工厂电气控制技术(PPT236页)

工厂电气控制技术 第三版 方承远 张振国 编著 机械工业出版社绪 论一、“工厂电气控制技术课程的性质和任务性 质 实践性强的专业课。内 容 电机、其他执行电器为控制对 象，介绍电气控制的根本原 理、线路、程序及控制装置的 设计方法。目 标 1、电气控制线路、程序、技术资料 的阅读分析能力。 2、电气控制线路、程序的设计能力。任 务 ： 1、熟练掌握常用控制电器、电气控制线路的构 成、原理及用途，独立分析和设计能力。 2、掌握可编程序控制器PLC的根本构成、 工作原理、特点及其应用开展情况。 3、掌握小型PLC的硬件构成、工作原理、编程 语言、指令系统与编程方法。 4、掌握PLC控制系统的设计方法、设计过程、 步骤、PLC模块选择方法、应用程序设计 与调试方法等。二、电气控制技术的开展控制方法 手动 自动控制功能 简单 复杂操作方式 笨重 轻巧控制原理 有触点硬接线继电器 微处理器的软件控制方式 集中拖动 顺序控制 DCS 网络 现场总线 以太网新 技 术 综合应用电子技术、检测技术、 计算机技术、自动控制理论M23YAM33M!3反转正转停SA5FU1FU2KM3 12KM2 9KM4 15RU1V1W1FR1 7KS 5.5kW1410r/min 1.5kW1410r/minU2V2W2FR2 13快速进给 0.125kW2790r/minKM6 19KM5 18KM1 7U3V3W3FR3 7 150VA380 /127V 60VA380 / 36VFUELTQSL1L2L331关SA4开32总总开关及保护护 主轴转动轴转动起动动 制动动 进给传动进给传动正转转 反转转冷确泵泵 变压变压 器及照明主电路第一章 继电接触器逻辑控制根底意 义 继电器、接触器控制技术是进 代先进电气控制根底。低压电器 电力拖动自动控制系统的根本 组成元件。介 绍 常用低压电器元件的用途、类 型、符号、选用四方面。举 例 电气线路的阅读分析方法。 第一节 电器的根本知识 一、电器的定义及分类一电器的定义 但凡自动或手动接通和 断开电路，以及能实现 对电路或非电对象切 换、控制、保护、检 测、变换和调节目的的 电气元件统称为电器。 二电器的分类1、按工作电压等级分类1低压电器 交流AC 1200V； 直流DC 1200V； 直流DC 1500V。2、按用途分类1控制电器 用于各种控制电路和控制系统的电器。2主令电器 用于各种控制系统中发送控制指令的电 器。3保护电器 用于保护电路及用电设备的电器。4配电电器 用于电能的输送和分配的电器。5执行电器 用于完成某种动作或传动功能的电器。3、按工作原理分类1电磁式电器 依据电磁原理来工作的电器。2非电类控制电器 电器的工作是靠外力或某种非电物理量 的变化而动作的电器。二、电磁式电器的工作原理与结构特点组成： 感测局部电磁结构； 触头系统执行局部。一电磁结构 作用将电磁能量转换为机械能量，带 动触头动作，完成接通和分断电 路。 组成吸引线圈、铁心、衔铁等。1、常用的磁路结构图11 1衔铁沿棱角转动的拍合式铁心 广泛应用于直流电器中。 2衔铁沿轴转动的拍合式铁心 应用触点容量较大的交流电器中。 3衔铁直线运动的双E形直动式铁心 多用于交流接触器、继电器中。2、吸引线圈 作用将电能转换成磁场能量。 注意结构、交、直流、热的产生。图11 常用的磁路结构线圈自然状态 没有电图11 常用的磁路结构线圈通电图11 常用的磁路结构机械运动图11 常用的磁路结构 通电后动作情况机械运动二电磁吸力与吸力特性 电磁吸力 11式中 Ft 电磁吸力，单位为N； B 气隙中磁感应强度，单位为T； S 磁极截面积，单位为m2 ； 固定铁心与衔铁之间的气隙。直流电磁铁时 B恒定值；交流电磁铁时 BBmsint。 12将式12代入式11整理得式中 电磁吸力最大值； 电磁吸力平均值。吸力特性吸力Ft与铁心间隙的特性曲 线。 图12直流电磁铁曲线 1 励磁电流 I 与气隙 无关； 动作过程为 恒磁通势； F21/Rm21/2 吸力大小 随陡峭。交流电磁铁曲线 2 设线圈电压U不变，那么UE4.44fN， U/4.44fN，由磁路定律NI/Rm 励磁电流 I 与气隙 成正比； 动作过程为 近似恒磁通； 吸力大小 随 平坦。图12 电磁铁的吸力特性1直流电磁铁吸力特性 2交流电磁铁吸力特性 3反力特性 123F0分析曲线形状为什么？三反力特性和返回系数反力特性 反作用力 Fr 与气隙 的关系曲线。图12 曲线 3 注意： 吸合 保证吸力特性位于反力特性上方； 释放 : : : 下方。返回系数-反映灵敏度的参数 释放电压 Ure 或电流 Ire 与吸合电压 Uat 或电流 Iat 。 或四交流电磁机构上短路环的作用图13 交流电磁机构实际吸力曲线tFatF 交流分量FFatmF0Fr 0最大值 交流分量反力 由上述公式可知交流电磁铁的吸力是一个两倍电源频率的周期量，即 恒定分量 F0 最大吸力 Fat 的一半 ； 交变分量 F0cos2t F0 。 所以 Fat 0 Fatm Fat的结果有时 0 那么 Fat F0 F0cos2t F01-衔铁 2-铁心 3-线圈 4-短路环图1-4 交流电磁铁的短路环三、电器的触点系统和电弧一电器的触点系统 作用起接通和分断电路。结构型式：1、桥式触点 图15 a、b2、指形触点图15 c图15 触点的结构型式运动过程用力按下运动过程结束产生摩擦动作产生摩擦动作二电弧的产生及灭弧方法 I、U 大到某一数值时产生电弧。 U 1220V间； I 几百mA间。 原因 触头气体在电场作用下电离放电、 游离现象。 结果 产生高温、发出强光，触头烧毁。 常用的灭弧方法：1、电动力灭弧 图16 应用 一般交流电路中。图16 电动力灭弧示意图FF2、磁吹灭弧 图17 应用 直流电路中。图17 磁吹灭弧示意图1次吹线圈 2绝缘套 3铁心 4引弧角 5导磁夹板 6灭弧罩 7动触头 8静触头 321 4 5 6783、窄缝灭弧 图18 应用 交、直流电路中。图18 窄缝灭弧示意图4、栅片灭弧 图19 应用 高压电路中。图19 栅片灭弧示意图123FII第二节 常用低压电器常 用 开关、熔断器、主令电器、接触器和各种继电器一、开关电器开关应用于配电线路作电源的隔离、保护与控制。一、刀开关应用在低压电路中，作为不频繁接通、断开电路。原理依靠手动来实现触刀插入插座与脱离插座的控制电路 的通、断。参数额定电压、额定电流、通断能力、动稳定电流、热稳 定电流。类型大电流刀开关、负荷开关、熔断器式刀开关。选择使额定电压、额定电流 电路的额定电压、额定电流注意安装手柄向上、电源接上端、负载接下端。产品HD14、HD17、HS13、HK2、HH4、HR3 。型号含义：0 不带灭弧罩 1 带有灭弧罩 8 板前接线 9 板后接线 10 极数 11 额定电流 11 中央手柄 12 侧面正向操作13 中央杠杆操作14 侧面手柄 15 HD 单投刀开关16 HS 双极刀开关图形符号及文字符号如图110。图1-10 刀开关的符号a单极 b双极 c三极QS或a b cQSQS二、转换开关应用在电气设备中，作为非频繁接通、断开电 路、换接电源和负载，测量三相电压以及控 制小容量感应电动机。原理依靠转动手柄，使动触头与两侧静触头接通 和断开电路。参数额定电压、额定电流、通断能力、动稳定电 流、热稳定电流。类型单极、双极和多极。选择使额定电压、额定电流 电路的额定电压、 额定电流产品HZ5、HZ10、HZ15。转换开关的结构示意图。图111 转换开关的结构示意图L1 L2 L3U V W图形符号及文字符号如图112。图1-12 转换开关的符号a单极 b三极QSa bQS三、断路器 自动开关应用在低压电气中，作为非频繁接通、断开电 路、换接电源和负载，在电路发生短路、过 载或欠压等故障时，能自动分断故障电路， 是保护电器。原理依靠手动或电动合闸，触头闭合后，自有脱 扣机构将触头锁在合闸位置上。保护过电流、欠压、热、分励、自由脱扣。参数额定电压、额定电流、极数、脱扣器类型、 整定电流范围、分断能力、动作时间。类型单极、双极和多极。图113 断路器工作原理图L1 L2 L3主触头自由脱扣机构过电流脱扣器分励脱扣器热脱扣器欠电压脱扣器按钮负 载L1、L2、L3无电时的断开状态L1 L2 L3主触头自由脱扣机构过电流脱扣器分励脱扣器热脱扣器欠电压脱扣器按钮负 载L1、L2、L3有电的断开状态L1 L2 L3主触头自由脱扣机构过电流脱扣器分励脱扣器热脱扣器欠电压脱扣器按钮负 载接 通 状 态断路器过电流脱扣动作L1 L2 L3主触头自由脱扣机构过电流脱扣器分励脱扣器热脱扣器欠电压脱扣器按钮运动负 载断路器过电流脱扣动作L1 L2 L3主触头自由脱扣机构过电流脱扣器分励脱扣器热脱扣器欠电压脱扣器按钮脱开负 载选择使额定电压、额定电流 电路的额定 电压、通断能力电路的最大短路电 流、场合和保护要求。产品DZ10、DZ15、C45N、S060等。调整： 1、过载整定电流使用电流、注意动作时 间 2、过电流脱扣器整定电流正常尖峰电流 3、欠电压脱扣器的额定电压电路电压 4、级间保护的配合满足系统要求，防止越 级跳闸。图形符号及文字符号如图114。图1-14 断路器的符号QF四、漏电保护断路器 应用防止触电，安装在电表和熔断器后。原理电流互感器作用原理。保护漏电流自动断电。参数额定电压、额定电流、极数、额定漏 电动作电流、额定频率、额定漏动作 电时间。类型单极、双极和多极。 原理图1-15原理图如图1-15图1-15 DZL18-20型漏电保护断路器原理图abSBR TCC1R1C2 R2R3R4L NbaVKAKA二、 熔断器一熔断器的用途应用配电线路的严重过载和短路保护。二熔断器的结构及工作原理原理通过流过电路的过大电流产生的热效 应熔断熔丝安秒特性曲线而断开 和保护电路。 熔断器的安秒特性曲线见图1-18图1-18 熔断器的安秒特性曲线熔断器的安秒特性曲线0 0 Imin Imin I I/ /I IN Nt熔断区正常工作区过 载 区三熔断器的类型与技术参数1、插入式 RC1A系列，低压分支电路，I小民用2、螺旋管式 RL6 用于机床，RLS2 用于整流、 晶闸管3、封闭管式 RT12有填料、无填料、快速，低 压电网4、新型1自复式 RZ1 不能切断电源，与断路器配 合使用2高分断能力 NT 应用电气装置、配电设备四熔断器的选择1、类 型 线路要求、使用场合、 安装条件、适用范围；2、额定电压 使额定电压 线路的额定电压；3、额定电流 熔体的额定电流与负载相匹配； 1阻性负载熔体额定电流略 电路的额定电流； 2电机负载 单台电机 Ifu 1.52.5IN 多台电机 Ifu 1.52.5INmaxIN式中 IN 电机额定电流； INmax 容量最大的一台电机额定电流； IN 其它电机额定电流的总和。 3电容负载设备中 熔体的额定电流1.6倍电容额定电流； 4配电系统中 主回路熔体的额定电流 支路熔体的额定电流4、额定分断能力 额定分断能力 电路中可能最大故障电流5、选择保护特性 分支故障时故障点最近处动作 熔断器的图形符号及文字符号如图1-19图1-19 熔断器的符号FU总结：应用配电线路的严重过载和短路保护。原理通过流过电路的过大电流产生的热效应熔断 熔丝安秒特性曲线而断开和保护电路。参数额定电压、额定电流、熔体额定电流、额定 分断能力。类型插入式、螺旋管式、封闭管式、自复式、高 分断能力。产品RL1A、RLS2、RM10、RT12、RS3、 RZ1等等 。 三、 主令电器应用在控制系统中专用于发布控制指令 电器。一控制按钮应用在低压控制电路中用于发布手动控 制指令。选择使额定电压、额定电流 电路的额 定电压、额定电流。 结构示意图见图 1-20 图形符号及文字符号如图 1-21图1-20 按钮结构示意图图1-21 按钮符号a常开触点 b常闭触点 C复式触点SBa b