电气控制技术第一章课件

电气控制技术授课班级：授课安排:1-16周1、平时成绩（10%）2、期中考试（20%）（第九周）3、期末考试（70%）

课程考核方式课程的性质《电气控制技术》课程是自动化专业的一门专业必修课，是一门实践性强、应用广泛的课程。学生通过本课程的学习，可以把控制理论与控制器件相结合实现对设备的控制，使理论与实际相联系。先修课：《电工基础》《电子技术》《电力拖动》课程在人才培养中的地位随着行业结构的调整和优化组合，企业进入了一个新的快速发展阶段。新工艺、新设备、新技术大量应用，特别是自动化控制系统的引进与广泛应用，电气控制系统的设计与电气控制系统的运行维护岗位增加，根据对行业企业的调查，这些技术所对应的岗位群主要分布在各控制系统项目的设计岗位，各类控制系统的安装、调试、运行、维护岗位以及电气元器件及电气设备的销售与技术服务岗位。使用教材及参考书教材：电气控制技术，韩顺杰主编，中国林业出版社参考书：电气控制技术，李仁主编，机械工业出版社；工厂电气控制设备，赵明主编，机械工业出版社；现代电气控制及PLC实用技术，王永华主编，北京航天航空大学出版社；可编程控制器-原理、应用、网络，徐世许主编，中国科学技术大学出版社电气控制技术课程讲授安排第一章常用（电磁式）低压电器（重点）第二章电气控制系统的基本控制电路（重点）第三章电气控制线路设计基础（重点）第四章典型机床电气控制线路分析（重点）第五章可编程控制器（一般掌握）第六章变频调速器（了解）第1章常用（电磁式）低压电器

1.1低压电器的作用与分类1.2电磁机构及触点系统（重点）1.3接触器（重点）1.4继电器（重点）1.5其他常用电器第1节低压电器的作用与分类一、低压电器的定义与作用电气是以电能、电气设备和电气技术为手段来创造、维持与改善限定空间和环境的一门学科。电器：凡是根据外界规定的信号和要求，自动和手动接通或断开电路，继续或连续地改变电路参数，实现对电路的切换、控制、保护、检测及调节的电气设备均称为电器。（具体的，实的）第1节低压电器的作用与分类二、低压电器的分类按工作电压分交流额定电压1200V、直流额定电压1500V以上交流额定电压1200V、直流额定电压1500V以下低压电器：高压电器：自动电器手动电器按动作原理分第1节低压电器的作用与分类二、低压电器的分类

按用途分控制电器：接触器、继电器主令电器：按钮、主令开关保护电器：熔断器、热继电器

执行电器：电磁铁、电磁离合器

配电电器：刀开关、隔离开关、断路器

一、电磁机构1.电磁机构——将电磁能转换为机械能并带动触头动作。

组成

原理：线圈通入电流，产生磁场，经铁心、衔铁和气隙形成回路，产生电磁力，将衔铁吸向铁心。

第2节电磁机构及触点系统交流：硅钢片叠加直流：整块铸铁或铸钢直动式转动式电压线圈：并联在电路中，匝数多、导线细。电流线圈：串联在电路中，匝数少、导线粗。交流线圈：短而粗，有骨架。直流线圈：细而长，无骨架。铁心衔铁线圈图1.1涡流示意图涡流的原理：一根导体绕上线圈，线圈通入交变电流，产生交变磁场，线圈包围的导体在圆周方向等效为一圈圈的闭合回路，回路中磁通发生变化，在导体四周感应电流。补充：图1.2变压器铁芯示意图图1.3

电机铁心示意图

减小涡流的方法：增大材料的电阻率，用表面涂有绝缘漆的硅钢片代替整个金属块补充：2.电磁吸力和反力特性：电磁吸力公式：对于直流电磁机构：注：直流电磁机构，励磁电流大小跟气隙无关，电磁吸力随气隙的减小而增加对于交流电磁机构：注：交流电磁机构，励磁电流大小与气隙成正比，考虑漏磁通的影响电磁吸力随气隙的减小略有增加反力特性：3.短路环——减小衔铁吸合时产生的振动和噪音。线圈通入单相交流电时：图1.4交流电磁铁的短路环二、触点系统1.触点系统——通过触头的开合控制电路通、断。

结构型式

材料：一般采用铜材料制成；对于小容量电器常用银质材料制成桥式触点指形触点第2节电磁机构及触点系统2.灭弧装置

电弧：开关电器切断电流电路时，触头间电压大于10V，电流超过80mA时，触头间会产生蓝色的光柱，即电弧。

电弧的危害：

延长了切断故障的时间；

高温引起电弧附近电气绝缘材料烧坏；

形成飞弧造成电源短路事故。

灭弧措施：电动力吹弧、磁吹灭弧、栅片灭弧、窄缝灭弧。第2节电磁机构及触点系统触头系统：主触头（一般为三极），用于主回路。辅助触头（常开常闭各两对），用于控制回路电磁机构：动、静铁心，吸引线圈和反作用弹簧灭弧装置：灭弧罩及栅片灭弧（10A以上）第3节接触器一、交流接触器1、结构桥式双断点结构电动力吹弧第3节接触器第3节接触器图1.8

交流接触器结构图主触头常闭辅助触头常开辅助触头静铁心动铁心吸引线圈灭弧装置

线圈加额定电压，衔铁吸合，常闭触头断开，常开触头闭合（主辅触点同时动作）；线圈电压降低到额定电压的85%，铁心磁通下降，电磁吸力不足以克服反力，衔铁复位，触头恢复常态（常开触点断开，常闭触点闭合）第3节接触器2、工作原理欠（失）压保护用途：远距离通断直流电路或控制直流电动机的频繁启停。结构：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。第3节接触器二、直流接触器思考：如何从结构特征上区别直流接触器和交流接触器？？？区别：直流接触器的触头电流和线圈电压为直流；线圈采用长而薄的圆筒形；铁心采用整块钢或铸铁制成；交流接触器的触头电流和线圈为交流，线圈采用短而厚的矮胖型；铁心采用硅钢片叠成。

1、交流接触器能否串联使用？为什么？2、交流接触器中通入直流电会发生什么现象？3、直流接触器中通入交流电会发生什么现象？4、交流接触器吸合瞬间，为什么会产生很大的冲击电流，直流接触器会不会出现这种情况？答案见：第一章第二次课堂习题答案.doc第3节接触器KM常闭辅助触点线圈KM主触点KM常开辅助触点KM第3节接触器三、接触器的符号属于同一器件的线圈和触点用相同的文字表示第3节接触器四、接触器的主要技术指标及常用型号额定电压：主触点的额定电压（铭牌上标注）额定电流：主触点的额定电流（铭牌上标注）吸引线圈的额定电压：控制回路中通电线圈的额定电压。额定操作频率：每小时的操作次数。接通和分段能力：跟接触器的使用类别相关。常用型号：常用交流接触器有CJ20、CJ12、CJ24

等；常用直流接触器有CZ18、CZ21、

CZ22等。技术指标：

根据电路中负载电流的种类选择接触器的类型；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；线圈所加电压需为85%-105%Un。额定电流应大于或等于被控主回路的额定电流。根据主电路和控制电路的要求选择接触器的触点数量和种类第3节接触器五、接触器的选择使用原则定义：继电器是一种根据某种输入信号的变化，使其自身的执行机构动作的自动控制电器。它具有输入电路（感应元件）和输出电路（执行元件）。工作原理：当感应元件中的输入量（电压、电流、温度、压力等）变化到一定值时，继电器动作，执行元件便接通和断开控制电路。无论继电器的输入量是电量还是非电量，继电器工作的最终目的都是控制触头的分断和闭合，而触头又是控制电路通断的。

第四节继电器第四节继电器继电器和接触器的不同：

1、所控制的线路不同：继电器用于控制小电流电路和控制电路；接触器用于控制电动机等大功率、大电流电路及主电路。

2、输入信号不同：继电器的输入信号可以是各种物理量，电压、电流、压力等；接触器的输入量只有电压。作用：控制、放大、联锁、保护和调节分类：按用途分：控制和保护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：触点容量一般不大于5A第四节继电器继电特性：X1继电器释放值X2继电器吸合值返回系数吸合时间：线圈接受电信号到衔铁释放所需的时间。释放时间：线圈失电到衔铁完全释放所需时间。第四节继电器一、电流继电器特点：按电流原则控制，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、欠电流继电器过流电流继电器欠流电流继电器第四节继电器1、过电流继电器原理：正常情况下（电流在额定值附近时）衔铁是释放的，当电路发生过载或者短路故障时，过电流继电器才吸合，吸合后立即使控制的接触器或者电路分断，自己也释放。电路中常用过电流继电器的常闭触点。交流过电流继电器吸合电流值：直流过电流继电器吸合电流值：第四节继电器2、欠电流继电器原理：正常情况下衔铁是吸合的，当电路电流降至额定电流的20%以下，欠电流继电器才释放，发出信号，从而改变电路状态。电路中常用欠电流的常开触点（结合电流继电器的工作原理动画演示理解）。直流欠电流继电器吸合电流：直流欠电流继电器释放电流：第四节继电器欠电流继电器KII<KIKI过电流继电器>IKIKIKI第四节继电器3、电流继电器的符号特点：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<KVKV过电压继电器>UKVKVKV二、电压继电器<第四节继电器1、过电压继电器原理：电路正常工作时，过电压继电器不动作，当电路电压超过（1.05-1.2）Un时，过电压继电器吸合，对电路实现过电压保护。常用其常闭触点断开电路。2、欠电压继电器

原理：电路正常工作时，欠电压继电器吸合，当电路电压减小到临界值以下时，欠电压继电器释放，对电路实现欠压保护。常用其常开触点。

第四节继电器直流欠电压继电器的吸合电压：直流欠电压继电器的释放电压：交流欠电压继电器的吸合电压：交流欠电压继电器的释放电压：第四节继电器

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、中间继电器第四节继电器

继电器在投入运行之前，必须把它的返回系数K调整到控制系统所要求的范围之内。一般调整方法有两种：

(一)调整释放弹簧的松紧程度释放弹簧越紧，反作用力越大，则吸合值和释放值都增加，返回系数上升，反之返回系数下降。（二）改变非磁性垫片的厚度非磁性垫片越厚，衔铁吸合后磁路的气隙和磁阻增大，释放值增大，使返回系数增大，反之释放值减小，返回系数减小。采用这种方式，吸合值基本不变。该方法为粗调，不能连续调节。

第四节继电器四、电磁式继电器的整定作用：按整定时间长短通断电路按构成原理分：电磁式、电动式

空气阻尼式、晶体管式按延时方式分：通电延时型:接受输入信号后延迟一定时间，输出信号才发生变化，当输入信号消失后，输出瞬时复原。（结合后面的动画演示理解）断电延时型：接受输入信号，瞬时产生相应的输出信号，当输入信号消失后，延时一定时间，输出才复原。（结合后面的动画演示理解）

五、时间继电器(a)(b)(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）瞬动触点符号五、时间继电器1、空气阻尼式时间继电器1、空气阻尼式时间继电器2、直流电磁式时间继电器

在直流电磁式电压继电器的铁心上加上阻尼铜套，即可构成断电延时时间继电器，其结构原理如图所示：1、铁心2、阻尼铜套3、绝缘层4、线圈图1-20带有阻尼铜套的铁心示意图优点：延时范围广（最长可达3600s）精度高（一般为5%左右）体积小、耐冲击震动、调节方便和寿命长工作原理：利用RC电路中的电容电压不能跃变，只能按指数规律逐渐变化的原理——电阻尼特性获得延时。3、晶体管式时间继电器（半导体时间继电器）1、结构：由发热元件、双金属片和触头及动作机构等部分组成。2、工作原理：当电动机出现不能承受的过载时，串联在电枢回路中的热元件中电流增大，加上时间效应，金属片所受热量就会大大增加，从而使弯曲程度增大，利用双金属片受热弯曲去推动杠杆使触头动作切断电动机电路，对电动机进行过载保护。六、热继电器3、电动机的过载特性与热继电器的保护特性

电动机的过载电流与电动机的通电时间的关系称为电动机的过载特性。在允许温升的条件下，电动机通电时间与其过载电流的平方成反比，电动机的过载特性具有反时限的特性。热继电器可以根据过载电流大小自动调整动作时间，也具有反时限保护特性，热继电器的保护特性应在电动机的过载特性的邻近下方，如果过载，热继电器会在电动机未达到其允许过载极限之前及时切断电源。当电动机的工作电流为额定电流时，热继电器应长期不动作。4、热继电器工作原理演示图1-1.接线端子2-主双金属片3-热元件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

110-复位按钮11-偏心轮12-支撑件13-弹簧

双金属片式热继电器结构原理示意图5、热继电器原理示意图和符号

热继电器符号6、热继电器的选用原则：

1、根据电动机的额定电流确定热继电器的型号及热元件的额定电流等级。

2、对于星型接法的电动机课选用普通的两相或三相结构的热继电器；对于三角形接法的电动机必须采用带断相保护的热继电器。

3、在不需要频繁起动的场合，要保证热继电器在电动机的起动过程中不产生误动作。通常，当电动机起动电流为其额定电流的6倍以及起动时间不超过6s时，若很少连续起动，则可按电动机的额定电流选取热继电器。

4、当电动机为重复短时工作时，首先要确定热继电器的允许操作频率。原理：当三相电源的相序改变以后，产生与实际转子转动方向相反的旋转磁场，从而产生制动力矩因此，使电动机在制动状态下迅速降低速度。在电机转速接近零时立即发出信号，切断电源使之停车（否则电动机开始反方向起动）。结构：定子、转子和触头参数：动作转速：>120rpm；复位转速：<100rpm七、速度继电器定子---由硅钢片迭成笼型空心圆环空套在转子上。符号转子---圆柱形永久磁铁，与电动机同轴连接。七、速度继电器有一对常开触头和常闭触头，分别控制电动机的正反转。七、速度继电器压力继电器光电继电器温度继电器八、其它继电器第5节其他电器一、熔断器1、结构组成及原理熔断器由熔体(俗称保险丝)和安装熔体的熔管(或熔座)两部分组成。其中熔体是关键部分，熔体是由低熔点的金属材料(如锡、锌、铅及其合金等)制成熔断器的熔体串联在被保护电路中，当电路发生短路或严重过载时，熔体中通过的电流很大，使其发热，当温度达到熔点时熔体瞬间熔断，切断电路，起到保护作用。螺旋式熔断器瓷插式熔断器2、熔断器的分类有填料式熔断器2、熔断器的分类无填料密封式熔断器2、熔断器的分类快速熔断器2、熔断器的分类自恢复熔断器2、熔断器的分类3、安秒特性

电流通过熔体时产生的热量与电流的平方及通过电流的时间成正比，即由由此可见，电流越大，熔体熔断的时间越短，这一特性称为熔断器的安秒特性(或称保护特性)，其特性曲线如图所示，由图可见它是一反时限特性。4、主要技术