电气基础知识课件-工业控制器原理及应用(2).pdf

ql8and Applications of Industrial Control工业控制器原应用(II)Shanghai Maritime University电气控制概述电气控制口对生产机械、工业过程的控制控制目标：运动控制过程控制E=电气控制概述电气控制系统通常采用继电器、接触器、熔断器等辅助电 器作控制和保护由控制电器组成的系统称为电气控制系统一般电器控制系统常选用继电器和接触器，因而称为继 电一接触器控制系统对控制复杂和保护要求高的系统普遍采用PLC等新型控 制电器电气控制知识-常用的控制电器4低压控制电器的基本知识控制电器：对电气电路实现接通、断开、控制、保护与调节的 电路元件低压控制电器分类：按工作电压分类了解结构、原理、控制作用按用途分类根据要求，选用合适的元件按工作原理分类5按工作电压分类。低压电器。工作电压在交流1200V或直流1500V以下；如继电器、接触器、刀开关、熔断器、起动器等;。高压电器 工作电压高于交流1200V或直流1500V以上。按用途分类。控制电器用于各种控制电路和控制系统的电器；如接触器、各种控制继电器、起动器等。O主令电器 用于自动控制系统中发送控制指令的电器；如控制按钮、主令开关、行程开关、转换开关等。保护电器用于保护电设备的电器；如熔断器、热继电器、避雷器等。执行电器 指用于完成某种动作或传动功能的电器;如电磁铁、电磁阀等。按工作原理分类电磁式电器 依据电磁感应原理来工作的电器；如交流接触器、各种电磁式继电器等。非电量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;如刀开关、行程开关、按钮、速度继电器、压力继电器、温度继电器等。常用典型控制电器1.主令电器在自动控制系统中专用于发布控制指令的电器叫主令电器。主令电器的种类很多.按作用分为控制按钮,位置开关.万 能开关等。（1）控制按钮在低压控制电路中，控制按钮发布手动控制指令。.X.E.-V a)b)c)图1按钮的符号动合（常开）触头动断（常闭）触头a）常开触头b）常闭触头0复式触头(1)控制按钮实物图111.主令电器(2)位置开关位置开关在电气控制系统中，用以实现顺序控制.定腌制和位置状态的检测。位置开关又可分为行程开关、接近开关、光电开关警。(a)施根SQa)常开触头 b)常闭触头7 SQ行程开关的符号接近开关的符号121.主令电器L主令电器（3）万能转换开关（多路多极开关）是一种多档位、控制多回路的组合开关，由多 组相同结构的开关元件叠装而成，是一种多段 式控制多回路的主令电器。通常用于断路器操作机构的合闸控制、电磁控 制站中的线路换接，也可用于控制小容量电动 机的起动、换向和调速。1.主令电器（3）万能转换开关（多路多极开关）多触头,多位置，可以控制多个 电气回路通断的主令开关外形图;（b）开关位置图左 0 右123SA1 11 1_),1lO/：O i-3：or1 1万能转换开关的符号转换开关有自复位式和定位式两种操作方式151.主令电器(4)主令控制器主令控制器是一种多位置、多回路的控制开关，适合于频繁操作、并要求有多种控制状态的场合，例如起货机、锚机的控制等。一般由触头装置和带有凸轮的轴组成。o 1 ri ni主令控制器结构示意图及电路符号16常用典型控制电器2.开关电器（1）刀开关手动电器，由操作手柄,触刀,静插座和绝缘地板组成。QSj|.J-一 qsI或a）单极 b）双极 c）三极刀开关的符号带有融丝装置的闸刀开关1S2.开关电器(2)转换开关又称组合开关，常用于电与设备中三雨繁通断的电路、转接电源和负载。QS七、工QS转换开关符号a)单极 b)三极HZ10系列转换开关19-d2 XX-Da XXiaXXXlD)X2.开关电器(3)断路器 低压断路器，又称为自动开关，用来分配电能.不频繁地 起动电动机,对供电线路及电动机等进行保护，当它们发生严重的过载或短路及欠压等故障时能自动切断电路。QF、-十弋断路器符号211.主触头2.自由脱扣器3.过电流脱扣器4.分励脱扣器5.热脱扣器6.失压脱扣器7.按钮断路器结构低压断路器典型产品仁丁 装置式断路器、一-装置式断路器有绝缘塑料外壳，内装触点系统、灭弧室及脱扣器等，可一 手动或电动合闸。有较高的分断能力和动稳定性，有较完善的选择性保护功能，广泛用于配电线路。框架式低压断路器框架式断路器一般容量较大，具有较高的短路分断能力和较高的动稳定 I 性。智能化断路器采用了以微处理器或单片机为核心的智能控制器（智能脱扣器），既具备 普通断路器的各种保护功能，还能实时显示电路中的各种电气参数，对 电路进行在线监视、自行调节、测量、试验、自诊断、可通信等功能。低压断路器选用原则 根据线路对保护的要求确定断路器的类型和保护形式-确定选用框 架式、装置式或限流式等。断路器的额定电压应等于或大于被保护线路的额定电压。断路器欠压脱扣器额定电压应等于被保护线路的额定电压。断路器的额定电流及过流脱扣器的额定电流应大于或等于被保护 线路的计算电流。断路器的极限分断能力应大于线路的最大短路电流有效值。配电线路中的上、下级断路器的保护特性应协调配合，下级的保 护特性应位于上级保护特性的下方且不相交。断路器的长延时脱扣电流应小于导线允许的持续电流。24常用典型控制电器3,熔断器熔断器是一种利用熔化而切断电路的保护电器；主要 由熔片或熔丝和绝缘管（绝缘座）组成。最简单而又有效的短路保护电器。插入式熔断器O螺旋式熔断器。封闭式熔断器（380以下）（500V/200A 以下）（500V/1KA以下）。快速熔断器。自复熔断器263.熔断器a)RC型一插入式熔断器 b)RL型一螺旋式熔断器 c)RM型一无填料管式熔断器熔断器外形结构及旨形符号273.熔断器熔断器的保护特性:反时限特性/安秒特性电流通过熔体时产生的热量与 电流的平方和电流通过的时间 成正比，因此电流越大，熔体熔断时间越短。只用作短路保护，不做保护特性：安秒特性I-1/1 min0FU过载保护电路符号283.熔断器*分类：不同熔体材料的热惯性不同L缓熔：热惯性较大的铅、锡等熔体材料 中熔：热惯性较小的锌、铝等熔体材料J速熔：铜、银等热惯性极小 不同的场合选用不同类型的熔断器/动力线路(电动机)中熔断器的选择:缓熔型熔体额定电流之(1.52.5)电动机额定电流29常用典型控制电器4.接触器*接触器是利用电磁吸力原理用于接通和切断大电流 电路（如电动用或其他负载至电躇）的开关电器*接触器的组成：电磁机构、触头系统、灭弧装置动铁心（衔铁）触心触头系统释放弹簧接触器的结构314.接触器一结构(1)电磁机构由吸引线圈、铁心、衔铁等几部分组成。常用的磁路结构如下图所示：(a)(b)(c)日xa!苣4.接触器一结构(1)电磁机构电的工作原理：334.接触器一结构(1)电磁机构电磁式接触器按电磁机构分为,直流接触器,交流接触器两类结构和工作原理相同，区别在于铁心结构，线圈形状，触头形状和数量，灭弧方式等方344.接触器一结构（2）触头系统。触头是接触器及其他电器的执行部分，起接通和分断电路的作用。要求触头导电、导热性能良好,触头常用银制材料制成。触头的结构形式:点接触的桥式触头面接触的桥式触头 指形触头a）点接触的桥式触头b）面接触的桥式触头 c）指形触头354.接触器一结构(3)灭弧装置：用以熄灭主触头断开时所产生的电EI1K _ I 电弧的产生。电弧实际上是触头间气体在强电场作用下产生的电离放电现象。电弧的危害。电弧产生伴随着高温和强光，将烧损触头，并延长电路的切断时间，还可 能会引发火灾。灭弧方法。有电动力灭弧、磁吹灭弧、窄缝灭弧、栅片灭弧等364.接触器一主要技术参数额定电压额定电压是指主触头的额定电压；交流有2 2 0V、380V和660V；直流有 110V、2 2 0V和440V。额定电流额定电流是指主触头的额定工作电流；目前常用电流等级为10-1000A。吸引线圈的额定电压交流有36V、12 7V、380V；直流有2 4V、48V、2 2 0V和440V。额定操作频率接触器的额定操作频率是指每小时允许的操作次数，一般为360次/时、600次/时和1200次/时。动铁心（衔铁）表示符号:吁线图动合（常开动断（常闭尸一,，主触点KM/动合（常开）/-姑他KM,辅触动断（常闭）-7J点常用典型控制电器5.继电器继电器-Rel ay根据电量或非电量的变化而通断控制线路的电 器；输入量可以是电量，如电流、电压等，也可以是非 电量，如温度、时间、速度、压力等；输出量是触头的动作或者是电路参数的变化。时间继电器405.继电器继电器的分类按输入信号的性质可分为:电压继电器、电流继电器、时间继电器、温度继电器、速度继电器、压力继电器按工作原理可分为: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415.继电器电磁式继电器结构和工作原理类似于接触器，通常其触头容量较小，没有灭弧装置;分为直流和交流两大类。电量或非电量T-，.kXW 作环境切换小电流电压信号控制大电流KAa）一般的线圈b）过、欠电流 继电器的线圈c）过、欠电压 继电器的线圈d）触头电磁式继电器的符号425.继电器电磁式继电器电压继电器。触点的动作和线圈的动作电压大小有关，用于电力拖动系统的电压保护和控制。使用时电 压继电器的线圈并联接入主电路，触点接于控制电路。其特点是线圈的匝数多而细；。可分为交流和直流电压继电器，或按吸合电压大小又可以分为过电压、欠电压和零电压继 电器。电流继电器。触点的动作和线圈的动作电流大小有关，用于电力拖动系统的电流保护和控制，使用时 电流继电器的线圈串接在被控或被保护电路中，触点接于控制电路。其特点是线圈的匝数少而粗；。可分为过电流继电器和欠电流继电器。435.继电器电磁式继电器中间继电器。结构上是电压继电器，但触点数多，触点容量大，是用来远距离传输或转 换控制信号的中间元件。输入信号是线圈的通电或断电信号；输出信号为多对触头的动作。中间继电器的作用：。增加被控制线路的数量或加大触点允许的断开容量（额定电流为510A）,以达到分配控制信号和功率放大的目的。5.继电器时间继电器/延时继电器具有接受信号后触头延时动作的特点触头类型:通电延时 JA线圈（线圈）通电延时闭合触头（线圈）通电延时断开触头I断电延时（失电延时）线圈（线圈）断电延时断开触头-r-。（线圈）断电延时闭合触头455.继电器_时间继电器/延时继电器KT JKT一般线圈 通电延时线圈KTl I KT KTI T 3瞬时常开、常闭 延时闭合常开 延时断开常闭时间继电器的符号KT J断电延时线圈KT 尸延时断开常开 延时闭合常闭465.继电器(2)时间继电器/延时继电器通电延时型断电延时型475.继电器热继电器。利用电流热效应而动作的电器，可实现电动机过载及断相保护。由热元件、双金属片、触头系统等组成。电动机过载保护a）热元件 b）常闭触头热继电器的符号发热元件常闭触点双s电热丝5.继电器_速度继电器/反接制动继电器一。是传递转速信号的继电器，当转速低于一定值 时，触头复位；。主要由转子、定子和触 头组成。A KS-九转子 b）常开触头。常闭触头.L-1 1-O触头、岫 仲o 6 6 6速度继电器的原理示意图 495.继电器继电器的返回系数继电器的主要技术参数之一心一使电磁机构可靠动作（衔铁吸合）的最小输入量，简称动作值;册一使电磁机构可靠释放的最大输入量，简称释放值。状态吸合程放Xf X、输入量Xf返回系数：跖=f X、勺愈接近于1,电磁机构动作 愈灵敏50电磁制动器第1章第51贝电磁制动器。用于实现电动机的机械制动。电磁铁线圈通电，闸瓦松开，电动机自由转动;线圈断电后，将电动机闸轮刹住，停转。*圆盘式电磁制动器a松闸时b制动时睥簧*抱闸式电磁制动器52电气控制基础知识-基本电气控制线路53电气控制线路基本知识 电气图中的图形符号 电气图中的文字符号 电气控制线路图的类型与作用 电动机的基本保护环节54电气控制线路基本知识 电气图中的图形符号 电气图中的文字符号 电气控制线路图的类型与作用 电动机的基本保护环节电气控制线路基本知识电气图中的图形符号用于图样或其他文件，表示一个电器元件、设备或概念的图形、标记或字符。图形符号由符号要素、一般符号及限定符号构成。M限定符号电阻的图形符号可变电阻的图形符号三相异步电机的 图形符号注意：所有符号均表示在无激励状态-无电压、无外力作用符号要素56电气控制线路基本知识 电气图中的图形符号 电气图中的文字符号 电气控制线路图的类型与作用 电动机的基本保护环节电气控制线路基本知识电气图中的文字符号用于标明电气设备、装置和元器件的名称、功能、状态和特征的，可在 电气设备、装置和元器件上或其近旁使用，以表明电气设备、装置和元 器件种类的字母代码和功能字母代码。分为基本文字符号和辅助文字符号。SB1 SB2 SB3二、/按钮的符号58电气控制线路基本知识 电气图中的图形符号 电气图中的文字符号 电气控制线路图的类型与作用 电动机的基本保护环节电气控制线路基本知识A电气控制线路图一般有三种表示方法：电气原理图电器布图绘制电器控制线路图时应遵循简明易僮的原则，用规定的方法和符号绘制:/控制线路中，一般分主电路和控制电路两部分。控制线路中，各电器原件不画实际的外形图，而采用国家规定的统一标准，文字符号也要符合国家标准规定。电气控制线路基本知识电气原理图说明电气设备工作原理的线路 图，电气原理图中并不考虑电 气元件的实际安装位置和实际 连线情况，只用直线将各元件 连接起来。电器布置图表示各种电气设备在机械设备和电气控 制柜中的实际安装位置。它将提供电气 设备各个单元的布局和安装工作所需数 据的图样。电动机正反转控制线路电气互连图是用来表明电气设备各单元之间的接线 关系，一般不包括单元内部的连接，着 重表明电气设备外部元件的相对位置及 它们之间的电气连接。电气控制线路基本知识控制线路中，一般分主电路和控制电路两部分;控制线路中，各电器原件不画实际的外形图，而采用国家规定 的统一标准，文字符号也要符合国标；控制线路中，同一电器原件的各部件根据需要可以不画在一起,但文字符号要相同；控制线路中，所有电器的触头，都应按没有通电和没有外力作用时的初始开闭状态画出；控制电路中，无论时主电路还是控制电路，各电器原件一般按 动作顺序从上到下，从左到右依次排列，可水平布置也可垂直仲直o(52电气控制线路基本知识 电气图中的图形符号 电气图中的文字符号 电气控制线路图的类型与作用 电动机的基本保护环节电气控制线路基本知识保护环节在系统发生各种故障时，能及时切断主电路,保护电气设备安全无损。对电动机控制而言，须具备四种基本保护:。短路电流保护（主电路和控制电路都安装熔断器）。过载保护（或过电流保护）（热继电器）。欠电压保护（包括零电压保护）。缺相保护等。电气控制基础知识-三相异步电动机的基本控制线路65三相异步电机的基本控制线路LI L2 L3卜，（一个QS 刀开关qs直接控制三相异步电机的基本控制线路 点动控制 连续控制 点动和连续结合控制 互锁控制 多地点控制 行程控制 顺序控制点动控制68点动控制接线图三相电机点动控制线路电路原理图需要操作人员频 繁调整和短时操 作。按下按钮SB,接 触器KM获电动作,接通主电路，电 动机投入运转；而松开按钮SB时，接触器KM立即释 放复位，电动机 停转。连续控制70连续控制MFR71连续控制UU按下按钮1SB,接触器 KM获电并自锁，对应 触点接通主电路，电 动机投入运转；按下按钮2sB时，接触 器KM线圈断电，电动 机停转4所谓“自锁”，是依 靠接触器自身的辅助 动合触点来保证线圈 继续通电的现象。三相电机连续控制线路点动和连续结合控制点动和连续结合控制线路互锁控制电机正反转控制线路两个接触器的辅助 常闭触点互相控制 的方式，叫电气互 锁，或叫电气联锁。互锁控制75互锁控制电动机的正反转控制线路LI L2 L3互锁（保护）控制76多地点控制多地点控制线路多地点控制中多地点启 动按钮并接成“或”逻 辑关系（SB3、4）多地点停车按钮串接成“与逻辑关系（SB1.2)o行程控制行程控制线路KM2如图控制线路按照行 程控制原则，利用生 产机械运动的行程位 置实现控制，通常采 用限位开关。顺序控制顺序控制线路如图实现两台电机同 时起动，顺序停止的 控制，电动机Ml断电停车后 电动机M2才允许断电 停车。电动机继电接触控制电路的基本保护环节保护对象：设备及操作人员 保护措施：接触器线圈断电，电动机停止运行 保护类别:L短路保护（当主电路或控制电路出现短路时）：由熔断器FU实现2.过藏保护（当电动机电流超过额定值时）：由热继电器FR实现3,失压保护（当电源断电恢复供电时，电动机不应自行启动）：由按钮及自锁环节实现4.欠压保护（当电源电压低于额定值时）：由接触器实现三相异步电动机正反转控制电路电动机单向运行控制电路，1KM主触头闭合,电动机正转；通过2KM主触头闭合，可改变电源相序使电 动机反转；控制电路中加入2KM线图回路；为防止1KM、2KM同时得电，加入互锁环节,实现电气互锁；加入按钮常闭触点，实现按钮互锁81三相异步电动机正反转控制电路1 臬二1 fuIyHJJ._ _ FRE 3sB 2KM _/1KM、3LJ 2SB S 2KM0MITlKjJ-h-/-F=82三相异步电动机启动控制全电压直接起动MS3三相异步电动机启动控制*间接起动减小起动电流-采用降压等起动方法,对功率较大，额定三角形连接的电动机 可采用星形三角形换接减压起动控制线路三相异步电动机启动控制三相交流异步电动机Y联接三相绕组Y形联接形联接85三相电动机的定子绕组接法：星形（Y形）和三角形（形）。星形（Y型）接法三角形（形）接法星形（Y型）接法：末端相连，首端分别接三 相交流电源。三角形（型）接法：首末端相连，分别接 三相交流电源。u.W,MU,三相异步电动机启动控制星形三角形换接降压起动控制线路主电路的连接起动控制按速度原则 按电流原则 按时间原则SS三相异步电动机启动控制星羟三芨换接减压起动控制线路按时间原则的起动控制/设计控制线路前，首先规划控制（工艺）屣：按起动按钮后，KM1、KM2通电，星形起动，同时计时；起动计时到，断开KM2,接通KM3,三角形起 动、运行；按停止按钮，全部停止；考虑保护等。89三相异步电动机启动控制90附录91I常用低压控制电制1.接触器（KM）利用电磁吸力原理用于频繁地接通和切断大电流电路（即主电路）的多路开关电接触器的结构动酋（帆）械动合（常开）做头接触器的电路符号92接触器的结构成及特性基本结构：1.电青机构：包括铁心，吸引线圈，衔铁2.触头系统：按用途可分为主触头、辅触头按开关状态可分为常开做头N。，常闭触头NC3.灭弧装置：用以熄灭主触头断开时所产生的电弧雌交流电压线图电磁机构直流电压线图电磁机构铁心由硅钢片叠成，有短路环整块铁心线圈电流与气隙成正比比与气隙无关吸力与气隙无关与气隙成反比特点铁心不能卡住，端面不能 有异物（否则线圈电流过 大，易烧毁）铁心吸合后，线圈回路中需串入 经济电阻（限制电流，减小能耗I常用低压控制电器2.按钮开关QB)属于主令控制开关，用以实现控制电路的通断I异步电动机点动控制电路接线图异步电动机连续运行控制电路点动控制电路用接触器常开触点并联在起动按 钮上进行自锁，以实现连续运行控制串入按钮（常闭）实现停 止控制1.2.3KMFU接触器的结构m热继电器的结构原理及电路符号r-97热继电器应用 作用：用于电气设备（电动机）的过载保护的开关电器 工作原理：利用电流热效应而动作 使用方法：发热元件串接于电动机主电路中（至少接两个）；常闭触点串接于接触器线路中 动作值整定：按电动机额定电流进行整定复位:可选择手动或自动复位98热继电器在电动机拄制电路中的应用发热元件串接在电动机 主电路中（至少接两个）常闭触点串接在接触器 线圈回路中电动机的电流流过发热 元件当电动机电流超过整定 值FR常闭触点断开，接触 器线图KM失电，主触 点断开，电动机停转99电动机继电接触控制电路的基本保护环节保护对象：设备及操作人员 保护措施：接触器线圈断电，电动机停止运行 保护类别:L短路保护（当主电路或控制电路出现短路时）：由熔断器实现2.过藏保护（当电动机电流超过额定值时）：由热继电器实现3,失压保护（当电源断电恢复供电时，电动机不应自行启动）：由按钮及自锁环节实现4.欠压保护（当电源电压低于额定值时）：由接触器实现三相异步电动机正反转控制电路电动机单向运行控制电路，1KM主触头闭合,电动机正转；通过2KM主触头闭合，可改变电源相序使电 动机反转；控制电路中加入2KM线图回路；为防止1KM、2KM同时得电，加入互锁环节,实现电气互锁；加入按钮常闭触点，实现按钮互锁101102行程限用于行程控制或限位保护(a)按钮式(b)转臂式103运动导轨行程限位开关的应用104行程限位开关的应用1055.时间继电器接受电信号后触头延时动作的开关电器时间继分类:按工作原理一一有电磁式、空气阻尼式、电动式、钟摆式 及半导体式等多种类型；按动作特点分一一有通电延时，断电延时两种（线圈）通电延时闭合、断电瞬时打开的常开触点（线圈）通电延时打开，断电瞬时闭合的常闭触点3线圈通电延时型线圈断电延时型J V断电延时打开的常开触点）（线圈）通电瞬时打开，断电延时闭合的常闭触点y106时间继电器通电延时型 断电延时型107传统的电气控制系统：继电一接触控制系统2可靠性低（接线和触点太多，故障排除难）通用性差（对每一控制对象进行专门的设计）缺乏“柔性”（工绯ft后生P程序i殛困难）体积大、耗电多；10SPLC-Programmab 1 e Logic Controller 可编程逻辑控制器GM提出PLC概念:希望设计一种通用的工业控制装置：,减少重新设计和更换继电器控制系统的硬件和接线，减少系 统维护与升级时间，降低成本,将计算机的功能完备、灵活、通用等优点与继电器控制系统 简单易懂、操作方便、价格便宜等优点相结合69年DEC公司应标研制成功世界上第一台可编程序控制器,并在GM公司的汽车自动装配线上试用获得了成功。109