《电器与PLC控制》教案1.docx

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《电器与PLC控制》教案1

教案

教学内容：

第一章常用低压控制电器

第一节概述第二节接触器

教学目的：

1.让学生了解这门课程的性质以及学习这门课程要达到的目的和要求。

2.了解低压控制电器的发展概况以及分类。

3.掌握接触器的类型、结构及工作原理。

教学重点：

1.电器的分类

2.接触器的类型、结构及工作原理

教学难点：

掌握接触器的工作方式

教学步骤：

1.总体上概述这门课程的性质及作用。

2.讲授低压电器的分类及接触器部分。

教具及教学手段：

多媒体课堂教学；图示、举例、讲述、分析

作业布置情况：

习题1、2、3

课后分析与小结：

教学内容

板书或旁注

本课程的性质与任务

性质：

实践性很强的专业课

任务：

学习电力拖动系统、液压、气动系统的电气控制技术。

1、认识电器元件（结构、原理、参数、符号、选用方法）。

2、针对电动机的各种起动、制动、调速方法，研究控制线路的构成和原理（典型环节）。

3、分析典型电器控制线路的工作原理。

4、掌握继电接触器控制系统的一般设计内容和方法。

5、学习掌握PLC原理及应用技术。

6、应用PLC进行简单的控制系统设计。

电气技术达到：

懂原理、会分析、能维护、会简单设计。

第一节概述

1、电器的定义：

接通和断开电路或调节、控制和保护电路及电气设备用的电工器具。

2、电器的分类

（一）按工作电压等级分

（二）按动作原理分

（三）按用途分

3、电力拖动自动控制控制系统中常用的低压控制电器

4、我国低压控制电器的发展概况

5、电力拖动系统的组成

主电路、控制电路、任务

第二节接触器

用途：

自动接通和断开大电流负荷电路。

分类：

交流接触器、直流接触器。

组成：

触头系统、电磁机构、灭弧装置。

（结构如图1－1所示）

2.1电磁机构

①结构：

固定铁心，衔铁，电磁线圈。

（吸引线圈）

②分类：

直动式，拍合式。

（外形见图1－2）

③原理：

电磁线圈通电后，电磁吸力大于弹性力，使衔铁闭合。

④铁心材料：

直流—电工软铁；

交流—硅钢片（端面嵌铜短路环克服交流颤抖声）

教学内容

板书或旁注

⑤电磁吸力：

F=4*105B2S（S为铁心磁极截面积）

2.2触头系统

桥式：

点接触面接触

指式：

线接触，滚动摩擦，适用于大电流。

材料：

黄铜—指式；银铜合金—桥式。

结构见图1－6、1－7所示。

2.3灭弧装置

用途：

用于熄灭触头分断负载电流时产生的电弧。

电弧种类：

交流电弧和直流电弧

交流电弧存在交流过零点，电弧易熄灭

灭弧原理：

①迅速拉长电弧

②冷却和去游离法

灭弧方法：

①机械灭弧法：

利用弹性力、迅速拉长电弧。

②缝灭弧法：

分割电弧，并有冷却作用。

如：

纵缝陶土灭弧罩。

③栅片灭弧法：

金属栅片分割电弧。

（见图1－8）

④磁吹灭弧法：

电磁吸力的作用下迅速拉长电弧使用于熄灭直流电弧。

接触器主要技术参数

额定电压：

指主触点的额定工作电压。

直流有（24V、48V、110V、220V、440V）

交流有（36V、127V、220V、380V）

额定电流：

主触点的额定电流。

机械寿命（1000万次以上）与电气寿命（100万次以上）

操作频率：

每小时的操作次数

一般：

300次/h、600次/h、1200次/h

接通与分断能力：

可靠接通和分断的电流值。

接通时：

主触点不应发生熔焊。

分断时：

主触点不应发生长时间燃弧。

选择的主要参数：

主触点额定电流—根据负载确定

吸引线圈额定电压36V、127V、220V、380V

电气符号：

图形及文字见图1－11

湖北水利水电职业技术学院

教师授课教案

课程名称：

电器与PLC控制2006年至2007年第2学期第2次课

班级：

05电气1－4班编制日期：

2007年3月4日

教学单元（章节）：

第一章低压常用电器

第三节继电器

目的要求：

1.了解继电器的结构及工作原理

2.根据不同的分类形式对继电器类型的划分

知识要点：

1.电压、电流继电器2.中间继电器

3.时间继电器4.热继电器

5.速度继电器

技能要点：

对各种不同类型继电器的运用

教学步骤：

1.首先了解继电器在控制电路中所起的作用。

2.了解各种继电器的构成及工作原理。

教具及教学手段：

多媒体课堂教学；图示、举例、讲述、分析

作业布置情况：

习题6

课后分析与小结：

授课教师：

陈剑授课日期：

2007年3月6日

教学内容

板书或旁注

第三节继电器

用途：

根据信号变化，接通或断开电路（信号变换）

构成：

传感器+输出触点

分类：

中间、电流（过、欠）、电压（过、欠）、时间继电器、热继电器、速度继电器等

3.1电流、电压继电器

1、结构：

电磁机构+触点

2、定义：

依据线圈的电流或电压（输入）大小而输出触点动作的电器。

3、分类：

过流（压）：

过流后时触点动作。

欠流（压）：

欠流后时触点复位。

4、常用型号：

电流JL18、JT4等例

电压DJ—100

5、图形及文字符号（见图1－18）

3.2中间继电器

用途（功能）：

增加控制点数或信号放大。

分类：

交流、直流（电子电路常用）

结构：

电磁结构（电压线圈）+触头系统

主要参数：

触点形式、个数及电流吸引线圈的电压等级

交流：

12V、36V、127V、220V、380V

直流：

5V、6V、9V、12V、18V、24V、36V、48V、60V、110V

3.3热继电器

用途：

用于三相交流异步电动机（笼型）的过载保护。

（含断相保护）

分类：

双金属片式—常用

电子式

结构：

热元件+触头+动作机构+整定装置+复位装置

原理：

由双金属片的变形，通过导板，分断触点。

复位：

故障排除后，手动复位

整定：

通常整定在电动机的额定电流上。

型号：

JR16~20，JR36

热继电器结构原理图参见图1－23。

断相保护见图1－24。

图形、文字符号见图1－25。

教学内容

板书或旁注

3.4时间继电器

定义：

按时间原则工作的继电器。

用途：

用于时间控制，又称定时器。

延时类型：

通电延时型、断电延时型。

结构分类：

电磁式、空气式、电子式等。

图形及文字符号（见图1－28）

3.4.1空气式时间继电器

构成：

电磁机构+触头+汽缸（活塞）

原理：

利用空气阻尼的原理工作。

（结构见图1－27）a通电延时型、b断电延时型

主要参数：

延时类型及触点，

吸引线圈电压，

延时范围0.4~60S或0.4~180S。

特点：

价低、可靠、定时精度差

3.4.2电子式时间继电器

分类：

晶体管式（阻容式）：

利用充放电原理延时工作，小型继电器触点输出。

数字式：

脉冲+计数+执行机构。

型号：

晶：

JS14、ST3P系列

数：

JSS14系列

3.5速度继电器

用途：

检测转速的过零点。

多用于反接制动时，切除反相序电源。

结构：

转子（磁极）+笼型空心绕组+触头

原理：

电磁感应与鼠笼式异步机相似。

转动时，笼型绕组感生电势，形成电流后受力而摆动，摆锤拨动触头系统工作。

停转时（N=0），摆锤垂立，触头复位。

型号：

JY1（复位转速100r/min）、JFZ0

图形、文字符号（见图1－31）

结构原理（见图1－30）

湖北水利水电职业技术学院

教师授课教案

课程名称：

电器与PLC控制2006年至2007年第2学期第3次课

班级：

05电气1－4班编制日期：

2007年3月4日

教学单元（章节）：

第一章常用低压电器

第四节熔断器第五节低压开关和低压断路器

目的要求：

1.了解常用熔断器的分类及结构。

2.了解熔断器的主要特性及选用。

3.了解低压开关和低压断路器的类型及结构。

知识要点：

1.熔断器

2.低压开关

3.低压断路器

技能要点：

掌握熔断器及低压开关、断路器在低压电器控制系统中的运用。

教学步骤：

1.熔断器的工作方式及主要特性。

2.低压开关和低压断路器的类型结构特点。

教具及教学手段：

多媒体课堂教学；图示、讲述、分析

作业布置情况：

习题7

课后分析与小结：

授课教师：

陈剑授课日期：

2007年3月7日

教学内容

板书或旁注

第四节熔断器

用途：

用于低压电路的短路保护。

构成：

外壳+熔体（芯）

材料：

低熔点、铝锡合金、铜等金属

分类：

插入式、螺旋式、管式（无填料封闭管式、填料封闭管式）、导轨式、速熔式。

图形、文字符号：

图1－38。

熔断器保护（熔断）特性

1）熔体电流超过IfN，熔断。

（参见图1－37）

2）熔断时间与熔体电流成反比。

3）熔体电流小于等于IfN时，不会熔断、可以长期工作。

主要参数：

熔断器额定电流（外壳）

熔体额定电流（熔体）

举例：

RT0系列，主要参数见表1－17

熔断器的选用：

上、下级电路保护熔体的配合，电流比值不小于1.6：

1

照明或阻性负载，熔体电流IfN≥I.

单台电机。

IfN≥（1.5～２.５）ＩN

多台电机不同时起动　IfN≥（1.5～２.５）INMAX＋∑IN

第五节低压开关和低压断路器

5.1低压断路器

低压断路器又称自动空气开关。

功能：

不频繁接通、断开负载电路，并具有故障自动跳闸功能。

分类：

万能式；塑壳式；快速式；限流式

结构：

触头+灭弧装置+脱扣机构+操作结构

脱扣：

电磁脱扣—电压、电流（过流和短路时）

热脱扣

特点：

脱扣，排除故障后可重合闸（不换部件）

工作原理图（见图1－39）

图形文字符号（见图1－40）

教学内容

板书或旁注

5.2刀开关（低压隔离器）

用途：

通、断小负荷电流，电源隔离。

结构：

触刀，触头插座。

绝缘电板，操纵手柄。

（大容量灭弧罩）

主要类型：

带熔断器、带灭弧装置、铁壳负荷开关、胶盖开关等。

图形、文字符号：

见图1－44。

5.3组合开关

结构：

带弹簧储能功能，旋转操作，三层结构的刀式开关。

（见图1－46）

型号举例：

HZ10系列

主要参数：

IN（10A、25A、60A）；

极数（1、2、3、4）；

UN=380V

湖北水利水电职业技术学院

教师授课教案

课程名称：

电器与PLC控制2006年至2007年第2学期第4次课

班级：

05电气1－4班编制日期：

2007年3月4日

教学单元（章节）：

第一章常用低压电器

第六节主令电器第七节低压电器的产品型号

目的要求：

1.了解主令电器的用途及类别。

2.了解低压电器产品型号的表示方法。

知识要点：

1.按钮及指示灯

2.位置开关

3.凸轮控制器与主令控制器

技能要点：

掌握主令电器在低压电器控制系统中的使用方法。

教学步骤：

1.了解主令电器的概念及类型。

2.逐个分析不同主令电器的结构类型及工作原理。

教具及教学手段：

多媒体课堂教学；图示、讲述、分析

作业布置情况：

习题8

课后分析与小结：

授课教师：

陈剑授课日期：

2007年3月12日

教学内容

板书或旁注

第六节主令电器

主令电器的用途：

发布控制信号或指令，主要用来切换控制电路。

类别：

按钮和指示灯、位置开关、凸轮控制器、主令控制器等。

6.1按钮和指示灯

1、按钮的构成：

静触点、动触点、复位弹簧、按钮帽外壳。

（参见图1－47）

2、分类：

结构形式（组合式、指示灯式）、

操作方式（带锁定按动式（无自动复位功能）、不带锁定按动式、旋转式）。

3、工作原理：

按下时，动静桥下移、常闭点（3、4）断开，常开点（1、2）闭合

按钮松开时，弹性力使触桥复位，触点状态复原。

4、型号举例：

ＬＡ２、ＬＡ１８、ＬＡ１９

5、选用考虑：

额定电压、电流（５Ａ）、结构形式、操作方式、触点对数、按钮颜色、有无指示灯及帽形（急停式）。

6、符号：

（见图1－48）

7、指示灯：

氖泡、灯泡、半导体发光器件等。

主要参数及选择：

额定电压：

３８０、２２０、１２７、３６、６.３

发光器件、颜色。

型号举例：

ND16-22

6.2位置开关

用途：

用于运动部件的位置或行程的检测和控制。

主要包括行程开关、微动开关、接近开关、光电开关等。

1、行程开关构成：

静触头、动静桥、压动杆。

工作原理按钮相似，但操作形式为挡铁压动式。

（参见图1－49）

2、分类：

（操作头型式）直杆式、单轮式、双轮式等

（按复位方式）自动复位式和非自动复位式。

3、型号举例：

ＬＸ１９

教学内容

板书或旁注

6.3凸轮控制器

结构特征：

大电流的多挡住、多触头手动操作的开关电器。

由插

式触头、手柄、转轴、凸轮、灭弧罩、定位机构的组成。

（触头的结构示意见图1－51）

用途：

用于起重机绕线式异步电动机的起动、调速、制动控制。

型号：

ＫＴ１４、ＫＴ１５系列

主要参数：

触点的额定电流（２５Ａ、６０Ａ或３２Ａ、６３Ａ）

图形、文字符号：

参见图１－52

6.4主令控制器

结构特点：

凸轮非调整式主令控制器，是一种采用机械传动杠杆手动操作方式的多档位、多控制回路的控制电器。

用途：

主要用于起重设备的磁力控制。

常用型号：

ＬＫ1４、ＬK１８等

6.5接线端子

第1章小结

本章主要介绍了接触器、继电器、低压断路器、刀开关、保护及主令电器等常用低压电器。

重点介绍了电气元件的基本结构、工作原理及其主要参数、型号与图形符号。

电气元件的技术参数是选用的主要依据，需要时可查阅产品样本和电工手册。

湖北水利水电职业技术学院

教师授课教案

课程名称：

电器与PLC控制2006年至2007年第2学期第5次课

班级：

05电气1－4班编制日期：

2007年3月11日

教学单元（章节）：

第二章电器控制线路的基本原则和基本环节

第一节电器控制线路的绘制第二节三相异步电动机的起动控制

目的要求：

1.掌握电器控制线路图绘制、读图的原则和方法。

2.掌握三相异步电动机的直接起动方式。

知识要点：

1.电器控制原理图绘制原则及方法。

2.电器控制原理图分析方法。

3.三相异步电动机直接起动的点动、持续运转的控制方式。

技能要点：

掌握三相异步电动机的点动和持续运动的控制方式。

教学步骤：

1.分析例子，了解电器控制线路的绘制

2.逐步分析三相异步电动机的直接起动控制方式

教具及教学手段：

多媒体课堂教学；讲述、分析、图示、举例

作业布置情况：

习题9

课后分析与小结：

授课教师：

陈剑授课日期：

2007年3月13日

教学内容

板书或旁注

第二章的学习目的及要求

目的：

学习由电器元件组成的鼠笼式三相交流异步电动机起、停，正反转，掌握多地，多条件控制电路的基本原理；了解降压起动控制电路；制动控制电路；变极调速电路；绕线式异步电动机的控制电路等的工作原理及状况。

要求：

领会常用控制电路的设计思想，学会分析基础电路的工作原理，熟记起停、正反转、两地控制等电路的电路结构及特点，并要求能够熟练画出这些电路。

第一节电器控制线路的绘制

用以描述电气控制设备电气原理及安装、调试用的工艺性图纸，主要包括电气原理图、电气安装接线图和电气布置图等。

1.电器控制线路常用图形、文字符号

2.电气原理图

3.电气安装接线图

1.1电气原理图

分类：

主电路：

强电流通过部分

控制电路：

弱电流通过（控制、照明、指示）

绘制规则：

主：

粗实线（原理图左边）

辅：

细实线（原理图右边）

电气符号画法：

1、同一电器元件的各部件可不画在一起，但需用同一文字符号标出。

2、图中电器元件的状态为原始状态（未压动、未通电……）。

3、一般垂直放置，也可以逆时针转动90水平放置。

4、分支线路按动作先后排列，连接交叉点须标出。

1.2电气原理的读图方法

1、查线读图法（常用方法）：

按照由主到辅，由上到下，由左到右的原则分析电气原理图。

较复杂图形，通常可以化整为零，将控制电路化成几个独立环节的细节分析，然后，再串为一个整体分析。

2、逻辑代数法

用逻辑代数描述控制电路的工作关系。

教学内容

板书或旁注

电气原理图图示坐标法

1.轴坐标标注法

（电器元件纵向画法排列，每一条纵向线路为一个线路单元）

正序图示坐标：

以线圈为据找触头

逆序图示坐标：

以触头为据找线圈

2.横坐标标注法

电器元件横向画法排列，各电器元件线圈右侧，由上到下标明各支路序号，并在电器元件线圈旁标明其常开触头（横线上方）、常闭触头（横线下方）在电路中所在支路的标号。

1.3电气安装接线图

绘制原则：

1）同一电器元件各部件必须画在一起。

位置与实际安装位置一致。

2）不在同一控制柜上的电器元件的电气连接必须通过端子板进行。

3）走向相同的多根导线可用单线表示。

4）连接导线应标明规格、型号、根数和穿线管的尺寸。

第二节三相异步电动机的起动控制

本节主要介绍的是三相异步电动机的起动控制。

包括三相笼型电动机的直接起动和减压起动，以及三相绕线转子电动机的起动控制。

2.1三相笼型电动机直接起动控制

1.刀开关起停

手动控制操作方法：

手动合上QS，电动机M工作；手动切断QS，电动机M停止工作。

（参见图2－5）

电路保护措施：

FU——短路保护

电路优点：

控制方法简单、经济、实用。

电路缺点：

保护不完善，操作不方便。

2.接触器起停

主电路：

三相电源经QS、FU1、KM的主触点，FR的热元件到电动机三相定子绕组。

控制电路：

用两个控制按钮SB1、SB2，控制接触器KM线圈的通、断电，从而控制电动机（M）启动和停止。

教学内容

板书或旁注

起动过程分析：

合上QS，按动起动按钮SB1—>KM线圈通电并自锁－>M通电工作。

KM自锁是指，当按钮SB1闭合后又断开，与SB1并联的常开辅助触点闭合，KM的通电状态保持不变。

停止按钮SB2，用于切断KM线圈电流并打开自锁电路，使主回路的电动机M定子绕组断电停止工作。

（控制电路参见图2－7）

起停控制电路的保护分析

短路保护：

熔断器组FU1用于主电路的短路保护，FU2用于控制电路的短路保护。

过载保护：

热继电器FR用于电动机过载时，其在控制电路的常闭触点打开，接触器KM线圈断电，使电动机M停止工作。

排除过载故障后，手动使其复位，控制电路可以重新工作。

欠、失压保护：

电路失电复上电，不操作起动按钮，KM线圈不会再次自行通电，电动机不会自行起动。

在长动基础上的点动

用途：

适用于电动机短时间调整的操作。

①复合按钮控制：

SB3常闭触点用来切断自锁电路实现点动。

②按钮控制：

SA合上，有自锁电路，SB2为长动操作按钮；SA断开，无自锁电路，SB2为点动操作按钮。

③中间继电器KA控制：

按动SB2、KA通电自锁，KM线圈通电，此状态为长动；按动SB3、KM线圈通电，但无自锁电路，为点动操作。

（控制电路参见图2－8）

湖北水利水电职业技术学院

教师授课教案

课程名称：

电器与PLC控制2006年至2007年第2学期第6次课

班级：

05电气1－4班编制日期：

2007年3月11日

教学单元（章节）：

第二章电器控制线路的基本原则和基本环节

第二节三相异步电动机的起动控制

目的要求：

1.了解三相笼型异步电动机的各种减压起动方式

2.掌握三相异步电动机的减压起动控制线路

知识要点：

1.定子绕组串电阻起动

2.Y-△减压起动

3.自耦补偿减压起动

4.延边三角形减压起动

技能要点：

根据教材内容学会自己设计三相异步电动机的减压起动电路

教学步骤：

根据各种不同的减压起动控制电路

1.介绍减压原理

2.逐步分析减压起动电路的主回路和控制回路

教具及教学手段：

多媒体课堂教学；讲述、分析、图示、举例

作业布置情况：

习题10

课后分析与小结：

授课教师：

陈剑授课日期：

2007年3月14日

教学内容

板书或旁注

第二节三相异步电动机的起动控制

2.2三相笼型电动机减压起动控制

用途：

三相交流异步电动机的降压起动，用于大容量三相交流异步电动机空载和轻载起动时减小起动电流。

降压启动控制电路：

绕组串电阻起动、Y-△起动、自耦补偿起动、延边三角形起动控制电路。

1.定子绕组串电阻减压起动

①降压原理：

起动时，三相定子绕组中串入电阻R，降低了绕组上的电压，起动后，再切除电阻R。

②主电路分析：

起动时，KM1主触点闭合，电阻R接入起动；运行时，KM2主触点闭合，断开电阻R，电动机在额定电压下正常运行。

③控制电路起动过程分析：

按下起动按钮SB1—>KM1线圈通电自锁—>KM1主触头接通

—>M串接电阻R起动；

—>KT线圈通电延时－>KM2线圈通电自锁

—>KM2主触头闭合，短接电阻运行。

—>KM2辅助触头断开—>KT线圈断电复位

—>KM1线圈断电

（控制线路参见图2－9）

2.Y-△减压起动

①降压原理：

起动时，电动机定子绕组Y连接，运行时△连接。

②主电路分析：

KM1、KM3——Y起动，

KM1、KM2——△运行。

③Y-△降压起动过程分析：

按下起动按钮SB2—>KM1线圈通电自锁

—>KM3线圈通电—>主触头KM1、KM3闭合—>M作Y接起动；

—>KT线圈通电延时—>KM3线圈断电

－>KM2线圈通电自锁—>主触头KM2闭合—>M作△接运行。

—>KM2常闭触头断开—>KT线圈断电复位。

（控制线路参见图2－10）

教学内容

板书或旁注

3.自耦补偿减压起动

①降压原理：

起动时电动机定子绕组接自耦变压器的次级，运行时电动机定子绕组接三相交流电源，并将自耦变压器从电网切除。

②主电路分析：

起动时，KM1主触点闭合，自耦变压器投入起动；运行时，KM2主触点闭合，KM1主触点断开，电动机接三相交流电源。

③起动过程分析：

按动SB2－>KM1线圈通电自锁－>KM1主触头闭合—>电动机M自耦补偿起动；

－>KT线圈通电延时—>KA线圈通电自锁－>KM1、KT线圈断电

—>KM2线圈通电－>主触头KM2闭合，KM1断开—>电动机M全压运行。

（控制线路参见图2－11）

4.延边三角形减压起动

①降压原理：

绕组连接67、48、59构成延边三角形接法，绕组连接16、24、35为△接法。

（参见图2－13）

②主电路分析：

KM1、KM3使接点1、2、3接三相电源，67、48、59对应端接在一起构成延边三角形接法，用于降压起动。

KM1、KM2使接点16、24、35接在一起，构成△连接，用于全压运行。

③起动过程分析：

控制电路与Y-△起动控制电路相同，不再分析。

（控制线路参见图2－12）

湖北水利水电职业技术学院

教师授课教案

课程名称：

电器与PLC