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1、工业电器控制与可编程控制器,主讲老师：刘芹,自 动 化 学 院,总学时：54 讲 课：42 实 验：12,单 位：自动化学院,学 分：2.5,性 质：专业课,1，胡汉琪主编，可编程控制器原理及应用(第二版)，中国电力版社，20082，邓则名主编,电器与可编程控制器应用技术.北京，机械工业出版社，2003.,参 考 教 材,两 个 部 分,1，电气控制技术部分2，可编程控制器技术部分,电气控制技术部分主要内容,一、常用低压控制电器组成电气控制线路基本元件或单元。 二、电气控制系统的典型控制线路分析复杂控制线路由基本线路构成的。常用电气控制线路设计,第一章 常用低压控制电器,第一节 概述,第二节
2、接触器,第三节 继电器,第四节 熔断器,第六节 主令电器,本章小结,第五节 低压开关和低压断路器,第一节 概述,电器是对电能的生产，输送，分配以及应用起到控 制、调节、检测及保护等作用的工具之总称。如开 关，熔断器，变压器等都属于电器。能够按照外界指定的信号手动或自动的接通和断开 电路，实现对电路控制的电气叫控制电器。如熔 断器、开关、电磁式控制电磁铁都属控制电器。变压器是不是控制电器？,第一节 概述,一、电器的分类 按电器的工作电压等级分：高压电器和低压电器交流电压1200v，直流电压1500v 按电器的动作性质分 ：手动电器和自动电器 按电器的性能和用途分：主令电器（各种传感器，按钮，行程
3、开关），控制电器（继电器，接触器，电磁阀）和保护电器（熔断器，热继电器），执行电器（电磁铁，电磁离合器）。 按有无触点分：有触点电器（刀开关、接触器）和无触点电器 （可控硅、固态继电器、晶闸管，大功率三极管，大功率场效应管） 按工作电压种类分：交流控制电器和直流控制电器。 按工作原理分：电磁式电器和非电量控制电器。,第一节 概述,二、我国低压电器的发展 1、电气控制经历几个阶段 手动控制：电器比较单一 继电接触器控制：按钮，接触器，继电器对电机进行控制，持续时间长。 顺序控制器控制：伴随中小规模集成电路应用产生，实现简单逻辑控制，随着集成电路迅速发展，大规模超大规模集成电路产生，微处理器，单片
4、机，功能芯片，使得控制系统进入一个新的领域。 可编程控制器（PLC）：加工中心机床，自适应数控机床，计算机群控系统，柔性制造系统。,第一节 概述,二、我国低压电器的发展 2、电气控制的发展 现代大工业生产提出的更高要求：汽车，冰箱，彩电大 型生产线。 其他技术的发展推动着电气控制发展技术：大功率半导 体技术器件（电力电子技术使得传统电子技术由弱电领 域到强电领域），大规模集成电路，计算机控制技术， 检测技术，现代控制理论（例如，交流变频调速控制） 等。,第一节 概述,二、我国低压电器的发展 3、我国低压电器 1）原装进口：价格高，性能好 ABB、西门子、施耐德 2）引进国外技术，在国内生产：正
5、泰，德力西 3）我国自己的产品：上海电气、长城电器、,低压电器：智能化、可通信是发展趋势。,其产品的特征是：,产品中装有微处理器； 产品带有通信接口，能与现场总线连接； 采用标准化结构，具有互换性，采用模数化结构； 保护功能齐全，具有外部故障记录显示、内部故 障自诊断、进行双向通信等。,接触器用来频繁地接通和分断交直流回路和大容量控制电路。主要控制对象是电路机，能实现远距离控制，并具有欠压、零压保护。接触器由电磁系统，触头系统和灭弧装置组成。,第二节 接触器,一、结构和工作原理,电磁系统：铁心，线圈,触头系统：主触头，辅助触头,灭弧系统：,一、结构和工作原理 1.电磁机构将电磁能转换为机械能并
6、带动触头动作。 组成原理：线圈通入电流，产生磁场，经铁芯、衔铁和气隙形成回路，产生电磁力，将衔铁吸向铁芯。,铁芯,衔铁,线圈,第二节 接触器,交流：硅钢片叠加 直流：整块铸铁或铸钢,U形，E形，O形,交流线圈：短而粗，有骨架。 直流线圈：细而长，无骨架。,第二节 接触器,第二节 接触器,吸力特性,吸力特性：电磁吸力与气隙的关系曲线。 说明：吸力特性与线圈励磁电流种类、线圈连接方式有关。,式中：,当为常数时，,电磁吸力的近似计算公式：,交流电磁机构：,当频率、匝数和电压都为常数时，磁通为常数时：F为常数,结论：a交流电压线圈在衔铁闭合前后吸力几乎不变化（如考虑漏磁通，随 的减少略有增加）。 b交
7、流电压线圈中的电流在衔铁闭合前后随气隙 的减小而减小。,磁路定律,交流中磁阻主要是气隙,直流电磁机构 结论：a电流为常数(与磁路的气隙大小无关，取决于线圈的电阻)，,b直流电压线圈在衔铁闭合前后吸力变化很大；,第二节 接触器,反力特性,为起始位置， 动、静触头接触时的位置,吸力特性与反力特性配合,吸力特性与反力特性配合得当，才有助于电器性能的改善。在实际应 用中可调节反力弹簧或触头初压力以改变反力特性，使之与吸力特性有良好的配合。,一、结构和工作原理 2.触头系统通过触头的开合控制电路通、断。类型,所控制的电路：主触头和辅助触头,按期原始状态：常开触头和常闭触头,第二节 接触器,结构形式：桥形
8、触头和指型触头,结构形式：点接触，线接触和面接触,一、结构和工作原理 3.灭弧系统 电弧：开关电器切断电流电路时，触头间电压大于10V，电流超过80mA时，触头间会产生蓝色的光柱， 即电弧。电弧的危害 ：延长了切断故障的时间；高温引起电弧附近电气绝缘材料烧坏；形成飞弧造成电源短路事故。灭弧措施：降低电弧温度；减少电弧两端电压 方法：灭弧罩；灭弧栅；磁吹灭弧装置,第二节 接触器,交流接触器线圈通以交流电，主触头接通，分断交流主电路。,第二节 接触器,二、交流接触器,第二节 接触器,交流接触器结构图,灭弧装置,1工作原理,线圈加额定电压，衔铁吸合，常闭触头断开，常开触头闭合；线圈电压消失，触头恢复
9、常态。为防止铁心振动，需加短路 环。,第二节 接触器,2出现问题,1）当交变磁通穿过铁心时，将产生涡流和磁滞损耗，是铁心发热； 2）交流接触器铁心的磁通是交变的，故当磁通为零时，电磁吸力也为零，使铁心产生强烈的震动和噪声。,第二节 接触器,3解决方法,1）铁心用硅钢片迭制而成，减少涡流路径，加硅增加电阻，减少铁心电流，从而减少电流损耗； 2）在铁心端面上安装一个铜质短路环, 两个磁通产生相位差，在端面上产生的合成的磁通不为零，吸力也不为零，就不会振动。,第二节 接触器,4结构特点,铁心用硅钢片冲压迭制而成；线圈做成短而粗的圆筒状（减少铁心发热）；在铁心端面上安装一个铜质短路环,直流接触器线圈通
10、以直流电流，主触头接通、切断直流 主电路。,第二节 接触器,二、直流接触器,铁心用整块钢块构成；线圈做成长而薄的圆筒状。,第二节 接触器,三、接触器的符号,第二节 接触器,四、接触器的主要技术指标和选择,接触器的型号和代表意义,例如：CJ2040/03,第二节 接触器,四、接触器的主要技术指标和选择,根据电路中负载电流的种类选择接触器的类型；接触器的额定电压应大于或等于负载回路的额定电压；交流：220v,380v,660v,1140v；直流：110,220,440,660 额定电流应大于或等于被控主回路的额定电流。 触头数目 电磁线圈的电源种类，频率和额定电压 额定操作频率（次/h），允许每小
11、时接通的次数,第二节 接触器,四、接触器的主要技术指标和选择,继电器是一种根据特定形式的输入信号而动作的自动控制电器。用于控制与保护电路或作信号转换用。 分类： 按用途分 ：控制和保护继电器 按动作原理分：电磁式、感应式、电动式、电子式、热继电器 按输入信号分：电流、电压、时间、速度、压力,第三节 继电器,一、电磁式继电器,第三节 继电器,1.结构：电磁系统；触头系统；释放弹簧组成。 2.工作原理：同接触器 3.符号：,一、电磁式继电器,第三节 继电器,电磁式继电器特性输入-输出特性 X1:继电器释放值 X2：继电器吸合值 k=X1/X2：继电器的返回系数 K值可以通过调节释放弹簧的松紧程度或
12、调整铁心与衔铁之间非磁性垫片的厚度来达到 吸合和释放时间 吸合时间：从线圈接受电信号到衔铁完全吸合所需的时间 释放时间：从线圈失电到衔铁完全释放所需的时间,二、电流继电器,特点：线圈串接于电路中，导线粗、匝数少、阻抗小。 分类：过电流继电器、欠电流继电器,过流电流继电器,欠流电流继电器,第三节 继电器,二、电流继电器,第三节 继电器,特点：线圈并联在电路中，匝数多，导线细 分类：欠电压继电器（30%-50%UN）和过电压继电器 （105%-120%UN）、零电压继电器（0%-25%UN） 结构原理：与电流继电器类似,三、电压继电器,第三节 继电器,中间继电器实质上是一种电压继电器，结构和工作原
13、理与接触器相同。但它的触点数量较多，在电路中主要是扩展触点的数量。,三、中间继电器,第三节 继电器,作用：利用电流的热效应原理 电动机的过载保护,利用双金属片受热弯曲去推动杠杆使触头动作,利用电阻值随温度变化而变化的特性制成,利用过载电流发热使易熔合金熔化而使继电器动作,四、热继电器,第三节 继电器,型式：双金属片式,热敏电阻式,易熔合金式,结构：由发热元件、双金属片（两种膨胀系数不一样）和触头及动作机构等部分组成 。,1、负荷过重； 2、电机电压过高或过低； 3、电机长期严重受潮或有腐蚀性气体侵蚀，使绝缘电阻下降； 4、电机轴承缺油、干磨或转子机械不同心，使电机电流超过额定值； 5、机械传动
14、部分发生故障等。,四、热继电器,第三节 继电器,双金属片式热继电器,四、热继电器,第三节 继电器,双金属片式热继电器原理示意图,四、热继电器,第三节 继电器,符号,四、热继电器,第三节 继电器,使用与选择,主要根据电动机的额定电流来确定。热继电器的额定电流接近或大于电动机的额定电流。 选择：RTedRT：热继电器热元件的额定电流；ed：电动机的额定电流。,四、热继电器,第三节 继电器,从得到输入信号（线圈的通电或断电）开始，到产生相应的输出信号（触点的闭合和断开），有一个符合一定准确度的延时过程的继电器。 通电延时型：接受输入信号后，要延迟一段时间，输出信号才能发生变化。当输入信号消失后，输出
15、即时复位。 断电延时型 ：接受输入信号后，立即产生相应的输出信号。当输入信号消失后，要延迟一段时间，输出信号才能复位。,五、时间继电器,时间继电器种类：直流电磁式时间继电器（小于5秒）；空气式阻尼时间继电器（0.4-180s）；半导体式时间继电器（0.2-300秒） ；电动机式时间继电器（延时较长）；机械发条式时间继电器,五、时间继电器,空气式阻尼时间继电器： 1.结构：电磁机构，延时机构，触头等组成 2.工作原理：通电延时，断电延时,五、时间继电器,五、时间继电器,(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h),(a) 线圈一般符号 (b) 通电延时线圈 (c) 断电延时线圈
16、 (d) 通电延时闭合动合（常开）触点 (e) 通电延时断开动断（常闭）触点 （f）断电延时断开动合（常开）触点 （g）断电延时闭合动断（常闭）触点（h）瞬动触点,五、时间继电器,符号（KT）,时间继电器的选择,五、时间继电器,1.电源电压（线圈电压和触头电压）。 2.控制回路所需的延时方式（通电还是断电） 3.延时时间范围及延时误差 4.延时触头和瞬时触头类型，数量及容量 5.时间继电器的类型,作用：用来检测电动机的转速和转向 结构：定子、转子和触头 工作原理：与异步电动机类似 选择：额定工作转速（300-1000r/min； 1000-3000r/min两种，动作转（120r/min），复位转速100r/min）,六、速度继电器,定子-由硅钢片迭成笼型空心圆环套在转子上，装有鼠笼型短路绕组。,
