电气控制技术讲座.

电气控制技术武汉市东西湖职业技术学校易法刚电气控制技术•主要内容1.电气控制技术概述2.常用低压电器3.基本电气控制电路4.典型电气控制系统电气控制技术•1.1电气控制技术概述由于现代化的金属切削机床均用交、直流电机作为动力源，因而电气自动控制是现代机床的主要控制手段。本讲座就是以机床作为典型对象来研究电气自动控制技术的基本原理、方法和应用，低压电器•2.1低压电器的基本结构定义:工作在DC,1500V;AC,1200V的各种电器称为低压电器.电气是一门技术.电器是一个设备1．电磁机构电磁机构的主要作用是将电磁能量转换成机械能量，带动触头动作，从而完成接通或分断电路的功能。电磁机构由吸引线圈、铁心和衔铁3个基本部分组成。常用的电磁机构如图所示，可分为3种形式。•2.直流电磁铁和交流电磁铁•按吸引线圈所通电流性质的不同，电磁铁可分为直流电磁铁和交流电磁铁。•直流电磁铁由于通入的是直流电，其铁心不发热，只有线圈发热，因此线圈与铁心接触以利散热，线圈做成无骨架、高而薄的瘦高型，以改善线圈自身散热。铁心和衔铁由软钢和工程纯铁制成。•交流电磁铁由于通入的是交流电，铁心中存在磁滞损耗和涡流损耗，线圈和铁心都发热，所以交流电磁铁的吸引线圈有骨架，使铁心与线圈隔离并将线圈制成短而厚的矮胖形，以利于铁心和线圈的散热。铁心用硅钢片叠加而成，以减小涡流。•当线圈中通以直流电时，气隙磁感应强度不变，直流电磁铁的电磁吸力为恒值。当线圈中通以交流电时，磁感应强度为交变量，交流电磁铁的电磁吸力F在0（最小值）～Fm（最大值）之间变化，其吸力曲线如下图所示。在一个周期内，当电磁吸力的瞬时值大于反力时，衔铁吸合；当电磁吸力的瞬时值小于反力时，衔铁释放。所以电源电压每变化一个周期，电磁铁吸合两次、释放两次，使电磁机构产生剧烈的振动和噪声，因而不能正常工作。电气控制技术2.2.1.3低压电器的基本结构电气控制技术2.2.1.3低压电器的基本结构2.直流电磁铁和交流电磁铁为了消除交流电磁铁产生的振动和噪声，在铁心的端面开一小槽，在槽内嵌入铜制短路环，使得两部分的电磁吸力的合力没有达到零的时刻,如果在任何一时刻都大于反力衔铁被吸牢,这样就消除了振动.如下图所示。电气控制技术2.2.1.3低压电器的基本结构3．触头系统触头是电器的执行部分，起接通和分断电路的作用。触头主要有两种结构形式：桥式触头和指形触头，具体如下图所示。电气控制技术2.2.1.3低压电器的基本结构4.灭弧装置在大气中分断电路时，电场的存在使触头表面的大量电子溢出从而产生电弧。电弧一经产生，就会产生大量热能。电弧的存在既烧蚀触头金属表面，降低电器的使用寿命，又延长了电路的分断时间，所以必须迅速把电弧熄灭。常用的灭弧方法：电动力灭弧磁吹灭弧金属栅片灭弧电气控制技术2.2.2主令电器主令电器是一种专门发布命令、直接或通过电磁式电器间接作用于控制电路的电器。常用来控制电力拖动系统中电动机的起动、停车、调速及制动等。2.2.2.1控制按钮2.2.2.2行程开关2.2.2.3接近开关2.2.2.4万能转换开关电气控制技术2.2.2.1控制按钮控制按钮由按钮帽1、复位弹簧2、桥式触头3、4、5和外壳等组成，通常做成复合式，即具有动合触点和动断触点，其结构示意图见下图所示。工作原理:在按下按钮时,“先断常闭,后通常开”.松开按钮时,触点复位.电气控制技术2.2.2.1控制按钮控制铵钮的种类很多，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；旋钮式按钮用于扭动旋钮来进行操作。常见按钮的外形如下图所示：电气控制技术2.2.2.1控制按钮1型号含义(LA19-11J)2电气符号电气控制技术行程开关又称位置开关或限位开关。它的作用与按钮相同，只是其触点的动作不是靠手动操作，而是利用生产机械某些运动部件上的挡铁碰撞其滚轮使触头动作来实现接通或分断电路的。行程开关的结构分为3个部分：操作机构、触头系统和外壳，行程开关的外形及结构如下图所示。行程开关实物图行程开关结构图2.2.2.2行程开关电气控制技术2.2.2.2行程开关电气控制技术行程开关的型号含义和电气符号如下图所示。型号含义电气符号2.2.2.2行程开关电气控制技术2.2.2.3接近开关接近式位置开关是一种非接触式的位置开关，简称接近开关。它由感应头、高频振荡器、放大器和外壳组成。当运动部件与接近开关的感应头接近时，就使其输出一个电信号。接近开关包括电感式和电容式两种。电感式接近开关的感应头是一个具有铁氧体磁心的电感线圈，只能用于检测金属体。振荡器在感应头表面产生一个交变磁场，当金属块接近感应头时，金属中产生的涡流吸收了振荡的能量，使振荡减弱以至停振，因而存在振荡和停振两种信号，经整形放大器转换成二进制的开关信号，从而起到“开”、“关”的控制作用。电气控制技术2.2.2.3接近开关接近开关外形图接近开关的电气符号电气控制技术2.2.2.4万能转换开关万能转换开关是一种多档式，控制多回路的主令电器，一般可作为多种配电装置的远距离控制，也可作为电压表、电流表的换相开关，还可作为小容量电动机的起动、制动、调速及正反向转换的控制。其触头档数多、换接线路多、用途广泛，故有“万能”之称。转换开关实物图如下：电气控制技术2.2.2.4万能转换开关万能转换开关主要由操作机构、面板、手柄及数个触点座等部件组成，并用螺栓组装成为一个整体，如下图所示。万能转换开关的图形符号及文字符号如下图所示。图中水平方向的数字1~3表示触点编号，垂直方向的数字及文字“左”、“0”、“右”表示手柄的操作位置（档位），虚线表示手柄操作的联动线。在不同的操作位置，各对触点的通、断状态的表示方法为：在触点的下方与虚线相交位置有黑色圆点表示在对应操作位置时触点接通，没涂黑色圆点表示在该操作位置不通。电气控制技术2.2.3接触器接触器主要用于频繁接通或分断交、直流主电路和大容量的控制电路，可远距离操作，配合继电器可以实现定时操作，联锁控制及各种定量控制和失压及欠压保护。2.2.3.2接触器的主要技术参数及型号2.2.3.1接触器的结构及工作原理电气控制技术2.2.3.1接触器的结构及工作原理如图所示，交流接触器主要由电磁机构（包括电磁线圈1、铁心2和衔铁3）、触头系统（主触头4和辅助触头5）、灭弧装置（图中未画出）及其他部分组成。电气控制技术2.2.3.2接触器的主要技术参数及型号1.接触器的主要技术参数有：（1）额定电压（2）额定电流（3）吸引线圈额定电压（4）通断能力（5）电气寿命和机械寿命（6）额定操作频率（次/h）电气控制技术2.2.3.2接触器的主要技术参数及型号2.接触器的型号常见接触器有CJ20系列、3TH和CJX1(3TB)系列。其中CJ20系列是较新的产品，而3TH和CJX1(3TB)系列是从德国西门子公司引进制造的新型接触器。接触器的各种型号的用途如图所示。电气控制技术2.2.4继电器继电器是根据一定的信号（如电流、电压、时间和速度等物理量）的变化来接通或分断小电流电路和电器的自动控制电器。2.2.4.1电磁式继电器的结构及工作原理2.2.4.2电流继电器2.2.4.3电压继电器2.2.4.4时间继电器2.2.4.5热继电器2.2.4.6速度继电器电气控制技术2.2.4.1电磁式继电器的结构及工作原理1.结构及工作原理继电器一般由3个基本部分组成：检测机构、中间机构和执行机构。低压控制系统中的控制继电器大部分为电磁式结构。下图为电磁式继电器的典型结构示意图。电磁式继电器由电磁机构和触头系统两个主要部分组成。电磁机构由线圈1、铁心2、衔铁7组成。触头系统由于其触点都接在控制电路中，且电流小，故不装设灭弧装置。它的触点一般为桥式触点，有动合和动断两种形式。另外，为了实现继电器动作参数的改变，继电器一般还具有改变弹簧松紧和改变衔铁打开后气隙大小的装置，即反作用调节螺钉6。当通过电流线圈1的电流超过某一定值，电磁吸力大于反作用弹簧力，衔铁7吸合并带动绝缘支架动作，使动断触点9断开，动合触点10闭合。通过调节螺钉6来调节反作用力的大小，即调节继电器的动作参数值。电气控制技术2.2.4.1电磁式继电器的结构及工作原理2.继电特性继电器的主要特性是输入－输出特性，又称继电特性，继电特性曲线如下图所示。当继电器输入量X由零增至Xｏ以前，继电器输出量Y为零。当输入量X增加到Xｏ时，继电器吸合，输出量为Yｌ；若X继续增大，Y保持不变。当X减小到Xr时，继电器释放，输出量由Yｌ变为零，若X继续减小，Y值均为零。电气控制技术2.2.4.2电流继电器电流继电器主要用于过载及短路保护。电流继电器的线圈串联接入主电路，其线圈匝数少、导线粗、阻抗小，用来感测主电路的电流，触点接于控制电路，为执行元件。电流继电器反映的是电流信号，常用的电流继电器有欠电流继电器和过电流继电器两种。欠电流继电器用于欠电流保护，在电路正常工作时，欠电流继电器的衔铁是吸合的，其动合触点闭合，动断触点断开。只有当电流降低到某一整定值时，衔铁释放，控制电路失电，从而控制接触器及时分断电路。过电流继电器在电路正常工作时不动作，整定范围通常为额定电流的1.1～3.5倍。当被保护线路的电流高于额定值，并达到过电流继电器的整定值时，衔铁吸合，触点机构动作，控制电路失电，从而控制接触器及时分断电路，对电路起过流保护作用。电气控制技术2.2.4.2电流继电器过电流继电器实物图欠电流继电器实物图电气控制技术2.2.4.3电压继电器电压继电器反映的是电压信号。它的线圈并联在被测电路的两端，所以匝数多、导线细、阻抗大。电压继电器用于电力拖动系统的电压保护和控制。其线圈并联接入主电路，感测主电路的电压；触点接于控制电路，为执行元件。按吸合电压的大小，电压继电器可分为过电压继电器和欠电压继电器。过电压继电器用于线路的过电压保护，，当被保护的电路电压正常时衔铁不动作，当被保护电路的电压高于额定值，达到过电压继电器的整定值时，衔铁吸合，触点机构动作，控制电路失电，控制接触器及时分断被保护电路。欠电压继电器用于电路的欠电压保护，其释放整定值为电路额定电压的0.1～0.6倍。当被保护电路电压正常时衔铁可靠吸合，当被保护电路电压降至欠电压继电器的释放整定值时衔铁释放，触点机构复位，控制接触器及时分断被保护电路。电气控制技术2.2.4.3电压继电器中间继电器实质上是一种电压继电器。它的特点是触点数目较多，电流容量可增大，起到中间放大(触点数目和电流容量)的作用。中间继电器实物图电气控制技术2.2.4.4时间继电器在自动控制系统中，有时需要继电器得到信号后不立即动作，而是要顺延一段时间后再动作并输出控制信号，以达到按时间顺序进行控制的目的。时间继电器就能实现这种功能。时间继电器按工作原理分可分为：电磁式、空气阻尼式（气囊式）、晶体管式、单片机控制式等。其外形如图所示。电气控制技术2.2.4.4时间继电器空气阻尼时间继电器由电磁机构、延时机构、触头系统三部分组成。延时方式有通电延时和断电延时两种。断电延时型结构及工作原理见图：当线圈通电后，使上方微动开关触头迅速转换。微动开关的延时常开触点马上闭合，常闭触点马上断开。当线圈断电时，在空气室内与橡皮膜相连的活塞杆在弹簧作用下向上移动，由于橡皮膜下方的空气稀薄形成负压，起到空气阻尼的作用，因此活塞杆只能缓慢向上移动，可通过调节螺钉调整。经过一段延时后，使其常开触点延时断开，常闭触点延时闭合。电气控制技术2.2.4.4时间继电器空气阻尼式断电延时型时间继电器的工作过程演示：电气控制技术2.2.4.4时间继电器按延时方式可分为通电延时型时间继电器和断电延时型时间继电器。对于通电延时型时间继电器，当线圈得电时，其延时动合触点要延时一段时间才闭合，延时动断触点要延时一段时间才断开。把这个时间叫做:“延时时间”当线圈失电时，其延时动合触点迅速断开，延时动断触点迅速闭合。对于断电延时型时间继电器，当线圈得电时，其延时动合触点迅速闭合，延时动断触点迅速断开。当线圈失电时，其延时动合触点要延时一段时间再断开，延时动