第1章 常用低压电器

机床电器及PLC主讲：彭芳E-mail：[e-mail]办公室：A-503课程性质专业必修课实践性强，与生产实际联系紧密知识的覆盖面较宽课程概述本课程是以电动机或其他执行电器为控制对象，介绍继电接触器控制系统和PLC控制系统的工作原理、典型机械的电器控制线路以及电气控制系统的设计方法各种配电箱、控制柜车床：用于车削外圆、内圆、端面、螺纹和定型表面等。摇臂钻床：钻孔、扩孔、镗孔、绞孔、功丝等机械加工各种机床镗铣床：铣削平面、斜面和加工沟槽。数控系统继电接触控制PLC控制水源热泵空调系统各种生产线广本生产线饮料生产线啤酒灌装机卷烟机FMS柔性制造系统课程目标熟悉常用控制电器的结构原理、用途，具有合理选择、使用主要控制电器的能力熟悉掌握继电接触器控制系统的基本环节，具有阅读和分析继电接触器构成的电气控制线路原理图的能力掌握PLC的基本工作原理及编程方法，能够根据生产过程和控制要求进行系统设计和编写应用程序熟悉典型设备的电气控制系统，具有从事电气设备安装、调试、维修及管理的基本知识课程内容一、继电接触控制系统继电接触器控制系统主要由继电器、接触器、按钮、行程开关等组成，以接线逻辑实现其控制功能。优点：结构简单、价格低廉、维护容易、抗干扰能力强缺点：采用固定的接线方式，灵活性差，触点易损坏，可靠性差二、可编程序控制器技术可编程控制器（缩写PLC）是一种数字运算操作的电子系统，它采取程序修改方式改变控制功能，是以存储逻辑实现其控制的。教学安排48个学时考核方式总评成绩=平时成绩(30%)+期末成绩(70%)继电接触器控制系统在以电动机为动力的生产机械中，要根据生产过程的要求对电动机进行起动、停止、正转或反转、调速及制动等方面的控制。对电动机的控制常要用到开关、继电器及接触器等控制电器组成的控制电路——这种控制电路称为继电接触器控制系统。第1章常用低压电器电子科技大学中山学院机电工程系1.1低压电器基本知识电器的功能工业上所说的电器是指能够根据外界施加的信号或要求，自动或手动的接通和分断电路，以实现对电路或非电量对象的变换、检测、控制、保护、调节和传递信息用的元件或设备。简言之，电器就是接通、分断电路或调节、控制和保护电路的电工器件和装置。电器的控制作用就是手动或自动地接通、断开电路，“通”称为“开”，“断”也称为“关”。因此，“开”和“关”是电器最基本、最典型的功能。电子科技大学中山学院机电工程系电器的分类——按工作电压等级分高压电器：交流1200V、直流1500V及以上低压电器：交流50HZ，额定电压为1200V以下；直流额定电压为1500V以下；在电路内起通断、保护、控制或调节作用——按动作原理分手动电器：人手操作发出指令自动电器：产生电磁力自动完成动作的电器电子科技大学中山学院机电工程系——按用途分控制电器：用于各种控制电路和控制系统中配电电器：用于电能的输送和分配主令电器：用于自动控制系统中发送动作指令保护电器：用于保护电路及用电设备执行电器：用于完成某种动作或传送功能——按工作原理电磁式电器：根据电磁感应原理工作非电量控制电器：靠外力或某种非电量的变化工作电子科技大学中山学院机电工程系电磁式低压电器的基本结构低压电器中大部分为电磁式电器；由检测部分（电磁机构）和执行部分（触头系统）两部分组成。电子科技大学中山学院机电工程系(一)电磁机构1、结构形式包括吸引线圈、铁心、衔铁作用：将电磁能转换成机械能，产生电磁吸力带动触头动作按衔铁的运动方式可分为直动式和拍合式。1-衔铁2-铁心3-吸引线圈直动式电磁机构1-衔铁2-铁心3-吸引线圈拍合式电磁机构电子科技大学中山学院机电工程系直流线圈通电，铁心不会发热，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。铁心和衔铁由软钢或工程纯铁制成。交流线圈，除线圈发热外，由于铁心中有涡流和磁滞损耗，铁心也会发热。为了改善线圈和铁心的散热情况，在铁心与线圈之间留有散热间隙，而且把线圈做成有骨架的矮胖型。铁心用硅钢片叠成，以减少涡流。吸引线圈：直流线圈、交流线圈电子科技大学中山学院机电工程系2．电磁机构的工作原理电磁铁工作时，线圈产生的磁通作用于衔铁，产生电磁吸力，并使衔铁产生机械位移，衔铁复位时复位弹簧将衔铁拉回原位。因此作用在衔铁上的力有两个：电磁吸力和反力。电磁吸力由电磁机构产生，反力由复位弹簧和触头等产生。电子科技大学中山学院机电工程系反力特性与吸力特性的配合为了保证使衔铁能牢牢吸合，在整个吸合过程中，吸力都必须大于反作用力，即吸力特性高于反力特性。但不能过大或过小，吸力过大时，动、静触头接触时以及衔铁与铁心接触时的冲击力也大，会使触头和衔铁发生弹跳，导致触头的熔焊或烧毁，影响电器的机械寿命；吸力过小时，会使衔铁运动速度降低，难以满足高操作频率的要求。电子科技大学中山学院机电工程系交流电磁机构上短路环的作用单相交流电磁机构的磁通是交变的，故其电磁吸力是脉动的，使衔铁产生振动，发出噪声消除振动的措施：在铁心柱上安装短路环结构图电磁吸力图电子科技大学中山学院机电工程系常闭触头常开触头（二）触头系统是接触器的执行元件，用来接通或断开被控制电路——按其所控制的电路：主触头、辅助触头——按其原始状态：常开触头、常闭触头——按其结构形式：桥型触头、指型触头——按其接触形式：点接触、线接触、面接触电子科技大学中山学院机电工程系（三）灭弧工作原理什么是电弧？当两个触头断开瞬间，触头间距极小，电场强度极大，触头间产生大量的带电粒子，形成炽热的电子流，产生弧光放电现象电子科技大学中山学院机电工程系常用灭弧方法迅速增大电弧长度电弧长度增加，使触头间隙增加，电场强度降低，同时又使散热面积增大，降低电弧温度。冷却使电弧与冷却介质接触，带走电弧热量。电子科技大学中山学院机电工程系常用灭弧装置电动力吹弧双断点桥式触头在分断时具有电动力吹弧功能，不用任何附加装置，便可使电弧迅速熄灭。这种灭弧方法多用于小容量交流接触器中。电子科技大学中山学院机电工程系磁吹灭弧装置利用电弧电流本身灭弧，灭弧电流越大，灭弧能力越强。广泛应用于直流接触器。磁吹线圈铁心磁吹线圈磁场动触头电动力F导磁夹板电子科技大学中山学院机电工程系栅片灭弧灭弧栅片由许多镀铜薄钢片组成，安放在触头上方的灭弧罩内。电子科技大学中山学院机电工程系常用低压控制电器低压隔离器熔断器控制继电器按钮行程开关凸轮控制器主令控制器接近开关接触器低压断路器电子科技大学中山学院机电工程系1.2主令电器自动控制系统中用于发送控制指令的电器。主令电器是用来接通和分断控制电路以发布命令、或对生产过程作程序控制的开关电器。它包括控制按钮(简称按钮)、行程开关、凸轮控制器与主令控制器等。电子科技大学中山学院机电工程系按钮按钮是用人力操作、并具有弹簧储能复位的主令电器。它的结构最简单而应用却最广泛。作用：在低压控制线路中常用于远距离发出控制信号或用于电气联锁线路。结构：从剖面结构图可看到，有两对静触点、一对动触点、按钮帽及弹簧等部分。在常态时，静触点1由动触点接通、静触点2是断开的；按下按钮帽时静触点的通断状态发生变化。常闭触点常开触点按钮（接通或断开电流较小的控制电路）常开(动合)按钮电路符号SB复合按钮复合按钮：常开按钮和常闭按钮做在一起。先断后合电路符号SB常闭(动断)按钮电路符号SB电子科技大学中山学院机电工程系电子科技大学中山学院机电工程系主令电器结构型式代号按钮常闭触头数设计序号常开触头数LA按钮型号LA25-23电子科技大学中山学院机电工程系行程开关利用运动部件的行程位置实现控制行程开关是用于反映工作机械的行程、发布命令以控制其运动方向或行程大小的主令电器，当它安装在工作机械行程终点、以限制其行程时，就称为限位开关或终点开关电子科技大学中山学院机电工程系直动式行程开关1—顶杆2—弹簧3—常闭触头4—触头弹簧5—常开触头SQSQ常开触头常闭触头电子科技大学中山学院机电工程系滚轮旋转式行程开关电子科技大学中山学院机电工程系凸轮控制器作用：用于起重设备和其他电力拖动装置，以控制电动机的起动、正反转、调速和制动结构：凸轮控制器主要由手柄、定位机构、转轴、凸轮和触头组成电子科技大学中山学院机电工程系电子科技大学中山学院机电工程系SA后前012121234凸轮控制器的图形、文字符号电子科技大学中山学院机电工程系主令控制器主令控制器是按预定程序转换控制电路，供电力驱动装置作频繁转换控制线路用。频繁按顺序切换多个控制电路的主令电器。与接触器等配合，实现对电动机、起重机、轧钢机及其他生产机械的远距离控制。它一般由触头、凸轮、定位机构、转轴、面板及其支承件等部分组成。电子科技大学中山学院机电工程系接近开关无触点非接触式位置开关，是一种开关型的传感器。当物体接近开关的感应面到动作距离时，不需要机械接触及施加任何压力即可使开关动作。接近开关由感应头、高频振荡器、放大器和外壳组成。接近开关有电感式、电容式、霍尔式、交、直流型。电子科技大学中山学院机电工程系接近开关电子科技大学中山学院机电工程系①涡流式（电感式）接近开关涡流式接近开关也被称为是电感式接近开关，它的工作原理是当导电物体接近磁场所形成的涡流。涡流式接近开关在有物体接近时，其周围的磁场就会使物体内部产生涡流，并反作用于涡流式接近开关内部的电路，从而判断物体的靠近和开关的通断。只能检测金属物体。②电容式接近开关电容式接近开关是利用电容的介电常数变化来感知物体位移的。电容式接近开关在周围有物体移动时，电容的介电常数会发生改变，导致电容量的变化，电容式接近开关的相连电路状态也就随之发生变化，并控制开关的通断。能检测各种物体。接近开关种类电子科技大学中山学院机电工程系③霍尔接近开关霍尔接近开关是依靠磁敏元件来感应物体位移的，它的主要元件就是霍尔元件，因此得名霍尔接近开关。霍尔接近开关工作时，磁性物体的位移会令霍尔元件产生霍尔效应，而使得开关内部电路状态变化，并控制开关的通断。④光电式接近开关光电式接近开关的工作原理是光电效应。光电式接近开关的组成部件包括发光器件和光电器件，当有物体在光电式接近开关周围发生位移时，光电器件就会接收到反射光并输出信号，由此来判断物体的位移并控制开关的通断。电子科技大学中山学院机电工程系⑤热释电式接近开关热释电式接近开关是依靠温度变化的感知来确定被测量物体位移的一种接近开关。热释电式接近开关的工作对象是与环境温度不同的物体，当此类物体接近开关时，热释电器件的输出会发生变化，以此即可判断物体的位移和控制开关的通断。在防盗系统中，自动门通常使用热释电接近开关、超声波接近开关、微波接近开关。⑥超声波接近开关和微波接近开关超声波接近开关和微波接近开关都是以多普勒效应为基本原理而设计制造的。超声波接近开关和微波接近开关在检测到周围的物体接近时，所接收到的波频率就会发生偏移，根据偏移信号即可判断出位移的状态及控制开关的通断。电子科技大学中山学院机电工程系1.3接触器接触器是一种自动化的控制电器。接触器主要用于频繁接通或分断交、直流主回路和大容量控制电路，具有控制容量大，可远距离操作，具有欠（零）电压保护的特点，广泛应用于自动控制电路。其主要控制对象是电动机，也可用于控制其它电力负载，如电热器、照明、电焊机、电容器组等。电子科技大学中山学院机电工程系接触器结构接触器主要由电磁系统、触头系统和灭弧装置组成1-主触头2-常闭辅助触头3-常开辅助触头4-衔铁5-电磁线圈6-铁心7-灭弧罩8-弹簧电子科技大学中山学院机电工程系接触器的工作原理电磁线圈通电铁心产生磁力吸引衔铁，带动动触头动作常闭触头断开常开触头闭合电磁线圈断电衔铁在释放弹簧的作用下释放常开触头断开常闭触头闭合通电断电交流接触器的触点有三个常开主触点，四个辅助触点(两个常开，两个常闭)。主触点控制开关电流较大，必须采取灭弧措施，一般都为桥梁形结构电子科技大学中山学院机电工程系接触器的图形、文字符号KM常闭辅助触点线圈KM主触点KM常开辅助