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1、电气控制与PLC原理 杭州电子科技大学自动化分院第二讲主讲：周亚军:第一章第一章 工厂电气控制基础工厂电气控制基础1-11-1 常用低压电器常用低压电器1-21-2 电气控制电路基本环节电气控制电路基本环节:学习目的与要求学习目的与要求通过本章学习，通过本章学习， 掌握低压电器及应用的掌握低压电器及应用的基础知识基础知识1 1低压电器的概念、分类；低压电器的概念、分类；2 2低压电器的结构及工作原理；低压电器的结构及工作原理；3 3应用：常用低压电器在电路中的作用、应用：常用低压电器在电路中的作用、图形符号和文字符号、主电路和辅助电图形符号和文字符号、主电路和辅助电路中的连接；路中的连接；4)
2、 4) 继电接触控制基本电路进行分析和设继电接触控制基本电路进行分析和设计。计。:1-11-1 常用低压电器常用低压电器常指用于： 交流额定电压1200v、直流额定电压1500v及以下的电路中的电器产品， 在用电设备等组成的电路中起保护、控制、调节、转换和通断作用的电器， 主要有:开关、接触器、继电器、按钮等。:1-11-1 常用低压电器常用低压电器电气控制原理图电气控制原理图:交机电机交机电机熔丝熔丝交流接触器交流接触器热妓电器热妓电器刀开关刀开关按钮开关按钮开关1-11-1 常用低压电器常用低压电器电气控制原理图电气控制原理图:1-11-1 常用低压电器电气控制原理图常用低压电器电气控制原
3、理图:1-11-11-11-1常用低压电器常用低压电器常用低压电器常用低压电器123456123465主控器件主控器件保护器件保护器件控制器件控制器件发信器件发信器件信号器件信号器件辅助器件辅助器件:瓷插式熔断器瓷插式熔断器螺旋式熔断器螺旋式熔断器图形符号图形符号FU文字符号文字符号广泛地用于中、小容量的控制系统中。广泛地用于中、小容量的控制系统中。1-11-1常用低压电器常用低压电器熔断器熔断器:（有填料）（有填料）管式熔断器管式熔断器主要用于要求分断较大电流的场合。主要用于要求分断较大电流的场合。图形符号图形符号FU文字符号文字符号: 熔断器必须与被保护对象串联，其核心部分是熔体熔断器必须
4、与被保护对象串联，其核心部分是熔体俗称保护丝），一般由铅锡合金制成。俗称保护丝），一般由铅锡合金制成。熔断器俗称保险丝担负的主要任务是为电线电缆作短路保护有时也作严重过载保护），不论短路电流值有多高，它都能切断。其次，也适宜用作设备和电器的保护1-11-11-11-1常用低压电器常用低压电器常用低压电器常用低压电器熔断器熔断器熔断器熔断器:选择熔丝的方法选择熔丝的方法(1) 电灯支线熔丝熔丝额定电流支线上所有电灯的工作电流(2) 一台电动机的熔丝熔丝额定电流电动机的起动电流2.5熔丝额定电流电动机的起动电流1.6 2如果电动机起动频繁，则为(3) 几台电动机合用的总熔丝+其余电动机额定电流之和
5、熔丝额定电流 = (1.5 2.5) 容量最大的电动机额定电流熔丝的额定电流有 4 A；6 A；10 A；15 A；20 A；25 A；35 A；60 A；80 A；100 A；125 A；350 A；600 A 等多种。:QS图形符号图形符号文字符号文字符号三极闸刀开关三极闸刀开关普通刀开关是一种结构最简单且应用最广泛的手控低压电器，广泛用在照明电路和小容量5.5kW）、不频繁起动的动力电路的控制电路中。无灭弧装置1-11-1常用低压电器刀开关常用低压电器刀开关 考虑到电机较大的起动电流，刀闸的额定电流值应如考虑到电机较大的起动电流，刀闸的额定电流值应如下选择：下选择：（35)*异步电机额定
6、电流异步电机额定电流:封闭式负荷开关铁壳开关）封闭式负荷开关铁壳开关）QS图形符号图形符号文字符号文字符号 结构与闸刀开关基本相同，但在铁结构与闸刀开关基本相同，但在铁壳开关内装有速断弹簧，可使闸刀快速壳开关内装有速断弹簧，可使闸刀快速接通和断开，以消除电弧。接通和断开，以消除电弧。:组合开关转换开关）组合开关转换开关）QS图形符号图形符号文字符号文字符号M3用组合开关起停电动机的接线图用组合开关起停电动机的接线图用组合开关起停电动机的接线图用组合开关起停电动机的接线图 刀片刀片( (动触片动触片) )可转动能可转动能组成各种不同的线路。组成各种不同的线路。:1-11-1常用低压电器主令电常用
7、低压电器主令电器器主令电器是在自动控制系统中发出指令或信号的电器，用来控制接触器、继电器或其它电器线圈，使电路接通或分断，从而达到控制生产机械的目的。主令电器应用广泛、种类繁多。按其作用可分为：控制按钮、行程开关、接近开关、万能转换开关、主令控制器及其它主令电器如脚踏开关、钮子开关、紧急开关等。:1-11-11-11-1常用低压电器常用低压电器常用低压电器常用低压电器主令电器主令电器主令电器主令电器 按钮按钮按钮按钮SB图形符号图形符号常开常开常闭常闭文字符号文字符号钮按(开关)又称控制按钮是一种接通或分断小电流电路的主令电器。触头允许通过的电流较小一般不超过5A，主要用在低压控制电路中手动发
8、出控制信号。 常开常开常闭常闭:复位弹簧复位弹簧1 1、2-2-常闭静触头常闭静触头3 3、4-4-常开静触头常开静触头2413桥式动触头桥式动触头施加外力施加外力1、2断开；断开；3、4闭合闭合复位复位撤消外力撤消外力按钮由按钮帽，复位弹簧，桥式动、静触头和外壳等组成。一般为复合式即同时具有常开、常闭触头。按下时常闭触头先断开，然后常开触头闭合。去掉外力后在恢复弹簧的作用下，常开触头断开，常闭触头复位。:1-11-11-11-1常用低压电器常用低压电器常用低压电器常用低压电器主令电器主令电器主令电器主令电器 行程开关行程开关行程开关行程开关动断触点动断触点动合触点动合触点行程开关符号行程开关
9、符号 SQ SQ行程开关又称限位开关或位置开关。是一种利用生产机械某些运行程开关又称限位开关或位置开关。是一种利用生产机械某些运动部件的撞击来发出控制信号的小电流主令电器。动部件的撞击来发出控制信号的小电流主令电器。主要用于主要用于: :生产机械的运动方向、行程大小控制或位置保护等。生产机械的运动方向、行程大小控制或位置保护等。行程开关的种类很多，它有动合触点和动断触点，由装在运动部行程开关的种类很多，它有动合触点和动断触点，由装在运动部件上的挡块来撞动。当运动部件到达一定行程位置时，其上的挡件上的挡块来撞动。当运动部件到达一定行程位置时，其上的挡块撞动行程开关，使动合触点闭合，动断触点断开块
10、撞动行程开关，使动合触点闭合，动断触点断开:1-11-11-11-1常用低压电器常用低压电器常用低压电器常用低压电器主令电器主令电器主令电器主令电器 接近开关及微动开关接近开关及微动开关接近开关及微动开关接近开关及微动开关接近开关和光电开关 非接触式的、无触点行程开关 接近开关按其工作原理分：有高频振荡型、电容型、感应电桥型、永久磁铁型、霍尔效应型等，其中高频振荡型最为常用 :1-11-11-11-1常用低压电器常用低压电器常用低压电器常用低压电器自动开关低压断路器）自动开关低压断路器）自动开关低压断路器）自动开关低压断路器）QFQF图形符号图形符号文字符号文字符号三极断路器三极断路器符号符号
11、 QF QF :低压断路器自动空气断路器、自动开关）低压断路器自动空气断路器、自动开关）低压断路器自动空气断路器、自动开关）低压断路器自动空气断路器、自动开关） 低压断路器又称自动空气开关低压断路器又称自动空气开关或自动开关。或自动开关。 它相当于刀开关、熔断器、热继它相当于刀开关、熔断器、热继电器、过电流继电器和欠电压继电器、过电流继电器和欠电压继电器的组合，除能完成接通和分电器的组合，除能完成接通和分断电路外还能自动进行欠压、失断电路外还能自动进行欠压、失压、过载和短路保护的电器。压、过载和短路保护的电器。 它对线路、电器设备及电动机实它对线路、电器设备及电动机实行保护。是低压配电网中的一
12、种行保护。是低压配电网中的一种重要保护电器。重要保护电器。:1、9弹簧弹簧 2触点触点 3锁键锁键 4搭钩搭钩 5轴轴 6过电流脱扣器过电流脱扣器 7杠杆杠杆 8、10衔铁衔铁 11欠电压脱扣器欠电压脱扣器 12双金属片双金属片 13电阻丝电阻丝:1-11-1常用低压电器常用低压电器自动开关断路器）自动开关断路器）工作原理： 脱扣器是自动开关的主要保护装置，包括电磁脱扣器作短路保护）、热脱扣器作过载保护）、失压脱扣器以及由电磁和热脱扣器组合而成的复式脱扣器等种类。 电磁脱扣器的线圈串联在主电路中，若电路或设备短路，主电路电流增大，线圈磁场增强，吸动衔铁，使操作机构动作，断开主触点，分断主电路而
13、起到短路保护作用。 电磁脱扣器有调节螺钉，可以根据用电设备容量和使用条件手动调节脱扣器动作电流的大小。 热脱扣器是一个双金属片热继电器。它的发热元件串联在主电路中。当电路过载时，过载电流使发热元件温度升高，双金属片受热弯曲，顶动自动操作机构动作，断开主触点，切断主电路而起过载保护作用。图1-4 自动开关的原理图1、9弹簧 2触点 3锁键 4搭钩 5轴 6过电流脱扣器 7杠杆 8、10衔铁 11欠电压脱扣器 12双金属片 13电阻丝:1-11-11-11-1常用低压电器常用低压电器常用低压电器常用低压电器交流接触器交流接触器交流接触器交流接触器电磁式的接触器是利用电磁吸力的作用使主触点闭合或断开
14、电动机电路或负载电路的控制电器。用它可以实现频繁的远距离操作，它具有比工作电流大数倍的接通相分断能力。接触器按其主触点控制的电路中的电流分为直流接触器和交流接触器。交流接触器 特点：交流线圈、有短路环、采用双断口触头直流接触器 特点：直流线圈、滚动指型 触头. 具有手动切换电器所不能实现的遥控功能，同时还具有欠压、失压保护的功能，但却不具备短路保护和过载保护功能。 主触点接线主触点接线控制线圈接线控制线圈接线:电磁式接触器分类按主触头所在动力回路的电流种类分： 交流、 直流按主触头对数分：单极一对主触头）、多极二至四对主触头）按电磁线圈回路通常叫做控制回路的电流种类分： 交流操作 、 直流操作
15、按主回路电压等级分： 低压 、 高压按铁心结构形式分：转动式或称角移式和直动式:线圈线圈主触点主触点图形符号图形符号文字符号文字符号KMKM图形符号图形符号文字符号文字符号KMKM辅助辅助常开触头常开触头图形符号图形符号文字符号文字符号KMKM辅助辅助常闭触头常闭触头图形符号图形符号文字符号文字符号KMKM:a外形 b结构示意图工作原理 交流接触器有两种工作状态：得电状态动作状态和失电状态释放状态）。接触器主触头的动触头装在与衔铁相连的绝缘连杆上，其静触头则固定在壳体上。当线圈得电后，线圈产生磁场，使静铁心产生电磁吸力，将衔铁吸合。衔铁带动动触头动作，使常闭触头断开，常开触头闭合，分断或接通相
16、关电路。当线圈失电时，电磁吸力消失，衔铁在反作用弹簧的作用下释放，各触头随之复位。 :线圈线圈铁芯铁芯衔铁衔铁主触头主触头弹簧弹簧辅助辅助触头触头M3电机电机动作过程动作过程线圈通电线圈通电衔铁吸合衔铁吸合主主触触头头闭闭合合电机动作电机动作380V 380V 接触器接触器 辅辅助助常常开开触触头头闭闭合合辅辅助助常常闭闭触触头头断断开开:接触器铭牌上的额定电压是指主触头的额定电压。交流接触器的额定电压一般为220V、380V、660V及1140V；直流接触器一般为220V、440V及660V。辅助触头的常用额定电压：交流380V；直流220V。:接触器的额定工作电流系指主触头的额定电流。接触
17、器电流等级为：6A、10A、16A、25A、40A、60A、100A、160A、250A、400A、600A、1000A、1600A、2500A及4000A。:交流接触器的操作频率一般为： 300次/h1200次/h 直流接触器的额定操作频率比交流接触器的高:1.接触器的类型选择：根据接触器所控制负载的轻重和负载电流的类型。2.额定电压的选择接触器的额定电压不小于负载回路的电压。3.额定电流的选择：一般接触器的额定电流不小于被控回路的额定电流。对于电动机负载可按经验公式计算：4.吸引线圈的额定电压：吸引线圈的额定电压与所接控制电路的电压相一致。:继电器：是一种根据电量电流、电压或非电量时间、速
18、度、温度、压力等的变化自动接通和断开控制电路，以完成控制或保护任务的电器。 继电器一般由3个基本部分组成：检测机构、中间机构和执行机构。与接触器的区别 继电器可以对各种电量或非电量的变化作出反应，而接触器只有在一定 的电压信号下动作。 继电器用于切换小电流的控制电路，而接触器则用来控制大电流电路，因而，继电器触头容量较小不大于5A），且无灭弧装置。 :按动作原理，继电器可以分按动作原理，继电器可以分电磁式、电磁式、感应式、感应式、电子式、电子式、热效应式、热效应式、气动式、气动式、电动式等；电动式等；按动作时间，继电器可以分按动作时间，继电器可以分 瞬时动作和延时动作也叫时间继电器等；瞬时动作
19、和延时动作也叫时间继电器等；按按输输入入量量的的物物理理性性质质，继继电电器器可可以以分分为为电电压压、电电流流、速速度度、时时间、温度、压力、热继电器等。间、温度、压力、热继电器等。:控制线圈接线控制线圈接线主触点接线主触点接线电磁继电器主要包括电流继电器、电压继电器和中间继电器。选用时主要依据继电器所保护或所控制对象对继电器提出的要求，如触头的数量、品种，返回系数，控制电路的电压、电流、负载性质等。出于继电器触头容量较小，所以经常将触头并联使用。有时为增加触头的分断能力，也有把触头串联起来使用的。 :线圈线圈图形符号图形符号文字符号文字符号KAKA常开触头常开触头图形符号图形符号文字符号文
20、字符号KAKA常闭触头常闭触头图形符号图形符号文字符号文字符号KAKA:触点的动作和线圈的动作电压大小有关的继电器叫电压继电器，它用于电力拖动系统的电压保护和控制，使用时电压继电器的线圈与负载并联。特点 其线圈的匝数多而线径细。分类：按线圈电流的种类可以分为交流和直流电压继电器，按吸合电压大小又可以分为过电压、欠电压和零电压继电器。:有交、直流两种。作用：增加被控制线路的数量或加大触点允许的断开容量，以达到分配控制信号和功率放大的目的。特点：触点数目较多，一般在34对以上，触点形式常采用桥形触点与接触器辅助触点相同）。动作功率较大的中间继电器与小型接触器的结构相同。:适用于交流500V以下的控
21、制线路，线圈电压为交流12V、36V、127V、220V及380V五种。继电器有八对触点，额定电流为5A，最高操作频率为1200次/h。 适用于直流110V以下的控制电路，线圈额定电压为直流5V 、 12V、24V、48V、110V四种，线圈消耗功率不大于3W，继电器具有带公共触点的三常开、三常闭触点，触点额定电流为3A。:触点的动作和线圈的动作电流大小有关的继电器，使用时电流继电器的线圈与负载串联。其线圈的匝数少而粗。分类：按线圈电流的种类可以分为交流和直流电流分类：按线圈电流的种类可以分为交流和直流电流继电器，按吸合电流大小又可以分为过电流和低电继电器，按吸合电流大小又可以分为过电流和低电
22、流继电器。流继电器。特点：特点：:时间继电器的特点是当得到控制信号后如继电器线圈接通或断开电源），其触点状态并不立即改变，而是经过一段时间的延迟之间，触点才闭合或断开，因此这种继电器又称为延时继电器。:时间继电器触头类型时间继电器触头类型断断 电电 式式常闭常闭断电后断电后延时闭合延时闭合常开常开断电后断电后延时断开延时断开通通 电电 式式瞬瞬时时动动作作延延时时动动作作常闭触点常闭触点常开触点常开触点常开常开通电后通电后延时闭合延时闭合常闭常闭通电后通电后延时断开延时断开:热继电器是利用电流流过热元件时产生的热量，使双金属片发生弯曲而推动执行机构动作的一种保护电器。主要用于交流电动机的过载保
23、护、断相及电流不平衡运行的保护及其它电气设备发热状态的控制。热继电器的选用热继电器的选用 ：（1 1过载能力较差的电动机，热元件的额定电流过载能力较差的电动机，热元件的额定电流IRTIRT为电动机的额定电流为电动机的额定电流ININ的的60608080。（2 2在不频繁的启动场合，若电动机启动电流为其额定电流在不频繁的启动场合，若电动机启动电流为其额定电流6 6倍以及启动时倍以及启动时间不超过间不超过6 6秒时，可按电动机的额定电流选取热继电器；秒时，可按电动机的额定电流选取热继电器；（3 3当电动机为重复且短时工作制时，要注意确定热继电器的操作频率，当电动机为重复且短时工作制时，要注意确定热
24、继电器的操作频率，对于操作频率较高的电动机不宜使用热继电器作为过载保护。对于操作频率较高的电动机不宜使用热继电器作为过载保护。:发热元件发热元件串联在主电路中串联在主电路中FR图形符号图形符号文字符号文字符号常闭触头常闭触头FR图形符号图形符号文字符号文字符号串联在控制电路中串联在控制电路中热热(过载过载)继电器继电器 用于电动机的过载保护。利用发热元件感受到的热量而动作。用于电动机的过载保护。利用发热元件感受到的热量而动作。用于电动机的过载保护。利用发热元件感受到的热量而动作。用于电动机的过载保护。利用发热元件感受到的热量而动作。发热元件发热元件常闭触头常闭触头: 发热元件接入电机主电路，若
25、长时间过载，双金属片被烤热。发热元件接入电机主电路，若长时间过载，双金属片被烤热。因双金属片的下层膨胀系数大，使其向上弯曲，扣板被弹簧拉回，因双金属片的下层膨胀系数大，使其向上弯曲，扣板被弹簧拉回，常闭触头断开。常闭触头断开。发热元件发热元件I I常闭触头常闭触头双金属片双金属片扣板扣板:1主触头 2主双金属片 3热元件 4推动导板 5补偿双金属片 6常闭触头 7常开触头 8复位调节螺钉 9动触头 10复位按钮 11偏心轮 12支撑件 13弹簧:笼型电动机直接起动的控制线路笼型电动机直接起动的控制线路为了读图和设计线路的方便，控制线路常根据其作用原理画出，把控制电路和主电路分开。这样的图称为控
26、制线路原理图。在控制线路原理图中，同一电器的各部件是分散的。为了识别起见，它们用统一的符号表示。在原理图中，规定所有电器触点均表示在起始情况下的位置，即在没有通电或没有发生机械动作时的位置。在起始情况下，如果触点是断开的，则称为动合触点；如果触点是闭合的，则称为动断触点。:笼型电动机直接起动的控制线路原理图笼型电动机直接起动的控制线路原理图 KMKM1 12 2FRFRFUFUSB1SB1SB2SB2KMKMKMKMFRFR控制电路控制电路主主电电路路S SM M3 3 若去掉自锁触点若去掉自锁触点 KM KM，则可对电动机实行点动控制。，则可对电动机实行点动控制。: KMKM1 12 2FR
27、FRFUFUSB2SB2KMKMFRFR控制电路控制电路主主电电路路S SM M3 3 闭合开关闭合开关 S S 接通电源接通电源按按 SB2 KM SB2 KM 线圈得电线圈得电 KM KM 主触点闭合主触点闭合 M M 运转运转松松 SB2 KM SB2 KM 线圈失电线圈失电动作次序动作次序笼型电动机点动控制线路笼型电动机点动控制线路M M3 3 :KMKM1 12 2FRFRFUFUSB2SB2KMKMFRFR控制电路控制电路控制电路控制电路主主主主电电电电路路路路S S M M3 3 闭合开关闭合开关 S S 接通电源接通电源按按 SB2 KM SB2 KM 线圈得电线圈得电 KM
28、KM 主触头闭合主触头闭合 M M 运转运转松松 SB2 KM SB2 KM 线圈失电线圈失电 KM KM 主触头恢复主触头恢复 M M 停转停转动作次序动作次序动作次序动作次序笼型电动机点动控制线路笼型电动机点动控制线路:笼型电动机正反转的控制线路笼型电动机正反转的控制线路FRFRFUFUKMFKMFS SKMRKMR 要使电动机给够实现反转，只要把接到电要使电动机给够实现反转，只要把接到电源的任意两根联线对调一头即可。为此用两个接触源的任意两根联线对调一头即可。为此用两个接触器来实现这一要求。器来实现这一要求。 设设 KMF KMF 为实现电机正转的接触器，为实现电机正转的接触器， KMR
29、 KMR 为实现电机反转的接触器。为实现电机反转的接触器。A AB B C CU UV VW W合上合上 S S 接通电源接通电源其主触点闭合其主触点闭合让让 KMF KMF 线圈通电线圈通电 三相电源三相电源 ABC ABC 分别通入电机三相绕组分别通入电机三相绕组 UVW UVW ，电，电动机正转。动机正转。其主触点闭合其主触点闭合让让 KMR KMR 线圈通电线圈通电 三相电源三相电源 ABC ABC 通入电机三相绕组变通入电机三相绕组变为为 A U A U 未变，但未变，但 B W B W ，C VC V。电动机将反转电动机将反转KMF KMF 线圈断电，主触点打开，电机停。线圈断电，
30、主触点打开，电机停。M M3 3 : 电机正转并自锁 主主主主电电电电路路路路 笼型电动机正反转的控制线路笼型电动机正反转的控制线路KMFKMFFRFRFUFUSB1SB1SBFSBFKMFKMFKMFKMFFRFRS SM M3 3 KMRKMRKMRKMRSBRSBRKMRKMRKMFKMFKMRKMR控制电路控制电路控制电路控制电路动作次序动作次序按按SBFSBF KMF通电动合触点闭合动合触点闭合实现互锁功能 合上合上 S S接通电源接通电源动断触点打开动断触点打开按按SB1 KMFSB1 KMF断电断电 电机停转电机停转按按 SBR SBR KMR 通电动合触点闭合动合触点闭合 实现互锁功能动断触点打开动断触点打开 电机反转并自锁 缺点：要缺点：要想改变电机转想改变电机转向，必须先按向，必须先按停止按钮。停止按钮。:
