第1章电气控制系统常用器件[1]

第1章电气控制系统常用 器件
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2020/11/25
第1章电气控制系统常用器件[1]
授课对象: 电气工程及其自动化专业，自动化专业
先修课程：电路，电子，电机学 ，电力拖动，
计算机原理等
课程类型：专业课
主要教材及参考书：
王永华编著，
《现代电气控制及PLC应用技术》（第3版），
北京航空航天大学出版社，2013
电磁式电器及组成
▪ 电磁式电器：采用电磁感应原理完成电 器功能的电器
▪ 电磁式电器组成：
触点（头）
是对电路的通断起作用的功
电磁机构
能性部件
是保证触点高质量通断及保护
灭弧装置（部分电器）
电器安全的保护性部件
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第1章电气控制系统常用器件[1]
电磁式电器工作原理
▪（a）线圈通以直流电的电磁机构
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第1章电气控制系统常用器件[1]
课程性质： 一门实用性非常强的专业课
课程内容 §1）常用各种低压电器元件的组成、工作原理、选择及使用方 法以及使用中的注意事项 §2）以电动机为控制对象讲解几种典型的继电接触式控制系统 的基本环节；继电接触式控制系统的设计原理及设计步骤；继 电接触式控制线路图的分析 §3）可编程控制器（PLC）的定义、特点、分类、组成及工作 原理 §4）S7-200PLC的 基础知识、基本指令及程序设计、顺序控制 指令及应用、功能指令及应用；PLC的设计的设计方法及设计 步骤
当线圈断电或线圈的电压降低 到一定值时，电磁吸力消失或 减弱，衔铁在反力弹簧（4）的 作用下打开，主、辅触点又恢 复到原来的状态。
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交流接触器
1．结构
➢触头系统：主触点、辅助触点
常开触点（动合触点）
常闭触点（动断触点）
➢电磁机构：铁心、衔铁，吸引线圈和反作用弹簧
额定电流：主触点的额定电流
6A、10A、16A、25A、40A、60A、100A、160A、250A、400A、600A 1000A、1600A、2500A及4000A
线圈额定电压 接通和分断能力：负载类型 操作频率：允许每小时接通的最多次数
交流接触器的操作频率一般为：300次/h~1200次/h ； 直流接触器的额定操作频率比交流接触器的高
§ 灭弧装置用途：用于熄灭触头分断负载电流时产生的电弧。
§ 灭弧原理：①迅速拉长电弧；②冷却和去游离法。
常用的灭弧装置有如下几种。
§ 1）多断点灭弧
§ 2）灭弧栅
F＋＋ F
§ 3）磁吹式灭弧装置
§ 4）灭弧罩 - 冷却电弧
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1.2 接触器
接触器是用来频繁地、远距离地接通或分断电动机主电路或其他负载 电路的自动控制电器。
新一代 电气自动控制技术
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
▪ 在计算机网络技术、通信技 术和微电子技术的基础上，与 自动控制技术相结合的产物
▪继集散控制系统（DCS）后的 新一代控制系统
▪电气控制系统是FCS中底层网 络的重要组成部分
现场总线控制系统（FCS） Fieldbus Control System
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课程任务：使同学们掌握一门非常实用的技术、培养同学们的 实际应用能力和动手能力
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第1章电气控制系统常用器件[1]
具体要求
1、熟悉常用低压电器的工作原理和用途，达到正确使 用和选用的目的，同时要了解一些新型元器件的用途。
2、掌握电气控制线路的基本环节，并具备阅读和分析 电气控制原理图的能力，能根据工艺要求设计简单的电气 控制线路，掌握电气控制线路的简单设计方法。
▪
电磁吸力
电磁式电器工作原理示意图 ▪
▪ 1—铁芯 2—线圈 3—衔铁 4—静触点 ▪ 5—动触点 6—触点弹簧 7—复位弹簧
B-气隙磁感应强度 S-磁极截面积
▪（b）线圈通以交流电的电磁机构
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对单相交流电磁机构，加短路环减小噪声和振动
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触点（头）
触点是电器的执行机构，它在衔铁的带动下起接通和 分断电路的作用。
保护电器：用于保护电路及设备的电器，例如 熔断器、热继电器等。
执行电器：用于完成某种动作或传达功能的电
器，例如电磁离合器等。
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常用低压电器的类型
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常用低压电器实物
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用途
控制电动机的起动、反转、制动和调速等 。 控制电动机主电路和大电流电路的通断的开关电器。
分类
交流接触器、直流接触器
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第1章电气控制系统常用器件[1]
接触器的工作原理
线圈通电（5）后,在铁芯（6） 中产生磁通,由此在衔铁（3）气 隙处产生吸力,使衔铁产生闭合 动作,带动主触点（1,2）闭合,接 通主电路,同时衔铁还带动辅助 触点动作,使原来断开的辅助触 点闭合,而原来闭合的辅助触点 断开。
结构形式： ▪单断点指形触头和双断点桥式触头 触点的接触形式： ▪点接触、线接触和面接触 触点的分类：
按触点的运动情况：动触点和静触点 按触点的职能分：主触点和辅助触点 按触点的状态可分为：常开触点和常闭触点
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电磁机构
作用：电磁机构是电磁式低压电器的感测部件，它的作用是将电磁 能量转换成机械能量，带动触头动作使之闭合或断开，从而实 现电路的接通或分断。
结构：
1
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电磁机构的工作原理
吸力特性：电磁机构使衔铁吸合的力与气隙的关系曲线称为吸力特 性。
反力特性：电磁机构使衔铁释放（复位）的力与气隙的关系曲线称 为反力特性。
交流电磁机构的吸力特性：F与δ无关 直流电磁机构的吸力特性：F与δ的平方成反比－双
曲线 吸力和反力的配合：吸合过程和释放过程
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第1章电气控制系统常用器件[1]
1.1 电器的基础知识
电器就是根据外界施加的信号和要求，能手 动或自动地断开或接通电路，断续或连续地 改变电路参数，以实现对电或非电对象的切 换、控制、检测、保护、变换和调节的电工 器械。
低压电器通常指工作在交流电压1200V、直 流电压1500V以下的电器。
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电器的分类
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第1章电气控制系统常用器件[1]
常用低压电器的作用
控制电器：用于控制电路和控制系统的电器， 例如接触器、 继电器等。
配电电器：用于电能输送和分配的电器，例如 高压断路器。
主令电器：用于自动控制系统中发送指令的电 器，例如按钮、开关等。
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接触器的选择
1.接触器的类型选择： 根据接触器所控制负载的轻重和负载电流的类型:直流、交流型
2.额定电压的选择 接触器的额定电压不小于负载回路的电压。
3.额定电流的选择： 一般接触器的额定电流不小于被控回路的额定电流。
4.吸引线圈的额定电压： 吸引线圈的额定电压与所接控制电路的电压相一致。
▪图3 PLC控制的梯形图
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电气自动控制技术的新发展
▪ 数控技术是电气自动控制的 重要分支
▪ 直接数字控制（DDC）系统 ▪ 柔性制造系统（FMS） ▪ 计算机集成制造系统（SIMS ） ▪ 计算机辅助设计和辅助制造
（CAD/CAM） ▪ 集散控制系统（DCS） ▪ 智能机器人 ▪ 智能制造
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第1章电气控制系统常用器件[1]
引言 电气控制技术的发展
▪控制方法 ： ▪控制功能 ：
▪控制原理 ： ▪操作方式 ：
手动
自动
简单控制设备
复杂控制系统
有触点的 继电接触式控制系统
笨重
轻巧
以计算机为核心的 “软”控制系统
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当代工业自动化的三大技术支柱： ▪PLC ▪CAD/CAM ▪Robot
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第1章电气控制系统常用器件[1]
电磁机构的反力装置
§ 反力装置包括：复位弹簧、触点弹簧 § 复位弹簧的作用：激磁线圈断电后，利用复位弹簧
的反力将衔铁复位，从而带动触点复位。 § 触点弹簧的作用：保证触点在磨损情况下，仍能良
好的接触。
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图1-4触点弹簧的作用
第1章电气控制系统常用器件[1]
灭弧装置（1）
(1)电弧 开关电器切断电流电路时，触点间电压大于10V，电流
超过80mA时，触点间会气体放电， 即电弧。产生电弧的根 本原因在于电器触头本身及触头周围的介质中含有大量可被 游离的电子，当分断的触头间存在足够大的外施电压，而且 电路电流也达到最小生弧电流时，就会强烈游离而形成电弧 。
采用PLC控制， 往往在采集输入信 号时，可能需要用 到继电器。在输出 控制信号时，还要 用继电器做“功率 放大”- PLC控制 系统可能包括继电 器接触式控制系统。
▪ 以可编程逻辑控制器（P ）为核心
▪用“软件方式”完成控制 辑和功能，功能完备，通用 性和灵活性好；具有算数运 送、数据转换、过程控制、 数据通信等功能，能实现大 型、复杂的控制任务
第一章 电气控制系统常用器件
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第1章电气控制系统常用器件[1]
主要内容
§ 1.1 电器的基础知识 § 1.2 接触器 § 1.3 继电器 § 1.4 开关电器 § 1.5 熔断器 § 1.6主令电器 § 1.7信号电器 § 1.8常用执行器件 § 1.9常用检测仪表 § 1.10常用安装附件
3、掌握可编程控制器的基本情况，理解可编程控制器 的工作原理。
4、掌握西门子公司的S7-200可编程控制器的基本指令 和常用的功能指令。熟练掌握梯形图的编程方法。
5、掌握PLC控制系统的设计方法和设计步骤。
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第1章电气控制系统常用器件[1]
考核方式
总成绩 = 平时考核（出勤+作业）20分 + 实验成绩20分 + 期末笔试成绩 60分
接触器的图形符号和文字符号
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第1章电气控制系统常用器件[1]
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接触器的技术参数
额定电压：主触点的额定电压
交流接触器的额定电压一般为220V、380V、660V及1140V
直流接触器一般为110V、220V、440V及660V
辅助触头的常用额定电压：交流380V；直流220V
第1章电气控制系统常用器件[1]
继电接触式控制系统 VS. 可编程控制系统
▪ 由继电器、接触器和按 钮等组成
▪ 结构简单，价格低廉， 抗干扰能力强
▪用“硬接线方式”完成控 制逻辑和功能，灵活性差
▪工作频率低，反应速度慢
▪易损坏，可靠性差
继电接触式控制系统
两种方法基本上 都可以实现同一种 功能。它们的运用 都需要“门电路” 的知识。门电路就 是“与门”、“非 门”、“或门”之 类的知识。
5.接触器的触点数量、种类选择。 根据主回路和控制回路的要求选择。
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第1章电气控制系统常用器件[1]
1.3 继电器
定义
继电器是根据某种输入信号来接通或断开小电流控制电路，实现远距离 控制和保护的自动控电器。其输入量可以是电流、电压等电量，也可以 是温度、时间、速度、压力等非电量，而输出则是触头的动作或者是电 路参数的变化。
▪ 分类
按输入信号的性质分为：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、压力继电器等。
▪操作方便，价格低廉，简 易懂
可编程控制系统
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第1章电气控制系统常用器件[1]
▪启动按钮
▪停止按钮
鼠
笼
式
异
步
电
动
机
▪图2 PLC控制的输入输出接线图
控
制
▪控制回路：接触器
和继电器线圈等小
电流线路；
▪主回路（动力回路）:大电流通过的部分， 包括从电源到电机之间相连的电器元件。
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(2)电弧的危害 a.延长了切断故障的时间; b.高温引起电弧附近电气绝缘材料烧坏； c.形成飞弧造成电源短路事故; d.电弧是造成电器的寿命缩短的主要原因
。
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第1章电气控制系统常用器件[1]
灭弧装置（2）
§ 如何熄灭电弧：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。
➢灭弧装置：灭弧罩、灭弧栅灭弧、桥式触点灭弧
2．用途
➢远距离地频繁地通断交流电路或控制交流电动机的频繁起停
。
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第1章电气控制系统常用器件[1]
直流接触器
结构：电磁机构、触头系统和灭弧装置。 用途：远距离地频繁地通断直流电路或控制直流电动机的频
繁起停。
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第1章电气控制系统常用器件[1]