电气控制与plc应用技术 123页

1/13/2021 目 录 绪论 第 1 章 常用低压电器 第 2 章 电气控制系统的基本电路 第 3 章 电气控制系统的设计 第 4 章 可编程控制器的基本原理 第 5 章 可编程控制器的基本指令 第 6 章 可编程控制器的功能指令 第 7 章 可编程控制器的特殊功能模块 第 8 章 可编程控制器控制系统的设计与应用 第9章 可编程控制器的联网与通信 1/13/2021 绪 论 一．电气控制技术的发展概况 拖动方式：生产机械的运动需要电动机的拖动，即电动机是拖动生产机械的主体。 成组拖动→单电机拖动→多电机拖动 2. 控制系统：电动机的启动、调速、正反转、制动等的控制，需要另一套装置。 继电器 - 接触器控制→ PLC 控制→计算机网络化控制 1/13/2021 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 。 1/13/2021 第 1 章 常用低压电器 1.1 电器的基本知识 1.2 电磁式接触器 1.3 继电器 1.4 熔断器 1.5 主令电器 1.6 低压开关类电器 1.7 传感器 1/13/2021 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 1500v （ 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。 1.1 电器的基本知识 1. 低压电器的定义 1.1.1 低压电器的定义和分类 1/13/2021 2. 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。 1/13/2021 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 1/13/2021 （ 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 ）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。 1/13/2021 1.1.2 电磁式电器结构及工作原理 （ 1 ） 电磁机构结构型式 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 1. 电磁机构 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。 1/13/2021 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，又分为 串联线圈（电流线圈型） 和 并联线圈（电压线圈） 。 1/13/2021 （ 2 ）电磁机构工作原理 1 ） 反力特性 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 1/13/2021 交流电磁机构的吸力特性 直流电磁机构的吸力特性 剩磁的吸力特性 3 ）吸力特性与反力特性的配合 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 2 ） 吸力特性 1/13/2021 4 ）电磁机构的输入 — 输出特性 图 1-5 电磁机构的继电特性 1/13/2021 1.1.3 电器的触头系统与电弧 电器的触头系统 图 1-6 触头的接触形式 a) 点接触 b) 线接触 c) 面接触 （ 2 ）触头接触形式 （ 1 ）触头接触电阻 1/13/2021 （ 3 ）触头结构形式 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 1/13/2021 触头材料选用电阻系数小的材料，使触头本身的电阻尽量减小； 增加触头的接触压力，一般在动触头上安装触头弹簧； 改善触头表面状况，尽量避免或减小表面氧化膜形成，在使用过程中尽量保持触头清洁。 减小接触电阻的方法 1/13/2021 2. 电弧的产生和灭弧方法 （ 1 ）电弧的产生及危害 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。 1 ）电动力吹弧。 拉长电弧，降低电场强度，电弧热量在拉长的过程中散发冷却而迅速熄灭。 图 1-8 双断口电动力吹弧 1- 静触头 2- 动触头 3- 电弧 （ 2 ）灭弧方法 1/13/2021 2 ）纵缝灭弧 图 1-9 窄缝灭弧 1- 纵缝 2- 介质 3- 磁性夹板 4- 电弧 将电弧挤入绝缘壁组成的窄缝中以冷却电弧 1/13/2021 3 ）栅片灭弧 图 1-10 栅片灭弧装置 将电弧分成许多串联的短弧，增加维持电弧所需的临极电压降，同时栅片将电弧的热量散发，使电弧迅速熄灭。 1/13/2021 4 ）磁吹灭弧 图 1-11 磁吹灭弧原理 用电磁力使电弧在冷却介质中运动，降低弧柱周围的温度 1/13/2021 接触器 是一种用于中远距离频繁地接通与断开交直流 主 电路及大容量控制电路的一种自动开关电器。 1.2 电磁式接触器 1/13/2021 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） 1/13/2021 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） 1/13/2021 ~ M 3~ 线圈 辅助触点 铁心 衔铁 电源 电机 主触点 常闭 常开 弹簧 1/13/2021 图 1- １ 2 接触器的图形、文字符号 1/13/2021 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 KM 动合 ( 常开 ) 主触点 KM KM 动合 ( 常开 ) 辅助触点 动断 ( 常闭 ) 辅助触点 KM 用于主电路 流过的大电流 ( 需加灭弧 装置 ) 用于控制电路流过的小电流 ( 无需加灭弧装置 ) 1/13/2021 1.2.1 接触器的结构及工作原理 图 1-13 交流接触器的外形及结构 a) 外形 b ）结构 1. 交流接触器外形及结构 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 1/13/2021 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。 1/13/2021 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。 1/13/2021 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。 1/13/2021 （ 2 ）交流接触器的工作原理 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。 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。 1/13/2021 1/13/2021 1.2.2 常用典型交流接触器介绍 1. 空气电磁式交流接触器 典型产品有： CJ10 、 CJ12 、 CJ20 、 CJ21 、 CJ26 、 CJ29 、 CJ35 、 CJ40 、 NC 、 B 、 LC1-D 、 3TB 、 STF 系列交流接触器等。 2. 切换电容器接触器 专用于低压无功补偿设备中投入或切除并联电容器组，以调整用电系统的功率因素。 常用产品有 ： CJ16 、 CJ19 、 CJ41 、 CJX4 、 CJX2A 、 LC1-D 、 6C 系列等。 1/13/2021 3. 真空交流接触器 以真空为灭弧介质，其主触头密封在真空开关管内。适用于条件恶劣的危险环境中。 常用 真空交流接触器有 ： CKJ 和 EVS 系列等。 4. 智能化接触器 装有智能化电磁系统，具有与数据总线及其它设备通信功能，有对运行工况自动识别、控制和执行能力 产品：日本富士 NewSC 系列、美国西屋“ A” 系列、 ABB 公司 AF 系列、金钟－默勒的 DIL － M 系列智能化接触器等。国内有单片机控制的交流接触器。 1/13/2021 1.2.3 直流接触器 应用于直流电力线路中，供远距离接通与分断电路及直流电动机的频繁起动、停止、反转或反接制动控制，以及 CD 系列电磁操作机构合闸线圈或频繁接通和断开电磁铁、电磁阀、离合器和电磁线圈等。 常用产品 ： CZ18 、 CZ21 、 CZ22 和 CZ0 系列等。 结构、原理与交流接触器基本相同。 主要由线圈、铁心、衔铁、触头、灭弧装置等组成。 1/13/2021 图 1- １４ 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。 1/13/2021 1.2.4 接触器主要技术参数 接触器 的主要技术参数有： 1 、极数和电流种类 2 、额定工作电压 3 、额定工作电流 4 、线圈消耗功率 4 、动作值 5 、线圈额定电压 6 、额定操作频率 7 、机械寿命和电寿命 1/13/2021 1.2.5 接触器的型号 1.2.6 接触器的选用 1/13/2021 1.3 继电器 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。 1/13/2021 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） 1/13/2021 继电器外形图 1/13/2021 1.3.1 继电器的结构原理 1 ．结构 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 1 ．工作原理 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。 1/13/2021 电压继电器 是反映电压变化的控制电器，是根据输入电压大小而动作的继电器。线圈与负载并联，以反映负载电压，其线圈匝数多而导线细。 分类： 过电压、欠电压、零电压继电器。 1.3.2 电压继电器 1/13/2021 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（ 0.4 ～ 0.7 ） U N 时释放。 2. 零电压继电器 用于零 电压保护。电压降低到（ 0.05 ～ 0.25 ） U N 时释放。 线圈 U< KV 常开触点 常闭触点 KV 1/13/2021 过电压继电器 用于电路的超压保护，在额定电压时衔铁不吸合 ，当电压大于某值时，衔铁吸合， 其动断触点断开，使接触器线圈失电，切断电气设备的电源。 用于电压过大时切断电路。 图 1-16 过电压继电器的图形、文字符号、工作原理 3 ． 过电压继电器 在电路中用于过电压保护，由于直流电路一般不会出现过电压，所以产品中 没有直流过电压继电器 。交流过电压继电器吸合电压调节范围为 U 0 = （ 1.1 ～ 1.15 ） U N 。 线圈 U> KV 常开触点 常闭触点 KV 1/13/2021 1.3.3 电流继电器 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。 1/13/2021 线圈 I> KA 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、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 I 0 ＝（ 1.1∼3.5 ） I N 。 直流过电流继电器的吸合电流为 I 0 ＝（ 0.7∼3 ） I N 。 1/13/2021 2 ．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 I< KA 常开触点 常闭触点 KA 正常工作时，电路的负载电流高于继电器的吸合电流，衔铁处于吸合状态。 当电流小于某值时，衔铁释放。用于电流过小时切断电路。 图 1-18 欠电流继电器的图形、文字符号、工作原理 1/13/2021 直流欠电流继电器： 吸合电流调节范围： I o = （ 0.3 ～ 0.5 ） I N ； 释放电流调节范围： I r = （ 0.1 ～ 0.2 ） I N 。 交流电路不需欠电流保护 , 无交流欠电流继电器。 欠电流继电器一般是自动复位的。 1/13/2021 1.3.4 中间继电器 实质是一种电压继电器，但触点数量较多，容量较大， 起增加触头数量（控制多条线路）以及信号的放大、传递 作用。 图 1-19 JZ7 系列中间继电器的外形及结构 1/13/2021 原理与小型交流接触器基本相同，但触头没有主、辅之分，且无灭弧装置，每对触头允许通过的电流大小相同，触头容量与接触器的辅助触头差不多，其额定电流一般为 5A 。 常用：交流 JZ7 系列，直流 JZ12 系列，交、直流两用 JZ8 系列 。 图 1 － 19 中间继电器的图形、文字符号 K 线圈 常开触头 K 常闭触头 K 1/13/2021 热继电器 是电流通过发热元件加热使双金属片弯曲，推动执行机构动作的电器。主要用来保护电动机或其它负载免于过载以及作为三相电动机的断相保护 。 1.3.5 热继电器 1/13/2021 1. 外形结构 a ）外形 b ）结构 图 1-20 热继电器的外形及结构 1/13/2021 发热元件 串联 在 主电路 中 串联 在 控制电路 中 常闭触头 FR 2. 热继电器的符号 FR 1/13/2021 3. 双金属片热继电器的结构及工作原理 图 1-21 热继电器动作原理图 由热元件、主双金属片、触头系统、动作机构、复位按钮和整定电流装置、温度补偿元件等组成。 发热电阻丝 双金属片 导板 触头 调节旋钮 手动复位按扭 受热变形方向 下（左）层金属膨胀系数大，上（右）层的膨胀系数小。电阻丝串联于主电路中，当主电路中电流超过容许值而使双金属片受热时，双金属片的自由端便向上弯曲超出扣板，扣板在弹簧的拉力下将常闭触点断开。触点是接在电动机的控制电路中的，控制电路断开便使接触器的线圈断电，从而断开电动机的主电路。 1/13/2021 使用热继电器时注意几个问题： 动作时间不应过分小于电动机的允许发热时间，应充分发挥电动机的过载能力 热继电器只能用作长期过载保护，不能作短路保护 用热继电器保护三相异步电动机时，至少要有两相接热元件 注意热继电器所处的周围环境温度，应保证它与电动机有相同的散热条件。 热继电器的主要参数： 热元件的额定电流 指热元件能够长期通过而不致于引起热继电器动作的最大电流值。（有一定的整定范围，如 I N =5A, 整定范围 3.2-5A) 。同一种热继电器有多种规模的热元件系列。 热元件的额定电流与电动机的额定电流相等时，然继电器能准确地反映电动机发热。 1/13/2021 1.3.6 时间继电器 　 信号输入后，经一定延时，才有输出信号的继电器 称为时间继电器 。 适用于定时控制。 按工作原理分：电磁式、 空气阻尼式、电子式、电动式等。 延时方式： 通电延时、断电延时和通断电延时三种。 1. 直流电磁式时间继电器 (1) 结构 见图 1-22 ，在电磁式电压继电器铁心上套个阻尼铜套后构成。 1/13/2021 图 1-20 直流电磁式时间继电器 1- 阻尼套筒 2- 释放弹簧 3- 调节螺母 4- 调节螺钉 5- 衔铁 6- 非磁性垫片 7- 电磁线圈 （ 2 ）原理 当衔铁处于吸合位置，断开线圈直流电源时，因磁路气隙小，磁阻小，磁通变化大，铜套阻尼作用大，衔铁延时释放时间可达 0.3~5s 。 改变铁心与衔铁间非磁性垫片的厚薄（粗调）或改变释放弹簧松紧（细调）可调节延时长短。 特点 ：结构简单，运行可靠，寿命长，允许的接合次数多；只适于直流电路，通电时不能延时，只有 断电延时 ，且延时 时间短 。 1/13/2021 2. 空气阻尼式时间继电器 （ 1 ） JS7 － A 系列 时间继电器结构 组成： 电磁系统、延时机构、触头系统 延时方式： 通电延时、断电延时 利用空气阻尼的原理制成。 （ 2 ） JS7 － A 系列 时间继电器工作原理 1/13/2021 图 1-21 JS7 － A 系列时间继电器的结构 （ a ）通电延时型 （ b ）断电延时型 1- 线圈 2- 铁心 3- 衔铁 4- 反力弹簧 5- 推板 6- 活塞杆 7- 塔形弹簧 8- 弱弹簧 9- 橡皮膜 10- 空气室壁 11- 调节螺钉 12- 进气孔 13- 活塞 14 、 16- 微动开关 15- 杠杆 1/13/2021 是利用空气阻尼作用而制成的，分 通电延时继电器和断电延时继电器。 通电延时空气式时间继电器利用空气的阻尼作用达到动作延时的目的。吸引线圈通电后将衔铁吸下，使衔铁与活塞杆之间有一段距离。在释放弹簧作用下，活塞杆向下移动。在伞形活塞的表面固定有一层橡皮膜，活塞向下移动时，膜上面会造成空气稀薄的空间，活塞受到下面空气的压力，不能迅速下移。当空气由进气孔进入时，活塞才逐渐下移。移动到最后位置时，杠杆使微动开关动作。延时时间即为从电磁铁吸引线圈通电时刻起到微动开关动作时为止的这段时间。通过调节螺钉调节进气孔的大小就可调节延时时间。 吸引线圈断电后，依靠复位弹簧的作用而复原。空气经出气孔被迅速排出。此时间继电器有两个延时触点：一个是延时断开的常闭触点， — 个是延时闭合的常开触点，此外还有两个瞬动触点 1/13/2021 1/13/2021 空气式时间继电器的优缺点： 延时范围大； 通用性高； 结构简单，价格便宜。 缺点：准确度低，延时误差小于 20% ，在要求高准确延时的生产机械中不宜采用。 典型产品 ： JS7 、 JS23 、 JSK ˿ 系列时间继电器。 1/13/2021 3. 电子式时间继电器 在时间继电器中已成为主流产品，电子式时间继电器（又称半导体时间继电器）由晶体管或集成电路和电子元件等构成，利用 RC 电路电容器充放电原理实现延时。目前已有采用单片机控制的时间继电器。电子式时间继电器具有延时范围广、精度高、体积小、耐冲击和耐振动、调节方便及寿命长等优点，所以发展很快，在工业控制中应用广泛。 1/13/2021 工作原理如下： 当电源变压器接通， VT1 管导通， VT2 管截止，继电器 KA 不动作，两个电源分别向电容 C 充电， a 点电位按指数规律上升。当 a 点电位高于 b 点电位时， VT1 管截止， VT2 管导通， VT2 管集电极电流流过 KA 的线圈， KA 触点转换输出信号。图中 KA 的动断触点断开充电电路，动合触点闭合，使电容放电，为下一次动作做准备。调节电位器 RP 的值，就可改变延时时间大小。此电路延时范围可达 0.2 ～ 300s 。 1/13/2021 图 1-22 时间继电器的图形、文字符号 4. 时间继电器的符号 时间继电器触点类型 断 电 式 常闭 断电 后 延时闭合 常开 断电 后 延时断开 通 电 式 瞬 时 动 作 延 时 动 作 常闭触点 常开触点 常开 通电 后 延时闭合 常闭 通电 后 延时断开 常闭触点 常开触点 1/13/2021 5. 时间继电器的选用 延时方式； 延时范围及精度； 使用场合、工作环境。 1/13/2021 1.3.7 信号继电器 输入非电信号，且当信号到一定值时才动作的电器 . 1. 速度继电器 图 1-23 JY1 系列速度继电器的外形及结构 图 1-24 速度继电器的图形、文字符号 a ）转子 b ）常开触头 c ）常闭触头 动触点 静触点 外环 （ 1 ） 速度继电器的组成 速度继电器是一种当转速达到规定值时动作的继电器。它是根据电磁感应原理制成的，主要用作笼型异步电动机的反接制动，故又称为反接制动继电器。 组成 速度继电器主要由转子、定子和触点三部分组成。转子是一个圆柱形永久磁铁，与电动机或机械转轴连在一起，随轴转动。定子是一个空的笼型圆环，由硅钢片叠成，并在其中装有笼型绕组。 速度继电器的轴由电动机带动，其外环转动到一定速度时，撞击动触点，使常开触点闭合，常闭触点打开。 动触点 静触点 外环 下图制动过程是由速度来控制的。在电气系统中常把这种控制方式称之为 速度控制原则。 （ 2 ） 工作原理 2. 温度继电器 埋设在电动机发热部位，如定子槽内、绕组端部等，直接反映该处发热情况。 类型：双金属片式、热敏电阻式温度继电器。 1 ．双金属片式温度继电器 2 ．热敏电阻式温度继电器 图 1-25 热敏电阻式温度继电器原理图 1/13/2021 3. 液位继电器 根据液体液面高低使触头动作的继电器。 图 1-26 液位继电器结构示意图 1/13/2021 1.4 熔断器 熔断器俗称保险丝 FU ，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作短路和过电流保护。 组成： 熔体 —— 熔点低，易于熔断，导 电性能良好的合金材料。 熔管 —— 安装熔体的外壳。 1/13/2021 熔断器的典型产品 按结构分有： 半封闭瓷插式、螺旋式、无填料封闭管式和有填料封闭管式熔断器。 瓷插式熔断器 螺旋式熔断器 有填料封闭管式熔断器 1/13/2021 1.4.1 熔断器的保护特性 图 1-27 熔断器的保护特性 流过熔体的电流与熔体熔断时间的关系曲线，又称安秒特性。 熔化系数 K ：最小熔化电流 Imin 与熔体额定电流 I N 之比， K=Imin/I N Imin 为临界电流。 1/13/2021 熔断特性： 熔体的熔断时间与通过熔体的电流有关 I/I N 1.25 时，熔体能长期工作。 I/I N =2 时，熔体在 30s~40s 后熔断。 I/I N >10 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 ： 1.6~2.5 ） 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。 电路符号 FU 1/13/2021 1.4.2 插入式熔断器 1.4.3 螺旋式熔断器 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 1/13/2021 一种快速熔断器，用于半导体器件的过电流保护。 采用以银片冲制的有 V 型深槽的变截面熔体。 常用： RS 、 NGT 和 CS 系列等。 RS0 系列用于大功率硅整流元件、 RS3 系列用于晶闸管过电流和短路保护。 1.4.4 半导体器件保护 熔断器 1.4.5 熔断器的选择（见 P7 页） 1/13/2021 1.5 主令电器 用来接通或断开控制电路，发布命令或信号，改变控制系统工作状况的电器。常用：控制按钮、行程开关、 万能转换开关 、主令控制器等。 1.5.1 控制按钮 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 1/13/2021 （ 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。 按钮开关的文字符号 SB 1/13/2021 1/13/2021 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； 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 。 1/13/2021 LA18 系列按钮开关。 一般钮 蘑茹头钮 带灯钮 旋钮 钥匙钮 自锁钮 1/13/2021 1.5.2 行程开关 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；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 1/13/2021 1 、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 1/13/2021 1/13/2021 2 、滚轮旋转式行程开关 图 1-33 滚轮式行程开关 a ）外形图 b ）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 1/13/2021 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。 1/13/2021 4 、接近开关（传感器） 接近式位置开关是一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。 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。 1/13/2021 （ 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”、“关”的控制作用。 1/13/2021 （ 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。 1/13/2021 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。 （ 3 ）磁性接近开关 1/13/2021 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 。 如图所示为万能转换开关单层的结构示意图 1.5.3 万能转换开关 1/13/2021 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示。 1/13/2021 1.6 低压开关类电器 低压开关 又称低压隔离器，是低压电器中结构比较简单、应用广泛的一类手动电器。主要有 刀开关、转换开关、低压断路器 等。 1/13/2021 1. 开启式负荷开关 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 1. 6.1 刀开关 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 1/13/2021 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。 注意： 1/13/2021 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 。 2. 封闭式负荷开关 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 系列。 1/13/2021 1.6.2 组合开关 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。 1/13/2021 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 1/13/2021 1/13/2021 1.6.3 低压断路器 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 1/13/2021 1. 结构和工作原理 图 1-45 低压断路器结构及原理示意图 1 ．主触头及灭弧装置 主触头为执行元件，用于接通和分断主电路，装有灭弧装置。 2 ．脱扣器 感受元件。电路故障时，感测故障信号，经自由脱扣器使主触头分断。 3 ．自由脱扣机构和操作机构 用于联系操作机构和主触头 。 实现断路器闭合、断开。 1/13/2021 可实现短路、过载、失压保护。 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。 1/13/2021 1/13/2021 2. 符号 3. 技术参数及型号 1/13/2021 1.7 传感器 1.7.1 电子接近开关 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。 1.7.2 光电传感器（光电开关） 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。 1/13/2021 1. 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。 1/13/2021 2. 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。当被测物体遮挡住反射板时，接收器无法接收到发射器发出的光线，传感器产生输出，开关动作，如图 l.41 （ b ）所示。 3. 对射式光电传感器 对射式光电传感器的发射器和接收器是分离的。 1/13/2021 在发射器与接收器之间如果没有物体遮挡，发射器发出的光线能被接收器接收到，开关不动作，如图 l.42 （ a ）所示。当有物体遮挡时，接收器接收不到发射器发出的光线，传感器产生输出信号，开关动作，如图 l.42 （ b ）所示。 4. 光纤式光电传感器 光纤式光电传感器又称光电传感器，它利用光导纤维进行信号传输。光导纤维是利用光的完全内反射原理传输光波的一种介质，它由高折射率的纤芯和包层组成，包层的折射率小于纤芯的折射率，直径为 0.1 ～ 0.2mm 。 1/13/2021 第 1 章结束谢谢使用！