现代电气控制技术
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• 电磁机构是各种自动化电磁式电器的主要组成部分 之一，它将电磁能转换成机械能，带动触点使之闭 合或断开。
• 1)按衔铁的运动方式分类 • ①衔铁绕棱角转动 • ②衔铁绕轴转动 • ③衔铁直线运动 • 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 • 电磁机构的吸力F可近似地按下式求得
• 1.4.6 热继电器
• 热继电器(Thermal over-load Relay)是利用电流的 热效应原理来工作的保护电器，它在电路中用作 三相异步电动机的过载保护。
图1.27 速度继电器触点符号
图1.28 热继电器原理
图1.29 热继电器符
• 1.5 其他常用电器
• 1.5.1 低压熔断器
图1.10 灭弧栅灭弧原理 1—静触点；2—短电弧；3—灭弧栅片；
4—动触点；5—长电弧 • 2)灭弧栅
• 3)灭弧罩
• 4)多断点灭弧
图1.11 桥式触点 1—动触点；2—静触点；3—电弧
• 1.3 接触器
• 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。
• ⑤按电器组合分：单个电器、成套电器与自动化装置；
• ⑥按有无触点分：有触点电器、无触点电器、混合 式电器；
• ⑦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（如航空、船 舶、热带、高原）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
图2.5 按钮控制的异步电动机正反转电路
• 2.2.5 顺序控制
• 2.3 异步电动机的基本电气控制电路
• 2.3.1 起动控制电路
• (1)直接起动控制电路 • (2)Y-△降压起动控制电路
图2.6 两台电动机的顺序起动控制
• 1.5.4 主令电器
• 主令电器(Master Switch)是电气控制系统中用于发 送控制指令的非自动切换的小电流开关电器。
• (1)控制按钮
图1.35 按钮
• (2)万能转换开关
• 万能转换开关(Control Switch)是一种多挡式、控 制多回路的主令电器。
图1.36 ABG10型万能转换开关组装图
• 中间继电器(Auxiliary Relay)在结构上是一个电压 继电器，是用来转换控制信号的中间元件。
图1.19 JZ17中间继电器外形图
图1.20 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)。
现代电气控制技术
目录
• 第1章常用低压电器 • 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 • 第2章基本电气控制线路及其逻辑表示 • 2.1电气控制线路的绘制及国家标准 • 2.2基本电气控制方法
• 2.3异步电动机的基本电气控制电路 • 2.4电气控制线路的逻辑代数分析方法 • 第3章继电-接触器电气控制线路设计 • 3.1电气控制设计的基本内容、设计程序和一般原则 • 3.2电力拖动方案的确定、电动机的选择 • 3.3电气控制方案的确定及控制方式的选择 • 3.4电气设计的一般原则 • 3.5电气保护类型及实现方法 • 3.6电气控制系统的一般设计方法 • 3.7电气控制线路的逻辑设计方法 • 3.8常用电器元件的选择
• 1.1 电器的作用与分类
• 电器就是广义的电气设备。在工业意义上，电器是 指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，实现对电 路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和 调节用的电气设备。
• ①按电压等级分：高压电器（High-voltage Apparatus）、低压电器(Low-voltage Apparatus)；
• 6.3FX2可编程控制器逻辑指令系统及其编程方法 • 6.4步进顺控指令STL • 6.5功能指令 • 6.6PLC控制系统设计与应用 • 6.7可编程控制器的其他功能与应用 • 第7章电气调速系统与变频器 • 7.1电气调速概述 • 7.2变频调速的原理与调速方式 • 7.3变频器的基本构成及其分类 • 7.4变频器的控制方式和特点
• 9.4DeviceNet • 9.5现场总线低压电器产品及其控制系统 • 9.6现场总线的标准问题 • 第10章电气控制系统的可靠性 • 10.1可靠性的基本概念 • 10.2可靠性特征与可靠性模型 • 10.3可靠性设计
第1章 常用低压电器
• 低压电器（Low-voltage Apparatus）通常指工作在 交、直流电压1 200 V以下的电路中起通断、控制、 保护和调节作用的电气设备。
图1.1 常用电磁机构的形式 1—铁心；2—线圈；3—衔铁
• 根据磁路定律
图1.2 直流电磁机构 的吸力特性
图1.3 交流电磁机构 的吸力特性
图1.4 吸力特性和反力特性 1—直流接触器吸力特性；2—交流
接触器吸力特性；3—反力特性
图1.5 加短路环后的磁通和电磁吸力图
• 1.2.2 执行机构 • (1)触点
• 继电器(Relay)是一种根据特定形式的输入信号而 动作的自动控制电器。
图1.16 继电特性曲线
• 1.4.2 电磁式继电器
• 常用的电磁式继电器有电流继电器、电压继电器、 中间继电器和时间继电器。
• (1)电流/电压继电器 图1.17 电流继电器符号 图1.18 电压继电器符号
• (2)中间继电器
• ②按所控制的对象分：低压配电电器(Distributing Apparatus)、低压控制电器(Control Apparatus)。
• ③按使用系统分：电力系统用电器、电力拖动及自动 控制系统用电器、自动化通信系统用电器；
• ④按工作职能分：手动操作电器、自动控制电器（自 动切换电器、自动控制电器、自动保护电器）、其他 电器（稳压与调压电器、起动与调速电器、检测与变 换电器、牵引与传动电器）；
• 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。通 常用的电压等级为
• 直流接触器：220V，440V，660V。 • 交流接触器：220V，380V，500V。
• (2)额定电流
• 通常用的电流等级为 • 直流接触器：25A，40A，60A，100A，150A，
• (1)CJBaidu Nhomakorabea0系列交流接触器
图1.13 CJ20系列交流接触器外形
• (2)EB，EH系列交流接触器
图1.14 EH，EB系列接触器外形
• 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。
图1.24 JLXK行程开关结构
图1.25 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。
图1.26 速度继电器原理示意图 1—转轴；2—转子；3—定子；4—绕组；
5—摆锤；6、7—静触头；8、9—簧片
• 触点用来接通或断开被控制的电路。
图1.6 触点的3种接触形式
图1.7 指形触点的接触过程 图1.8 触点的位置示意图
• (2)电弧的产生与灭弧装置 • 所谓气体放电，就是气体中有大量的带电粒子作定
向运动。 • 常用的灭弧装置有如下几种。 • 1）磁吹式灭弧装置
图1.9 磁吹式灭弧装置 1—铁心；2—绝缘管；3—吹弧线圈； 4—导磁颊片；5—灭弧罩；6—熄弧角
• ①应尽可能采用优选形式； • ②在满足需要的前提下，应尽量采用最简单的形式； • ③在同一图号的图中使用同一种形式。
表2-1
• 2.1.2 电气控制原表2理.1(续图表)的绘制原则 • 2.1.3 图面区域的划分 • 2.1.4 符号位置的索引
图2.1 CM6132普通车床电气控制线路原理图
• 熔断器(Fuse)是一种利用熔体的熔化作用而切断电 路的、最初级的保护电器，适用于交流低压配电系 统或直流系统，作为线路的过负载及系统的短路保 护用。
图1.30 熔断器安秒特性 图1.31 RL1型熔断器结构
• 1.5.2 低压隔离器
• 低压隔离器是指在断开位置能符合规定的隔离功 能要求的低压机械开关电器，而隔离开关的含义 是在断开位置能满足隔离器隔离要求的开关。
• 3.9电气控制的工艺设计 • 第4章典型的机床控制线路分析 • 4.1卧式车床的电气控制线路 • 4.2组合机床的电气控制电路 • 第5章现代低压电器 • 5.1低压电器产品的发展 • 5.2电子电器和智能电器 • 第6章可编程序控制器 • 6.1可编程序控制器的产生与特点 • 6.2可编程控制器的组成与工作原理
250A，400A，600A。
• 交流接触器：5A，10A，20A，40A，60A，100A， 150A，250A，400A，600A。
• (3)线圈的额定电压
• 通常用的电压等级为： • 直流线圈：24V，48V，110V，220V，440V。 • 交流线圈：36V，127V，220V，380V。
图1.37 ABG12-2.8N/3开关通断图表
第2章 基本电气控制线路 及其逻辑表示
• 2.1 电气控制线路的绘制及国家标准
• 2.1.1 常用电气图形及文字符号的国家标准
• 绘制电气原理图应按《GB4728—85》、 《GB7159—87》、《GB6988—86》等规定的标准 绘制。当标准中给出几种形式时，选择符号应遵循 以下原则：
• 2.2 基本电气控制方法
• 2.2.1 异步电动机简单的起、停、保护电气 控制线路
• 2.2.2 多地点控制
图2.2 简单的起、停、保护电气控制线路
图2.3 电动机的多地点控制
• 2.2.3 连续工作（长动）与点动控制
图2.4 长动与点动控制电路
• 2.2.4 异步电动机的正、反转电路
图1.32 HR3系列熔断器式刀开关
• 1.5.3 低压断路器
• 低压断路器(Automatic Circuit Breaker)按结构形式 分为万能式和塑料外壳式两类。
• 低压断路器又称作自动空气断路器，简称自动空 气开关或自动开关。
图1.33 断路器原理图
图1.34 DZ20系列断路器外形图
图1.21 时间继电器符号
• 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。
图1.22 JW系列微动开关
• (1)JW系列基本型微动开关 • (2)LX19K型行程开关 • (3)JLXK1系列行程开关
图1.23 LX19K行程开关结构示意图
• 7.5变频器的内部结构和主要功能 • 7.6变频器的应用 • 第8章数控机床 • 8.1概述 • 8.2计算机数控（CNC）系统 • 8.3数控机床的伺服系统 • 8.4数控机床的发展趋势 • 8.5以数控机床为基础的生产自动化系统的发展 • 第9章现场总线 • 9.1网络与通信基础
• 9.2现场总线概述 • 9.3几种有影响的现场总线
• (4)额定操作频率
• 额定操作频率指每小时接通次数。
• (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1.12 接触器符号
• 1.3.2 交流接触器
• 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)CZo系列直流接触器
• 分为两种结构： • 额定电流为150A及以下的接触器是立体布置整体
式结构，具有沿棱角转动的拍合式电磁系统，如 图1.15所示。
图1.15 CZo直流接触器外形图
• 额定电流为250A及以上的接触器是平面布 置整体结构。
• 1.4 继电器
• 1.4.1 继电器的特性及主要参数
• 1)按衔铁的运动方式分类 • ①衔铁绕棱角转动 • ②衔铁绕轴转动 • ③衔铁直线运动 • 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 • 电磁机构的吸力F可近似地按下式求得
• 1.4.6 热继电器
• 热继电器(Thermal over-load Relay)是利用电流的 热效应原理来工作的保护电器，它在电路中用作 三相异步电动机的过载保护。
图1.27 速度继电器触点符号
图1.28 热继电器原理
图1.29 热继电器符
• 1.5 其他常用电器
• 1.5.1 低压熔断器
图1.10 灭弧栅灭弧原理 1—静触点；2—短电弧；3—灭弧栅片；
4—动触点；5—长电弧 • 2)灭弧栅
• 3)灭弧罩
• 4)多断点灭弧
图1.11 桥式触点 1—动触点；2—静触点；3—电弧
• 1.3 接触器
• 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。
• ⑤按电器组合分：单个电器、成套电器与自动化装置；
• ⑥按有无触点分：有触点电器、无触点电器、混合 式电器；
• ⑦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（如航空、船 舶、热带、高原）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
图2.5 按钮控制的异步电动机正反转电路
• 2.2.5 顺序控制
• 2.3 异步电动机的基本电气控制电路
• 2.3.1 起动控制电路
• (1)直接起动控制电路 • (2)Y-△降压起动控制电路
图2.6 两台电动机的顺序起动控制
• 1.5.4 主令电器
• 主令电器(Master Switch)是电气控制系统中用于发 送控制指令的非自动切换的小电流开关电器。
• (1)控制按钮
图1.35 按钮
• (2)万能转换开关
• 万能转换开关(Control Switch)是一种多挡式、控 制多回路的主令电器。
图1.36 ABG10型万能转换开关组装图
• 中间继电器(Auxiliary Relay)在结构上是一个电压 继电器，是用来转换控制信号的中间元件。
图1.19 JZ17中间继电器外形图
图1.20 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)。
现代电气控制技术
目录
• 第1章常用低压电器 • 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 • 第2章基本电气控制线路及其逻辑表示 • 2.1电气控制线路的绘制及国家标准 • 2.2基本电气控制方法
• 2.3异步电动机的基本电气控制电路 • 2.4电气控制线路的逻辑代数分析方法 • 第3章继电-接触器电气控制线路设计 • 3.1电气控制设计的基本内容、设计程序和一般原则 • 3.2电力拖动方案的确定、电动机的选择 • 3.3电气控制方案的确定及控制方式的选择 • 3.4电气设计的一般原则 • 3.5电气保护类型及实现方法 • 3.6电气控制系统的一般设计方法 • 3.7电气控制线路的逻辑设计方法 • 3.8常用电器元件的选择
• 1.1 电器的作用与分类
• 电器就是广义的电气设备。在工业意义上，电器是 指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，实现对电 路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和 调节用的电气设备。
• ①按电压等级分：高压电器（High-voltage Apparatus）、低压电器(Low-voltage Apparatus)；
• 6.3FX2可编程控制器逻辑指令系统及其编程方法 • 6.4步进顺控指令STL • 6.5功能指令 • 6.6PLC控制系统设计与应用 • 6.7可编程控制器的其他功能与应用 • 第7章电气调速系统与变频器 • 7.1电气调速概述 • 7.2变频调速的原理与调速方式 • 7.3变频器的基本构成及其分类 • 7.4变频器的控制方式和特点
• 9.4DeviceNet • 9.5现场总线低压电器产品及其控制系统 • 9.6现场总线的标准问题 • 第10章电气控制系统的可靠性 • 10.1可靠性的基本概念 • 10.2可靠性特征与可靠性模型 • 10.3可靠性设计
第1章 常用低压电器
• 低压电器（Low-voltage Apparatus）通常指工作在 交、直流电压1 200 V以下的电路中起通断、控制、 保护和调节作用的电气设备。
图1.1 常用电磁机构的形式 1—铁心；2—线圈；3—衔铁
• 根据磁路定律
图1.2 直流电磁机构 的吸力特性
图1.3 交流电磁机构 的吸力特性
图1.4 吸力特性和反力特性 1—直流接触器吸力特性；2—交流
接触器吸力特性；3—反力特性
图1.5 加短路环后的磁通和电磁吸力图
• 1.2.2 执行机构 • (1)触点
• 继电器(Relay)是一种根据特定形式的输入信号而 动作的自动控制电器。
图1.16 继电特性曲线
• 1.4.2 电磁式继电器
• 常用的电磁式继电器有电流继电器、电压继电器、 中间继电器和时间继电器。
• (1)电流/电压继电器 图1.17 电流继电器符号 图1.18 电压继电器符号
• (2)中间继电器
• ②按所控制的对象分：低压配电电器(Distributing Apparatus)、低压控制电器(Control Apparatus)。
• ③按使用系统分：电力系统用电器、电力拖动及自动 控制系统用电器、自动化通信系统用电器；
• ④按工作职能分：手动操作电器、自动控制电器（自 动切换电器、自动控制电器、自动保护电器）、其他 电器（稳压与调压电器、起动与调速电器、检测与变 换电器、牵引与传动电器）；
• 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。通 常用的电压等级为
• 直流接触器：220V，440V，660V。 • 交流接触器：220V，380V，500V。
• (2)额定电流
• 通常用的电流等级为 • 直流接触器：25A，40A，60A，100A，150A，
• (1)CJBaidu Nhomakorabea0系列交流接触器
图1.13 CJ20系列交流接触器外形
• (2)EB，EH系列交流接触器
图1.14 EH，EB系列接触器外形
• 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。
图1.24 JLXK行程开关结构
图1.25 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。
图1.26 速度继电器原理示意图 1—转轴；2—转子；3—定子；4—绕组；
5—摆锤；6、7—静触头；8、9—簧片
• 触点用来接通或断开被控制的电路。
图1.6 触点的3种接触形式
图1.7 指形触点的接触过程 图1.8 触点的位置示意图
• (2)电弧的产生与灭弧装置 • 所谓气体放电，就是气体中有大量的带电粒子作定
向运动。 • 常用的灭弧装置有如下几种。 • 1）磁吹式灭弧装置
图1.9 磁吹式灭弧装置 1—铁心；2—绝缘管；3—吹弧线圈； 4—导磁颊片；5—灭弧罩；6—熄弧角
• ①应尽可能采用优选形式； • ②在满足需要的前提下，应尽量采用最简单的形式； • ③在同一图号的图中使用同一种形式。
表2-1
• 2.1.2 电气控制原表2理.1(续图表)的绘制原则 • 2.1.3 图面区域的划分 • 2.1.4 符号位置的索引
图2.1 CM6132普通车床电气控制线路原理图
• 熔断器(Fuse)是一种利用熔体的熔化作用而切断电 路的、最初级的保护电器，适用于交流低压配电系 统或直流系统，作为线路的过负载及系统的短路保 护用。
图1.30 熔断器安秒特性 图1.31 RL1型熔断器结构
• 1.5.2 低压隔离器
• 低压隔离器是指在断开位置能符合规定的隔离功 能要求的低压机械开关电器，而隔离开关的含义 是在断开位置能满足隔离器隔离要求的开关。
• 3.9电气控制的工艺设计 • 第4章典型的机床控制线路分析 • 4.1卧式车床的电气控制线路 • 4.2组合机床的电气控制电路 • 第5章现代低压电器 • 5.1低压电器产品的发展 • 5.2电子电器和智能电器 • 第6章可编程序控制器 • 6.1可编程序控制器的产生与特点 • 6.2可编程控制器的组成与工作原理
250A，400A，600A。
• 交流接触器：5A，10A，20A，40A，60A，100A， 150A，250A，400A，600A。
• (3)线圈的额定电压
• 通常用的电压等级为： • 直流线圈：24V，48V，110V，220V，440V。 • 交流线圈：36V，127V，220V，380V。
图1.37 ABG12-2.8N/3开关通断图表
第2章 基本电气控制线路 及其逻辑表示
• 2.1 电气控制线路的绘制及国家标准
• 2.1.1 常用电气图形及文字符号的国家标准
• 绘制电气原理图应按《GB4728—85》、 《GB7159—87》、《GB6988—86》等规定的标准 绘制。当标准中给出几种形式时，选择符号应遵循 以下原则：
• 2.2 基本电气控制方法
• 2.2.1 异步电动机简单的起、停、保护电气 控制线路
• 2.2.2 多地点控制
图2.2 简单的起、停、保护电气控制线路
图2.3 电动机的多地点控制
• 2.2.3 连续工作（长动）与点动控制
图2.4 长动与点动控制电路
• 2.2.4 异步电动机的正、反转电路
图1.32 HR3系列熔断器式刀开关
• 1.5.3 低压断路器
• 低压断路器(Automatic Circuit Breaker)按结构形式 分为万能式和塑料外壳式两类。
• 低压断路器又称作自动空气断路器，简称自动空 气开关或自动开关。
图1.33 断路器原理图
图1.34 DZ20系列断路器外形图
图1.21 时间继电器符号
• 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。
图1.22 JW系列微动开关
• (1)JW系列基本型微动开关 • (2)LX19K型行程开关 • (3)JLXK1系列行程开关
图1.23 LX19K行程开关结构示意图
• 7.5变频器的内部结构和主要功能 • 7.6变频器的应用 • 第8章数控机床 • 8.1概述 • 8.2计算机数控（CNC）系统 • 8.3数控机床的伺服系统 • 8.4数控机床的发展趋势 • 8.5以数控机床为基础的生产自动化系统的发展 • 第9章现场总线 • 9.1网络与通信基础
• 9.2现场总线概述 • 9.3几种有影响的现场总线
• (4)额定操作频率
• 额定操作频率指每小时接通次数。
• (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1.12 接触器符号
• 1.3.2 交流接触器
• 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)CZo系列直流接触器
• 分为两种结构： • 额定电流为150A及以下的接触器是立体布置整体
式结构，具有沿棱角转动的拍合式电磁系统，如 图1.15所示。
图1.15 CZo直流接触器外形图
• 额定电流为250A及以上的接触器是平面布 置整体结构。
• 1.4 继电器
• 1.4.1 继电器的特性及主要参数