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1、工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器 第一篇 电气控制技术 0绪论 1常用低压电器 2 继电-接触器控制系统的基本控制电路 3电气控制在生产中的应用 4继电-接触器控制系统的设计 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器 电气控制与可编程控制器课程是工业自动化及机 电专业必修课程。电气控制与可编程控制器以电工 基础和电子技术课程为知识基础、以从事机电工程 技术人员为讲授对象,是以电气控制技术应用和电气工程 设计为主的学科。 电气控制与可编程控制器课程教材内容分两大部 分。第一部分为工厂电气控制技术,主要内容有主电路常 用的低压电器、控制电路常用的电器元件、继电接触式
2、自 动控制系统、典型生产机械电器控制线路、电气控制系统 的设计与安装、电气控制实训等;第二部分为可编程序控 制器,以三菱FX2N系列PLC为例,系统介绍了PLC的结构、 工作原理、指令系统、编程方法、应用实例及实验系统。 绪 论 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器 设置本课程的目的是:使同学掌握工厂电气控制系统 常用元器件使用、基本控制环节、电气控制系统的设 计与安装等基本知识与相关技能,从而胜任现代企业 中或销售部门与电气控制系统相关的设计、维修、安 装、销售及管理等工作。 学习本课程的要求是:学生应掌握常用低压电器的使 用、继电接触式自动控制系统基本控制环节、典型生 产机
3、械电器控制线路、电气控制系统的设计与安装, 掌握可编程序控制器的工作原理、系统组成、指令系 统和编程方法,具备继电接触器式电气控制系统的设 计能力、工厂常用电气设备的维修与安装能力,具有 对可编程控制器的应用能力。 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器 1 常用低压电器 1.1概述 低压电器的概念:是指工作在交流1200 V、 直流1500 V以下 的电路中,起通、断、保护、控制或调节作用的电器设备。 低压电器的分类 : 按用途可分为低压配电电器、低压控制电 器、低压主令电器、低压保护电器、低压执行电器等。 按动作性质可分为手动电器和自动电器两种 工厂电气控制与可编程控制器工厂
4、电气控制与可编程控制器 低压电器的基本结构 触头的结构形式有: (1)桥式触头 (a,b) (2)指形触头 (C) 触点的结构形式 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器 低压电器的基本结构 电弧 电弧产生:电弧的产生 当用开关电器断开电流时,如果电路电压不低于1020伏,电流 不小于80100mA,电器的触头间便会产生电弧。 电弧是高温高导电率的游离气体,它不仅对触头有很大的破坏作用,而且使断开电路 的时间延长。 因此,在了解开关电器的结构和工作情况之前,首先来看看其是如何 产生和熄灭的。 电弧的形成是触头间中性质子(分子和原子)被游离的过程。开关触头分离时,触头间 距离很小,
5、电场强度E很高(E = U/d)。当电场强度超过310V/m时,阴极表面的电 子就会被电场力拉出而形成触头空间的自由电子。这种游离方式称为:强电场发射 。 从阴极表面发射出来的自由电子和触头间原有的少数电子,在电场力的作用下向 阳极作加速运动,途中不断地和中性质点相碰撞。只要电子的运动速度v足够高,电 子的动能A = mv2足够大,就可能从中性质子中打出电子,形成自由电子和正离子。 这种现象称为碰撞游离。新形成的自由电子也向阳极作加速运动,同样地会与中性 质点碰撞而发生游离。碰撞游离连续进行的结果是触头间充满了电子和正离子,具 有很大的电导;在外加电压下,介质被击穿而产生电弧,电路再次被导通。
6、 触头间电弧燃烧的间隙称为弧隙。电弧形成后,弧隙间的高温使阴极表面的电子获得 足够的能量而向外发射,形成热电场发射。同时在高温的作用下(电弧中心部分维持 的温度可达10000以上),气体中性质点的不规则热运动速度增加。当具有足够动 能的中性质点相互碰撞时,将被游离而形成电子和正离子,这种现象称为热游离。 随着触头分开的距离增大,触头间的电场强度E逐渐减小,这时电弧的燃烧主要是依 靠热游离维持的。 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器 低压电器的基本结构 常用灭弧方法:电动力灭弧、磁吹灭弧、栅片灭弧、窄缝灭弧。 1、电动力灭弧 灭弧原理: 触头断开时,两个断口处产生电弧,根据左手
7、定则电弧受F作用 向外运动。 电弧被拉长 迅速熄灭 受冷却作用 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器 2、磁吹灭弧 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器 3、栅片灭弧 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器 低压电器的基本结构 电磁机构 组成:吸引线圈、铁心、衔铁三大部分 分类:按衔铁的运动方式可分为直动式和拍合式 作用:将电磁能机械能使触点闭合或断开(动作) 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器 交直流电磁机构区别 铁心 直流励磁的电磁铁 交流励磁的电磁铁 通过恒定磁通 通过交变磁通 线圈产生热量 线圈产生热量 铁心不产生热量 铁
8、心产生热量 (无磁滞损耗与涡流损耗) (有磁滞损耗与涡流损耗) 线圈无骨架且成细长形 线圈有骨架且粗短形 (增加其和铁心接触面积) (与铁心分开) 有助于散热 以免铁心热量传给线圈 (铁心为纯铁铸成) 铁心为硅钢片叠成 降低成本 减少铁损耗 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器 交直流电磁机构区别 线圈 电压线圈: 并联在电源上 电流值由电路电压和线圈阻抗决定 线圈匝数多、导线细 电流小、 采用绝缘性能好的漆包线 线圈 电压线圈: 并联在电源上 电流值由电路电压和线圈阻抗决定 线圈匝数多、导线细 电流小、 采用绝缘性能好的漆包线 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控
9、制器 低压电器的基本结构 交流电磁铁的短路环 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器 低压控制电器的主要技术参数 额定工作电压和电流 通断能力 使用寿命 使用类别 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器 型号表示方法 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器 表1-2 低压电器的加注通用派生代号一览表 派生字母 含 义 派生字母 含 义 A、B、C结构设计有改进或变化 H保护式、带缓冲装置 J交流、防溅式 M密封式、灭磁 Z直流、自动复位、防震 Q防尘式、手车式 N可逆 L电流的 W无灭弧机构 F高返回、带分励脱扣 P电磁复位、放滴式、单相 、电压的、两
10、个电源 K开启式 S有锁定机构、手动复位、 防水式、三相、双线圈 T TH TA 按湿热带临时措施制 造 湿热带 干热带 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器 1.2 接触器 接触器是一种用来频繁接通或断开交直流主电路及大 容量控制电路的自动切换电器。它是利用电磁吸力和弹簧 反作用配合动作而使触头闭合或分断的一种电器,还具有 低压释放保护的功能,并能实现远距离控制,在自动控制 系统中应用得相当广泛。 接触器按其主触头通过电流的 种类不同,可分为直流接触器和交流接触器。 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器 交流接触器 交流接触器主要由电磁铁和触点两部分组成 ,
11、当电磁铁线圈通电后, 吸住动铁心(也称衔铁 ), 使常开触点闭合, 因而把主电路接通。 电磁 铁断电后, 靠弹簧反作用力使动铁心释放, 切断 主电路。 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器 交流接触器结构及图形符号 (a) 外形图; (b) 结构图; (c) 电气符号 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器 交流接触器的触点分为两类, 一类接在电动机的 主电路中, 通过的电流较大, 称作主触点; 另一类 接在控制电路中, 通过的电流较小, 称为辅助触点。 主触点断开瞬间, 触点间会产生电弧烧坏触点, 因此交流接触器的动触点都做成桥式, 有两个断点, 以降低当触点断
12、开时加在断点上的电压, 使电弧容易 熄灭。 在电流较大的接触器的主触点上还专门装有灭 弧罩, 其外壳由绝缘材料制成, 里面的平行薄片使三 对主触点相互隔开, 其作用是将电弧分割成小段, 使 之容易熄灭。 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器 为了减小磁滞及涡流损耗, 交流接触器的铁心 由硅钢片叠成。 此外, 由于交流电在一个周期内 有两次过零点, 当电流为零时, 电磁吸力也为零 , 使动铁心振动, 噪声大。 为了消除这一现象, 在交流接触器铁心的端面一部分嵌有短路环。 在选用接触器时, 应注意它的额定电流、 线 圈电压及触点数量等。 接触器的额定电压是指吸 引线圈的额定电压,
13、额定电流是指主触点的额定 电流。 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器 直流接触器 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器 接触器的选择 一般根据以下原则来选择接触器: (1)接触器类型 交流负载选交流接触器,直流负载选直流接触器, 根据负载大小不同,选择不同型号的接触器。 (2)接触器额定电压 接触器的额定电压应大于或等于负载回路电压。 (3)接触器额定电流 接触器的额定电流应大于或等于负载回路的额定电 流。对于电动机负载,可按下面的经验公式计算: Ij=1.3Ie 其中: Ij为接触器主触点的额定电流; Ie为电动机的额定电流。 工厂电气控制与可编程控制器工厂
14、电气控制与可编程控制器 (4)吸引线圈的电压 吸引线圈的额定电压应与被控回路电压一致。 (5)触点数量 接触器的主触点、常开辅助触点、常闭辅助触 点数量应与主电路和控制电路的要求一致。 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器 1.3 继电器 继电器是一种根据外界输入的信号(电量,如电 压、电流;非电量,如时间、速度、热量等)来控制 电路的通、断的自动切换电器。其触点常接在控制电 路中。值得注意的是,继电器的触点不能用来接通和 分断大容量电路,这也是继电器与接触器显著的区别 。 继电器的种类很多。按输入信号的不同可分为电 压继电器、电流继电器、时间继电器、热继电器、速 度继电器与压力继电器等。本节主要介绍常用的电磁 式(电压、电流、中间)继电器、时间继电器、速度 继电器、热继电器和其他信号继电器。 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器 1电磁式继电器 电磁式继电器是使用最多的一种继电器,其基本 结构和动作原理与接触器大致相同。但继电器是用于 切换小电流的控制和保护电器,其触点种类和数量较 多,体积较小,动作灵敏,