流JZ12系列、交流直流兩用JZ8系列。 另外，圖1-19中間繼電器的圖形、文字符號(hào)、6/25/2020、1.3.5小時(shí)繼電器，信號(hào)輸入后經(jīng)過(guò)一定的延遲才輸出信號(hào)的繼電器被稱為時(shí)間繼電器。 分類：電磁式、氣風(fēng)門式、電子式、電動(dòng)式等。 延遲方式：通電延遲和停電延遲兩種。 1、直流電磁式時(shí)間繼電器，(1)結(jié)構(gòu)參照?qǐng)D1-20，在電磁式電壓繼電器的鐵心上鑲上阻尼銅的套管構(gòu)成。6/25/2020，圖1-20直流電磁式時(shí)間繼電器1-阻尼套筒2-釋放彈簧3-調(diào)節(jié)螺母4-調(diào)節(jié)螺釘5-電樞6-非磁性間隔件7-電磁線圈，(2)原理電樞位于吸附位置，線圈直流電源斷

16、開磁阻小，磁通變化大，銅套管的衰減作用大，電樞的延遲釋放時(shí)間可達(dá)0.35s。 通過(guò)改變(粗調(diào))鐵心和電樞之間的非磁性墊圈的厚度，或者改變(細(xì)調(diào))釋放彈簧的張力，就可以調(diào)節(jié)延遲的長(zhǎng)度。 特征：只適用于直流電路，僅斷開延遲，延遲時(shí)間也短。 6/25/2020，2，2 .空氣衰減式時(shí)間繼電器，(1)JS7-A系列時(shí)間繼電器的結(jié)構(gòu)，構(gòu)成：電磁系統(tǒng)，延遲機(jī)構(gòu)，接觸件系統(tǒng)延遲方式：利用通電延遲，斷路延遲，空氣衰減的原理制作的。 (2)JS7-A系列時(shí)間繼電器的動(dòng)作原理、6/25/2020圖1-21 JS7-A系列時(shí)間繼電器的結(jié)構(gòu)(a )通電延遲型(b ) 通電延遲型1-線圈2-芯3-電樞4-反作用力彈簧5

17、-推板6-桿7-桿8-塔彈簧9-弱彈簧10-橡膠膜11-空氣室壁12-活塞13-調(diào)節(jié)螺釘14-進(jìn)氣孔15、16-微動(dòng)開關(guān)，6/25/6/25/2020，3，3 .也被稱為電子式時(shí)間繼電器、半導(dǎo)體時(shí)間繼電器，利用RC電路電容器的充放電原理實(shí)現(xiàn)延遲。 圖1-23 JSJ型電子式時(shí)間繼電器的原理圖，6/25/2020，熱繼電器是電流通過(guò)發(fā)熱元件的加熱使雙金屬?gòu)澢怪聞?dòng)器工作的電氣設(shè)備。 主要是為了保護(hù)電動(dòng)機(jī)和其他負(fù)載免遭過(guò)載，作為三相電動(dòng)機(jī)的斷相保護(hù)、1.3.6熱繼電器、6/25/2020， 1、1、熱繼電器的主要技術(shù)要求，圖1-24熱繼電器的保護(hù)特性和電動(dòng)機(jī)過(guò)載特性的組合1-電動(dòng)機(jī)的過(guò)載特性2-熱繼電器的保護(hù)特性，(1)合理可靠的保護(hù)特性，(2)一定的溫度補(bǔ)償(4)具有手動(dòng)復(fù)位和自動(dòng)復(fù)位功能，(3)工作電流可以容易地調(diào)節(jié)，6/6 2、2、雙金屬繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理、圖1-25繼電器的外