1、工廠電氣控制技術,第三版 方承遠 張振國 編著 機械工業(yè)出版社,.,緒 論,一、“工廠電氣控制技術”課程的性質和任務 性 質 實踐性強的專業(yè)課。 內 容 電機、其他執(zhí)行電器為控制對 象，介紹電氣控制的基本原 理、線路、程序及控制裝置的 設計方法。 目 標 1、電氣控制線路、程序、技術資料 的閱讀分析能力。 2、電氣控制線路、程序的設計能力。,任 務 ： 1、熟練掌握常用控制電器、電氣控制線路的構 成、原理及用途，獨立分析和設計能力。 2、掌握可編程序控制器（PLC）的基本構成、 工作原理、特點及其應用發(fā)展情況。 3、掌握小型PLC的硬件構成、工作原理、編程 語言、指令系統(tǒng)與編程方法。 4、掌握

2、PLC控制系統(tǒng)的設計方法、設計過程、 步驟、PLC模塊選擇方法、應用程序設計 與調試方法等。,二、電氣控制技術的發(fā)展 控制方法 手動 自動 控制功能 簡單 復雜 操作方式 笨重 輕巧 控制原理 有觸點硬接線繼電器 微處理器的軟件 控制方式 集中拖動 順序控制 DCS 網絡 現(xiàn)場總線 以太網 新 技 術 綜合應用電子技術、檢測技術、 計算機技術、自動控制理論,.,M2 3,YA,M3 3,M! 3,反轉,正轉,停,SA5,FU1,FU2,KM3 12,KM2 9,KM4 15,R,U1,V1,W1,FR1 7,KS,5.5kW 1410r/min,1.5kW 1410r/min,U2,V2,W2

3、,FR2 13,快速 進給,0.125kW 2790r/min,KM6 19,KM5 18,KM1 7,U3,V3,W3,FR3 7,150VA 380 /127V,60VA 380 / 36V,FU,EL,T,QS,L1,L2,L3,31,關,SA4,開,32,主電路,第一章 繼電接觸器邏輯控制基礎,意 義 繼電器、接觸器控制技術是近 代先進電氣控制基礎。 低壓電器 電力拖動自動控制系統(tǒng)的基本 組成元件。 介 紹 常用低壓電器元件的用途、類 型、符號、選用四方面。 舉 例 電氣線路的閱讀分析方法。,.,第一節(jié) 電器的基本知識 一、電器的定義及分類 （一）電器的定義 凡是自動或手動接通和 斷開

4、電路，以及能實現(xiàn) 對電路或非電對象切 換、控制、保護、檢 測、變換和調節(jié)目的的 電氣元件統(tǒng)稱為電器。,.,（二）電器的分類 1、按工作電壓等級分類 （1）低壓電器 交流AC 1200V； 直流DC 1500V。,.,2、按用途分類 （1）控制電器 用于各種控制電路和控制系統(tǒng)的電器。 （2）主令電器 用于各種控制系統(tǒng)中發(fā)送控制指令的電 器。 （3）保護電器 用于保護電路及用電設備的電器。 （4）配電電器 用于電能的輸送和分配的電器。 （5）執(zhí)行電器 用于完成某種動作或傳動功能的電器。,.,3、按工作原理分類 （1）電磁式電器 依據(jù)電磁原理來工作的電器。 （2）非電類控制電器 電器的工作是靠外力或

5、某種非電物理量 的變化而動作的電器。,.,二、電磁式電器的工作原理與結構特點 組成： 感測部分電磁結構； 觸頭系統(tǒng)執(zhí)行部分。 （一）電磁結構 作用將電磁能量轉換為機械能量，帶 動觸頭動作，完成接通和分斷電 路。 組成吸引線圈、鐵心、銜鐵等。,.,1、常用的磁路結構（圖11） 1）銜鐵沿棱角轉動的拍合式鐵心 廣泛應用于直流電器中。 2）銜鐵沿軸轉動的拍合式鐵心 應用觸點容量較大的交流電器中。 3）銜鐵直線運動的雙E形直動式鐵心 多用于交流接觸器、繼電器中。 2、吸引線圈 作用將電能轉換成磁場能量。 注意結構、交、直流、熱的產生。,.,圖11 常用的磁路結構,線圈自然狀態(tài) 沒有電,.,圖11 常用

6、的磁路結構,線圈通電,.,圖11 常用的磁路結構,機械運動,.,圖11 常用的磁路結構 通電后動作情況,機械運動,.,（二）電磁吸力與吸力特性 電磁吸力 （11） 式中 Ft 電磁吸力，單位為N； B 氣隙中磁感應強度，單位為T； S 磁極截面積，單位為m2 ； 固定鐵心與銜鐵之間的氣隙。 直流電磁鐵時 B恒定值； 交流電磁鐵時 BBmsint。 （12）,.,將式12代入式11整理得 式中 電磁吸力最大值； 電磁吸力平均值。,.,吸力特性吸力Ft與鐵心間隙的特性曲 線。 （圖12） 直流電磁鐵（曲線 1 ） 勵磁電流 I 與氣隙 無關； 動作過程為 恒磁通勢； F21/Rm21/2 吸力大小

7、 隨陡峭。 交流電磁鐵（曲線 2 ） 設線圈電壓U不變，則UE4.44fN， U/4.44fN，由磁路定律NI/Rm 勵磁電流 I 與氣隙 成正比； 動作過程為 近似恒磁通； 吸力大小 隨 平坦。,.,圖12 電磁鐵的吸力特性 1直流電磁鐵吸力特性 2交流電磁鐵吸力特性 3反力特性,1,2,3,F,0,分析曲線形狀 為什么？,.,（三）反力特性和返回系數(shù) 反力特性 反作用力 Fr 與氣隙 的關系曲線。 （圖12 曲線 3 ） 注意： 吸合 保證吸力特性位于反力特性上方； 釋放 : : : 下方。 返回系數(shù)（-反映靈敏度的參數(shù)） 釋放電壓 Ure （或電流 Ire ） 與吸合電壓 Uat （或電

8、流 Iat ）。 或,.,（四）交流電磁機構上短路環(huán)的作用,圖13 交流電磁機構實際吸力曲線,t,Fat,F 交流分量,F Fatm F0 Fr 0,最大值 交流分量 反力,.,由上述公式可知交流電磁鐵的吸力是一個兩倍電源頻率的周期量，即 恒定分量 F0 最大吸力 Fat 的一半 ； 交變分量 F0cos2t F0 。 所以 Fat 0 Fatm Fat的結果有時 0 則 Fat F0 （ F0cos2t） F0,.,1-銜鐵 2-鐵心 3-線圈 4-短路環(huán) 圖1-4 交流電磁鐵的短路環(huán),.,三、電器的觸點系統(tǒng)和電弧 （一）電器的觸點系統(tǒng) 作用起接通和分斷電路。 結構型式： 1、橋式觸點 （圖

9、15 a、b） 2、指形觸點（圖15 c）,圖15 觸點的結構型式,.,運動過程,用力按下,.,運動過程結束,產生摩擦動作,產生摩擦動作,.,（二）電弧的產生及滅弧方法 I、U 大到某一數(shù)值時產生電弧。 U 1220V間； I 幾百mA間。 原因 觸頭氣體在電場作用下電離放電、 游離現(xiàn)象。 結果 產生高溫、發(fā)出強光，觸頭燒毀。,.,常用的滅弧方法： 1、電動力滅弧 （圖16） 應用 一般交流電路中。,圖16 電動力滅弧示意圖,.,2、磁吹滅弧 （圖17） 應用 直流電路中。,圖17 磁吹滅弧示意圖 1次吹線圈 2絕緣套 3鐵心 4引弧角 5導磁夾板 6滅弧罩 7動觸頭 8靜觸頭,.,3、窄縫滅

10、弧 （圖18） 應用 交、直流電路中。,圖18 窄縫滅弧示意圖,.,4、柵片滅弧 （圖19） 應用 高壓電路中。,圖19 柵片滅弧示意圖,.,第二節(jié) 常用低壓電器 常 用 開關、熔斷器、主令電器、接觸器和各種繼電器 一、開關電器 開關應用于配電線路作電源的隔離、保護與控制。 （一）、刀開關 應用在低壓電路中，作為不頻繁接通、斷開電路。 原理依靠手動來實現(xiàn)觸刀插入插座與脫離插座的控制電路 的通、斷。 參數(shù)額定電壓、額定電流、通斷能力、動穩(wěn)定電流、熱穩(wěn) 定電流。 類型大電流刀開關、負荷開關、熔斷器式刀開關。 選擇使額定電壓、額定電流 電路的額定電壓、額定電流 注意安裝手柄向上、電源接上端、負載接下

11、端。 產品HD14、HD17、HS13、HK2、HH4、HR3 。,.,型號含義：,0 不帶滅弧罩 帶有滅弧罩 板前接線 板后接線 極數(shù) 額定電流 中央手柄 側面正向操作 中央杠桿操作 側面手柄 HD 單投刀開關 HS 雙極刀開關,.,圖形符號及文字符號如圖110。,圖1-10 刀開關的符號 a）單極 b）雙極 c）三極,QS,或,a） b） c）,QS,QS,.,（二）、轉換開關 應用在電氣設備中，作為非頻繁接通、斷開電 路、換接電源和負載，測量三相電壓以及控 制小容量感應電動機。 原理依靠轉動手柄，使動觸頭與兩側靜觸頭接通 和斷開電路。 參數(shù)額定電壓、額定電流、通斷能力、動穩(wěn)定電 流、熱穩(wěn)

12、定電流。 類型單極、雙極和多極。 選擇使額定電壓、額定電流 電路的額定電壓、 額定電流 產品HZ5、HZ10、HZ15。,.,轉換開關的 結構示意圖。,圖111 轉換開關的結構示意圖,L1 L2 L3,U V W,.,圖形符號及文字符號如圖112。,圖1-12 轉換開關的符號 a）單極 b）三極,QS,a） b）,QS,.,（三）、斷路器 （自動開關） 應用在低壓電氣中，作為非頻繁接通、斷開電 路、換接電源和負載，在電路發(fā)生短路、過 載或欠壓等故障時，能自動分斷故障電路， 是保護電器。 原理依靠手動或電動合閘，觸頭閉合后，自有脫 扣機構將觸頭鎖在合閘位置上。 保護過電流、欠壓、熱、分勵、自由脫

13、扣。 參數(shù)額定電壓、額定電流、極數(shù)、脫扣器類型、 整定電流范圍、分斷能力、動作時間。 類型單極、雙極和多極。,.,圖113 斷路器工作原理圖,L1 L2 L3,主觸頭,自由脫扣機構,過電流脫扣器,分勵脫扣器,熱脫扣器,欠電壓脫扣器,按鈕,負 載,L1、L2、L3無電時的斷開狀態(tài),.,L1 L2 L3,主觸頭,自由脫扣機構,過電流脫扣器,分勵脫扣器,熱脫扣器,欠電壓脫扣器,按鈕,負 載,L1、L2、L3有電的斷開狀態(tài),.,L1 L2 L3,主觸頭,自由脫扣機構,過電流脫扣器,分勵脫扣器,熱脫扣器,欠電壓脫扣器,按鈕,負 載,接 通 狀 態(tài),.,斷路器過電流脫扣動作,L1 L2 L3,主觸頭,自由

14、脫扣機構,過電流脫扣器,分勵脫扣器,熱脫扣器,欠電壓脫扣器,按鈕,運動,負 載,.,斷路器過電流脫扣動作,L1 L2 L3,主觸頭,自由脫扣機構,過電流脫扣器,分勵脫扣器,熱脫扣器,欠電壓脫扣器,按鈕,脫開,負 載,.,選擇使額定電壓、額定電流 電路的額定 電壓、通斷能力電路的最大短路電 流、場合和保護要求。 產品DZ10、DZ15、C45N、S060等。 調整： 1、過載整定電流使用電流、注意動作時 間 2、過電流脫扣器整定電流正常尖峰電流 3、欠電壓脫扣器的額定電壓電路電壓 4、級間保護的配合滿足系統(tǒng)要求，避免越 級跳閘。,.,圖形符號及文字符號如圖114。,圖1-14 斷路器的符號,QF

15、,.,（四）、漏電保護斷路器 應用防止觸電，安裝在電表和熔斷器后。 原理電流互感器作用原理。 保護漏電流自動斷電。 參數(shù)額定電壓、額定電流、極數(shù)、額定漏 電動作電流、額定頻率、額定漏動作 電時間。 類型單極、雙極和多極。 原理圖1-15,.,原理圖如圖1-15,圖1-15 DZL18-20型漏電保護斷路器原理圖,a b,SB R,TC,C1 R1,C2 R2,R3,R4,L N,b,a,V,KA,KA,.,二、 熔斷器 （一）熔斷器的用途 應用配電線路的嚴重過載和短路保護。 （二）熔斷器的結構及工作原理 原理通過流過電路的過大電流產生的熱效 應熔斷熔絲（安秒特性曲線）而斷開 和保護電路。 熔斷

16、器的安秒特性曲線見圖1-18,.,圖1-18 熔斷器的安秒特性曲線,0 Imin I/IN,t,熔斷區(qū),正 常 工 作 區(qū),過 載 區(qū),.,（三）熔斷器的類型與技術參數(shù) 1、插入式 RC1A系列，低壓分支電路，I小民用 2、螺旋管式 RL6 用于機床，RLS2 用于整流、 晶閘管 3、封閉管式 RT12有填料、無填料、快速，低 壓電網 4、新型 （1）自復式 RZ1 不能切斷電源，與斷路器配 合使用 （2）高分斷能力 NT 應用電氣裝置、配電設備,.,（四）熔斷器的選擇 1、類 型 線路要求、使用場合、 安裝條件、適用范圍； 2、額定電壓 使額定電壓 線路的額定電壓；,.,3、額定電流 熔體的

17、額定電流與負載相匹配； 1）阻性負載熔體額定電流略 電路的額定電流； 2）電機負載 單臺電機 Ifu （1.52.5）IN 多臺電機 Ifu （1.52.5）INmaxIN 式中 IN 電機額定電流； INmax 容量最大的一臺電機額定電流； IN 其它電機額定電流的總和。 3）電容負載設備中 熔體的額定電流1.6倍電容額定電流； 4）配電系統(tǒng)中 主回路熔體的額定電流 支路熔體的額定電流,.,4、額定分斷能力 額定分斷能力 電路中可能最大故障電流 5、選擇保護特性 分支故障時故障點最近處動作 熔斷器的圖形符號及文字符號如圖1-19,圖1-19 熔斷器的符號,FU,.,總結： 應用配電線路的嚴重

18、過載和短路保護。 原理通過流過電路的過大電流產生的熱效應熔斷 熔絲（安秒特性曲線）而斷開和保護電路。 參數(shù)額定電壓、額定電流、熔體額定電流、額定 分斷能力。 類型插入式、螺旋管式、封閉管式、自復式、高 分斷能力。 產品RL1A、RLS2、RM10、RT12、RS3、 RZ1等等 。,.,三、 主令電器 應用在控制系統(tǒng)中專用于發(fā)布控制指令 電器。 （一）控制按鈕 應用在低壓控制電路中用于發(fā)布手動控 制指令。 選擇使額定電壓、額定電流 電路的額 定電壓、額定電流。 結構示意圖見圖 1-20 圖形符號及文字符號如圖 1-21,.,圖1-20 按鈕結構示意圖,.,圖1-21 按鈕符號 a）常開觸點 b

19、）常閉觸點 C）復式觸點,SB,a） b） c）,SB,SB,.,（二）位置開關 應用在低壓控制電路中，用于實現(xiàn)順序 控制、定位控制和位置狀態(tài)的檢測。 1、行程開關（限位開關） 工作利用運動部件碰撞來發(fā)出指令。 應用運動方向、行程大小、位置保護。 選擇使額定電壓、額定電流 電路的額定電壓、額定 電流。 注意復位方式、觸點數(shù)量等。 類型直動、滾動直動、杠桿單、雙輪旋轉式、滾動擺桿 可調式、杠桿可調式，。 產品LXW5、LX9、LXK3、LX32、LXW5等等 。 外形如圖1-22 圖形符號及文字符號如圖1-23,.,a) 單輪旋轉式 b) 雙輪旋轉式 圖1-22 LX19系列行程開關,.,圖1-

20、23 行程開關的符號 a）常開觸點 b）常閉觸點 C）復式觸點,a） b） c）,SQ,SQ,SQ,.,2、接近開關（無觸點行程開關） 工作是以不直接接觸方式進行控制的一種位置 開關。 應用高速計數(shù)、測速、檢測零件尺寸等。 特點工作穩(wěn)定可靠、壽命長、重復定位精度 高、適應惡劣的工作環(huán)境等。 選擇工作電壓、輸出電流、動作距離、重復精 度、工作響應頻率。 注意電源電壓 額定工作電壓、 負載電壓開關輸出電壓、 負載電流 電路的額定 電壓、額定電流。 產品LK14、LK15、LK16等 。 結構如圖1-28 圖形符號及文字符號如圖1-27,.,圖1-28 主令控制器的結構示意圖,.,2、凸輪控制器 工

21、作是一種大型的手動控制器。 應用起重設備中直接控制中小型繞線式異步電 動機的起動、停止、調速、換向、制動， 也適用于有相同要求的電力拖動場合。 選擇使額定電壓、額定電流 電路的額定 電壓、額定電流。 產品KT10、KT14、KT15等 。 結構如圖1-29 圖形符號及文字符號如圖1-27,.,圖1-29 凸輪控制器的結構原理圖,.,四、 接 觸 器 應用頻繁地接通、斷開交直流電路，實 現(xiàn)遠距離控制。主要用于控制電動 機、電熱設備、電焊機、電容器 等的交直流主電路。 類型交流接觸器、直流接觸器。,.,（一）交流接觸器 （結構如圖1-30） 結構：1、電磁機構線圈、動鐵心（銜鐵）、靜 鐵心。 2、

22、觸頭系統(tǒng)主觸頭通斷主電路； 輔助觸頭用于控制電路、 起電氣連鎖或控 制作用。 3、滅弧裝置縱縫滅弧罩、柵片滅弧結 構。 4、其它部件反作用彈簧、緩沖彈簧、觸 頭壓力彈簧、轉動機構、外 殼。,.,圖1-30 CJ10-20型交流接觸器,.,（二）直流接觸器 結構 與交流接觸器基本相同。 不同處鐵心結構、線圈形狀、觸頭形狀 和數(shù)量、滅弧方式、吸力特性、 故障形式等。 （三）接觸器的主要技術參數(shù)和類型 產品： 常用交流 CJ10、CJ10X、CJX2等 常用直流 CZ0、CZ18等。,.,主要技術參數(shù)： 1、額定電壓主觸頭的額定電壓。 交流220V、380V、660V； 直流110V、220V、44

23、0V。 2、額定電流主觸頭的額定電流。 10800A。 3、吸引線圈的額定電壓。 4、機械壽命和電氣壽命。 5、額定操作頻率一般 300次/h、 600次/h、 1200次/h。 6、動作值吸合電壓、釋放電壓。 吸合電壓 線圈的額定電壓的 80； 釋放電壓 額定電流的1.14.0倍。,.,（2）電壓繼電器 線圈與電路“并”聯(lián)； 匝數(shù)多、導線細、阻抗大。 欠電壓式動作4070的UN。 過電壓式動作105120的UN。 零電壓式動作525的UN。 （3）中間繼電器（電壓式） 線圈與電路“并”聯(lián)； 觸頭對數(shù)多、容量大（IN510A）、動 作靈敏度高。,.,2、電磁式繼電器的整定（圖132） （1）調

24、整彈簧的松緊程 越緊 需吸引 V、I （2）改變非磁性墊片的厚度 越大 釋放 V、I （3）改變初始氣隙的大小 越大 吸引 V、I 過量保護：反作用彈簧力 max ； 欠量保護：反作用彈簧力 min ；,.,3、電磁式繼電器常用型號 JL、JT、JZ、3TH、JZC系列 電磁器繼電圖形符號及文字符號如圖1-33,.,1-線圈 2-鐵心 3-磁軛 4-彈簧 5-調節(jié)螺母 6-調節(jié)螺釘 7-銜鐵 8-非磁性墊片 9-常閉觸點 10-常開觸點 圖1-32 JT3系列直流電磁式繼電器結構示意圖,.,圖1-33 電磁式繼電器的符號 a）線圈 b）電流線圈 c）電壓線圈 d）觸點,KA,a） b） c）

25、d）,KA,KA,KI,I ,KI,I ,KV,U 10kW）起動 IST 過 大，對電路影響大，采用降壓起動 方法，減少IST 。 方法定子串電阻（或電抗）、星形三 角形換接、自耦變壓器、延邊三角 形。,.,1、 定子串電阻（或電抗）（圖1-49）； 2、 星形三角形換接（圖1-50）； 3、 自耦變壓器（圖1-51）； 4、 延邊三角形（圖1-52、53）。,.,1、定子串電阻降壓起動控制線路,M 3,L1,L2,L3,FU,KM1,KM2,FR,QS,R,KM1 KM2 KT,FR,SB1,SB2,KM1,(,KT,a),KT KM1 KM2,FR,SB1,SB2,KM1,(,KT,b),KM2,KM2,圖1-49 定子串電阻減壓起動控制線路,.,2、星形三角形換接減壓起動控制線路,圖1-50 三個接觸器的星形三角形減壓起動控制線路,M 3,L1,L2,L3,FU,KM2,FR,KM3,KM1,QS,KT KM3 KM1 KM2,FR SB1,SB2,KM1 KM3,(,KT,KM2,KM3,.,3、自耦變壓器減壓起動控制線路,圖1-51 自耦變壓器減壓起動控制線路,M 3,L1,L2,L3,FU,KM2,KM1,FR,KT KM1 KM2,KT,FR SB1,SB2,KT,KM1,T,(,(,4、 延邊三角形,圖1-