电气控制与PLC 第1章

1、第1章 常用低压控制电器,电气控制与PLC,1.1 低压电器的基本知识 1.2 刀闸开关和主令电器 1.3 接触器 1.4 继电器 1.5 低压断路器 1.6 熔断器,1.1 低压电器的基本知识,目的与任务：会编写简单的梯形图,重点与难点：典型单元梯形图,低压电器通常是指工作在交流电压小于1200V、直流电压小于1500V的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器设备以及利用电能来控制、保护和调节非电过程和非电装置的用电装备。,我国现行标准将工作电压交流1200v、直流1500v以下的电气线路中起通断、保护、控制或调节作用的电器称为低压电器。,1.1.1 低压电器的分类,1根据用途或所控制的对象可分为：,1）低压配电电器 这类电器包括刀开关、转换开关、熔断器和自动开关。主要用于低压配电系统中，要求在系统发生故障的情况下动作准确、工作可靠。2）低压控制电器 这类电器包括接触器、继电器、控制器等。主要用于电气传动系统中，要求寿命长、体积小、重量轻、工作可靠。 3）低压主令器 这类电器有按钮、主令开关、行程开关和万能开关等。主要用于发送控制指令的电器，要求是操作频率要高、抗冲击，电器和机械寿

2、命要长。,4）低压保护电器这类电器有熔断器、热继电器、电压继电器、电流继电器和避雷器等。主要用于对电路和电气设备进行安全保护的电器，要求有一定的通断能力，反应要灵敏，可靠性要高。5）低压执行电器这类电器有电磁铁、电磁离合器等。主要用于执行某种动作和传动功能的电器。,2）非自动切换电器 依靠外力（如人工）直接操作来进行切换等动作。如手动电器。通过人力做功来完成接通、分断、启动、反向和和停止等动作的电器。常用的手动电器有刀开关、按钮、转换开关等。,2按低压电器的动作方式可分为：,1）自动切换电器 依靠电器本身参数变化或外来信号（如电、磁、光、热等）而自动完成接通、分断或使电机起动、反向以及停止等动作。如接触器、继电器等。,3按电器的执行机能可分为：,3按电器的执行机能可分为有触点电器和无触点电器。一般用途的低压电器（称为基本系列）的使用环境条件为：海拔高度不超过2000m；周围空气温度为-2540；空气相对湿度90下；安装倾斜度不大于5；无爆炸危险的介质及无显著摇动和冲击振动的场合。对于在特殊环境和工作条件下使用的各类低压电器，常在基本系列产品的基础上进行派生，构成如防暴电器、船舶电器、化

3、工电器、热带电器、高原电器以及牵引电器等。,1.1.2 低压电器的基本结构,从结构上看，电器一般都具有两个基本组成部分，即感测部分与执行部分。感测部分接受外界输入的信号，并通过转换、放大与判断做出有规律的反应，使执行部分动作，或者输出相应的指令，实现控制的目的。对于有触点的电磁式电器，感测部分大都是电磁机构，而执行部分则是触头系统。,电磁机构的作用是将电磁能转换成为机械能并带动触点闭合或断开。,电磁机构,1）工作原理电磁机构通常采用电磁铁的形式，有吸引线圈、铁心（亦称静铁心）和衔铁（也称动铁心）三部分组成。,当线圈通入电流后，磁通通过铁心、衔铁和气隙形成闭合回路，衔铁受电磁吸力的作用吸向铁心，衔铁同时又受弹簧拉力作用，只有当电磁吸力大于弹簧反力时，衔铁才能被铁心吸住。电磁吸力应大于弹簧反力，以便吸牢，但吸力又不宜过大，若过大则在吸合时衔铁与铁心将发生严重撞击。,直流励磁的电磁铁和交流激磁的电磁铁在结构上也不相同。直流电磁铁在稳定状态下通过恒定磁通，铁心中没有磁滞损耗和涡流损耗，不产生热量，只有线圈是产生热量的热源，故直流电磁铁的线圈没有骨架，且成细长形，以增加它和铁心直接接触的面积 ，

4、 而使线圈产生的热量通过交变磁通，铁心中有磁滞损耗和涡流损耗，产生热量，因此铁心用硅钢片叠压而成，以减小铁损，并将线圈制成短粗形，由线圈骨架把它和铁心隔开，以免铁心的热量传递给线圈使其过热而烧坏。,2. 触头系统触头是电器的执行部件，这些电器就是通过触头的动作来接通与分断电路的。因此，触头工作的好坏直接影响整个电器的工作性能。触头的工作状态可分为闭合状态、闭合过程和分断过程。1) 闭合状态 触头闭合工作时，由于接触表面凹凸不平，接触电阻加大，损耗增大，温度升高，表面氧化加剧，因此对触头的容许温升有一定的要求。2) 载流情况下触头的闭合,3) 载流情况下触头的分断,电弧形成的过程是：当触头间刚出现断口时，两触头间距离极小，电场强度极大，在高热和强电场作用下，金属内部的自由电子从阴极表面逸出 ，奔向阳极，这些自由电子在电场中运动时撞击其他中性气体分子。因此，在触头间隙中产生了大量的带电粒子，使气体导电形成了炽热的电子流即电弧。电弧一经产生，便在弧隙中产生大量热能，电压越高，电流越大，即电弧功率越大，弧区温度越高，电弧的游离因素就越强。与此同时，弧隙中还存在着去游离因素，因为已游离的正离子和

5、电子在空间相遇要进行复合，重新形成中性的分子，同时高度密集的高温离子和电子，要向周围密度小，温度低的介质方面扩散，使弧隙内离子和自由电子浓度降低，电弧电阻增加，电弧电流减小，热游离大为削弱。所以，电弧是游离与去游离的统一体，触头分断是切断电流，应使电弧尽快熄灭。为此，应抑制游离因素而加强去游离因素，若去游离处于主导地位，就能使电弧熄灭。,4) 灭弧措施 各种有触点电器都是通过触点的开、闭来通、断电路的，触点接通电路时存在着接触电阻，引起触点温升；触点分断电路时，由于热电子发射和强电场的作用，使气体游离，从而在分断瞬间产生电弧。开关电器在开端电路时产生的电弧，一方面使电路仍旧保持导通状态，延迟了电路的开断，另一方面会烧损触点，缩短电器的使用寿命。所以不少电器采取了灭弧措施，归纳起来主要有下列几种。, 依靠触点的分开，机械的拉长电弧。 利用流过导电回路或特制线圈的电流在弧区产生磁场，使电弧受力迅速移动和拉长电弧。 将电弧分隔成许多串联的短弧。 依靠磁场的作用，将电弧挤入用耐弧材料制成的狭缝中，以加快电弧的冷却。 在封闭的灭弧室中，利用电弧自身能量分解固体材料产生气体，以提高灭弧室中的压力，

6、或者利用产生的气体进行吹弧。,不同电器采用不同的灭弧措施，有些则采用多种措施，例如石英砂熔断器的熔片用纯银片冲成变截面 的形状，放在密封的管内，管内充满石英砂，当出现短路电流时，熔片狭颈片熔断，气化，形成几个串联的短弧，熔片气化后，体积受石英砂限制，不能自由膨胀，因此产生很高的压力，此压力推动弧隙中游离气体迅速向周围石英砂中扩散，并受到石英砂的冷却，从而有较强的灭弧能力。,1.2 刀闸开关和主令电器,刀闸开关属于非自动切换的开关电器，一般用于主电路电源的控制。主令电器也属于非自动切换的开关电器，用于控制电路电源的控制，在控制电路系统中用来发布命令，包括按钮、转换开关、行程开关和接近开关等。它们使控制系统的状态改变。,刀闸开关是一种手动电器，主要用来手动接通与断开交、直流电路，通常只作隔离开关使用，也可用于不频繁地接通与分断额定电流以下的负载，如小型电动机、电炉等。刀开关按极数划分有单极、双极与三极几种。其结构都由刀片、触点座、手柄和底板组成。,1.2.1 刀闸开关,为了使用方便和减小体积，在刀开关上再安装上熔丝或熔断器，组成兼有通、断电路和保护作用的开关电器，如胶盖闸刀开关、熔断式刀开

7、关等。,1. 胶盖闸刀开关胶盖闸刀开关主要用于频率为50Hz，电压小于380V，电流小于60A的电力线路中，作为一般照明、电热等回路的控制开关；也可用作分支线路的配电开关。三极的胶盖闸刀开关适当降低容量时可以直接用于不频繁起动和停止的小型电动机控制，并借助于熔丝起过载保护作用。常用的有HK1、HK2系列。 2. 组合开关组合开关也是一种刀闸开关，不过它的刀片（动触片）是转动式的，比刀开关轻巧而且组合性强，能组成几十种接线方式。组合开关分为单极、双极、和多极三类。其主要参数有额定电压、额定电流、允许操作频率、极数、可控制电动机最大功率等。,组合开关在电气原理图中的画法，如图1-1所示。图中虚线表示操作位置，而不同操作位置的各对触点通断状态示于触点下方或右侧，规定用与虚线相交位置上的涂黑圆点表示接通，没有涂黑圆点表示断开。另一种是用触点通断状态表来表示，表中以“”（或“”）表示触点闭合，“”（或无记号）表示分断。,图1-1 组合开关的图形符号,组合开关的型号含义,1.2.2 主令电器主令电器是在自动控制系统中发出指令或信号的电器，故称为主令电器，主要用来接通和分断控制电路以达到发号施令的目

8、的。主令电器应用广泛，种类繁多，最常见的有控制按钮、行程开关、万能转换开关。,1控制按钮控制按钮的主要技术要求：规格、结构型式、触点对数和按钮的颜色。通常所选用的规格为交流额定电压500V，允许持续电流为5A。结构型式有多种，适合于以下各种场合：紧急式装有突出的蘑菇形钮帽，以便紧急时操作；旋钮式用手旋转进行操作；指示灯式在透明的按钮内装入信号灯，以作信号显示；钥匙式为使用安全起见，须用钥匙插入方可旋转操作，等等。控制按钮的颜色有红、绿、黑、白、黄、蓝等几种，供不同场合选用。控制按钮主要用于操纵控制器，或者控制接触器和继电器的线圈电源或用于电气联锁线路，以实现对各种运动的控制。,1-2 控制按钮结构示意图 1-按钮；2-复位弹簧；3-常闭触头；4-动触头；5-常开触头,2万能转换开关万能转换开关属于主令电器，和组合开关相比，具有更多操作位置和触点、能够换接多条电路的一种手动控制电器。由于它能控制多条回路，适应控制复杂线路，故有“万能”转换开关之称。,由触点座、凸轮、转轴、定位机构、螺杆和手柄等组成，并由120层触点底座叠装起来。其中每层底座均可装三对触点，并由触点底座中的凸轮（套在转轴上

9、）来控制这三对触点的接通和断开。由于各层凸轮可制成不同形状，因此，用手柄将开关转到不同位置时，通过凸轮的作用，可使各对触点按所需的变化规律接通或断开，以适应不同线路的要求。,万能转换开关主要用于电气控制电路的转换。在操作不太频繁的情况下，也可用于小容量电动机的起动、停止或反向的控制。万能转换开关型号含义：,3. 行程开关行程开关又称限位开关，能将机械位移转变为电信号，以控制机械运动。它的种类很多，按结构可分为直动式、滚动式和微动式；按接触点性质可分为有触点式和无触点式。,1）微动开关为克服直动式结构的缺点，采用具有弯片状弹簧的瞬动机构。当推杆被压下时，弓簧片发生变形，储存能量并产生位移，当达到预定的临界点时，弹簧片向相反方向跳跃。采用瞬动机构可以使开关触点的转换速度不受推杆压下速度的影响，这样不仅可以减轻电弧对触点的烧蚀，而且也能提高触点动作的准确性。微动开关的体积小、动作灵敏、适合在小型机构中使用，但由于推杆所允许的极限行程很小，以及开关的结构强度不高，因此，在使用时必须对推杆的最大行程在机构上加以限制，以免压坏开关。,2）接近开关为了克服有触点行程开关可靠性较差、使用寿命短和操作频

10、率低的缺点，可采用无触点式行程开关，也叫接近开关。接近开关不是靠档块碰压开关发出信号，而是在移动部件装上一金属片，在移动部件需要改变工作状态的位置安装接近开关的感应头，其感应面正对金属片。当移动部件的金属片移动到感应头上面时，接近开关就输出一个指令信号，使控制电路改变工作状态。接近开关工作稳定可靠、使用寿命长，在自动控制系统中已获得广泛应用.,3）行程开关型号行程开关的主要技术参数有额定电压、额定电流、触点转换时间、动作力、动作角度或工作行程、触点数量、结构型式和操作频率等。结构型式中的复位方式有自动复位和非自动复位两种。自动复位式是依靠本身的恢复弹簧来复原；非自动复位式在U形的结构摆杆上装有两个滚轮，当撞块通过其中的一个滚轮时，摆杆转过一定的角度，使开关动作。撞块离开滚轮后，摆杆并不自动复位，直到撞块在返回行程中再撞及另一滚轮时，摆杆才回到原始位置，使开关复位。这种开关由于具有“记忆”曾被压动过的特性，因此在某些情况下可使控制电路简化，而且根据不同需要，行程开关的两个滚轮可以布置在同一平面内或分别布置在两个平行平面内。一般行程开关由执行元件、操作机构及外壳等部件组成。操作机构可根据不同场合的需要进行变换组合。,

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