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1、1电气控制技术2023/1/252教学计划教学计划：n本课程计划学时：48学时（3学分）n2.5学分课堂教学（上课12周）n0.5学分试验（4-6个试验）教学内容：l（上篇）电器控制l（下篇）PLC原理及应用2023/1/253考核办法：平时成绩占1/4期终测验成绩占2/4试验评分占1/42023/1/254参考书目：5.可编程序控制器原理及程序设计崔亚军等编电子工业出版社2.电器控制 李仁主编机械工业出版社1.现代电气控制技术郑萍主编重庆大学出版社3.可编程序控制器应用技术 廖常初等编重庆大学出版社4.可编程序控制器应用指南易传禄等编上海科普出版社2023/1/255学习要求：l熟练掌握断路
2、器、隔离开关、接触器、热继电器、熔断器在电路中的作用、特点、绘制符号、设计选型时要注意的重要技术参数。l熟练掌握行程开关、按钮开关在电路中的作用、绘制符号。l灵活掌握电气设备简单的起停保控制线路、异步电机正、反转电气控制线路、异步电机“Y/”电气控制线路等，理解它们的设计思 路，学会设计相应的电气控制电路。l透彻了解PLC的特点、为提高其可靠性采取的一些措施。l熟练掌握PLC的组成、各主要部件的功能、PLC的工作原理（扫描工作过程、系统响应时间），了解三菱FX2NPLC编程元件的地址。l熟练掌握梯形图使用的符号、概念、规则，学会自己设计PLC梯形图程序，掌握三菱FX2N PLC的基本指令。l熟
3、练掌握PLC程序设计的功能表图法和其基本概念，学会用功能表图法设计PLC控制程序并能熟练地转化为梯形图。l掌握PLC控制系统的特点、判断一个控制系统是否需要由PLC来构成的特性以及PLC选型时应考虑的问题。l学会用PLC设计控制系统（包括PLC硬件、软件和电气控制回路）。2023/1/256第一章常用低压电器及其符号低压电器（LowvoltageApparatus）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。本章主要介绍常见的接触器、继电器、低压断路器、万能转换开关、熔断器等设备的基本结构、功能及工作原理。上篇：电器控制2023/1/2571.1 电器
4、的作用与分类电器就是广义的电气设备。它可能很大、很复杂（如一台彩色电视机或者一套自动化装置）；它也可以很小、很简单（如一个钮子开关或者一个熔断器）。2023/1/258从工业控制的角度看“电器”电器是指能根据特定的信号和要求，自动/手动地接通/断开电路；断续/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、变换和调节的电气设备。2023/1/259电器的种类繁多，构造各异n通常按以下分类方法分为几类：2023/1/2510按所控制的对象分：低压配电电器（DistributingApparatus），用于配电系统，如刀开关、熔断器等低压控制电器（ControlApparatus
5、），用于电力拖动自动控制系统和其他用途的设备中。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；按电压等级分：高压电器（High-voltageApparatus）、低压电器（Low-voltageApparatus）；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）2023/1/2511按电器组合分：单个电器、成套电器与自动化装置；按有无触点分：有触点电器、无触点电器、混合式电器；按使用场合分：一般工业用电器、特殊工矿用电器、农用电器、其他场合（如航
6、空、船舶、热带、高原）用电器。2023/1/2512按所控制的对象分：低压配电电器（DistributingApparatus），用于配电系统，如刀开关、熔断器等低压控制电器（ControlApparatus），用于电力拖动自动控制系统和其他用途的设备中。按电压等级分：高压电器（High-voltageApparatus）、低压电器（Low-voltageApparatus）；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；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
7、器、牵引与传动电器）按电器组合分：单个电器、成套电器与自动化装置；按有无触点分：有触点电器、无触点电器、混合式电器；按使用场合分：一般工业用电器、特殊工矿用电器、农用电器、其他场合（如航空、船舶、热带、高原）用电器。本章主要涉及低压电器、电力拖动、自动控制电器，如交直流接触器、各类继电器、自动空气断路器、行程开关、熔断器、主令电器等。2023/1/25131.2低压电器的电磁机构及执行机构从结构上来看，电器一般都具有两个基本组成部分感测部分、执行部分。感测部分接受外界输入的信号，并通过转换、放大、判断，作出有规律的反应，使执行部分动作，输出相应的指令，实再控制的目的。执行部分则是触头。对于有触
8、头的电磁式电器，感测部分大都是电磁机构；对于非电磁式的自动电器，感测部分因其工作原理不同而各有差异，但执行部分仍是触头。2023/1/25141.2.1 电磁机构1.2.1 电磁机构电磁机构是各种自动化电磁式电器的主要组成部分一，它将电磁能转换成机械能，带动触点使之闭合或断开。电磁机构由吸引线圈和磁路两部分组成。磁路包括铁心、衔铁、铁轭和空气隙。312312图2.1常用电磁机构的形式1.铁心2.线圈3.衔铁2023/1/25151.2.2执行机构低压电器的执行机构一般由主触点及其灭弧装置组成。(a)点接触(b)线接触(c)面接触图2.2 触点的3种接触形式1、触点2023/1/25162、电弧
9、的产生与灭弧装置n磁吹式灭弧装置n灭弧栅n灭弧罩n多断点灭弧当断路器或接触器触点切断电路时，在拉开的两个触点之间将出现强烈火花，根据上述电弧产生的物理过程可知，欲使电弧熄灭，应设法降低电弧温度和电场强度，以加强消电离作用。当电离速度低于消电离速度，则电弧熄灭。（a）闭合状态（b）断开状态图2.3 桥式触点1.动触点；2.静触点；3.电弧12（a）闭合状态32023/1/25171.3 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。接触器是利用电磁吸力的作用来使触头闭合或断开大电流电路的，是一种非常典型的电磁式电器。接触器的主要组成部分为：l电磁
10、系统：感测部分，l触头系统：执行部分。触头工作时，需经常接通和分断额定电流或更大的电流，所以常有电弧产生，一般情况下都装有灭弧装置，并与触头共称触头一灭弧系统，2023/1/2518接触器按其主触头通过的电流种类，分为：直流接触器、交流接触器。按主触头的极数又可分为：单极、双极、三极、四极和五极等几种。直流接触器一般为单极或双极；交流接触器大多为三极，四极多用于双回路控制，五极用于多速电动机控制或者自动式自耦减压起动器中。接触器分类2023/1/25191.3.1接触器的主要技术数据n额定电压主触点上的额定电压n额定电流主触点的额定电流n线圈的额定电压通常用的电压等级为：2023/1/2520
11、接触器的主要技术数据n额定操作频率额定操作频率指每小时接通次数。现代生产的接触器，允许接通次数为150-1500次/h。n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。现代生产的接触器其电寿命可达50-100万次，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。机械寿命可达500-1000万次。（106-7数量级）2023/1/2521接触器的主要技术数据n接触器的电气符号(a)线圈(b)主触点(c)常开辅助触点(d)常闭辅助触点KMKMKMKM图2.4接触器符号2023/1/25221.3.2交流接触器交流接触器（AlternatingCur
12、rentContactor）一般有3对主触头，两个动合（常开）辅助触头，两个动断常闭辅助触头。中等容量及以下为直动式，大容量为转动式。目前，国内市场产品繁多，举不胜举。有工厂自行设计改进的，有全国统一设计研制的，也有引进国外制造技术生产的，还有国外产品。介绍几种具有代表性的产品（可参考电气工程手册）。2023/1/25231.3.3 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。随着控制对象及其运行方式不同，接触器的操作条件也有较大差别。接触器铭牌上所规定的电压、电流、控制功率及电气寿命，仅对应
13、于一定类别的额定值。GB1497-85低压电器基本标准列出了低压电器常见的使用类别及其代号，详见电气工程手册附录。2023/1/25241.4 继电器继电器（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。继电器由承受机构、中间机构和执行机构三部分组成。承受机构反映断电器输入量，并传递给中间机构，将它与预定的量（即整定值）进行比较，当达到整定值时（过量或欠量），中间机构就使执行机构产生输出量，用于控制电路的开、断。继电器通常触点容量较小，接在控制电路中，主要用于反应控制信号，是电气控制系统中的信号检测元件；而接触器触点容量较大，直接用于开、断主电路，是电气控制系统中的执行元件。2
14、023/1/25251.4.1 继电器的特性及主要参数按输入量的物理性质分为电压继电器、电流继电器、功率继电器、时间继电器、温度继电器、速度继电器等；按动作原理分为电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、热继电器、电子式继电器等；按动作时间分为快速继电器、延时继电器、一般继电器；按执行环节作用原理分为有触点继电器、无触点继电器；2023/1/2526继电器的主要特点是具有跳跃式的输入-输出特性，电磁式继电器的特性如图2.5所示，这一矩形曲线统称为一般，继电器的吸合时间、释放时间为0.050.15sy1x1x2图2.5 继电特性曲线x0继电特性曲线2023/1/25271.4.2 电磁式继电器
15、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。中间继电器实际上也是一种电压继电器，只是它具有数量较多、容量较大的触点，起到中间放大（触点数量及容量）作用。电磁式继电器的结构与原理与接触器类似，是由铁心、衔铁、线圈、释放弹簧和触点等部分组成客观上，接触器与中间继电器无截然的分界线。某些容量特别小的接触器与一些中间继电器相比，无论从原理和外观都难以看出有什么明显的不同。2023/1/2528电磁式继电器种类很多，下面仅介绍几种较典型的电磁式继电器。n电流/电压继电器(a)欠电流继电器符号常开触点KI常闭触点KI线 圈KII图2.6 电流继电器符号常开触点KI常闭触点KI202
16、3/1/2530(a)过压继电器符号线 圈KVU常开触点KV常闭触点KVKV(b)欠压继电器符号图2.7 电压继电器符号线 圈KVU常开触点KV常闭触点KVKV(b)欠压继电器符号图2.7 电压继电器符号线 圈KVU常开触点KV常闭触点2023/1/2532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。它输入的是线圈的通电断电信号，输入信号为触点的动作。其触点数量较多，各触点的额定电流相同。中间继电器通常用来放大信号，增加控制电路中控制信号的数量，以及作为信号传递、连锁、转换以及隔离用。图2.8中间继电器符号KA线 圈常开触点KA常闭触点KA
17、中间继电器2023/1/25331.4.3 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）。这里指的延时区别于一般电磁继电器从线圈得到电信号到触点闭合的固有动作时间。时间继电器一般有通电延时型和断电延时型，其符号如图2.9所示。断电延时合线 圈通电延时合通电延时断线 圈断电延时断（a）通电延时继电器符号（b）断电延时继电器符号图2.9 时间继电器符号KTKTKTKTKTKT2023/1/25341.4.4 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。它是通
18、过其机械结构中可动部分的动作，将机械信号变换为信号，以实现对机械的电气控制。行程开关由3个部分组成：1.操作头：它是开关的感测部分，它接受机械结构发出的动作信号，并将此信号传递到触头系统。2.触头系统：开关的执行部分，它将操作头传来的机械信号，通过本身的转换动作，变换为电信号，输出到有关控制回路，使之能按需要作出必要的反应。3.外壳2023/1/25351、JW系列基本型微动开关习惯上把尺寸甚小且极限行程甚小的行程开关称为微动开关（SensitionSwitch）图2.10JW系列微动开关2023/1/25362、LX19K型行程开关它由按钮、常开静触点、常闭静触点、接触桥（桥式动触点）、触头
19、弹簧、恢复弹簧和塑料基座等组成。图2.11LX19K行程开关结构标意图+2023/1/25373、JLXK1系列行程开关在JLXK1系列行程开关中采用了触头的速动机构。JLXK1系列行程开关头部的操作机构可在相差90的4个方向任意安装，而且能够通过调整撞块的位置和方向，以适应不同的需要和满足单向或双向动作的要求。常开触点常闭触点图2.12 行程开关触点符号SQSQ2023/1/25381.4.5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。热继电器的测量元件通常用双金属片，它是由主动层和被动层组成。
20、主要层材料采用较高膨胀系数的铁镍铬合金，被动层材料采用膨胀系数很小的铁镍合金。因此，这种双金属片在受热后将向膨胀系数较小的被动层一面弯曲。2023/1/2539双金属片有直接、间接和复式3种加热方式。直接加热就是把双金属片当作发热元件，让电流直接通过；间接加热是用与双金属片无电联系的加热元件产生的热量来加热；复式加热是直接加热与间接加热两种加热形式的结合。热元件常闭触点图2.14 热继电器符号FRFR双金属片热元件触头导 板图2.13热继电器原理图2023/1/25401.5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
21、配电系统，作为线路的过负载及系统的短路保护用。FU2023/1/25411.5.2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。QSQSHR3系列熔断器式刀开关适用于交流50Hz、额定电压380V和直流电压440V、额定电流100-600A的工业企业配电网络中，作为电缆、导线及用电设备的过负载和短路保护，以及在网络正常供电的情况下不频繁地接通和切断电源。2023/1/25421.5.3 低压断路器低压断路器（AutomaticCicuitBreaker）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
22、自动空气断路器，简称自动空气开关或自动开关。低压断路器与接触器不同的是，虽然允许切断短路电流，但允许操作的次数较低，不适宜频繁操作。低压断路器主要由触头系统、操作机构和保护元件组成。主触头由耐弧合金制成，采用灭弧栅片灭弧。操作机构较复杂，其通断可用手柄操作，也可用电磁机构操作，大容量的断路器也可采用电动机操作。QSQS2023/1/25431.5.4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。在控制系统中用以控制电力拖动系统的起动与停止，以及改变系统的工作状态，如正转与反转。主令电器可直接作用于控制线路，也可以通过电磁式电器间接作用
23、。它是一种专门发号施令的电器，故称主令电器。主令电器应用广泛，种类繁多，主要有控制按钮、万能转换开关等。2023/1/2544QSQS按钮、旋钮开关2023/1/2545万能开关一种多挡式、控制多回路的主令电器。它可用为各种配电装置的远距离控制，也可作为电压表、电流表的转换开关，或作为小容量电动机的起动、调速和换向之用。由于换接的线路多、用途广，故有“万能”之称。正转停止反转132579116812410M2023/1/2546第二章：基本电气控制线路2.1电气设备简单的起停保控制线路（投影太暗）电源保护电源开关电动机主回路电动机起停控制M123456L2L3QSFU1KMFRL1PEFRSB
24、1SB2KM333FU2KM6 X图3-1 简单的起、停、保护电气控制线路2023/1/25472.2 多地点控制线路图3-2 电动机的多地点控制SB3SB2SB1SB4SB5SB6KMKMSB3SB2SB1SB4SB5SB6KMKM(a)(b)2023/1/25482.3异步电机正、反转电气控制线路图3-3按钮控制的异步电动机正反转电路M12345L2L3QSFU1FRL1PEFRSB3FU2KM233376电源保护电源开关 电机主回路正向 反向电机控制 正向 反向KM2SB1KM1SB26784448 6KM1KM2KM1KM1KM22023/1/25492.4 异步电机“Y-”降压起动电
25、气控制线路图3-4异步电动机Y-降压起动电路M12345L2L3FU1L1PEFRFU2KM13337 X电源保护电源开关电动机起停控制电动机起动Y-换接的时间控制SB267844410 7109333X电动机Y-换接SB1KM1KM3KM29KM2KM3KM2KT89KTKTQSKM1FRKM3KM22023/1/2550第三章：常用电器元件的选择3.1 按钮按钮是一种用来短时接通/断开小电流控制电路的主令电器选择依据是：触点对数、动作要求、结构形式、颜色、是否自带指示灯等；电压等级、通流能力（18A）。启动按钮绿色停止按钮红色紧急操作蘑菇式按钮2023/1/25513.2 断路器断路器除了
26、断开电路的作用外，还具有电流过载、欠压、短路保护的作用。断路器类型有：框架式、塑料外壳式、限流式、手动操作式、电动操作式。选择依据是：极数、额定电流、电压类型、电压等级、分断能力、动作频繁程度等。2023/1/25523.3 接触器接触器分两大类:直流接触器、交流接触器选择依据是：主触头数、额定电流（IKM）、线圈控制电压的类型、等级等。对电机负载：IKMIKM=Pe/（K*Ue）orIKM=K*Ie其中K=11.4Pe=电机额定功率Ue=电机额定线电压Ie=电机额定线电流2023/1/25533.4热继电器热继电器主要用于电机过载保护。热继电器分为三种形式：两相式、三相式、三相带缺相保护式选
27、择依据是：形式、额定电流IFR2023/1/2554保护电流的整定保护电流：热继电器中热元件的整定电流，可根据使用对象进行可调整，调整范围：约为0.81.2IFR（IFR是热继电器的额定电流）整定电流的取值：一般取0.951.05Ie（电动机的额定电流），对过载能力较差的电机可选得更小些。2023/1/25553.5熔断器熔断器主要用于短路保护。熔断器结构上主要由熔断器座、熔断体（熔体）组成熔断器分插入式、螺旋式、填料封闭管式等等。选择依据是：形式、熔体额定电流（IFU）。1、对电流较为平稳的负载（如照明、信号、热电电路等），熔体额定电流就取线路的额定电流。2、对具有冲击电流的负载（如电动机），熔体额定电流可利用公式计算。2023/1/25561、对电流较为平稳的负载（如照明、信号、热电电路等），熔体额定电流就取线路的额定电流。单台电机：IFU=1.52.5Ie多台电机：IFU=1.52.5INmax+Ie式中INmax功率最大电机的额定电流Ie除去功率最大电机之外，其余电机额定电流之和轻载、起动时间短取1.5；重载、起动时间长、起停频繁则取2.5。2、对具有冲击电流的负载（如电动机），熔体额定电流可利用公式计算。2023/1/25