电气控制与PLC原理-2.ppt

电气控制与PLC原理,杭州电子科技大学自动化学院,第二讲,主讲吴茂刚,第一章工厂电气控制基础,1-1常用低压电器,1-2电气控制电路基本环节,学习目的与要求,通过本章学习，掌握低压电器及应用的基础知识1）低压电器的概念、分类、作用；2）低压电器的结构及工作原理；3）常用低压电器在电路中的作用、图形符号和文字符号、主电路和辅助电路中的连接；4继电接触控制基本电路进行分析和设计。,1-1常用低压电器,,低压电器常指用于交流额定电压1200V、直流额定电压1500V及以下的电路中的电器产品,1-1常用低压电器－电气控制原理图,,,1-1常用低压电器－电气控制原理图,,,,交流电机,熔断器,交流接触器,热继电器,刀开关,按钮开关,1-1常用低压电器－电气控制原理图,交流电机,熔丝,交流接触器,热继电器,刀开关,1,2,3,4,5,4,3,6,,,3,1-1常用低压电器－电气控制原理图,,1-1常用低压电器－电气控制原理图,1-1常用低压电器,控制电器的分类及作用,,,,中间继电器,继电器,热继电器,熔丝,,,交流接触器,,主令开关,行程开关,压力继电器,接近开关开关,空气开关,,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,6,5,主控器件,保护器件,控制器件,发信器件,信号器件,辅助器件,变压器,指示灯,,1-1常用低压电器－－熔断器,熔断器（俗称保险丝）担负的主要任务是为电线电缆作短路保护（有时也作过载保护），不论短路电流值有多高，它都能切断。其次，也适宜用作设备和电器的保护,,,,,,,,,1-1常用低压电器－－熔断器,文字符号和图形符号,FU,选择熔丝的方法,1电灯支线熔丝,熔丝额定电流≥支线上所有电灯的工作电流,2一台电动机的熔丝,熔丝额定电流≥,电动机的起动电流,,2.5,熔丝额定电流≥,电动机的起动电流,,1.6－2,如果电动机起动频繁，则为,3几台电动机合用的总熔丝,其余电动机额定电流之和,熔丝额定电流1.5－2.5容量最大的电动机额定电流,熔丝的额定电流有4A；6A；10A；15A；20A；25A；35A；60A；80A；100A；125A；350A；600A等多种。,1-1常用低压电器－－刀开关,用途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，广泛用在照明电路和小容量（5.5kW）、不频繁起动的动力电路的控制电路中。结构符号注意事项刀开关安装时，瓷底应与地面垂直，手柄向上，易于灭弧，不得倒装或平装。倒装时手柄可能因自重落下而引起误合闸，危及人身和设备安全。,胶盖瓷底刀开关的结构1出线盒2熔丝3动触头4手柄5静触头6电源进线座7瓷座8胶盖9接用电器,1-1常用低压电器－－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，用来控制接触器、继电器或其它电器线圈，使电路接通或分断，从而达到控制生产机械的目的。主令电器应用广泛、种类繁多。按其作用可分为控制按钮、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、钮子开关、紧急开关）等。,1-1常用低压电器－－主令电器按钮,按钮又称控制按钮或按钮开关是一种接通或分断小电流电路的主令电器，其结构简单．应用广泛。触头允许通过的电流较小．一般不超过5A，主要用在低压控制电路中．手动发出控制信号。按钮由按钮帽，复位弹簧，桥式动、静触头和外壳等组成。一般为复合式．即同时具有常开、常闭触头。按下时常闭触头先断开，然后常开触头闭合。去掉外力后在恢复弹簧的作用下，常开触头断开，常闭触头复位。,结构及符号,主令开关按钮,,,,,行程开关符号SQ,行程控制，行程开关又称限位开关或位置开关。是一种利用生产机械某些运动部件的撞击来发出控制信号的小电流主令电器。主要用于生产机械的运动方向、行程大小控制或位置保护等。行程开关的种类很多，它有动合触点和动断触点，由装在运动部件上的挡块来撞动。当运动部件到达一定行程位置时，其上的挡块撞动行程开关，使动合触点闭合，动断触点断开,1-1常用低压电器－－主令电器行程开关,动断触点,动合触点,,1-1常用低压电器－－主令电器接近开关及微动开关,,,接近开关和光电开关－－非接触式的、无触点行程开关接近开关按其工作原理分有高频振荡型、电容型、感应电桥型、永久磁铁型、霍尔效应型等，其中高频振荡型最为常用,接近开关,微动开关,自动往返控制电路,1-1常用低压电器－－自动开关（低压断路器）,,,,,,,,,低压断路器又称自动空气开关或自动开关。它相当于刀开关、熔断器、热继电器、过电流继电器和欠电压继电器的组合，是一种既有手动开关作用又能自动进行欠压、失压、过载和短路保护的电器。它对线路、电器设备及电动机实行保护。是低压配电网中的一种重要保护电器。,1-1常用低压电器－－自动开关（断路器）,,,,,,,,主触点接线,低压断路器结构示意图1主触点2自由脱扣机构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,1-1常用低压电器－－自动开关（断路器）,,工作原理脱扣器是自动开关的主要保护装置，包括电磁脱扣器（作短路保护）、热脱扣器（作过载保护）、失压脱扣器以及由电磁和热脱扣器组合而成的复式脱扣器等种类。电磁脱扣器的线圈串联在主电路中，若电路或设备短路，主电路电流增大，线圈磁场增强，吸动衔铁，使操作机构动作，断开主触点，分断主电路而起到短路保护作用。电磁脱扣器有调节螺钉，可以根据用电设备容量和使用条件手动调节脱扣器动作电流的大小。热脱扣器是一个双金属片热继电器。它的发热元件串联在主电路中。当电路过载时，过载电流使发热元件温度升高，双金属片受热弯曲，顶动自动操作机构动作，断开主触点，切断主电路而起过载保护作用。,图1-4自动开关的原理图1、9弹簧2触点3锁键4搭钩5轴6过电流脱扣器7杠杆8、10衔铁11欠电压脱扣器12双金属片13电阻丝,1-1常用低压电器－－交流接触器,,,,,,,,,,电磁式的接触器是利用电磁吸力的作用使主触点闭合或断开电动机电路或负载电路的控制电器。用它可以实现频繁的远距离操作，它具有比工作电流大数倍的接通和分断能力。接触器最主要的用途还是控制电动机的启动、正反转、制动和调速等。因此，它是电力拖动控制系统中最重要的也是最常用的控制电器。接触器按其主触点控制的电路中的电流分为直流接触器和交流接触器。交流接触器特点交流线圈、有短路环、采用双断口触头直流接触器特点直流线圈、滚动指型触头,主触点接线,控制线圈接线,电磁式接触器分类,按主触头所在动力回路的电流种类分交流、直流按主触头对数分单极（一对主触头）、多极（二至四对主触头）按电磁线圈回路（通常叫做控制回路）的电流种类分交流操作、直流操作按主回路电压等级分低压、高压按铁心结构形式分转动式（或称角移式）和直动式,接触器的图形符号、文字符号,线圈,KM,辅助触点,主触点,动合触点,动断触点,接触器结构和工作原理,,,a）外形b）结构示意图,工作原理交流接触器有两种工作状态得电状态（动作状态）和失电状态（释放状态）。接触器主触头的动触头装在与衔铁相连的绝缘连杆上，其静触头则固定在壳体上。当线圈得电后，线圈产生磁场，使静铁心产生电磁吸力，将衔铁吸合。衔铁带动动触头动作，使常闭触头断开，常开触头闭合，分断或接通相关电路。当线圈失电时，电磁吸力消失，衔铁在反作用弹簧的作用下释放，各触头随之复位。,接触器铭牌上的额定电压是指主触头的额定电压。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220V、440V及660V。辅助触头的常用额定电压交流380V；直流220V。,接触器的主要技术参数-额定电压,接触器的额定工作电流系指主触头的额定电流。接触器电流等级为6A、10A、16A、25A、40A、60A、100A、160A、250A、400A、600A、1000A、1600A、2500A及4000A。,接触器的主要技术参数-额定电流,交流接触器的操作频率一般为300次/h1200次/h直流接触器的额定操作频率比交流接触器的高,接触器的主要技术参数-操作频率,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。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。对于电动机负载可按经验公式计算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。,,接触器的主要技术参数-选用,,继电器是一种根据电量（电流、电压）或非电量（时间、速度、温度、压力等）的变化自动接通和断开控制电路，以完成控制或保护任务的电器。继电器一般由3个基本部分组成检测机构、中间机构和执行机构。与接触器的区别继电器可以对各种电量或非电量的变化作出反应，而接触器只有在一定的电压信号下动作。继电器用于切换小电流的控制电路，而接触器则用来控制大电流电路，因此，继电器触头容量较小（不大于5A），且无灭弧装置。继电器种类很多，按输入信号可分为电压继电器、电流继电器、功率继电器、速度继电器，压力继电器、温度继电器等；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、电子式继电器、热继电器等；按用途可分为控制与保护继电器；按输出形式可分为有触点和无触点继电器。,1-1常用低压电器－－继电器,继电器是控制系统中一种重要的元件，它的作用就是按照某种要求接通或断开控制系统中的电路。当继电器输入电压、电流和频率等电量或温度、压力和转速等非电量达到规定值时，继电器的触点便接通或分断所控制或保护的电路。继电器一般由输入感测机构和输出执行机构两部分组成，前者用以反映输入量的高低，后者用以接通或切断电路。常用的继电器是有触点的，触点有通和断两种状态，状态的改变由某种机构带动。,继电器–定义,按动作原理，继电器可以分电磁式、感应式、电子式、热效应式、气动式、电动式等；按动作时间，继电器可以分瞬时动作和延时动作（也叫时间继电器）等；,电流继电器-分类,按输入量的物理性质，继电器可以分为电压、电流、速度、时间、温度、压力、热继电器等。最常用的是电磁式继电器，它是根据吸引线圈中的电流量的大小来动作的。电磁式继电器分直流和交流两大类，它们的主要结构和工作原理与接触器基本相同，它们各自又可分为电流、电压、时间、中间继电器等。,继电器-分类,1）电压继电器触点的动作和线圈的动作电压大小有关的继电器叫电压继电器，它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与负载并联。其线圈的匝数多而线径细。分类按线圈电流的种类可以分为交流和直流电压继电器，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。,特点,继电器-电压继电器,中间继电器的作用是增加被控制线路的数量或加大触点允许的断开容量，以达到分配控制信号和功率放大的目的。中间继电器有交、直流两种。中间继电器的特点是触点数目较多，一般在34对以上，触点形式常采用桥形触点（与接触器辅助触点相同）。动作功率较大的中间继电器与小型接触器的结构相同。,继电器-中间继电器,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,电磁继电器主要包括电流继电器、电压继电器和中间继电器。选用时主要依据继电器所保护或所控制对象对继电器提出的要求，如触头的数量、种类，返回系数，控制电路的电压、电流、负载性质等。出于继电器触头容量较小，所以经常将触头并联使用。有时为增加触头的分断能力，也有把触头串联起来使用的。,,,控制线圈接线,主触点接线,继电器-中间继电器,适用于交流500V以下的控制线路，线圈电压为交流12V、36V、127V、220V及380V五种。继电器有八对触点，额定电流为5A，最高操作频率为1200次/h。适用于直流110V以下的控制电路，线圈额定电压为直流12V、24V、48V、110V四种，线圈消耗功率不大于3W，继电器具有带公共触点的三常开、三常闭触点，触点额定电流为3A。,继电器-中间继电器,2）电流继电器触点的动作和线圈的动作电流大小有关的继电器叫电流继电器，使用时电流继电器的线圈与负载串联。,特点,其线圈的匝数少而粗。,分类按线圈电流的种类可以分为交流和直流电流继电器，按吸合电流大小又可以分为过电流和欠电流继电器。,继电器-电流继电器,时间继电器的特点是当得到控制信号后（如继电器线圈接通或断开电源），其触点状态并不立即改变，而是经过一段时间的延迟之后，触点才闭合或断开，因此这种继电器又称为延时继电器。,,,,,,,,接通延时型,断开延时型,闭,闭,继电器-时间继电器,热继电器是利用电流流过热元件时产生的热量，使双金属片发生弯曲而推动执行机构动作的一种保护电器。主要用于交流电动机的过载保护、断相及电流不平衡运行的保护及其它电气设备发热状态的控制。,热继电器的选用,（1）过载能力较差的电动机，热元件的额定电流IRT为电动机的额定电流IN的60％～80％。,（2）在不频繁的启动场合，若电动机启动电流为其额定电流6倍以及启动时间不超过6秒时，可按电动机的额定电流选取热继电器；（3）当电动机为重复且短时工作制时，要注意确定热继电器的操作频率，对于操作频率较高的电动机不宜使用热继电器作为过载保护。,继电器-热继电器,,,1主触头2主双金属片3热元件4推动导板5补偿双金属片6常闭触头7常开触头8复位调节螺钉9动触头10复位按钮11偏心轮12支撑件13弹簧,继电器-热继电器,基本电路,,基本电路,,笼型电动机直接起动的控制线路,为了读图和设计线路的方便，控制线路常根据其作用原理画出，把控制电路和主电路分开。这样的图称为控制线路原理图。,在控制线路原理图中，各种电器都用统一的符号来代表。同一电器的各部件是分散的。为了识别起见，它们用统一的符号表示。,在原理图中，规定所有电器触点均表示在起始情况下的位置，即在没有通电或没有发生机械动作时的位置。,在起始情况下，如果触点是断开的，则称为动合触点；如果触点是闭合的，则称为动断触点。,,笼型电动机直接起动的控制线路原理图,,,,,,KM,1,,,2,,,,FR,FU,SB1,SB2,KM,KM,FR,控制电路,主电路,S,,若去掉自锁触点KM，则可对电动机实行点动控制。,,,,,,,,,KM,1,,,2,FR,FU,SB2,KM,FR,控制电路,主电路,S,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,闭合开关S接通电源,按SB2→KM线圈得电,→KM主触点闭合→M运转,松SB2→KM线圈失电,动作次序,笼型电动机点动控制线路,,,,,,,,,,,,,,,,KM,1,,,2,FR,FU,SB2,KM,FR,控制电路,主电路,S,,闭合开关S接通电源,按SB2→KM线圈得电,→KM主触头闭合→M运转,松SB2→KM线圈失电,→KM主触头恢复→M停转,动作次序,笼型电动机点动控制线路,,,返回,笼型电动机正反转的控制线路,FR,FU,KMF,S,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,KMR,要使电动机给够实现反转，只要把接到电源的任意两根连线对调一头即可。为此用两个接触器来实现这一要求。,设KMF为实现电机正转的接触器，KMR为实现电机反转的接触器。,A,B,C,U,V,W,,,,,,合上S,接通电源,其主触点闭合,让KMF线圈通电,三相电源ABC分别通入电机三相绕组UVW，电动机正转。,其主触点闭合,让KMR线圈通电,,,,,三相电源ABC通入电机三相绕组变为AU未变，但BW，CV。,电动机将反转,KMF线圈断电，主触点打开，电机停。,,,,,,,→电机正转并自锁,,主电路,笼型电动机正反转的控制线路,,,,,KMF,,,,,,FR,FU,SB1,SBF,KMF,KMF,FR,S,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,KMR,,KMR,,,,SBR,KMR,,,KMF,,,,KMR,控制电路,动作次序,按SBF,→KMF通电,动合触点闭合,→实现互锁功能,合上S接通电源,动断触点打开,按SB1→KMF断电→电机停转,,按SBR,→KMR通电,动合触点闭合,→实现互锁功能,动断触点打开,→电机反转并自锁,,缺点要想改变电机转向，必须先按停止按钮。,基本电路,