郭艳萍电气控制与PLC教案

1《电气控制与PLC》教案渤海石油职业学院机电工程系董瑞情2教案任课教师：董瑞情课程名称：电气控制与PLC授课班级：08机械1、208数控章节课题：第一章常用低压电器学时：教学目的：1.掌握电器相关的基本概念。2.掌握几种常用低压电器教学重点：接触器、继电器、低压断路器结构和工作原理教学难点：万能转换开关教学方法：课堂讲授，辅以多媒体电子课件教学效果：3教学过程第一章常用低压电器第一节低压电器基本知识一低压电器分类1电器定义：电器对电能的生产、输送、分配与应用起着控制、调节、检测和保护的作用，在电力输配电系统和电力拖动自动控制系统中应用极为广泛。低压电器用于交流1200V、直流1500V级以下的电路中。2、低压电器分类按用途分：低压配电电器：输送和分配电能，刀开关、低压断路器、熔断器等。低压控制电路：用于控制线路和系统，接触器、继电器、控制器、按钮等。按动作原理：手动自动按工作原理：电磁式接触器、电磁式继电器等。非电磁式速度继电器、行程开关二、低压电器作用1、控制作用2、保护作用3、测量作用4、调节作用5、指示作用6、转换作用三、低压电器基本结构电磁式低压电器分感测部分（电磁机构）和执行部分（触头系统）。1、电磁机构组成：吸引线圈、铁心、衔铁按通过线圈的电流种类分有交流电磁机构和直流电磁机构；按电磁机构的形状分有E形和U形两种；按衔铁的运动形式分有拍合式和直动式两大类。如图1-12、交流电磁机构和直流电磁机构1）直流电磁机构的铁芯不发热，线圈发热，线圈为无骨架、高而薄的瘦高型。铁芯为整体结构的软钢和工程纯铁制成，以增加磁导率和增强散热；2）交流电磁机构的铁芯、线圈都发热，线圈为有骨架、短而厚的矮胖型。铁芯采用硅钢片叠制而成，目的是减少在铁芯中产生的涡流，使铁芯发热。此外交流电磁机构的铁芯有短路环，以防止电流过零时（滞后90°）电磁吸力不足使衔铁振动。3、触头系统触头是用来接通或断开电路的1）按其接触形式分为点接触、线接触和面接触3种(桥式和指型)。如图1-442）按控制的电路分为主触头和辅助触头。主触头用于接通或断开主电路，允许通过较大的电流。辅助触头用于接通或断开控制电路，只允许通过较小的电流。3）按原始状态分为常开触头和常闭触头。当线圈不带电时，动、静触头是分开的称为常开触头；当线圈不带电时，动、静触头是闭合的称为常闭触头。4、灭弧装置1）电弧的产生：大气中分断电路，电场使触头表面大量电子溢出。2）电弧的危害：电弧产生高温并有强光，可将触头烧损，并使电路的切断时间延长，严重时可引起事故或火灾。3）灭弧原则：拉长、冷却、分段4）灭弧的方法（1）点动力灭弧：如图1-5机械灭弧：通过机械将电弧迅速拉长，用于开关电路。（2）磁吹灭弧：在一个与触头串联的磁吹线圈产生的磁力作用下，电弧被拉长且被吹入由固体介质构成的灭弧罩内，电弧被冷却熄灭。如图1-6（3）窄缝灭弧：在电弧形成的磁场、电场力的作用下，将电弧拉长进入灭弧罩的窄缝中，使其分成数段并迅速熄灭，如图1-3所示，该方式主要用于交流接触器中。（4）栅片灭弧：当触头分开时，产生的电弧在电场力的作用下被推入一组金属栅片而被分成数段，彼此绝缘的金属片相当电极，因而就有许多阴阳极压降，对交流电弧来说，在电弧过零时使电弧无法维持而熄灭，如图1-7所示，交流电器常用栅片灭弧。第二节主令电器主令电器主要用来切换控制电路，即用它来控制接触器、继电器等电器的线圈得电与失电，从而控制电力拖动系统的起动与停止，以及改变系统的工作状态，如正转与反转等。一、控制按钮1、定义：通常用作短时接通或断开小电流控制电路的开关。2、控制按钮结构：由按钮帽、复位弹簧、桥式触点和外壳等组成。通常制成具有常开触点和常闭触点的复合式结构，其结构示意图如图1-8所示。3、控制按钮分类：指示灯式按钮内可装入信号灯显示信号；紧急式按钮装有蘑菇形钮帽，以便于紧急操作。旋钮式按钮是用手扭动旋钮来进行操作的。按钮帽有多种颜色，一般红色用作停止按钮，绿色用作启动按钮。按钮主要根据所许的触点数、使用场合及颜色来进行选择。按钮开关的图形符号及文字符号如图1-9所示。二、行程开关行程开关又称限位开关，是根据运动部件位置而切换的自动控制电器，用来控制运动部件的运动方向、行程大小或位置保护。行程开关有机械式和电子式两种，机械式常见的有按钮式和滑轮式两种。图1-10为行程开关外形图，图1-11为行程开关图形符号。三、接近开关行程开关是有触点开关，工作时由挡块与行程开关的滚轮或触杆碰撞使触点接通或断开的。在操作频繁时，易产生故障，工作可靠性较低。接近开关是无触点开关，具有工作稳定可靠、使用寿命长、重复定5位精度高、动作迅速等优点，因此在工业控制系统中应用越来越广泛。接近开关包括电感式和电容式。四、万能转换开关作用及原理：由多组相同结构的触点组件叠装而成的多回路控制电器，借助于不同形状的凸轮使其触点按一定的次序接通和分断，它能转换多种和多数量的电气控制电路。第三节接触器一结构和工作原理1结构：一般由电磁机构、触点、灭弧装置、释放弹簧机构、支架与底座等几部分组成。2工作原理：根据电磁原理工作：当电磁线圈通电后，线圈电流产生磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触点动作，使常闭触点断开，常开触点闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁力消失，衔铁在释放弹簧的作用下降放，使触点复原，即常开触点断开，常闭触点闭合。二分类及特点1交流接触器：交流接触器线圈通以交流电，主触点接通、切断交流主电路。2直流接触器：直流接触器线圈通以直流电流，主触点接通、切断直流主电路。三主要技术参数：线圈电压、主触点额定电流、主触点额定电压、辅助触点额定电流、辅助触点对数、接触器极数以及接触器的机械寿命和电寿命等。四选择原则：1接触器的使用类别应与负载性质相一致，控制交流负载应选用交流接触器，控制直流负载则选用直流接触器。2主触点的额定工作电压应大于或等于负载电路的电压。3主触点的额定工作电流应大于或等于负载电路的电流。4接触器主触点的额完工作电流是在规定条件下（额定工作电压、使用类别、操作频率等）能够正常工作的电流值，当实际使用条件不同时，这个电流值也将随之改变。5吸引线圈的额定电压应与控制回路电压相一致，接触器在线圈额定电压85％及以上时应能可靠地吸合。6主触点和辅助触点的数量应能满足控制系统的需要。第四节继电器一继电器特性及其分类1、原理：主要用于控制与保护电路中作信号转换用。具有输入电路（又称感应元件）和输出电路（又称执行元件），当感应元件中的输入量（如电流、电压、温度、压力等）变化到某一定值时继电器动作，执行元件便接通和断开控制回路。2、结构：检测机构、中间机构和执行机构。3、分类：1）按输入信号有电流继电器、电压继电器、中间继电器、时间继电器、热继电器以及温度、压力、计数、频率继电器等等。2）按工作原理：电磁式、感应式、电动式、电子式、热继电器等。3）按用途：控制继电器和保护继电器4）按输出形式：有触点和无触点4、特性：继电特性曲线。参数：返回系数、吸合时间、释放时间。二、电流继电器过电流继电器6欠电流继电器三、电压继电器过电压继电器欠电压继电器。中间继电器：当电压或电流继电器触点容量不够时，可借助中间继电器来控制，用中间继电器作为执行元件，这时中间继电器被当作一级放大器用；当其他继电器或接触器触点数量不够时，可利用中间继电器来切换多条控制电路。四、时间继电器1原理：感应元件接受外界信号后，经过设定的延时时间才使执行部分动作的继电器。2按延时方式分类：通电延时型、断电延时型和带瞬动触点的通电（或断电）延时型继电器。3按工作原理分类：空气阻尼式、电动式和电子式、单片机控制式等。4触点类型：常开延时闭合触点、常闭延时断开触点、常开延时断开触点和常闭延时闭合触点4类。图1-19五、热继电器1定义：专门用来对连续运行的电动机进行过载及断相保护，以防止电动机过热而烧毁的保护电器。2组成：双金属片、加热元件、动作机构、触点系统、整定调整装置及手动复位装置等组成。3原理4参数：热继电器额定电流、相数、热元件额定电流、整定电流及调节范围等。六速度继电器1作用：用于转速的检测，常用在三相交流异步电动机反接制动转速过零时，自动切除反相序电源。2组成：转子、定子和触点三部分组成。3原理：如图1-22第五节其他常用低压电器一、刀开关刀开关只用于手动控制容量较小、起动不频繁的电动机，可分为瓷底开启式负荷开关和封闭式负荷开关。1、结构和安装刀开关（俗称闸刀开关）结构简单，由操作手柄、刀片、触头座和底板等组成。在机床上刀开关主要用来接通和断开长期工作设备的电源。使用注意的问题：刀开关安装时，手柄要向上，不得倒装或平装。如果倒装，拉闸后手柄可能因自重下落引起误合闸而造成人身和设备安全事故。接线时，应将电源线接在上端，负载线接在下端，这样较为安全。2、常用刀开关1）开启式负荷开关：2）封闭式负荷开关是快断刀闸的刀开关与熔断器组合在一起的铁壳开关，常用来控制小容量异步电动机的不频繁起动和停止。二、熔断器1、作用：供电电路和电气设备的短路保护。2、组成：由熔体和安装熔体的外壳两部分组成。73、原理：通过熔断器的电流超过一定数值并经过一定的时间后，电流在熔体上产生的热量使熔体某处熔化而切断电路，从而保护了电路和设备。4、特性：保护特性曲线5、常用熔断器名称类别特点、用途主要技术数据瓷插式熔断器RC1A价格便宜，更换方便。广泛用于照明和小容量电动机短路保护额定电流Ige从5A～200A分7种规格旋式熔断器RL熔丝周围石英砂可熄灭电弧，熔断管上端红点随熔丝熔断而自动脱落。体积小，多用于机床电气设备中RL1系列额定电流Ige有4种规格：15A、60A、100A、200A名称类别特点、用途主要技术数据无填料封闭管式熔断器RM在熔体中人为引入窄截面熔片，提高断流能力。用于低压电力网络和成套配电装置中的短路保护RM-10系列额定电流Ige从15A～1000A，分7种规格有填料封闭管式熔断器RTO分断能力强，使用安全，特性稳定，有明显指示器。广泛用于短路电流较大的电力网或配电装置中RTO系列额定电流Ige从50A～1000A分6种规格快速熔断器RLS用于小容量硅整流元件的短路保护和某些适当过载保护I=4ITe，0.2s内熔断；I=6ITe，0.02s熔断RSO用于大容量硅整流元件的保护I=（4～6）ITe，0.02s内熔断RS3用于晶闸管元件短路保护和某些适当过载保护三、低压断路器1、作用：用来分配电能，不频繁地起动异步电动机，对电源电路及电动机等实行保护。功能相当于熔断器式断路器与过电流、欠电压、热继电器等的组合。2、组成：主要由触点和灭弧装置、各种可供选择的脱扣器与操作机构、自由脱扣机构三部分组成。3、原理：4、参数：额定工作电压、壳架额定电流等级、极数、脱扣器类型及额定电流、短路分断能力等。布置作业：1.1、1.4、1.6、1.88教案任课教师：董瑞情课程名称：电气控制与PLC授课班级：08机械1、208数控章节课题：第二章基本电气控制电路学时：教学目的：掌握电器图形符号与文字符号，电气图的基本知识，三相异步电动机起动、停止控制电路；正、反转控制电路；制动控制电路；点动、联锁、多点控制等基本控制电路环节。了解电气图纸相关规范。教学重点：1.掌握电气控制电路图的相关知识2.掌握三相异步电动机的基本控制电路环节教学难点：教学方法：课堂讲授，辅以多媒体电子课件教学效果：9教学过程第二章基本电气控制电路第一节电气控制系统图的绘制规则和常用符合一概述1、电气图：用电气图形符号绘制的图。是电工领域中最主要的提供信息方式，它提供的信息内容可以是功能、位置、设备制造及接线等。2、种类：电路图（电气原理图）、电气接线图、电器元件布置图。二电气图形符号与文字符号1电气图形符号：由符号要素、限定符号、一般符号以及常用的非电操作控制的动作符号（如机械控制符号等），根据不同的具体器件情况组合而成。2电气文字符号：分为基本文字符号和辅助文字符号。基本文字符号有单字母符号和双字母符号。单字母符号表示电气设备、装置和元器件的大类；双