現(xiàn)代電氣控制技術(shù)-兩大控制系統(tǒng)

兩大控制系統(tǒng)的基本認(rèn)識(shí):一.電氣控制系統(tǒng)機(jī)械設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)由控制電器、保護(hù)電器和拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)組成,如下圖1圖1使用可編程序控制器的電氣控制柜

二、繼電器電氣控制系統(tǒng)與PLC控制系統(tǒng)的區(qū)別圖2電氣控制系統(tǒng)框圖(a)繼電器電氣控制系統(tǒng)(b)PLC電氣控制系統(tǒng)1.1電器的作用與分類(lèi)

電器就是廣義的電氣設(shè)備。它可能很大、很復(fù)雜（如一臺(tái)彩色電視機(jī)或者一套自動(dòng)化裝置）；它也可以很小、很簡(jiǎn)單（如一個(gè)鈕子開(kāi)關(guān)或者一個(gè)熔斷器）。從工業(yè)控制的角度看“電器”電器是指能根據(jù)特定的信號(hào)和要求，自動(dòng)/手動(dòng)地接通/斷開(kāi)電路；斷續(xù)/連續(xù)地改變電路參數(shù)；實(shí)現(xiàn)對(duì)電路或非電對(duì)象的切換、控制、保護(hù)、檢測(cè)、變換和調(diào)節(jié)的電氣設(shè)備。通常按以下分類(lèi)方法分為幾類(lèi)：按電壓等級(jí)分：高壓電器（High-voltageApparatus）、

低壓電器（Low-voltageApparatus）；

按所控制的對(duì)象分：低壓配電電器（DistributingApparatus），

用于配電系統(tǒng)，如刀開(kāi)關(guān)、熔斷器等

低壓控制電器（ControlApparatus），

用于電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)和其他用途的設(shè)備中。

按使用系統(tǒng)分：電力系統(tǒng)用電器、電力拖動(dòng)及自動(dòng)控制系統(tǒng)用電器、自動(dòng)化通信系統(tǒng)用電器；按工作職能分:手動(dòng)操作電器、

自動(dòng)控制電器(自動(dòng)切換電器、自動(dòng)控制電器、自動(dòng)保護(hù)電器） 其他電器（穩(wěn)壓與調(diào)壓電器、起動(dòng)與調(diào)速電器、 檢測(cè)與變換電器、牽引與傳動(dòng)電器）1.2低壓電器的電磁機(jī)構(gòu)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)

從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，電器一般都具有兩個(gè)基本組成部分——感測(cè)部分、執(zhí)行部分。

感測(cè)部分接受外界輸入的信號(hào)，并通過(guò)轉(zhuǎn)換、放大、判斷，作出有規(guī)律的反應(yīng)，使執(zhí)行部分動(dòng)作，輸出相應(yīng)的指令，實(shí)現(xiàn)控制的目的。執(zhí)行部分則是觸頭。

對(duì)于有觸頭的電磁式電器，感測(cè)部分大都是電磁機(jī)構(gòu)；對(duì)于非電磁式的自動(dòng)電器，感測(cè)部分因其工作原理不同而各有差異，但執(zhí)行部分仍是觸頭。上篇：電器控制

第一章．常用低壓電器及其符號(hào)低壓電器（LowvoltageApparatus）通常指工作在交、直流電壓1200V以下的電路中起通斷、控制、保護(hù)和調(diào)節(jié)作用的電氣設(shè)備。本章主要介紹常見(jiàn)的接觸器、繼電器、低壓斷路器、萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、熔斷器等設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)、功能及工作原理。1.2.1電磁機(jī)構(gòu)電磁機(jī)構(gòu)是各種自動(dòng)化電磁式電器的主要組成部分一，它將電磁能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，帶動(dòng)觸點(diǎn)使之閉合或斷開(kāi)。電磁機(jī)構(gòu)由吸引線圈和磁路兩部分組成。磁路包括鐵心、銜鐵、鐵軛和空氣隙。312312圖2.1常用電磁機(jī)構(gòu)的形式1.鐵心2.線圈3.銜鐵1.2.2執(zhí)行機(jī)構(gòu)

低壓電器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般由主觸點(diǎn)及其滅弧裝置組成。1、觸點(diǎn)(a)點(diǎn)接觸(b)線接觸(c)面接觸圖2.2觸點(diǎn)的3種接觸形式2、電弧的產(chǎn)生與滅弧裝置

當(dāng)斷路器或接觸器觸點(diǎn)切斷電路時(shí)，在拉開(kāi)的兩個(gè)觸點(diǎn)之間將出現(xiàn)強(qiáng)烈火花，根據(jù)上述電弧產(chǎn)生的物理過(guò)程可知，欲使電弧熄滅，應(yīng)設(shè)法降低電弧溫度和電場(chǎng)強(qiáng)度，以加強(qiáng)消電離作用。當(dāng)電離速度低于消電離速度，則電弧熄滅。磁吹式滅弧裝置滅弧柵滅弧罩多斷點(diǎn)滅?。╝）閉合狀態(tài)（b）斷開(kāi)狀態(tài)圖2.3橋式觸點(diǎn)1.動(dòng)觸點(diǎn)；2.靜觸點(diǎn)；3.電弧12（a）閉合狀態(tài)3常用的滅弧方法有：拉長(zhǎng)電弧、冷卻電弧和將電弧分段。對(duì)于電弧較弱的接觸器，只采用滅弧罩即可。電弧較強(qiáng)的接觸器，常采用滅弧柵熄弧。圖1.4是滅弧柵的機(jī)構(gòu)圖。圖中1是滅弧室，2和5分別為動(dòng)、靜觸點(diǎn)，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(dāng)觸點(diǎn)斷開(kāi)發(fā)生電弧時(shí)，電弧進(jìn)入柵片內(nèi)，被分割為數(shù)段，迅速熄滅。圖1.4滅弧柵1.3接觸器接觸器（Contactor）是用來(lái)頻繁接通和切斷電動(dòng)機(jī)或其他負(fù)載主電路的一種自動(dòng)切換電器。接觸器是利用電磁吸力的作用來(lái)使觸頭閉合或斷開(kāi)大電流電路的，是一種非常典型的電磁式電器。接觸器的主要組成部分為：電磁系統(tǒng)：感測(cè)部分，觸頭系統(tǒng)：執(zhí)行部分。觸頭工作時(shí)，需經(jīng)常接通和分?jǐn)囝~定電流或更大的電流，所以常有電弧產(chǎn)生，一般情況下都裝有滅弧裝置，并與觸頭共稱(chēng)觸頭一滅弧系統(tǒng)，1.接觸器分類(lèi)接觸器按其主觸頭通過(guò)的電流種類(lèi)，分為：直流接觸器、交流接觸器。按主觸頭的極數(shù)又可分為：?jiǎn)螛O、雙極、三極、四極和五極等幾種。直流接觸器一般為單極或雙極；交流接觸器大多為三極，四極多用于雙回路控制，五極用于多速電動(dòng)機(jī)控制或者自動(dòng)式自耦減壓起動(dòng)器中。

(a)CJ10系列(b)CJX1系列(c)CJX1/N系列機(jī)械聯(lián)鎖接觸器2.結(jié)構(gòu)及工作原理(d)CJX系列接觸器內(nèi)部結(jié)構(gòu)接觸器是利用電磁吸力的原理工作的，主要由電磁機(jī)構(gòu)和觸頭系統(tǒng)組成。電磁機(jī)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，圖中，1、2，3、4是靜觸點(diǎn)，5、6是動(dòng)觸點(diǎn)，7、8是吸引線圈，9、10分別是動(dòng)、靜鐵心，11是彈簧。接觸器工作原理總結(jié)：接觸器的動(dòng)作過(guò)程：接觸器的復(fù)位過(guò)程：3.接觸器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)額定電壓

主觸點(diǎn)上的額定電壓

額定電流

主觸點(diǎn)的額定電流

線圈的額定電壓

通常用的電壓等級(jí)為：交流36、110（127）、220、380V，直流24、48、220、440V規(guī)定：當(dāng)電源電壓為吸引線圈的額定電壓額定值的85%~105%時(shí)，能保證接觸器可靠地吸合；當(dāng)電源電壓低于額定值的40%時(shí)，能保證接觸器可靠釋放。

額定操作頻率

額定操作頻率指每小時(shí)接通次數(shù)。現(xiàn)代生產(chǎn)的接觸器，允許接通次數(shù)為150-1500次/h。

電壽命和機(jī)械壽命

電壽命是指接觸器的主觸點(diǎn)在額定負(fù)載條件下，所允許的極限操作次數(shù)?，F(xiàn)代生產(chǎn)的接觸器其電壽命可達(dá)50-100萬(wàn)次，機(jī)械壽命是指接觸器在不需修理的條件下，所能承受的無(wú)負(fù)載操作次數(shù)。機(jī)械壽命可達(dá)500-1000萬(wàn)次。（106-7數(shù)量級(jí)）

4.接觸器的電氣符號(hào)圖2.4接觸器符號(hào)5.接觸器的選擇依據(jù)接觸器分兩大類(lèi):直流接觸器、交流接觸器選擇依據(jù)是：主觸頭數(shù)、額定電流（IKM）、線圈控制電壓的類(lèi)型、等級(jí)等。

對(duì)電機(jī)負(fù)載：IKM

IKM=Pe/（K*Ue）orIKM=K*Ie

其中K=1~1.4Pe=電機(jī)額定功率Ue=電機(jī)額定線電壓Ie=電機(jī)額定線電流

1.4繼電器

繼電器（Relay）是一種根據(jù)特定形式的輸入信號(hào)而動(dòng)作的自動(dòng)控制電器。繼電器由承受機(jī)構(gòu)、中間機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分組成。承受機(jī)構(gòu)反映繼電器輸入量，并傳遞給中間機(jī)構(gòu)，將它與預(yù)定的量（即整定值）進(jìn)行比較，當(dāng)達(dá)到整定值時(shí)（過(guò)量或欠量），中間機(jī)構(gòu)就使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生輸出量，用于控制電路的開(kāi)、斷。1.4.1繼電器的特性及主要參數(shù)

按輸入量的物理性質(zhì)分為電壓繼電器、電流繼電器、功率繼電器、時(shí)間繼電器、溫度繼電器、速度繼電器等；按動(dòng)作原理分為電磁式繼電器、感應(yīng)式繼電器、電動(dòng)式繼電器、熱繼電器、電子式繼電器等；按動(dòng)作時(shí)間分為快速繼電器、延時(shí)繼電器、一般繼電器；按執(zhí)行環(huán)節(jié)作用原理分為有觸點(diǎn)繼電器、無(wú)觸點(diǎn)繼電器；1.4.2電磁式繼電器

常用的電磁式繼電器有電流繼電器、電壓繼電器、中間繼電器和時(shí)間繼電器。1、電流繼電器：

反映電流變化的控制電器。電流繼電器的線圈匝數(shù)少、導(dǎo)線粗、阻抗小，使用時(shí)線圈被控電路串聯(lián)。根據(jù)用途可分為過(guò)電流繼電器和欠電流繼電器。工作過(guò)程：欠電流繼電器過(guò)電流繼電器吸引電流:(30%--65%)IN釋放電流:(10%--20%)IN吸合電流:(110%--400%)IN2、電壓繼電器：反映電壓變化的控制電器。電壓繼電器的線圈匝數(shù)多、導(dǎo)線細(xì)、阻抗大，使用時(shí)線圈被控電路并聯(lián)。根據(jù)用途可分為過(guò)電壓繼電器和欠電壓繼電器。

工作過(guò)程：欠電壓繼電器過(guò)電壓繼電器釋放電壓:(40%--70%)UN吸合電壓:(110%--115%)UN

。3.中間繼電器：它是控制電器，觸頭容量較小，可以看作是小容量接觸器（1）組成：與接觸器相同，無(wú)主、輔觸點(diǎn)之分；觸頭數(shù)量較多，容量較小

(3)型號(hào):

JZ?-??

∣∣∣∣∣

繼電器┘∣∣∣└常閉觸頭數(shù)

中間-─┘∣∣設(shè)計(jì)序號(hào)----─┘└─-常開(kāi)觸頭數(shù)

（2）功能：

a.當(dāng)電壓或電流繼電器觸頭容量不夠時(shí)，可借助中間繼電器來(lái)控制，此時(shí)它作為執(zhí)行元件被當(dāng)作一級(jí)放大器使用。b.當(dāng)其他繼電器或接觸器觸頭數(shù)量不夠時(shí),可利用中間繼電器來(lái)切換多條電路。c.對(duì)于電動(dòng)機(jī)額定電流不超過(guò)5A的電氣控制系統(tǒng)，可以由中間繼電器代替接觸器來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。1.4.3時(shí)間繼電器定義:從得到輸入信號(hào)（線圈的通電或斷電）開(kāi)始，經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)后才輸出信號(hào)（觸點(diǎn)的閉合或斷開(kāi)）的繼電器叫時(shí)間繼電器（TimeDelayRelay）。按工作原理分:時(shí)間繼電器一般有通電延時(shí)型和斷電延時(shí)型，一般都具有瞬時(shí)觸點(diǎn)和延時(shí)觸點(diǎn)這兩種觸點(diǎn)。通電延時(shí)：接受輸入信號(hào)(通電)后延時(shí)一定的時(shí)間，輸出信號(hào)才發(fā)生變化；當(dāng)輸入信號(hào)消失(斷電)后，輸出瞬時(shí)復(fù)原。斷電延時(shí)：接受輸入信號(hào)(通電)時(shí)，瞬時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào)；當(dāng)輸入信號(hào)消失(斷電)后，延遲一定的時(shí)間，輸出才復(fù)原。按結(jié)構(gòu)分:常用的有電磁阻尼式、空氣阻尼式、電動(dòng)式，新型的有電子式、數(shù)字式等時(shí)間繼電器?？諝庾枘崾綍r(shí)間繼電器通電延時(shí)時(shí)間繼電器動(dòng)作原理圖斷電延時(shí)時(shí)間繼電器動(dòng)作原理圖通電延時(shí)時(shí)間繼電器斷電延時(shí)時(shí)間繼電器延時(shí)觸點(diǎn)

通電延時(shí)動(dòng)作，斷電迅速?gòu)?fù)位瞬時(shí)觸點(diǎn)

通電迅速動(dòng)作，斷電迅速?gòu)?fù)位工作過(guò)程總結(jié)延時(shí)觸點(diǎn)通電迅速動(dòng)作，斷電延時(shí)復(fù)位瞬時(shí)觸點(diǎn)通電迅速動(dòng)作，斷電迅速?gòu)?fù)位時(shí)間繼電器JS7-A系列-3時(shí)間繼電器JS20系列-3時(shí)間繼電器JSM8系列-3時(shí)間繼電器符號(hào)1.4.4熱繼電器1．.熱繼電器的作用和分類(lèi)作用：在電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)中，當(dāng)三相交流電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)長(zhǎng)期帶負(fù)荷欠電壓運(yùn)行、長(zhǎng)期過(guò)載運(yùn)行以及長(zhǎng)期單相運(yùn)行等不正常情況時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)繞組嚴(yán)重過(guò)熱乃至燒壞。為了充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力，保證電動(dòng)機(jī)的正常啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)，而當(dāng)電動(dòng)機(jī)一旦出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載時(shí)又能自動(dòng)切斷電路，從而出現(xiàn)了能隨過(guò)載程度而改變動(dòng)作時(shí)間的電器，這就是熱繼電器。熱繼電器主要用于電機(jī)過(guò)載保護(hù)。分類(lèi)：按極數(shù)來(lái)分，熱繼電器有單極、兩極和三極按功能來(lái)分，三極熱繼電器又有不帶斷相保護(hù)和帶斷相保護(hù)兩雙金屬片有直接、間接和復(fù)式3種加熱方式。直接加熱就是把雙金屬片當(dāng)作發(fā)熱元件，讓電流直接通過(guò)；間接加熱是用與雙金屬片無(wú)電聯(lián)系的加熱元件產(chǎn)生的熱量來(lái)加熱；復(fù)式加熱是直接加熱與間接加熱兩種加熱形式的結(jié)合。

2．熱繼電器工作原理：熱繼電器（Thermalover-loadRelay）是利用電流的熱效應(yīng)原理來(lái)工作的保護(hù)電器，它在電路中用作三相異步電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)。熱繼電器的測(cè)量元件通常用雙金屬片，它是由主動(dòng)層和被動(dòng)層組成。主動(dòng)層材料采用較高膨脹系數(shù)的鐵鎳鉻合金，被動(dòng)層材料采用膨脹系數(shù)很小的鐵鎳合金。因此，這種雙金屬片在受熱后將向膨脹系數(shù)較小的被動(dòng)層一面彎曲。雙金屬片有直接、間接和復(fù)式3種加熱方式。直接加熱就是把雙金屬片當(dāng)作發(fā)熱元件，讓電流直接通過(guò)；間接加熱是用與雙金屬片無(wú)電聯(lián)系的加熱元件產(chǎn)生的熱量來(lái)加熱；復(fù)式加熱是直接加熱與間接加熱兩種加熱形式的結(jié)合。

3．熱繼電器的技術(shù)參數(shù)及常用產(chǎn)品熱繼電器的主要技術(shù)參數(shù)有額定電壓、額定電流、相數(shù)、熱元件編號(hào)以及整定電流調(diào)節(jié)范圍。熱繼電器的整定值：是指熱繼電器長(zhǎng)久不動(dòng)作的最大電流，超過(guò)此值即動(dòng)作。熱繼電器的整定電流可以通過(guò)熱繼電器所帶的專(zhuān)門(mén)的調(diào)節(jié)旋鈕進(jìn)行調(diào)整。常用產(chǎn)品型號(hào)：熱繼電器的型號(hào)也很多。目前較新型的有：國(guó)產(chǎn)的JR16、JR20雙多屬片式熱繼電器，引進(jìn)德國(guó)西門(mén)屋-芬納爾公司制造技術(shù)生產(chǎn)的JR-23（KD7）系列熱過(guò)載繼電器，與ABB公司的B系列交流接觸器配套的T系列熱繼電器，引進(jìn)德國(guó)西門(mén)子公司制造技術(shù)生產(chǎn)的JRS3（3UA）系列熱過(guò)載繼電器等產(chǎn)品。(a)JRS系列(a)T系列(b)SR16系列(c)SR20系列4.電氣符號(hào)熱元件常閉觸點(diǎn)圖2.14熱繼電器符號(hào)FRFR1.4.5行程開(kāi)關(guān)行程開(kāi)關(guān)（TravelSwitch）又稱(chēng)限位開(kāi)關(guān)，是一種根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的行程位置而動(dòng)作的小電流開(kāi)關(guān)電器。它是通過(guò)其機(jī)械結(jié)構(gòu)中可動(dòng)部分的動(dòng)作，將機(jī)械信號(hào)變換為信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械的電氣控制。操作頭：它是開(kāi)關(guān)的感測(cè)部分，它接受機(jī)械結(jié)構(gòu)發(fā)出的動(dòng)作信號(hào)，并將此信號(hào)傳遞到觸頭系統(tǒng)。觸頭系統(tǒng)：開(kāi)關(guān)的執(zhí)行部分，它將操作頭傳來(lái)的機(jī)械信號(hào)，通過(guò)本身的轉(zhuǎn)換動(dòng)作，變換為電信號(hào)，輸出到有關(guān)控制回路，使之能按需要作出必要的反應(yīng)。外殼1.組成部分:2.外觀、工作原理、符號(hào):1.5其他常用電器

1.5.1低壓斷路器(a)DZ47-63(b)DZ5(c)DZ47-1001.DZ5系列低壓斷路器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和符號(hào)(a)內(nèi)部結(jié)構(gòu)(b)通用電路符號(hào)(c)具有過(guò)載和短路保護(hù)符號(hào)2.低壓斷路器的選擇依據(jù)極數(shù)、額定電流、電壓類(lèi)型、電壓等級(jí)、分?jǐn)嗄芰?、?dòng)作頻繁程度等。1.5.2開(kāi)啟式刀開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)、電路符號(hào)和規(guī)格型號(hào)1.5.3低壓熔斷器熔斷器（Fuse）是一種利用熔體的熔化作用而切斷電路的、最初級(jí)的保護(hù)電器，適用于交流低壓配電系統(tǒng)，作為線路的過(guò)負(fù)載及系統(tǒng)的短路保護(hù)用。1.熔斷器的外形、結(jié)構(gòu)與電路符號(hào)(a)NT系列刀形觸頭熔斷器(bcd)RT系列圓筒帽形熔斷器(e)插瓷式熔斷器(f)螺旋式熔斷器(g)電路符號(hào)(3)極限分?jǐn)嗄芰θ蹟嗥髟谝?guī)定的額定電壓和功率因素（或時(shí)間常數(shù)）的條件下，能分?jǐn)嗟淖畲箅娏髦?。所以，極限分?jǐn)嗄芰σ卜从沉巳蹟嗥鞣謹(jǐn)喽搪冯娏鞯哪芰λ溉蹟嗥鏖L(zhǎng)