第0讲-第1章 常用低压电器(修订)

1、PLC原理及应用机电学院 电气系 张翠云2014年9月159806727282考核方法及要求课程性质：必修、考查课考核方式： 总成绩=（平时考核+实验成绩）30%+闭卷考试成绩70% 平时考核=出勤+作业+课堂表现 31 常用低压电器（先备知识）（书第1,2章） 本讲主要通过介绍电气控制领域中常用低压电器的工作原理、用途、型号、规格及符号等知识，电器控制线路的基本环节 学会正确选择和合理使用常用电器、学会分析和设计电气控制线路的基本方法，为后继章节的学习打下基础。 在PLC出现以前，控制作用由继电器和接触器组成的线路来实现，这常称为继电接触器控制系统，下面介绍继电接触器控制系统。4图1-1常用

2、低压电器的分类1.1常用低压电器的分类5电磁式电器构成：电磁机构+执行机构+灭弧装置（一）电磁机构 1.结构：固定铁心，衔铁，电磁线圈 。 2.分类：直动式，拍合式。 3.原理：电磁线圈通电后，电磁吸力大于弹性力，使衔铁闭合。1.2、电磁式低压电器的组成与工作原理6（二）执行机构组成：一般由主触点及其灭弧装置组成。电弧的产生与灭弧装置电弧的产生：当断路器或接触器触点切断电路时，如电路中电压超过10-20V和电流超过80-100mA，在拉开的两个触点之间将出现强烈火花，这实际上是一种气体放电的现象，通常称为“电弧”。电弧种类：交流电弧（交流电弧存在交流过零点，电弧易熄灭）和直流电弧。7如何熄灭电

3、弧：根据上述电弧产生的物理过程可知，欲使电弧熄灭，应设法降低电弧温度和电场强度，以加强消电离作用。当电离速度低于消电离速度，则电弧熄灭。灭弧装置用途：用于熄灭触头分断负载电流时产生的电弧。灭弧原理：迅速拉长电弧；冷却和去游离法。根据上述灭弧原则，常用的灭弧装置有如下几种。1）磁吹式灭弧装置2）灭弧栅3）灭弧罩4）多断点灭弧8图1-3电磁式电器的工作原理示意图1铁心2电磁线圈3衔铁4静触点5动触点6触点弹簧7释放弹簧气隙电磁机构的工作原理9接触器的功能作用：1.自动接通或断开大电流电路的电器。它可以频繁地接通或分断交直流电路，并可实现远距离控制。2.具有低电压释放保护功能，接触器具有控制容量大、

4、过载能力强、寿命长、设备简单经济等特点，是电力拖动自动控制线路中使用最广泛的电器元件。控制对象：其主要控制对象是电动机，也可用于电热设备、电焊机、电容器组等其它负载。接触器的分类：接触器可分为交流接触器和直流接触器两大类。1.3 接触器10触头系统：主触头、辅助触头 常开触头（动合触头） 常闭触头（动断触头）电磁系统：动、静铁芯，吸引线圈和反作用弹簧 灭弧系统：灭弧罩及灭弧栅片灭弧1结构 一）交流接触器 11122工作原理 线圈加额定电压，衔铁吸合，常闭触头断开，常开触头闭合；线圈电压消失，触头恢复常态。为防止铁心振动，需加短路环。13用途：远距离通断直流电路或控制直流电动机的频繁起停。结构：

5、电磁机构、触头系统和灭弧装置。工作原理：与交流接触器基本相同。二）直流接触器 14KM常闭辅助触点线圈KM主触点KM常开辅助触点KM三）接触器的符号P11 15额定电压 交流接触器： 127、220、380、500V 直流接触器： 110、220、440V 交流接触器：5、10、20、40、60、100、150、250、400、600A 直流接触器：40、80、100、150、250、400、600A 额定电流 吸引线圈额定电压交流接触器：36、110（127）、220、380V 直流接触器：24、48、220、440V 四）接触器的主要技术指标 P1016 根据电路中负载电流的种类选择接触器

6、的类型； 接触器的额定电压应大于或等于负载回路的额定电压； 吸引线圈的额定电压应与所接控制电路的额定电压等级一致； 额定电流应大于或等于被控主回路的额定电流。四）接触器的使用选择原则P10 17作用：根据某种输入信号的变化，接通或断开控制电路，实现自动控制和保护电力装置的自动电器。（控制、放大、联锁、保护和调节作用）分类：按用途分 ：控制和保护继电器（热继电器） 按动作原理分：电磁式、感应式、电动式、电子式、 机械式 按输入量分：电流、电压、时间、速度、压力按动作时间分：瞬时、延时继电器 特点：额定电流不大于5A1.4 继电器P1118一）电流继电器P13特点：线圈串接于电路中，导线粗、匝数少

7、、阻抗小。 分类：过电流继电器、欠电流继电器过流电流继电器欠流电流继电器欠电流继电器KII I KIKIKI19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KVU U KVKVKV二）电压继电器P1320 中间继电器实质上是一种电压继电器，结构和工作原理与接触器相同。但它的触点数量较多，在电路中主要是扩展触点的数量。另外其触头的额定电流较大。 三）中间继电器P1321作用：按整定时间长短通断电路分类：按构成原理分：电磁式 电动式 空气阻尼式 晶体管式 数字式按延时方式分：通电延时型 断电延时型 四）时间继电器22(a) (b) (

8、c) (d) (e) (f) (g) (h) (a) 线圈一般符号 (b) 通电延时线圈 (c) 断电延时线圈 (d) 通电延时闭合动合（常开）触点 (e) 通电延时断开动断（常闭）触点 （f）断电延时断开动合（常开）触点 （g）断电延时闭合动断（常闭）触点（h）瞬动触点 四）时间继电器（续）符号23作用：电动机的过载保护利用双金属片受热弯曲去推动杠杆使触头动作利用电阻值随温度变化而变化的特性制成利用过载电流发热使易熔合金熔化而使继电器动作五）热继电器型式：双金属片式 热敏电阻式易熔合金式结构：由发热元件、双金属 片和触头及动作机构 等部分组成 。241-1.接线端子 2-主双金属片 3-热元

9、件 4-推动导板 5-补偿双金属片 6-常闭触头 7-常开触头 8-复位调节螺钉 9-动触头 10-复位按钮 11-偏心轮 12-支撑件 13-弹簧 五）热继电器（续）双金属片式热继电器原理示意图25使用与选择使用：作为电动机的过载保护，注意与熔断器的配合。选择：eRed eR：热继电器热元件的额定电流； ed：电动机的额定电流。 五）热继电器（续）26 五）热继电器图形文字，符号27作用：根据速度的大小通断电路结构：定子、转子和触头原理：与异步电动机类似参数：动作转速：120rpm 复位转速：100rpm六）速度继电器28定子-由硅钢片迭成笼型空心圆环套在转子上，装有鼠笼型短路绕组。符号六）

10、速度继电器（续）转子-圆柱形永久磁铁，与电动机同轴连接。29六）速度继电器图形文字符号30压力继电器光电继电器温度继电器七）其它继电器311.5主令电器1.5.1控制按钮1.5.2行程开关1.5.3接近开关1.5.4万能转换开关321.5.1控制按钮1按钮帽2复位弹簧3动触点4常闭静触点5常开静触点1. 按钮的外形与结构332.按钮的图形、文字符号341.5.2行程开关1推杆2动合静触点3触点弹簧4动触点5动断静触点6复位弹簧1. 行程开关的结构35行程开关362.行程开关的图形、文字符号371.5.3接近开关1.涡流式接近开关的作用和工作原理382.接近开关的符号391.5.4万能转换开关图

11、1-34LW5系列转换开关1棘轮2滑块3滚轮40万能转换开关41图1-35万能转换开关的图形符号与触点通断表421.6信号电器指示灯的颜色及其含义颜色含义解释典型应用红色异常情况或警报对可能出现危险和需要立即处理的情况报警电源指示；温度超过规定限制；设备的重要部分已被保护电器切断黄色警告状态改变或变量接近其极限值参数偏离正常值绿色准备、安全安全运行条件指示或机械准备起动冷却系统运转蓝色特殊指示上述几种颜色未包括的任一种功能选择开关处于指定位置白色一般信号上述几种颜色未包括的各种功能，如某种动作正常431.7开关电器1.7.1刀开关44用途：作不频繁带负荷操作和短路保护用。45 功能： 低压断路

12、器也称为自动空气开关，可用来接通和分断负载电路，也可用来控制不频繁起动的电动机。它功能相当于闸刀开关、过电流继电器、失压继电器、热继电器及漏电保护器等电器部分或全部的功能总和，是低压配电网中一种重要的保护电器。 低压断路器具有多种保护功能(过载、短路、欠电压保护等)、动作值可调、分断能力高、操作方便、安全等优点，所以目前被广泛应用。 特点：操作安全，分断能力较高。 分类：框架式（万能式）和塑壳式（装置式） 结构：触头系统、灭弧装置、脱扣机构、传动机构。1.7.2 低压断路器4647塑壳式低压断路器原理图1主触头 2自由脱扣器 3过电流脱扣器 4分励脱扣器 5热脱扣器 6失压脱扣器 7按钮线路短

13、路或严重过载保护远距离跳闸，对电路不起保护作用线路过载保护电动机的失压保护48作用：短路和严重过载保护应用：串接于被保护电路的首端优点：结构简单，维护方便，价格便宜，体小量轻分类： 1.8 熔断器瓷插式RC螺旋式RL有填料式RT无填料密封式RM快速熔断器RS自恢复熔断器49瓷插式熔断器螺旋式熔断器熔断器图形文字符号50有填料式熔断器无填料密封式熔断器51快速熔断器自恢复熔断器522 电气控制的基本线路任何复杂的电器控制线路都是按照一定的控制原则，由基本的控制线路组成的。基本控制线路是学习电器控制的基础。电器控制线路的表示方法有：电气原理图、电气接线图、电器布置图。电气原理图是根据工作原理而绘制

14、的，具有结构简单、层次分明、便于研究和分析电路的工作原理等优点。电器控制线路常用的图形、文字符号必须符合最新的国家标准。53 电器控制线路：根据电路通过的电流大小可分为主电路和控制电路。 主电路：包括从电源到电动机的电路，是强电流通过的部分，用粗线条画在原理图的左边。 控制电路：是通过弱电流的电路，一般由按钮、电器元件的线圈、接触器的辅助触点、继电器的触点等组成，用细线条画在原理图的右边。 采用电器元件展开图的画法：同一电器元件的各部件可以不画在一起，但需用同一文字符号标出。若有多个同类电器，可在文字符号后加上数字序号，如KM1、KM2等。 注意：所有按钮、触点均按没有外力作用和没有通电时的原

15、始状态画出。控制电路的分支线路，原则上按照动作先后顺序排列，两线交叉连接时的电气连接点须用黑点标出。2.1 电气控制电路的绘制原则542.2交流电动机的基本电气控制线路一、直接起动控制线路直接起动：在电源容量足够大时，小容量笼型电动机可直接起动。 优点：是电气设备少，线路简单。 缺点：是起动电流大，引起供电系统电压波动，干扰其它用电设备的正常工作。（一）点动控制 注意：根据控制要求，分析需要的电气器件。 主电路：由刀开关QS、熔断器FU、交流接触器的主触点KM、热继电器FR、笼型电动机M和接地保护PE组成； 控制电路：由起动按钮SB和交流接触器线圈KM组成。55图2-4 实现点动的控制线路（一

16、）点动控制最简单的点动控制：适合小功率电动机控制起动过程：先合上刀开关QS按下起动按钮SB接触器线圈KM通电接触器主触点KM闭合电动机M通电直接起动。停机过程：松开起动按钮SB接触器线圈KM断电接触器主触点KM断开电动机M停电停转。点动控制：按下按钮，电动机转动，松开按钮，电动机停转，这种控制就叫点动控制，它能实现电动机短时转动，常用于机床的对刀调整和电动葫芦等。保护环节：短路保护FU；过载保护FR；欠、失电压保护KM；接地保护PE。56长动控制：在实际生产中往往要求电动机实现长时间连续转动，即所谓长动控制。根据控制要求，分析需要的电气器件。主电路：由刀开关QS、熔断器FU、接触器的主触点KM

17、 、热继电器发热元件FR、电动机M和接地保护PE组成；控制电路：由停止按钮SB2、起动按钮SB1、接触器的常开辅助触点和线圈KM 、热继电器的常闭触点FR组成。（二）长动（连续）控制57起动过程：合上刀开关QS按下起动按钮SB2接触器线圈KM通电接触器主触点KM闭合和常开辅助触点闭合电动机M接通电源运转；松开起动按钮SB2，利用接通的接触器常开辅助触点KM自锁、电动机M连续运转。自锁概念：这种依靠接触器自身辅助常开触点的闭合而使线圈保持通电的控制方式，称自锁或自保。（二）长动（连续）控制长动控制：适合长时间连续转动电动机控制停机过程：按下停止按钮SB1接触器线圈KM断电接触器主触点KM和辅助常

18、开触点KM断开电动机M断电停转。保护环节：短路保护FU；过载保护FR；欠、失电压保护KM；接地保护PE。图2-5 长动控制线路58工作原理（演示）本控制线路具有如下三点优点：1）防止电源电压严重下降时电动机欠电压运行。2）防止电源电压恢复时，电动机自行起动而造成设备和人身事故。3）避免多台电动机同时起动造成电网电压的严重下降。59（三）点动和长动混合控制 在生产实践中，机床调整完毕后，需要连续进行切削加工，则要求电动机既能实现点动又能实现长动。 图2-6 点动和长动结合的控制线路60开关切换点动控制：SA断开FU1KMM3FRQL1L3L2主电路FU2SB1KMKMFRSB2SA控制电路（三）

19、点动和长动混合控制图2-6a的线路比较简单，采用钮子开关SA实现点动和长动控制。连续控制：SA闭合 61采用钮子开关SA实现点动和长动控制62按钮切换工作原理： 连续控制：按下按钮SB1 点动控制：按下按钮SB3FU1KMM3FRQL1L3L2主电路FU2SB1KMKMFRSB2SB3控制电路（三）点动和长动混合控制图2-6b的线路采用复合按钮SB3实现控制。63中间继电器KA控制工作原理： 连续控制：按下按钮SB3 点动控制：按下按钮SB2（三）点动和长动混合控制图2-6c的线路采用中间继电器KA实现控制。64概述：在实际应用中，往往要求生产机械改变运动方向，如工作台前进、后退；电梯的上升、下降等，这就要求电动机能实现正、反转。实现：对于三相异步电动机来说，可通过两个