电气控制与PLC原理2(低压电器1)(1).ppt

1,电气控制与PLC原理低压电器,主讲人章娟,2,任课老师,姓名章娟Emailhdzj1010课件hdu0606password（hdu123456）办公室二教南328,3,参考书籍,廖常初，可编程序控制器的编程方法与工程应用，重庆大学出版社，2006陈建明，电气控制与PLC应用，电子工业出版社，2008三菱、西门子PLC编程手册基本工具,4,成绩评定标准,平时成绩（3040），包括到课、作业和实验成绩考试成绩（7060）,5,授课计划,一、绪论二、常用低压电器※三、电气控制线路基础※四、继电接触式电气控制系统设计五、PLC程序设计基础※六、梯形图程序设计方法※七、顺序控制梯形图的编程方法※八、PLC网络通信九、PLC应用及系统设计十、实验※,6,,1-1低压电器概述电气控制原理图,,7,,,交流电机,熔丝,交流接触器,热继电器,刀开关,按钮开关,1-1低压电器概述－电气控制原理图,8,1-1低压电器概述,控制电器的分类及作用,,,,中间继电器,继电器,热继电器,熔断器,,,交流接触器,,主令开关,行程开关,压力继电器,接近开关,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,9,1-2常用低压电器－－低压隔离器（刀开关）,低压刀开关、熔断器式刀开关和组合开关,作用低压配电设备中隔离电源和小容量负载非频繁启动的操作开关,分类按刀的级数分单极、双极和三极按灭弧装置分带灭弧装置和不带灭弧装置按刀的转换方向分为单掷和双掷按接线方式分为板前接线和板后接线按操作方式分为手柄操作和远距离联杆操作按有无熔断器分带熔断器和不带熔断器,10,刀开关,,11,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。无灭弧装置,考虑到电机较大的启动电流，刀闸的额定电流值应如下选择（35*异步电机额定电流,*低压刀开关,12,熔断器式刀开关,作用有大短路电流的配电网络、电动机电路。可作为电源开关、隔离开关，并可作短路保护。组成触头系统、熔体、灭弧室、底座、塑料防护盖等。,HG1系列熔断器式隔离器,HR3熔断器式刀开关,13,组合开关（转换开关）,组合开关结构静触头一端固定在胶木盒内，另一端伸出盒外，与电源或负载相连。动触片套在绝缘方杆上，绝缘方轴每次作90正或反方向的转动，带动静触头通。特点结构紧凑，安装面积小，操作方便。用途电源的引入开关；通断小电流电路；控制５ＫＷ以下电动机。,14,,组合开关（转换开关）,刀片动触片可转动能组成各种不同的线路。,15,,组合开关（转换开关）,16,1-3常用低压电器－－自动开关（低压断路器）,,,,,,,17,低压断路器（自动空气断路器、自动开关）,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，除能完成接通和分断电路外还能自动进行欠压、失压、过载和短路保护。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。,18,,,塑壳式低压断路器原理图,1．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,,,19,,,塑壳式低压断路器原理图,1．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,线路短路或严重过载保护,20,,,塑壳式低压断路器原理图,1．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,远距离跳闸，对电路不起保护作用,21,,,塑壳式低压断路器原理图,1．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,线路过载保护,22,,,塑壳式低压断路器原理图,1．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,,,电动机的失压保护,23,24,1-3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,25,1-3常用低压电器－－自动开关（断路器）,从结构、用途来分万能式（又称框架式，国际上通称ACB）和塑料外壳式[国际上通称MCCB，MCB（小型）]两大类。万能式断路器容量较大，可装设多种脱扣器，辅助接点的数量也多，不同的脱扣器组合可形成不同的保护特性，故可作为选择性或非选择性或具有反时限动作特性的电动机保护。它通过辅助接点可实现远方遥控和智能化控制。其额定电流为630～5000A。一般用于变压器400V侧出线总开关、母线联络开关或大容量馈线开关和大型电动机控制开关。,26,1-3常用低压电器－－自动开关（断路器）,塑壳式断路器的主要特征是，所有部件都安装在一个塑料外壳中，没有裸露的带电部分，提高了使用的安全性。塑壳断路器一般用于配电馈线控制和保护、小型配电变压器的低压侧出线总开关，动力配电终端控制和保护，及住宅配电终端控制和保护，也可用于各种生产机械的电源开关。,27,1-3常用低压电器－－自动开关（断路器）,根据保护对象的不同，断路器又分为四个类型（1）配电保护型──保护电源和电气线路（电线、电缆）和设备；（2）电动机保护型──专作电动机的不频繁起动，运行中中断，以及在电动机发生过载、短路和欠电压时的保护；（3）家用和类似家用场所保护型──对照明线路、家用电器等的保护；（4）剩余电流（漏电）保护型──用来保护人身免受电击危险及防止电气火灾的保护器。,28,1-4常用低压电器－－电磁接触器,,,,,,,,,特点和用途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低压控制电器。用于远距离频繁接通和分断交直流主回路和大容量用电回路的控制电器。主要控制对象是电动机，实现起停、正反转、制动和调速等控制功能，也可用于电热器、电焊机、电容器等电力负载。能接通和分断比工作电流大数倍乃至十几倍的电流，但不能分断短路电流。具有手动切换电器所不能实现的遥控功能，同时还具有欠压、失压保护的功能，但却不具备短路保护和过载保护功能。,主触点接线,控制线圈接线,29,图形符号和文字符号,30,接触器,接触器是利用电磁吸力的原理工作的。接触器主要由电磁系统、触头系统和灭弧装置组成,图1接触器结构简图1主触头2常闭辅助触头3常开辅助触头4动铁心5电磁线圈6静铁心7灭弧罩8弹簧,31,接触器,电磁系统将电磁能转换为机械能并带动触头动作。组成原理线圈通入电流，产生磁场，经铁芯、衔铁和气隙形成回路，产生电磁力，将衔铁吸向铁芯。,,铁芯,衔铁,线圈,交流硅钢片叠加直流整块铸铁或铸钢,直动式转动式,电压线圈并联在电路中，匝数多、导线细。电流线圈串联在电路中，匝数少、导线粗。交流线圈短而粗，有骨架。直流线圈细而长，无骨架。,32,接触器,作用在衔铁上的力有两个电磁吸力与反力。电磁吸力由电磁机构产生，反力则由释放弹簧和触点弹簧所产生。电磁系统的工作情况常用吸力特性和反力特性来表示。为了保证使衔铁能牢牢吸合，反作用力特性必须与吸力特性配合好。,图吸力特性与反力特性的配合1直流电磁铁吸力特性2交流电磁铁吸力特性3反力特性,33,接触器,触头系统触头是接触器的执行元件，用来接通或断开被控制电路。按所控电路分主触头和辅助触头按原始状态分常开触头（动合触头）和常闭触头（动断触头）按接触形式分点接触、线接触、面接触按结构形式分桥型触头、指式触头,34,接触器,灭弧装置电弧开关电器切断电流电路时，触头间电压大于10V，电流超过80mA时，触头间会产生蓝色的光柱，即电弧。电弧的危害延长了切断故障的时间；高温引起电弧附近电气绝缘材料烧坏；形成飞弧造成电源短路事故。灭弧措施灭弧罩、灭弧栅、磁吹弧,,,35,接触器,工作原理线圈加额定电压，衔铁吸合，常闭触头断开，常开触头闭合；线圈电压消失，触头恢复常态。为防止铁心振动，需加短路环。,36,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,主触头,,辅助触头,动作过程,线圈通电,,衔铁吸合,,主触头闭合,电机动作,,,,,,接触器,,辅助常开触头闭合,辅助常闭触头断开,,,,,,,37,接触器,接触器符号,38,交流接触器,交流接触器线圈通以交流电，主触头接通、分断交流主电路。存在问题铁心中产生涡流和磁滞损耗引起铁心发热磁通过零时，电磁吸力为零，使衔铁产生震动和噪声解决方法铁心用硅钢片冲压迭制而成，减少涡流路径加硅增加铁心电阻。铁心端面安装铜质短路环,39,交流接触器,短路环减小衔铁吸合时产生的振动和噪音。,40,直流接触器,直流接触器线圈通以直流电流，主触头接通、切断直流主电路常用于远距离通断直流电路或控制直流电动机的频繁起停。,41,接触器的主要技术参数与选用,接触器的型号及代表意义,42,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,43,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,44,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,45,1.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,46,1-5常用低压电器－－熔断器,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。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。分类瓷插式螺旋式有填料密封管式无填料密封管式快速熔断器自恢复熔断器,47,瓷插式熔断器,螺旋式熔断器,广泛地用于中、小容量的控制系统中。,48,（有填料）,管式熔断器,主要用于要求分断较大电流的场合。,49,熔断器必须与被保护对象串联，其核心部分是熔体（俗称保护丝），一般由铅锡合金制成。,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（有时也作严重过载保护），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,50,熔断器,安秒特性熔断器的熔体串联在被保护电路中。当电路正常工作时，熔体允许通过一定大小的电流而长期不熔断；当电路严重过载时，熔体能在较短时间内熔断；而当电路发生短路故障时，熔体能在瞬间熔断。熔断器的特性可用通过熔体的电流和熔断时间的关系曲线来描述。,51,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,,1.62,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1.52.5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。,52,1-6常用低压电器－－继电器,继电器是在控制、保护电路中起信号转换作用的一种低压控制电器。根据电量（电流、电压）或非电量（时间、速度、温度、压力等）的变化自动接通和分断交直流小容量控制电路，以完成控制或保护任务。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。,53,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。,54,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；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。,继电器-分类,55,电磁式继电器,电磁式继电器的结构与工作原理,56,电磁式继电器,电磁式继电器的特性当继电器输入量由零增至x1以前，继电器输出量为零。当输入量增加到x2时，继电器吸合，输出量为y1，若再增大，值保持不变。当减小到x1时，继电器释放，输出量由y1降到零，再减小，值均为零。x1/x2称为继电器的返回系数。,57,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,控制线圈接线,主触点接线,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。电压继电器过电压继电器电压小于额定电压时不动作，大于额定电压时动作。欠电压继电器电压大于设定电压时继电器吸合，小于设定电压时继电器释放。电流继电器过电流继电器电流小于额定电流时不动作，大于整定电流时动作。欠电流继电器电压大于整定电流时继电器吸合，小于整定电流时继电器释放。中间继电器将一个输入信号变成多个输出信号或将信号放大。,58,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,控制线圈接线,主触点接线,继电器-电磁继电器,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。,59,继电器-电磁继电器,60,,JQX-10F通用型小型大功率电磁继电器,JQX-115F小型大功率电磁继电器,JTX通用型小型大功率电磁继电器,JZ7系列中间继电器,JZC-32F超小型中功率电磁继电器,JZX-22F小型中功率电磁继电器,MK通用型小型大功率电磁继电器,NRC6系列接触器式继电器,61,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。特点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。,电磁继电器-电压继电器,62,有交、直流两种。作用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。特点触点数目较多，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-中间断电器,63,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5V、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-中间断电器,64,触点的动作和线圈的动作电流大小有关的继电器，使用时电流继电器的线圈与负载串联。,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低电流继电器。,继电器-电流继电器,特点其线圈的匝数少而粗。,65,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。,继电器-时间继电器,66,67,时间继电器触头类型,,通电式,瞬时动作,延时动作,常闭触点,常开触点,常开通电后延时闭合,常闭通电后延时断开,,,,,,,,68,时间继电器,69,时间继电器,70,时间继电器,符号,abcdefgh,a线圈一般符号b通电延时线圈c断电延时线圈d通电延时闭合动合（常开）触点e通电延时断开动断（常闭）触点（f）断电延时断开动合（常开）触点（g）断电延时闭合动断（常闭）触点（h）瞬动触点,71,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,72,热过载继电器,用于电动机的过载保护。利用发热元件感受到的热量而动作。,73,,发热元件接入电机主电路，若长时间过载，双金属片被烤热。因双金属片的下层膨胀系数大，使其向上弯曲，扣板被弹簧拉回，常闭触头断开。,74,,,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,75,热继电器,76,速度继电器,速度继电器主要用于笼型异步电动机的反接制动控制，也称反接制动继电器。,定子---由硅钢片迭成笼型空心圆环套在转子上，装有鼠笼型短路绕组。,转子---圆柱形永久磁铁，与电动机同轴连接。,77,速度继电器,78,1-7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。,79,1-7常用低压电器－－主令电器接近开关及微动开关,接近开关,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,80,1-7常用低压电器－－主令电器按钮,,,,,,SB,,,,,,,图形符号,常开,常闭,文字符号,按钮开关又称控制按钮是一种接通或分断小电流电路的主令电器。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。,常开,常闭,81,,施加外力,,1、2断开；3、4闭合,,复位,撤消外力,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。,82,1-7常用低压电器－－主令电器行程开关,动断触点,动合触点,,行程开关符号SQ,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,83,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，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。,84,,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,QS,,若去掉自锁触点KM，则可对电动机实行点动控制。,85,,,,,,,,,KM,1,,,2,FR,FU,SB2,KM,FR,控制电路,主电路,QS,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,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,,,,,,,,,86,,,,,,,,KM,1,,,2,FR,FU,SB2,KM,FR,控制电路,主电路,QS,,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,,87,笼型电动机正反转的控制线路,FR,FU,KMF,QS,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,KMR,要使电动机能够实现反转，只要把接到电源的任意两根联线对调一头即可。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QS,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。,,,,,,88,,→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,QS,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,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。,89,思考题,1.从结构上看，低压电器由哪几部分组成2.电磁机构由哪几部分组成3.直流电磁机构有无短路环为什么4.为什么接触器必须有灭弧罩继电器有无灭弧罩为什么5.热继电器、熔断器的作用分别是什么6.简述自动空气开关的结构及工作原理。,90,Theend,91,,THANKYOU,