電氣控制技術(shù)第一章課件

電氣控制技術(shù)授課班級：授課安排:1-16周1、平時成績（10%）2、期中考試（20%）（第九周）3、期末考試（70%）

課程考核方式課程的性質(zhì)《電氣控制技術(shù)》課程是自動化專業(yè)的一門專業(yè)必修課，是一門實(shí)踐性強(qiáng)、應(yīng)用廣泛的課程。學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，可以把控制理論與控制器件相結(jié)合實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的控制，使理論與實(shí)際相聯(lián)系。先修課：《電工基礎(chǔ)》《電子技術(shù)》《電力拖動》課程在人才培養(yǎng)中的地位隨著行業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和優(yōu)化組合，企業(yè)進(jìn)入了一個新的快速發(fā)展階段。新工藝、新設(shè)備、新技術(shù)大量應(yīng)用，特別是自動化控制系統(tǒng)的引進(jìn)與廣泛應(yīng)用，電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與電氣控制系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)崗位增加，根據(jù)對行業(yè)企業(yè)的調(diào)查，這些技術(shù)所對應(yīng)的崗位群主要分布在各控制系統(tǒng)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)崗位，各類控制系統(tǒng)的安裝、調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)崗位以及電氣元器件及電氣設(shè)備的銷售與技術(shù)服務(wù)崗位。使用教材及參考書教材：電氣控制技術(shù)，韓順杰主編，中國林業(yè)出版社參考書：電氣控制技術(shù)，李仁主編，機(jī)械工業(yè)出版社；工廠電氣控制設(shè)備，趙明主編，機(jī)械工業(yè)出版社；現(xiàn)代電氣控制及PLC實(shí)用技術(shù)，王永華主編，北京航天航空大學(xué)出版社；可編程控制器-原理、應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)，徐世許主編，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社電氣控制技術(shù)課程講授安排第一章常用（電磁式）低壓電器（重點(diǎn)）第二章電氣控制系統(tǒng)的基本控制電路（重點(diǎn)）第三章電氣控制線路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（重點(diǎn)）第四章典型機(jī)床電氣控制線路分析（重點(diǎn)）第五章可編程控制器（一般掌握）第六章變頻調(diào)速器（了解）第1章常用（電磁式）低壓電器

1.1低壓電器的作用與分類1.2電磁機(jī)構(gòu)及觸點(diǎn)系統(tǒng)（重點(diǎn)）1.3接觸器（重點(diǎn)）1.4繼電器（重點(diǎn)）1.5其他常用電器第1節(jié)低壓電器的作用與分類一、低壓電器的定義與作用電氣是以電能、電氣設(shè)備和電氣技術(shù)為手段來創(chuàng)造、維持與改善限定空間和環(huán)境的一門學(xué)科。電器：凡是根據(jù)外界規(guī)定的信號和要求，自動和手動接通或斷開電路，繼續(xù)或連續(xù)地改變電路參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對電路的切換、控制、保護(hù)、檢測及調(diào)節(jié)的電氣設(shè)備均稱為電器。（具體的，實(shí)的）第1節(jié)低壓電器的作用與分類二、低壓電器的分類按工作電壓分交流額定電壓1200V、直流額定電壓1500V以上交流額定電壓1200V、直流額定電壓1500V以下低壓電器：高壓電器：自動電器手動電器按動作原理分第1節(jié)低壓電器的作用與分類二、低壓電器的分類

按用途分控制電器：接觸器、繼電器主令電器：按鈕、主令開關(guān)保護(hù)電器：熔斷器、熱繼電器

執(zhí)行電器：電磁鐵、電磁離合器

配電電器：刀開關(guān)、隔離開關(guān)、斷路器

一、電磁機(jī)構(gòu)1.電磁機(jī)構(gòu)——將電磁能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并帶動觸頭動作。

組成

原理：線圈通入電流，產(chǎn)生磁場，經(jīng)鐵心、銜鐵和氣隙形成回路，產(chǎn)生電磁力，將銜鐵吸向鐵心。

第2節(jié)電磁機(jī)構(gòu)及觸點(diǎn)系統(tǒng)交流：硅鋼片疊加直流：整塊鑄鐵或鑄鋼直動式轉(zhuǎn)動式電壓線圈：并聯(lián)在電路中，匝數(shù)多、導(dǎo)線細(xì)。電流線圈：串聯(lián)在電路中，匝數(shù)少、導(dǎo)線粗。交流線圈：短而粗，有骨架。直流線圈：細(xì)而長，無骨架。鐵心銜鐵線圈圖1.1渦流示意圖渦流的原理：一根導(dǎo)體繞上線圈，線圈通入交變電流，產(chǎn)生交變磁場，線圈包圍的導(dǎo)體在圓周方向等效為一圈圈的閉合回路，回路中磁通發(fā)生變化，在導(dǎo)體四周感應(yīng)電流。補(bǔ)充：圖1.2變壓器鐵芯示意圖圖1.3

電機(jī)鐵心示意圖

減小渦流的方法：增大材料的電阻率，用表面涂有絕緣漆的硅鋼片代替整個金屬塊補(bǔ)充：2.電磁吸力和反力特性：電磁吸力公式：對于直流電磁機(jī)構(gòu)：注：直流電磁機(jī)構(gòu)，勵磁電流大小跟氣隙無關(guān)，電磁吸力隨氣隙的減小而增加對于交流電磁機(jī)構(gòu)：注：交流電磁機(jī)構(gòu)，勵磁電流大小與氣隙成正比，考慮漏磁通的影響電磁吸力隨氣隙的減小略有增加反力特性：3.短路環(huán)——減小銜鐵吸合時產(chǎn)生的振動和噪音。線圈通入單相交流電時：圖1.4交流電磁鐵的短路環(huán)二、觸點(diǎn)系統(tǒng)1.觸點(diǎn)系統(tǒng)——通過觸頭的開合控制電路通、斷。

結(jié)構(gòu)型式

材料：一般采用銅材料制成；對于小容量電器常用銀質(zhì)材料制成橋式觸點(diǎn)指形觸點(diǎn)第2節(jié)電磁機(jī)構(gòu)及觸點(diǎn)系統(tǒng)2.滅弧裝置

電弧：開關(guān)電器切斷電流電路時，觸頭間電壓大于10V，電流超過80mA時，觸頭間會產(chǎn)生藍(lán)色的光柱，即電弧。

電弧的危害：

延長了切斷故障的時間；

高溫引起電弧附近電氣絕緣材料燒壞；

形成飛弧造成電源短路事故。

滅弧措施：電動力吹弧、磁吹滅弧、柵片滅弧、窄縫滅弧。第2節(jié)電磁機(jī)構(gòu)及觸點(diǎn)系統(tǒng)觸頭系統(tǒng)：主觸頭（一般為三極），用于主回路。輔助觸頭（常開常閉各兩對），用于控制回路電磁機(jī)構(gòu)：動、靜鐵心，吸引線圈和反作用彈簧滅弧裝置：滅弧罩及柵片滅弧（10A以上）第3節(jié)接觸器一、交流接觸器1、結(jié)構(gòu)橋式雙斷點(diǎn)結(jié)構(gòu)電動力吹弧第3節(jié)接觸器第3節(jié)接觸器圖1.8

交流接觸器結(jié)構(gòu)圖主觸頭常閉輔助觸頭常開輔助觸頭靜鐵心動鐵心吸引線圈滅弧裝置

線圈加額定電壓，銜鐵吸合，常閉觸頭斷開，常開觸頭閉合（主輔觸點(diǎn)同時動作）；線圈電壓降低到額定電壓的85%，鐵心磁通下降，電磁吸力不足以克服反力，銜鐵復(fù)位，觸頭恢復(fù)常態(tài)（常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合）第3節(jié)接觸器2、工作原理欠（失）壓保護(hù)用途：遠(yuǎn)距離通斷直流電路或控制直流電動機(jī)的頻繁啟停。結(jié)構(gòu)：電磁機(jī)構(gòu)、觸頭系統(tǒng)和滅弧裝置。工作原理：與交流接觸器基本相同。第3節(jié)接觸器二、直流接觸器思考：如何從結(jié)構(gòu)特征上區(qū)別直流接觸器和交流接觸器？？？區(qū)別：直流接觸器的觸頭電流和線圈電壓為直流；線圈采用長而薄的圓筒形；鐵心采用整塊鋼或鑄鐵制成；交流接觸器的觸頭電流和線圈為交流，線圈采用短而厚的矮胖型；鐵心采用硅鋼片疊成。

1、交流接觸器能否串聯(lián)使用？為什么？2、交流接觸器中通入直流電會發(fā)生什么現(xiàn)象？3、直流接觸器中通入交流電會發(fā)生什么現(xiàn)象？4、交流接觸器吸合瞬間，為什么會產(chǎn)生很大的沖擊電流，直流接觸器會不會出現(xiàn)這種情況？答案見：第一章第二次課堂習(xí)題答案.doc第3節(jié)接觸器KM常閉輔助觸點(diǎn)線圈KM主觸點(diǎn)KM常開輔助觸點(diǎn)KM第3節(jié)接觸器三、接觸器的符號屬于同一器件的線圈和觸點(diǎn)用相同的文字表示第3節(jié)接觸器四、接觸器的主要技術(shù)指標(biāo)及常用型號額定電壓：主觸點(diǎn)的額定電壓（銘牌上標(biāo)注）額定電流：主觸點(diǎn)的額定電流（銘牌上標(biāo)注）吸引線圈的額定電壓：控制回路中通電線圈的額定電壓。額定操作頻率：每小時的操作次數(shù)。接通和分段能力：跟接觸器的使用類別相關(guān)。常用型號：常用交流接觸器有CJ20、CJ12、CJ24

等；常用直流接觸器有CZ18、CZ21、

CZ22等。技術(shù)指標(biāo)：

根據(jù)電路中負(fù)載電流的種類選擇接觸器的類型；接觸器的額定電壓應(yīng)大于或等于負(fù)載回路的額定電壓；吸引線圈的額定電壓應(yīng)與所接控制電路的額定電壓等級一致；線圈所加電壓需為85%-105%Un。額定電流應(yīng)大于或等于被控主回路的額定電流。根據(jù)主電路和控制電路的要求選擇接觸器的觸點(diǎn)數(shù)量和種類第3節(jié)接觸器五、接觸器的選擇使用原則定義：繼電器是一種根據(jù)某種輸入信號的變化，使其自身的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作的自動控制電器。它具有輸入電路（感應(yīng)元件）和輸出電路（執(zhí)行元件）。工作原理：當(dāng)感應(yīng)元件中的輸入量（電壓、電流、溫度、壓力等）變化到一定值時，繼電器動作，執(zhí)行元件便接通和斷開控制電路。無論繼電器的輸入量是電量還是非電量，繼電器工作的最終目的都是控制觸頭的分?jǐn)嗪烷]合，而觸頭又是控制電路通斷的。

第四節(jié)繼電器第四節(jié)繼電器繼電器和接觸器的不同：

1、所控制的線路不同：繼電器用于控制小電流電路和控制電路；接觸器用于控制電動機(jī)等大功率、大電流電路及主電路。

2、輸入信號不同：繼電器的輸入信號可以是各種物理量，電壓、電流、壓力等；接觸器的輸入量只有電壓。作用：控制、放大、聯(lián)鎖、保護(hù)和調(diào)節(jié)分類：按用途分：控制和保護(hù)繼電器按動作原理分：電磁式、感應(yīng)式、電動式、電子式、機(jī)械式按輸入量分：電流、電壓、時間、速度、壓力按動作時間分：瞬時、延時繼電器特點(diǎn)：觸點(diǎn)容量一般不大于5A第四節(jié)繼電器繼電特性：X1繼電器釋放值X2繼電器吸合值返回系數(shù)吸合時間：線圈接受電信號到銜鐵釋放所需的時間。釋放時間：線圈失電到銜鐵完全釋放所需時間。第四節(jié)繼電器一、電流繼電器特點(diǎn)：按電流原則控制，線圈串接于電路中，導(dǎo)線粗、匝數(shù)少、阻抗小。分類：過電流繼電器、欠電流繼電器過流電流繼電器欠流電流繼電器第四節(jié)繼電器1、過電流繼電器原理：正常情況下（電流在額定值附近時）銜鐵是釋放的，當(dāng)電路發(fā)生過載或者短路故障時，過電流繼電器才吸合，吸合后立即使控制的接觸器或者電路分?jǐn)啵约阂册尫?。電路中常用過電流繼電器的常閉觸點(diǎn)。交流過電流繼電器吸合電流值：直流過電流繼電器吸合電流值：第四節(jié)繼電器2、欠電流繼電器原理：正常情況下銜鐵是吸合的，當(dāng)電路電流降至額定電流的20%以下，欠電流繼電器才釋放，發(fā)出信號，從而改變電路狀態(tài)。電路中常用欠電流的常開觸點(diǎn)（結(jié)合電流繼電器的工作原理動畫演示理解）。直流欠電流繼電器吸合電流：直流欠電流繼電器釋放電流：第四節(jié)繼電器欠電流繼電器KII<KIKI過電流繼電器>IKIKIKI第四節(jié)繼電器3、電流繼電器的符號特點(diǎn)：線圈并聯(lián)在電路中，匝數(shù)多，導(dǎo)線細(xì)分類：過電壓繼電器和欠電壓繼電器結(jié)構(gòu)原理：與電流繼電器類似欠電壓繼電器KVU<KVKV過電壓繼電器>UKVKVKV二、電壓繼電器<第四節(jié)繼電器1、過電壓繼電器原理：電路正常工作時，過電壓繼電器不動作，當(dāng)電路電壓超過（1.05-1.2）Un時，過電壓繼電器吸合，對電路實(shí)現(xiàn)過電壓保護(hù)。常用其常閉觸點(diǎn)斷開電路。2、欠電壓繼電器

原理：電路正常工作時，欠電壓繼電器吸合，當(dāng)電路電壓減小到臨界值以下時，欠電壓繼電器釋放，對電路實(shí)現(xiàn)欠壓保護(hù)。常用其常開觸點(diǎn)。

第四節(jié)繼電器直流欠電壓繼電器的吸合電壓：直流欠電壓繼電器的釋放電壓：交流欠電壓繼電器的吸合電壓：交流欠電壓繼電器的釋放電壓：第四節(jié)繼電器

中間繼電器實(shí)質(zhì)上是一種電壓繼電器，結(jié)構(gòu)和工作原理與接觸器相同。但它的觸點(diǎn)數(shù)量較多，在電路中主要是擴(kuò)展觸點(diǎn)的數(shù)量。另外其觸頭的額定電流較大。

三、中間繼電器第四節(jié)繼電器

繼電器在投入運(yùn)行之前，必須把它的返回系數(shù)K調(diào)整到控制系統(tǒng)所要求的范圍之內(nèi)。一般調(diào)整方法有兩種：

(一)調(diào)整釋放彈簧的松緊程度釋放彈簧越緊，反作用力越大，則吸合值和釋放值都增加，返回系數(shù)上升，反之返回系數(shù)下降。（二）改變非磁性墊片的厚度非磁性墊片越厚，銜鐵吸合后磁路的氣隙和磁阻增大，釋放值增大，使返回系數(shù)增大，反之釋放值減小，返回系數(shù)減小。采用這種方式，吸合值基本不變。該方法為粗調(diào)，不能連續(xù)調(diào)節(jié)。

第四節(jié)繼電器四、電磁式繼電器的整定作用：按整定時間長短通斷電路按構(gòu)成原理分：電磁式、電動式

空氣阻尼式、晶體管式按延時方式分：通電延時型:接受輸入信號后延遲一定時間，輸出信號才發(fā)生變化，當(dāng)輸入信號消失后，輸出瞬時復(fù)原。（結(jié)合后面的動畫演示理解）斷電延時型：接受輸入信號，瞬時產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號，當(dāng)輸入信號消失后，延時一定時間，輸出才復(fù)原。（結(jié)合后面的動畫演示理解）

五、時間繼電器(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)

(a)線圈一般符號(b)通電延時線圈(c)斷電延時線圈(d)通電延時閉合動合（常開）觸點(diǎn)(e)通電延時斷開動斷（常閉）觸點(diǎn)（f）斷電延時斷開動合（常開）觸點(diǎn)（g）斷電延時閉合動斷（常閉）觸點(diǎn)（h）瞬動觸點(diǎn)符號五、時間繼電器1、空氣阻尼式時間繼電器1、空氣阻尼式時間繼電器2、直流電磁式時間繼電器

在直流電磁式電壓繼電器的鐵心上加上阻尼銅套，即可構(gòu)成斷電延時時間繼電器，其結(jié)構(gòu)原理如圖所示：1、鐵心2、阻尼銅套3、絕緣層4、線圈圖1-20帶有阻尼銅套的鐵心示意圖優(yōu)點(diǎn)：延時范圍廣（最長可達(dá)3600s）精度高（一般為5%左右）體積小、耐沖擊震動、調(diào)節(jié)方便和壽命長工作原理：利用RC電路中的電容電壓不能躍變，只能按指數(shù)規(guī)律逐漸變化的原理——電阻尼特性獲得延時。3、晶體管式時間繼電器（半導(dǎo)體時間繼電器）1、結(jié)構(gòu)：由發(fā)熱元件、雙金屬片和觸頭及動作機(jī)構(gòu)等部分組成。2、工作原理：當(dāng)電動機(jī)出現(xiàn)不能承受的過載時，串聯(lián)在電樞回路中的熱元件中電流增大，加上時間效應(yīng)，金屬片所受熱量就會大大增加，從而使彎曲程度增大，利用雙金屬片受熱彎曲去推動杠桿使觸頭動作切斷電動機(jī)電路，對電動機(jī)進(jìn)行過載保護(hù)。六、熱繼電器3、電動機(jī)的過載特性與熱繼電器的保護(hù)特性

電動機(jī)的過載電流與電動機(jī)的通電時間的關(guān)系稱為電動機(jī)的過載特性。在允許溫升的條件下，電動機(jī)通電時間與其過載電流的平方成反比，電動機(jī)的過載特性具有反時限的特性。熱繼電器可以根據(jù)過載電流大小自動調(diào)整動作時間，也具有反時限保護(hù)特性，熱繼電器的保護(hù)特性應(yīng)在電動機(jī)的過載特性的鄰近下方，如果過載，熱繼電器會在電動機(jī)未達(dá)到其允許過載極限之前及時切斷電源。當(dāng)電動機(jī)的工作電流為額定電流時，熱繼電器應(yīng)長期不動作。4、熱繼電器工作原理演示圖1-1.接線端子2-主雙金屬片3-熱元件4-推動導(dǎo)板5-補(bǔ)償雙金屬片

6-常閉觸頭7-常開觸頭8-復(fù)位調(diào)節(jié)螺釘9-動觸頭

110-復(fù)位按鈕11-偏心輪12-支撐件13-彈簧

雙金屬片式熱繼電器結(jié)構(gòu)原理示意圖5、熱繼電器原理示意圖和符號

熱繼電器符號6、熱繼電器的選用原則：

1、根據(jù)電動機(jī)的額定電流確定熱繼電器的型號及熱元件的額定電流等級。

2、對于星型接法的電動機(jī)課選用普通的兩相或三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器；對于三角形接法的電動機(jī)必須采用帶斷相保護(hù)的熱繼電器。

3、在不需要頻繁起動的場合，要保證熱繼電器在電動機(jī)的起動過程中不產(chǎn)生誤動作。通常，當(dāng)電動機(jī)起動電流為其額定電流的6倍以及起動時間不超過6s時，若很少連續(xù)起動，則可按電動機(jī)的額定電流選取熱繼電器。

4、當(dāng)電動機(jī)為重復(fù)短時工作時，首先要確定熱繼電器的允許操作頻率。原理：當(dāng)三相電源的相序改變以后，產(chǎn)生與實(shí)際轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場，從而產(chǎn)生制動力矩因此，使電動機(jī)在制動狀態(tài)下迅速降低速度。在電機(jī)轉(zhuǎn)速接近零時立即發(fā)出信號，切斷電源使之停車（否則電動機(jī)開始反方向起動）。結(jié)構(gòu)：定子、轉(zhuǎn)子和觸頭參數(shù)：動作轉(zhuǎn)速：>120rpm；復(fù)位轉(zhuǎn)速：<100rpm七、速度繼電器定子---由硅鋼片迭成籠型空心圓環(huán)空套在轉(zhuǎn)子上。符號轉(zhuǎn)子---圓柱形永久磁鐵，與電動機(jī)同軸連接。七、速度繼電器有一對常開觸頭和常閉觸頭，分別控制電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)。七、速度繼電器壓力繼電器光電繼電器溫度繼電器八、其它繼電器第5節(jié)其他電器一、熔斷器1、結(jié)構(gòu)組成及原理熔斷器由熔體(俗稱保險絲)和安裝熔體的熔管(或熔座)兩部分組成。其中熔體是關(guān)鍵部分，熔體是由低熔點(diǎn)的金屬材料(如錫、鋅、鉛及其合金等)制成熔斷器的熔體串聯(lián)在被保護(hù)電路中，當(dāng)電路發(fā)生短路或嚴(yán)重過載時，熔體中通過的電流很大，使其發(fā)熱，當(dāng)溫度達(dá)到熔點(diǎn)時熔體瞬間熔斷，切斷電路，起到保護(hù)作用。螺旋式熔斷器瓷插式熔斷器2、熔斷器的分類有填料式熔斷器2、熔斷器的分類無填料密封式熔斷器2、熔斷器的分類快速熔斷器2、熔斷器的分類自恢復(fù)熔斷器2、熔斷器的分類3、安秒特性

電流通過熔體時產(chǎn)生的熱量與電流的平方及通過電流的時間成正比，即由由此可見，電流越大，熔體熔斷的時間越短，這一特性稱為熔斷器的安秒特性(或稱保護(hù)特性)，其特性曲線如圖所示，由圖可見它是一反時限特性。4、主要技術(shù)