现代电气控制技术课件

2学时 2学时 2学时 2学时 6学时 6学时 2学时
序号
实验项目
实验 实验 实验要求 学时 类型
1 PLC的认识及指令练习
2
验证
必做
2 运料小车控制实验
2
综合
必做
3 十字路口交通灯控制系
2
设计
必做
Байду номын сангаас统实验
4 三层楼电梯控制实验
2
综合
5 混料罐控制实验
限选
2
综合
参考文献
▪ [1] 张运波，工厂电气控制技术，北京：高等教育出版社，2001 ▪ [2] 李仁，电器控制，北京：机械工业出版社，1998 ▪ [3] 陈本孝．电器与控制．武汉：华中理工大学出版社，1997 ▪ [4] 余雷声.电气控制与PLC应用，北京：机械工业出版社，2001 ▪ [5] 钟肇新.可编程控制器原理及应用，广州：华南理工大学出版
▪ 教学重点：低压电器的电磁机构与执行机 构；接触器与继电器的工作原理、作用与 区别；其他常用电器工作原理、作用；现 代低压电器
▪ 教学难点：常用低压电器工作原理、作用。
1.1 电器的作用与分类
▪ 1 电器的定义：电器是对于电能的生产、输送、 分配和应用起控制、调节、检测及保护作用的工 具之总称。如开关、熔断器、变压器等。
不会造成接触不良现象，因此不必锉修，则将会 大大缩短触头寿命。 ▪ ３、原本有灭弧罩的接触器的一要带灭弧罩使用， 以免发生短路事故。
1.4 继电器
▪ 1.4.1 继电器的特性及主要参数
▪ 1．继电器: 根据外界输入信号(电量或非电量)的变化来接 通或断开被控电路,以实现控制和保护作用的自动电器。 输入信号：电量（电流、电压） 非电量（转速、时间、温度） 输出：触点的动作或电量的变化。
欠电压继电器：直流欠电压继电器：
UX = (0.3 ～ 0.5)UN
（正常时触点动作）
Uf= (0.07 ～ 0.2)UN
交流欠电压继电器：UX = (0.6 ～ 0.85)UN
Uf= (0.1 ～ 0.35)UN。
注意：直流电路一般不会产生波动较大的过电压现象，所以在产品中没有直流过 电压继电器。
Ix＝(0.3 ～0.65)IN
正常时触点动作
If =(0.1 ～ 0.2)IN
▪
3）电流继电器选用：
线圈的种类和电流等级应与控制电路一致
根据在控制电路中的作用（过电流、欠电流保护）进行选型。
图1.8 电流继电器符号
图1.9 电压继电器符号
▪ 3 中间继电器 中间继电器(Auxiliary Relay)在结构上是一个电压继
▪ 1、应定期检查接触器的各部件，要求可动部分不 卡住，紧固无松脱，零部件如损坏应及时检修。
▪ 2、触头表面应经常保持清洁。 ▪ 1）触头表面因电弧作用而形成金属小球时及时铲
除。 ▪ 2）触头严重磨损后，超程应及时调整，当厚度只
剩下1／3时，应及时调换触头。 ▪ 3）银合金触头表面团电弧而生成黑色氧化膜时，
图1.11 时间继电器符号
触点类型
通电延时型常开触点 断电延时型常开触点 瞬动型常开触点
动作特点 线圈通电时 线圈断电时 延时闭合 立即断开 立即闭合 延时断开 立即闭合 立即断开
1.4.4 行程开关
行程开关(Travel Switch)又称限位开关，是一种根据生产机 械运动的行程位置而动作的小电流开关电器。 作用：机械位移信号—→电信号 ▪ 1、行程开关 （有触点）
▪ 3）电压继电器的选用
线圈的种类和电压等级应与控制电路一致。
由控制电路的要求（过电压保护、欠电压保护）选型。
▪ 2.电流继电器：触点的动作与线圈中的电流大小有关。（电流线圈与负载串联）。
1）作用：电流保护和控制。
2）分类
过电流继电器：IX = (1.1 ～ 3.5)IN 欠电流继电器：
正常时触点不动作
现代电气控制技术
主要内容
▪ 第一篇 电气控制技术部分 ▪ 第二篇 可编程序控制器部分
学时分配
▪ 第1章 常用低压电器 ▪ 第2章 基本电气控制线路及其逻辑表示 ▪ 第3章 继电－接触器电气控制线路设计 ▪ 第4章 可编程序控制器概述 ▪ 第5章 可编程序控制器指令系统 ▪ 第6章 PLC控制系统设计与应用 ▪ 第7章 电气调速系统与变频器
1) 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。
（1）直流电压线圈的吸力特性：电流为常数(与磁
路的气隙大小无关，取决于线圈的电阻)，根据磁路定
律
IN
Rm
∝
1 Rm
(1-2)
则
吸力F与气隙 成反比，故吸力特性为二次曲线形状，如图1.1 所示
（冷却条件变差）； ▪ 2）接触器工作于长期工作制，通电持续率不超过40％
时，若敞开安装，电流允许提高10％～25％，若箱拒 安装，允许提高5%～10％。 ▪ 5、根据控制电路的电压选择吸引线圈的额定电压。 ▪ 6、根据负载情况复核操作频率，看是否在额定范围之 内。
1.3.5 接触器的维护、常见故障及处理
说明：交流接触器最高为600次／h； 直流接触器可高达1200次／h。
▪ (5)电寿命和机械寿命 电寿命是指接触器的主触点在额定负载条件下，所允许的极限操作次 数。机械寿命是指接触器在不需修理的条件下，所能承受的无负载操 作次数。
▪ (6)接触器的电气符号
图1.6 接触器符号
1.3.2 交流接触器
断、保护、控制或调节作用的电器。 按工作职能分手动操作电器、自动控制电器、其他电器； 按有无触点分有触点电器、无触点电器、混合式电器； 按使用场合分一般工业用电器、特殊工矿用电器、农用电 器、家用电器、其他场合用电器。
1.2 低压电器的电磁机构及执行机构
1.2.1 电磁机构
▪ 1 电磁机构的分类
电磁机构通过电磁感应原理将电能转化成机械能， 带动触点使之闭合或断开。
图1.4 触点的3种接触形式
触点的接触过程见下图： 图1.5 触点的位置示意图
2）电弧的产生及危害 ▪ （1）电弧的产生 触点由闭合到断开时，当电压超过10～20V和电流超过 80～100mA，在拉开的两个触点之间将出现强烈的火 花，实质是气体放电的现象，通常称之为“电弧”。
撞击电离 热电子发射 热电离 形成电弧 ▪ （2）电弧的危害 ▪ a 烧灼触点，降低电器的寿命和电器工作的可靠 性。 ▪ b 使触点的分断时间延长，严重的会产生事故。
社,2008
第1章 常用低压电器
▪ 教学目的与要求：了解电器的定义，掌握 低压电器的电磁机构及执行机构，了解并 掌握接触器和继电器的工作原理、作用和 区别 ，了解其他常用的电器，了解现代低 压电器。
讲授内容提要及顺序安排：
▪ 1.1 电器的作用与分类 ▪ 1.2 低压电器的电磁机构及执行机构 ▪ 1.3 接触器 ▪ 1.4 继电器 ▪ 1.5 其他常用电器 ▪ 1.6 现代低压电器
交流接触器(Alternating Current Contactor)一般有3 对主触头，两对动合（常开）辅助触头，两对动断 常闭辅助触头。
1.3.3 直流接触器
直流接触器(Direct Current Contactor)是一种通用性 很强的电器产品，除用于频繁控制电动机外，还用 于各种直流电磁系统中。
电器，是用来转换控制信号的中间元件。 ▪ 1）特点：触点多(六对甚至更多)
触点电流大(额定电流为5 ～10A) 动作灵敏(动作时间小于0.05s) ▪ 2）作用：放大触点容量、数量。 ▪ 3）图形和文字符号
图1.10 中间继电器符号
1.4.3 时间继电器
▪ 凡是在敏感元件获得信号后，执行元件要延迟一段时间才动作的继电器 叫时间继电器(Time Delay Relay)。
▪ 1)按衔铁的运动方式分类 ▪ ①衔铁绕棱角转动（适用于直流） ▪ ②衔铁绕轴转动（用于交流） ▪ ③衔铁直线运动（用于交流） ▪ 2)按磁系统形状分类 ▪ 3)按线圈的连接方式分类 ▪ 4)按吸引线圈电流的种类分类
▪ 2 吸力特性与反力特性 电磁吸力的近似计算公式：
F 1 B2S
20
（1-1）
▪ 2．继电器分类： ▪ 1）用途分：控制继电器、保护继电器、中间继电器。 ▪ 2）原理分：电磁式、感应式、热继电器等 ▪ 3）参数分：电流、电压、速度、压力继电器
▪ 4）动作时间分：瞬时继电器、延时继电器 ▪ 5）输出形式分：有触点、无触点继电器
图1.7 继电特性曲线
1.4.2 电磁式继电器
电磁式继电器与接触器的区别： 继电器：没有灭弧装置，触点容量小，用于控制电路，可在电量或非电
b 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。
综上可得： ▪ a 衔铁动作与否取决于线圈两端的电压。 ▪ b 直流电磁机构的衔铁动作不改变线圈电流。 ▪ c 交流电磁机构的衔铁动作改变线圈电流。
U型： 6～7倍
E型： 10～15倍 说明：
衔铁卡住不能吸合，或者频繁动作，交流电压 线圈可能烧毁。
结论：
图1.1 直流电磁机构的吸力特性
a 直流电压线圈在衔铁闭合前后吸力变化很大；
b 直流电压线圈中的电流在衔铁闭合前后不变化。
（2）交流电压线圈的吸力特性 当频率、匝数和电压都为常数时，磁通为常数，此时F为常数
结论：
图1.2 交流电磁机构的吸力特性
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）。
量的作用下动作。 接触器：有灭弧装置，触点容量大，用于主电路，一般只能在电压作用
下动作。 电磁式继电器的种类：电压继电器、电流继电器、中间继电器 1．电压继电器：触点的动作与线圈中的电压大小有关。（电压线圈与负载 并联）。 1）作用：电压保护和控制。
▪ 2）分类
过电压继电器：Ux = (1.05 ～ 1.2)UN （正常时触点不动作）
在工业意义上电器是指控制电器，即能根据 特定的信号和要求，自动或手动地接通或断开电 路，断续或连续地改变电路参数，以实现对电路 或非电路对象的切换、控制、保护、检测、变换 和调节用的电气设备。
▪ 2 电器的分类：
电器按电压等级分为高压电器、低压电器； 高压电器：交流1200V以上、直流1500V以上。 低压电器：用于交流1200V、直流1500V以下电路起通
▪ 3）灭弧装置 灭弧措施：降低电弧温度和电场强度。 常用的灭弧方法有：拉长电弧、冷却电弧和电 弧分段。 常用的灭弧装置： ▪ （1）磁吹式灭弧装置（广泛应用于直流接触
器中）； ▪ （2）灭弧栅 （常用作交流灭弧装置）； ▪ （3）灭弧罩 （用于交流和直流灭弧）； ▪ （4）多断点灭弧。
1.3 接触器
对于可靠性要求高，或频繁动作的控制系统采 用直流电磁机构，而不采用交流电磁机构。
2）反力特性
反力特性：指电磁机构转动部分的静阻力与气隙的 关系曲线。
电磁机构的反力：作用弹簧、摩擦阻力和衔铁的重 量。
电磁机构的反力特性如图所示：
图1.3 反力特性
▪ 3 执行机构（触点系统） 1)触点 触点用来接通或断开被控制的电路。 触点接触形式：点接触、线接触和面接触。 点接触：小电流的触点 线接触：中等容量的触点 面接触：大容量的触点
接触器（Contactor）是用来频繁接通和切断 电动机或其他负载主电路的一种自动切换电 器。 特点：频繁操作和远距离控制。 接触器按主触点通过的电流种类可分为：交 流接触器、直流接触器。
1.3.1 接触器的主要技术数据
▪ (1)额定电压：接触器铭牌额定电压是指主触点上的额定电压。 ▪ (2)额定电流 ▪ (3)线圈的额定电压 ▪ (4)额定操作频率：额定操作频率指每小时接通次数。
1）结构：推杠代替按钮帽 2）原理：由移动物体碰压推杠使触点动作。 （微动开关：触点瞬间完成换接，不受推杠下压速度影响） 3）分类：自复位式（直杠式）、非自复位式（滚轮式）
图1.12 行程开关触点符号
1.4.5 速度继电器
速度继电器主要用于异步电动机的反接制动控制，亦称 反接制动继电器。
常用的速度继电器有YJ1型和JFZ0。 速度继电器主要根据电动机的额定转速进行选择，还可以 通过调节螺钉(图中没有画出)的松紧，调节反力弹簧的反作 用力，来改变速度继电器动作的转速，以适应控制电路的要 求。
1.3.4 接触器的选用
▪ 1、根据负载性质选择接触器类型。（交/直流接触 器）；
▪ 2、根据类别确定接触器系列(参考电工标准)。 ▪ 3、根据负载额定电压确定接触器的额定电压。 ▪ 交流接触器的电压大于或等于线路电压。 ▪ 4、根据负载电流确定接触器的额定电流，并根据外界
实际条件加以修正。 ▪ 1）接触器安装在箱柜内，电流要降低10％～20％使用