电气控制技术与PLC第1章

1、1电气控制技术电气控制技术与与PLCPLC 电气与电子工程学电气与电子工程学2 欢迎大家学习欢迎大家学习电气控制技术与电气控制技术与PLCPLC 课课 程程3课程名称课程名称: :电气控制技术与电气控制技术与PLCPLCn学学 时：时：50h50h（理论：（理论：40h-40h-实验：实验：10h10h）n学学 分：分：3 3学分学分n先修课程：电子技术、自控原理、先修课程：电子技术、自控原理、 电力电子技术、电力电子技术、 电机及拖动基础、微机原理及应用电机及拖动基础、微机原理及应用 适用专业：电气工程及其自动化适用专业：电气工程及其自动化4课程的几点要求：课程的几点要求：n上课不准讲话，打

2、瞌睡；不旷课，迟到，早退，按点名次数上课不准讲话，打瞌睡；不旷课，迟到，早退，按点名次数计，计，无故旷课达无故旷课达30%30%，取消期末考资格；，取消期末考资格；n每人准备一个作业本；每人准备一个作业本； 可用其他课程用过而没用完的本子，但可用其他课程用过而没用完的本子，但不能用单页纸不能用单页纸, ,学期学期末作业本就是一本复习提纲；末作业本就是一本复习提纲；n按时完成作业，不抄作业；按时完成作业，不抄作业； 5参考教材参考教材常用低压电器与可编程控制器常用低压电器与可编程控制器刘刘 涳涳 西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社 20052005年年电气控制与电气控制与PLCPLC技

3、术应用技术应用孔祥冰孔祥冰 机械工业出版社机械工业出版社 20082008年年 工厂电气控制技术工厂电气控制技术方承远方承远 机械工业出版社机械工业出版社 20002000年年 常用低压电器原理及其控制技术常用低压电器原理及其控制技术王仁祥王仁祥 机械工业出版社机械工业出版社 20012001年年可编程序控制器原理及应用可编程序控制器原理及应用 宫淑贞宫淑贞 人民邮电出版社人民邮电出版社 20022002年年6电气控制技术与电气控制技术与PLCPLC课程性质：课程性质：本课程是一门实用性很强的专业课，是电本课程是一门实用性很强的专业课，是电气工程及其自动化专业的主要气工程及其自动化专业的主要必

4、修课之一必修课之一。 它是集传统继电器控制技术、计算机术、它是集传统继电器控制技术、计算机术、自动控制技术和网络通信技术于一体的综合性学自动控制技术和网络通信技术于一体的综合性学科。它包括科。它包括“电气控制技术电气控制技术”和和“PLCPLC应用应用”两个两个部部分。是从事电气控制的工程技术人员必备理论知分。是从事电气控制的工程技术人员必备理论知识。识。7电气控制技术与电气控制技术与PLCPLC课程目的和任务：课程目的和任务：熟悉常用控制熟悉常用控制电器电器的结构原理、用途及型号，达到正确的结构原理、用途及型号，达到正确使用和选用的目的。使用和选用的目的。熟练掌握熟练掌握电气控制电路电气控制

5、电路的基本环节，具备阅读和分析电的基本环节，具备阅读和分析电气控制电路图的能力，气控制电路图的能力， 具备独立设计简单电气控制电路的具备独立设计简单电气控制电路的能力能力。 熟悉掌握熟悉掌握PLCPLC的工作原理与系统的工作原理与系统构成构成、指令指令系统、系统、编程编程方法及方法及PLCPLC控制系统的控制系统的设计设计。 具备应用具备应用PLCPLC实现电气控制自动化要求的设计、安装、实现电气控制自动化要求的设计、安装、调试、故障处理调试、故障处理能力能力。8课程教学重点、难点：课程教学重点、难点：n重点：重点： 掌握低压电器的结构、原理和应用；三相异步电掌握低压电器的结构、原理和应用；三

6、相异步电动机运行控制；动机运行控制； PLCPLC的循环扫描工作方式；的循环扫描工作方式；PLCPLC的编程语言：梯形的编程语言：梯形图和语句表；图和语句表；CPM1APLCCPM1APLC的指令系统；的指令系统；PLCPLC的控制系的控制系统设计方法。统设计方法。n难点难点：PLCPLC是采用循环扫描的工作方式，是采用循环扫描的工作方式，梯形图的顺序控制设计方法。梯形图的顺序控制设计方法。电气控制技术与电气控制技术与PLCPLC9主要内容主要内容 上篇上篇 常用低压电器常用低压电器第章第章 绪论、常用低压电器的基本原理绪论、常用低压电器的基本原理第章第章 常用低压电器常用低压电器 第章第章

7、三相异步电动机基本控制环节与基本电路三相异步电动机基本控制环节与基本电路第章第章 电气控制系统设计电气控制系统设计 10 绪绪 论论n电气控制技术电气控制技术n电气控制电气控制系统系统的分类的分类n电气控制电气控制系统系统的发展的发展上篇上篇 常用低压电器常用低压电器11一、电气控制技术一、电气控制技术n电气控制技术电气控制技术：用以：用以实现实现生产过程电气化及其自动控制的生产过程电气化及其自动控制的电气设备及系统电气设备及系统的的控制技术控制技术。他是以各类电动机为动力的。他是以各类电动机为动力的传动装置与系统。传动装置与系统。n电气系统电气系统：主要包括普通的电力传动控制（速度、位置、：

8、主要包括普通的电力传动控制（速度、位置、压力、张力、流量等）系统。压力、张力、流量等）系统。n电气自动控制系统电气自动控制系统：由电动机及共电、检测、控制装置组：由电动机及共电、检测、控制装置组成的反馈控制系统，能自动完成能量变换和控制所需的信成的反馈控制系统，能自动完成能量变换和控制所需的信息处理。息处理。12开环控制系统开环控制系统n没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置进给系统），故系统稳定性好。进给系统），故系统稳定性好。电电机机机械执行部机械执行部件件A A相、相、B B相相C C相、相、f f、n nCNCCNC输 入 指输 入 指令令

9、脉冲频率脉冲频率f f脉冲个数脉冲个数n n换算换算脉冲环脉冲环形分配形分配变换变换功率功率放大放大13半闭环数控系统半闭环数控系统n半闭环数控系统的位置采样点如图所示，是从驱动装半闭环数控系统的位置采样点如图所示，是从驱动装置置( (常用伺服电机常用伺服电机) )或丝杠引出，采样旋转角度进行检或丝杠引出，采样旋转角度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置。测，不是直接检测运动部件的实际位置。位置控制调位置控制调节器节器速度控制速度控制调节与驱动调节与驱动检测与反馈检测与反馈单元单元位置控制单位置控制单元元速度控制单速度控制单元元+ + +- - -电电机机机械执行部机械执行部件件CNCCN

10、C插补插补指令指令实际实际位置位置反馈反馈实际实际速度速度反馈反馈14全闭环数控系统全闭环数控系统n全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所示，直接对全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所示，直接对运动部件的实际位置进行检测。运动部件的实际位置进行检测。位置控制调位置控制调节器节器速度控制速度控制调节与驱动调节与驱动检测与反馈单检测与反馈单元元位 置 控 制 单位 置 控 制 单元元速 度 控 制 单速 度 控 制 单元元+ + +- - -电机电机机 械 执 行 部机 械 执 行 部件件CNCCNC插补插补指令指令实际实际位置位置反馈反馈实际实际速度速度反馈反馈15电气自动控制系统的主要环节：

11、电气自动控制系统的主要环节：1 1、动力部分：、动力部分：整个系统的电源共给环节。（动力电源、电器部整个系统的电源共给环节。（动力电源、电器部件、电动机）件、电动机）2 2、生产过程自动控制部分：、生产过程自动控制部分：是生产过程自动化的核心，是间接是生产过程自动化的核心，是间接控制、指挥动力电器及系统工作的部件（逻辑控制电路和各种控制、指挥动力电器及系统工作的部件（逻辑控制电路和各种自动化仪表）。自动化仪表）。3 3、传动装置：、传动装置：是生产机械的连接及传动环节。是生产机械的连接及传动环节。 电气自动控制系统电气自动控制系统功能功能： 根据外界信号要求可接通或断开电路，改变参数，实现对根

12、据外界信号要求可接通或断开电路，改变参数，实现对电路或对非电参数的控制设备。电路或对非电参数的控制设备。16x-yx-y数控拖板数控拖板变频主轴变频主轴机床本体机床本体数控系统及其数控系统及其操作面板操作面板行程开关行程开关控制电柜控制电柜Z Z轴伺服电机轴伺服电机机床设备组成机床设备组成17CW6132CW6132型车床电气设备安装布置图型车床电气设备安装布置图 18二、电气控制系统的分类二、电气控制系统的分类1 1、按输入、输出信号的状态特征分类、按输入、输出信号的状态特征分类 1 1）开关量控制）开关量控制 2 2）连续量控制）连续量控制2 2、按电器开关元件分类、按电器开关元件分类 1

13、 1）有触点控制）有触点控制 2 2）无触点控制）无触点控制3 3、按控制程序特征分类、按控制程序特征分类 1 1）固定程序（组合电路、时序电路、顺序电路）固定程序（组合电路、时序电路、顺序电路） 2 2）可编程序）可编程序19控制方式举例：电冰箱的自动恒温控制控制方式举例：电冰箱的自动恒温控制n右上图为控制电路右上图为控制电路n右下图为电冰箱温度变右下图为电冰箱温度变化曲线和压缩机电动机化曲线和压缩机电动机的运行情况的运行情况n系统特点：系统特点：n结构简单，成本低结构简单，成本低n频繁开停机，能耗大频繁开停机，能耗大 0 1 2 t P PN 0 t 温控器温控器 K K 电源电源 电动机

14、电动机 G G M M1 1、开关量、开关量( (断续断续) )控制控制20电电源源变频器变频器温度传感器温度传感器电电动动机机01PPN0tt2 2、 连续控制连续控制v 右上图为控制电路，右上图为控制电路，v 右下图为电冰箱温度右下图为电冰箱温度变化曲线和压缩机电变化曲线和压缩机电动机的运行情况。动机的运行情况。系统特点：系统特点：结构复杂，成本高结构复杂，成本高运行平稳，能耗低运行平稳，能耗低21三、电气控制技术的发展三、电气控制技术的发展 电气控制技术随着电气控制技术随着科学技术科学技术的不断发展创新，对的不断发展创新，对生产工艺生产工艺不断提出新的要求，不断提出新的要求，机床电气控制

15、机床电气控制装置也在不断地更新。装置也在不断地更新。 在在控制方法控制方法: :从从手动手动控制发展到控制发展到自动自动控制；控制； 在在控制功能控制功能: :从从简单简单控制到控制到复杂复杂控制；控制； 在在操作操作上上: :由由笨重笨重到到轻巧轻巧； 从从控制原理控制原理: :由单一的由单一的有触点有触点硬接线硬接线继电器控制系统转为继电器控制系统转为以以微处理器微处理器为中心的为中心的PLCPLC软件软件控制系统。控制系统。 新的控制理论新的控制理论和和新型电器新型电器及电子器件的出现，不断地推动及电子器件的出现，不断地推动着机床着机床电气控制技术电气控制技术的发展。的发展。22电气控制

16、技术的发展电气控制技术的发展 蒸汽机时代：蒸汽机时代： 从集中传动到分散传动从集中传动到分散传动 集中传动开始于瓦特的蒸汽机时代一个车间使用集中传动开始于瓦特的蒸汽机时代一个车间使用一台蒸汽机提供动力通过天轴、齿轮和皮带系统将动一台蒸汽机提供动力通过天轴、齿轮和皮带系统将动力分配到各个纺织机械。力分配到各个纺织机械。23蒸汽机蒸汽机天轴天轴纺纱机纺纱机24电气控制技术的发展电气控制技术的发展 1919世纪末，世纪末，电机电机技术开始产生并应用，技术开始产生并应用，2020世纪世纪2020年代初逐年代初逐步步取代取代蒸汽机，成为主要动力。蒸汽机，成为主要动力。 电气控制技术电气控制技术是针对是针

17、对电动机的控制技术电动机的控制技术，伴随着电机制造，伴随着电机制造和应用发展起来。和应用发展起来。 在在2020世纪的世纪的2020年代至年代至3030年代年代（继电器控制继电器控制） 借助继电器、接触器、按钮、行程开关等组成继电器借助继电器、接触器、按钮、行程开关等组成继电器接接触器控制系统，实现对机床的起动、停止、有级调速等控制。触器控制系统，实现对机床的起动、停止、有级调速等控制。 继电器继电器接触器接触器控制系统的控制系统的优点优点：是结构简单、价格低：是结构简单、价格低廉、维护方便、抗干扰能力强。廉、维护方便、抗干扰能力强。 继电器继电器接触器控制系统的接触器控制系统的缺点缺点：是由

18、于是固定接线形：是由于是固定接线形式，故在进行程序控制时，改变控制程序不方便、灵活性差；式，故在进行程序控制时，改变控制程序不方便、灵活性差；采用有触点开关，动作频率低，触点易损坏，可靠性差。采用有触点开关，动作频率低，触点易损坏，可靠性差。 25电气控制技术的发展电气控制技术的发展 4040年代至年代至5050年代：年代： 出现了出现了交磁放大机交磁放大机电动机控制，这是一种电动机控制，这是一种闭环反馈系闭环反馈系统统，当输出量与给定量发生偏差时就自动调整，系统的控制，当输出量与给定量发生偏差时就自动调整，系统的控制精度、快速性都有了提高。精度、快速性都有了提高。 26电气控制技术的发展电气

19、控制技术的发展 60 60年代：（顺序控制）年代：（顺序控制） 出现了出现了晶体管晶体管晶闸管晶闸管控制，由晶闸管供电的直流调速系统控制，由晶闸管供电的直流调速系统和交流调速系统调速性能大为改善，已完全取代了和交流调速系统调速性能大为改善，已完全取代了交磁放大交磁放大机机电动机电动机系统。系统。 同时，出现了一种能够根据生产工艺要求，通过改变控制程同时，出现了一种能够根据生产工艺要求，通过改变控制程序便能达到控制目的的序便能达到控制目的的顺序控制器顺序控制器，它是通过组合逻辑元件的，它是通过组合逻辑元件的插接或编程来实现继电接插接或编程来实现继电接 触器控制线路的装置。它能满足程触器控制线路的

20、装置。它能满足程序经常改变的控制要求，使控制系统具有较大的灵活性和通用序经常改变的控制要求，使控制系统具有较大的灵活性和通用性。它仍然是性。它仍然是靠硬件手段靠硬件手段完成自动控制任的，装置体积大，功完成自动控制任的，装置体积大，功能也受到一定的限制，并没有得到普及应用。能也受到一定的限制，并没有得到普及应用。27电气控制技术的发展电气控制技术的发展 20 20世纪世纪7070年代（年代（PLCPLC） 随着大规模集成电路和微处理器技术的发展和应用，上随着大规模集成电路和微处理器技术的发展和应用，上述控制技术也发生了根本的变化，在出现了用述控制技术也发生了根本的变化，在出现了用软件软件手段来实

21、手段来实现各种控制功能，以微处理器为核心的新型工业控制器现各种控制功能，以微处理器为核心的新型工业控制器可可编程序控制器编程序控制器，这种器件完全能够适应恶劣的工业环境；由，这种器件完全能够适应恶劣的工业环境；由于它于它兼备兼备了计算机控制和继电控制系统两方面的优点，故目了计算机控制和继电控制系统两方面的优点，故目前世界各国已前世界各国已作为一种标准化通设备普遍应用于作为一种标准化通设备普遍应用于工业控制工业控制。 电源单元DIN导轨CPU单元28电气控制技术的发展电气控制技术的发展微处理器和微型计算机问世微处理器和微型计算机问世( (数控系统数控系统) ) 计算机应用于机床的局部控制或整机控

22、制中，成为机床电计算机应用于机床的局部控制或整机控制中，成为机床电气控制系统的主要发展方向，其中气控制系统的主要发展方向，其中数控机床数控机床和和数控系统数控系统就是典就是典型的例子。型的例子。 在在5050年代就出现了数控机床。数控机床是一种具有广泛通年代就出现了数控机床。数控机床是一种具有广泛通用性的高效率自动化机床，它综合应用了电子技术、用性的高效率自动化机床，它综合应用了电子技术、检测技检测技术、计算机技术、自动控制术、计算机技术、自动控制和机床结构设计等各个技术领域的和机床结构设计等各个技术领域的最新技术成就。目前又发展成为带自动换刀，自适应控制等功最新技术成就。目前又发展成为带自动

23、换刀，自适应控制等功能的复杂数控系列产品，称为能的复杂数控系列产品，称为加工中心加工中心。29数控车床数控车床30数控加工中心数控加工中心31电气控制技术的发展电气控制技术的发展 随着计算机技术的迅速发展，数控机床的应用日益广随着计算机技术的迅速发展，数控机床的应用日益广泛，进一步推动了数控系统的发展，因此产生了自动编程系泛，进一步推动了数控系统的发展，因此产生了自动编程系统统: : 计算机数控系统（计算机数控系统（CNCCNC）; ; 计算机群控系统（计算机群控系统（DNCDNC）; ; 柔性制造系统（柔性制造系统（FMSFMS）; ; 计算机集成制造系统（计算机集成制造系统（CIMSCIM

24、S）; ; 设计制造一体化设计制造一体化（CADCADCAMCAM）是机械制造自动化的高级）是机械制造自动化的高级阶段，可实现产品从设计到制造的阶段，可实现产品从设计到制造的全部自动化全部自动化。32 第第 1 1 章章 低压电器的基本原理低压电器的基本原理上篇上篇 常用低压电器常用低压电器33第第1 1章章 常用低压电器的基本原理常用低压电器的基本原理1.1 1.1 概概 述述1.2 1.2 电磁式低压电器电磁式低压电器 基本结构基本结构1.3 1.3 低压电器的主要技术性能和技术参数低压电器的主要技术性能和技术参数重点：重点：电器元件的结构、原理、作用。电器元件的结构、原理、作用。难点：难

25、点：电器元件的电器元件的结构结构。341.1 1.1 概概 述述351.1 1.1 概概 述述 低压低压电器电器是构成控制系统最常用的器是构成控制系统最常用的器件，了解它的分类、结构和用途，对设计、件，了解它的分类、结构和用途，对设计、分析和维护控制系统都是十分必要的。分析和维护控制系统都是十分必要的。361.1.1 1.1.1 低压电器的定义低压电器的定义 电器的定义：电器的定义： 是指能自动或手动接通和断开电路，以及对电路或非电是指能自动或手动接通和断开电路，以及对电路或非电路现象能进行切换、控制、保护、检测、变换和调节的元件路现象能进行切换、控制、保护、检测、变换和调节的元件统统称为称为

26、电器电器。( (如：开关、继电、器熔断器、变压器如：开关、继电、器熔断器、变压器) ) 低压电器定义：低压电器定义： 通常是指通常是指交流交流（ACAC） 1200V 1200V 及以下与及以下与直流直流（DCDC）1500V1500V及以下电路中起通断、控制、保护和调节作用的电气元件及以下电路中起通断、控制、保护和调节作用的电气元件 。371.1.2 1.1.2 常用低压电器的分类常用低压电器的分类 电器的用途广泛，功能多样，种类繁多，结构各异，工作原电器的用途广泛，功能多样，种类繁多，结构各异，工作原理也各有不同。电器有多种分类方法：理也各有不同。电器有多种分类方法：n按按工作电压工作电压

27、的等级可分为：的等级可分为： 高压电器：高压电器：AC1200VAC1200V、DC1500VDC1500V及及以上以上电路中的电器。电路中的电器。 低压电器：低压电器：AC1200VAC1200V、DC1500VDC1500V以下以下电路中的电器。电路中的电器。n按按动作原理动作原理可分为：可分为： 手动电器：手动电器：通过人的操作发出动作指令的电器。通过人的操作发出动作指令的电器。 自动电器：自动电器：产生电磁吸力而自动完成动作指令的电器。产生电磁吸力而自动完成动作指令的电器。381.1.2 1.1.2 常用低压电器的分类常用低压电器的分类n按按工作原理工作原理可分为：可分为： 电磁式电器

28、：电磁式电器：依据电磁感应原理来工作的电器，如交直流接依据电磁感应原理来工作的电器，如交直流接触器；触器； 非电量控制电器：非电量控制电器：电器的工作是靠外力或某种非电物理量的电器的工作是靠外力或某种非电物理量的变化而动作的电其，如按钮、压力继电器等。变化而动作的电其，如按钮、压力继电器等。n按按执行机构执行机构分为：分为： 有触点电器：有触点电器：利用利用触点触点的接触和分离来通断电路的电器，如的接触和分离来通断电路的电器，如接触器、继电器等。接触器、继电器等。 无触点电器：无触点电器：利用电子电路发出检测信号，达到执行指令并利用电子电路发出检测信号，达到执行指令并控制电路目的的电器，如电子

29、接近开关等。控制电路目的的电器，如电子接近开关等。39常用低压电器的分类常用低压电器的分类 按按用途用途可分为：可分为： 控制电器：控制电器：用于各种控制电路和控制系统的电器用于各种控制电路和控制系统的电器。 配电电器：配电电器：用于电能的输送和分配的电器用于电能的输送和分配的电器。 主令电器：主令电器：用于自动控制系统中发送动作指令的电器用于自动控制系统中发送动作指令的电器。 保护电器：保护电器：用于保护电路及用电设备的电器用于保护电路及用电设备的电器。 执行电器：执行电器：用于完成某种动作或传送功能的电器用于完成某种动作或传送功能的电器。401.1.3 1.1.3 低压电器的作用低压电器的

30、作用 电器是构成控制系统的最基本元件，它的性能将直接影电器是构成控制系统的最基本元件，它的性能将直接影响控制系统能否正常工作。电器能够依据操作信号或外界现响控制系统能否正常工作。电器能够依据操作信号或外界现场信号的要求，自动或手动地改变系统的状态、参数，实现场信号的要求，自动或手动地改变系统的状态、参数，实现对电路或被控对象的控制、保护、测量、指示、调节。它的对电路或被控对象的控制、保护、测量、指示、调节。它的工作过程是将一些电量信号或非电信号转变为非工作过程是将一些电量信号或非电信号转变为非通即断通即断的的开开关信号关信号或随信号变化的或随信号变化的模拟量信号模拟量信号，实现对被控对象的控，

31、实现对被控对象的控制。电器的主要作用如下。制。电器的主要作用如下。411.1.3 1.1.3 低压电器的作用低压电器的作用 （1 1） 控制作用：控制作用：如电梯的上下移动、快慢速自动切换如电梯的上下移动、快慢速自动切换与与自动停层等。自动停层等。 （2 2） 保护作用：保护作用：能根据设备的特点，对设备、环境以能根据设备的特点，对设备、环境以及人身安全实行自动保护，如电动机的过热保护、电网的短及人身安全实行自动保护，如电动机的过热保护、电网的短路保护、漏电保护等。路保护、漏电保护等。 （3 3） 测量作用。测量作用。利用仪表及与之相适应的电器，对设利用仪表及与之相适应的电器，对设备、电网或其

32、他非电参数进行测量，如电流、电压、功率、备、电网或其他非电参数进行测量，如电流、电压、功率、转速、温度、压力等转速、温度、压力等421.1.3 1.1.3 低压电器的作用低压电器的作用 (4) (4) 调节作用。调节作用。低压电器可对一些电量和非电量进行调低压电器可对一些电量和非电量进行调整，以满足用户的要求，如电动机速度的调节、柴油机油门整，以满足用户的要求，如电动机速度的调节、柴油机油门的调整、房间温度和湿度的调节、光照度的自动调节等。的调整、房间温度和湿度的调节、光照度的自动调节等。 (5) (5) 指示作用。指示作用。利用电器的控制、保护等功能，显示检测利用电器的控制、保护等功能，显示

33、检测出的设备运行状况与电气电路工作情况。出的设备运行状况与电气电路工作情况。 (6) (6) 转换作用。转换作用。在用电设备之间转换或对低压电器、控制在用电设备之间转换或对低压电器、控制电路分时投入运行。以实现功能切换，如被控装置操作的电路分时投入运行。以实现功能切换，如被控装置操作的手手动与自动动与自动的转换、供电系统的的转换、供电系统的市电与自备电源市电与自备电源的切换等。的切换等。 电器的作用远不止这些，随着科学技术的发展，新功能、电器的作用远不止这些，随着科学技术的发展，新功能、新设备会不断出现。常用低压电器的主要种类及用途见新设备会不断出现。常用低压电器的主要种类及用途见表表l-1l

34、-1。43表表1-1 1-1 常用低压电器的主要种类及用途表常用低压电器的主要种类及用途表序序 号号类类 别别主要品种主要品种主要用途主要用途1 1断路器断路器框架式断路器框架式断路器主要用于电路的过负载、短路、欠电压、漏电保护，也可用于不需主要用于电路的过负载、短路、欠电压、漏电保护，也可用于不需要频繁接通和断开的电路要频繁接通和断开的电路塑料外壳式断路器塑料外壳式断路器快速直流断路器快速直流断路器限流式断路器限流式断路器漏电保护式断路器漏电保护式断路器2 2接触器接触器交流接触器交流接触器主要用于远距离频繁控制负载，切断带负荷电路主要用于远距离频繁控制负载，切断带负荷电路直流接触器直流接触

35、器3 3继电器继电器电磁式继电器电磁式继电器主要用于控制电路中，将被控量转换成控制电路所需电量或开关信主要用于控制电路中，将被控量转换成控制电路所需电量或开关信号号时间继电器时间继电器温度继电器温度继电器热继电器热继电器速度继电器速度继电器干簧继电器干簧继电器4 4熔断器熔断器瓷插式熔断器瓷插式熔断器主要用于电路短路保护，也用于电路的过载保护主要用于电路短路保护，也用于电路的过载保护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无填料封闭管式熔断器无填料封闭管式熔断器快速熔断器快速熔断器自复式熔断器自复式熔断器44序序 号号类类 别别主要品种主要品种主要用途主要用途5 5主令

36、电器主令电器控制按钮控制按钮主要用于发布控制命令，改变控制系统的工作状态主要用于发布控制命令，改变控制系统的工作状态位置开关位置开关万能转换开关万能转换开关主令控制器主令控制器6 6刀开关刀开关胶盖闸刀开关胶盖闸刀开关主要用于不频繁地接通和分断电路主要用于不频繁地接通和分断电路封闭式负荷开关封闭式负荷开关熔断器式刀开关熔断器式刀开关7 7转换开关转换开关组合开关组合开关主要用于电源切换，也可用于负荷通断或电路切换主要用于电源切换，也可用于负荷通断或电路切换换向开关换向开关8 8控制器控制器凸轮控制器凸轮控制器主要用于控制回路的切换主要用于控制回路的切换平面控制器平面控制器9 9起动器起动器电磁

37、起动器电磁起动器主要用于电动机的启动主要用于电动机的启动星星/ /三角起动器三角起动器自耦减压起动器自耦减压起动器1010电磁铁电磁铁制动电磁铁制动电磁铁主要用于起重、牵引、制动等场合主要用于起重、牵引、制动等场合起重电磁铁起重电磁铁牵引电磁铁牵引电磁铁表表1-1 1-1 常用低压电器的主要种类及用途表常用低压电器的主要种类及用途表45 n我国低压电器产品大致可分为四代：我国低压电器产品大致可分为四代：n第一代产品：第一代产品： 2020世纪世纪6060年代至年代至7070年代初年代初 n第二代产品：第二代产品： 2020世纪世纪7070年代末至年代末至8080年代年代 n第三代产品：第三代产

38、品： 2020世纪世纪9090年代年代 n第四代产品：第四代产品： 2020世纪世纪9090年代末至今年代末至今46（ 6060年代一年代一7070年代初年代初 ） 主要产品为主要产品为DW10DW10，DZ10DZ10，CJ10CJ10等系列产品为代表的等系列产品为代表的1717个个系列产品，性能水平相当于国外系列产品，性能水平相当于国外5050年代水平，其性能指标年代水平，其性能指标低、体积大、耗材、耗能、保护特性单一、规格及品种少。低、体积大、耗材、耗能、保护特性单一、规格及品种少。 现市场占有率为现市场占有率为2020一一3030( (以产品台数计算以产品台数计算) )。 47（707

39、0年代末一年代末一8080年代）年代） n 主要产品为主要产品为DWl5DWl5，DZ20DZ20，CJ20CJ20为代表，共为代表，共5656个系列。个系列。技术引进技术引进产品以产品以3TB3TB、B B系列为代表共系列为代表共3434个系列。达标攻关产品个系列。达标攻关产品4040个系列，技术指标明显提个系列，技术指标明显提高，保护特性较完善，体积缩小，结构上适应成套高，保护特性较完善，体积缩小，结构上适应成套装置要求。装置要求。n现有市场占有率为现有市场占有率为5050一一6060。 48（9090年代）年代） n 主要产品为主要产品为DW45DW45，S S，CJ45(CJ40)CJ

40、45(CJ40)等系列产品等系列产品第三代电器产品具有第三代电器产品具有高性能、小型化、电子化高性能、小型化、电子化、智、智能化、模块化、组合化、多功能化等待征。但受制能化、模块化、组合化、多功能化等待征。但受制于通信能力的限制，不能很好地发挥智能产品的作于通信能力的限制，不能很好地发挥智能产品的作用。用。 n 现有市场占有率：现有市场占有率：5 5一一1010，如智能断路，如智能断路器、软起动器等。器、软起动器等。49第第 4 4 代低压电器代低压电器（9090年代末至今）年代末至今） n 不断开发现场总线低压电器产品。这种产品不断开发现场总线低压电器产品。这种产品除了具有第三代低压电器产品

41、的特征外，其主要技除了具有第三代低压电器产品的特征外，其主要技术特征是可通信，能与现场总线系统连接。术特征是可通信，能与现场总线系统连接。50智能化、可通信低压电器的智能化、可通信低压电器的 产品结构特征及基本功能产品结构特征及基本功能低压电器产品中装有微处理器低压电器产品中装有微处理器低压电器带有通信接口，能与现场总线连接低压电器带有通信接口，能与现场总线连接采用标准化结构，具有互换性，内部可更换部件采用采用标准化结构，具有互换性，内部可更换部件采用 模块化结构模块化结构保护功能齐全保护功能齐全外部故障记录显示外部故障记录显示参数阅量显示参数阅量显示内部故障自诊断内部故障自诊断能进行双向通信

42、能进行双向通信51521.2.1 1.2.1 电磁机构原理电磁机构原理1.2.2 1.2.2 电磁吸力及其特性电磁吸力及其特性1.2.3 1.2.3 触点系统触点系统1.2.4 1.2.4 常用的灭弧方法常用的灭弧方法1.2.5 1.2.5 低压电器的主要性能指标和技术参数低压电器的主要性能指标和技术参数53 电磁式电器是低压电器中最典型也是应用最广泛的一种电磁式电器是低压电器中最典型也是应用最广泛的一种电器。控制系统中的接触器和继电器就是两种最常用的电磁电器。控制系统中的接触器和继电器就是两种最常用的电磁式电器。虽然电磁式电器的类型很多，但它的工作原理和构式电器。虽然电磁式电器的类型很多，但

43、它的工作原理和构造基本相同。造基本相同。 其结构大都是由两个主要部分其结构大都是由两个主要部分组成组成： 感应部分感应部分( (电磁机构电磁机构) )：接收接收外界外界输入输入信号；信号； 执行部分执行部分( (触头系统触头系统) )：根据输出指令使执行部分：根据输出指令使执行部分动作动作； 电磁式电器结构及工作原理电磁式电器结构及工作原理541 1电磁机构电磁机构组成：电磁机构由组成：电磁机构由线圈线圈、铁心铁心和和衔铁衔铁组成，组成，作用：是通过电磁感应原理将电能转换成机械能，带动触头动作用：是通过电磁感应原理将电能转换成机械能，带动触头动 作，完成作，完成接通接通或或分断分断电路的功能。

44、电路的功能。分类：根据衔铁相对铁心的运动方式，电磁机构可分为分类：根据衔铁相对铁心的运动方式，电磁机构可分为: : 直动式直动式和和拍合式拍合式两种。两种。 拍合式又分为拍合式又分为衔铁沿棱角衔铁沿棱角转动和衔铁转动和衔铁沿轴转动沿轴转动两种。两种。原理：原理：线圈通入电流，产生磁场，经铁芯、衔铁和气隙形成回线圈通入电流，产生磁场，经铁芯、衔铁和气隙形成回 路，产生电磁力，将衔铁吸向铁芯。路，产生电磁力，将衔铁吸向铁芯。1.2.1 1.2.1 电磁机构原理电磁机构原理55图图1.1 1.1 直动式直动式电磁机构电磁机构 图图1.2 1.2 拍合式拍合式电磁机构电磁机构1 1衔铁；衔铁；2 2铁

45、心；铁心；3 3吸引线圈吸引线圈 1 1衔铁；衔铁；2 2铁心；铁心；3 3吸引线圈吸引线圈 衔铁沿棱角衔铁沿棱角转动转动和和衔铁沿轴衔铁沿轴转动转动电磁机构图电磁机构图衔铁衔铁铁心铁心线圈线圈561 1电磁机构电磁机构n直动式直动式电磁机构多用于电磁机构多用于交流交流接触器、继电器中。接触器、继电器中。n衔铁沿棱角转动的拍合式电磁机构广泛应用于衔铁沿棱角转动的拍合式电磁机构广泛应用于直流直流电器中。电器中。n衔铁沿轴转动的拍合式衔铁沿轴转动的拍合式电磁机构的铁心形状有电磁机构的铁心形状有E E形形和和U U形形两两种，多用于触头种，多用于触头容量大容量大的的交流交流电器中。电器中。n电磁式电

46、器分为电磁式电器分为直流直流和和交流交流两类，都是利用电磁铁的原理两类，都是利用电磁铁的原理 而制成。而制成。n铁心：铁心：直流电磁铁的铁心直流电磁铁的铁心是用整块钢材或电工纯铁制成，是用整块钢材或电工纯铁制成， 交流电磁铁的铁心交流电磁铁的铁心是用硅钢片叠铆而成。是用硅钢片叠铆而成。57作用：是将电能转换为磁能。作用：是将电能转换为磁能。分类：按通入电流种类不同可分为分类：按通入电流种类不同可分为直流型线圈直流型线圈和和交流型线圈交流型线圈。直流型线圈直流型线圈：一般做成：一般做成无骨架无骨架、高而薄的、高而薄的瘦高瘦高型，使线圈与铁型，使线圈与铁 心直接接触，易于散热；心直接接触，易于散热

47、；交流型线圈交流型线圈：由于铁心存在磁滞和涡流损耗，铁心会发热。为：由于铁心存在磁滞和涡流损耗，铁心会发热。为 了改善线圈和铁心的散热情况，线圈设了改善线圈和铁心的散热情况，线圈设有骨架有骨架， 使铁心与线圈隔离，并将线圈制成使铁心与线圈隔离，并将线圈制成短而厚短而厚的矮胖的矮胖 型。型。2 2吸引线圈吸引线圈582 2吸引线圈吸引线圈n按线圈在电路中的按线圈在电路中的连接形式连接形式，可分为：，可分为： 串串联线圈联线圈和和并并联线圈联线圈。n串串联线圈联线圈：主要用于：主要用于电流检测电流检测类电磁式电器中，大多数电类电磁式电器中，大多数电磁式电器线圈都按照并联接入方式设计。为减少对电路电

48、磁式电器线圈都按照并联接入方式设计。为减少对电路电压分配的影响，串联线圈采用压分配的影响，串联线圈采用粗粗导线导线制造，制造，匝数少匝数少，线圈，线圈的阻抗较小。的阻抗较小。n并并联线圈联线圈：主要用于：主要用于电压检测电压检测类电磁式电器中，为减少电类电磁式电器中，为减少电路的分流作用，需要较大的阻抗，一般线圈的路的分流作用，需要较大的阻抗，一般线圈的导线导线细细，匝匝数多数多。59 电磁吸力电磁吸力：磁线圈通电以后，铁心吸引衔铁带动触点改变：磁线圈通电以后，铁心吸引衔铁带动触点改变原来状态进而接通或断开电路的力称为原来状态进而接通或断开电路的力称为电磁吸力电磁吸力。电磁吸力由。电磁吸力由电

49、磁机构电磁机构( (如图如图1.31.3所示所示) )产生。产生。 吸力特性吸力特性：电磁式低压电器在吸合或释放过程中，气隙是：电磁式低压电器在吸合或释放过程中，气隙是变化的，电磁吸力也将随气隙的变化而变化，这种特性称为吸变化的，电磁吸力也将随气隙的变化而变化，这种特性称为吸力特性。力特性。 电磁吸力是反映电磁式电器工作可靠性的一个非常的重要电磁吸力是反映电磁式电器工作可靠性的一个非常的重要参数。参数。1.2.2 1.2.2 电磁吸力及其特性电磁吸力及其特性601 1、直流直流电磁机构电磁机构电磁吸力特性电磁吸力特性 因磁感应强度因磁感应强度B B与气隙及外加与气隙及外加电压电压大小有关，所以

50、，对大小有关，所以，对于直流电磁机构，外加于直流电磁机构，外加电压恒定电压恒定时，电磁吸力的大小只与气时，电磁吸力的大小只与气隙有关，即隙有关，即直流电磁机构电磁吸力特性曲线比较陡峭直流电磁机构电磁吸力特性曲线比较陡峭22521104SBF式中：式中：F F电磁铁磁极的表面电磁铁磁极的表面吸力吸力(N)(N)；B B工作气隙磁感应强度工作气隙磁感应强度(T)(T)；S S铁心截面积铁心截面积(m(m2 2) )；气隙磁通；气隙磁通； 磁路空气隙。磁路空气隙。 612 2、交流交流电磁机构的电磁吸力特性电磁机构的电磁吸力特性但对于交流电磁机构，由于外加但对于交流电磁机构，由于外加正弦交流电压正弦

51、交流电压，在气隙一，在气隙一定时，其气隙磁感应强度也按正弦规律变化，即定时，其气隙磁感应强度也按正弦规律变化，即B=BmsinB=Bmsin t t。所以，吸力公式为：所以，吸力公式为：交流电磁机构的电磁吸力特性曲线比较平坦交流电磁机构的电磁吸力特性曲线比较平坦52104SBFtBS sin 10422m552m10 2cos12)(tSBtSBSB 2cos 10210252m52m62FavFFmFFtOFav图图1-4 1-4 交流电磁铁吸力的变化情况交流电磁铁吸力的变化情况 交流电磁机构的电磁吸力特性交流电磁机构的电磁吸力特性平均吸力平均吸力交变交变分量分量电磁吸力电磁吸力63电磁铁吸

52、力特性与电磁铁吸力特性与反力反力特性特性电磁铁吸力特性与反力特性电磁铁吸力特性与反力特性11直流电磁铁吸力特性直流电磁铁吸力特性 22交流电磁铁吸力特性交流电磁铁吸力特性 33反力特性反力特性643 3反力特性反力特性 电磁系统的电磁系统的反作用力反作用力与与气隙气隙的关系称为反力特性。的关系称为反力特性。反作用力：包括反作用力：包括弹簧力弹簧力、衔铁自身、衔铁自身重力重力、摩擦、摩擦阻力阻力等。图等。图1.41.4中所示曲线中所示曲线 3 3 即为反力特性曲线。即为反力特性曲线。 为了保证使衔铁能牢牢吸合，反作用力特性必须与吸力特为了保证使衔铁能牢牢吸合，反作用力特性必须与吸力特性配合好，如

53、图性配合好，如图1.41.4所示。在整个所示。在整个吸合过程吸合过程中，吸力都必须中，吸力都必须大大 于于反作用力，但不能过大或过小。反作用力，但不能过大或过小。吸力过大吸力过大：动、静触头接触时以及衔铁与铁心接触时的冲击力：动、静触头接触时以及衔铁与铁心接触时的冲击力也大，会使触头和衔铁发生弹跳，导致触头熔焊或烧毁，影响也大，会使触头和衔铁发生弹跳，导致触头熔焊或烧毁，影响电器的机械寿命；电器的机械寿命；吸力过小吸力过小：会使衔铁运动速度降低，难以满足高操作频率的要：会使衔铁运动速度降低，难以满足高操作频率的要求。因此，吸力特性与反力特性必须配合得当。求。因此，吸力特性与反力特性必须配合得当

54、。654 4、交流电磁机构上、交流电磁机构上短路环短路环的作用的作用 电磁吸力由电磁机构产生，当电磁线圈断电时使触点恢复电磁吸力由电磁机构产生，当电磁线圈断电时使触点恢复常态的力称为反力，电磁式电器中反力由复位弹簧和触点产生。常态的力称为反力，电磁式电器中反力由复位弹簧和触点产生。 衔铁衔铁吸合吸合时要求电磁吸力大于反力，时要求电磁吸力大于反力， 衔铁衔铁复位复位时要求反力大于电磁吸力时要求反力大于电磁吸力( (此时是剩磁产生的电此时是剩磁产生的电磁吸力磁吸力) )。 当电磁吸力的瞬时值大于反力时，铁心吸合；当电磁吸力当电磁吸力的瞬时值大于反力时，铁心吸合；当电磁吸力的瞬时值小于反力时，铁心释

55、放。所以交流电磁机构在电源电的瞬时值小于反力时，铁心释放。所以交流电磁机构在电源电压变化压变化一个周期中一个周期中电磁铁将吸合两次，电磁铁将吸合两次，释放两次释放两次，电磁机构会，电磁机构会产生剧烈的振动和噪声，因而不能正常工作。为此必须采取有产生剧烈的振动和噪声，因而不能正常工作。为此必须采取有效措施，以消除效措施，以消除振动振动与与噪声噪声。 66短路环的短路环的作用作用 解决的具体办法是在铁心端面开一小槽，在槽内嵌入铜解决的具体办法是在铁心端面开一小槽，在槽内嵌入铜质短路环，如图质短路环，如图1.61.6所示。加上短路环后，磁通被分为大小接所示。加上短路环后，磁通被分为大小接近、近、相位

56、相差相位相差约约9090电角度的电角度的两相两相磁通和，因两相磁通不会同磁通和，因两相磁通不会同时过零，又由于电磁吸力与磁通的二次方成正比，故由两相时过零，又由于电磁吸力与磁通的二次方成正比，故由两相磁通产生的合成电磁吸力变化较为平坦，使电磁铁通电期间磁通产生的合成电磁吸力变化较为平坦，使电磁铁通电期间电磁吸力始终大于反力，铁心牢牢吸合，这样就消除了振动电磁吸力始终大于反力，铁心牢牢吸合，这样就消除了振动和噪声，一般短路环包围和噪声，一般短路环包围2/32/3的铁心端面。的铁心端面。t sin m11) sin( m22t) cos21 (av11tFF) cos2(1av22tFF67交流电

57、磁铁的短路环交流电磁铁的短路环图图1.5 1.5 交流电磁机构实际吸力曲线交流电磁机构实际吸力曲线图图1.6 1.6 交流电磁铁的短路环交流电磁铁的短路环11衔铁衔铁 22铁心铁心 33线圈线圈 44短路短路铁心铁心短路环短路环衔铁衔铁铁心铁心线圈线圈682FmaxFminFrFF2FtOF11有短路环时的吸力变化曲线有短路环时的吸力变化曲线 691.2.3 1.2.3 触点系统触点系统l触点系统 触点触点: :是电磁式电器的是电磁式电器的执行机构执行机构，功能：功能：电器就是通过触点的动作来电器就是通过触点的动作来接通接通或或断开断开被控制电路被控制电路 的，所以要求触点的，所以要求触点导导

58、电电导导热热性能要好。性能要好。结构：结构：触点的触点的结构结构形式主要有形式主要有2 2种种： 桥式桥式触点和触点和指形指形触点。触点。触点的触点的接触接触形式有形式有3 3种种: : 点点接触、接触、线线接触和接触和面面接触接触3 3种。种。70 触头的结构形式很多，按其所控制的电路可分为触头的结构形式很多，按其所控制的电路可分为: :主触头和主触头和辅助触头。辅助触头。主触头主触头: : 用于接通或断开用于接通或断开主电路主电路，允许通过较，允许通过较大大的电流；的电流；辅助触头辅助触头: :用于接通或断开用于接通或断开控制电路控制电路，只能通过较，只能通过较小小的电流。的电流。 电磁式

59、电器电磁式电器触点触点在线圈在线圈未通电未通电状态状态时有时有: :常开常开( (或动合或动合) ) 常闭常闭( (或动断或动断) )两种状态，分别称为两种状态，分别称为常开常开( (或动合或动合) )触点触点和和常闭常闭( (或动断或动断) )触点触点。 1 1电器的触点电器的触点71电器的触点的动作：电器的触点的动作：n 当电磁线圈有电流通过，电磁机构动作时，触头改变当电磁线圈有电流通过，电磁机构动作时，触头改变 原来的状态，原来的状态，n 常开常开( (动合动合) )触头将闭合，使与其相连的电路触头将闭合，使与其相连的电路接通接通；n 常闭常闭( (动断动断) )触头将断开，使与其相连的

60、电路触头将断开，使与其相连的电路断开断开。n 动触头：动触头：能与机械联动的触头称能与机械联动的触头称动触头动触头， 静触头：静触头：固定不动的触头称固定不动的触头称静触头静触头。n 触头的结构主要以下几种形式。触头的结构主要以下几种形式。72 ( (1) 1) 桥式触头。桥式触头。 电磁式电器通常同时具有电磁式电器通常同时具有常开常开和和常闭常闭两种触头，桥式常两种触头，桥式常闭触头与常开触头结构及动作对称，一般在常开触头闭合时闭触头与常开触头结构及动作对称，一般在常开触头闭合时，常闭触头断开。，常闭触头断开。2 2、触点的结构形式、触点的结构形式 图图1.7 1.7 触头的结构形式触头的结