《常用低压电器》课件.ppt

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1、课程名称：数控机床电气控制课程名称：数控机床电气控制总课时：总课时：62H62H周课时：周课时：5H5H实验课时：实验课时：12H12H考核方式：考试考核方式：考试成绩评定成绩评定:平时成绩平时成绩30%+30%+卷面成绩卷面成绩70%70%10/26/202210/26/20221绪绪 论论一、电气控制技术的发展概况一、电气控制技术的发展概况 19世纪末，直流发电机、交流发电机和直流电动机、异步电动机相世纪末，直流发电机、交流发电机和直流电动机、异步电动机相继问世，揭开了电气控制技术的序幕。继问世，揭开了电气控制技术的序幕。20世纪初，电动机逐步取代蒸汽机用来驱动生产机械，最初沿用集世纪初，

2、电动机逐步取代蒸汽机用来驱动生产机械，最初沿用集中拖动的方式由一台电动机拖动若干台机器，这种方式能量传递中拖动的方式由一台电动机拖动若干台机器，这种方式能量传递路径长，损耗大，操作不便，安全性差。后来改由一台电动机拖动路径长，损耗大，操作不便，安全性差。后来改由一台电动机拖动一台机器，称为单独拖动方式，它克服了集中拖动的缺点。后来为一台机器，称为单独拖动方式，它克服了集中拖动的缺点。后来为了简化机械传动系统，出现了一台机器的几个运动部件分别由一台了简化机械传动系统，出现了一台机器的几个运动部件分别由一台电动机拖动，这种方式称为多电机拖动。电动机拖动，这种方式称为多电机拖动。10/26/2022

3、10/26/20222在这种情况下，机器的电气控制系统不但可对各台电动机的起动、在这种情况下，机器的电气控制系统不但可对各台电动机的起动、制动、反转、停车等进行控制，还具有对各台电动机之间实行协调、制动、反转、停车等进行控制，还具有对各台电动机之间实行协调、联锁、顺序切换、显示工作状态的功能。联锁、顺序切换、显示工作状态的功能。到本世纪到本世纪30年代，电气控制技术的发展，推动了电器产品的进步，年代，电气控制技术的发展，推动了电器产品的进步，继电器、接触器、按钮、开关等元器件形成了功能齐全的多种系列，继电器、接触器、按钮、开关等元器件形成了功能齐全的多种系列，基本控制电路亦形成规范，可以实现远

4、距离控制。这种主要用于控基本控制电路亦形成规范，可以实现远距离控制。这种主要用于控制交流电动机的系统通常称为继电接触器控制系统。制交流电动机的系统通常称为继电接触器控制系统。从从20世纪世纪30年代开始，机械加工企业为了提高生产效率，采用机械年代开始，机械加工企业为了提高生产效率，采用机械化流水作业的生产方式，对不同类型的零件分别组成自动生产线。化流水作业的生产方式，对不同类型的零件分别组成自动生产线。随着产品机型的更新换代，生产线承担的加工对象也随之改变，这随着产品机型的更新换代，生产线承担的加工对象也随之改变，这就需要改变控制程序，使生产线的机械设备按新的工艺过程运行，就需要改变控制程序，

5、使生产线的机械设备按新的工艺过程运行，而继电接触器控制系统是采用固定接线的很难适应这个要求。而继电接触器控制系统是采用固定接线的很难适应这个要求。10/26/202210/26/202231968年美国最大的汽车制造商年美国最大的汽车制造商通用汽车通用汽车(GM)公司为适应汽车型公司为适应汽车型号不断更新，提出把计算机的完备功能以及灵活性、通用性好等优号不断更新，提出把计算机的完备功能以及灵活性、通用性好等优点和继电接触器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点点和继电接触器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来做成一种能适应工业环境的通用控制装置，并把编程方结合起来做成一种

6、能适应工业环境的通用控制装置，并把编程方法和程序输入方式加以简化，使得不熟悉计算机的人员也能很快掌法和程序输入方式加以简化，使得不熟悉计算机的人员也能很快掌握它的使用技术。握它的使用技术。根据这一设想，美国数字设备公司根据这一设想，美国数字设备公司(DEC)于于1969年率先研制出第一年率先研制出第一台可编程序控制器台可编程序控制器(简称简称PLC)，在通用汽车公司的自动装配线上试，在通用汽车公司的自动装配线上试用获得成功，从此以后，许多国家的著名厂商竞相研制，各自形用获得成功，从此以后，许多国家的著名厂商竞相研制，各自形成系列，而且品种更新很快功能不断增强，从最初的逻辑控制为成系列，而且品种

7、更新很快功能不断增强，从最初的逻辑控制为主发展到能进行模拟量控制，具有数据运算、数据处理和通信联网主发展到能进行模拟量控制，具有数据运算、数据处理和通信联网等多种功能。等多种功能。10/26/202210/26/20224数控技术在电气自动控制中占有十分重要的地位。数控技术在电气自动控制中占有十分重要的地位。1952年美国研制年美国研制成第一台三坐标数控铣床，它综合应用了当时电子计算机、自动控成第一台三坐标数控铣床，它综合应用了当时电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机械结构等多方面的最新技术成就，制、伺服驱动、精密检测与新型机械结构等多方面的最新技术成就，成为一种新型的通用性很强的

8、高效自动化机床，它标志着机械制造成为一种新型的通用性很强的高效自动化机床，它标志着机械制造技术进入了一个新阶段。技术进入了一个新阶段。随着微电子技术的发展，由小型或微型计算机再加上通用或专用大随着微电子技术的发展，由小型或微型计算机再加上通用或专用大规模集成电路组成的计算机数控装置规模集成电路组成的计算机数控装置(CNC)性能更为完善，几乎所性能更为完善，几乎所有的机床品种都实现了数控化，出现了具有自动更换刀具功能的数有的机床品种都实现了数控化，出现了具有自动更换刀具功能的数控加工中心机床控加工中心机床(MC)，工件在一次装夹中可以完成多种工序的加工。，工件在一次装夹中可以完成多种工序的加工。

9、数控技术还在绘图机械、坐标测量机、激光加工机、火焰切割机等数控技术还在绘图机械、坐标测量机、激光加工机、火焰切割机等设备上得到了广泛的应用，取得了良好的效果。设备上得到了广泛的应用，取得了良好的效果。10/26/202210/26/2022570年代出现了计算机群控系统，即直接数控年代出现了计算机群控系统，即直接数控(DNC)系统，由一台较系统，由一台较大型的计算机控制与管理多台数控机床和数控加工中心，能完成大型的计算机控制与管理多台数控机床和数控加工中心，能完成多品种、多工序的产品加工。在此基础上增加刀具和工件在加工多品种、多工序的产品加工。在此基础上增加刀具和工件在加工设备与贮存装置之间的

10、装卸输送系统及必要的检测设备，由计算设备与贮存装置之间的装卸输送系统及必要的检测设备，由计算机对整个系统进行控制和管理，这样就构成了柔性制造系统机对整个系统进行控制和管理，这样就构成了柔性制造系统(FMS)。近年来又出现了计算机集成制造系统近年来又出现了计算机集成制造系统(CIMS)，综合运用计算机辅，综合运用计算机辅助设计助设计(CAD)、计算机辅助制造、计算机辅助制造(CAM)、智能机器人等、智能机器人等多项高技术，形成了从产品设计与制造的智能化生产的完整体系，多项高技术，形成了从产品设计与制造的智能化生产的完整体系，将自动制造技术推进到更高的水平。将自动制造技术推进到更高的水平。二、本课

11、程的性质与任务二、本课程的性质与任务本课程是一门实用性很强的专业课，主要内容是以电动机或其它执本课程是一门实用性很强的专业课，主要内容是以电动机或其它执行电器为控制对象，介绍继电接触器控制系统和行电器为控制对象，介绍继电接触器控制系统和PLC控制系统的工控制系统的工作原理、典型机械的电气控制线路以及电气控制系统的设计方法。作原理、典型机械的电气控制线路以及电气控制系统的设计方法。10/26/202210/26/20226 本课程的目标是培养实际应用的能力，具体要求是：本课程的目标是培养实际应用的能力，具体要求是：1)熟悉常用控制电器的结构原理、用途，了解其型号规格并能够熟悉常用控制电器的结构原

12、理、用途，了解其型号规格并能够正确使用。正确使用。2)熟练掌握继电接触器控制线路的基本环节，能够独立分析电气熟练掌握继电接触器控制线路的基本环节，能够独立分析电气控制线路的工作原理。控制线路的工作原理。3)熟悉典型设备电气控制系统，具有从事电气设备安装调试、维熟悉典型设备电气控制系统，具有从事电气设备安装调试、维修管理等知识。修管理等知识。4)掌握掌握PLC的基本原理及编程方法能够根据工艺过程和控制要的基本原理及编程方法能够根据工艺过程和控制要求进行系统设计和编制应用程序。求进行系统设计和编制应用程序。5)具有设计和改进一般机械设备电气控制线路的基本能力。具有设计和改进一般机械设备电气控制线路

13、的基本能力。10/26/202210/26/20227第一节第一节 概概 述述电器：电器：对电能的生产、输送、分配与应用起着控制、调节、检测和对电能的生产、输送、分配与应用起着控制、调节、检测和保护作用的电工器械均可称为电器。保护作用的电工器械均可称为电器。按控制电压：按控制电压：低压电器：低压电器：用于交流用于交流1200V、直流、直流1500V级以下的电路中起通断、级以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器产品。保护、控制或调节作用的电器产品。高压电器：高压电器：交流交流1200V以上、直流以上、直流1500V以上电路中的电器以上电路中的电器按动作方式：按动作方式：手动电器：手动电器

14、：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。按其执行机构：按其执行机构：有触点电器有触点电器无触点电器无触点电器10/26/202210/26/20228其用途：其用途：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

15、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。按控制对象：按控制对象：低压配电电器：低压配电电器：这类电器包括刀开关、组合开关、熔断器和自动开这类电器包括刀开关、组合开关、熔断器和自动开关等。关等。作用是：作用是：在低压配电系统中，实现电能的输送、分配及保护电路和在低压配电系统中，实现电能的输送、分配及保护电路和用电设备用电设备低压控制电器：低压控制电器：这类电器包括接触器、继电器、主令电器和电磁离这类电器包括接触器、继电器、主令电器和电磁离合器等。合器等。10/26/202210/26/20229作用是：作用是：在电气控制

16、系统中，实现发布指令、控制系统状态及执行在电气控制系统中，实现发布指令、控制系统状态及执行动作等作用。动作等作用。第二节第二节 低压电器的电磁机构及执行机构低压电器的电磁机构及执行机构一、电磁机构一、电磁机构电磁机构分类：电磁机构分类：按电源种类可分为交流和直流两种按电源种类可分为交流和直流两种电磁机构的主要作用电磁机构的主要作用：将电磁能量转换成机械能量，将电磁机构中：将电磁能量转换成机械能量，将电磁机构中吸引线圈的电流转换成电磁力，带动触头动作，完成通断电路的控吸引线圈的电流转换成电磁力，带动触头动作，完成通断电路的控制作用。制作用。电磁机构的组成：电磁机构的组成：电磁机构由铁心、衔铁和线

17、圈等几部分组成电磁机构由铁心、衔铁和线圈等几部分组成10/26/202210/26/202210工作原理：工作原理：当线圈中有工作电流通过时，电磁吸力克服弹簧的反作当线圈中有工作电流通过时，电磁吸力克服弹簧的反作用力，使得衔铁与铁心闭合，出连接机构带动相应的触头动作用力，使得衔铁与铁心闭合，出连接机构带动相应的触头动作1动触头动触头 2静触头静触头 3衔铁衔铁4弹簧弹簧5线圈线圈 6铁心铁心 7垫毡垫毡 8触头弹簧触头弹簧 9灭弧罩灭弧罩 10触头压力弹簧触头压力弹簧10/26/202210/26/20221110/26/202210/26/202212从常用铁心纳衔铁运动形式上看，铁心主要可

18、分为拍台式和直动式从常用铁心纳衔铁运动形式上看，铁心主要可分为拍台式和直动式两大类两大类 如图所示如图所示固固11a为衔铁沿棱角转动的拍合式铁心。其铁心材料由电工软铁为衔铁沿棱角转动的拍合式铁心。其铁心材料由电工软铁制成，它广泛用于直流电器中。制成，它广泛用于直流电器中。图图11b为衔铁沿铀转动的拍合式铁心，铁心形状有为衔铁沿铀转动的拍合式铁心，铁心形状有E形和形和U形两种，形两种，其铁心材料由硅钢片叠成多用于触头容量较大的交流电器中其铁心材料由硅钢片叠成多用于触头容量较大的交流电器中.图图11c为衔铁直线运动的双为衔铁直线运动的双E形直动式铁心，它也是由硅钢片叠形直动式铁心，它也是由硅钢片叠

19、z制而成的，多用于触头为中、小容量的交流接触器和继电器中。制而成的，多用于触头为中、小容量的交流接触器和继电器中。注意：在交流电流产生的交变磁场中，为避免因磁通过零点造成衔注意：在交流电流产生的交变磁场中，为避免因磁通过零点造成衔铁的抖动，需在交流电器铁心的端部开槽，嵌入一铜短路环，使环铁的抖动，需在交流电器铁心的端部开槽，嵌入一铜短路环，使环内感应电流产生的磁通与环外磁通不同时过零使电磁吸力内感应电流产生的磁通与环外磁通不同时过零使电磁吸力F总是总是大于弹簧的反作用力，因而可以消除交流铁心的抖动。大于弹簧的反作用力，因而可以消除交流铁心的抖动。10/26/202210/26/202213衔铁

20、沿棱角转动衔铁沿棱角转动的拍合式铁心的拍合式铁心衔铁沿轴转动的衔铁沿轴转动的拍合式铁心拍合式铁心衔铁直线运动的衔铁直线运动的双双E形直动铁心形直动铁心10/26/202210/26/202214二、触头系统二、触头系统触头的作用是接通或分断电路，因此要求触头要具有良好的接触性触头的作用是接通或分断电路，因此要求触头要具有良好的接触性能，电流容量较小的电器能，电流容量较小的电器(如接触器、继电器等如接触器、继电器等)常采用银质材料作常采用银质材料作触头，这是因为银的氧化膜电阻率与纯银相似，可以避兔触头表面触头，这是因为银的氧化膜电阻率与纯银相似，可以避兔触头表面氧化膜电阻率增加而造成接触不良。氧

21、化膜电阻率增加而造成接触不良。触头的结构有桥式和指式两类。触头的结构有桥式和指式两类。图图l2为桥式结构为桥式结构。桥式触头又分。桥式触头又分为点接触式和面接触式，点接触式适用于电流不大的场合，面接触为点接触式和面接触式，点接触式适用于电流不大的场合，面接触式适用于电流较大的场合。式适用于电流较大的场合。因指形触头在接通与分断时产生滚动摩擦，可以去掉氧化膜，故其因指形触头在接通与分断时产生滚动摩擦，可以去掉氧化膜，故其触头可以用紫铜制造，待别适合于触头分合次数多、电流大的场合触头可以用紫铜制造，待别适合于触头分合次数多、电流大的场合动画演示动画演示10/26/202210/26/2022151

22、0/26/202210/26/20221610/26/202210/26/202217三、灭弧系统三、灭弧系统触头在分断电流瞬间，在触头间的气隙中就会产生电弧，电弧的高触头在分断电流瞬间，在触头间的气隙中就会产生电弧，电弧的高温能将触头烧损，并可能造成其它事故，因此，应采用适当措施迅温能将触头烧损，并可能造成其它事故，因此，应采用适当措施迅速熄灭电弧。速熄灭电弧。熄灭电弧的主要措施有：熄灭电弧的主要措施有：1.迅速增加电弧长度迅速增加电弧长度(拉长电弧拉长电弧)，使得单位长度内维持电弧燃烧的，使得单位长度内维持电弧燃烧的电场强度不够而使电弧熄灭。电场强度不够而使电弧熄灭。2.使电弧与流体介质或

23、固体介质相接触，加强冷却和去游离作用，使电弧与流体介质或固体介质相接触，加强冷却和去游离作用，使电弧加快熄灭。电弧有直流电弧相交流电弧两类，交流电流有自使电弧加快熄灭。电弧有直流电弧相交流电弧两类，交流电流有自然过零点，故其电弧较易熄灭。然过零点，故其电弧较易熄灭。10/26/202210/26/202218低压控制电器常用的具体灭弧方法有：低压控制电器常用的具体灭弧方法有：1)机械灭弧机械灭弧：通过机械装置将电弧迅速拉长。通过机械装置将电弧迅速拉长。2)磁吹灭弧磁吹灭弧：在一个与触头串联的磁吹线圈产生的磁场作用下，在一个与触头串联的磁吹线圈产生的磁场作用下，电弧受电磁力的作用而拉长，被收入由

24、固体介质构成的灭弧罩内，电弧受电磁力的作用而拉长，被收入由固体介质构成的灭弧罩内，与固体介质相接触，电弧被冷却而熄灭。与固体介质相接触，电弧被冷却而熄灭。3)窄缝窄缝(纵缝纵缝)灭弧法：灭弧法：在电弧所形成的磁场电动力的作用下，可在电弧所形成的磁场电动力的作用下，可使电弧拉长并进入灭弧罩的窄使电弧拉长并进入灭弧罩的窄(纵纵)缝中，几条纵缝可将电弧分割成缝中，几条纵缝可将电弧分割成数段且与固体介质相接触，电弧便迅速熄灭。数段且与固体介质相接触，电弧便迅速熄灭。4)栅片灭弧法：栅片灭弧法：当触头分开时，产生的电弧在电动力的作用下被当触头分开时，产生的电弧在电动力的作用下被推入一组金属栅片中而被分割

25、成数段，彼此绝缘的金属栅片的每一推入一组金属栅片中而被分割成数段，彼此绝缘的金属栅片的每一片都相当于一个电极。因而就有许多个阴阳极压降。片都相当于一个电极。因而就有许多个阴阳极压降。如图所示如图所示10/26/202210/26/20221910/26/202210/26/202220第三节第三节 接触器接触器定义：定义：电力拖动和自动控制电力拖动和自动控制系统中使用量大，涉及面广系统中使用量大，涉及面广的一种的一种低压自动控制电器低压自动控制电器，用来频繁地用来频繁地接通和分断交、接通和分断交、直流主回路和大容量控制电直流主回路和大容量控制电路。路。一、结构及原理一、结构及原理10/26/2

26、02210/26/202221动铁心（衔铁）动铁心（衔铁）静铁心静铁心电磁线圈电磁线圈按按所控制电路所控制电路 主触点主触点 辅助触点辅助触点按原始状态按原始状态 常开触点常开触点 常闭触点常闭触点灭弧罩灭弧罩灭弧栅灭弧栅磁吹灭弧装置磁吹灭弧装置电磁机构电磁机构：将电磁能转换将电磁能转换成机械能，产生电磁吸力成机械能，产生电磁吸力带动触点动作带动触点动作.触点：触点：接触器的执行元件，接触器的执行元件，用来接通或断开被控制电用来接通或断开被控制电路。路。灭弧装置：灭弧装置：熄灭触点分断熄灭触点分断电流瞬间触点之间气隙中电流瞬间触点之间气隙中产生的电弧。产生的电弧。其它：其它：包括包括释放弹簧机

27、构、释放弹簧机构、支架与底座等。支架与底座等。基基本本结结构构10/26/202210/26/202222工作原理：工作原理：当当电磁线圈通电电磁线圈通电后，线圈电流产生磁场，使静后，线圈电流产生磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触点动作，铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触点动作，使常闭触使常闭触点断开，常开触点闭合，点断开，常开触点闭合，两者是联动的。两者是联动的。当线圈断电时当线圈断电时，电磁力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，电磁力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触点复原，使触点复原，即常开触点断开，常闭触点闭合即常开触点断开，常闭触点闭合动画演示动画演示10/26/2022

28、10/26/202223二、接触器分类及特点二、接触器分类及特点1.交流接触器：交流接触器：线圈通以交流电，主触点接通、切断交流线圈通以交流电，主触点接通、切断交流主电路。主电路。交变磁通穿过铁心，产全涡流和磁滞损耗，使铁心交变磁通穿过铁心，产全涡流和磁滞损耗，使铁心发热。发热。铁心用硅钢片冲压而成以减少铁损。铁心用硅钢片冲压而成以减少铁损。线圈做成短而粗的圆筒状绕在骨架上以便于散热。线圈做成短而粗的圆筒状绕在骨架上以便于散热。铁心端面上安装铜制的短路环，以防止交变磁通使铁心端面上安装铜制的短路环，以防止交变磁通使衔铁产生强烈振动和噪声。衔铁产生强烈振动和噪声。灭弧装置通常采用灭弧罩和灭弧栅。

29、灭弧装置通常采用灭弧罩和灭弧栅。10/26/202210/26/2022242.直流接触器：直流接触器：线圈通以直流电，主触点接通、切断直流线圈通以直流电，主触点接通、切断直流主电路。主电路。不产全涡流和磁滞损耗，铁心不发热。不产全涡流和磁滞损耗，铁心不发热。铁心用整块钢制成。铁心用整块钢制成。线圈制成长而薄的圆筒状。线圈制成长而薄的圆筒状。250A以上的直流接触器采用串联双绕组线圈。以上的直流接触器采用串联双绕组线圈。灭弧装置通常采用灭弧能力较强的磁吹灭弧装置。灭弧装置通常采用灭弧能力较强的磁吹灭弧装置。10/26/202210/26/202225三、主要技术参数三、主要技术参数线圈电压线圈

30、电压主触点额定电流、额定电压主触点额定电流、额定电压辅助触点额定电流、对数辅助触点额定电流、对数接触器极数接触器极数接触器机械寿命、电寿命接触器机械寿命、电寿命见见P7表表11和和12以及附录以及附录A10/26/202210/26/202226四、接触器的选用四、接触器的选用1.控制交流负载应选用交流接触器；控制直流负载则选控制交流负载应选用交流接触器；控制直流负载则选用直流接触器。用直流接触器。2.接触器的使用类别应与负载性质相一致。接触器的使用类别应与负载性质相一致。3.主触头的额定工作电压应大于或等于负载电路的电压。主触头的额定工作电压应大于或等于负载电路的电压。4.主触头的额定工作电

31、流应大于或等于负载电路的电流；主触头的额定工作电流应大于或等于负载电路的电流；还要注意的是接触器主触头的额定工作电流是在规定条件还要注意的是接触器主触头的额定工作电流是在规定条件下下(额定工作电压、使用类别、操作频率等额定工作电压、使用类别、操作频率等)能够正常工作能够正常工作的电流值，当实际使用条件不同时，这个电流值也将随之的电流值，当实际使用条件不同时，这个电流值也将随之改变。改变。10/26/202210/26/2022275.吸引线圈的额定电压应与控制回路电压相一致，接触吸引线圈的额定电压应与控制回路电压相一致，接触器在线圈额定电压器在线圈额定电压85及以上时应能可靠地吸合。及以上时应

32、能可靠地吸合。6.主触头和辅助触头的数量应能满足控制系统的需要。主触头和辅助触头的数量应能满足控制系统的需要。五、规格型号五、规格型号10/26/202210/26/20222810/26/202210/26/20222910/26/202210/26/202230实物展示实物展示CJTI系列交流接触器系列交流接触器10/26/202210/26/202231CJ20系列交流接触器系列交流接触器10/26/202210/26/202232CJ24系列交流接触器系列交流接触器10/26/202210/26/202233CJ40系列交流接触器系列交流接触器10/26/202210/26/202234CZ0直流接触器直流接触器10/26/202210/26/202235本节课结束本节课结束10/26/202210/26/202236