电气控制基本知识课件.ppt
第1章 电气控制基本知识,基本电气控制线路,1.0 概述,电气控制系统的发展,第一代PLC： 一位机开发，磁芯存储器存储，单一的逻辑控制功能；第二代PLC： 8位微处理器及半导体存储器，系列化产品；第三代PLC： 高性能微处理器及位片式CPU，具有多功能及联网通信；第四代PLC： 16位、32位微处理器，高性能位片式微处理器；具有逻辑控制功能、过程控制功能、运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能。,可编程控制器的发展,1.0 概述,PLC及其网络是现代工业自动化的支柱,现代工业自动化三大支柱 ：PLC、机器人、CAD/DAM,1、 PLC集三电于一体2、 PLC网络的性能价格比高,1.0 概述,两种实现三电一体化的思路： 一种是在网络一级实现三电一体化，把逻辑控制装置、过程控制装置、运动控制装置连入同一网络，则网络就成了三电统一的载体，在网络一级实现了三电一体化。 另一种是在控制装置一级实现三电一体化，使一台控制装置既有逻辑控制功能，又有过程控制功能，还有运动控制功能。 集散控制系统即DCS(distributed control system)系统沿着前一种思路发展三电一体化，它花费较大，适合于大型自动化系统。PLC则沿着后一种思路发展三电一体化，它灵活机动，三电一体集成度高，适合于各种规模的自动化系统。,1.0 概述,PLC产品概览,PLC的几种流派 PLC产品按地域大体可以分成三个流派：一个流派是美国产品，一个流派是欧洲产品，还有一个流派是日本产品。,1.0 概述,1.0 概述,美国A-B公司PLC,西门子S7-200系列PLC,1.0 概述,三菱FX系列PLC,1.0 概述,欧姆龙C系列PLC,1.0 概述,可编程序控制器的应用领域,中央空调 电梯控制 运动系统 纺织机械 木工机械 污水处理 包装机械,通用机械汽车制造立体仓库磨床印刷机械橡胶化工机械,1.0 概述,1.1常用低压电器,低压电器指工作在交流50Hz（或60Hz ）额定电压为1200V以下、直流额定电压1500V及以下电路内起通断、保护、控制或调节作用的各种电器，如接触器、继电器等。工作在交流1200V，直流1500V以上的电器为高压电器，如高压断路器，高压隔离开关等。,1.1常用低压电器,按用途分,按工作原理,按动作原理,1.1常用低压电器,1、刀开关（隔离器QK）,低压隔离器是一种最常见的手动控制电器，又称闸刀，主要用于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。,刀开关的图形符号,不带熔断器式刀开关,带熔断器式刀开关,1.1常用低压电器,1.1常用低压电器,2、组合开关又称转换开关, 是一种转动式的闸刀开关，主要用于：（1）非频繁接通电路、换接电源和负载；（2）测量三相电压以及控制小容量感应电动机 （380V、5.5kW 以下的小电机）。,1.1常用低压电器,组合开关结构示意图,1.1常用低压电器,组合开关实物图片,1.1常用低压电器,3、断路器(QF),功能：不频繁通断电路，并能在电路过载、短路及失压时自动分断电路，俗称自动开关。 特点：操作安全，分断能力较高。 分类：框架式（万能式）和塑壳式（装置式） 结构：触头系统、灭弧装置、脱扣机构、传动机构。,1.1常用低压电器,各种低压断路器,1.1常用低压电器,低压断路器结构示意图,1.1常用低压电器,低压断路器图形、文字符号,4、 熔断器（FU）,熔断器是低压配电系统和电力拖动系统中过载和短路保护作用的电器。使用时，熔体串接于被保护的电路中，当流过熔断器的电流大于规定值时，以其自身产生的热量使熔体熔断，从而自动切断电路，实现过载和短路保护。,熔断器由为熔体和安装熔体的绝缘底座（或称熔管）组成,熔断器种类很多： 按结构分为开启式、半封闭式和封闭式； 按有无填料分为有填料式、无填料式； 按用途分工工业用熔断器、保护半导体器件熔断器及自复式熔断器等,1.1常用低压电器,常用的熔断器：插入式熔断器 螺旋式熔断器 封闭管式熔断器 自复式熔断器 高分断能力熔断器,熔断器电气符号,1.1常用低压电器,熔断时间t与通过熔体的电流I的关系，如图。,瓷插式熔断器,1.1常用低压电器,螺旋式熔断器,1.1常用低压电器,自恢复熔断器,1.1常用低压电器,5、接触器（KM）,接触器是用于远距离频繁地接通与断开交直流主电路及大容量控制电路的一种自动切换电器。其主要控制对象是电动机 。,按控制电流性质不同，接触器分交流接触器和直流接触器两大类。,（1）交流接触器,由电磁系统、触点系统、灭弧装置和其他部件等组成。,1.1常用低压电器,触头系统：主触头、辅助触头 常开触头（动合触头） 常闭触头（动断触头） 电磁系统：动、静铁芯，吸引线圈和反作用弹簧 灭弧系统：灭弧罩及灭弧栅片灭弧,1动触点； 2静触点； 3衔铁；4缓冲弹簧； 5电磁线圈； 6铁心；7垫毡； 8触点弹簧； 9灭弧罩； 10触点压力簧片,1.1常用低压电器,交流接触器工作原理,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。,1.1常用低压电器,接触器,线圈,辅助触点,铁心,衔铁,电源,电机,主触点,常闭,常开,弹簧,1.1常用低压电器,（2) 直流接触器,用途：远距离通断直流电路或控制直流电动机的频繁起停。 结构和工作原理基本上与交流接触器相同。 直流接触器常采用磁吹式灭弧装置灭弧。,1.1常用低压电器,(3) 主要技术参数1）额定电压 常用：220V、 380V 、 660V等2）额定电流 常用：5A 、10A 、20A 、40A等3）通断能力 最大接通电流和最大分断电流。最大接通电流是指触点闭合时不会造成触点熔焊时的最大电流值。 最大分段电流是指触点断开时能可靠灭弧的最大电流。一般通断电流是额定电流的510倍。,1.1常用低压电器,(4) 接触器的符号,1.1常用低压电器,(5)接触器的选择 接触器是控制功能较强、应用广泛的自动切换电器，其额定工作电流或额定功率是随使用条件及控制对象的不同而变化的。为尽可能经济地、正确地使用接触器，必须对控制对象的工作情况及接触器的性能有较全面的了解，选用时应根据具体使用条件正确选择。主要考虑以下几个方面： （1）根据负载性质选择接触器类型。 （2）额定电压应不小于主电路工作电压。 （3）额定电流应不小于被控电路额定电流。对于电动机负载还应根据其运行方式适当增减。 （4）吸引线圈的额定电压与频率与所控制电路的选用电压、频率相一致。,1.1常用低压电器,6、 继电器,继电器是一种根据特定形式的输入信号而动作的自动控制电器。继电器在控制、保护电路中起信号转换作用，适用于接通和分断交直流小容量控制电路。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，而输出则是触点的动作或者是电路参数的变化。继电器种类繁多，常用的有电压继电器、电流继电器、中间继电器、时间继电器、速度继电器、压力继电器、热继电器、温度继电器等。,1.1常用低压电器,继电器和接触器的结构和工作原理大致相同。主要区别在于： 接触器的主触点可以通过大电流； 继电器的体积和触点容量小，触点数目多，且只能通过小电流。所以，继电器一般用于控制电路中。,（一） 普通电磁式继电器（KA）,电磁式继电器的机构、工作原理与接触器类似，由电磁系统、触头系统组成。 分为：电压继电器，电流继电器以及中间继电器。电压继电器用于电压保护和控制，线圈和负载并联。电流继电器用于电流保护和控制，线圈串联在电路中。,1.1常用低压电器,电压继电器,电流继电器,中间继电器 中间继电器可以完成信息保存、信息传递、隔离放大等作用，可以扩大触点数量及触点容量，提高信息的使用率和接通能力。它实质上是一种电磁式电压继电器。,1.1常用低压电器,电磁式继电器的符号,1.1常用低压电器,( 二 ) 时间继电器（KT）,时间继电器是一种利用电磁原理或机械动作原理实现触点延时接通或断开的自动控制电器。,1.1常用低压电器,直流电磁式时间继电器,空气阻尼时间继电器,电动式时间继电器,电子式时间继电器,按延时方式分：通电延时型和断电延时型,1.1常用低压电器,时间继电器的符号,作用：电动机的过载保护,利用双金属片受热弯曲去推动杠杆使触头动作,利用电阻值随温度变化而变化的特性制成,利用过载电流发热使易熔合金熔化而使继电器动作,（三）热继电器（FR）,型式：双金属片式,热敏电阻式,易熔合金式,结构：由发热元件、双金属 片和触头及动作机构 等部分组成 。,1.1常用低压电器,发热元件接入电机主电路，若长时间过载，双金属片被加热。因双金属片的下层膨胀系数大，使其向上弯曲，杠杆被弹簧拉回，常闭触点断开。,发热元件,杠杆,热继电器,工作原理：,双金属片,常闭触头,结构：,符号：,串联在主电路中,串联在控制电路中,7、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。1）结构：如右图,2）工作原理 速度继电器的轴与电动机的轴相连接。转子固定在轴上，定子与轴同心。当电动机转动时，速度继电器的转子随之转动，绕组切割磁场产生感应电动势和电流，此电流和永久磁铁的磁场作用产生转矩， 使定子向轴的转动方向偏摆，使 通过定子柄拨动触头，使常闭触头断开、 常开触头闭合。当电动机转速下降到接近零时 ，转矩减小， 定子柄在弹簧力的作用下恢复原位， 触头也复原。,3）图形及符号 速度继电器有两组触头（各有一对常开触头和一对常闭触头），可分别控制电动机正、反转的反接制动。图形及符号如下图。,8、主令电器,主令电器是用来接通和分断控制电路以发号施令的电器。常见的有按钮、行程开关、万能转换开关等。,( 一 ) 按钮（SB）,按钮是一种手动且可以自动复位的主令电器，其结构简单，控制方便，在低压控制电路中得到广泛应用。,1.1常用低压电器,按钮结构示意图1、2常闭触点；3、4常开触点；5桥式触点；6复位弹簧；7、按钮帽,按钮的图形符号及文字符号,( 一 ) 按钮（SB）,1.1常用低压电器,1.1常用低压电器,( 一 ) 按钮（SB）,动合（常开）静触点,动断（常闭）静触点,按钮帽,复位弹簧,动触点,按钮常用于接通和断开控制电路。(手动切换电器),( 一 ) 按钮（SB）,1.1常用低压电器,( 二 ) 位置开关,位置开关主要用于将机械位移变为电信号，以实现对机械运动的电气控制。,1)行程开关(SQ),行程开关又称限位开关，用于控制机械设备的行程及限位保护。在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的挡块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。行程开关按其结构可分为直动式、滚轮式、微动式和组合式。,1.1常用低压电器,1.1常用低压电器,(a) 常开触点; ( b) 常闭触点;,行程开关的符号,1.1常用低压电器,2）接近开关（SP）接近开关是一种非接触式的位置开关。它由感应头、高频振荡器、放大器和外壳组成。当运动部件与接近开关的感应头接近时，就使其输出一个电信号。接近开关分为电感式和电容式两种。电感式接近开关只能用于检测金属体。电容式接近开关即能检测金属，又能检测非金属及液体。,1.1常用低压电器,(a) 常开触点 ; (b) 常闭触点,3）光电开关 接近开关的一种，作用距离远，能直接检测非金属物体。,1.1常用低压电器,( 三 ) 万能转换开关（SA）,万能转换开关是一种多挡位、多触点、能够控制多回路的主令电器。因其控制线路多、用途广泛，故称为万能转换开关。,万能转换开关单层结构示意图,1.1常用低压电器,1.1常用低压电器,(a) 图形表示法； ( b) 通断表表示法,1.1常用低压电器,万能转换开关的图形符号,1.2基本电气控制线路,1.2.1、电气控制线路图的绘制原则,1）原理图一般分主电路和辅助电路两部分画出，主电路就是从电源到电动机大电流通过的路径。2）原理图中，各电器元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规定。3）属同一电器元件的不同部分(如接触器的线圈和 触点)按其功能和所接电路的不同分别画在不同的电路中，但必须标注相同的文字符号。4）图中所有电器触头，都按没有通电和没有外力作用时的开闭状态画出。5）各电气元件一般应按动作顺序从上到下，从左到右依次排列，可水平地布置或者垂直地布置。,1.2基本电气控制线路,1.2.2、三相笼型异步电动机直接起动控制线路, 短路保护：熔断器FU1，FU2； 过载保护：热继电器FR； 零电压保护：KM线圈，防止电机自启动,（1）三相电机直接启动控制线路,自锁,(a)主回路,(b)控制回路,1.2基本电气控制线路,（2）点动控制环节,(a)基本点动控制线路,(b)用手动开关实现的点动控制线路,手动开关（实现连续控制）,KM,1.2基本电气控制线路,(c)用复合按钮实现的点动控制线路,(b)用中间继电器实现的点动控制线路,点动开关,连续开关,点动开关,连续开关,1.2基本电气控制线路,3、正反转控制线路,控制原理：A、B、C三相换相即可实现电机正反转切换,（1）电动机“正停反”控制线路,互锁,1.2基本电气控制线路,（2）电动机“正反停”控制线路,先断开后闭合,1.2基本电气控制线路,（3）自动往复行程控制线路 （电机正反转控制的一种）,SQ2左限位开关,SQ1右限位开关,左行开关,右行开关,1.2基本电气控制线路,1.2.3、笼型三相异步电动机降压起动控制线路,(1)定子串电阻降压起动控制线路,a 主回路,b 基本控制线路,c 改进的控制线路,缺点：在电动机起动后KM1和KT一直处于带电状态，产生不必要的能耗,在KM1和KT的线圈中串入KM2的动断触点，组成互锁电路,1.2基本电气控制线路,（2）星形三角形换接降压起动控制线路,a 主回路,b 控制线路,主触点KM2断开、KM3闭合时，电动机为星形连接；主触点KM3断开、KM2闭合时，电动机为三角形连接。,1.2基本电气控制线路,（3）自耦变压器降压起动控制线路,a 主回路,b 控制线路,KM1、KM3主触点闭合时，电动机降压启动；KM2主触点闭合，电动机正常运行。,1.2基本电气控制线路,1.2.4、三相异步电动机的制动控制电路,（1）反接制动控制线路,机械制动、电气制动,a 主回路,b 控制线路,关键：改变电动机电源相序，当转速下降接近于零时，自动切除电源。,正常运转时，闭合；速度接近零时，断开。,反接制动接触器,反接制动电阻,1.2基本电气控制线路,（2）能耗制动控制线路,能耗制动：当电动机脱离三相交流电源之后，定子绕组上加一个直流电压，即通入直流电流，利用转子感应电流与静子磁场的作用达到制动的目的。,
