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1、电气控制与PLC应用,河北建筑工程学院电气系,内容提要,1. 本教材汇聚了“工厂电气控制”与“可编程序控制器”两门课程的重要内容 2. 全书共分两篇(七章)第一篇 共三章,第二篇共四章第一篇 电气控制 第一章 介绍常用低压电器; 第二章 介绍电器控制线路的基本规律 ; 第三章 介绍电器控制线路的一般设计方法.第二篇 可编程序控制器 第四章 介绍可编程序控制器的基本知识; 第五章 介绍了FX系列可编程控制器编程元件及指令系统 ; 第六章 介绍了FX系列可编程控制器的程序设计方法 ; 第七章 介绍PLC控制变频器的方法及编程器和编程软件的使用 ;,第一章 常用低压电器,第一节低压电器的基本知识,第
2、二节接触器,第三节继电器,第四节主令电器,第五节开关电器,第六节熔断器,本章小结,第七节低压断器,第一节 低压电器的基本知识,一、低压电器的分类 按用途和控制对象分： 配电电器：用于低压电力网的配电电器。 控制电器 ：用于电力拖动及自动控制系统 的电器。 按操作方式分： 自动电器：产生电磁吸力而自动完成动作指令的电器，如接触器、继电器等。 手动电器：通过人的操作发出动作指令的电器，如刀开关、转换开关和主令电器等。 按工作原理分： 电磁式电器：根据电磁感应原理进行工作，如交直流接触器、电磁式继电器等。 非电量控制电器：以非电物理量作为控制量进行工作，如按钮开关、行程开关、刀开关、热继电器、速度继
3、电器等。,低压电器 :工作电压交流1200V、直流1500V以下的电气线路中起通断、保护、控制或调节作用的电器.,1.电磁机构将电磁能转换为机械能并带动触头动作。 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,二、电磁式低压电器的基本结构,交流：硅钢片叠加 直流：整块铸铁或铸钢,直动式 转动式,电压线圈：并联在电路中，匝数多、导线细。 电流线圈：串联在电路中，匝数少、导线粗。 交流线圈：短而粗，有骨架。 直流线圈：细而长，无骨架。,常用的电磁机构型式：,衔铁沿棱角转动的拍合式铁心，如图（a）所示，其衔铁绕铁扼的棱角转动，磨损较小，
4、铁心一般用电工软铁制成，适用于直流继电器和接触器。 衔铁沿轴转动的拍合式铁心，如图（b）所示，其衔铁绕轴转动，铁心一般用硅钢片叠成，常用于较大容量交流接触器。 衔铁作直线运动的双E型直动式铁心，如图（c）所示，衔铁在线圈内成直线运动，较多用于中小容量交流接触器和继电器中。,电磁吸力和反力：,电磁铁工作时，线圈产生的磁通作用于衔铁，产生电磁吸力，并使衔铁产生机械位移，衔铁在复位弹簧的作用下复位。作用在衔铁上有两个力：电磁吸力由电磁机构产生，反力由复位弹簧和触头弹簧产生。铁心吸合时要求电磁吸力大于反力，即衔铁位移方向与电磁吸力方向相同；衔铁复位时要求反力大于电磁吸力。直流电磁铁的电磁吸力公式为：,
5、式中 B气隙间磁通密度(T)；S吸力处气隙端面积( )；F电磁吸力(N)。 当端面积S为常数时，吸力F与磁通密度 成正比，即F与磁通 成正比，反比于端面积S，即,2.触头系统通过触头的开合控制电路通、断。类型材料：一般采用铜、银、镍材料制成；对于小容量电器常用银质材料制成。,触点按其原始状态可分为常开触点和常闭触点。原始状态时（即线圈未通电）断开，线圈通电后闭合的触点叫常开触点。原始状态闭合，线圈通电后断开的触点叫常闭触点。线圈断电后所有触点复原。按触点控制的电路可分为主触点和辅助触点。主触点用于接通或断开主电路，允许通过较大的电流，辅助触点用于接通或断开控制电路，只能通过较小的电流。,） ）
6、 ）a最终断开位置 b) 刚刚接触位置 c最终闭合位置,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：吹弧、拉弧、长弧割短弧、多断口灭弧、利用介质灭弧、改善触头表面材料 。,常用的灭弧方法和装置,1.电动力灭弧下图是一种桥式结构双断口触头系统。当触头打开时，在断口中产生电弧。电弧电流在两电弧之间产生如图所示的磁场。根据左手定则，电弧电流要受到一个指向外侧的电动力F的作用，使电孤向外运动并拉长，使其迅速穿越冷却介质，从而
7、加快电弧冷却并熄灭。交流接触器通常采用这种灭弧方法。,2.磁吹灭弧在触头电路中串入吹弧线圈，该线圈产生的磁通经过导磁夹板引向触头周围，在弧柱下方，两个磁通是相加的，而在弧柱上方是彼此相减的，在下强上弱的磁场作用下电弧被拉长并吹入灭弧罩中，电弧被拉长并受到冷却而很快被熄灭。它广泛应用于直流灭弧装置中（如直流接触器中）。,3.栅片灭弧灭弧栅一般是由多片镀铜薄钢片(称为栅片)和石棉绝缘板组成、它们通常在电器触头上方的灭孤室内，彼此之间互相绝缘。当触头分断电路时，在触头之间产生电弧，电弧电流产生磁场，由于钢片磁阻比空气磁阻小得多，因此，电弧上方的磁通非常稀疏，而下方的磁通却非常密集，这种上疏下密的磁场
8、将电弧拉人灭弧罩中，当电弧进入灭弧栅后，被分割成数段串联的短弧。这样每两片灭弧栅片可以看做一对电极，而每对电极间都有150-250V的绝缘强度，使整个灭弧栅的绝缘强度大大加强，而每个栅片间的电压不足以达到电弧燃烧电压，同时栅片吸收电弧热量，使电弧迅速冷却而很快熄灭。,第二节 接触器,电力拖动和自动控制系统中使用量大，涉及面广的一种低压自动控制电器，用来频繁地接通和分断交、直流主回路和大容量控制电路。主要控制对象是电动机，能实现远距离控制，并具有欠压保护。,1-主触点 2-常闭辅助触点3-常开辅助触点 4-动铁心 5-线圈 6-静铁心 7-灭弧罩 8-弹簧,电磁接触器结构示意图,电磁机构：将电磁
9、能转换成机械能，产生电磁吸力带动触点动作.,触点：接触器的执行元件，用来接通或断开被控制电路。,灭弧装置：熄灭触点分断电流瞬间触点之间气隙中产生的电弧。,其它：包括释放弹簧机构、支架与底座等。,动铁心（衔铁） 静铁心 电磁线圈,按所控制电路 主触点 辅助触点 按原始状态 常开触点 常闭触点,灭弧罩 灭弧栅 磁吹灭弧装置,1结构,2.工作原理：当电磁线圈通电后，线圈电流产生磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触点动作，使常闭触点断开，常开触点闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触点复原，即常开触点断开，常闭触点闭合。,电磁接触器工作原理,3.接触器分
10、类及特点： 交流接触器：线圈通以交流电，主触点接通、切断交流主电路。 交变磁通穿过铁心，产全涡流和磁滞损耗，使铁心发热。 铁心用硅钢片冲压而成以减少铁损。 线圈做成短而粗的圆筒状绕在骨架上以便于散热。 铁心端面上安装铜制的短路环，以防止交变磁通使衔铁产生强烈振动和噪声。 灭弧装置通常采用灭弧罩和灭弧栅。直流接触器：线圈通以直流电，主触点接通、切断直流主电路。 不产全涡流和磁滞损耗，铁心不发热。 铁心用整块钢制成。 线圈制成长而薄的圆筒状。 250A以上的直流接触器采用串联双绕组线圈。 灭弧装置通常采用灭弧能力较强的磁吹灭弧装置。,4.接触器主要技术参数：,接触器极数：2P 3P 4P 额定电压
11、：指主触点的额定工作电压 交流有：127V、220V、380V、500V、660V 直流有：24V、110V、220V、440V、660V 额定电流：指主触点的额定电流 交流接触器：5、10、20、40、60、100、150、250、400、600A 直流接触器：40、80、100、150、250、400、600A 线圈的额定电压：吸引线圈正常工作的电压值 交流接触器：36、110（127）、220、380V 直流接触器：24、48、220、440V,额定通断能力：主触头在规定条件下可靠地接通和分断的电流值。 额定操作频率：每小时的最高操作次数。交流接触器为600次/h，直流接触器为1200次
12、/h。 机械寿命（1000万次以上）与电气寿命（100万次以上） 线圈的起动功率和吸持功率：直流接触器起动和吸持功率相等，交流接触器起动功率为吸持功率的5-8倍.,接触器的使用类别,使用类别：AC-AC4、DC1-DC3 AC1和DC1：允许接通和分断额定电流 AC2和DC3：允许接通和分断4倍额定电流 AC3：允许接通6倍额定电流和分断额定电流 AC4：允许接通和分断6倍额定电流 见表1-9,接触器的使用类别及典型用途,表1-9,部分CJ20系列交流接触器主要技术数据,表1-2,5.常用典型接触器,空气电磁式交流接触器：CJ20、CJ21、CJ26、CJ29、CJ35、CJ40、LC1-D、
13、3TB、3TF等 切换电容器接触器：CJ16、CJ19、CJ41、CJX4、LC1-D等 直流接触器：CZ18、CZ21、CZ22、CZ0等,CJ 20 / 交流 设计 额定电流 用K表示矿用 额定工作电压(03380V) TH(湿热带产品) 接触器 序号 (AC3，380V) 启动器的接触器 (06660V；111140V),CZ 16 / 直流 设计 额定电流 常开主触点数 常闭主触点数 接触器 序号,交流接触器型号意义说明举例：,直流接触器型号意义说明举例：,接触器的图形符号,接触器的选用原则:,接触器的使用类别应与负载性质相一致 控制交流负载应选用交流接触器 控制直流负载则选用直流接触
14、器主触点的额定工作电压应大于或等于负载电路的电压 主触点的额定工作电流应大于或等于负载电路的电流接触器主触点的额定工作电流是在规定条件下（额定工作电压、使用类别、操作频率等）能够正常工作的电流值，当实际使用条件不同时，这个电流值也将随之改变吸引线圈的额定电压应与控制回路电压相一致 接触器在线圈额定电压85及以上时应能可靠地吸合主触点和辅助触点的数量应能满足控制系统的需要,几款常用接触器,第三节 继电器,继电器是一种利用各种物理量的变化，将电量或非电量的变化转化为电磁力或使输出状态发生阶跃变化，从而通过其触头或突变量促使在同一电路或另一电路中的其他器件或装置动作的一种控制元件。继电器用于控制电路
15、，流过触点的电流小，一般不需要灭弧装置。,常用继电器：电流继电器、电压继电器、中间继电器、时间继电器、热继电器以及温度、压力、固态继电器等。,一、电磁式电流、电压及中间继电器,电磁式继电器在结构和工作原理上与电磁式接触器相似，主要由电磁机构（包括动静铁心、衔铁、线圈)和触头系统组成。其结构见右图,1.结构、工作原理及特性,继电特性曲线：,继电器的重要参数： 返回系数：kx1/ x2 释放弹簧的松紧程度 铁心与衔铁间非磁性垫片的厚薄 吸合时间：线圈接受电信号到衔铁完全吸合所需的时间 释放时间：线圈失电到衔铁完全释放所需的时间,x2：继电器吸合值x1：继电器释放值,当线圈通电后，线圈的激磁电流就产生磁场，从而产生电磁吸力吸引衔铁。一旦电磁力大于反力，衔铁就开始运动，并带动与之相连接的动触点向下移动，使动触点与其上面的动断静触点分开，而与其下面的动合静触点吸合。若在衔铁处于最终位置时切断线圈的电源，磁场便逐渐消失，衔铁会在反力的作用下，脱离极靴，并再次带动动触点脱离动合触点，返回到初始位置处。,
