《电气控制与plc技术》电子教案全集--学案教案.doc

《电气控制与PLC技术》

云南省曲靖应用技术学校
国家中等职业教育改革发展示范学校建设

机电设备安装与维修专业
《电气控制与PLC技术》电子教案

云南省曲靖应用技术学校
2014年7月
131
项目一 认识低压电器
项目名称
项目一 认识低压电器
总课时

授课对象

授课班级

授课时间

授课类型

授课地点

任务名称
任务一 认识电力拖动系统点
分课时

教学目标
知识目标
1．认识电力拖动系统
2．控制系统组成
3．电气控制技术发展概况
4. 了解电力拖动的概念，电力拖动的组成、分类、发展
技能目标
电气原理图的识图能力
教学重难点
重 点
控制系统的组成及电气控制技术发展概况
难 点
控制系统的组成
教学方法
总体方法
项目教学法
具体方法
讲述法、小组学习法
教具准备
PLC电气操作实训平台、FX2N-48MR机型PLC面板外形图、投影仪等
课前准备
了解PLC实训室的规章制度等
教学过程
教学流程
教学内容
教师活动
学生活动
任务引入
当前PLC控制系统应用十分普遍，已经成为实现工业自动化的主要手段。但是 ，一方面，我国当前的情况，继电接触器控制系统仍然是机械设备最常用的电气控制方式。另一方面，PLC是计算机技术与继电接触器控制技术相结合的产物，而且PLC的输入、输出仍然与低压电器密切相关，因此掌握继电接触器控制技术也是学习和掌握PLC应用技术所必需的基础。
讲解该任务的目的
仔细聆听
任务分析

本任务首先了解控制系统的组成，之后就电气控制技术的发展概况进行讲解。

指导并回答学生的提问
学生讨论，分析该任务要何如完成
知识学习

知识点1 控制系统一个最简单而“原始”例子

图1 拖动系统

实际中，因为加工机械对产品的加工，往往不是简单地接通和断开电源，其中包含了一定的时间、位置等因素的协调配合。为了达到以上要求，对电动机的控制，实际上是根据加工要求，由一系列的电器元件按照一定控制逻辑关系组合在一起，对电源的通断及电动机定子绕组的联接方式进行控制，以改变电动机的运行状态。
由继电器、接触器等电器元件构成的、实现对电动机的控制，这种控制系统称为继电器-接触器控制系统，如图1（b）所示，继电器控制系统在传统的工业生产中曾起着不可替代的重要作用，继电接触器控制电路通常是针对着某一固定的动作顺序或生产工艺而设计的。它的控制功能也仅仅只局限于逻辑控制、定时、计数等这样一些简单的控制，一旦动作顺序或生产工艺发生变化，就必须进行重新设计、布线、装配和调试。随着生产规模的逐步扩大，市场经济竞争日趋激烈，继电接触器控制系统已愈来愈难以适应，无法满足日新月异且竞争激烈的市场经济发展的需要。这就迫使人们要放弃原来己占统治地位的继电接触器控制系统，研制可以替代继电器控制系统的新型的工业控制系统。

知识点2 继电器-接触器构成框图如图1-2所示

PLC作为控制器的PLC控制系统从根本上改变了传统的继电器控制系统的工作原理和方式。继电器控制系统的控制功能是通过采用硬件接线的方式来实现的，而PLC控制系统的控制功能是通过存储程序来实现的，继电器控制系统的控制线路被PLC中的程序所替代，这样一旦生产工艺发生变化，就只需修改程序就可以了。
PLC控制系统除了可以完成传统继电器控制系统所具有的全部功能外，还可以实现模拟量控制、开环或闭环过程控制，甚至多级分布式控制。随着微电子技术的进二步发展，PLC成本也在降低，传统的继电器控制系统被PLC控制系统所代替己是发展的必然趋势。

知识点3 PLC控制系统构成框图如下图所示

老师运用PPT讲授，并在讲授过程中提问。
回答老师的提问。
计划决策
给出解决任务的方案
指导并回答学生的提问
分组，指定小组长，讨论并给出任务解决方案
任务实施
1、 了解并掌握凌志系统的组成。
2、 查看各种类型的PLC实物图，能说出其具体的名称。
3、 能够识别电气原理图
提出任务，指导并聆听学生的阐述。
分小组讨论、每个组派指派不同的代表来阐述电力拖动系统，识别电气原理图
实施反馈
【总结与思考】
1、总结
通过电动机作为动力来源，实现对生产机械的拖动，称为电力拖动。拖动系统主要包括动力部分、动力传递部分和生产加工机械三个部分。拖动方式有成组拖动方式、单电机拖动和多电机拖动方式。
继电器-接触器控制系统是采用一系列的电气元件按一定逻辑构成的、满足一定控制要求的控制方式，这种控制方式特点是“有触点”控制，电路控制逻辑是通过接线实现，如此，一方面，控制系统的可靠性不高，系统冗杂庞大，另外一方面，控制要求发生改变，通过改变控制线路的结构、接线实现改变控制逻辑，难度大，时间长。PLC控制系统是采用PLC通过程序的形式实现电路的控制逻辑，是“无触点”控制，可靠性大为提高，且当控制要求发生改变时，主要通过更改PLC中的程序来完成，时间短、效率高，实现起来也方便快捷。
2、思考
请读者举出生活中例见到的拖动系统实例，简要分析说明一下它的三大组成部分分别是什么？

根据学生的阐述情况给出教师评分，并根据学生自评和小组互评价给出学生的综合成绩。
进行学生自评和小组互评。

任务名称
任务二 认识低压电器及电气线路图
分课时

教学目标
知识目标
1. 电气的基本知识及电磁机构原理
2. 触头系统、灭弧装置、电动机解百纳控制线路图的绘制
技能目标
掌握电动机定子绕组接线技能
教学重难点
重 点
电器的基本知识
难 点
电动机基本控制线路的绘制
教学方法
总体方法
项目教学法
具体方法
讲述法、小组讨论发、示范教学法
教具准备

课前准备

教学过程
教学流程
教学内容
教师活动
学生活动
任务引入
在我国经济建设事业和人民生活中，电能的应用越来越广泛。实现工业、农业、国防和科学技术的现代化，就更离不开电气化。为了安全、可靠地使用电能，电路中就必须装有各种起调节、分配、控制和保护作用的电气设备。这些电气设备统称为电器。从生产或使用的角度，可分为高压电器和低压电器两大类。随着科学技术和生产的发展，电器的种类不断增多，用量非常大，用途极为广泛。
讲解该任务的目的
仔细聆听
任务分析
本任务主要认识一下电气控制领域中常用低压电器的工作原理、用途、型号、规格及符号等知识，学会正确选择和合理使用常用电器，为后继章节的学习打下基础。
指导并回答学生的提问
学生讨论，分析该任务要何如完成
知识点介绍
知识点1 一、电器的分类
1．按工作电压等级分类
（1）高压电器用于交流电压1200V、直流电压1500V及以上电路中的电器。例如高压断路器、高压隔离开关、高压熔断器等。
（2）低压电器用于交流50Hz(或60Hz)，额定电压为1200V以下；直流额定电压1500V及以下的电路中的电器。例如接触器、继电器等。
2．按动作原理分类
（1）手动电器用手或依靠机械力进行操作的电器，如手动开关、控制按钮、行程开关等主令电器。
（2）自动电器借助于电磁力或某个物理量的变化自动进行操作的电器，如接触器、各种类型的继电器、电磁阀等。
3．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，例如接触器、继电器、电动机起动器等。
（2）主令电器用于自动控制系统中发送动作指令的电器，例如按钮、行程开关、万能转换开关等。
（3）保护电器用于保护电路及用电设备的电器，如熔断器、热继电器、各种保护继电器、避雷器等。
（4）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、电磁离合器等。
（5）配电电器用于电能的输送和分配的电器，例如高压断路器、隔离开关、刀开关、自动空气开关等。
4．按工作原理分类
（1）电磁式电器依据电磁感应原理来工作，如接触器、各种类型的电磁式继电器等。
（2）非电量控制电器依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、温度继电器等。
知识点2 二、低压电器的作用
1、控制作用如电梯的上下移动、快慢速自动切换与自动停层等；
2、保护作用能根据设备的特点，对设备、环境、以及人身实行自动保护，如电机的过热保护、电网的短路保护、漏电保护等；
3、测量作用利用仪表及与之相适应的电器，对设备，电网或其它非电参数进行测量，如电流、电压、功率、转速、温度、湿度等；
4、调节作用低压电器可对一些电量和非电量进行调整，以满足用户的要求，如柴油机油门的调整、房间温湿度的调节、照度的自动调节等；
5、指示作用利用低压电器的控制、保护等功能，检测出设备运行状况与电气电路工作情况，如绝缘监测、保护掉牌指示等；
6、转换作用在用电设备之间转换或对低压电器、控制电路分时投入运行，以实现功能切换，如励磁装置手动与自动的转换，供电的市电与自备电的切换等。
知识点3 三、常见的低压电器的主要种类及用途
序号
类别
主要品种
用途
1
断路器
塑料外壳式断路器
主要用于电路的过负荷保护、短路、欠电压、漏电压保护，也可用于不频繁接通和断开的电路
框架式断路器
限流式断路器
漏电保护式断路器
直流快速断路器
2
刀开关
开关板用刀开关
主要用于电路的隔离，有时也能分断负荷
负荷开关
熔断器式刀开关
3
转换开关
组合开关
主要用于电源切换，也可用于负荷通断或电路的切换
换向开关
4
主令电器
按钮
主要用于发布命令或程序控制
限位开关
微动开关
接近开关
万能转换开关
5
接触器
交流接触器
主要用于远距离频繁控制负荷，切断带负荷电路
直流接触器
6
起动器
磁力起动器
主要用于电动机的起动
星三角动器
自耦减压起动器
7
控制器
凸轮控制器
主要用于控制回路的切换
平面控制器
8
继电器
电流继电器
主要用于控制电路中，将被控量转换成控制电路所需电量或开关信号
电压继电器
时间继电器
中间继电器
温度继电器
热继电器
9
熔断器
有填料熔断器
主要用于电路短路保护，也用于电路的过载保护
无填料熔断器
半封闭插入式熔断器
快速熔断器
自复熔断器
10
电磁铁
制动电磁铁
主要用于起重、牵引、制动等地方
起重电磁铁
牵引电磁铁
知识点4 四、电磁机构原理
电磁机构是电器元件的感受部件，它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。电磁机构由吸引线圈、铁心和衔铁组成，其结构形式按衔铁的运动方式可分为直动式和拍合式。如1-4和图1-5示分别是直动式和拍合式电磁机构的常用结构形式。

知识点5 五、触头系统
触头系统属于执行部件。它的作用是通过触点的开、闭来通、断电路的。触头按功能可分为：主触头和辅助触头。主触头用于接通和分断主电路；辅助触头用于接通和分断二次电路，还能起互锁和联锁作用。按形状可分为：桥式触头和指形触头。桥式触头又分为点接触桥式触头和面接触桥式触头，如图1-7所示。

触头按位置可分为：静触头和动触头。静触头固定不动，动触头能由联杆带着移动。触头按其初始位置可分为：常闭触头和常开触头。
常闭触头（又称动断触头）——常态时动、静触头是相互闭合的。常开触头（又称动合触头）——常态时动、静触头是分开的。所谓常态是指在不受外力、不通电时触头的状态。
知识点6 六、灭弧装置
电弧：是指触头在闭合和断开（包括熔体在熔断时）的瞬间，都会在触头间隙中由电子流产生弧状的火花，这种由电气原因造成的火花称为电弧。
电弧的危害：1、使电路仍然保持导通状态，延迟了电路的开断。2、会烧损触点，缩短电器的使用寿命。
灭弧措施：常用的灭弧措施有机械性拉长电弧、双触点灭弧、磁吹灭弧、纵缝灭弧、金属栅片灭弧、纵缝陶土灭弧罩等
知识点 7 七、电动机基本控制线路图的绘制
电气控制系统是由诸多电气元件按照一定要求连接而成的系统。为了表示生产机械电气控制系统的结构和原理等设计意图，同时也为了便于电气系统的安装、调试、使用和维修，需要将电气控制系统中各电气元件用一定的图形表示出来，该图形即是电气控制系统图。
电器控制线路的表示方法有：电气原理图、电气接线图、电器布置图。

老师运用PPT讲授，并在讲授过程中提问。
回答老师的提问。
计划决策
给出解决任务的方案
指导并回答学生的提问
分组，指定小组长，讨论并给出任务解决方案
任务实施
1. 任务描述
电气原理图

电器布置图

电动机基本控制线路的安装，一般应按以下步骤进行:（1）识读电气原理图，明确线路所用电器元件及其作用，熟悉线路的工作原理。（2）根据电气原理图或元件明细表配齐电器元件，并进行检验。（3）根据电器元件选配安装工具和控制板。（4）根据电路图绘制电器布置图和电气接线图，然后按要求在控制板上固装电器元件(电动机除外)，并贴上醒目的文字符号。（5）根据电动机容量选配主电路导线的截面。控制电路导线一般采用截面为1mm2的铜芯线(BVR)；按钮线一般采用截面为0.75mm2的铜芯线(BVR)；接地线一般采用截面不小于1.5mm2的铜芯线(BVR)。（6）根据接线图布线，同时将剥去绝缘层的两端线头套上标有与电路图相一致编号的编码套管。（7）安装电动机。（8）连接电动机和所有电器元件金属外壳的保护接地线。（9）连接电源、电动机等控制板外部的导线。（10）自检。（11）交验。（12）通电试车。
结合PPT讲解电气的基本知识及电磁机构原理，触头系统、灭弧装置、电动机解百纳控制线路图的绘制。讲解电动机定子绕组接线操作流程。
教师在学生动手过程中给予指导，并全程观看学生动手的情况和学习态度，给后期的任务评价打分做基础。
先了解电气的基本知识及电磁机构原理，触头系统、灭弧装置、电动机解百纳控制线路图的绘制。
之后实际操作电动机定子绕组接线。
小组讨论或者向老师寻求帮助，直到小组的每个成员都能够独立完成任务的操作。
操作完成后，整理实验平台。
实施反馈
【总结与思考】
1、总结
低压电器通常指工作在交1200V、直流电压1500V以下的电路中起通断、控制、保护和调节作用的电气设备。电磁式继电器（及接触器）的基本工作原理是通过线圈通电，产生磁场（磁通通过铁芯及衔铁构成的磁路），形成电磁吸力，带动触点接通和断开的。其主要构成有铁芯及衔铁构成的磁路、线圈（有电压、电流线圈之分）和触头系统。
电器控制线路的表示方法有：电气原理图、电气接线图、电器布置图。电气控制线路图要遵守相关的规范。
2、思考
（1）当继电器通上电后，其常开触点就变为常闭触点，而常闭触点就变为常开触点，这种说法对吗？
（2）一台电动机名牌上标有“380/220 ，Y/△”，请你说明其表示的含义？
（3）一台三相鼠笼异步电动机正转时的电源电源相序为U→V→W，下面哪些相序可以改变其旋转方向？
①W→U→V；② V→W→U；③V→U→W；④ U→W→V；⑤ W→V→U

观看学生的展示成果，并记录各个小组的阐述情况，做总结发言。
各个小组展示自己的作品，并阐述决策方案和操作过程。

项目二 常用电动机控制线路装调
项目名称
项目二 常用电动机控制线路装调
总课时

授课对象

授课班级

授课时间

授课类型

授课地点

任务名称
任务一 小容量电动机直接起动控制线路安装调试

分课时

教学目标
知识目标
1.认识关联电气元件
2.组合开关的拆装技能
3.小容量电动机直接起动控制线路安装调试
技能目标
能够熟练识读电气原理图并进行装配
教学重难点
重 点
掌握控制线路安装的基本方法和要求及相关工具、仪表的使用
难 点
刀开光、组合开光及熔断器的结构、作用、原理及安装使用要点。
教学方法
总体方法
项目教学法
具体方法
讲述法、小组学习法
教具准备
常见按钮实物图、常见行程开关实物图、常见传感器实物图、投影仪等
课前准备
了解PLC的相关知识、硬件系统等
教学过程
教学流程
教学内容
教师活动
学生活动
任务引入
普通刀开关是一种结构最简单且应用最广泛的手控低压电器。一般用于不频繁操作的低压电路中，用作接通和切断电源，或用来将电路与电源隔离，有时也用来控制小容量电动机（≤7.5kw）的直接起动与停机。(适用于照明、电热设备及小容量电动机控制线路中，并起短路保护)。

任务分析
本任务主要介绍刀开关、组合开关及熔断器的结构、作用、原理及安装使用要点。从组合开关的拆装和小容量电动机直接起动安装调试入手，掌握相关工具和仪表的使用及控制线路安装的基本方法和要求。
指导并回答学生的提问
学生讨论，分析该任务要何如完成
知识点介绍
知识点1 一、认识关联电气元件
1、 刀开光

刀开关安装和使用要注意：
（1)垂直安装且合闸状态时手柄应朝上。（垂直安装时，手柄向上合为接通电源，向下拉为切断电源。不允许反装或平装，以防发生误合闸事故，若反装手柄会因为闸刀松动自然落下而误将电源接通。一般与熔断器串联使用作短路和过载保护）
（2)电源进线接在静触头的端子上，负荷线接在与闸刀相连的动触头的端子上。（这样开关断开后闸刀和熔体上都不会带电）。
刀开关选择时应考虑以下两个方面：
（1）刀开关结构形式的选择应根据刀开关的作用和装置的安装形式来选择如是否带灭弧装置，若分断负载电流时，应选择带灭弧装置的刀开关。根据装置的安装形式来选择，是否是正面、背面或侧面操作形式，是直接操作还是杠杆传动，是板前接线还是板后接线的结构形式。
（2）刀开关的额定电流的选择一般应等于或大于所分断电路中各个负载额定电流的总和。对于电动机负载，应考虑其起动电流，所以应选用额定电流大一级的刀开关。若再考虑电路出现的短路电流，还应选用额定电流更大一级的刀开关。
2、组合开关
组合开关实质上是一种特殊的刀开关，只不过一般刀开关的操作手柄是在垂直安装面的平面内向上或向下转动，而组合开关的操作手柄则是平行于安装面的平面内向左或向右转动而已。
组合开关多用在机床电气控制线路中，作为电源的引入开关，也可以用作不频繁地接通和断开电路、换接电源和负载以及控制5KW以下的小容量电动机的正反转和星三角起动等。组合开关的结构如图2-3所示。
组合开关的图形和文字符号如图2-4所示。

图2-3 组合开关的结构图

图2-4 组合开关的图形、文字符号、规格型号
3、常用的熔断器
（1）熔断器的作用
熔断器是一种简单而有效的保护电器。在电路中主要起短路保护作用。
熔断器主要由熔体和安装熔体的绝缘管(绝缘座)组成。使用时，熔体串接于被保护的电路中，当电路发生短路故障时，熔体被瞬时熔断而分断电路，起到保护作用。
熔断器的种类有瓷插式、螺旋式、密闭管式等。其中瓷插式熔断器常用于380V及以下电压等级的线路末端，作为配电支线或电气设备的短路保护用；螺旋式熔断器分断电流较大，可用于电压等级500V及其以下、电流等级200A以下的电路中，作短路保护。
(2）熔断器的选择
1）熔断器的安秒特性：熔断器的动作是靠熔体的熔断来实现的，当电流较大时，熔体熔断所需的时间就较短。而电流较小时，熔体熔断所需用的时间就较长，甚至不会熔断。因此对熔体来说，其动作电流和动作时间特性即熔断器的安秒特性，为反时限特性。
2）熔断器的选择主要依据负载的保护特性和短路电流的大小选择熔断器的类型。对于容量小的电动机和照明支线，常采用熔断器作为过载及短路保护，因而希望熔体的熔化系数适当小些。通常选用铅锡合金熔体的RQA系列熔断器。对于较大容量的电动机和照明干线，则应着重考虑短路保护和分断能力。通常选用具有较高分断能力的RM10和RL1系列的熔断器；当短路电流很大时，宜采用具有限流作用的RT0和RTl2系列的熔断器。
3）熔断器的级间配合为防止发生越级熔断、扩大事故范围，上、下级(即供电干、支线)线路的熔断器间应有良好配合。选用时，应使上级(供电干线)熔断器的熔体额定电流比下级(供电支线)的大1～2个级差。
4、全压起动与降压起动
三相笼式异步电动机的起动方法有直接起动和降压起动两种方法。在电源容量足够大时，小容量（7.5KW以下）笼式电动机可直接起动。直接起动的优点是电气设备少，线路简单。缺点是起动电流大，引起供电系统电压波动，干扰其它用电设备的正常工作。对于大容量（7.5KW以上）的异步电动机，由于起动电流较大。
一般要采取降压起动的方法起动。笼式异步电动机降压起动的方法有定子串电阻起动、定子串自耦变压器起动、定子Y-△降压起动等。
三相绕线式异步电动机的起动方法有转子串电阻起动和转子串频敏变阻器起动两种方法。
知识点2 二、 组合开关的拆装技能
以HZ10-10/3型组合开关为例，简单介绍其拆装过程：
（1）松去手柄螺丝，取下手柄。（2）松去两边的紧固螺丝，取下盖板。 （3）仔细观察转轴上的弹簧和凸轮的位置关系，然后取下转轴。（4）取出凸轮，抽出绝缘杆。（5）取出导板、滑板。（6）依次取出三层的动、静触片和绝缘垫板，注意观察三层动静触点的位置。（7）从底板上旋下两边的支架。拆完后，各部件如图2-8所示。
装配时按拆卸的逆序进行装配。在装配的过程中，要注意以下几点：
（1） 装配动、静触片时，一定要让每一层都处于导通位置。
（2）插入绝缘杆时一定要和手柄位置配合好，否则开关导通和断开时，其手柄位置会颠倒。（3）安装转轴和弹簧时，弹簧和凸轮的位置一定要配合好，否则弹簧将失去贮能作用，开关将不能准确定位。
按上述拆装步骤，在教师的指导下完成拆装任务。装配完成后，用万用表检查开关是否正常。
知识点3 三、小容量电动机直接起动控制线路安装调试
1、电路原理分析
如图2-9所示，电路的工作原理是：（1）合上电源开关QS，电动机接通电源，电动机起动；（2）断开QS ，电动机断开电源，电动机断电停转。

1. 传感器分为光电传感
（a）直接起动控制实物图 （b）直接起动控制线路原理图
图2-9 小容量电动机直接起动
2、安装调试
（1）按图2-9所示电路准备元件，检查元件是否完好。（2）绘制安装布置图。（3）元件安装。（4）电路接线。
注意：电动机接线电动机定子绕组的联接方式；所有接线必须在不带电的情况下完成。（5）检查电路连接，确认电路接线无误。（6）经指导教师检查认可后，在教师监护指导下通电试车。（7）通电运行完毕，切断电源总开关，拆除元件和连线。

老师运用PPT讲授，并在讲授过程中提问。
回答老师的提问。
计划决策
给出解决任务的方案

指导并回答学生的提问
分组，指定小组长，讨论并给出任务解决方案
任务实施
1. 任务描述
1）了解各任务相关联的低压电器的结构、作用、工作原理及其符号。
2）掌握三相异步电动机基本控制线路的工作原理
3）能够熟练识读电气原理图并进行装配，选择符合要求的低压电器，能够根据电路控制要求，绘制典型控制线路原理图并进行装
提出任务，指导并聆听学生的阐述。
分小组讨论、每个组指定不同的代表根据按钮、行程开关、传感器实物图来说出具体的名称及其工作原理和应用场合。
任务反馈
【总结与思考】
1、总结：
本任务主要介绍了刀开关、组合开关及熔断器的结构、作用、原理及安装使用要点。技能部分从组合开关的拆装和小容量电动机直接起动安装调试两个任务入手，让学生掌握相关工具和仪表的使用，掌握控制线路安装的基本方法和要求。
2、思考：
（1）各种电器其结构设计都有一定目的性，请仔细观察实物，问：瓷底胶盖刀开关的胶盖有哪些作用？（读者在学习每一种电器时，注意观察和思考，多问“为什么”？你将会有很多收获的）
（2）在子任务（1）中，组合开关三对（三极开关）触点均为常开触点，拆装中同学们可以认真观察，想一想，如果要使该组合开关变为一常闭二常开形式（三对触点中一对为常闭、另外两队为常开），要这样组装？

根据学生的阐述情况给出教师评分，并根据学生自评和小组互评给出学生的综合成绩。
进行学生自评和小组互评。

任务名称
任务二 点动与长动控制线路安装调试
分课时

教学目标
知识目标
1. 认识关联电气元件
2. 点动与长动控制线路安装调试

技能目标
熟练掌握关联电气元件
教学重难点
重 点
认识关联电气元件
难 点
点动与长动控制线路安装调试
教学方法
总体方法
项目教学法
具体方法
讲述法、示范教学法
教具准备
常见的交流器、继电器、电磁阀实物图；控制电路仿真平台、按钮、接触器若干、导线若干。
课前准备

教学过程
教学流程
教学内容
教师活动
学生活动
任务引入
按钮是一种结构简单、使用广泛的手动主令电器，它可以与接触器或继电器配合，对电动机实现远距离的自动控制，用于实现控制线路的电气联锁。主令电器是一种专门发布命令、直接或通过电磁式电器间接作用于控制电路的电器。常用来控制电力拖动系统中电动机的起动、停车、调速及制动等。常用的主令电器有：控制按钮、行程开关、接近开关，万能转换开关、主令控制器及其它主令电器如脚踏开关、倒顺开关、紧急开关、钮子开关等。
讲解该任务的目的
仔细聆听
任务分析
本任务主要认识关联电气元件及点动与长动控制线路安装调试。
指导并回答学生的提问
学生讨论，分析该任务要何如完成
知识点介绍

知识点1 一、认识关联电气元件
1、 按钮
如图2-10所示，控制按钮由按钮帽、复位弹簧、桥式触点和外壳等组成，通常做成复合式，即具有常闭触点和常开触点。按下按钮时，先断开常闭触点，后接通常开触点；按钮释放后，在复位弹簧的作用下，按钮触点自动复位的先后顺序相反。通常，在无特殊说明的情况下，有触点电器的触点动作顺序均为“先断后合”。
控制铵钮的种类很多，在结构上有揿钮式、紧急式、钥匙式、旋钮式、带灯式和打碎玻璃按钮。

2、交流接触器
接触器是一种自动的电磁式开关，适用于远距离频繁地接通或断开交直流主电路及大容量控制电路，其主要控制对象是电动机。此外还具有具有欠压、失压保护功能。接触器有交流接触器和直流接触器之分。交流接触器主要由电磁机构、触点系统、灭弧装置及其他部件构成。电磁机构由线圈、动铁心(衔铁)和静铁心组成，其作用是将电磁能转换成机械能，产生电磁吸力带动触点动作；触点系统包括主触点和辅助触点。主触点用于通断主电路，通常为三对常开触点。辅助触点用于控制电路，一般常开、常闭各两对；灭弧装置容量在10A以上的接触器都有灭弧装置，对于小容量的接触器，常采用双断口触点灭弧、电动力灭弧、相间弧板隔弧及陶土灭弧罩灭弧。对于大容量的接触器，采用纵缝灭弧罩及栅片灭弧；其他部件包括反作用弹簧、缓冲弹簧、触点压力弹簧、传动机构及外壳等。交流接触器的选择，（1）额定电压的选择：接触器额定电压应大于或等于被控电路的额定电压。（2）额定电流的选择：接触器额定电流应大于或等于电动机的额定电流。（3）线圈额定电压的选择：线圈额定电压应与设备控制电路的电压等级相同。
3、热继电器
非电磁类继电器的感测元件接受非电量信号(如：温度、转速、位移及机械力等)。常用的非电磁类继电器有：热继电器、速度继电器、干簧继电器、永磁感应继电器等。当电动机正常运行时，热元件产生的热量虽能使双金属片弯曲，但还不足以使热继电器的触点动作。当电动机过载时，双金属片弯曲位移增大，推动导板使常闭触点断开，从而切断电动机控制电路以起保护作用。热继电器动作后一般不能自动复位，要等双金属片冷却后按下复位按钮复位。热继电器动作电流的调节可以借助旋转凸轮于不同位置来实现。
热继电器选用，（1）热继电器的额定电流略大于电动机的额定电流。（2）一般情况下，热元件的整定电流为电动机额定电流的0.95—1.05倍。若电动机起动时间太长，热元件的整定电流为电动机额定电流的1.1—1.5倍。若电动机的过载能力差可取0.6—0.8倍。(3)电动机定子绕组作星形连接，选用普通三相结构的热继电器。若电动机定子绕组作三角形连接，选用三相结构带断相保护的热继电器。
4、低压断路器
低压断路器也称为自动空气开关，可用来接通和分断负载电路，也可用来控制不频繁起动的电动机。它功能相当于闸刀开关、过电流继电器、失压继电器、热继电器及漏电保护器等电器部分或全部的功能总和，是低压配电网中一种重要的保护电器。
低压断路器的选用原则：（1）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。（2）断路器的额定电压UN应等于或大于被保护线路的额定电压。（3）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。（4）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（5）断路器的极限分断能力应大于线路的最大短路电流的有效值。（6）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。（7）断路器的长延时脱扣电流应小于导线允许的持续电流。
5、漏电保护装置
（1）漏电保护装置的作用
漏电保护是利用漏电保护装置来防止电气事故的一种安全技术措施。漏电保护装置又称为剩余电流保护装置（简写RCD)。漏电保护装置是一种低压安全保护电器，其作用有：
用于防止由漏电引起的单相电击事故；
用于防止由漏电引起的火灾和设备烧毁事故；
用于检测和切断各种一相接地故障；
有的漏电保护装置还可用于过载、过压、欠压和缺相保护。
（2）漏电保护装置的组成
电气设备漏电时，将呈现出异常的电流和电压信号。漏电保护装置通过检测此异常电流或异常电压信号，经信号处理，促使执行机构动作，借助开关设备迅速切断电源。实施漏电保护根据故障电流动作的漏电保护装置是电流型漏电保护装置，根据故障电压动作的是电压型漏电保护装置。目前，国内外广泛使用的是电流型漏电保护装置。下面主要对电流型漏电保护装置(即RCD)进行介绍。
其构成主要有三个基本环节，即检测元件、中间环节(包括放大元件和比较元件)和执行机构。其次，还具有辅助电源和试验装置。1）检测元件。它是一个零序电流互感器，如下图所示。图中，被保护主电路的相线和中性线穿过环行铁心构成了互感器的一次线圈N1，均匀缠绕在环行铁心上的绕组构成了互感器的二次线圈N2。检测元件的作用是将漏电电流信号转换为电压或功率信号输出给中间环节。2）中间环节。其功能是对检测到的漏电信号进行处理。中间环节通常包括放大器、比较器、脱扣器(或继电器)等。不同型式的漏电保护装置在中间环节的具体构成上型式各异。3）执行机构。该机构用于接收中间环节的指令信号，实施动作，自动切断故障处的电源。执行机构多为带有分励脱扣器的自动开关或交流接触器。4）辅助电源。当中间环节为电子式时，辅助电源的作用是提供电子电路工作所需的低压电源。5）试验装置。这是对运行中的漏电保护装置进行定期检查时所使用的装置。通常是用一只限流电阻和检查按钮相串联的支路来模拟漏电的路径，以检验装置能否正常动作。

（3）漏电保护装置的工作原理
图2-17是某三相四线制供电系统的漏电保护电气原理图。图中TA为零序电流互感器，GF为主开关，TL为主开关GF的分励脱扣器线圈。

在被保护电路工作正常、没有发生漏电或触电的情况下，由克希荷夫定律可知，通过TA一次侧电流的相量和等于零。即IL1+IL2+IL3+IN＝0此时，TA二次侧不产生感应电动势，漏电保护装置不动作，系统保持正常供电。当被保护电路发生漏电或有人触电时，由于漏电电流的存在，通过TA一次侧各相负荷电流的相量和不再等于零，即IL1+IL2+IL3+IN≠0产生了剩余电流，TA二次侧线圈就有感应电动势产生，此信号经中间环节进行处理和比较，当达到预定值时，使主开关分励脱扣器线TL通电，驱动主开关GF自动跳闸，迅速切断被保护电路的供电电源，从而实现保护。
知识点2 二、点动与长动控制线路安装调试
1、原理分析
（1）点动控制线路，如下图所示，主电路由刀开关QS、熔断器FU、交流接触器KM的主触点和笼型电动机M组成；控制电路由起动按钮SB和交流接触器线圈KM组成。

（2）自锁（长动）控制线路
在实际生产中往往要求电动机实现长时间连续转动，即所谓长动控制。如下图所示，主电路由开关QS、熔断器FU、接触器KM的主触点、热继电器FR的发热元件和电动机M组成，控制电路由停止按钮SB2、起动按钮SB1、接触器KM的常开辅助触点和线圈、热继电器FR的常闭触点组成。

2、电路安装与调试
(1)按图2-19所示电路将所需元件准备好，检查元件数量、规格是否符合控制电路要求，检查元件外观是否完好，用万用表欧姆档检测元器件，确保所用器件是正常的。对电气原理图中按编号原则对线路进行编号。
（2）绘制电器布置图和安装接线图，其中安装接线图如图2-20所示(仅供参考)。安装接线图当元件涉及较多、接线复杂时，为了更便于识图接线，此时往往采用“相对标号法”，不再用线条连接，“相对标号法”请读者自行参考相关资料学习。
具体要求如下： 1）电源开关、熔断器、交流接触器、热继电器画在配电板内部，电动机、按钮画在配电板外部。2）安装在配电板上的元件布置应根据配线合理，操作方便，保证电气间隙不能太小，重的元件放在下部，发热元件放在上部等原则进行，元件所占面积按实际尺寸以统一比例绘制。3）安装接线图中各电气元件的图形符号和文字符号应和原理图完全一致，并符合国家标准。4）各电气元件上凡是需要接线的部件端子都应绘出并予以编号，各接线端子的编号必须与原理图的导线编号相一致。5）电气配电板内电气元件之间的连线在板内直接连接，配电板内接至板外的连线通过接线端子板进行。6）因配电线路连线太多，因而规定走向相同的相邻导线可以绘成一股线。
3）根据布置图进行安装接线。①底板选料、裁剪。实训时一般选用层压板或木板。②定位。根据电器产品说明书上的安装尺寸，用划针确定安装孔的位置，再用样冲冲眼以固定钻孔中心。③钻孔。确定电器元件的安装位置后，在钻床上(或用电钻)钻孔。④固定。用固定螺栓把电器元件按确定的位置(安装前应核对器件的型号、规格，检查其性能是否良好)逐个固定在底板上。
2）配线
在进行电气控制板安装配线时，一般采用明配线即板前配线。明配线的一般步骤如下：①考虑好元器件之间连接线的走向、路径；导线应尽可能不重叠交叉、不架空，做到横平竖直。②选取合适的导线：主电路、控制电路导线按要求选择其线径、颜色，按钮至端子排间连线可用多芯软线（铜线）。 ③根据导线的走向和路径，量取连接点之间的长度，截取适当长度的导线并理直。用尖嘴钳将每个转角都弯成90°角(尤其要注意不能破坏导线绝缘层)。④用电工刀或剥线