现代电气控制技术

现代电气控制技术•郑萍主编•重庆大学出版社目录•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•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•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•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•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-voltageApparatus）通常指工作在交、直流电压1200V以下的电路中起通断、控制、保护和调节作用的电气设备。•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-voltageApparatus）、低压电器(Low-voltageApparatus)；•②按所控制的对象分：低压配电电器(DistributingApparatus)、低压控制电器(ControlApparatus)。•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）；•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•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•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•2)灭弧栅•3)灭弧罩•4)多断点灭弧图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•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。图1.11桥式触点1—动触点；2—静触点；3—电弧•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，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。•(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(AlternatingCurrentContactor)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)CJ20系列交流接触器图1.13CJ20系列交流接触器外形•(2)EB，EH系列交流接触器•1.3.3直流接触器•直流接触器(DirectCurrentContactor)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1.14EH，EB系列接触器外形•(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1.15CZo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•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。•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。图1.16继电特性曲线•(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•中间继电器(AuxiliaryRelay)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1.19JZ17中间继电器外形图•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(TimeDelayRelay)。图1.20中间继电器符号•1.4.4行程开关•行程开关(TravelSwitch)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1.21时间继电器符号•(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1.22JW系列微动开关图1.23LX19K行程开关结构示意图图1.24JLXK行程开关结构•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1.25行程开关触点符号图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•1.4.6热继电器•热继电器(Thermalover-loadRelay)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•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1.31RL1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。图1.32HR3系列熔断器式刀开关•1.5.3低压断路器•低压断路器(AutomaticCircuitBreaker)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•1.5.4主令电器•主令电器(MasterSwitch)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。图1.34DZ20系列断路器外形图•(1)控制按钮•(2)万能转换开关•万能转换开关(ControlSwitch)是一种多挡式、控制多回路的主令电器。图1.35按钮图1.36ABG10型万能转换开关组装图图1.37ABG12-2.8N/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：•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。•2.1.2电气控制原理图的绘制原则•2.1.3图面区域的划分•2.1.4符号位置的索引表2-1表2.1(续表)图2.1CM6132普通车床电气控制线路原理图•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•2.2.3连续工作（长动）与点动控制图2.3电动机的多地点控制图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图2.7用开关直接起动电动机的电路图2.8异步电动机星-三角形降压起动电路图2.9自耦变压器降压起动的控制电路•(3)自耦变压器降压起动控制电路•2.3.2制动电路•(1)反接制动控制线路•(2)能耗制动控制线路•(3)电磁抱闸图2.10反接制动控制电路图2.11能耗制动控制电路图2.12电磁抱闸原理图图2.13电磁抱闸制动控制线路•2.3.3双速异步电动机调速控制电路•电动机转速公式•(1)△/YY接法•(2)Y/YY接法•2.3.4位置控制电路图2.14双速电动机三相绕组接法图2.15双速电动机高低速控制电路图2.16采用时间继电器的双速电动机高低速控制电路•2.4电气控制线路的逻辑代数分析方法•2.4.1基本逻辑关系•(1)逻辑变量•(2)逻辑函数与真值表•(3)基本逻辑运算•1)逻辑非•2)逻辑与•3)逻辑或图2.17工作台往复运动控制电路•2.4.2电路的逻辑表示图2.18基本逻辑电路•(1)逻辑非——动断触点•(2)逻辑与——触点串联•(3)逻辑或——触点并联•2.4.3逻辑代数的基