《电气控制与PLC》熊幸明第1章

第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March2020普通高等教育“十二五”电气信息类规划教材电气控制与PLC主编熊幸明机械工业出版社第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March2020目录绪论第1章常用低压电器第2章电气控制基本环节和典型线路分析第3章电气控制系统设计第4章可编程控制器的组成与工作原理第5章可编程控制器的基本指令第6章可编程控制器的功能指令第7章可编程控制器的特殊功能模块第8章可编程控制器控制系统的设计与应用第9章可编程控制器的联网与通信第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March2020绪论一．电气控制技术的发展概况1.拖动方式2.控制系统二．本课程的性质和任务性质：实用性很强的专业课。任务：1.熟悉常用低压电器的结构原理、用途及型号、能正确使用和选用；2.熟练掌握电气控制的基本环节，具备阅读和分析电气控制线路的能力；3.能设计简单的电气控制线路，较好地掌握电气控制电路的简单设计法；4.了解电气控制电路分析的方法和步骤，熟悉典型生产设备电气控制线路的工作原理。第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March2020第1章常用低压电器1.1电器基本知识1.2电磁式接触器1.3继电器1.4熔断器1.5主令电器1.6低压开关类电器1.7智能电器介绍第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March2020工作在低压电路中，实现对电路或非电对象的控制、检测、保护、变换、调节等作用的电器；1.1电器基本知识低压电器工作电压划分，采用中国标准出版社2007年编写并出版的“低压电器标准汇编”一书说法，即AC1200V，DC1500V；电子式低压电器：采用集成电路或电子元器件构成。自动化电器、智能化电器、可通信电器：利用现代控制原理构成。低压电器：电磁式低压电器：采用电磁原理构成。第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March20201.1.1低压电器分类2.低压控制电器：用于各种控制电路和控制系统的电器。如：接触器、控制继电器、主令电器、电阻器、电磁铁等。1.低压配电电器：用于供、配电系统中进行电能输送和分配的电器。如：刀开关、低压断路器、熔断器等；3.低压主令电器：用于发送控制指令的电器。如：按钮、主令开关、行程开关、主令控制器、转换开关等。4.低压保护电器：用于对电路及用电设备进行保护的电器。如：熔断器、热继电器、电压继电器、电流继电器等。5.低压执行电器：用于完成某种动作或传送功能的电器。如：电磁铁、电磁离合器等。6.可通信电器：可与计算机网络连接的电器。如：智能化断路器、智能化接触器及电动机控制器等。第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March20201．1．2电磁式电器结构及工作原理（1）电磁机构结构型式组成：吸引线圈、铁心、衔铁、空气隙。图1-1常用电磁机构的结构形式a)、b)、c)直动式电磁机构d)、e)拍合式电磁机构1-衔铁2-铁心3-线圈1.电磁机构动作：电流通入线圈产生磁场及吸力，通过气隙转换成机械能，带动衔铁运动使触头动作。第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March2020（2）电磁机构工作原理（1）反力特性图1-2电磁机构反力特性与吸力特性a)反力特性b)交流电磁机构吸力特性c)直流电磁机构吸力特性第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March20201）交流电磁机构的吸力特性2）直流电磁机构的吸力特性3）剩磁的吸力特性（3）吸力特性与反力特性的配合图1-3电磁机构吸力特性与反力特性的配合1-直流吸力特性2-交流吸力特性3-反力特性4-剩磁吸力特性（2）吸力特性第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March2020图1-4交流电磁机构的短路环（4）交流电磁机构短路环的作用第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March2020（5）电磁机构的输入—输出特性图1-5电磁机构的继电特性第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March20201.1.3电器的触头系统与电弧电器的触头系统图1-6触头的接触形式a)点接触b)线接触c)面接触（2）触头接触形式（1）触头接触电阻第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March2020（3）触头结构形式图1-7触头的结构形式a)桥式触头b)指形触头第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March2020触头材料选用电阻系数小的材料，使触头本身的电阻尽量减小；增加触头的接触压力，一般在动触头上安装触头弹簧；改善触头表面状况，尽量避免或减小表面氧化膜形成，在使用过程中尽量保持触头清洁。减小接触电阻的方法第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March20202.电弧的产生和灭弧方法4）高温游离1）强电场放射2）撞击电离3）热电子发射（1）电弧的产生第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March20201）电动力吹弧。拉长电弧，降低电场强度图1-8双断口电动力吹弧1-静触头2-动触头3-电弧（2）灭弧方法第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March20202）纵缝灭弧图1-9窄缝灭弧1-纵缝2-介质3-磁性夹板4-电弧将电弧挤入绝缘壁组成的窄缝中以冷却电弧第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March20203）栅片灭弧图1-10栅片灭弧装置将电弧分成许多串联的短弧，增加维持电弧所需的临极电压降第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March20204）磁吹灭弧图1-11磁吹灭弧原理用电磁力使电弧在冷却介质中运动，降低弧柱周围的温度第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March2020接触器是一种用于中远距离频繁地接通与断开交直流主电路及大容量控制电路的一种自动开关电器。1.2电磁式接触器第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March2020图1-１2接触器的图形、文字符号第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March20201.2.1接触器的结构及工作原理图1-13交流接触器的外形及结构a)外形b）结构1.交流接触器外形及结构主要由电磁系统、触头系统、灭弧装置等组成第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March20201.2.2常用典型交流接触器介绍1.空气电磁式交流接触器典型产品有：CJ20、CJ21、CJ26、CJ29、CJ35、CJ40、NC、B、LC1-D、3TB、STF系列交流接触器等。2.切换电容器接触器专用于低压无功补偿设备中投入或切除并联电容器组，以调整用电系统的功率因素。常用产品有：CJ16、CJ19、CJ41、CJX4、CJX2A、LC1-D、6C系列等。第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March20203.真空交流接触器以真空为灭弧介质，其主触头密封在真空开关管内。适用于条件恶劣的危险环境中。常用真空交流接触器有：CKJ和EVS系列等。4.智能化接触器装有智能化电磁系统，具有与数据总线及其它设备通信功能，有对运行工况自动识别、控制和执行能力产品：日本富士NewSC系列、美国西屋“A”系列、ABB公司AF系列、金钟－默勒的DIL－M系列智能化接触器等。国内有单片机控制的交流接触器。第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March20201.2.3接触器主要技术参数接触器的主要技术参数有：1、极数和电流种类2、额定工作电压3、额定工作电流（或额定功率）4、额定通断能力5、线圈额定电压6、允许操作频率7、机械寿命和电寿命第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March20201.2.4直流接触器应用于直流电力线路中，供远距离接通与分断电路及直流电动机的频繁起动、停止、反转或反接制动控制，以及CD系列电磁操作机构合闸线圈或频繁接通和断开电磁铁、电磁阀、离合器和电磁线圈等。常用产品：CZ18、CZ21、CZ22和CZ0系列等。结构、原理与交流接触器基本相同。主要由线圈、铁心、衔铁、触头、灭弧装置等组成。第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March2020图1-１４直流接触器结构示意图与交流接触器区别：触头电流和线圈电源为直流，触头多采用滚动接触的指形触头，辅助触头采用点接触桥式触头，铁心采用整块铸钢或铸铁制成；线圈做成长而薄的圆筒状；由于直流电弧特殊性，通常采用磁吹灭弧。第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March20201.3继电器利用各种物理量的变化，将电量或非电量信号转化为电磁力或使输出状态发生阶跃变化，从而通过其触头或突变量促使在同一电路或另一电路中的其它器件或装置动作的控制元件。它用于各种控制电路中进行信号传递、放大、转换、联锁等，控制主电路和辅助电路中的器件或设备按预定的动作程序进行工作，实现自动控制和保护的目的。常用继电器按输入信号分：温度（热）、电压、电流、中间、时间、速度、压力继电器等。按动作原理分：电磁式、磁电式、感应式、电动式、光电式、压电式、热继电器与时间继电器等。第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March2020继电器外形图第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March20201.3.1继电器的结构原理1．结构2．动作参数感应机构：反映外界输入信号，由变换机构和比较机构组成。执行机构：触头的接通与断开，晶体管的截止与饱和（半导体继电器）反映继电器吸力特性与反力特性配合的紧密程度。返回系数：继电器复归值Xr与动作值Xc的比值。（1）电流返回系数（2）电压返回系数第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March2020电压继电器是反映电压变化的控制电器。线圈与负载并联，以反映负载电压，其线圈匝数多而导线细。分类：过电压、欠电压、零电压继电器。1.3.2电压继电器第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March20201．过电压继电器在电路中用于过电压保护，由于直流电路一般不会出现过电压，所以产品中没有直流过电压继电器。交流过电压继电器吸合电压调节范围为U0=（1.05～1.2）UN。2．欠电压继电器在电路中用于欠电压或零电压保护。以交流为例，电压正常时，欠电压继电器吸合；电压降到（0.1～0.35）UN时释放。3.零电压继电器用于零电压保护。电压降低到（0.05～0.25）UN时释放。第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March2020图1-15欠电压继电器的图形、文字符号第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March20201.3.3电流继电器1．过电流继电器主要用于频繁、重载起动场合作电动机过载和短路保护。线圈串接在电路中，触点动作与否与线圈电流大小直接有关。常用产品：JT4、JL12及JL14等系列。图1-16JT4系列过电流继电器的外形结构及动作原理a）外形结构b）动作原理第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March2020图1-17过电流继电器的图形、文字符号用途：桥式起重机电路。动作电流整定在起动电流的1．1∼1．3倍。交流过电流继电器的吸合电流为I0＝（1.1∼3.5）IN。直流过电流继电器的吸合电流为I0＝（0.75∼3）IN。第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March2020直流欠电流继电器：吸合电流调节范围：Io=（0.3～0.65）IN；释放电流调节范围：Ir=（0.1～0.2）IN。交流电路不需欠电流保护,无交流欠电流继电器。2．欠电流继电器正常工作时，继电器线圈流过负载额定电流，衔铁吸合动作；当负载电流降低至继电器释放电流时，衔铁释放，带动触头动作。用途：电路中起欠电流保护作用，如直流电动机励磁保护。第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March20201.3.4中间继电器实质是一种电压继电器，但触点数量较多，容量较大，起增加触头数量以及信号的放大、传递作用。图1-18JZ7系列中间继电器的外形及结构第1章返回第一张上一张幻灯片下一张幻灯片14March2020原理与小型交流接触器基本相同，但触头没有主、辅之分，每对触头允许通过的电流大小相同，触