电电 气气 控控 制制 与可编程控制器技术与可编程控制器技术绪 论电气控制的发展概况 1. 成组拖动 2. 单电机拖动 3. 多电机拖动 4. PLC 5. 计算机群控系统，CAM，智能机器人2目目 录录第一篇第一篇 电气控制部分电气控制部分第一章第一章 常用低压电器常用低压电器1-1 电器的功能、分类和工作原理电器的功能、分类和工作原理1-2 电气控制中常用电器电气控制中常用电器1-3 主令电器主令电器1-4 动动力线路中常用电器力线路中常用电器1-5 智能电器智能电器31.1 1.1 电器功能、分类电器功能、分类 和工和工作原理作原理一、一、 电电 器器定义：一种根据外界的信号和要求，手动或自定义：一种根据外界的信号和要求，手动或自动地接通、断开电路，以实现对电路或非电对动地接通、断开电路，以实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节的象的切换、控制、保护、检测、变换和调节的元件或设备元件或设备基本功能：实现电路的通与断基本功能：实现电路的通与断第第一一章章4二、电器的分类按工作电压等级分类按工作电压等级分类高压电器：交流电压1200V，直流电压1500V以上低压电器：交流额定电压1200V，直流额定电压1500V以下按动作原理分类按动作原理分类手动电器和自动电器按用途分类按用途分类控制电器、配电电器、主令电器、保护电器和执行电器5三、电磁式电器工作原理：电磁感应原理电磁感应原理电磁式电器由检测部分检测部分和执行部分执行部分组成，即电磁机构电磁机构和触头系统触头系统。6电磁机构结构形式由吸引线圈、铁心和衔铁组成。按衔铁的运动方式分为直动式直动式和拍合式拍合式。7电磁结构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，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8电磁结构工作特性1、吸力特性、吸力特性 是指电磁吸力是指电磁吸力Fat随衔铁与随衔铁与铁心间气隙铁心间气隙变化的关系曲线。变化的关系曲线。2、反力特性、反力特性 是指反作用力是指反作用力Fr随衔铁与随衔铁与铁心间气隙铁心间气隙变化的关系曲线。变化的关系曲线。9触头系统触头是电磁式电器的执行元件，用来接通触头是电磁式电器的执行元件，用来接通或者断开控制电路。或者断开控制电路。按其所控制的电路分为主触头和辅助触头按其所控制的电路分为主触头和辅助触头按触头原始状态分为常开触头和常闭触头按触头原始状态分为常开触头和常闭触头按触头结构形式分为桥形触头和指形触头按触头结构形式分为桥形触头和指形触头按触头接触形式分为点接触、线接触和面接按触头接触形式分为点接触、线接触和面接触三种触三种1011电弧与灭弧电弧产生：在触点由闭合状态过渡到断开电弧产生：在触点由闭合状态过渡到断开状态的过程中产生的电弧。气体放电形式状态的过程中产生的电弧。气体放电形式之一，是一种带电质点的急流。之一，是一种带电质点的急流。电弧特点：外部有白炽弧光，内部有很高电弧特点：外部有白炽弧光，内部有很高的温度和密度很大的电流。的温度和密度很大的电流。12常用的灭弧装置（一）13常用的灭弧装置（二）14常用的灭弧装置（三）151.2 1.2 电气控制中常用电器电气控制中常用电器一、低压隔离器一、低压隔离器作用作用：电源切除后，将电路电源切除后，将电路隔离隔离1. 1. 刀开关刀开关操作：手动推进操作：手动推进文字符号：文字符号：QS图形符号：图形符号：162 2、组合开关、组合开关v组合开关的结构组合开关的结构 组合开关又称转换开关，组合开关又称转换开关，它的它的动、静触头分别叠装动、静触头分别叠装于数层绝缘壳内于数层绝缘壳内，当转动，当转动手柄时，每层动触头随方手柄时，每层动触头随方形轴一起转动，使动、静形轴一起转动，使动、静触头接通或者断开触头接通或者断开。172 2、组合开关、组合开关作用：作用：1、小容量电源开关、小容量电源开关2、非频繁操作的电动、非频繁操作的电动机起、停开关机起、停开关文字符号：文字符号：QS图形符号：图形符号：操作：手动旋转操作：手动旋转18二、熔断器作用：是一种保护电器，作用：是一种保护电器， 短路保护作用短路保护作用结构：熔体、熔断管组成结构：熔体、熔断管组成工作原理：熔体发热熔断工作原理：熔体发热熔断 保护特性：安秒特性曲线保护特性：安秒特性曲线 文字符号：文字符号：FU 图形符号：图形符号：FU192. 熔断器的选择熔断器类型的选择 由电控系统整体设计决定熔断器额定电压 熔断器的额定电压不小于实际电路工作电压熔断器额定电流 熔断器额定电流不小于熔体额定电流20熔体额定电流的确定（1）对于电阻性负载，熔体的额定电流等于或略大于电路的工作电流对于电容器设备的容性负载，熔体的额定电流应大于电容器额定电流的1.6倍考虑电动机电流冲击的影响单台电动机：多台电动机：21熔体额定电流的确定（2）电路中两级都装有熔断器 为防止发生越级熔断，上下级熔断器之间应有良好的配合关系，上级熔断器的 熔体额定电流比下级大12个级差。 22三、控制继电器继电器是一种根据某种输入信号的变化，使其继电器是一种根据某种输入信号的变化，使其自身的执行机构动作的自动控制电器。自身的执行机构动作的自动控制电器。分类 原理分：电磁式、感应式、热继电器等原理分：电磁式、感应式、热继电器等 用途分：控制继电器、保护继电器用途分：控制继电器、保护继电器 参数分：电流、电压、速度、压力继电器等参数分：电流、电压、速度、压力继电器等 输出形式分：有触点、无触点继电器输出形式分：有触点、无触点继电器23继电器的继电特性 x2：继电器吸合值 x1：继电器释放值继电器的重要参数返回系数吸合时间和释放时间 影响继电器的操作频率24（一） 电磁式继电器251 1、电流继电器、电流继电器作用：反映输入电流信号的变化。作用：反映输入电流信号的变化。接线：继电器线圈串接于被测电路中；继接线：继电器线圈串接于被测电路中；继电器触头接于控制电路中电器触头接于控制电路中特点：线圈匝数少，导线粗，阻抗小特点：线圈匝数少，导线粗，阻抗小文字符号：文字符号：KI图形符号：图形符号：分类：欠电流继电器和过电流继电器分类：欠电流继电器和过电流继电器 KI KI KI26欠电流继电器欠电流继电器吸合电流吸合电流是线圈额定电流的30% 65%，释放电流释放电流是线圈额定电流的10% 20% .思考题： 正常工作的时候，欠电流继电器始终是（ ）的。当电流降至额定电流的20%以下时，欠电流继电器（ ），从而改变电路的状态。 A.吸合 B.释放 AB272 2、电压继电器、电压继电器作用：检测输入电压信号的变化。作用：检测输入电压信号的变化。接线：继电器线圈并联于被测电路中；继电器接线：继电器线圈并联于被测电路中；继电器 触头接于控制电路中触头接于控制电路中特点：线圈匝数多，导线细，阻抗大特点：线圈匝数多，导线细，阻抗大文字符号：文字符号：KV图形符号：图形符号：分类：过电压继电器、欠（零）电压继电器分类：过电压继电器、欠（零）电压继电器283 3、中间继电器、中间继电器实质：电压继电器实质：电压继电器作用：用于控制电路作用：用于控制电路中触头容量与数量的中触头容量与数量的扩展，起到中间放大扩展，起到中间放大的作用。的作用。文字符号：文字符号：KA图形符号：图形符号：KAKAKA294、 电磁式继电器的整定l调整释放弹簧的松紧程度l改变非磁性垫片的厚度5、电磁式继电器的选择30（二）时间继电器定义：定义：凡是敏感元件获得信号之后，其触头经过一凡是敏感元件获得信号之后，其触头经过一定延时再动作的继电器。定延时再动作的继电器。延时方式：延时方式：通电延时和断电延时通电延时和断电延时分类：分类：电磁阻尼式、空气阻尼式、电子式和电动机电磁阻尼式、空气阻尼式、电子式和电动机式式311、 直流电磁式时间继电器阻尼铜套322、空气阻尼式时间继电器33优点：优点：优点：优点：延时范围大（延时范围大（延时范围大（延时范围大（0.40.4180s180s），不受电压和频率波），不受电压和频率波），不受电压和频率波），不受电压和频率波动的影响，结构简单，寿命长，价格便宜。动的影响，结构简单，寿命长，价格便宜。动的影响，结构简单，寿命长，价格便宜。动的影响，结构简单，寿命长，价格便宜。缺点：缺点：缺点：缺点：延时误差大，难以得到确定的延时值。延时误差大，难以得到确定的延时值。延时误差大，难以得到确定的延时值。延时误差大，难以得到确定的延时值。34时间继电器的图形符号35（三）热继电器（三）热继电器作用：用于电动机过作用：用于电动机过载保护载保护结构：热元件、双金结构：热元件、双金属片和触头部分属片和触头部分工作原理：工作原理：特点：特点：具有具有热惯性热惯性，只能用于过载保护只能用于过载保护，不能用于短路保护。不能用于短路保护。36热继电器文字符号：热继电器文字符号：FR图形符号：图形符号：3738（四）速度继电器速度继电器结构原理速度继电器图形符号及文字符号39小 结重点：继电器的特性（输入输出特性）、重点：继电器的特性（输入输出特性）、两个重要参数（返回系数和吸合时间与释两个重要参数（返回系数和吸合时间与释放时间）；电压、电流继电器、中间继电放时间）；电压、电流继电器、中间继电器、空气阻尼式时间继电器和热继电器的器、空气阻尼式时间继电器和热继电器的工作原理以及表示符号工作原理以及表示符号了解各元器件的型号及特性参数，选用方了解各元器件的型号及特性参数，选用方法法401-3 1-3 主令电器主令电器是用来发布命令，可以直接或者主令电器是用来发布命令，可以直接或者通过电磁式电器间接作用于控制电路的电通过电磁式电器间接作用于控制电路的电器。器。常见的主令电器有：按钮、行程开关、接常见的主令电器有：按钮、行程开关、接近开关、万能转换开关、主令控制器、脚近开关、万能转换开关、主令控制器、脚踏开关等。踏开关等。41按钮的结构：按钮的结构： 由按钮帽、复位弹簧、由按钮帽、复位弹簧、桥式触头和外壳组成。桥式触头和外壳组成。一、按 钮42按钮的图形符号43按钮型号的含义LA25-12D25系列带有一个常闭触头，两个常开触头的带灯按钮44GB522685对按钮颜色的规定作用颜色停止和急停红色启动绿色启动和停止交替动作 黑、白或灰色点动黑色复位蓝色45二、行程开关二、行程开关行程开关又称为位置开关，接触式行程开关是一种利用生产机械行程开关又称为位置开关，接触式行程开关是一种利用生产机械某些运动部件的碰撞来发出控制指令的主令电器。某些运动部件的碰撞来发出控制指令的主令电器。用于控制生产机械的运动方向、行程大小或位置保护用于控制生产机械的运动方向、行程大小或位置保护46行程开关的图形符号行程开关的图形符号47接近式行程开关：非接触式的、无触点行程开关。接近式行程开关：非接触式的、无触点行程开关。通过感辨头与被测物体间介质能量的变化来获取信通过感辨头与被测物体间介质能量的变化来获取信号，用于行程控制和限位保护，还可用于高频计数、号，用于行程控制和限位保护，还可用于高频计数、测速、液面控制、检测零件尺寸、加工程序的自动测速、液面控制、检测零件尺寸、加工程序的自动衔接等。衔接等。 48主令控制器和凸轮控制器主令控制器和凸轮控制器主令控制器：主令控制器：主令控制器：主令控制器：频繁按顺序切换多个控制电路的主令频繁按顺序切换多个控制电路的主令电器。与磁力控制盘电器。与磁力控制盘配合，实现对起重机、轧钢机配合，实现对起重机、轧钢机及其他生产机械的远距离控制。及其他生产机械的远距离控制。凸轮控制器：凸轮控制器：凸轮控制器：凸轮控制器：大型手动控制器。主要用于起重设备大型手动控制器。主要用于起重设备中直接控制中小型中直接控制中小型绕线式异步电动机的起动、停止、绕线式异步电动机的起动、停止、调速、换向和制动等调速、换向和制动等 。 49第四节 动力线路中常用电器一、低压断路器一、低压断路器 低压断路器又称自动空气开关或自动低压断路器又称自动空气开关或自动开关。开关。 相当于刀开关、熔断器、热继电器、相当于刀开关、熔断器、热继电器、过电流继电器和欠电压继电器的组合。过电流继电器和欠电压继电器的组合。 既有手动开关作用又能自动进行短路、既有手动开关作用又能自动进行短路、过载、过流和欠压保护的电器。过载、过流和欠压保护的电器。50（一）低压断路器的结构原理51（二）低压断路器文字图形符号52（三）低压断路器的选择低压断路器的额定电流和额定电压应大于或者等于线路、设备的低压断路器的额定电流和额定电压应大于或者等于线路、设备的正常工作电流和额定电压。正常工作电流和额定电压。低压断路器的极限通断能力（分断短路电流）应等于或者略大于低压断路器的极限通断能力（分断短路电流）应等于或者略大于线路最大短路电流。线路最大短路电流。断路器欠压脱扣器额定电压应等于线路额定电压。断路器欠压脱扣器额定电压应等于线路额定电压。断路器过电流脱扣器额定电流大于或者等于线路的最大负载电流。断路器过电流脱扣器额定电流大于或者等于线路的最大负载电流。根据线路对保护的要求，确定断路器的保护形式。断路器可进行根据线路对保护的要求，确定断路器的保护形式。断路器可进行根据线路对保护的要求，确定断路器的保护形式。断路器可进行根据线路对保护的要求，确定断路器的保护形式。断路器可进行欠压、过载、过流等保护，但并不是每种规格都有全部功能。欠压、过载、过流等保护，但并不是每种规格都有全部功能。欠压、过载、过流等保护，但并不是每种规格都有全部功能。欠压、过载、过流等保护，但并不是每种规格都有全部功能。53二、接触器二、接触器频繁地接通或断开大电流电路的自动切换电频繁地接通或断开大电流电路的自动切换电器。主要用于控制电动机，也可用于控制其器。主要用于控制电动机，也可用于控制其他电力负载。他电力负载。541.分类分类 交流接触器：交流接触器：交流接触器：交流接触器： 主触点接通或断开交流主电路主触点接通或断开交流主电路主触点接通或断开交流主电路主触点接通或断开交流主电路 。直流接触器：直流接触器： 主触点接通或断开直流主电路主触点接通或断开直流主电路主触点接通或断开直流主电路主触点接通或断开直流主电路 。u线圈电流种类与主触点电流可以相同，线圈电流种类与主触点电流可以相同，也可以不同。也可以不同。552、结构与原理结构与原理电磁机构电磁机构电磁机构电磁机构 触点系统触点系统触点系统触点系统 灭弧装置灭弧装置灭弧装置灭弧装置 感测部分感测部分感测部分感测部分 组成：线圈、铁心、组成：线圈、铁心、组成：线圈、铁心、组成：线圈、铁心、 衔铁衔铁衔铁衔铁 执行部分执行部分执行部分执行部分 分类：分类：分类：分类： 按原始状态按原始状态按原始状态按原始状态 常开触点常开触点常开触点常开触点 常闭触点常闭触点常闭触点常闭触点 按控制电路按控制电路按控制电路按控制电路 主触点主触点主触点主触点 辅助触点辅助触点辅助触点辅助触点563、与继电器的异同点与继电器的异同点相同点：相同点： 结构与工作原理和继电器基本相同结构与工作原理和继电器基本相同结构与工作原理和继电器基本相同结构与工作原理和继电器基本相同 不同点：不同点：继电器用于切换小电流的控制和保护电路，无继电器用于切换小电流的控制和保护电路，无灭弧装置；接触器用来控制大电流电路，有灭灭弧装置；接触器用来控制大电流电路，有灭弧装置弧装置继电器可以对各种输入量的变化作出反应；接继电器可以对各种输入量的变化作出反应；接触器只在一定的电压信号下动作。触器只在一定的电压信号下动作。574、图形和文字符号、图形和文字符号585、接触器的主要技术参数及型号、接触器的主要技术参数及型号 额定电压额定电压 额定电流额定电流 吸引线圈的额定电压吸引线圈的额定电压 电气寿命和机械寿命电气寿命和机械寿命额定操作频率额定操作频率主触点的额定工作电压主触点的额定工作电压直流有：直流有：110V、220V、440V交流有：交流有：127V、220V、380V、500V辅助触点的常用额定电压：交流辅助触点的常用额定电压：交流辅助触点的常用额定电压：交流辅助触点的常用额定电压：交流380V380V；直流；直流；直流；直流220V220V。主触点的额定电流：主触点的额定电流：5A、10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A、600A电气寿命指无需修理或者更换零件的负载操作次数电气寿命指无需修理或者更换零件的负载操作次数机械寿命在需要正常维修或者更换机械零件前，所机械寿命在需要正常维修或者更换机械零件前，所能承受的无载操作循环次数能承受的无载操作循环次数每小时的操作次数每小时的操作次数一般：一般：300次次/h、 600次次/h、 1200次次/h59接触器的型号含义CJ12-250/3CJ12-250/3含义为含义为含义为含义为CJ12CJ12系列交流接触器，额定电流系列交流接触器，额定电流系列交流接触器，额定电流系列交流接触器，额定电流250A250A，3 3个主触点个主触点个主触点个主触点 60CZ0-100/20CZ0-100/20含义为含义为含义为含义为CZ0CZ0系列直流接触器，额定电流系列直流接触器，额定电流系列直流接触器，额定电流系列直流接触器，额定电流100A100A，2 2个个个个常开主触点常开主触点常开主触点常开主触点616、接触器的选用、接触器的选用1 1）类型的选择）类型的选择）类型的选择）类型的选择 控制交流负载应选用交流接触器；控制直流负载控制交流负载应选用交流接触器；控制直流负载控制交流负载应选用交流接触器；控制直流负载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。接触器的类型应与负载性质则选用直流接触器。接触器的类型应与负载性质则选用直流接触器。接触器的类型应与负载性质则选用直流接触器。接触器的类型应与负载性质相一致。相一致。相一致。相一致。2 2）额定电压的选择）额定电压的选择）额定电压的选择）额定电压的选择 接触器的额定电压应大于或等于负载电路的电压接触器的额定电压应大于或等于负载电路的电压接触器的额定电压应大于或等于负载电路的电压接触器的额定电压应大于或等于负载电路的电压3 3）额定电流的选择）额定电流的选择）额定电流的选择）额定电流的选择 接触器的额定电流应大于或等于负载电路的额定接触器的额定电流应大于或等于负载电路的额定接触器的额定电流应大于或等于负载电路的额定接触器的额定电流应大于或等于负载电路的额定电流电流电流电流624 4）吸引线圈额定电压的选择）吸引线圈额定电压的选择）吸引线圈额定电压的选择）吸引线圈额定电压的选择 吸引线圈的额定电压应与控制回路电压相一致，吸引线圈的额定电压应与控制回路电压相一致，吸引线圈的额定电压应与控制回路电压相一致，吸引线圈的额定电压应与控制回路电压相一致，电压大于接触器线圈额定电压电压大于接触器线圈额定电压电压大于接触器线圈额定电压电压大于接触器线圈额定电压85%85%及以上时能可及以上时能可及以上时能可及以上时能可靠的吸合靠的吸合靠的吸合靠的吸合5 5）接触器触头数量、种类选择）接触器触头数量、种类选择）接触器触头数量、种类选择）接触器触头数量、种类选择 主触点和辅助触点的数量和种类应能满足控制系主触点和辅助触点的数量和种类应能满足控制系主触点和辅助触点的数量和种类应能满足控制系主触点和辅助触点的数量和种类应能满足控制系统的需要统的需要统的需要统的需要63本章小结重点：掌握各种低压电器的结构、工作原重点：掌握各种低压电器的结构、工作原理、应用场合、符号。理、应用场合、符号。了解各元器件的规格、技术参数、选用方了解各元器件的规格、技术参数、选用方法。法。64