PLC第1章电气控制系统设计.ppt

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1、第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用1、低压电器的基本结构、原理、用途、图形和文字符号。2、电动机点动运行电气控制设计。3、电动机连续运行电气控制设计。4、电动机正反转电气控制设计。2021/9/151第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用1、按照控制任务的要求，设计电气原理图、绘制电气安装接线图、进行元器件的接线。2、正确选择和使用开关、控制按钮、接触器、继电器、熔断器、自动空气断路器等元器件。3、借助电工工具和仪器仪表查找故障点，分析故障原因。4、培养分析问题、解决问题的能力，增强动手实践能 2021/9/152第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理

2、与应用原理与应用 本章通过三相交流电动机的点动运行、连续运行、正反转、星角降压启动电气控制系统设计的实现过程，熟悉电动机的控制方式，掌握根据电气原理图进行电气安装的过程。现代化工业生产中的大多数机械设备都是通过电动机进行拖动的，要使电动机按照控制要求正常地运转，就要安装具备相应控制功能的电气线路，这些电路无论是简单还是复杂，一般都是由点动、正反转、自锁等基本控制线路组合而成的。2021/9/153第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用1.1 电动机点动电气控制设计1控制要求给定一台三相交流异步电动机M，设计其点动控制线路并选择电气元件。控制要求为：当按下启动按钮，电动机启动运

3、行；松开启动按钮，电动机停止运行。2设计目的认识控制系统中常用的电气元件，根据控制要求设计电气原理图并进行电气接线。3设计条件电工通用工具：测电笔、旋具、尖嘴钳、斜口钳、剥线钳、电工刀、兆欧表、钳形电流表、万用表。电器元件：三相异步电动机1台、组合开关1只（低压断路器1只）、低压熔断器5只、三联按钮1个、接触器1只、接线端子排1个、导线若干。2021/9/154第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用4设计内容及安装操作(1)绘制电气原理图。(2)对控制线路进行元器件安装接线和操作。(3)检查无误，通电调试运行。2021/9/155第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用

4、原理与应用5工艺要求(1)各元件的安装位置应整齐、匀称，间距合理，便于元件的更换。(2)布线通道要尽可能少。(3)主电路用黑色线，控制电路用红色线，接地线用黄绿双色线。(4)同一平面的导线应高低一致或前后一致，不能交叉，若非交叉不可，则该导线应在接线端子引出时，水平架空跨越，但必须走线合理。(5)布线应横平竖直，分布均匀，变换走向时应垂直转向。(6)布线时严禁损伤线芯和导线绝缘。(7)布线顺序一般以接触器为中心，由里向外，由低至高，先控制线路后主电路，以不妨碍后续布线为原则。(8)通电试运行前，必须征得老师的同意，并由老师接通三相电源L1、L2、L3，同时要有老师在现场监护。2021/9/15

5、6第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用6注意事项(1)电动机使用的电源电压和绕组的接法，必须与铭牌上规定的一致。(2)接线时，必须先接负载端，后接电源端；先接接地线，后接三相电源线。(3)必须在认真检查安装完毕的控制线路后，才允许通电试运行。(4)电动机外壳必须接地。(5)训练应在规定的时间内完成。2021/9/157第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用1.1.1 电动机与开关、按钮、接触器 工业生产中常用电动机有三相交流异步电动机、直流电机、工业生产中常用电动机有三相交流异步电动机、直流电机、伺服电机、步进电机。伺服电机、步进电机。本书所讲述的电动机驱

6、动主要指三相交流异步电动机本书所讲述的电动机驱动主要指三相交流异步电动机。2021/9/158第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用1三相交流异步电动机介绍1)三相交流异步电动机的结构三相交流异步电动机由定子(固定部分)和转子(旋转部分)两部分组成。三相交流异步电动机的结构如图1.1所示。定子由铁心、绕组、机座三部分组成。定子铁心是电动机磁路的一部分，它由硅钢片叠压而成，片与片之间是绝缘的，以减少涡流损耗。硅钢片内圆上有均匀槽口，用于安装定子绕组。机座主要用于固定与支撑定子铁心，一般用铸铁或钢板制成。2021/9/159第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用

7、图1.1 三相异步电动机的结构1轴承盖；2端盖；3接线盒；4散热筋；5定子铁心；6定子绕组；7转轴；8转子；9风扇；10罩壳；11轴承；12机座2021/9/1510第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用 三相异步电动机的定子绕组，每相都由许多线圈所组成。定子绕组的首端和末端通常都接在电动机接线盒内的接线柱上，一般按图1.2所示的方法排列，这样可以很方便地接成星形(见图1.3)或三角形(见图1.4)。图1.2 定子绕组接线方式 图1.3 定子绕组星形连接 图1.4 定子绕组三角形连接 2021/9/1511第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用 三相异步电动

8、机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组三相异步电动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。转子铁心是由硅钢片叠压面成，硅钢片外圆上有均匀的成。转子铁心是由硅钢片叠压面成，硅钢片外圆上有均匀的槽口，用来嵌入转子绕组，转子铁心与定子铁心构成闭合磁槽口，用来嵌入转子绕组，转子铁心与定子铁心构成闭合磁路。转轴用来支撑转子旋转，保证定子与转子间有均匀的气路。转轴用来支撑转子旋转，保证定子与转子间有均匀的气隙。转子绕组由熔铝浇铸而成，形似鼠笼，所以又被称为笼隙。转子绕组由熔铝浇铸而成，形似鼠笼，所以又被称为笼型转子，如图型转子，如图1.51.5所示。所示。图1.5 三相异步电动机笼形转子绕组(a)铜条绕组；

9、(b)转子外形；(c)铝铸的转子2021/9/1512第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用2)三相交流异步电动机的额定值 三相交流异步电动机和直流电动机一样，机座上都有一个铭牌，铭牌上标注着额定数据。这些数据主要有以下几个。(1)额定功率PN这是指电动机在额定运行时轴上输出的机械功率，单位为kW。(2)额定电压UN这是指额定运行时加在定子绕组上的线电压，单位为V。(3)额定电流IN这是指电动机定子绕组加上额定频率的额定电压，且轴上输出额定功率时定子绕组的线电流，单位为A。(4)额定频率fN我国规定标准工业用电的频率为50Hz。(5)额定转速nN指电动机定子绕组加上额定频率的

10、额定电压，且轴上输出额定功率时转子的转速，单位为r/min。(6)额定功率因数指电动机在额定运行时定子的功率因数。则三相异步电动机的功率为式中N为电动机的额定效率。此外，铭牌上还标明了绝缘等级、温升、工作方式与绕组接法等。额定数据是选择、使用电机的重要依据。2021/9/1513第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用2常用低压控制电器分类 低压电器的发展，取决于国民经济的发展和现代工业自动化发展的需要，以及新技术、新工艺、新材料研究与应用，目前正朝着高性能、高可靠性、小型化、数模化、模块化、组合化和零部件通用化的方向发展。总的来说，低压电器是成套电气设备的基本组成元件。在工业

11、、农业、交通、国防以及日常生活中，大多数采用低压供电，因此电器元件的质量将直接影响到低压供电系统的可靠性。我国现行标准将工作电压交流1200V、直流1500V及以下电压的电器称为低压电器，其用途是对供电及用电系统进行开关、控制、调节和保护。低压电器的种类繁多，工作原理各异，因而有不同的分类方法。以下介绍三种分类方式。2021/9/1514第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用1)按用途和控制对象可分为配电电器和控制电器低压配电电器。这类电器主要用于低压供电系统，包括刀开关、转换开关、隔离开关、空气断路器和熔断器等。对配电电器的主要技术要求是断流能力强、限流效果好；在系统发生故

12、障时保护动作准确、工作可靠；有足够的热稳定性和动稳定性。低压控制电器。这类电器主要用于电力拖动及自动控制系统，包括接触器、控制按钮和各种控制继电器等。对控制电器的主要技术要求是操作频率高、电器和机械寿命长、有相应的转换能力。2021/9/1515第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用2)按操作方式可分为自动电器和手动电器自动电器。通过电磁(或压缩空气)做功来完成接通、分断、启动、反向和停止等动作的电器称为自动电器。常用的自动电器有接触器、继电器等。手动电器。通过人力做功来完成接通、分断、启动、反向和停止等动作的电器称为手动电器。常用的手动电器有刀开关、转换开关和控制按钮等。3

13、)按工作原理可分为电磁式电器和非电量控制电器电磁式电器。这类电器是根据电磁感应原理进行工作的，它包括交直流接触器、电磁式继电器等。非电量控制电器。这类电器是以非电物理量作为控制量进行工作的，它包括按钮开关、行程开关、刀开关、热继电器、速度继电器等。2021/9/1516第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用 另外，低压电器按工作条件还可划分为一般工业电器、船另外，低压电器按工作条件还可划分为一般工业电器、船用电器、化工电器、矿用电器、牵引电器及航空电器等几类，用电器、化工电器、矿用电器、牵引电器及航空电器等几类，对不同类型低压电器的防护形式、耐潮湿、耐腐蚀、抗冲击对不同类型低

14、压电器的防护形式、耐潮湿、耐腐蚀、抗冲击等性能的要求不同。等性能的要求不同。2021/9/1517第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用3刀开关 刀开关又称刀闸，属于控制电器，是手动电器中结构最简单的一种，广泛用于各种供电线路和配电设备中，也用于不频繁地接通、分断容量较小的低压供电线路或启动小容量的三相异步电动机中作为电源隔离开关，其熔体可起到短路保护作用。2021/9/1518第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用1)结构、电路符号和型号规格刀开关外形如图1.6所示。图1.6 刀开关的外形2021/9/1519第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用

15、原理与应用 一般刀开关的结构如图1.7所示，转动手柄(操作杆)后，刀极(动触头)即与刀夹座(静触头)相连接或分离，从而接通或断开电路。图1.7 一般刀开关在电气传动控制系统中刀开关的电路符号如图1.8所示。图1.8 刀开关图形电路符号(a)一般图形符号；(b)手动符号；(c)三极单投刀开关符号2021/9/1520第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用单投刀开关的型号规格如图1.9所示。图1.9 单投刀开关的型号规格设计代号：11中央手柄式；12侧方正面杠杆操作机构式；13中央正面杠杆操作机构式；14侧面手柄式。刀开关的种类很多。按刀的极数可分为单极、双极和三极；按刀的转换方

16、向可分为单投和双投；按灭弧装置情况可分为带灭弧罩和不带灭弧罩；按操作形式可分为直接手柄操作式和远距离连杆操作式。常用的刀开关有开启式负荷开关、封闭式负荷开关等。2021/9/1521第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用2)选用方法 开启式负荷开关用于照明负载时，选用额定电压为220V或250V、额定电流稍大于负载电流的两极刀开关。开启式负荷开关用于电动机直接启动时，选用额定电压为380V或500V、额定电流大于或等于电动机额定电流3倍的三极刀开关。封闭式负荷开关额定电流应大于或等于电动机额定电流的3倍，额定电压应大于线路的工作电压。2021/9/1522第1章 电气控制系统

17、设计PLCPLC原理与应用原理与应用4组合开关 刀开关作为电源隔离用的配电电器是恰当的，但在小电流的情况下用它作为线路的接通、断开和换接控制时就显得不太灵巧和方便，所以在机床等设备上广泛地采用组合开关(又称转换开关)来代替刀开关。组合开关由多节触点组合而成，结构紧凑、安装面积小、寿命长、灭弧性能较好、操作不是用手扳动而是用手拧转，故操作方便、省力。组合开关可根据接线方式的不同而组合成各种类型，如：同时通断型、交替通断型、两位转换型和四位转换型等。组合开关有HZ1、HZ2、HZ3、HZ4、HZ5、HZ10等系列产品。其中HZ10系列组合开关具有寿命长、使用可靠、结构简单等优点，可用作交流50Hz

18、、380V以下和直流220V及以下的电源引入开关，也可以用于5.5kW以下小功率电动机的直接启动、停止、正反转和调速控制，以及机床照明电路的控制。2021/9/1523第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用组合开关的外形如图1.10所示。图1.10 组合开关的外形2021/9/1524第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用2021/9/1525第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用 万能转换开关2021/9/1526第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用1)组合开关的结构 图1.11为常用HZ10系列组合开关的示例图。组合

19、开关由动触头、静触头、绝缘方轴、手柄、凸轮和外壳等部分组成。它的动静触片分别叠装在数层绝缘垫板内组成双断点桥式结构。而动触头又套装在有手柄的绝缘方轴上，方轴随手柄而旋转。于是每层动触头随方轴转动而变化位置来与静触头分断和接触。组合开关的顶盖部分由凸轮、弹簧及手柄等零件构成操作机构，这个机构由于采用了弹簧储能，使开关快速闭合及分断，且组合开关的分合速度与手柄的旋转速度无关，有利于灭弧。图1.11 HZ10系列组合开关(a)结构；(b)通断示意；(c)图形、文字符号2021/9/1527第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用2)组合开关的规格及型号含义 组合开关应根据电源种类、电

20、压等级、所需触头数和额定电流进行选用。用于三相异步电动机的开关在直接启动时，应注意组合开关的额定电流必须不小于电动机额定电流的3倍，并需另外配置熔断器。HZ10系列组合开关的额定电压为380V(直流220V)，额定电流分别有10A、25A、60A和100A等多种，极数有二极和三极。组合开关型号规格如图1.12所示。图1.12 组合开关型号规格2021/9/1528第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用瓷插式熔断器瓷插式熔断器5 5 低压熔断器低压熔断器2021/9/1529第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用螺旋式熔断器螺旋式熔断器 填料填料-石英砂石英砂

21、2021/9/1530第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用有填料式熔断器有填料式熔断器 填料填料-石英砂石英砂2021/9/1531第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用无填料密封式熔断器无填料密封式熔断器2021/9/1532第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用快速熔断器快速熔断器2021/9/1533第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用自恢复熔断器自恢复熔断器2021/9/1534第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用1)熔断器的特点与分类 熔断器是一种低压电路和电动机控制电路中最常用的保护电器

22、。它具有结构简单、使用方便、价格低廉、控制有效的特点。熔断器串联在电路中使用，当电路或用电设备发生短路或过载时，熔体能自身熔断，切断电路，阻止事故蔓延，因而能实现短路或过载保护，无论是在强电系统或弱电系统中都得到广泛的应用。熔断器按结构可分为开启式、半封闭式和封闭式三种。封闭式熔断器又可分为有填料管式、无填料管式及有填料螺旋式等。熔断器按用途可分为：一般工业用熔断器；保护硅元件用快速熔断器；具有两段保护特性、快慢动作熔断器；特殊用途熔断器，如直流牵引用熔断器、旋转励磁用熔断器以及有限流作用并熔而不断的自复式熔断器等。2021/9/1535第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用

23、熔断器的外形如图1.13所示。图1.13 熔断器的外形2021/9/1536第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用2)熔断器的作用原理及主要特性(1)熔断器的作用原理 熔断器主要由熔体(俗称保险丝)和安装熔体的熔管(或熔座)组成。熔体一般由熔点较低、电阻率较高的合金或铅、锌、铜、银、锡等金属材料制成丝或片状。熔管是由陶瓷、玻璃纤维等绝缘材料做成，在熔体熔断时还兼有灭弧作用。熔体串联在电路中，当电路的电流为正常值时，熔体由于温度低而不熔化。如果电路发生短路或过载时，电流大于熔体的正常发热电流，熔体温度急剧上升，超过熔体金属的熔点而熔断，分断故障电路，从而保护了电路和设备。熔断器

24、断开电路的物理过程可分为以下四个阶段：熔体升温阶段、熔体熔化阶段、熔体金属汽化阶段以及电弧的产生与熄灭阶段。2021/9/1537第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用(2)熔断器的主要特性安秒特性。它表示熔断时间t与通过熔体的电流I的关系，熔断器的安秒特性如图1.14所示。熔断器的安秒特性为反时限特性，即短路电流越大，熔断时间越短，这就能满足短路保护的要求。在特性中，有一个熔断电流与不熔断电流的分界线，与此相应的电流称为最小熔断电流IR。熔体在额定电流下，绝不应熔断，所以最小熔断电流必须大于额定电流。极限分断能力。通常是指在额定电压及一定的功率因数(或时间常数)下切断短路电

25、流的极限能力，用极限断开电流值(周期分量的有效值)来表示。熔断器的极限分断能力必须大于线路中可能出现的最大短路电流值。图1.14 熔断器的安秒特性 2021/9/1538第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用(3)熔断器的符号及型号所表示的意义熔断器在电气原理图中的图形符号及文字符号如图1.15所示。图1.15 熔断器的符号 熔断器的型号规格如图1.16所示，其中形式的表示如下：C为瓷插式；L为螺旋式；M为无填料式；T为有填料式；S为快速式；Z为自复式。如RC1A-60为瓷插式熔断器，额定电流为60A，其中1为设计序号，A表示结构改进代号。又如RL1-60/50为螺旋式熔断器

26、，熔断器额定电流为60A，所装熔体的额定电流为50A。图1.16 熔断器的型号规格2021/9/1539第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用(4)熔断器的选用 在选用熔断器时，应根据被保护电路的需要，首先确定熔断器的形式，然后选择熔体的规格，再根据熔体确定熔断器的规格。熔断器形式的选择。熔断器形式的选择要根据线路的要求和安装条件而定，例如在墙上明装的配电板上，常采用RC1A系列的瓷插式熔断器，因为它没有明露的带电部分；在具有较大短路电流的电力输配电系统中必须采用RT0系列的有填料封闭管式熔断器，因为它的分断能力最强。2021/9/1540第1章 电气控制系统设计PLCPLC

27、原理与应用原理与应用熔体额定电流的选择。熔体额定电流的选择应同时满足正常负荷电流和启动尖峰电流两个条件。这就要求选用的熔体在电动机启动过程中或在线路合闸送电瞬间有冲击电流作用的情况下，熔体不被熔断，同时又能保证在线路或用电设备过载至一定数值或短路时，在一定时间内熔断。在选择熔体额定电流时，还应注意以下几个方面：熔体的额定电流在线路上应由前级至后级逐渐减小，否则会出现越级动作现象；另外也不应超过线路上导线的允许载流量；与电度表相连的熔断器，熔体的额定电流应小于电度表的额定电流。2021/9/1541第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用熔断器电压及电流的选择。其要求如下。熔断器

28、的额定电压必须大于或等于线路的工作电压。熔断器的额定电流必须大于或等于所装熔体的额定电流。熔断器的维护。运行中的熔断器应经常进行巡视检查，巡视检查的内容有：负荷电流应与熔体的额定电流相适应；有熔断信号指示器的熔断器应检查信号指示是否弹出；与熔断器连接的导体、连接点以及熔断器本身有无过热现象，连接点接触是否良好；熔断器外观有无裂纹、脏污及放电现象；熔断器内部有无放电声。在检查中，若发现有异常现象，应及时修复，以保证熔断器的安全运行。2021/9/1542第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用更换熔体时的安全注意事项。熔体熔断后，应首先查明熔体熔断的原因，排除故障。熔体熔断的原因

29、是由于过载还是短路可根据熔体熔断的情况进行判断。熔体在过载下熔断时，响声不大，熔丝仅在一两处熔断，变截面熔体只有小截面熔断，熔管内没有烧焦的现象；熔体在短路下烧断时响声很大，熔体熔断部位大，熔管内有烧焦的现象。根据熔断的原因找出故障点并予以排除。更换的熔体规格应与负荷的性质及线路电流相适应。另外，更换熔体时，必须停电更换，以防触电。2021/9/1543第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用6控制按钮控制按钮简称按钮，是一种用来接通或分断小电流电路的低压手动电器，结构简单且应用广泛，属于控制电器。在低压控制系统中，手动发出控制信号，可远距离操作各种电磁开关，如继电器如接触器等

30、，转换各种信号电路和电气联锁电路。按钮的外形如图1.17所示。图1.17 按钮的外形2021/9/1544第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用控制按钮控制按钮不直接控制主电路2021/9/1545第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用2021/9/1546第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用1)控制按钮的结构 控制按钮一般由按钮帽、复位弹簧、桥式动触头、静触头和外壳等组成。由动触头和静触头组合成具有动合触头与动断触头的复合式结构。图1.18是控制按钮外形、结构示意图和图形与文字符号。按下按钮帽，动触头和下面的静触头闭合而与上面的静触头断

31、开，从而同时控制了两条电路；松开按钮帽，则在弹簧的作用下使触头恢复原位。按钮的触头允许通过的电流很小，一般不超过5A。图1.18 按钮外形结构、图形与文字符号(a)按钮外形；(b)按钮结构；(c)图形与文字符号1接线柱；2按钮帽；3复位弹簧；4常闭静触头；5常开静触头2021/9/1547第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用2)控制按钮的型号 通常控制按钮有单式、复式和三联式三种类型。主要产品有LA18、LA19和LA20系列。LA18系列采用积木式结构，其触头数量可根据需要拼装，一般装成两个动合两个动断形式；还可按需要装一动合一动断至六动合六动断形式。从控制按钮的结构形式

32、来分类，可将其分为开户式、旋钮式、紧急式与钥匙式等形式。LA20系列有带指示灯和不带指示灯两种。为识别各个按钮的作用，以避免误操作，通常在按钮帽上涂以不同的颜色，以示区别。常以绿色表示启动按钮，而红色表示停止按钮。2021/9/1548第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用按钮型号规格的含义如图1.19所示。图1.19 按钮型号规格其中机构代号的含义如下。K：开启式；H：保护式；S：防水式；F：防腐式；J：紧急式；D：带指示灯式；X：旋钮式；Y：钥匙式3)控制按钮的选择 控制按钮主要根据使用场合、被控电路所需要的触点数、触点形式及按钮的颜色等因素综合考虑来选用。使用前应检查按

33、钮动作是否灵活，弹性是否正常，触点接触是否良好可靠。由于按钮触点间距较小，因此应注意触点间的漏电或短路情况。2021/9/1549第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用7接触器 自动电器含有电磁铁或其他动力机构，它按照指令、信号或参数变化而自动动作，使工作电路接通和切断，如接触器、继电器等，从而实现以小电流低压控制电路控制高压大电流主电路。接触器是一种通过电磁机构动作，频繁地接通和切断主电路或大容量控制电路的电器。它广泛地用于控制电动机和其他电力负载，如电焊机、电热器、照明灯和电容器组等。由于在控制系统中要求接触器的操作频率很高，如每小时300次、600次，甚至高达3000次

34、，因此为了保证一定的使用期限，接触器必须有足够长的机械寿命和电气寿命。2021/9/1550第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用接触器的外形如图1.20所示。图1.20 接触器的外形 接触器的种类很多，按工作原理的不同可分为电磁式、气动式和液压式三种。这里主要研究电磁式接触器。按控制主回路的电源种类可分为交流接触器和直流接触器两种：励磁线圈为直流，主触头用来接通或断开直流电路的为直流接触器；励磁线圈为交流，主触头用来接通或断开交流电路的称为交流接触器。此外还有励磁线圈为直流，主触头用来控制交流电路的称为交直流接触器。2021/9/1551第1章 电气控制系统设计PLCPLC

35、原理与应用原理与应用 接触器有主触头和辅助触头。主触头用来开闭大电流的主电路，辅助触头用于开闭小电流的控制电路。根据极数的不同可分为单极接触器和多极接触器。直流接触器一般分为单极和双极的，交流接触器大多数是三极的，四极、五极接触器用于多速电动机控制或者自耦降压启动器的自动控制。1)接触器的结构接触器主要由电磁系统、触头(触点)系统和灭弧装置三个部分组成，结构简图如图1.21所示。图1.21 接触器结构简图1主触头；2常闭辅助触头；3常开辅助触头；4动铁心；5电磁线圈；6静铁心；7灭弧罩；8弹簧；2021/9/1552第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用2021/9/1553

36、第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用(1)电磁系统。电磁系统包括动铁心(衔铁)、静铁心(注：铁心也作铁芯)和电磁线圈三部分，其作用是将电磁能转换成机械能，产生电磁吸力带动触头动作。电磁系统的结构形式根据铁心形状和衔铁运动方式可分为衔铁绕棱角转动拍合式、衔铁绕轴转动拍合式和衔铁直线运动螺管式三种。电磁系统按铁心形式可分为U形和E形两种。电磁系统按电磁线圈的种类可分为直流线圈和交流线圈两种。2021/9/1554第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用(2)触头系统。触头是接触器的执行元件，用来接通或断开被控制电路。触头的结构形式有很多，按其所控制的电路可分为主

37、触头和辅助触头。主触头用于接通或断开主电路，允许通过较大的电流；辅助触头用于接通或断开控制电路，只能通过较小的电流。主触头也可以用于控制电路中。触头按其原始状态可分为常开(动合)触头和常闭(动断)触头：原始状态时(即线圈未通电时)断开，线圈通电后闭合的触头叫常开触头；原始状态时闭合，线圈通电后断开的触头叫常闭触头。线圈断电后，所有触头均复原。触头按其结构形式可分为桥型触头和指型触头两种。触头按其接触形式可分为点接触、线接触和面接触三种。2021/9/1555第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用(3)灭弧装置 当接触器点切断电路时，如电路中电压超过1012V和电流超过8010

38、0mA，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，通常称之为“电弧”。电弧的出现，既妨碍电路的正常分断，又会使触头受到严重腐蚀，为此，必须采取有效的措施进行灭弧，以保证电路和电气元件工作安全可靠。要使电弧熄灭，应设法降低电弧的温度和电场强度，常用的灭弧装置有灭弧罩、灭弧栅、磁吹灭弧和多纵缝灭弧装置等。2021/9/1556第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用2)接触器的工作原理 接触器的工作原理如下。当励磁线圈通电后，线圈电流将产生磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触头动作：常开触头闭合，常闭触头断开，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失

39、，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触头复原：常开触头断开，常闭触头闭合。2021/9/1557第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用2021/9/1558第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用 根据电路中负载电流的种类选择接触器的类型；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接触器的额定电压应大于或等于负载回路的额定电压；电压；吸引线圈的额定电压应与所接控制电路的额定电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；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额定电流应大于或等于被控主回路的额定电流。接

40、触器的使用选择原则接触器的使用选择原则 2021/9/1559第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用(1)交流接触器。交流接触器线圈通以交流电，主触头接通、分断交流主电路。当交变磁通穿过铁心时，将产生涡流和磁滞损耗，使铁心发热。为减少铁损，铁心用硅钢片冲压而成；为便于散热，线圈做成短而粗的圆筒状绕在骨架上。由于交流接触器铁心的磁通是交变的，故当磁通过零时，电磁吸力也为零，吸合后的衔铁在反力弹簧的作用下将被拉开；磁通过零后电磁吸力又增大，当吸力大于反力时，衔铁又被吸合。这样，交流电源频率的变化，会使衔铁产生强烈振动和噪声，甚至会使铁心松散。因此交流接触器铁心端面上都安装了一个铜

41、制的短路环，短路环包围铁心端面约2/3的面积。交流接触器通常采用灭弧罩和灭弧栅进行灭弧。2021/9/1560第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用(2)直流接触器。直流接触器线圈通以直流电流，主触头接通、切断直流主电路。由于其线圈通以直流电，铁心中不会产生涡流和磁滞损耗，所以不会发热。为方便加工，铁心用整块钢板制成；为使线圈散热良好，通常将线圈绕制成长而薄的圆筒状。直流接触器灭弧较困难，一般采用灭弧能力较强的磁吹灭弧装置来灭弧。2021/9/1561第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用用途：远距离通断直流电路或控制直流电动机的频繁起停。结构：电磁机构、触

42、头系统和灭弧装置。工作原理：与交流接触器基本相同。直流接触器直流接触器 2021/9/1562第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用3)接触器的符号接触器的图形符号、文字符号如图1.22所示。图1.22 接触器图形、文字符号(a)线圈；(b)常开主触头；(c)常闭主触头；(d)常开辅助触头；(e)常闭辅助触头4)接触器的型号及代表意义(1)交流接触器。交流接触器的型号规格，如图1.23所示。图1.23 交流接触器的型号规格2021/9/1563第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用 例如，CJ12-250/3为CJ12系列交流接触器，额定电流为250A，含三

43、个主触点；CJ12T-250/3为CJ12系列改型后的交流接触器，额定电流为250A，含三个主触点。我国生产的交流接触器常用的有CJ1、CJ0、CJ10、CJ12、CJ20等系列产品。CJ0系列是专为机床配套的产品。CJ10系列为一般性负荷的接触器，它主要用于控制笼型异步电动机的启动、运行和停止。CJ12系列是一种能承受较重负荷的AC2使用类别产品，它主要用于控制绕线式电动机的启动、停止和转子电路电阻的切换等。CJ10和CJ12新系列产品中所有受冲击的部件均采用了缓冲装置；合理地减小了触点的开距和行程；运动系统布置合理，结构紧凑；结构连接不用螺钉，维修方便。CJ20系列可供远距离接通或分断电路

44、之用，并适宜于频繁的启动及控制交流电机。2021/9/1564第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用(2)直流接触器。直流接触器的型号规格如图1.24所示。图1.24 直流接触器的型号规格例如，CZ0-40/20为CZ0系列直流接触器，额定电流40A，常开主触点有两个，常闭主触点有0个。直流接触器是用于频繁的操作和控制直流电动机的一种控制元件，常用的有CZ1、CZ3等系列和新产品CZ0系列。新系列接触器具有寿命长、体积小、工艺型号、零部件通用性强等优点。2021/9/1565第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用5)接触器的主要技术数据(1)额定电压。指主触

45、点的额定电压，通常用的电压等级如下。直流接触器：220V、440V、660V。交流接触器：220V、380V、660V。2021/9/1566第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用(2)额定电流。指主触点的额定电流，通常用的额定电流等级如下。直流接触器：25A、40A、60A、100A、150A、250A、400A、600A。交流接触器：5A、10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A、600A。上述电流是指接触器安装在敞开式控制屏上，触点工作不超过额定温升，负载为间断-长期工作制时的电流值。所谓间断-长期工作制是指接触器连续通电时间不超过8小时，

46、若超过8小时，必须空载开闭三次以上，以消除表面氧化膜。如果上述诸条件改变了，就要相应修正其电流值。具体如下：当接触器安装在箱柜内，由于冷却条件变差，电流要降低10%20%使用。当接触器工作于长期工作制，而且通电持续率不超过40%：敞开安装，电流允许提高10%25%使用；箱柜安装，允许提高5%10%使用。介于上述情况之间时，可酌情增减电流。2021/9/1567第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用(3)励磁线圈的额定电压。通常励磁线圈的额定电压等级如下。直流线圈：24V、48V、110V、220V、440V。交流线圈：36V、127V、220V、380V。(4)触头数目。接触

47、器的触头数目能满足控制线路的要求。各种类型的接触器触头数目不同。交流接触器的主触头有三对(常开触头)，一般有四对辅助触头(两对常开、两对常闭)，最多可达到六对(三对常开、三对常闭)；直流接触器主触头一般有两对(常开触头)，辅助触头有四对(两对常开、两对常闭)。接触器线圈电压一般从安全性考虑，可选低一些，但当控制线路简单，所用电器不多时，为了节省变压器，可选380V和220V。2021/9/1568第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用1.1.2 电动机点动控制线路实现过程 在进行电动机点动控制系统设计前，须分成几组完成任务，组内成员制定工作计划。根据所学知识点和控制要求，熟悉

48、电器元件工作原理，进行电气原理图设计，然后进行设备的电气接线，在检查接线正确的情况下通电运行。2021/9/1569第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用1工作过程 为了更好地完成电动机点动控制系统的实现，小组成员应协同编制计划，并协作解决难题，相互之间监督计划的执行与完成情况。小组成员研讨任务，明确点动控制系统的要求，确定控制系统的实现方案。根据系统实现方案，确定完整详细的工作计划。根据小组成员拟定的工作计划，开展工作。由本组成员进行控制系统实现的效果检查。由其他组成员或老师进行评估。2021/9/1570第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用2操作分析现

49、在我们一步步地来实现电动机点动控制的设计。1)实训工具测电笔、旋具、尖嘴钳、斜口钳、剥线钳、电工刀、兆欧表、钳形电流表和万用表。2)实训电器三相异步电动机1台、组合开关1只、低压熔断器5只、三联按钮1个、接触器1只、接线端子排1个、导线若干。2021/9/1571第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用3)绘制电气原理图 点动控制适合于短时间的启动操作，在起吊重物、生产设备调整工作状态时应用。图1.25 点动控制线路原理图 设计采用380V交流异步电动机，用开关(现在实际应用中多采用空气开关)将380V电源接入我们的控制线路，连接电动机的电路称为主电路，此电路通过熔断器FU1经

50、接触器的主触点连接电动机的三相接线端子；连接控制按钮的支路为控制电路，通过熔断器FU2将电源中的两相线路连接到控制电路。点动控制线路原理图如图1.25所示 2021/9/1572第1章 电气控制系统设计PLCPLC原理与应用原理与应用4)绘制安装接线图因为接触器出现在主电路和控制电路中，电气原理图中的接触器是分开绘制的，但实际上页是一个元件，在实际连线时线路要显得凌乱复杂，为便于接线工作的进行，需根据出元件在控制柜中的安装位置来绘制安装接线图。根据需要的电器元件，在图中绘制各个元件的安装位置，按照位置根据电气原理图绘制元件的安装线路图。安装接线图如图1.26所示。图1.26 点动控制线路安装接