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工厂电气控制技术
第三版 方承远 张振国 编著
机械工业出版社
工厂电气控制技术完整版本
工厂电气控制技术完整版本
绪
论
一、“工厂电气控制技术”课程的性质和任务
性 质 —— 实践性强的专业课。 内 容 —— 电机、其他执行电器为控制对
象，介绍电气控制的基本原 理、线路、程序及控制装置的 设计方法。 目 标 ——1、电气控制线路、程序、技术资料
动作过程为 —— 恒磁通势；
F∝Φ2∝1/Rm2∝1/δ2
吸力大小 ↗ ↗ 随δ↘↘——陡峭。
交流电磁铁（曲线 2 ）
设线圈电压U不变，则U≈E＝4.44fΦN，
Φ＝U/4.44fN，由磁路定律Φ＝NI/Rm
励磁电流 I —— 与气隙 δ成正比；
动作过程为 —— 近似恒磁通；
吸力大小 ↗
随δ↘ ——平坦。
——电器的工作是靠外力或某种非电物理量 的变化而动作的电器。
工厂电气控制技术完整版本
二、电磁式电器的工作原理与结构特点 组成：
感测部分——电磁结构； 触头系统——执行部分。 （一）电磁结构 作用——将电磁能量转换为机械能量，带
动触头动作，完成接通和分断电 路。 组成——吸引线圈、铁心、衔铁等。
工厂电气控制技术完整版本
工厂电气控制技术完整版本
二、电气控制技术的发展
控制方法 —— 手动
自动
控制功能 —— 简单
复杂
操作方式 —— 笨重
轻巧
控制原理 —— 有触点硬接线继电器
微处理器的软件
控制方式 —— 集中拖动
顺序控制
DCSLeabharlann 网络现场总线以太网
新 技 术 —— 综合应用电子技术、检测技术、
计算机技术、自动控制理论
工厂电气控制技术完整版本
（2）主令电器 ——用于各种控制系统中发送控制指令的电 器。
（3）保护电器 ——用于保护电路及用电设备的电器。
（4）配电电器 ——用于电能的输送和分配的电器。
（5）执行电器 ——用于完成某种动作或传动功能的电器。
工厂电气控制技术完整版本
3、按工作原理分类 （1）电磁式电器
——依据电磁原理来工作的电器。 （2）非电类控制电器
工厂电气控制技术完整版本
线圈自然状态 —— 没有电
图1－1 常用的磁路结构
工厂电气控制技术完整版本
线圈通电
图1－1 常用的磁路结构
工厂电气控制技术完整版本
机械运动
图1－1 常用的磁路结构
工厂电气控制技术完整版本
机械运动
图1－1 常用的磁路结构 通电后动作情况
工厂电气控制技术完整版本
（二）电磁吸力与吸力特性
1、常用的磁路结构（图1－1） 1）衔铁沿棱角转动的拍合式铁心 ——广泛应用于直流电器中。 2）衔铁沿轴转动的拍合式铁心 ——应用触点容量较大的交流电器中。 3）衔铁直线运动的双E形直动式铁心 ——多用于交流接触器、继电器中。
2、吸引线圈 作用——将电能转换成磁场能量。 注意——结构、交、直流、热的产生。
M2
YA
3~
快速
进给
工厂1电.5气kW控制技术完整版本 1410r/min
FR3
150VA
7
380 /127V
M3 3~
0.125kW 2790r/min
第一章 继电接触器逻辑控制基础
意 义 —— 继电器、接触器控制技术是近 代先进电气控制基础。
低压电器 —— 电力拖动自动控制系统的基本 组成元件。
工厂电气控制技术完整版本
F 1
2
3
0
δ
分析曲线形状 为什么？
图1－2 电磁铁的吸力特性 1－直流电磁铁吸力特性 2－交流电磁铁吸力特性 3－反力特性
工厂电气控制技术完整版本
（三）反力特性和返回系数
反力特性 —— 反作用力 Fr 与气隙 δ 的关系曲线。 （图1－2 曲线 3 ）
注意：
吸合—— 保证吸力特性位于反力特性上方；
电磁吸力
Fαt
107
B2S
8π
（1－1）
式中 Fαt ——电磁吸力，单位为N； B ——气隙中磁感应强度，单位为T；
S ——磁极截面积，单位为m2 ；
δ ——固定铁心与衔铁之间的气隙。
直流电磁铁时 B＝恒定值；
交流电磁铁时 B＝Bmsinωt。
（1－2）
工厂电气控制技术完整版本
将式1－2代入式1－1整理得
工厂电气控制技术完整版本
（二）电器的分类 1、按工作电压等级分类 （1）低压电器
—— 交流AC < 1200V； 直流DC < 1500V。
（2）高压电器 —— 交流AC > 1200V； 直流DC > 1500V。
工厂电气控制技术完整版本
2、按用途分类
（1）控制电器 ——用于各种控制电路和控制系统的电器。
释放——
:::
下方。
返回系数（β-反映灵敏度的参数）
——释放电压 Ure （或电流 Ire ） 与吸合电压 Uat （或电流 Iat ）。
U
U re U at
主电路
L1
QS FU1
FU2
L2
L3
R
反转
停
SA5
正转
KM3 12 KM2 9 KM4 15 KM5 18 KM1 7
60VA 380 / 36V
T
FU
31
关
SA4
32
开
EL
U1 V1 W1 U2 V2 W2
KM6 19 U3 V3 W3
FR1
FR2
7
13
M! 3~
5.5kW 1410r/min
KS
FαtF 2 tm F 2 tm co 2 ts F 0 F 0co 2 ts
式中 Fαtm1807πBm2S——电磁吸力最大值；
F0
Ftm 2
—— 电磁吸力平均值。
工厂电气控制技术完整版本
吸力特性——吸力Fαt与铁心间隙δ的特性曲 线。 （图1－2）
直流电磁铁（曲线 1 ）
励磁电流 I —— 与气隙 δ无关；
的阅读分析能力。 2、电气控制线路、程序的设计能力。
工厂电气控制技术完整版本
任 务： 1、熟练掌握常用控制电器、电气控制线路的构 成、原理及用途，独立分析和设计能力。 2、掌握可编程序控制器（PLC）的基本构成、 工作原理、特点及其应用发展情况。 3、掌握小型PLC的硬件构成、工作原理、编程 语言、指令系统与编程方法。 4、掌握PLC控制系统的设计方法、设计过程、 步骤、PLC模块选择方法、应用程序设计 与调试方法等。
介 绍 —— 常用低压电器元件的用途、类 型、符号、选用四方面。
举 例 —— 电气线路的阅读分析方法。
工厂电气控制技术完整版本
第一节 电器的基本知识
一、电器的定义及分类 （一）电器的定义—— 凡是自动或手动接通和
断开电路，以及能实现 对电路或非电对象切 换、控制、保护、检 测、变换和调节目的的 电气元件统称为电器。
第三版 方承远 张振国 编著
机械工业出版社
工厂电气控制技术完整版本
工厂电气控制技术完整版本
绪
论
一、“工厂电气控制技术”课程的性质和任务
性 质 —— 实践性强的专业课。 内 容 —— 电机、其他执行电器为控制对
象，介绍电气控制的基本原 理、线路、程序及控制装置的 设计方法。 目 标 ——1、电气控制线路、程序、技术资料
动作过程为 —— 恒磁通势；
F∝Φ2∝1/Rm2∝1/δ2
吸力大小 ↗ ↗ 随δ↘↘——陡峭。
交流电磁铁（曲线 2 ）
设线圈电压U不变，则U≈E＝4.44fΦN，
Φ＝U/4.44fN，由磁路定律Φ＝NI/Rm
励磁电流 I —— 与气隙 δ成正比；
动作过程为 —— 近似恒磁通；
吸力大小 ↗
随δ↘ ——平坦。
——电器的工作是靠外力或某种非电物理量 的变化而动作的电器。
工厂电气控制技术完整版本
二、电磁式电器的工作原理与结构特点 组成：
感测部分——电磁结构； 触头系统——执行部分。 （一）电磁结构 作用——将电磁能量转换为机械能量，带
动触头动作，完成接通和分断电 路。 组成——吸引线圈、铁心、衔铁等。
工厂电气控制技术完整版本
工厂电气控制技术完整版本
二、电气控制技术的发展
控制方法 —— 手动
自动
控制功能 —— 简单
复杂
操作方式 —— 笨重
轻巧
控制原理 —— 有触点硬接线继电器
微处理器的软件
控制方式 —— 集中拖动
顺序控制
DCSLeabharlann 网络现场总线以太网
新 技 术 —— 综合应用电子技术、检测技术、
计算机技术、自动控制理论
工厂电气控制技术完整版本
（2）主令电器 ——用于各种控制系统中发送控制指令的电 器。
（3）保护电器 ——用于保护电路及用电设备的电器。
（4）配电电器 ——用于电能的输送和分配的电器。
（5）执行电器 ——用于完成某种动作或传动功能的电器。
工厂电气控制技术完整版本
3、按工作原理分类 （1）电磁式电器
——依据电磁原理来工作的电器。 （2）非电类控制电器
工厂电气控制技术完整版本
线圈自然状态 —— 没有电
图1－1 常用的磁路结构
工厂电气控制技术完整版本
线圈通电
图1－1 常用的磁路结构
工厂电气控制技术完整版本
机械运动
图1－1 常用的磁路结构
工厂电气控制技术完整版本
机械运动
图1－1 常用的磁路结构 通电后动作情况
工厂电气控制技术完整版本
（二）电磁吸力与吸力特性
1、常用的磁路结构（图1－1） 1）衔铁沿棱角转动的拍合式铁心 ——广泛应用于直流电器中。 2）衔铁沿轴转动的拍合式铁心 ——应用触点容量较大的交流电器中。 3）衔铁直线运动的双E形直动式铁心 ——多用于交流接触器、继电器中。
2、吸引线圈 作用——将电能转换成磁场能量。 注意——结构、交、直流、热的产生。
M2
YA
3~
快速
进给
工厂1电.5气kW控制技术完整版本 1410r/min
FR3
150VA
7
380 /127V
M3 3~
0.125kW 2790r/min
第一章 继电接触器逻辑控制基础
意 义 —— 继电器、接触器控制技术是近 代先进电气控制基础。
低压电器 —— 电力拖动自动控制系统的基本 组成元件。
工厂电气控制技术完整版本
F 1
2
3
0
δ
分析曲线形状 为什么？
图1－2 电磁铁的吸力特性 1－直流电磁铁吸力特性 2－交流电磁铁吸力特性 3－反力特性
工厂电气控制技术完整版本
（三）反力特性和返回系数
反力特性 —— 反作用力 Fr 与气隙 δ 的关系曲线。 （图1－2 曲线 3 ）
注意：
吸合—— 保证吸力特性位于反力特性上方；
电磁吸力
Fαt
107
B2S
8π
（1－1）
式中 Fαt ——电磁吸力，单位为N； B ——气隙中磁感应强度，单位为T；
S ——磁极截面积，单位为m2 ；
δ ——固定铁心与衔铁之间的气隙。
直流电磁铁时 B＝恒定值；
交流电磁铁时 B＝Bmsinωt。
（1－2）
工厂电气控制技术完整版本
将式1－2代入式1－1整理得
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（二）电器的分类 1、按工作电压等级分类 （1）低压电器
—— 交流AC < 1200V； 直流DC < 1500V。
（2）高压电器 —— 交流AC > 1200V； 直流DC > 1500V。
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2、按用途分类
（1）控制电器 ——用于各种控制电路和控制系统的电器。
释放——
:::
下方。
返回系数（β-反映灵敏度的参数）
——释放电压 Ure （或电流 Ire ） 与吸合电压 Uat （或电流 Iat ）。
U
U re U at
主电路
L1
QS FU1
FU2
L2
L3
R
反转
停
SA5
正转
KM3 12 KM2 9 KM4 15 KM5 18 KM1 7
60VA 380 / 36V
T
FU
31
关
SA4
32
开
EL
U1 V1 W1 U2 V2 W2
KM6 19 U3 V3 W3
FR1
FR2
7
13
M! 3~
5.5kW 1410r/min
KS
FαtF 2 tm F 2 tm co 2 ts F 0 F 0co 2 ts
式中 Fαtm1807πBm2S——电磁吸力最大值；
F0
Ftm 2
—— 电磁吸力平均值。
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吸力特性——吸力Fαt与铁心间隙δ的特性曲 线。 （图1－2）
直流电磁铁（曲线 1 ）
励磁电流 I —— 与气隙 δ无关；
的阅读分析能力。 2、电气控制线路、程序的设计能力。
工厂电气控制技术完整版本
任 务： 1、熟练掌握常用控制电器、电气控制线路的构 成、原理及用途，独立分析和设计能力。 2、掌握可编程序控制器（PLC）的基本构成、 工作原理、特点及其应用发展情况。 3、掌握小型PLC的硬件构成、工作原理、编程 语言、指令系统与编程方法。 4、掌握PLC控制系统的设计方法、设计过程、 步骤、PLC模块选择方法、应用程序设计 与调试方法等。
介 绍 —— 常用低压电器元件的用途、类 型、符号、选用四方面。
举 例 —— 电气线路的阅读分析方法。
工厂电气控制技术完整版本
第一节 电器的基本知识
一、电器的定义及分类 （一）电器的定义—— 凡是自动或手动接通和
断开电路，以及能实现 对电路或非电对象切 换、控制、保护、检 测、变换和调节目的的 电气元件统称为电器。