电气控制与PLC教程常用低压电器

1、会计学1电气控制与电气控制与PLC教程常用低压电器教程常用低压电器29 April 202229 April 2022二本课程的性质和任务 性质：实用性很强的专业课。 任务：1.熟悉常用低压电器的结构原理、用途及型号、能正确使用和选用；2.熟练掌握电气控制的基本环节，具备阅读和分析电气控制线路的能力；3.能设计简单的电气控制线路，较好地掌握电气控制电路的简单设计法；4.了解电气控制电路分析的方法和步骤，熟悉典型生产设备电气控制线路的工作原理。 29 April 2022第1章 常用低压电器29 April 2022 电器是所有电工器件的简称。生产机械中所用的控制电器多属低压电器，它是指电压在1

2、500v（DC）/1200V（AC）以下、用来接通或断开电路，以及用来控制、调节和保护用电设备的电气器件。 1.低压电器的定义 29 April 20222.低压电器的分类（1）按用途和控制对象分类 低压配电电器。用于低压供、配电系统中进行电能输送和分配的电器。要求系统发生故障时准确动作、可靠工作，如刀开关、转换开关、空气断路器、熔断器等。 低压控制电器。用于各种控制电路和控制系统的电器。要求寿命长、体积小、重量轻且动作迅速、准确、可靠，如：接触器、继电器、主令电器、电阻器、电磁铁等。29 April 2022 低压保护电器：用来保护电动机，使其安全运行，以及保护生产机械使其不受损坏。如：熔断

3、器、热继电器、电压继电器、电流继电器等。 低压执行电器：用来操纵带动生产机械和支撑与保持机械装置在固定位置上的一种执行元件。如：电磁铁、电磁离合器等。 低压主令电器：用于自动控制系统中发送动作指令的电器。如：按钮、 主令开关、行程开关、主令控制器、转换开关等。 可通信电器可与计算机网络连接的电器。如：智能化断路器、智能化接触器及电动机控制器等。（1）按用途和控制对象分类29 April 2022（2）按动作方式分类 自动电器。依靠外来信号或物理量（如电流、电压等）的变化而自动动作的电器，如接触器、继电器等。 非自动电器。无动力机构，通过人工或外力直接操作而动作的电器，如按钮、行程开关等。（3）

4、按工作原理分类 电磁式电器。依据电磁感应原理工作的电器，如接触器、各类电磁式继电器等。 非电量控制电器。依靠外力或某种非电物理量的变化而动作的电器，如行程开关、速度继电器等。29 April 2022组成：吸引线圈、铁心、衔铁、空气隙。 图1-1 常用电磁机构的结构形式a) 、b)、c) 直动式电磁机构 d)、e) 拍合式电磁机构1-衔铁 2-铁心 3-线圈 动作：电流通入线圈产生磁场及吸力，通过气隙转 换成机械能，带动衔铁运动使触头动作。 29 April 2022吸引线圈用以将电能转换为磁能，按通入电流种类不同分为交流电磁线圈（矮胖型）和直流电磁线圈（瘦高型）。 根据线圈在电路中的连接方式

5、，又分为串联线圈（电流线圈型）和并联线圈（电压线圈）。 29 April 2022图1-2 电磁机构反力特性与吸力特性a) 反力特性 b) 交流电磁机构吸力特性 c) 直流电磁机构吸力特性29 April 2022图1-3 电磁机构吸力特性与反力特性的配合 1-直流吸力特性 2-交流吸力特性 3-反力特性 4-剩磁吸力特性29 April 2022图1-5 电磁机构的继电特性29 April 2022图1-6 触头的接触形式a) 点接触 b) 线接触 c) 面接触29 April 2022图1-7 触头的结构形式a) 桥式触头 b) 指形触头 触头的材料 银 铜29 April 202229

6、April 2022在自然环境中断开电路时，如果被断开的电路的电流（电压）超过某一个数值时，触头间隙中就会产生电弧，电弧实际上是触头间气体在强电场作用下产生的放电现象。在动静触头脱离接触时，强电场使触头间隙中气体游离，产生大量的电子和离子，并作定向运动，使绝缘的气体变成导体。电流通过这个游离区时所消耗的电能转换成热能和光能，产生高温并发出强光，烧损触头金属表面，降低电器寿命，延长电路分断时间，甚至不能断开，造成严重事故。 图1-8 双断口电动力吹弧1-静触头 2-动触头 3-电弧29 April 2022图1-9 窄缝灭弧1-纵缝 2-介质 3-磁性夹板 4-电弧29 April 2022图1

7、-10 栅片灭弧装置29 April 2022图1-11 磁吹灭弧原理29 April 202229 April 2022 接触器是继电器-接触器控制系统中最重要和常用的元件之一，它的工作原理如图所示。t6-6.swf 当按钮按下时，线圈通电，静铁心被磁化，并把动铁心（衔铁）吸上，带动转轴使触头闭合，从而接通电路。 当放开按钮时，过程与上述相反，使电路断开。接触器的结构和工作原理如下：电磁部分：线圈静铁心+衔铁；静铁心线圈释放弹簧触头系统 接触器的结构接触器工作原理接触器.swf执行部分：触头。 主、辅触点内部结构不一样，主触点（一般有3个）连接到主电路中，能通以大电流；辅触点（一般4个，2个

8、常开、2个常闭）则用在控制回路中。主触点设有专门的灭弧装置。 触头按通过的电流的大小分主触头和辅助触头两种。动铁心（衔铁）29 April 2022接触器的主要控制对象是电动机，也可以用于控制其他电力负载，如电热设备、照明线路、电焊机、电容器组等，是电力拖动控制系统中最重要也是最常用的控制电器。接触器按其主触点控制电路中电流的种类，分为交流接触器和直流接触器两大类。 交流接触器：主要用以控制远距离、频繁地接通和分断额定电压至1140v、额定电流至630A的交流电路（主电路、控制电路、激磁电路）直流接触器：主要用以控制额定电压至440v、额定电流至630A的直流电路（主电路、控制电路、激磁电路）

9、29 April 2022M3线圈辅助触点铁心衔铁主触点常闭常开弹簧29 April 2022图1-2 接触器的图形、文字符号 29 April 2022线圈得电，衔铁吸合触点动作常开触点合常闭触点断线圈失电，衔铁释放触点复位常开触点断常闭触点合表示符号： 线圈KM29 April 2022图1-13 交流接触器的外形及结构a)外形 b）结构主要由电磁系统、触头系统、灭弧装置、反力装置、支架与底座等组成 29 April 2022 电磁系统：由吸引线圈、铁心及衔铁组成。它的作用是将电磁能转换成机械能，带动触点使之闭合或断开。 触点系统：触点是接触器的执行元件，用来接通和断开电路。接触器触点系统

10、包括主触点和辅助触点。主触点容量大，用于接通或断开主电路，根据其容量大小，有桥式触点和指形触点两种形式。辅助触点容量小，用于通断控制电路。29 April 2022 灭弧装置：接触器主触点分断大电流电路时，在动、静触点之间往往会出现强烈火花，这实际上是一种气体放电现象，称为“电弧”。电弧一方面会烧坏触点，另一方面会使电路切断时问延长，甚至会引起事故，因此灭弧是接触器的重点任务。对于小容量的接触器(10 A以下)，常采用双断口桥形触点以利于灭弧。容量较大(20 A以上)的接触器常采用纵缝灭弧罩及栅片灭弧结构。29 April 2022反力装置：由反力弹簧、缓冲弹簧和触点弹簧组成。反力弹簧的作用是

11、当吸引线圈断电时，迅速使主触点和辅助触点断开。缓冲弹簧的作用是缓冲衔铁在吸合时对铁心和外壳的冲击力。触点弹簧的作用是增大动、静触点之间的压力，使之良好接触以降低接触电阻，避免因触点接触不良而产生的故障现象。支架与底座：用于接触器的固定和安装。29 April 2022（2）交流接触器的工作原理w交流接触器的工作原理如下：当电磁线圈通电后，铁心被磁化产生磁通。由此在衔铁气隙处产生电磁力将衔铁吸合，主触点在衔铁的带动下闭合，接通主电路。w同时衔铁还带动辅助触点动作，动断辅助触点首先断开，接着动合辅助触点闭合。在反力弹簧的作用下衔铁释放，主触点、辅助触点又恢复到原来的状态。29 April 2022

12、29 April 2022CJ20、CJ21、CJ26、 CJ29、 CJ35、CJ40、NC、B、LC1-D、3TB、STF系列交流接触器等。29 April 2022 29 April 2022主要由线圈、铁心、衔铁、触头、灭弧装置等组成。 29 April 2022图1- 直流接触器结构示意图 与交流接触器区别：触头电流和线圈电源为直流，触头多采用滚动接触的指形触头，辅助触头采用点接触桥式触头，铁心采用整块铸钢或铸铁制成；线圈做成长而薄的圆筒状；由于直流电弧特殊性，通常采用磁吹灭弧。常见交流接触器：CJX1系列交流接触器CJX2系列交流接触器常见直流接触器：CZO系列直流接触器CJT1系

13、列交流接触器注：电器元件的各部分，在外观上看是一个整体，但电气原理图中同一电器的各部分是分散的 ，分散的各部分都用相同的文字符号表示。29 April 202229 April 202229 April 2022 接触器虽已将电动机的控制由手动变为自动，但还不能满足复杂生产工艺过程自动化的要求，如对大型龙门刨床的工作，不仅要求工作台能自动地前进和后退、而且要求前进和后退的速度不同，能自动地减速和加速，这些要求，必须要有整套自动控制设备才能满足而继电器就是这种控制设备中的主要元件。 是一种根据某种输入信号（电流、电压、时间、速度和温度等）的变化，接通或断开控制电路，实现控制目的的自动控制电器。2

14、9 April 2022 继电器的分类： 按它反应信号的种类分：电流、电压、时间、速度、压力、热继电器等 按动作时间分：瞬时动作和延时动作继电器等 按作用原理分：电磁式、感应式、电动式、光电式、压电式、机械式等应用最广（90以上继电器为电磁式）29 April 2022继电器外形图29 April 2022 感应机构：反映外界输入信号，由变换机构和比较机构组成。 执行机构：对被控电路实现通断控制的执行机构，触头的接通与断开，晶体管的截止与饱和（半导体继电器） 中间机构 继电器和接触器的结构和工作原理大致相同。 感应机构：感测输入量的高低。 执行机构：触头。 无主辅之分，一般较小（5A以下），用

15、于控制回路输入信号电量：电流、电压、功率等非电量：热、光、声、速度等主要区别在于： 接触器的主触点可以通过大电流； 继电器的体积和触点容量小，触点数目多，且只能通过小电流。所以，继电器一般用于控制电路中。29 April 202229 April 2022图1-15 欠电压继电器的图形、文字符号、工作原理欠电压继电器用于电路的欠压保护，在额定电压时衔铁处于吸合状态，当电压小于某值时，衔铁释放，带动动合触点回到断开状态，从而控制接触器及时切断电气设备的电源。用于电压过小时切断电路。1.欠电压继电器 在电路中用于欠电压或零电压保护。电压正常时，欠电压继电器吸合；电压降到（0.40.7）UN时释放。

16、2.零电压继电器 用于零电压保护。电压降低到（0.050.25）UN时释放。线圈UKV常开触点常闭触点KV29 April 2022根据电流信号而动作，具有保护作用。一般串于电路中。其线圈匝数少、导线粗，与负载串联以反映电路电流的变化。按性能电流继电器分过电流继电器和欠电流继电器。按线圈的电流种类分为交流继电器和直流继电器。 1过电流继电器 主要用于频繁、重载起动场合作电动机过载和短路保护。 常用产品：JT4、JL12及JL14等系列。29 April 2022线圈IKA常开触点常闭触点KA正常工作时衔铁不吸合，当电流大于某值时，衔铁吸合。用于电流过大时切断电路。图1-17 过电流继电器的图形

17、、文字符号、工作原理 用途：桥式起重机电路。 交流过电流继电器的吸合电流为I0（1.1 3.5）IN。 直流过电流继电器的吸合电流为I0（0.7 3）IN。 29 April 20222欠电流继电器 用途：电路中起欠电流保护作用，如直流电动机励磁保护。 线圈I10时，认为熔体瞬时熔断。熔断器的选配： 无冲击电流的电路熔断器的额定电流=电路的额定电流 有冲击电流的电路熔断器的额定电流电路的额定电流如：交流电机三相绕组中，熔断器的额定=电路启动电流/K（K：1.62.5） 熔断器的特点：结构简单、价廉，但动作准确性较差。熔断后须更换熔体，若只断一相会引起电机断相运行。适用于要求不高的电器控制系统中

18、。电路符号FU29 April 2022 图1-28 RC1插入式熔断器的结构 图1-29 螺旋式熔断器的结构 29 April 202229 April 2022 图1-30 控制按钮结构及外形图 a）结构图 b）外形图 图1-31 控制按钮的图形、文字符号 a）启动按钮 b）停止按钮 c）复合按钮29 April 2022（1） 用途：常用来接通或断开小电流的控制电路，而进一步控制电动机或其它电气设备的运行。（2） 结构：从剖面结构图可看到，有两对静触点、一对动触点、按钮帽及弹簧等部分。（3） 种类：单联按钮开关只有一组常开触点（动合触点）和常闭触点（动断触点），还有双联和三联等等。按钮开

19、关的文字符号SB29 April 202229 April 2022w按钮的结构形式很多。紧急式按钮装有突出的蘑菇形钮帽，用于紧急操作；旋钮式按钮用于旋转操作；指示灯式按钮在透明的钮帽内装有信号灯，用作信号指示；w钥匙式按钮须插人钥匙方可操作，用于防止误动作。为了明示按钮的作用，避免误操作，钮帽通常采用不同的颜色以示区别，主要有红、绿、黑、蓝、黄、白等颜色。一般停止按钮采用红色，起动按钮采用绿色。 29 April 2022LA18系列按钮开关。一般钮蘑茹头钮带灯钮旋钮钥匙钮自锁钮29 April 2022 又称限位开关，能将机械位移转变为电信号，以控制机械运动。按运动形式分为直动式、转动式；

20、按结构分为直动式、滚动式、微动式。 在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。行程开关广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。在电梯的控制电路中，还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位，轿厢的上、下限位保护29 April 20221、直动式行程开关图1-32 直动式行程开关 a）外形图 b）原理图29 April 202229 April 2022图1-33 滚轮式行程开关a）外形图 b）

21、原理图图1-34 行程开关的图形、文字符号 a）常开触头 b）常闭触头29 April 2022 其结构原理如图所示，是一种快速动作的行程开关。当被控机械上的撞块撞击带有滚轮的撞杆时，撞杆转向左边，带动凸轮转动，顶下推杆，使微动开关中的触点迅速动作。当运动机械返回时，在复位弹簧的作用下，各部分动作部件复位。 3、微动开关式行程开关： 控制的准确度高，体积小、重量轻、工作灵活。其结构如图所示，当推杆被压下时，弹簧片发生变形，储存能量并产生位移，当达到预定的临界点时，弹簧片连同动触点产生瞬时跳跃，从而导致电路的接通、分断或转换。29 April 20224、接近开关（传感器）l 接近式位置开关是一

22、种非接触式的位置开关，简称接近开关。它由感应头、高频振荡器、放大器和外壳组成。当运动部件与接近开关的感应头接近时，就使其输出一个电信号。l接近开关具有定位精度高、操作频率高、功率损耗小、寿命长、使用面广、能适应恶劣工作环境等优点，其主要技术参数有：工作电压、输出电流、动作距离、重复精度及工作响应频率等。29 April 2022（1）电感式接近开关的感应头是一个具有铁氧体磁心的电感线圈，只能用于检测金属体。振荡器在感应头表面产生一个交变磁场，当金属块接近感应头时，金属中产生的涡流吸收了振荡的能量，使振荡减弱以至停振，因而产生振荡和停振两种信号，经整形放大器转换成二进制的开关信号，从而起到“开”

23、、“关”的控制作用。29 April 2022（2）电容式接近开关的感应头是一个圆形平板电极，与振荡电路的地线形成一个分布电容，当有导体或其它介质接近感应头时，电容量增大而使振荡器停振，经整形放大器输出电信号。电容式接近开关既能检测金属，又能检测非金属及液体。常用的电感式接近开关型号有LJ1、LJ2等系列，电容式接近开关型号有LXJ15、TC等系列产品。29 April 2022 磁性接近开关一般用于检测磁性物体的运动，但也可以检测贴有磁铁块的运动物体的位置，经常用于汽缸和活塞的位置检测，有时也作为限位开关使用。当磁性目标接近时，磁性接近开关输出开关信号，其检测距离随检测物体磁场强弱变化而变化

24、。（3）磁性接近开关29 April 2022w万能转换开关是一种多档式、多段式、控制多回路的主令电器，当操作手柄转动时，带动开关内部的凸轮转动，从而使触头按规定顺序闭合或断开 。万能转换开关主要用于各种控制线路的转换、电压表、电流表的换相测量控制、配电装置线路的转换和遥控等。万能转换开关还可以用于直接控制小容量电动机的起动、调速和换向。在电气传动系统图中其文字符号为SA。w如图所示为万能转换开关单层的结构示意图 29 April 2022图1-35 万能转换开关结构示意图 万能转换开关的手柄操作位置是以角度表示的。不同型号的万能转换开关的手柄有不同万能转换开关的触点，电路图中的图形符号如图所

25、示。29 April 202229 April 2022图1-39 开启式负荷开关外形及结构 a）二极外形 b）三极结构 又称胶盖闸刀开关，广泛用作照明电路和小容量（5.5KW及以下）动力电路不频繁起动的控制开关。 图1-40 刀开关的图形、文字符号 a）单极 b）双极 c）三极29 April 2022刀开关在安装时，手柄要向上，不得倒装或平装。接线时，应将电源线接在上端，负载线接在下端。 刀开关的种类很多。根据通路的数量分单极、双极和三极，常用的三极刀开关长期允许通过电流有100A、200A、400A、600A和1000A五种，目前生产的产品有HD（单极）和HS（双投）等系列；按结构分为平

26、板式和条架式；按操作方式分为直接手柄操作式、杠杆操作机构式和电动操作机构式；按转换方向分为单投和双投等。 刀开关一般与熔断器串联使用，以便在短路或过负荷时熔断器熔断而自动切断电路。应根据工作电流和电压来选择刀开关。刀开关的额定电流应大于其所控制的最大负荷电流。用于直接起停3kW及以下的三相异步电动机时，刀开关的额定电流必须大于电动机额定电流的3-5倍。29 April 2022 又称铁壳开关，可不频繁地接通和分断负荷电路，也可用作15KW以下电动机不频繁起动的控制开关。图1-41 铁壳开关内部结构 铸铁壳内装有由刀片和夹座组成的触头系统、熔断器和速断弹簧，30A以上的还装有灭弧罩。 常用：HH

27、系列。 29 April 2022又叫转换开关，是一种转动式的闸刀开关，主要作为电源引入开关，也可用来直接控制小容量异步电机非频繁起、停控制。较刀开关更灵巧方便，除通断外，还有转换功能。转换开关有若干个动触片和静触片，分别装于数层绝缘盒内，静触片固定在绝缘垫板上，动触片装在转轴上，随转轴旋转而变更通、断位置。作电源引入开关，也可作5.5KW以下电动机直接起动、停止、反转和调速控制开关，主要用于机床控制电路。 29 April 2022图1-42 组合开关的外形及结构a）外形 b）结构图1-43 组合开关的图形、文字符号 a）单极 b）三极 29 April 202229 April 2022

28、低压断路器又称自动开关或空气开关。它相当于刀开关、熔断器、热继电器和欠电压继电器的组合，是一种既有手动开关作用又能自动进行欠压、失压、过载和短路保护的电器。图1-44 低压断路器外形图29 April 2022图1-45 低压断路器结构及原理示意图 。实现断路器闭合、断开。 29 April 2022锁钩主触点手动闭合 过流 脱扣器 欠压 脱扣器衔铁释放连杆装置释放弹簧工作原理：过流时，过流脱扣器将脱钩顶开，断开电源；欠压时，欠压脱扣器将脱钩顶开，断开电源。29 April 202229 April 202229 April 2022 传感器是一种检测装置，它能感受到被测量的信息，并能把感受到

29、的信息按一定的规律变换成为电信号或其他所需形式的信号输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录、控制等要求。传感器一般由敏感元件和转换元件两大部分组成。 光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现检测的。光电传感器在一般情况下由发射器、接收器和检测电路三部分构成。 29 April 20221. 漫反射式光电传感器 漫反射式光电传感器集发射器与接收器于一体，在前方无物体时，发射器发出的光不会被接收器接收到，开关不动作，如图l.40（a）所示。当前方有物体时，接收器就能接收到物体反射回来的部分光线，通过检测电路产生电信号输出使开关动作，如图l.40（b）所示。漫反射式光电传感器的有效作用距离是由目标的反射能力决定的，即由目标表面的性质和颜色决定。29 April 20222. 反射式光电传感器 反射式光电传感器也是集发射器与接收器于一体，与漫反射式光电传感器不同的是其前方装有一块反射板。当反射板与发射器之间没有物体遮挡时，接收器可以接收到光线，开关不动作，如图l.41（a）所示。当被测物体遮挡住