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1、26 September 2019,普通高等教育“十二五”电气信息类规划教材,电气控制与PLC 主编 熊幸明 机械工业出版社,26 September 2019,目 录,绪论 第1章 常用低压电器 第2章 电气控制系统的基本电路 第3章 电气控制系统的设计 第4章 可编程控制器的基本原理 第5章 可编程控制器的基本指令 第6章 可编程控制器的功能指令 第7章 可编程控制器的特殊功能模块 第8章 可编程控制器控制系统的设计与应用 第9章 可编程控制器的联网与通信,26 September 2019,绪 论,一电气控制技术的发展概况 拖动方式：生产机械的运动需要电动机的拖动，即电动机是拖动生产机械
2、的主体。 成组拖动单电机拖动多电机拖动 2. 控制系统：电动机的启动、调速、正反转、制动等的控制，需要另一套装置。 继电器-接触器控制PLC控制计算机网络化控制,26 September 2019,二本课程的性质和任务 性质：实用性很强的专业课。 任务： 1.熟悉常用低压电器的结构原理、用途及型号、能正确使 用和选用； 2.熟练掌握电气控制的基本环节，具备阅读和分析电气控 制线路的能力； 3.能设计简单的电气控制线路，较好地掌握电气控制电路 的简单设计法； 4.了解电气控制电路分析的方法和步骤，熟悉典型生产设 备电气控制线路的工作原理。,26 September 2019,第1章 常用低压电器
3、,1.1 电器的基本知识,1.2 电磁式接触器,1.3 继电器,1.4 熔断器,1.5 主令电器,1.6 低压开关类电器,1.7 传感器,26 September 2019,电器是所有电工器件的简称。生产机械中所用的控制电器多属低压电器，它是指电压在1500v（DC）/1200V（AC）以下、用来接通或断开电路，以及用来控制、调节和保护用电设备的电气器件。,1.1 电器的基本知识,1.低压电器的定义,1.1.1 低压电器的定义和分类,26 September 2019,2.低压电器的分类,（1）按用途和控制对象分类,低压配电电器。用于低压供、配电系统中进行电能输送和分配的电器。要求系统发生故障
4、时准确动作、可靠工作，如刀开关、转换开关、空气断路器、熔断器等。 低压控制电器。用于各种控制电路和控制系统的电器。要求寿命长、体积小、重量轻且动作迅速、准确、可靠，如：接触器、继电器、主令电器、电阻器、电磁铁等。,26 September 2019,低压保护电器：用来保护电动机，使其安全运行，以及保护生产机械使其不受损坏。如：熔断器、热继电器、电压继电器、电流继电器等。 低压执行电器：用来操纵带动生产机械和支撑与保持机械装置在固定位置上的一种执行元件。如：电磁铁、电磁离合器等。 低压主令电器：用于自动控制系统中发送动作指令的电器。如：按钮、 主令开关、行程开关、主令控制器、转换开关等。 可通信
5、电器：可与计算机网络连接的电器。如：智能化断路器、智能化接触器及电动机控制器等。,（1）按用途和控制对象分类,26 September 2019,（2）按动作方式分类,自动电器。依靠外来信号或物理量（如电流、电压等）的变化而自动动作的电器，如接触器、继电器等。 非自动电器。无动力机构，通过人工或外力直接操作而动作的电器，如按钮、行程开关等。,（3）按工作原理分类,电磁式电器。依据电磁感应原理工作的电器，如接触器、各类电磁式继电器等。 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，如行程开关、速度继电器等。,26 September 2019,1.1.2 电磁式电器结构及工作原理,
6、（1）电磁机构结构型式,组成：吸引线圈、铁心、衔铁、空气隙。,图1-1 常用电磁机构的结构形式 a) 、b)、c) 直动式电磁机构 d)、e) 拍合式电磁机构 1-衔铁 2-铁心 3-线圈,1.电磁机构,动作：电流通入线圈产生磁场及吸力，通过气隙转 换成机械能，带动衔铁运动使触头动作。,26 September 2019,吸引线圈用以将电能转换为磁能，按通入电流种类不同分为交流电磁线圈（矮胖型）和直流电磁线圈（瘦高型）。,根据线圈在电路中的连接方式，又分为串联线圈（电流线圈型）和并联线圈（电压线圈）。,26 September 2019,（2）电磁机构工作原理,1） 反力特性,图1-2 电磁机
7、构反力特性与吸力特性 a) 反力特性 b) 交流电磁机构吸力特性 c) 直流电磁机构吸力特性,26 September 2019,交流电磁机构的吸力特性,直流电磁机构的吸力特性,剩磁的吸力特性,3）吸力特性与反力特性的配合,图1-3 电磁机构吸力特性与反力特性的配合 1-直流吸力特性 2-交流吸力特性 3-反力特性 4-剩磁吸力特性,2） 吸力特性,26 September 2019,4）电磁机构的输入输出特性,图1-5 电磁机构的继电特性,26 September 2019,1.1.3 电器的触头系统与电弧,电器的触头系统,图1-6 触头的接触形式 a) 点接触 b) 线接触 c) 面接触,
8、（2）触头接触形式,（1）触头接触电阻,26 September 2019,（3）触头结构形式,图1-7 触头的结构形式 a) 桥式触头 b) 指形触头,触头的材料 银 铜,26 September 2019,触头材料选用电阻系数小的材料，使触头本身的电阻尽量减小；,增加触头的接触压力，一般在动触头上安装触头弹簧；,改善触头表面状况，尽量避免或减小表面氧化膜形成，在使用过程中尽量保持触头清洁。,减小接触电阻的方法,26 September 2019,2. 电弧的产生和灭弧方法,（1）电弧的产生及危害,在自然环境中断开电路时，如果被断开的电路的电流（电压）超过某一个数值时，触头间隙中就会产生电弧
9、，电弧实际上是触头间气体在强电场作用下产生的放电现象。在动静触头脱离接触时，强电场使触头间隙中气体游离，产生大量的电子和离子，并作定向运动，使绝缘的气体变成导体。 电流通过这个游离区时所消耗的电能转换成热能和光能，产生高温并发出强光，烧损触头金属表面，降低电器寿命，延长电路分断时间，甚至不能断开，造成严重事故。,1）电动力吹弧。 拉长电弧，降低电场强度，电弧热量在拉长的过程中散发冷却而迅速熄灭。,图1-8 双断口电动力吹弧 1-静触头 2-动触头 3-电弧,（2）灭弧方法,26 September 2019,2）纵缝灭弧,图1-9 窄缝灭弧 1-纵缝 2-介质 3-磁性夹板 4-电弧,将电弧挤
10、入绝缘壁组成的窄缝中以冷却电弧,26 September 2019,3）栅片灭弧,图1-10 栅片灭弧装置,将电弧分成许多串联的短弧，增加维持电弧所需的临极电压降，同时栅片将电弧的热量散发，使电弧迅速熄灭。,26 September 2019,4）磁吹灭弧,图1-11 磁吹灭弧原理,用电磁力使电弧在冷却介质中运动，降低弧柱周围的温度,26 September 2019,接触器是一种用于中远距离频繁地接通与断开交直流主电路及大容量控制电路的一种自动开关电器。,1.2 电磁式接触器,26 September 2019,接触器是继电器-接触器控制系统中最重要和常用的元件之一，它的工作原理如图所示。t
11、6-6.swf,当按钮按下时，线圈通电，静铁心被磁化，并把动铁心（衔铁）吸上，带动转轴使触头闭合，从而接通电路。,当放开按钮时，过程与上述相反，使电路断开。,接触器的结构和工作原理如下：,电磁部分：线圈静铁心+衔铁；,静铁心,线圈,释放弹簧,触头系统,接触器的结构接触器工作原理接触器.swf,执行部分：触头。,主、辅触点内部结构不一样，主触点（一般有3个）连接到主电路中，能通以大电流；辅触点（一般4个，2个常开、2个常闭）则用在控制回路中。主触点设有专门的灭弧装置。,触头按通过的电流的大小分主触头和辅助触头两种。,动铁心（衔铁）,26 September 2019,接触器的主要控制对象是电动机
12、，也可以用于控制其他电力负载，如电热设备、照明线路、电焊机、电容器组等，是电力拖动控制系统中最重要也是最常用的控制电器。 接触器按其主触点控制电路中电流的种类，分为交流接触器和直流接触器两大类。 交流接触器：主要用以控制远距离、频繁地接通和分断额定电压至1140v、额定电流至630A的交流电路（主电路、控制电路、激磁电路） 直流接触器：主要用以控制额定电压至440v、额定电流至630A的直流电路（主电路、控制电路、激磁电路）,26 September 2019,线圈,辅助触点,铁心,衔铁,电源,电机,主触点,常闭,常开,弹簧,26 September 2019,图1-2 接触器的图形、文字符号
13、,26 September 2019,线圈得电，衔铁吸合触点动作,常开触点合 常闭触点断,线圈失电，衔铁释放触点复位,常开触点断 常闭触点合,表示符号：,线圈,KM,动合(常开)主触点,KM,KM,动合(常开)辅助触点,动断(常闭)辅助触点,KM,用于主电路 流过的大电流 (需加灭弧 装置),用于控制电路流过的小电流 (无需加灭弧装置),26 September 2019,1.2.1 接触器的结构及工作原理,图1-13 交流接触器的外形及结构 a)外形 b）结构,1. 交流接触器外形及结构,主要由电磁系统、触头系统、灭弧装置、反力装置、支架与底座等组成,26 September 2019,电磁
14、系统：由吸引线圈、铁心及衔铁组成。它的作用是将电磁能转换成机械能，带动触点使之闭合或断开。 触点系统：触点是接触器的执行元件，用来接通和断开电路。接触器触点系统包括主触点和辅助触点。主触点容量大，用于接通或断开主电路，根据其容量大小，有桥式触点和指形触点两种形式。辅助触点容量小，用于通断控制电路。,26 September 2019,灭弧装置：接触器主触点分断大电流电路时，在动、静触点之间往往会出现强烈火花，这实际上是一种气体放电现象，称为“电弧”。电弧一方面会烧坏触点，另一方面会使电路切断时问延长，甚至会引起事故，因此灭弧是接触器的重点任务。对于小容量的接触器(10 A以下)，常采用双断口桥
15、形触点以利于灭弧。容量较大(20 A以上)的接触器常采用纵缝灭弧罩及栅片灭弧结构。,26 September 2019,反力装置：由反力弹簧、缓冲弹簧和触点弹簧组成。反力弹簧的作用是当吸引线圈断电时，迅速使主触点和辅助触点断开。缓冲弹簧的作用是缓冲衔铁在吸合时对铁心和外壳的冲击力。触点弹簧的作用是增大动、静触点之间的压力，使之良好接触以降低接触电阻，避免因触点接触不良而产生的故障现象。 支架与底座：用于接触器的固定和安装。,26 September 2019,（2）交流接触器的工作原理 交流接触器的工作原理如下：当电磁线圈通电后，铁心被磁化产生磁通。由此在衔铁气隙处产生电磁力将衔铁吸合，主触点
16、在衔铁的带动下闭合，接通主电路。 同时衔铁还带动辅助触点动作，动断辅助触点首先断开，接着动合辅助触点闭合。在反力弹簧的作用下衔铁释放，主触点、辅助触点又恢复到原来的状态。,26 September 2019,26 September 2019,1.2.2 常用典型交流接触器介绍,1. 空气电磁式交流接触器,典型产品有：CJ10、CJ12、CJ20、CJ21、CJ26、 CJ29、 CJ35、CJ40、NC、B、LC1-D、3TB、STF系列交流接触器等。,2. 切换电容器接触器,专用于低压无功补偿设备中投入或切除并联电容器组，以调整用电系统的功率因素。,常用产品有：CJ16、CJ19、CJ41、CJX4 、 CJX2A、LC1-D、6C系列等。,26 September 2019,3. 真空交流接触器,以真空为灭弧介质，其主触头密封在真空开关管内。适用于条件恶劣的危险环境中。,常用真空交
