plc与控制技术

1、第第1章章 电气控制电路电气控制电路1.1 三相交流异步电动机三相交流异步电动机 1.2 直接启动控制电路直接启动控制电路 1.3 点动控制电路点动控制电路 1.4 自锁控制电路自锁控制电路 1.6 正反转控制电路正反转控制电路 1.5 点动和自锁混合控制、多地控制以及顺序控制电路点动和自锁混合控制、多地控制以及顺序控制电路 1.7 位置控制和自动往返控制电路位置控制和自动往返控制电路 1.8 Y-形降压启动控制电路形降压启动控制电路 1.9 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 1.10 机床电气控制电路机床电气控制电路 1.1 三相交流异步电动机三相交流异步电动机 1.1.1 三相交流

2、异步电动机的结构三相交流异步电动机的结构三相交流异步电动机主要由定子和转子构成。如图三相交流异步电动机主要由定子和转子构成。如图1-1所示。所示。图1-1 三相交流异步电动机的构件分解图 1. 定子定子定子由基座、定子铁芯和三相定子绕组组成。定子由基座、定子铁芯和三相定子绕组组成。基座：基座：支撑转子，作为磁路一部分和散热的作用。支撑转子，作为磁路一部分和散热的作用。定子铁芯：定子铁芯：由绝缘硅钢片叠成，减少涡流损耗。如图由绝缘硅钢片叠成，减少涡流损耗。如图1-2所示。所示。三相定子绕组：三相定子绕组：由漆包线绕制而成，分为由漆包线绕制而成，分为U相、相、V相和相和W相，可以连接为相，可以连接

3、为Y形和形和形。如图形。如图1-3所示。所示。图1-2 三相交流异步电动机的机座与定子铁芯 图1-3 三相交流异步电动机的定子绕组连接方式2转子转子转子由转轴、转子铁芯和转子绕组等组成。如图转子由转轴、转子铁芯和转子绕组等组成。如图1-4所示。所示。转轴：转轴：支撑转子，保证定子和转子之间的气隙。支撑转子，保证定子和转子之间的气隙。转子铁芯：转子铁芯：由硅钢片叠成，用来嵌入转子绕组。由硅钢片叠成，用来嵌入转子绕组。转子绕组：转子绕组：由铜条或铝浇铸而成，形似鼠笼，称鼠笼转子。由铜条或铝浇铸而成，形似鼠笼，称鼠笼转子。图1-4 三相交流异步电动机的鼠笼型转子绕组 1.1.2 三相交流异步电动机的

4、转动原理三相交流异步电动机的转动原理1鼠笼型转子随旋转磁极而转动的实验鼠笼型转子随旋转磁极而转动的实验图1-5 鼠笼型转子随旋转磁极而转动的实验由上面实验可以可得：鼠笼转子与磁铁的旋转方向始终相同。由上面实验可以可得：鼠笼转子与磁铁的旋转方向始终相同。原理：原理：磁铁旋转磁铁旋转切割转子导体切割转子导体感应电动势和感生电流感应电动势和感生电流2旋转磁场的产生旋转磁场的产生三相交流电流在转子空间产生的磁场如图三相交流电流在转子空间产生的磁场如图1-6所示所示 图1-6 转子空间旋转磁场的变化1s60 fnP式中：式中：ns 旋转磁场的转速（旋转磁场的转速（r/min）；）； f1 交流电源的频率

5、（交流电源的频率（Hz）；）； P 电动机定子绕组的磁极对数。电动机定子绕组的磁极对数。旋转磁场的转速：旋转磁场的转速：设电源频率为设电源频率为50 Hz，电动机磁极个数与旋转磁场的转速关系见表，电动机磁极个数与旋转磁场的转速关系见表1-1。磁极（个）2极4极6极8极10极12极ns（r/min）300015001000750600500表1-1磁极个数与旋转磁场转速的关系将定子绕组接至三相交流电源的导线任意对调两根，则将定子绕组接至三相交流电源的导线任意对调两根，则旋转磁场即反向转动，电动机也随之反转。旋转磁场即反向转动，电动机也随之反转。3三相交流异步电动机的转动原理和转差率三相交流异步电

6、动机的转动原理和转差率通常将旋转磁场的转速通常将旋转磁场的转速ns与转子转速与转子转速n的差和旋转磁的差和旋转磁场的转速场的转速ns之比称为转差率，即之比称为转差率，即ssnnsn由于三相交流异步电动机的额定转速与旋转磁场的由于三相交流异步电动机的额定转速与旋转磁场的转速接近，所以额定转差率很小，通常为转速接近，所以额定转差率很小，通常为1%7%。 1.1.3 三相交流异步电动机的额定值三相交流异步电动机的额定值（1）额定功率（容量）（）额定功率（容量）（kW）。指电动机在额定）。指电动机在额定运行状态下，转轴上输出的机械功率。运行状态下，转轴上输出的机械功率。（2）额定电压（）额定电压（V）

7、。指电动机在正常运行时，定）。指电动机在正常运行时，定子绕组规定使用的线电压。子绕组规定使用的线电压。（3）额定电流（）额定电流（A）。指电动机在输出额定功率时）。指电动机在输出额定功率时，定子绕组允许通过的线电流。，定子绕组允许通过的线电流。（4）额定转速（）额定转速（r/min）。指电动机在额定电压、）。指电动机在额定电压、额定频率及输出额定功率时的转速。额定频率及输出额定功率时的转速。（5）额定频率（）额定频率（Hz）。指电动机在额定条件运行时）。指电动机在额定条件运行时的电源频率。的电源频率。（6）接法。指三相定子绕组的连接方式。在）接法。指三相定子绕组的连接方式。在380V的的额定电

8、压下，小功率（额定电压下，小功率（3kW以下）电动机多为以下）电动机多为Y形（形（星形）连接，中、大功率电动机为星形）连接，中、大功率电动机为形（三角形）连形（三角形）连接。接。 1.1.4 三相交流异步电动机的检查与测试三相交流异步电动机的检查与测试（1）机械方面的检查。）机械方面的检查。（2）接线可靠。）接线可靠。（3）定子绕组直流电阻的测试。）定子绕组直流电阻的测试。（4）定子绕组绝缘电阻的测试。）定子绕组绝缘电阻的测试。（5）运行电流的测试。）运行电流的测试。1.2 直接启动控制电路直接启动控制电路 1.2.1 开启式刀开关开启式刀开关1结构、电路符号和型号规格结构、电路符号和型号规格

9、图1-7 开启式刀开关的结构、电路符号和型号规格 2选用方法选用方法 （1）用于照明和电热负载时，选用额定电压为）用于照明和电热负载时，选用额定电压为220V或或250V，额，额定电流稍大于电路所有负载的额定电流之和的两极刀开关。定电流稍大于电路所有负载的额定电流之和的两极刀开关。（2）用于电动机直接启动控制时，选用额定电压）用于电动机直接启动控制时，选用额定电压380V或或500V，额定电流大于或等于电动机额定电流额定电流大于或等于电动机额定电流3倍的三极刀开关。倍的三极刀开关。3安装与使用安装与使用（1）必须垂直安装在控制屏或开关板上，不允许倒装或平装，以防）必须垂直安装在控制屏或开关板上

10、，不允许倒装或平装，以防止发生误合闸事故。止发生误合闸事故。（2）在分断或接通电路时应迅速果断地拉合闸，以使电弧尽快熄灭。）在分断或接通电路时应迅速果断地拉合闸，以使电弧尽快熄灭。（3）由于开启式刀开关没有灭弧装置，其分断电流只能达到额定电）由于开启式刀开关没有灭弧装置，其分断电流只能达到额定电流的流的1/3。 1.2.2 封闭式负荷开关封闭式负荷开关 1结构、电路符号和型号规格结构、电路符号和型号规格图1-8 封闭式刀开关1.2.3 组合开关组合开关组合开关又称为转换开关，主要在电气设备中作组合开关又称为转换开关，主要在电气设备中作为电源引入开关。为电源引入开关。图1-9 HZ10-10/3

11、型组合开关 1.2.4 隔离开关隔离开关图1-10 HL32型隔离开关 1.2.5 熔断器熔断器表1-2常用熔体的安秒特性 熔体通过电熔体通过电流（流（A）1.25IN1.6IN1.8IN2IN2.5IN3IN4IN8IN熔断时间（熔断时间（s）360012004084.52.51熔断器由熔体、熔断管和熔座三部分组成。熔断器由熔体、熔断管和熔座三部分组成。熔体：熔体常做成丝状或片状，制作熔体的材料一般有熔体：熔体常做成丝状或片状，制作熔体的材料一般有铅锡合金和铜。铅锡合金和铜。熔断管：安装熔体，作熔体的保护外壳并在熔体熔断时熔断管：安装熔体，作熔体的保护外壳并在熔体熔断时兼有灭弧作用。兼有灭弧

12、作用。熔座：起固定熔断管和连接引线作用。熔座：起固定熔断管和连接引线作用。 1外形、结构与电路符号外形、结构与电路符号图1-11 熔断器外形、结构与电路符号2主要技术参数主要技术参数 （1）额定电压。熔断器长期安全工作的电压。）额定电压。熔断器长期安全工作的电压。（2）额定电流。熔断器长期安全工作的电流。）额定电流。熔断器长期安全工作的电流。 3熔体额定电流的选择熔体额定电流的选择照明和电热负载：照明和电热负载：熔体额定电流应等于或稍大于负载的额定电流。熔体额定电流应等于或稍大于负载的额定电流。电动机控制电路：电动机控制电路：对于启动负载重、启动时间长的电动机，熔体额对于启动负载重、启动时间长

13、的电动机，熔体额定电流的倍数应适当增大，反之适当减小。定电流的倍数应适当增大，反之适当减小。对于单台电动机对于单台电动机：熔体额定电流应大于或等于电动机额定电流的：熔体额定电流应大于或等于电动机额定电流的1.52.5倍。倍。对于多台电动机对于多台电动机：熔体额定电流应大于或等于其中最大功率电动机：熔体额定电流应大于或等于其中最大功率电动机的额定电流的的额定电流的1.52.5倍，再加上其余电动机的额定电流之和。倍，再加上其余电动机的额定电流之和。 1.2.6 负荷开关直接启动控制电路负荷开关直接启动控制电路1电气原理图电气原理图 电气原理图是分析电路工作原理，安装、电气原理图是分析电路工作原理，

14、安装、调试和维修电气电路的重要依据。调试和维修电气电路的重要依据。 在如图在如图1-12所示控制电路中，负所示控制电路中，负荷开关荷开关QS起控制作用，熔断器起控制作用，熔断器FU起短起短路保护作用。路保护作用。 2工作原理工作原理启动：启动：合上负荷开关合上负荷开关QS电动机电动机M通电运转。通电运转。停止：停止：断开负荷开关断开负荷开关QS电动机电动机M断电停转。断电停转。 图1-12 负荷开关直接启动控制电路电气原理图 1.2.7 实习操作：安装和操作负荷开关直接启动控制电路实习操作：安装和操作负荷开关直接启动控制电路1课题要求课题要求（1）能正确识别、选用负荷开关和熔断器。）能正确识别

15、、选用负荷开关和熔断器。（2）能正确安装和操作负荷开关直接启动控制电路。）能正确安装和操作负荷开关直接启动控制电路。2工具及器材工具及器材表1-3工具及器材 3操作注意事项操作注意事项 不允许带电安装元器件或连接导线，断开电源后才能进行接不允许带电安装元器件或连接导线，断开电源后才能进行接线操作。通电检查和运行时必须通知指导教师，在有指导教师线操作。通电检查和运行时必须通知指导教师，在有指导教师现场监护的情况下才能接通电源。现场监护的情况下才能接通电源。 4操作步骤操作步骤（1）仔细观察负荷开关和熔断器，熟悉它们的外形、结构、型号及主）仔细观察负荷开关和熔断器，熟悉它们的外形、结构、型号及主要

16、技术参数的意义。要技术参数的意义。（2）检查负荷开关和熔断器的好坏。）检查负荷开关和熔断器的好坏。（3）在电路板上按照电气原理图安装器件，进行相应的配线。）在电路板上按照电气原理图安装器件，进行相应的配线。（4）经指导教师检查合格后进行通电操作。）经指导教师检查合格后进行通电操作。 1.3 点动控制电路点动控制电路 1.3.1 按钮按钮 图1-13 按钮 1分类与型号规格分类与型号规格 按钮一般分为常开按钮、按钮一般分为常开按钮、常闭按钮和复合按钮。常闭按钮和复合按钮。 2按钮的选用按钮的选用 （1）根据使用场合和）根据使用场合和用途选择按钮的种类。用途选择按钮的种类。（2）合理选用按钮的）合

17、理选用按钮的颜色。颜色。 1.3.2 接触器接触器 1结构结构2电路符号与电路符号与型号规格型号规格图1-14 交流接触器3交流接触器的工作原理交流接触器的工作原理 图1-15 交流接触器工作原理 4交流接触器的选用交流接触器的选用 （1）主触点额定电压的选择。）主触点额定电压的选择。（2）主触点额定电流的选择。）主触点额定电流的选择。（3）线圈额定电压选择。）线圈额定电压选择。 1.3.3 中间继电器中间继电器 图1-16 中间继电器与电路符号 1.3.4 点动控制电路点动控制电路 1点动控制电路点动控制电路 2工作原理工作原理 合上电源组合开关合上电源组合开关QS。启动：按下按钮启动：按下

18、按钮SBKM线圈得电线圈得电KM主触点闭合主触点闭合电动机电动机M通电运转。通电运转。停止：松开按钮停止：松开按钮SBKM线圈失电线圈失电KM主触点分断主触点分断电动机电动机M断电停止。断电停止。 图1-17 点动控制电路原理图 图1-18 点动控制电路安装接线图1.4 自锁控制电路自锁控制电路 1.4.1 自锁控制电路自锁控制电路 1自锁控制电路自锁控制电路图1-20 自锁控制电路原理图 合上电源隔离开关合上电源隔离开关QS。 2工作原理工作原理图1-21 自锁控制电路安装接线图 1.4.3 热继电器热继电器图1-22 常用热继电器外形1热继电器结构与电路符号热继电器结构与电路符号图1-23

19、 热继电器的结构、动作原理和电路符号 2型号规格型号规格图1-24 热继电器的型号规格3选用方法选用方法 （1）选类型。）选类型。（2）选择额定电流。）选择额定电流。（3）合理整定热元件的动作电流。）合理整定热元件的动作电流。1.4.4 具有过载保护的自锁控制电路具有过载保护的自锁控制电路 图1-25 具有过载保护的自锁控制电路原理图图1-26 具有过载保护的自锁控制电路安装接线图隔离开关1.5 点动和自锁混合控制、点动和自锁混合控制、多地控制以及顺序控制电路多地控制以及顺序控制电路 1.5.1 低压断路器低压断路器 1DZ5系列低压断路器的内部结构和电路符号系列低压断路器的内部结构和电路符号

20、 图1-27 低压断路器图1-28 DZ5系列低压断路器的内部结构和电路符号 2型号规格型号规格 图1-29 DZ5系列低压断路器的型号规格 3选用方法选用方法 （1）低压断路器的额定电压和额定电流应等于或大于电路的）低压断路器的额定电压和额定电流应等于或大于电路的工作电压和工作电流。工作电压和工作电流。（2）热脱扣器的额定电流应大于或等于电路的最大工作电流。）热脱扣器的额定电流应大于或等于电路的最大工作电流。（3）热脱扣器的整定电流应等于被控制电路正常工作电流或）热脱扣器的整定电流应等于被控制电路正常工作电流或电动机的额定电流。电动机的额定电流。1.5.2 点动与自锁混合控制电路点动与自锁混

21、合控制电路 图1-30 点动与自锁混合控制电路原理图 （1）连续控制）连续控制 （2）点动控制）点动控制 1.5.4 多地控制电路多地控制电路 图1-32 多地控制电路原理图 1.5.5 顺序控制电路顺序控制电路 1顺序控制电路顺序控制电路1图1-33 顺序控制电路1原理图 2顺序控制电路顺序控制电路2图1-34 顺序控制电路2原理图 3顺序控制电路顺序控制电路3 图1-35 顺序控制电路3原理图1.6 正反转控制电路正反转控制电路 1.6.1 接触器联锁的正反转控制电路接触器联锁的正反转控制电路1接触器联锁的正反转控制电路接触器联锁的正反转控制电路 图1-36 接触器联锁的正反转控制电路 2

22、工作原理工作原理 （1）正转控制）正转控制 （2）停止控制）停止控制 （3）反转控制）反转控制 1.6.3 双重联锁的正反转控制电路双重联锁的正反转控制电路 1双重联锁的正反转控制电路双重联锁的正反转控制电路 图1-38 双重联锁的正反转控制电路 按下按下SB3，整个控制电路失电，主触点分断，电动机，整个控制电路失电，主触点分断，电动机M断电停转。断电停转。 2工作原理工作原理（1）正转控制）正转控制（2）反转控制）反转控制（3）停止控制）停止控制1.7 位置控制和自动往返控制电路位置控制和自动往返控制电路 图1-39 设备运动工作台的左、右限位行程开关 1.7.1 行程开关行程开关 1外形、

23、结构和电路符号外形、结构和电路符号图1-40 行程开关外形、结构与电路符号 图1-41 行程开关的型号规格 2型号规格型号规格1.7.2 位置控制电路位置控制电路 1位置控制电路位置控制电路 图1-42 位置控制电路原理图此时，即使再按下此时，即使再按下SB1，由于，由于SQ1常闭触点已分断，接触器常闭触点已分断，接触器KM1线圈也不会得线圈也不会得电，保证行车不会超过电，保证行车不会超过SQ1所在的位置。所在的位置。停车时只需按下停车时只需按下SB3即可。即可。2电路原理电路原理（1）行车向前运动）行车向前运动（2）行车向后运动）行车向后运动1.7.3 自动往返控制电路自动往返控制电路 图1

24、-43 磨床工作台 图1-44 工作台自动往返控制电路原理图点点不断重复上述过程，工作台就在限定的行程内作自动往返运动不断重复上述过程，工作台就在限定的行程内作自动往返运动（1）启动）启动（2）停止）停止1.8 Y-形降压启动控制电路形降压启动控制电路 1.8.1 时间继电器时间继电器1通电延时通电延时型时间继电型时间继电器器 图1-46 时间继电器1线圈2反力弹簧3衔铁4铁芯5弹簧片6瞬时触点7杠杆8延时触点9调节螺钉10推杆11空气室12宝塔形弹簧 图1-47 通电延时型时间继电器的电路符号 2断电延时型时间继电器断电延时型时间继电器图1-48 断电延时型时间继电器的电路符号3型号规格型号

25、规格（1）供电电压：交流（）供电电压：交流（36V、110V、220V、380V）；直流（）；直流（24V、27V、30V、36V、110V、220V）。）。（2）延时规格：）延时规格：5s、10s、30s、60s、120s、180s；5min、10min、20min、30min、60min。图1-49 时间继电器的型号规格4晶体管式时间继电器晶体管式时间继电器主要技术数据为：主要技术数据为：（1）根据系统的延时范围和精度选择时间继电器的类型和系列。）根据系统的延时范围和精度选择时间继电器的类型和系列。（2）根据控制电路的要求选择时间继电器的延时方式（通电延）根据控制电路的要求选择时间继电器的

26、延时方式（通电延时型或断电延时型）。时型或断电延时型）。（3）时间继电器电磁线圈的电压应与控制电路电压等级相同。）时间继电器电磁线圈的电压应与控制电路电压等级相同。5空气阻尼式时间继电器空气阻尼式时间继电器（1）供电电压：交流（）供电电压：交流（24V、36V、110V、220V、380V）；）；（2）延时规格：）延时规格：0.460s、0.4180s。6选用选用主要技术数据为：主要技术数据为：1.8.2 Y-形降压启动控制电路形降压启动控制电路 图1-50图1-50 Y-形降压启动控制电路原理图停止时，按下停止时，按下SB2即可实现。即可实现。电路工作原理电路工作原理合上电源开关QF。1.9 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 1.9.1 三相交流异步电动机的调速方法三相交流异步电动机的调速方法为了满足生产工艺的要求，常常需要改变电动机的转速。由电动为了满足生产工艺的要求，常常需要改变电动机的转速。由电动机的转速公式机的转速公式160(1)fnSP1变极调速变极调速改变电动机