第1章工廠電氣控制

第1章工廠電氣控制初步1.1工廠常用電器1.2基本控制電路1.3控制系統(tǒng)實例本章主要內(nèi)容：l核心是掌握繼電器、接觸器、按鈕開關(guān)等常規(guī)控制電器的動作執(zhí)行特點，由此對一般繼電接觸控制電路進行熟練分析和設(shè)計。l

工廠常用電器l

基本控制電路l

控制系統(tǒng)實例返回本章首頁1.1工廠常用電器1.1.1工廠電器基本知識1.1.2工廠常用電器1.1.3電氣圖形返回本章首頁1.1.1工廠電器基本知識1.分類（1）按適用的電壓范圍分類分為低壓電器和高壓電器。（2）低壓電器按所控制的對象分類根據(jù)其控制的對象分為低壓配電電器和低壓控制電器。（3）按所起作用分類依據(jù)電器所起的作用可分為控制電器和保護電器。（4）按動作性質(zhì)分類依據(jù)電器的動作性質(zhì)可分為自動控制電器和非自動控制電器。2.結(jié)構(gòu)及工作原理下面分別以控制按鈕和接觸器為例介紹手動電器和自動電器的結(jié)構(gòu)和工作原理。（1）按鈕按鈕是手動控制電器的一種，用來發(fā)出信號和接通或斷開控制電路。圖1.1是按鈕的結(jié)構(gòu)示意圖和圖文符號，圖（a）中1、2是動斷（常閉）觸點，3，4是動合（常開）觸點，5是復(fù)位彈簧，6是按鈕帽。圖（b）為圖文符號。

（a）結(jié)構(gòu)示意

（b）圖文符號圖1.1按鈕（2）接觸器l

結(jié)構(gòu)及工作原理接觸器是利用電磁吸力的原理工作的，主要由電磁機構(gòu)和觸頭系統(tǒng)組成。電磁機構(gòu)通常包括吸引線圈、鐵心和銜鐵三部分。圖1.2為接觸器的結(jié)構(gòu)示意圖與圖文符號，（a）圖中，1、2，3、4是靜觸點，5、6是動觸點，7、8是吸引線圈，9、10分別是動、靜鐵心，11是彈簧。（b）圖中，1、2之間是常閉觸點，3、4之間是常開觸點，7、8之間是線圈。

（a）結(jié)構(gòu)示意

（b）圖文符號圖1.2接觸器電磁鐵特點根據(jù)吸引線圈通電電流的性質(zhì)分類，電磁鐵分為直流電磁鐵和交流電磁鐵。通常采用短路環(huán)來解決交流電磁鐵的振動問題。短路環(huán)的示意圖如圖1.3所示，其中1為短路環(huán)，2為鐵心。短路環(huán)起到磁通分相的作用，把極面上的交變磁通分成兩個交變磁通，并且使這兩個磁通之間產(chǎn)生相位差，那么它們所產(chǎn)生的吸力間也有一個相位差，這樣，兩部分吸力就不會同時達到零值，當然合成后的吸力就不會有零值的時刻，如果使合成后的吸力在任一時刻都大于彈簧拉力，就消除了振動。圖1.3短路環(huán)滅弧常用的滅弧方法有：拉長電弧、冷卻電弧和將電弧分段。對于電弧較弱的接觸器，只采用滅弧罩即可。電弧較強的接觸器，常采用滅弧柵熄弧。圖1.4是滅弧柵的機構(gòu)圖。圖中1是滅弧室，2和5分別為動、靜觸點，3為金屬柵片，4為電弧。滅弧柵是數(shù)片鋼片制成的柵狀裝置，當觸點斷開發(fā)生電弧時，電弧進入柵片內(nèi)，被分割為數(shù)段，迅速熄滅。圖1.4滅弧柵返回本節(jié)1.1.2工廠常用電器手動控制電器任何設(shè)備都需要操縱者給予一定的指令，才能完成規(guī)定的控制。手動控制電器是自動控制設(shè)備中不可缺少的器件，常用的有刀開關(guān)、按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、行程開關(guān)等。圖1.5是LW6型萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)的圖形符號和觸點合斷表。圖形符號中有6個回路，3個擋位連線下有黑點“·”的，表示這條電路是接通的。在觸點合斷表中用“×”表示被接通的電路，空格表示轉(zhuǎn)換開關(guān)在該位置時此路是斷開的。圖1.5萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)觸點號ⅠⅡⅢ1×××2

××3××

4

××5××

6

××2.自動控制電器（1）接觸器（2）中間繼電器（3）時間繼電器（4）熱繼電器（5）速度繼電器圖1.6為空氣阻尼式通電延時型時間繼電器的結(jié)構(gòu)示意圖和圖文符號。它是利用空氣阻尼的原理來獲得延時的。主要由電磁系統(tǒng)、氣室及觸點系統(tǒng)組成。工作原理：在圖1.6（a）中當線圈11通電時，電磁力克服彈簧14的反作用拉力而迅速將銜鐵向上吸合，銜鐵13帶動杠桿15立即使1、2常閉觸點分斷，3、4常開觸點閉合。

（a）結(jié)構(gòu)示意

（b）圖文符號圖1.6空氣阻尼通電延時型時間繼電器熱繼電器的測量元件通常采用雙金屬片，由兩種具有不同線膨脹系數(shù)的金屬碾壓而成。主動層采用膨脹系數(shù)較高的鐵鎳鉻合金，被動層采用膨脹系數(shù)很小的鐵鎳合金。當雙金屬片受熱后將向被動層方向彎曲，當彎曲到一定程度時，通過動作機構(gòu)使觸點動作。如圖1.7所示，（a）圖是熱繼電器的結(jié)構(gòu)中感受部分的示意圖，（b）圖為圖文符號。在圖1-7（a）中發(fā)熱元件2通電發(fā)熱后，主雙金屬片1受熱向左彎曲，推動導(dǎo)板3向左推動執(zhí)行機構(gòu)發(fā)生一定的運動。電流越大，執(zhí)行機構(gòu)的運動幅度也越大。當電流大到一定程度時，執(zhí)行機構(gòu)發(fā)生躍變，即觸點發(fā)生動作從而切斷主電路。

（a）感受部分結(jié)構(gòu)示意

（b）圖文符號圖1.7熱繼電器速度繼電器用來感受轉(zhuǎn)速。它的感受部分主要包括轉(zhuǎn)子和定子兩大部分，執(zhí)行機構(gòu)是觸頭系統(tǒng)。當被控電機轉(zhuǎn)動時，帶動繼電器轉(zhuǎn)子以同樣速度旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使定子克服外界反作用力轉(zhuǎn)動一定角度，轉(zhuǎn)速越高角度越大。當轉(zhuǎn)速高于設(shè)定值時，速度繼電器的觸點發(fā)生動作，當速度小于這一設(shè)定值時，觸點又復(fù)原。速度繼電器常用于電機的降壓起動和反接制動，其圖文符號如圖1.8所示。圖1.8速度繼電器圖文符號3.保護電器保護電器包括熱繼電器、熔斷器、電磁脫扣器等。熱繼電器是利用電流的熱效應(yīng)來切斷電路的保護電器，它在控制電路中，用作電動機的過載保護，既能保證電動機不超過容許的過載，有可以最大限度地保證電動機的過載能力。當然，首先要保證電動機的正常起動。返回本節(jié)1.1.3電氣圖形文字符號2.端子標記3.電氣圖形1.文字符號表1.1字母符號含義2.端子標記電氣圖中各電器的接線端子用規(guī)定的字母數(shù)字符號標記。按國家標準GB4026—83《電器接線端子的識別和用字母數(shù)字符號標志接線端子的通則》規(guī)定：三相交流電源的引入線用L1、L2、L3、N、PE標記。直流系統(tǒng)電源正、負極、中間線分別用L+、L－與M標記。三相動力電器的引出線分別按U、V、W順序標記。3.電氣圖形常用的電氣圖有系統(tǒng)圖、框圖、電路圖、位置圖和接線圖等。通常，系統(tǒng)圖用于描述系統(tǒng)或成套裝置，如圖1.9所示。框圖用于描述分系統(tǒng)或設(shè)備。國家標準GB6988.3—86《電氣制圖系統(tǒng)圖和框圖》中，具體規(guī)定了繪制系統(tǒng)圖和框圖的方法，并闡述了它的用途。圖1.9系統(tǒng)圖位置圖用來表示成套裝置、設(shè)備中各個項目位置的一種圖。例如，圖1.10為某工廠電器位置圖，圖中詳細地繪制出了電氣設(shè)備中每個電器元件的相對位置，圖中各電器元件的文字代號必須與相關(guān)電路圖中電器元件的代號相同。圖1.10位置圖接線圖是電氣裝備進行施工配線、敷線和校線工作時所應(yīng)依據(jù)的圖樣之一。它必須符合電器裝備的電路圖的要求，并清晰地表示出各個電器元件和裝備的相對安裝與敷設(shè)位置，以及它們之間的電連接關(guān)系。它是檢修和查找故障時所需的技術(shù)文件，如圖1.11所示。在國家標準GB6988.5—86《電氣制圖接線圖和接線表》中詳細規(guī)定了編制接線圖的規(guī)則。圖1.11接線圖返回本節(jié)1.2基本控制電路1.2.1直接起動控制電路1.2.2降壓起動1.2.3數(shù)學(xué)輔助分析法1.2.4電機的制動1.2.5電機的調(diào)速1.2.6順序控制返回本章首頁1.2.1直接起動控制電路單向旋轉(zhuǎn)2.可逆轉(zhuǎn)動3.點動控制4.自動往返運動1.單向旋轉(zhuǎn)三相籠型電動機單向旋轉(zhuǎn)可用開關(guān)或接觸器控制，圖1.12為接觸器控制電路。接觸器控制電路圖中，Q為開關(guān)，F(xiàn)U1、FU2為主電路與控制電路的熔斷器，KM為接觸器，KR為熱繼電器，SB1、SB2分別為起動按鈕與停止按鈕，M為籠型感應(yīng)電動機。圖1.12單向旋轉(zhuǎn)其中的保護環(huán)節(jié)為：1）短路保護。2）過載保護。3）欠壓保護。2.可逆轉(zhuǎn)動在實際生產(chǎn)中常需要運動部件實現(xiàn)正反兩個方向的運動，這就要求拖動電動機能做正反兩方向的運轉(zhuǎn)。從電機原理可知，改變電動機三相電源相序即可改變電動機旋轉(zhuǎn)方向。電動機的常用可逆旋轉(zhuǎn)控制電路如圖1.13所示。圖1.13可逆旋轉(zhuǎn)3.點動控制生產(chǎn)過程中，不僅要求生產(chǎn)機械運動部件連續(xù)運動，還需要點動控制。圖1.14為電動機點動控制電路。圖中的控制電路既可實現(xiàn)點動控制，又可實現(xiàn)連續(xù)運轉(zhuǎn)。SB3為連續(xù)運轉(zhuǎn)的停止按鈕，SB1為連續(xù)運轉(zhuǎn)起動按鈕，SB2為點動起動按鈕。圖1.14點動控制電路4.自動往返運動在實際生產(chǎn)中，常常要求生產(chǎn)機械的運動部件能實現(xiàn)自動往返。因為有行程限制，所以常用行程開關(guān)做控制元件來控制電動機的正反轉(zhuǎn)。圖1.15為電動機往返運行的可逆旋轉(zhuǎn)控制電路。圖中KM1、KM2分別為電動機正、反轉(zhuǎn)接觸器，SQ1為反向轉(zhuǎn)正向行程開關(guān)，SQ2為正向轉(zhuǎn)反向行程開關(guān)，SQ3、SQ4分別為正向、反向極限保護用限位開關(guān)。返回本節(jié)圖1.15往返運行1.2.2降壓起動1.自耦變壓器起動法圖1.16是采用自動控制自耦變壓器降壓起動的控制電路。是由交流接觸器、熱繼電器、時間繼電器、按鈕和自耦變壓器等元件組成。圖中KM1為正常運轉(zhuǎn)接觸器，KM2為降壓起動接觸器，KA為起動中間繼電器，KT為降壓起動時間繼電器。圖1.16自耦變壓器降壓起動2.Y-D起動法凡是正常運行時三相定子繞組接成三角形運轉(zhuǎn)的三相籠型感應(yīng)電動機，都可采用Y-D降壓起動。起動時，定子繞組先接成Y聯(lián)結(jié)，接入三相交流電源，起動電流下降到全壓起動時的1/3，對于Y系列電動機直接起動時起動電流為額定電流IN的5.5～7倍。當轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時，將電動機定子繞組改成D聯(lián)結(jié)，電動機進入正常運行。這種方法簡便、經(jīng)濟，可用在操作較頻繁的場合，但其起動轉(zhuǎn)矩只有全壓起動時的1/3，Y系列電動機起動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的1.4～2.2倍。圖1.17為用于13kW以上電動機的起動電路，由三個接觸器和一個時間繼電器構(gòu)成。圖1.17

Y-D起動返回本節(jié)1.2.3數(shù)學(xué)輔助分析法用繼電接觸控制線路表示邏輯代數(shù)的基本運算邏輯函數(shù)與繼電接觸控制線路圖1.用繼電接觸控制線路表示邏輯代數(shù)的基本運算（1）“與”運算（邏輯乘）邏輯代數(shù)中運算符號“×”或“·”讀作“與”?！芭c”運算的真值表如表1.2所示。表1.2與運算實現(xiàn)邏輯乘的器件叫做“與”門，它的邏輯符號如圖1.18（a）所示，圖1.18（b）顯示出了繼電控制線路中“與”運算的實例，它表示觸點的串聯(lián)。若規(guī)定觸點接通為“1”，斷開為“0”，線圈通電為“1”，斷電為“0”，則可以寫出KM＝KA1×KA2，只有觸點KA1、KA2均接通，接觸器線圈KM能通電。（a）邏輯符號

（b）控制線路實例圖1.18邏輯“與”（2）“或”運算（邏輯加）邏輯代數(shù)中運算符號“+”讀作“或”。“或”運算的真值表如表1.3所示。表1.3或運算實現(xiàn)邏輯乘的器件叫做“或”門，它的邏輯符號如圖1.19（a）所示，圖1.19（b）顯示出了繼電控制線路中“或”運算的實例，它表示觸點的并聯(lián)，可寫成KM＝KA1×KA2，當觸點KA1或KA2接通，或者KA1和KA2多接通時，接觸器線圈都可通電。圖1.19邏輯“或”

（a）邏輯符號

（b）控制線路實例（3）“非”運算（邏輯非）邏輯代數(shù)中“非”運算的符號用變量上面的短橫線表示，讀作“非”?！胺恰边\算的真值表如表1.4所示。它表示了事物相互矛盾的兩個對立面之間的關(guān)系。這種規(guī)律的因果規(guī)律稱為“非”邏輯關(guān)系。表1.4非運算實現(xiàn)邏輯“非”的器件叫做“非”門，它的邏輯符號如圖1.20（a）所示，圖1.20（b）示出了繼電控制線路中“非”運算的實例，通常稱KA為原變量，為反變量，它們是一個變量的兩種形式，如同一個繼電器的一對常開、常閉觸點，在向各自相補的狀態(tài)切換時同步動作。圖（b）中，觸點KA的取值與線圈KM的取值相同，而KM1與繼電器的常閉觸點的取值相同，所以，故實現(xiàn)了非運算。

（a）邏輯符號

（b）控制線路實例圖1.20邏輯“非”2.邏輯函數(shù)與繼電接觸控制線路圖（1）邏輯函數(shù)（2）邏輯圖和繼電接觸控制線路圖由繼電接觸控制線路圖寫出邏輯函數(shù)由邏輯函數(shù)畫出繼電接觸控制線路圖1.21（a）為一個最簡單的起-保-停線路，接觸器線圈是串接在由觸點構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)上，然后與電源相接，是一個串聯(lián)電路。它的邏輯函數(shù)是：圖1.21（b）為圖（a）的反演電路，實現(xiàn)的邏輯功能完全相同，接觸器線圈與觸點網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)，所以圖（b）是并聯(lián)電路。圖中所接的電阻R是限流電阻，防止電源短路。原理是通過開關(guān)網(wǎng)絡(luò)使線圈的兩端短接（線圈不通電）或不予短接（線圈通電），來控制線圈。所以串聯(lián)電路是直接控制原理，并聯(lián)電路是旁路控制原理。圖1.21串聯(lián)和并聯(lián)繼電接觸控制線路返回本節(jié)

（a）

（b）1.2.4電機的制動圖1.22為電動機單向旋轉(zhuǎn)電機反接制動控制電路。當電動機轉(zhuǎn)速接近零時應(yīng)迅速切斷三相電源，否則電動機將反向起動。為此采用速度繼電器來檢測電動機的轉(zhuǎn)速變化，并將速度繼電器調(diào)整在n>130r/min時觸點動作，而當n<100r/min時，觸點復(fù)原。圖1.22中，KM1為反接制動接觸器，KM2為電動機單向旋轉(zhuǎn)接觸器，KV為速度繼電器，R為反接制動電阻。圖1.22反接制動返回本節(jié)1.2.5電機的調(diào)速圖1.23是D-YY反轉(zhuǎn)向方案變極調(diào)速電動機接線方法及控制電路。它是通過改變定子繞組的半相繞組電流方向來實現(xiàn)變極的。將三相繞組的首尾端依次相接，構(gòu)成一個封閉三角形，從首端引出線接電源，中間抽頭懸空著，構(gòu)成D聯(lián)結(jié)。若將三個首尾端相接構(gòu)成一個中性點N，而將各繞組中間抽頭接電源，構(gòu)成YY聯(lián)結(jié)。使每相的兩個半相繞組并聯(lián)，從而使其中一個半相繞組電流方向反了，于是電動機極對數(shù)減小一半，即pD=2pYY。圖1.23電機變極調(diào)速(a)返回本節(jié)（a）電機接線方法（b）控制電路圖1.23電機變極調(diào)速(b)1.2.6順序控制順序控制是指以預(yù)先規(guī)定好的時間或條件為依據(jù)，按預(yù)先規(guī)定好的動作次序，對控制過程各階段順序地進行自動控制。圖1.24是順序控制原理圖，其中G1～G4分別表示第一至第四程序的執(zhí)行電路，可根據(jù)每一程序的具體要求設(shè)計，K1～K4分別表示G1～G4程序執(zhí)行完成時發(fā)出的控制信號，SB5、SB6分別為起動和停止按鈕。圖1.24順序控制原理圖返回本節(jié)1.3控制系統(tǒng)實例1.3.1主軸和進給電動機的控制1.3.2快速移動1.3.3工作臺或主軸箱與主軸機動進給聯(lián)鎖返回本章首頁下面以鏜床為例，分析其控制線路的應(yīng)用和控制系統(tǒng)的組成。圖1.25為鏜床電氣控制原理圖。圖1.25

T68鏜床控制原理圖1.3.1主軸和進給電動機的控制M1電動機的正反轉(zhuǎn)控制高速與低速的轉(zhuǎn)換3．M1電動機的停車制動4．點動控制5．主軸及進給變速控制（1）停車變速（2）運行中變速返回本節(jié)1.3.2快速移動主軸、工作臺和主軸箱的快速移動，由快速手柄并聯(lián)動行程開關(guān)SQ9、SQ10，控制接觸器KM6、KM7，從而控制M2快速移動電動機來實現(xiàn)的。快速手柄扳到中間位置，SQ9、SQ10不被壓下，M2電動機停止轉(zhuǎn)動；扳到正向位置，SQ10接通，SQ9斷開，KM6通電，M2電動機正轉(zhuǎn)；扳到反向位置，SQ9接通，SQ10斷開，KM7通電，M2電動機反轉(zhuǎn)。返回本節(jié)1.3.3工作臺或主軸箱與主軸機動進給聯(lián)鎖為防止主軸箱或工作臺機動進給時出現(xiàn)將花盤刀架或主軸扳到機動進給的誤操作，一般都安裝一個行程開關(guān)SQ5以便與主軸箱和工作臺操縱手柄有機械聯(lián)動，另外在主軸箱上再設(shè)置一個行程開關(guān)SQ6以便與主軸進給手柄和花盤刀架進給手柄有機械聯(lián)動。如果主軸箱或工作臺的操縱手柄在機動進給時，SQ5斷開，此時若將花盤刀架或主軸進給手柄也扳到機動進給位置，SQ6也斷開，這樣切斷了控制電路的來源，所以M1電動機停轉(zhuǎn)，同時，M2電動機也無法開動，從而起到聯(lián)鎖保護的作用。返回本節(jié)電氣控制技術(shù)的發(fā)展概述電氣控制技術(shù)的發(fā)展分為四個階段：1、集中拖動——以一臺電動機拖動多臺設(shè)備；2、分散拖動——各個運動機構(gòu)分別由不同電動機拖動；3、硬件電路控制——采用繼電器、接觸器及順序控制器；4、軟件控制——可編程控制器

可編程序控制器的發(fā)展及工控特點一、可編程序控制器的發(fā)展概況第一代PLC：一位機開發(fā)，磁芯存儲器存儲，單一的邏輯控制功能；第二代PLC：

8位微處理器及半導(dǎo)體存儲器，系列化產(chǎn)品；第三代PLC：高性能微處理器及位片式CPU，具有多功能及聯(lián)網(wǎng)通信；第四代PLC：

16位、32位微處理器，高性能位片式微處理器，RISC；具有邏輯控制功能、過程控制功能、運動控制功能、數(shù)據(jù)處理功能、聯(lián)網(wǎng)通信功能。二、PLC及其網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代工業(yè)自動化的支柱現(xiàn)代工業(yè)自動化三大支柱：PLC、機器人、CAD/DAM

1、PLC集三電于一體工業(yè)自動化系統(tǒng)通常分成三類：第一類是控制開關(guān)量的邏輯控制系統(tǒng)，第二類是控制慢連續(xù)量的過程控制系統(tǒng)，第三類是控制快連續(xù)量的運動控制系統(tǒng)。以上三種控制系統(tǒng)傳統(tǒng)上分別對應(yīng)于不同的控制裝置：邏輯控制用電控裝置（電氣控制裝置即繼電器接觸器控制柜），過程控制用電儀裝置（電動單元組合儀表），運動控制用電傳裝置（電氣傳動控制裝置）。所謂三電指的就是電控、電儀、電傳。

兩種實現(xiàn)三電一體化的思路：一種是在網(wǎng)絡(luò)一級實現(xiàn)三電一體化，把邏輯控制裝置、過程控制裝置、運動控制裝置連入同一網(wǎng)絡(luò)，則網(wǎng)絡(luò)就成了三電統(tǒng)一的載體，在網(wǎng)絡(luò)一級實現(xiàn)了三電一體化。另一種是在控制裝置一級實現(xiàn)三電一體化，使一臺控制裝置既有邏輯控制功能，又有過程控制功能，還有運動控制功能。集散控制系統(tǒng)即DCS(distributedcontrolsystem)系統(tǒng)沿著前一種思路發(fā)展三電一體化，它花費較大，適合于大型自動化系統(tǒng)。PLC則沿著后一種思路發(fā)展三電一體化，它靈活機動，三電一體集成度高，適合于各種規(guī)模的自動化系統(tǒng)。2、PLC網(wǎng)絡(luò)的性能價格比高

DCS系統(tǒng)普遍對通信網(wǎng)絡(luò)采用了1：1冗余措施；

PLC一般在網(wǎng)絡(luò)級不采用1：1網(wǎng)絡(luò)冗余，僅在關(guān)鍵部位選用冗余結(jié)構(gòu)的PLC。

三、PLC產(chǎn)品概覽1、PLC的幾種流派

PLC產(chǎn)品按地域大體可以分成三個流派：一個流派是美國產(chǎn)品，一個流派是歐洲產(chǎn)品，還有一個流派是日本產(chǎn)品。

西門子S7系列PLC歐姆龍C200H系列PLC松下FP0系列PLC2、三種流派的三類代表產(chǎn)品表1三種流派的代表產(chǎn)品及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)序號代表產(chǎn)品（型號）PLC網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)公司1PLC—3PLC—53級總線復(fù)合型拓撲結(jié)構(gòu)美國A—B公司（A—B）2S7系列3級總線復(fù)合型拓撲結(jié)構(gòu)西德西門子公司（SIEMENS）3FP系列4級子網(wǎng)的復(fù)合型網(wǎng)絡(luò)日本松下電工公司4C系列復(fù)合型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)日本立石公司（OMRON）

可編程序控制器的應(yīng)用領(lǐng)域中央空調(diào)電梯控制運動系統(tǒng)紡織機械木工機械污水處理包裝機械

通用機械汽車制造立體倉庫磨床印刷機械橡膠化工機械第一章常用低壓控制電器第一節(jié)概述第二節(jié)接觸器第三節(jié)繼電器第四節(jié)熔斷器第五節(jié)低壓開關(guān)和低壓斷路器第六節(jié)主令電器第一節(jié)概述一、電器的分類（一）按工作電壓等級分

1、高壓電器用于交流電壓1200V、直流電壓1500V及以上電路中的電器，如高壓斷路器、高壓隔離開關(guān)、高壓熔斷器等。

2、低壓電器用于交流50Hz（或60Hz）額定電壓為1200V以下、直流額定電壓1500V及以下電路內(nèi)起通斷、保護、控制或調(diào)節(jié)作用的各種電器，如接觸器、繼電器等。（二）按動作原理分

1、手動電器；

2、自動電器（三）按用途分1、控制電器用于控制電路和控制系統(tǒng)，如接觸器、繼電器2、配電電器用于電能的輸送和分配，如高壓斷路器3、主令電器用于控制系統(tǒng)中發(fā)送動作指令，如按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)4、保護電器用于電路及電器設(shè)備的保護，如熔斷器、熱繼電器5、執(zhí)行電器用于完成某種動作或傳送功能，如電磁鐵二、自動控制系統(tǒng)中常用的低壓控制電器接觸器交流接觸器強力小接觸器繼電器電子時間繼電器熱過載繼電器中間繼電器熔斷器低壓熔斷器低壓斷路器剩余電流保護斷路器小型斷路器位置開關(guān)按鈕及主控開關(guān)主控和急停開關(guān)轉(zhuǎn)換開關(guān)第二節(jié)接觸器

接觸器是用來頻繁地接通和分斷交直流主回路和大容量控制電路。其主要控制對象是電動機，能實現(xiàn)遠距離控制，并具有欠（零）電壓保護。接觸器按其主觸頭所控制主電路電流的種類可分為交流接觸器和直流接觸器兩種。一、接觸器的結(jié)構(gòu)和工作原理主要由電磁系統(tǒng)、觸頭系統(tǒng)和滅弧裝置組成，如圖所示：電磁系統(tǒng)觸頭系統(tǒng)滅弧裝置（一）電磁系統(tǒng)電磁系統(tǒng)的作用是將電磁能轉(zhuǎn)換成機械能，產(chǎn)生電磁吸力帶動觸頭動作。1、電磁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式如下圖所示，根據(jù)鐵心形狀和銜鐵運動方式，可分為三種：圖a適用于直流接觸器；圖b其鐵心形狀有E形和U形兩種，多用于觸點容量較大的交流接觸器；圖c銜鐵和鐵心均為雙E形，用于交流接觸器、繼電器2、電磁線圈電磁線圈的作用是將電能轉(zhuǎn)換成磁場能量。按通入電流種類的不同，分為直流線圈和交流線圈兩種。對于直流電磁鐵因其鐵心不發(fā)熱只有線圈發(fā)熱，所以直流電磁鐵的電磁線圈做成高而薄的瘦長型而不設(shè)線圈骨架，使線圈與鐵心直接接觸易于散熱。對于交流電磁鐵，因其鐵心存在磁滯和渦流損耗，這樣線圈和鐵心都發(fā)熱，所以交流電磁鐵的電磁線圈設(shè)有骨架，使鐵心與線圈隔離并將線圈制成短而厚的矮胖型，這樣做有利于鐵心和線圈的散熱。3、電磁系統(tǒng)的吸力特性和反力特性（1）吸力特性電磁吸力與氣隙的關(guān)系曲線稱為吸力特性。近似地表示為：式中，F(xiàn)為電磁吸力；B為氣隙磁感應(yīng)強度；S為鐵心截面積當S為常數(shù)時，交流電磁機構(gòu)的吸力特性當線圈外加電壓U不變，交流電磁線圈的阻抗主要取決于線圈的電抗（電阻相對很小），則E——線圈感應(yīng)電勢（V）f——線圈外加電壓的頻率（Hz）φ——氣隙磁通（Wb）N——線圈匝數(shù)

當f、N和U為常數(shù)時，由上式可知，φ為常數(shù)，則電磁吸力F為常數(shù)，即F與氣隙δ大小無關(guān)。實際上，考慮到漏磁通的影響，F(xiàn)隨氣隙δ的減少略有增加。其吸力特性如右圖。直流電磁機構(gòu)的吸力特性根據(jù)磁路歐姆定律得：

當外加電壓U和線圈電阻不變時，I為常數(shù)，則

即電磁吸力F與氣隙δ的平方成反比。其特性曲線如上圖。在一些要求可靠性較高或操作頻繁的場合，一般宜采用直流電磁機構(gòu)。（2）反力特性電磁機構(gòu)使銜鐵釋放的力一般有兩種：一種是利用彈簧的反力；一種是利用銜鐵的自身重力。其特性如右圖曲線3。（3）反力特性與吸力特性的配合電磁機構(gòu)欲使銜鐵吸合，在整個吸合過程中，吸力都必須大于反力；反之，則反力必須大于吸力。如上圖。（4）電磁機構(gòu)的輸入——輸出特性設(shè)電磁機構(gòu)勵磁線圈的電壓（或電流）為輸入量x，銜鐵的位置為輸出量y，則銜鐵位置與勵磁線圈的電壓（或電流）的關(guān)系稱為電磁機構(gòu)的輸入——輸出特性，通常稱為“繼電特性”。如圖下所示若將銜鐵處于吸合位置記作y=1，釋放位置記作y=0。若使吸力特性處于反力特性上方的最小輸入量以xc表示，一般稱其為電磁機構(gòu)的動作值；使吸力特性處于反力特性下方的最大輸入量以xf表示，一般稱其為電磁機構(gòu)的返回值。一般要求額定輸入量xc大于xf。

當輸入量x＜xc時銜鐵不動作，其S輸出量y=0；當x=xc時，銜鐵吸合，輸出量y從“0”躍變?yōu)椤?”；再進一步增大輸入量使x＞xc，則輸出量仍為y=1。當輸入量x從xc減小的時候，在x＞xf的過程中雖然吸力特性向下降低．但因銜鐵吸合狀態(tài)下的吸力仍比反力大，所以銜鐵不會釋放，輸出量y=1。當x=xfl時，因吸力小于反力，銜鐵才釋放，輸出量由“1”突變?yōu)椤?’；再減小輸量，輸出量仍為“0”。可見，電磁機構(gòu)的輸入——輸出特性或“繼電特性”為一矩形曲線。（二）觸頭系統(tǒng)觸頭是接觸器的執(zhí)行元件，用來接通或斷開被控制電路。1、觸頭的結(jié)構(gòu)形式按其所控制的電路可分為主觸頭和輔助觸頭。主觸頭：用于接通或斷開主電路，允許通過較大的電流；輔助觸頭：用于接通或斷開控制電路，只能通過較小的電流。按其原始狀態(tài)可分為常開觸頭和常閉觸頭。常開觸頭：原始狀態(tài)時（即線圈未通電）斷開，線圈通電后閉合的觸頭叫常開觸頭；常閉觸頭：原始狀態(tài)閉合，線圖通電后斷開的觸頭叫常閉觸頭（線圈斷電后所有觸頭復(fù)原）。2、觸頭的分類（1）按結(jié)構(gòu)形式可分為橋型觸頭和指型觸頭，如圖所示。（2）按接觸形式可分為點接觸、線接觸和面接觸三種，如圖所示。常用于小電流的電器常用于中容量的電器常用于大容量的電器（三）滅弧裝置1、電弧的概念：P62、常用的滅弧裝置：滅弧罩、滅弧柵、磁吹滅弧裝置和多縱縫滅弧裝置。（四）接觸器的工作原理當電磁線圈通電后，線圈電流產(chǎn)生磁場，使靜鐵心產(chǎn)生電磁吸力吸引銜鐵，并帶動觸頭動作：常閉觸頭斷開；常開觸頭閉合，二者是聯(lián)動的。當線圈斷電時，電磁吸力消失，銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使觸頭復(fù)原：常開觸頭斷開，常閉觸頭閉合。二、交流接觸器交流接觸器的結(jié)構(gòu)如圖所示，它主要用于分斷和接通交流主電路。交流接觸器中噪聲的產(chǎn)生及消除F0FrFatmFat1、產(chǎn)生的原因交流電磁機構(gòu)實際吸力曲線如右圖。電磁機構(gòu)在工作中，銜鐵始終受到反作用彈簧、觸頭彈簧等反作用力Fr的作用。盡管電磁吸力的平均值F0大于，但在某些時候Fat仍將小于Fr。當Fat＜

Fr時，銜鐵開始釋放；當Fat＞Fr時，銜鐵又開始吸合，從而使銜鐵產(chǎn)生振動，發(fā)出噪聲。

2、消除的方法在鐵心端部開一個槽，槽內(nèi)嵌入稱為短路環(huán)的銅環(huán)。P8三、直流接觸器P9四、接觸器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)有選用原則（一）接觸器的型號及代表意義P9——P11（二）接觸器選用原則

1、額定電壓

2、額定電流

3、電磁線圈的額定電壓

4、觸頭數(shù)目

5、額定操作頻率第三節(jié)繼電器

繼電器主要用于控制與保護電路或作信號轉(zhuǎn)換用。當輸入量變化到某一定值的繼電器動作，其觸頭接通或斷開交、直流小容量的控制問路。繼電器的種類很多常用的分類方法有：按用途分：有控制繼電器和保護繼電器。按動作原理分：有電磁式繼電器、感應(yīng)式繼電器、電動式繼電器、電子式繼電器和熱繼電器。按輸入信號的不同來分：有電壓繼電器、中間繼電器、電流繼電器、時間繼電器、速度繼電器等。一、電磁式繼電器常用的電磁式繼電器有電壓繼電器、中間繼電器和電流繼電器。（一）電磁式繼電器的結(jié)構(gòu)與工作原理1、結(jié)構(gòu)及工作原理電磁系統(tǒng)觸頭系統(tǒng)釋放彈簧2、圖形及文字符號（二）電磁式繼電器的特性

1、繼電器的輸入——輸出特性又稱繼電特性。如下圖xy0x2x1y1繼電器吸合值繼電器釋放值2、主要參數(shù)（1）繼電器的返回系數(shù)K值一般要求在0.1—0.4之間，以防繼電器誤動作；欠電壓繼電器的k值在0.6以上，可以起到欠電壓保護作用。（2）吸合時間和釋放時間吸合時間：從線圈接受電信號到銜鐵完全吸合所需的時間釋放時間：從線圈失電到銜鐵完全釋放所需的時間。一般繼電器的吸合時間與釋放時間為0.05—0.15s，快速繼電器為0.005—0.05s。1、通過調(diào)節(jié)釋放彈簧的松緊程度2、調(diào)整鐵心與銜鐵間非磁性墊片的厚薄稱為繼電器的返回系數(shù)，其值的改變有兩種方法：（三）電壓繼電器（P14表1-5）電壓繼電器反映的是電壓信號，使用時，電壓繼電器的線國與負載并聯(lián)。常用的有欠（零）電壓繼電器和過電壓繼電器兩種。欠電壓繼電器：電路正常工作時，欠電壓繼電器吸合，當電路電壓減小到某一整定值以下時（為30％～50％UN），欠電壓繼電器釋放，對電路實現(xiàn)欠電壓保護。過電壓繼電器：電路正常工作時，過電壓繼電器不動作，當電路電壓超過某一整定值時（一般為105％～120％UN），過電壓繼電器吸合，對電路實現(xiàn)過電壓保護。

零電壓繼電器：當電路電壓降低到5％－25％UN時釋放，對電路實現(xiàn)零電壓保護。

中間繼電器實質(zhì)上是一種電壓繼電器中間繼電器。它的觸頭數(shù)目較多，電流容量可增大，起到中間放大（觸頭數(shù)目和電流容量）的作用。（四）電流繼電器電流繼電器反映的是電流信號，使用時，電流繼電器的線國與負載串聯(lián)。常用的有欠電流繼電器和過電流繼電器兩種。欠電壓繼流器：電路正常工作時，欠電流繼電器吸合，當電路電流減小到某一整定值以下時（為10％～20％UN），欠電流繼電器釋放，對電路實現(xiàn)欠電流保護。過電壓繼電器：電路正常工作時，過電流繼電器不動作，當電路電流超過某一整定值時（一般為110％～140％UN），過電流繼電器吸合，對電路實現(xiàn)過電流保護。

P15表1-6二、干簧繼電器

干簧繼電器可以反映電壓、電流、功率以及電流極性等信號的變化。1、組成：主要由干式舌簧片和勵磁線圈組成。如下圖2、工作原理：當線圈通電后，管中兩舌簧片的自由端分別被磁化成N極和S極而相互吸引，因而接通了被控制的電路。線圈斷電后，舌簧片在本身的彈力作用下分開并復(fù)位，控制電路被切斷。P16表1-7三、自動控制用小型繼電器

小型繼電器適用于自動控制系統(tǒng)和電子線路、計算機接口線路。以JTX系列繼電器為例

JTX系列繼電器分為交流、直流電壓和直流電流三種型式。其組成及工作原理如右圖。

P17表1-8四、熱繼電器（一）熱繼電器的結(jié)構(gòu)與工作原理1、結(jié)構(gòu)：如右圖

熱繼電器一般用于三相異步電動機的長期過載保護。2、工作原理（二）斷相保護熱繼電器1、結(jié)構(gòu)：如右圖2、工作原理（三）熱繼電器主要技術(shù)參數(shù)

P19（四）熱繼電器的圖形及文字五、時間繼電器

從得到輸入信號（線圈的通電或斷電）開始，經(jīng)過一定的延時后才輸出信號（觸頭的閉合或斷開）的繼電器，稱為時間繼電器。時間繼電器的延時方式有兩種：通電延時：接受輸入信號后延遲一定的時間，輸出信號才發(fā)生變化。當輸入信號消失后，輸出瞬時復(fù)原。斷電延時：接受輸入信號時，瞬時產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號。當輸入信號消失后，延遲一定的時間，輸出才復(fù)原。時間繼電器的種類：電磁式、空氣阻尼式、半導(dǎo)體式等。（一）直流電磁式時間繼電器1、結(jié)構(gòu)直流電磁式時間繼電器在鐵心的結(jié)構(gòu)上與其它繼電器不同，如右圖。2、工作原理

當繼電器通電吸合時，觸頭立即動作；當繼電器斷電時，延時打開常開觸頭和延時閉合常閉觸頭。繼電器時間的長短靠改變鐵心與銜鐵間非磁性墊片的厚（延時短）?。ㄑ訒r長）或改變彈簧的松（延時長）緊（延時短）來調(diào)節(jié)。P21表1-10（二）空氣阻尼式時間繼電器空氣阻尼式時間繼電器是利用空氣阻尼作用而達到延時的目的。1、結(jié)構(gòu)由電磁機構(gòu)、延時機構(gòu)和觸頭組成。如下圖2、種類及延時方式種類：空氣阻尼式時間繼電器的電磁機構(gòu)有交流，直流兩種，相應(yīng)的繼電器就有交流和直流之分。延時方式：有通電延時型和斷電延時型。3、工作原理4、圖形及符號斷電延時線圈KT通電延時線圈KT（三）半導(dǎo)體時間繼電器P23六、速度繼電器

速度繼電器主要用于籠型異步電動機的反接制動控制，也稱反接制動繼電器。1、結(jié)構(gòu)：如右圖2、工作原理速度繼電器的軸與電動機的軸相連接。轉(zhuǎn)子固定在軸上，定子與軸同心。當電動機轉(zhuǎn)動時，速度繼電器的轉(zhuǎn)子隨之轉(zhuǎn)動，繞組切割磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流，此電流和永久磁鐵的磁場作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使定子向軸的轉(zhuǎn)動方向偏擺，使通過定子柄撥動觸頭，使常閉觸頭斷開、常開觸頭閉合。當電動機轉(zhuǎn)速下降到接近零時，轉(zhuǎn)矩減小，定子柄在彈簧力的作用下恢復(fù)原位，觸頭也復(fù)原。3、圖形及符號速度繼電器有兩組觸頭（各有一對常開觸頭和一對常閉觸頭），可分別控制電動機正、反轉(zhuǎn)的反接制動。圖形及符號如下圖。第四節(jié)熔斷器

熔斷器在電路中主要起短路保護作用。熔斷器主要由熔體和安裝熔體的絕緣管組成。使用時，熔體串接于被保護的電路中，當電路發(fā)生短路故障時，熔體被瞬時熔斷而分斷電路，起到保護作用。一、常用的熔斷器P25二、熔斷器的主要特性（一）安秒特性

熔斷時間t與通過熔體的電流I的關(guān)系，如圖。（二）極限分斷能力P25

三、熔斷器的選用第五節(jié)低壓開關(guān)和低