第一章控制电器

1、总学时：总学时：56学时；课程设计：学时；课程设计：一周一周。上课学时安排：上课学时安排：1、常用低压电器的基本知识；、常用低压电器的基本知识；（建议（建议8学时）学时）2、基本电气控制线路的分析和设计；、基本电气控制线路的分析和设计；（建议（建议10学时）学时）3、西门子系列、西门子系列PLC的相关知识和应用；的相关知识和应用； （建议（建议22学时）学时）4、PLC的网络通信以及可视化监控的网络通信以及可视化监控 ； （建议（建议8学时学时）电气控制与可编程序控制器应用技术电气控制与可编程序控制器应用技术 郁汉琪郁汉琪 编著编著.东南大学出版社东南大学出版社.http:/ 控制电器控制电器

2、 了解常用低压电器的结构、功能和用途。了解常用低压电器的结构、功能和用途。 掌握常用低压电器的工作原理。掌握常用低压电器的工作原理。 掌握常用低压电器的电工表示符号。掌握常用低压电器的电工表示符号。第一节第一节 低压电器的基本知识低压电器的基本知识 电器定义：一种能控制电路的设备。电器定义：一种能控制电路的设备。 低压电器：用于交流低压电器：用于交流1200V、直流、直流1500V以以下的电路中起通断、保护、控制或调节作下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器产品。用的电器产品。 高压电器：交流高压电器：交流1200V以上、直流以上、直流1500V及及以上。以上。1. 分类分类常用低压电器

3、接触器直流接触器交流接触器继电器电磁式继电器热继电器时间继电器压力继电器速度继电器温度继电器电流继电器电压继电器中间继电器电动式直流电磁式空气阻尼式电子式智能式装置式开启式开关电器刀开关低压断路器行程开关滚动式直动式微动式行程开关螺旋塞式快速式管式其它电器 ：按钮、指示灯等1）按操作方式分）按操作方式分 手动电器：手动电器：通过人力操作而动作的电器。通过人力操作而动作的电器。（如：刀开关、按钮、转换开关）（如：刀开关、按钮、转换开关） 自动电器：自动电器：按照信号或某个物理量的变化按照信号或某个物理量的变化而自动动作的电器。（如：低压断路器、而自动动作的电器。（如：低压断路器、接触器、继电器）

4、接触器、继电器）2）按控制作用分）按控制作用分 执行电器执行电器: 用来完成某种动作或传递功率。用来完成某种动作或传递功率。（如：电磁铁）（如：电磁铁） 控制电器：用来控制电路的通断。控制电器：用来控制电路的通断。 （如：开关、按钮、继电器、接触器）（如：开关、按钮、继电器、接触器） 主令电器：用来控制其它自动电器的动作，以主令电器：用来控制其它自动电器的动作，以发出控制发出控制“指令指令”。（如：按钮、转换开关）（如：按钮、转换开关） 保护电器：用来保护电源、电路及用电设备，保护电器：用来保护电源、电路及用电设备，使它们不致在短路、过载状态下运行，免遭损使它们不致在短路、过载状态下运行，免遭

5、损坏。坏。（如：熔断器、热继电器）（如：熔断器、热继电器）3）按用途分）按用途分 低压配电电器：刀开关、低压断路器、低压配电电器：刀开关、低压断路器、熔断器等。熔断器等。 低压控制电器：接触器、继电器、启动低压控制电器：接触器、继电器、启动器、按钮等。器、按钮等。4）按动作原理）按动作原理 电磁式电器：电磁式电器： 它是根据电磁铁的原理工作它是根据电磁铁的原理工作的。例如：接触器、继电器等。的。例如：接触器、继电器等。 非电磁式电器：非电磁式电器： 它是依靠外力（人力或机械力）它是依靠外力（人力或机械力）或某种非电量的变化而动作的电器。例如：行程或某种非电量的变化而动作的电器。例如：行程开关、

6、按钮、速度继电器、热继电器等。开关、按钮、速度继电器、热继电器等。2. 电磁式低压电器电磁式低压电器 低压电器一般由低压电器一般由感测部分感测部分和和执行部分执行部分组成。组成。 在各种低压电器中，在各种低压电器中，电磁式低压电器电磁式低压电器应用很应用很多，它们结构相似，原理相同。多，它们结构相似，原理相同。电磁式低压电器基本结构电磁式低压电器基本结构（1）电磁系统电磁系统 电磁系统是电磁式电器元件的感受部件，它的作用是电磁系统是电磁式电器元件的感受部件，它的作用是将电磁能转换成为机械能，并带动触点闭合或断开。它通将电磁能转换成为机械能，并带动触点闭合或断开。它通常采用电磁铁的形式，由电磁线

7、圈、静铁心（铁心）、动常采用电磁铁的形式，由电磁线圈、静铁心（铁心）、动铁心（衔铁）等组成，其中动铁心与动触点支架相连。铁心（衔铁）等组成，其中动铁心与动触点支架相连。 （2）触点系统触点系统 触点系统属于执行部件触点系统属于执行部件 。它的作用是通过触点的开、。它的作用是通过触点的开、闭来通、断电路的闭来通、断电路的 。（3）灭弧系统灭弧系统 触点在断开（包括熔体在熔断时）的瞬间，会在触头触点在断开（包括熔体在熔断时）的瞬间，会在触头间隙中产生电弧，对电路和电器有危害，必须使电弧熄灭。间隙中产生电弧，对电路和电器有危害，必须使电弧熄灭。（1）电磁系统）电磁系统 电磁铁的示意图电磁铁的示意图

8、电磁铁的工作原理电磁铁的工作原理 电磁线圈通电时产生磁场，使动、静铁心磁化互相吸电磁线圈通电时产生磁场，使动、静铁心磁化互相吸引，当动铁心被吸引向静铁心时，与动铁心相连的动触点引，当动铁心被吸引向静铁心时，与动铁心相连的动触点也被拉向静触点，令其闭合接通电路。电磁线圈断电后，也被拉向静触点，令其闭合接通电路。电磁线圈断电后，磁场消失，动铁心在复位弹簧作用下，回到原位，并牵动磁场消失，动铁心在复位弹簧作用下，回到原位，并牵动动、静触点，分断电路。动、静触点，分断电路。 动触点静触点复位弹簧动铁心静铁心电磁线圈（2）触点系统）触点系统 触点接触形式：点接触、线接触、面接触。触点接触形式：点接触、线

9、接触、面接触。 接触电阻接触电阻 理想情况下：触点闭合：接触电阻为零。理想情况下：触点闭合：接触电阻为零。 触点断开：接触电阻无穷大。触点断开：接触电阻无穷大。触点分类：触点分类： 按功能可分为：按功能可分为：主触点主触点和和辅助触点辅助触点。主触点用于接通和。主触点用于接通和分断主电路；辅助触点用于接通和分断二次电路，还能分断主电路；辅助触点用于接通和分断二次电路，还能起互锁和联锁作用。起互锁和联锁作用。 按形状可分为：按形状可分为：桥式触点桥式触点和和指形触点指形触点 。桥式触点又分为。桥式触点又分为点接触桥式触点和面接触桥式触点。点接触桥式触点和面接触桥式触点。 按位置可分为：按位置可分

10、为：静触点静触点和和动触点动触点。静触点固定不动，动。静触点固定不动，动触点能由联杆带着移动触点能由联杆带着移动 。 按其初始位置可分为：按其初始位置可分为：常闭触点常闭触点和和常开触点常开触点。常闭触点。常闭触点（又称动断触点）（又称动断触点）常态时动、静触点是相互闭合的。常态时动、静触点是相互闭合的。常开触点（又称动合触点）常开触点（又称动合触点）常态时动、静触点是分常态时动、静触点是分开的。开的。（3）灭弧系统）灭弧系统 电弧产生：在触点由闭合状态过渡到断开状态的电弧产生：在触点由闭合状态过渡到断开状态的过程中，会在触头间隙中由电子流产生弧状的火过程中，会在触头间隙中由电子流产生弧状的火

11、花，这种由电气原因造成的火花称为电弧。是气花，这种由电气原因造成的火花称为电弧。是气体自持放电形式之一，是一种带电质点的急流。体自持放电形式之一，是一种带电质点的急流。 电弧特点：外部有白炽弧光，内部有很高的温度电弧特点：外部有白炽弧光，内部有很高的温度和密度很大的电流。和密度很大的电流。v使电路仍然保持导通状态，延迟了电路的开断。使电路仍然保持导通状态，延迟了电路的开断。v会烧损触点，缩短电器的使用寿命。会烧损触点，缩短电器的使用寿命。灭弧方法灭弧方法（P4） 灭弧栅灭弧灭弧栅灭弧 磁吹式灭弧装置磁吹式灭弧装置 灭弧罩灭弧灭弧罩灭弧第二节第二节 接触器接触器 定义：用来自动地接通或断开大电流

12、电路的电器。定义：用来自动地接通或断开大电流电路的电器。 分类：按控制电流性质不同，通常分为交流接触器分类：按控制电流性质不同，通常分为交流接触器和直流接触器两大类和直流接触器两大类 。交流接触器交流接触器 特点：交流线圈、有短路环、采用双断口触头特点：交流线圈、有短路环、采用双断口触头直流接触器直流接触器 特点：直流线圈、滚动指型触头特点：直流线圈、滚动指型触头短路环短路环交流接触器的主要部分是：电磁系统、触点系统、灭弧装置。交流接触器的主要部分是：电磁系统、触点系统、灭弧装置。用于主电路用于主电路流过的大电流流过的大电流(需加灭弧装置需加灭弧装置)用于控制电路用于控制电路流过的小电流流过的

13、小电流(无需加灭弧装置无需加灭弧装置)M3电机电机动作过程动作过程线圈通电线圈通电衔铁被吸合衔铁被吸合触点闭合触点闭合电机接通电机接通电源电源线圈线圈辅助辅助触点触点铁心铁心衔铁衔铁主触点主触点常闭常闭常开常开弹簧弹簧工作原理工作原理 交流接触器有两种工作状态：交流接触器有两种工作状态：得电状态得电状态（动作状态）和（动作状态）和失电状态失电状态（释放状态）。接触（释放状态）。接触器主触点的动触头装在与衔铁相连的绝缘连杆器主触点的动触头装在与衔铁相连的绝缘连杆上，其静触点则固定在壳体上。当线圈得电后，上，其静触点则固定在壳体上。当线圈得电后，线圈产生磁场，使静铁心产生电磁吸力，将衔线圈产生磁场

14、，使静铁心产生电磁吸力，将衔铁吸合。衔铁带动动触点动作，使常闭触点断铁吸合。衔铁带动动触点动作，使常闭触点断开，常开触点闭合，分断或接通相关电路。当开，常开触点闭合，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，各触点随之复位。簧的作用下释放，各触点随之复位。简单的接触器控制简单的接触器控制ABCM3刀开关起隔离作用刀开关起隔离作用自保持自保持停止停止按钮按钮起动起动按钮按钮特点：特点：小电流控小电流控 制大电流制大电流接触器主要技术参数接触器主要技术参数指主触点的额定工作电压。指主触点的额定工作电压。 直流有：直流有：2

15、4V、48V、110V、220V、440V 交流有：交流有：36V、127V、220V、380V主触点的额定工作电流。主触点的额定工作电流。（1000万次以上）与万次以上）与 （100万次以上）。万次以上）。每小时的操作次数每小时的操作次数 一般：一般：300次次/h、 600次次/h、 1200次次/h型号、含义型号、含义型号、含义型号、含义接触器的选用接触器的选用 类型的选择：类型的选择：根据负载的性质选用直流或交流接触器。根据负载的性质选用直流或交流接触器。 主触点额定电压的选择：主触点额定电压的选择：大于等于主电路工作电压。大于等于主电路工作电压。 主触点额定电流的选择：主触点额定电流

16、的选择：大于等于被控电路额定电流。大于等于被控电路额定电流。 吸引线圈的额定电压与频率：吸引线圈的额定电压与频率：与所控制电路的选用电压、与所控制电路的选用电压、频率相一致。频率相一致。第三节第三节 继电器继电器继电器是一种根据继电器是一种根据电量电量（电流、电压（电流、电压）或）或非电量非电量（时间、速度、温度、压力等）（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。制或保护任务的电器。 区别区别继电器分类继电器分类按用途分：按用途分：控制继电器、保护继电器、中间控制继电器、保护继电器、中间 继电器。继电器。按原理分

17、：按原理分：电磁式、感应式、热继电器等。电磁式、感应式、热继电器等。按参数分：按参数分：电流、电压、速度、压力继电器。电流、电压、速度、压力继电器。按动作时间分：按动作时间分：瞬时继电器、延时继电器。瞬时继电器、延时继电器。按输出形式分：按输出形式分：有触点、无触点继电器。有触点、无触点继电器。常用继电器常用继电器常用继电器常用继电器 1、电磁式继电器电磁式继电器 2、时间继电器时间继电器 3、热继电器热继电器 4、速度继电器速度继电器 定义：定义：从线圈通电或断电起，其触点经过一段时从线圈通电或断电起，其触点经过一段时间延时后才动作的继电器。（文字符号：间延时后才动作的继电器。（文字符号：K

18、T）。）。 常用的时间继电器：常用的时间继电器：电磁式、阻尼式、电子式电磁式、阻尼式、电子式（晶体管、数字式）。（晶体管、数字式）。 延时方式：延时方式：通电延时和断电延时。通电延时和断电延时。 +衔铁衔铁断断 电电 式式常闭触点常闭触点断电后断电后延时闭合延时闭合常开触点常开触点断电后断电后延时断开延时断开通通 电电 式式瞬瞬时时动动作作延延时时动动作作常闭触点常闭触点常开触点常开触点常开触点常开触点通电后通电后延时闭合延时闭合常闭触点常闭触点通电后通电后延时断开延时断开常开触点常开触点常闭触点常闭触点工作原理工作原理调节螺丝调节螺丝进气孔进气孔托板托板线圈线圈衔铁衔铁恢复弹簧恢复弹簧挡块挡

19、块释放弹簧释放弹簧活塞杆活塞杆橡皮膜橡皮膜排气孔排气孔连杆连杆常闭触点常闭触点 延时打开延时打开 常开触点常开触点 延时闭合延时闭合 常闭触点常闭触点 延时闭合延时闭合 常开触点常开触点 延时断开延时断开 常开触点常开触点常闭触点常闭触点JS20系列晶体管式型号系列晶体管式型号长期过载、频繁启动、欠电压、断相运行长期过载、频繁启动、欠电压、断相运行均会引起过电流。均会引起过电流。热继电器是利用电流的热热继电器是利用电流的热效应原理工作的保护电器，在电路中用作效应原理工作的保护电器，在电路中用作电动机的电动机的过载保护过载保护和和断相保护断相保护。发热元件发热元件杠杆杠杆双金属片双金属片常闭触点

20、常闭触点热元件热元件串联在主电路中串联在主电路中串联在控制电路中串联在控制电路中常闭触点常闭触点FRFR 电动机定子绕组星形接法电动机定子绕组星形接法: 带断相保护和不带断相保护的热继电器均可接在带断相保护和不带断相保护的热继电器均可接在线电路中。线电路中。 电动机定子绕组三角形接法电动机定子绕组三角形接法: *带断相保护接在线电路中。带断相保护接在线电路中。 *不带断相保护热继电器的热元件必须串接在不带断相保护热继电器的热元件必须串接在 电动机每相绕组上。电动机每相绕组上。热继电器接入电动机定子电路方式热继电器接入电动机定子电路方式 用途用途 结构及工作原理结构及工作原理 符号符号a）外形

21、b）结构图第四节第四节 主令电器主令电器 主令电器是指在电气自动控制系统中用来发主令电器是指在电气自动控制系统中用来发出信号指令的电器。它的信号指令将通过继电器、出信号指令的电器。它的信号指令将通过继电器、接触器和其它电器的动作，接通和分断被控制电接触器和其它电器的动作，接通和分断被控制电路，以实现对电动机和其它生产机械的远距离控路，以实现对电动机和其它生产机械的远距离控制。制。 分类：分类：（1）按钮（2）行程开关（3）万能转换开关（手动控制电器）（手动控制电器） 用途用途 按钮常用于接通和断开控制电路。它只能短时按钮常用于接通和断开控制电路。它只能短时接通或分断接通或分断5A以下的小电流电

22、路，向其它电器发出以下的小电流电路，向其它电器发出指令性的电信号，控制其它电器动作。由于按钮载指令性的电信号，控制其它电器动作。由于按钮载流量小，不能直接用于控制主电路的通断流量小，不能直接用于控制主电路的通断。 结构及工作原理(b) 结构结构按钮的外形图和结构：按钮的外形图和结构：按钮开关的外形和符号按钮开关的外形和符号(a) 外形图外形图常闭触点常闭触点复位弹簧复位弹簧支柱连杆支柱连杆常闭静触头常闭静触头桥式静触头桥式静触头常开静触头常开静触头外壳外壳4SBSBSB结结构构符符号号名名称称常闭按钮常闭按钮( (停止按钮停止按钮) )常开按钮常开按钮( (起动按钮起动按钮) )复合按钮复合按

23、钮1234123按钮帽按钮帽在按下按钮帽令在按下按钮帽令其动作时，首先其动作时，首先断开常闭触头，断开常闭触头，再通过一定行程再通过一定行程后才接通常开触后才接通常开触头；松开按钮帽头；松开按钮帽时，复位弹簧先时，复位弹簧先将常开触头分断，将常开触头分断，通过一定行程后通过一定行程后常闭触头才闭合。常闭触头才闭合。 选择使用时应从使用场合、所需触点数及按钮选择使用时应从使用场合、所需触点数及按钮帽的颜色等因素考虑。一般帽的颜色等因素考虑。一般“绿色绿色”表示表示起动起动，“红色红色”表示表示停止停止， “黑色黑色”表示表示点动点动，“蓝色蓝色”表示表示复位复位，“启动启动”与与“停止停止”交替

24、用交替用黑白黑白、白色白色或或灰色灰色。（2）行程开关）行程开关 用途用途 行程开关又称限位开关或位置开关，它利用行程开关又称限位开关或位置开关，它利用生产机械运动部件的碰撞，使其内部触点动作，分生产机械运动部件的碰撞，使其内部触点动作，分断或切换电路，从而实现生产机械的自动往复控制断或切换电路，从而实现生产机械的自动往复控制或限位保护或限位保护 结构结构 结构与按钮类似，但其动作要由机械撞击。结构与按钮类似，但其动作要由机械撞击。常开触点：常开触点：常闭触点：常闭触点：（3）万能转换开关）万能转换开关 用途用途 具有更多操作位置和触点、能够接多个电路的具有更多操作位置和触点、能够接多个电路的

25、一种手动控制电器。由于它的档位多、触点多，可一种手动控制电器。由于它的档位多、触点多，可控制多个电路，能适应复杂线路的要求。控制多个电路，能适应复杂线路的要求。 结构结构 符号符号万能转换开关的符号及触点通断表万能转换开关的符号及触点通断表第五节第五节 开关电器开关电器 低压开关主要用作隔离、转换以及接通和分断电路。低压开关主要用作隔离、转换以及接通和分断电路。常作为机床电路的电源开关，或用于局部照明电路常作为机床电路的电源开关，或用于局部照明电路的控制及小容量电动机的起动、停止和正反转控制的控制及小容量电动机的起动、停止和正反转控制等。等。 分类：分类：（1）刀开关（2）组合开关（3）自动开

26、关（4）漏电保护器 （1）刀开关）刀开关 用途用途 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（器，广泛用在照明电路和小容量（5.5kW）、不频繁起动的动力）、不频繁起动的动力电路的控制电路电路的控制电路中。中。 结构结构 符号符号 注意事项注意事项 刀开关安装时，瓷底应与地面垂直，手柄向上，易于灭弧，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。及人身和设备安全。b）双极

27、c）三极QK QK a）单极 或 QK （2）组合开关）组合开关 定义定义 组合开关又称转换开关，它实质上也是一种特殊刀开组合开关又称转换开关，它实质上也是一种特殊刀开关，只不过一般刀开关的操作手柄是在垂直安装面的平面关，只不过一般刀开关的操作手柄是在垂直安装面的平面内向上或向下转动，而组合开关的操作手柄则是平行于安内向上或向下转动，而组合开关的操作手柄则是平行于安装面的平面内向左或向右转动而已。装面的平面内向左或向右转动而已。 组合开关由数层动、静触片组装在绝缘盒而成的。动触组合开关由数层动、静触片组装在绝缘盒而成的。动触点装在转轴上，用手柄转动转轴使动触片与静触片接通与点装在转轴上，用手柄

28、转动转轴使动触片与静触片接通与断开。可实现多条线路、不同联接方式的转换。断开。可实现多条线路、不同联接方式的转换。 用途用途 转换开关中的弹簧可使动、静触片快速断开，利于熄转换开关中的弹簧可使动、静触片快速断开，利于熄灭电弧。多用在机床电气控制线路中，作为电源的引入开灭电弧。多用在机床电气控制线路中，作为电源的引入开关，一般用于交流关，一般用于交流380V、直流、直流220V，电流，电流100A以下的电以下的电路中做电源开关。也可以用作不频繁地接通和断开电路、路中做电源开关。也可以用作不频繁地接通和断开电路、换接电源和负载以及控制换接电源和负载以及控制5KW以下的小容量电动机的正反以下的小容量

29、电动机的正反转和星三角起动等。转和星三角起动等。M3b b、组合开关符号：组合开关符号：组合开关结构组合开关结构a) b)图1-9组合开关的结构图a）外形图 b）内部结构1手柄 2转轴 3弹簧 4凸轮 5绝缘垫板6动触点 7静触点 8绝缘方轴 9接线柱( (自动空气断路器自动空气断路器) ) 用途用途 它集控制和多种保护功能于一身，除能完成接它集控制和多种保护功能于一身，除能完成接通和分断电路外，还能对电路或电气设备发生的通和分断电路外，还能对电路或电气设备发生的短短路、过载、失压路、过载、失压等故障进行保护。等故障进行保护。 符号符号QF (自动空气断路器自动空气断路器)锁钩锁钩主触点主触点

30、手动闭合手动闭合 电磁电磁 脱扣器脱扣器 欠压欠压 脱扣器脱扣器衔铁释放衔铁释放连杆装置连杆装置释放弹簧释放弹簧 脱扣器是自动开关的主要保护装置，脱扣器是自动开关的主要保护装置，包括包括电磁脱扣器电磁脱扣器（作短路保护）、（作短路保护）、热脱热脱扣器扣器（作过载保护）、（作过载保护）、欠压脱扣器欠压脱扣器（作（作失压保护）失压保护）以及由电磁和热脱扣器组合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，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。点，分断主电路而起到短路保护