《工厂电气与PLC控制技术第5版 张振国电子课件 工厂电气与PLC控制技术 5 1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工厂电气与PLC控制技术第5版 张振国电子课件 工厂电气与PLC控制技术 5 1（259页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、工厂电气与PLC控制技术 第五版 张振国 编著 机械工业出版社 十二五 普通高等教育本科国家级规划教材 目录 前言 绪论 第一章 继电器 接触器逻辑控制基础 第二章 电气控制装置系统设计方法 第三章 可编程序控制器的组成与工作原理 第四章 PLC的编程语言与指令系统 第五章 PLC的特殊功能I O模块 第六章 西门子电气 SIEMENS S7系列型PLC 第七章 编程器 编程软件及其使用 第八章 PLC的联网与通信技术 第九章 PLC控制系统设计 绪 论 一 一 工厂电气与工厂电气与PLCPLC控制技术控制技术 课程的性质和任务课程的性质和任务 性 质 实践性强的专业课 内 容 电机 其他执行
2、电器为控制对象 介 绍电气控制的基本原 理 线路 程序 及控制装置的设计方法 目 标 1 电气控制线路 程序 技术资料 的阅读分析能力 2 电气控制线路 程序的设计能力 任务 1 熟练掌握常用控制电器 电气控制线路的构 成 原理及用途 独立分析和设计能力 2 掌握可编程序控制器 PLC 的基本构成 工作原理 特点及其应用发展情况 3 掌握小型 PLC 的硬件构成 工作原理 编程 语言 指令系统与编程方法 4 掌握 PLC 控制系统的设计方法 设计过程 步骤 PLC 模块选择方法 应用程序设计 与调试方法等 二 电气控制技术的发展二 电气控制技术的发展 控制方法 手动 自动 控制功能 简单 复杂
3、 操作方式 笨重 轻巧 控制原理 有触点硬接线继电器 微处理器的软件 控制方式 集中拖动顺序控制 DCS 网络 现场总 线 以太网 新 技 术 综合应用电子技术 检测技术 计算机 技术 自动控制理论 M2 3 YA M3 3 M 3 反转 正转 停SA5 FU1FU2 KM3 12 KM2 9 KM4 15 R U1 V1 W1 FR1 7 KS U2 V2 W2 FR2 13 KM6 19 KM5 18 KM1 7 U3 V3 W3 FR3 7 150VA 380 127V 60VA 380 36V FU EL T QSL1 L2 L3 31 关 SA4 开32 总开关及保护 主轴转动 起动
4、 制动 进给传动 正转 反转 冷确泵 变压器及照明 主电路 第一章 继电接触器逻辑控制基础 意 义 继电器 接触器控制技术是 近代先进电气控制基础 低压电器 电力拖动自动控制系统的基本组成元件 介 绍 常用低压电器元件的用途 类型 符号 选用四方面 举 例 电气线路的阅读分析方法 第一节第一节 电器的基本知识电器的基本知识 一 电器的定义及分类一 电器的定义及分类 一 电器的定义 一 电器的定义 凡是自动或手动接通和断开电路 以及能实现 对电路或非电对象切换 控制 保护 检测 变换和调节目的的电气元件统称为电器 二 电器的分类 二 电器的分类 1 按工作电压等级分类 1 低压电器 交流 AC
5、1200V 直流 DC 1200V 直流 DC 1500V 2 按用途分类 1 控制电器 用于各种控制电路和控制系统的电器 2 主令电器 用于各种控制系统中发送控制指令的电器 3 保护电器 用于保护电路及用电设备的电器 4 配电电器 用于电能的输送和分配的电器 5 执行电器 用于完成某种动作或传动功能的电器 3 3 按工作原理分类 按工作原理分类 1 电磁式电器 依据电磁原理来工作的电器 2 非电类控制电器 电器的工作是靠外力或某种 非电物理量的变化而动作的电器 二 电磁式电器的工作原理与结构特点二 电磁式电器的工作原理与结构特点 组成 感测部分 电磁结构 触头系统 执行部分 一 电磁结构 作
6、用 将电磁能量转换为机械能量 带动 触头动作 完成接通和分断电路 组成 吸引线圈 铁心 衔铁等 1 1 常用的磁路结构 常用的磁路结构 图 图1 11 1 1 衔铁沿棱角棱角转动的拍合式铁心 广泛应用于直流电器中 2 衔铁沿轴轴转动的拍合式铁心 应用触点容量较大的交流电器中 3 衔铁直线运动的双E形直动式铁心 多用于交流接触器 继电器中 图1 1 常用的磁路结构 线圈自然状态 没有电 1 衔铁 2 铁心 3 吸引线圈 1 2 3 线圈通电 图1 1 常用的磁路结构 机械运动 图1 1 常用的磁路结构 图1 1 常用的磁路结构 通电后动作情况 机械运动 2 吸引线圈 作用 将电能转换成磁场能量
7、注意 结构 交 直流 热的产生磁场中 磁路的欧姆定律 磁通密度 IN Rm 1 1 式中 为铁芯磁通密度 Wb I 为线圈中的电流 A N 为线圈圈数 圈 Rm 为磁阻 1 H 二 电磁吸力与吸力特性 二 电磁吸力与吸力特性 磁铁中的磁通量 B S 1 4 式中 B 气隙中磁感应强度 T S 磁极截面积 m2 电磁吸力 1 5 式中 F t 电磁吸力 N B 气隙中磁感应强度 T S 磁极截面积 m2 固定铁心与衔铁之间的气隙 直流电磁铁时 B 恒定值 交流电磁铁时 B Bmsin t 1 6 图1 2 直流电磁机构的吸力特性 图1 3 交流电磁机构的吸力特性 将式1 6代入式1 5整理得 1
8、 7 式中 电磁吸力最大值 电磁吸力平均值 图1 4 电磁铁的吸力特性 1 直流电磁铁吸力特性 2 交流电磁铁吸力特性 3 反力特性 4 释放过程中静态吸力特性 1 2 3 F 0 分析曲线形状 为什么 4 吸力特性 吸力 F t 与铁心间隙 的特性曲线图1 4 直流电磁铁吸力 曲线 1 励磁电流 I 与气隙 无关 动作过程为 恒磁通势 F 2 1 Rm2 1 2 吸力大小 随 陡峭 交流电磁铁吸力 曲线 2 设线圈电压U不变 则 U E 4 44f N U 4 44fN 由磁路定律 NI Rm 励磁电流 I I 与气隙 成正比正比 动作过程为 近似恒磁通 吸力大小 随 平坦 典型电磁铁结构示
9、意图 三 反力特性和返回系数 三 反力特性和返回系数 反力特性 反作用力 Fr 与气隙 的关系曲线 图1 4 曲线 3 注意 吸合 保证吸力特性位于反力特性上上方 释放 下下方 返回系数 反映灵敏度的参数 释放电压 Ure 或电流 Ire 与吸合电压 Uat 或电流 Iat 或 四 四 交流电磁机构上短路环的作用交流电磁机构上短路环的作用 图1 5 交流电磁机构实际吸力曲线 t Fat F 交流分量 F Fatm F0 Fr 0 最大值 交流分量 反力 交流电磁铁的吸力是一个两倍电源频率的周期量 即 恒定分量 F0 最大吸力 F Fat at 的一半 交变分量 F0cos2 t F0 所以 F
10、 Fat at 0 Fatm F Fat at 的结果有时 反力 Fr 引起振动 噪音 办法 加一短路铜环 图1 6 原理 把磁通分为 1 2 在 I 0 时 磁通始终 F0cos2 t 0 则 Fat F0 F0cos2 t F0 1 衔铁 2 铁心 3 线圈 4 短路环 图1 6 交流电磁铁的短路环 图1 7 加短路环后实际吸力及磁通变化曲线 三 电器的触点系统和电弧三 电器的触点系统和电弧 一 电器的触点系统 一 电器的触点系统 作用 起接通和分断电路 电阻及焦耳 热 损耗 1 交直流电阻损耗 P KfI2R 1 9 式中 P 损耗功率 Kf 交流附加损耗系数 I 触头通过电流 R 触头
11、导体与接触电阻 2 热损耗 Q I2Rt 1 10 式中 Q 热量 t 通电时间 注 触头热量 绝缘体燃烧温度或触头熔化温度 结果 燃烧或烧毁触头 触头结构形式 1 桥式触头 图1 8 a b 2 指形触头 图1 8 c a b c b 图1 8 触点的结构型式 运动过程 用力按下 运动过程结束 产生摩擦动作 产生摩擦动作 二 电弧的产生及灭弧方法 二 电弧的产生及灭弧方法 I I UU 大到某一数值时产生电弧 UU 1212 20V20V间 I I 几百mAmA间 原因 触头气体在电场作用下电离放电 游离现象 结果 产生高温 发出强光 触头烧毁 常用的灭弧方法 1 电动力灭弧 图1 9 应用
12、 一般交流电路中 图1 9 电动力灭弧示意图 1 静触头 2 动触头 F F 2 1 I 电流I 电流 左通力右生电 左力右感 2 磁吹灭弧 图1 10 应用 直流电路中 图1 10 磁吹灭弧示意图 1 次吹线圈 2 绝缘套 3 铁心 4 引弧角 5 导磁夹板 6 灭弧罩 7 动触头 8 静触头 3 2 1 4 5 6 7 8 3 窄缝灭弧 图1 11 应用 交 直流电路中 倒吸原理倒吸原理 图1 11 窄缝灭弧示意图 4 栅片灭弧 图1 12 应用 高压电路中 图1 12 栅片灭弧示意图 1 灭弧栅片 2 触头 3 电弧 1 2 3 F I I 第二节 常用低压电器 常用 熔断器 开关 主令
13、电器 接触器和继电器 一 一 熔断器熔断器 一 熔断器的用途 一 熔断器的用途 应用 配电线路的严重过载和短路保护 二 熔断器的结构及工作原理 二 熔断器的结构及工作原理 原理 通过流过电路的过大电流产生的热效应熔断熔 丝 安秒特性曲线 而断开和保护电路 熔断器的外形图见 图1 13 熔体结构示意图见 图1 14 熔断器的安秒特性曲线见 图1 15 图图1 13 1 13 熔断器的外形图熔断器的外形图 1 1 瓷底座 瓷底座 2 2 动触头 动触头 3 3 熔体 熔体 4 4 瓷插座 瓷插座 5 5 静触头 静触头 6 6 底座 底座 7 7 熔体 熔体 8 8 瓷帽 瓷帽 图1 14 熔体结
14、构示意图 1 盖板 2 指示器 3 触角 4 熔体 5 熔管 图1 15 熔断器的安秒特性曲线熔断器的安秒特性曲线 0 0 I IMIN MIN I I I I N N t 熔断区 正 常 工 作 区 过 渡 区 表1 1 熔断器安秒特性数值关系 熔断电流 1 25 1 30 IN1 6IN2IN2 5IN3IN4IN 熔断时间 1h40s8s4 5s2 5s 三 熔断器的类型与技术参数 1 插入式 RC1A系列 低压分支电路 I小民用 2 螺旋管式 RL6 用于机床 RLS2 用于整流 晶闸管 3 封闭管式 RT12有填料 无填料 快速 低压电网 4 新型 1 自复式 RZ1 不能切断电源
15、与断路器配合使用 2 高分断能力 NT 应用电气装置 配电设备 额定电压 V额定电流 A熔体额定电流 A额定分断能力 500 160 4 6 10 16 20 25 32 35 40 50 63 80 100 125 160 500V 120kA 25080 100 125 160 200 224 250 400 125 160 200 224 250 300 315 355 400 630315 355 400 425 500 630 3801000800 100380V 100kA 表1 2 NT型熔断器主要技术术参数 四 熔断器的选择 四 熔断器的选择 主要考虑以下几个方面因素 主要考虑
16、以下几个方面因素 1 类 型 线路要求 使用场合 安装条件 适用范围 2 额定电压 使额定电压 线路的额定电压 3 额定电流 熔体的额定电流与负载相匹配 1 阻性负载熔体额定电流略 电路的额定电流 2 电机负载 单台电机 I Ifu fu 1 51 5 2 52 5 I I N N 多台电机 I Ifu fu 1 51 5 2 52 5 I INmax Nmax I I N N 式中 IN 电机额定电流 INmax 容量最大的一台电机额定电流 IN 其它电机额定电流的总和 3 电容负载设备中 熔体的额定电流 1 6倍电容额定电流 4 配电系统中 主回路熔体的额定电流 支路熔体的额定电流 4 额定分断能力 额定分断能力 电路中可能最大故障电流 5 选择保护特性 分支故障时 故障点最近处动作 熔断器的图形符号及文字符号如 图1 16 图1 16 熔断器的图形与文字符号 FU 总结 应用 配电线路的严重过载和短路保护 原理 通过流过电路的过大电流产生的热效应熔断 熔丝 安秒特性曲线 而断开和保护电路 参数 额定电压 额定电流 熔体额定电流 额定分断能力 类型 插入式 螺旋管式 封闭管式 自复
