第一章 电气控制基本知识

1、西门子西门子PLC应用与设计教程应用与设计教程 -柳春生柳春生 编著编著第一章第一章 电气控制基础知识电气控制基础知识1、电器的定义及作用电器定义：定义：凡是能自动或手动接通和断开电路，以及对电路或非电对象能进行切换、控制、保护、检测、变换和调节的电器元件系统称为电器。 简单地说，电器就是电的一种控制工具。作用：作用：（1）接通和断开电路；（2）对电路或非电对象进行切换、控制、保护、检测、变换和和调节。 1-1 电器的作用与分类电器的作用与分类1-1 电气的作用与分类电气的作用与分类2、电器的分类电器用途广泛、功能多样、种类繁多、构造各异、分类方法很多。按工作电按工作电压等级压等级高压电器高压

2、电器交流额定电压高于交流额定电压高于1200V或者直流额定电压高于或者直流额定电压高于1500V电器电器低压电器交流额定电压为1200V及以下或者直流额定电压1500V及以下电器按动作原理手动电器需要人直接操作才能完成指令任务的电器（按钮、转换开关、隔离开关灯）。自动电器无需人操作，按照电信号或者非电信号自动完成指令任务的电器（接触器、继电器、电磁阀等）。按用途控制电器用于各种控制电路和控制系统的电器（接触器、继电器、电动机启动器等）。主令电器用于自动控制系统中发送控制指令的电器（按钮、主令开关、转换开关灯）。执行电器用于某种完成动作或传输功能的电器（电磁阀、电磁离合器等）。配电电器用于电能的

3、输送和分配的电器（高压断路器、隔离开关、母线等）。保护电器用于保护电路及用电设备的电器（熔断器、避雷器等）。按应用场合一般工业用电器、特殊工矿用电器（防爆电器）、农用电器、其他场合用电器（航空及航舶用电器等）。1-1 电气的作用与分类电气的作用与分类3、电力拖动自控系统常用的低压电器接触器、继电器、自动空气断路器、行程开关、熔断器及其他电器（按钮、刀开关等）1-2 常用低压电器常用低压电器一、接触器 是一个能频繁通断的由电磁铁带动的负荷开关，可以频繁通断主电路的正常工作电流。作用：用于电路的频繁通断，电气设备（如电动机）的近、远距离控制，程序控制等。（一）接触器的结构与工作原理。1、结构 如图

4、1-1所示：主要部件：线圈、铁芯、衔铁、主触点、辅助触点、灭弧罩等。1-绝缘板 2-主静触头 3-主动触头 4-衔铁 5-铁心 6-线圈 7-灭弧罩 8-转轴 9-反作用弹簧 10-辅助触头1-2 常用低压电器常用低压电器（1）触点形式根据允许通过电流的大小分为：点接触、线接触、面接触。点接触点接触允许通过电流小。允许通过电流小。线接触线接触允许通过电流中。允许通过电流中。面接触面接触允许通过电流大。允许通过电流大。 a) 点接触 b）线接触 c) 面接触1-2 常用低压电器常用低压电器（2）触点种类 1）主触点： 容量大，用于通断高电压、大电流电路。常开触点较多见，常闭触点较少见 2）辅助触

5、点：容量小，用于通断低电压、小电流电路。接触器的触点损坏的原因主要是磨损和电弧烧损，灭弧罩就是灭弧装置之一。接触器分断电流大小能力与灭弧装置的灭弧能力大小有直接关系。1-2 常用低压电器常用低压电器结论：（1）接触器实际上是一个能频繁通断的由电磁铁带动的负荷开关。（2）与别的开关相比，它可以频繁通断主电路的正常工作电流，但不能分断主电路的短路电流！短路电流通常用断路器或熔断器来分断。 （3）接触器常用于电路的频繁通断和电气设备（如电动机）的近、远距离控制，程序控制等。 接触器的触点损坏的原因主要是磨损和电弧烧损，灭弧罩就是灭弧装置之一。接触器分断电流大小能力与灭弧装置的灭弧能力大小有直接关系。

6、1-2 常用低压电器常用低压电器（3）电磁机构的组成与形式 由吸引线圈和磁路组成，实际上就是一个电磁铁。 磁路包括铁心、衔铁、空气隙等。常用的电磁机构有（按衔铁的运动方式分为）：（a）直动式（b）拍合式1-衔铁、 2-铁心、 3-吸引线圈衔铁绕棱角转动：衔铁绕棱角转动： 适用于直流接触器。适用于直流接触器。衔铁绕轴转动：衔铁绕轴转动： 多用于大功率的交流多用于大功率的交流接触器。接触器。衔铁直线运动：衔铁直线运动： 多用于中、小功率的多用于中、小功率的交流接触器交流接触器1-2 常用低压电器常用低压电器当线圈通电时： 衔铁吸合，主常开触点闭合，辅助常开触点闭合， 辅助常闭触点断开。当线圈断电时

7、： 衔铁释放，主常开触点打开，辅助常开触点打开，辅助常闭触点闭合。2、接触器的工作原理线圈线圈铁芯铁芯衔铁衔铁主触头主触头弹簧弹簧辅助辅助触头触头M3电机电机接触器是接触器是利用电磁利用电磁吸力使触吸力使触头闭合或头闭合或断开，从断开，从而自动接而自动接通或断开通或断开电机的一电机的一种自动电种自动电器开关。器开关。1-2 常用低压电器常用低压电器（二）交直流接触器比较交直流接触器结构基本相同，其特点不同。1、直流接触器 主触点控制直流电路，且线圈需通入直流电进行控制。衔铁吸合前后，线圈电流不变，适合于频繁动作。但主触点断开时会产生较高的过电压（U=Ldi/dt），故工作电压不允许过高（440

8、V以下）。2、交流接触器主触点控制交流电路，且线圈多采用交流电进行控制，衔铁吸合前后线圈电流变化很大，可相差10-15倍，不适合频繁动作。（三）接触器的主要技术数据1-2 常用低压电器常用低压电器二、继电器（一）继电器的定义及与接触器的区别1、定义 根据电气量（电压、电流等）或者非电量（温度、压力、转速、时间等）的变化接通或断开控制电路的自动切换电器。1-2 常用低压电器常用低压电器2、继电器与接触器的区别继电器没有主、辅触点之分，主要用在低电压、小电流的控制电路中，其控制量可以是电气量，也可以是非电气量。接触器有主、辅触点之分，其中主触点用在高电压、大电流的主回路中，辅触点用在低电压、小电流

9、的控制回路中，其控制量仅仅是电气量，即电压控制。1-2 常用低压电器常用低压电器（二）继电器的种类及其特点1、电磁式继电器结构与接触器类似，有电流继电器、电压继电器、中间继电器三种。1）电流继电器特点：线圈串接于电路中，导线粗、匝数少、阻抗小。 分类：过电流继电器、欠电流继电器1-2 常用低压电器常用低压电器2）电压继电器特点：线圈并联在电路中，匝数多，导线细分类：过电压继电器和欠电压继电器结构原理：与电流继电器类似欠电压继电器KAU U KAKAKA1-2 常用低压电器常用低压电器3）中间继电器 触点容量大，且数量多，起中间放大和转换小继电器触点数量和容量的作用。中间继电器实质上是一种电压继

10、电器，结构和工作原理与接触器相同。2、磁电式继电器 其结构与电流表类似。灵敏度高，能反映信号的极性，触点容量小，常用与微弱信号的检测。1-2 常用低压电器常用低压电器3、时间继电器指继电器通电（断电）到其触点动作有一些延时，不是同步，主要有以下四种形式电磁式（铜套阻尼式）、空气阻尼式、电动机式、半导体式4、舌簧继电器触点容量小、动作快，灵敏度高、用永磁体驱动可反映非电信号。5、热继电器结构类似于由热原件驱动的小开关。作过载保护用，控制量为过载电流。6、速度继电器结构类似于小电动机驱动的小开关，控制量为速度，动作有方向性温度继电器温度继电器光电继电器光电继电器压力继电器压力继电器1-2 常用低压

11、电器常用低压电器1-2 常用低压电器常用低压电器（三）继电器触点的种类继电器的图形、文字、符号1-2 常用低压电器常用低压电器（四）继电器的结构及工作原理1、电磁式电磁式: 结构同接触器类似，靠电磁铁驱动。1-铁心 2-旋转棱角 3-释放弹簧 4-调节螺母 5-衔铁 6-动触点7-静触点 8-非磁性垫片 9-线圈1-2 常用低压电器常用低压电器2、电磁式时间继电器（铜套阻尼式）电磁式时间继电器（铜套阻尼式）:结构如图所示.电磁式时间继电器靠铜（铝）套阻延时。当线圈断电时主磁通锐减，磁通变化率最大，铜套上感应出涡流，涡流产生的磁通继续维持衔铁吸合，达到延时释放的目的。1-2 常用低压电器常用低压

12、电器三、低压熔断器v作用：作短路和过载保护 熔断器是一种当电流超过规定值一定时间后,以它本身产生的热量使熔体熔化而分断电路的电器.广泛应用于低压配电系统及用电设备中。v应用：串接于被保护电路的首端v优点：结构简单，维护方便，价格便宜，体小量轻 常用的熔断器有插入式熔断器、螺旋式熔断器、无填料式熔断器和有填料式熔断器。1-2 常用低压电器常用低压电器 当电路发生短路当电路发生短路或严重过负荷时，大或严重过负荷时，大电流产生的高温使熔电流产生的高温使熔体熔断，切断故障电体熔断，切断故障电流。流。1-2 常用低压电器常用低压电器 熔断器的分类熔断器的分类:R型管式（R熔断器）RM型密闭管式（M密闭）

13、，无填料，无限流作用。RT型填料管式（T填料），限流式，即有限流作用。NT型德国AEG公司技术，国内生产。有填料，密闭管式， 有限流作用。RC型瓷插式（C瓷插），无填料，无限流作用。RL型螺塞式（L螺塞）无填料，无限流作用。RZ型自复式（Z自复），采用钠熔体，有限流作用，熔断 器的发展方向之一！ 瓷插式熔断器瓷插式熔断器螺旋式熔断器螺旋式熔断器有填料封闭管式熔断器有填料封闭管式熔断器主要由外壳和熔体构成1-2 常用低压电器常用低压电器四、主令电器v作用：发送控制命令或信号的电器，常用于接通或断开控制电路。再通过接触器、继电器间接控制主电路的接通或断开。 v分类：控制按钮、行程开关、接近开关等。

14、（一）控制按钮数控机床上的按钮站数控机床上的按钮站一般用：一般用：红色红色表示表示停止停止和和急停急停；绿色绿色表示表示起动起动；黑色黑色表示表示点动；点动；蓝色蓝色表示表示复位；复位；另外还有黄、白等颜色，供另外还有黄、白等颜色，供不同场合使用。不同场合使用。1-2 常用低压电器常用低压电器（二）行程开关又称限位开关，工作原理与按钮相类似。行程开关触点动作不靠手工操作，而是利用机械运动部件的碰撞使触点动作，从而将机械信号转换为电信号，再通过其他电器间接控制现场设备运动部件的行程、运动方向和进行限位保护等。双轮旋转式直动式单轮旋转式直动式行程开关原理图直动式行程开关原理图1-1-顶杆顶杆 2-

15、2-弹簧弹簧 3-3-动断触点动断触点 4-4-动合触点动合触点1-2 常用低压电器常用低压电器工作原理：当运动机械的挡铁撞到行程开关的顶杆1时，顶杆受压触动使得动断触点3断开，动合触点4闭合，顶杆上的挡铁移走后，顶杆在弹簧2的作用下复位，各触点回到原始通断状态。行程开关的电气符号 随着电子技术的不断发展，目前还广泛使用电子式接近开关电子式接近开关作为行程或位置控制。接近开关又称无触点行程开关，它是一种非接触型的检测装置。1、作用：可以代替行程开关完成传动装置的位移控制和限位保护，还广泛用于检测零件尺寸、测速和快速自动计数以及加工程序的自动衔接等。2、特点：工作可靠、寿命长、功耗低、重复定位精度高、灵敏度高、频率响应快以及适应恶劣的工作环境等。1-2 常用低压电器常用低压电器五、低压断路器 低压断路器俗称自动空气开关或自动开关。是低压配电网中的主要开关电器之一。它不仅可以接通和分断正常负载电流、电动机工作电流和过载电流，而且可以接通和分断短路电流。主要在不频繁操作的低压配电线路或开关柜(箱)中作为电源开关使用，并对线路、电气设备及电动机等起保护作用。当它们发