常用低压电器.docx

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常用低压电器

第一章常用低压电器

教学目的：

了解常用低压电器的结构和工作原理

熟练掌握低压电器的型号、图形符号和文字符号

学会正确选择和合理使用低压电器。

教学重点：

低压电器的型号、图形符号和文字符号

教学难点：

低压电器的选择和合理使用

学时数：

10学时

§1.1低压电器基本知识

一、低压电器的分类

1．按用途和控制对象不同

（1）配电电器

（2）控制电器

2．按操作方式不同

（1）自动电器

（2）手动电器

3．按工作原理

（1）电磁式电器

（2）非电量控制电器

二、低压电器的作用

（1）控制作用：

（2）保护作用：

（3）测量作用：

（4）调节作用：

（5）指示作用：

（6）转换作用：

三、低压电器的基本结构

   电磁式低压电器大都有两个主要组成部分，即：

感测部分──电磁机构和执行部分──触头系统。

1.电磁机构

2.直流电磁铁和交流电磁铁

3.触头系统

4.灭弧装置

（1）电动力灭弧

（2）磁吹灭弧

（3）金属栅片灭弧

§1.2主令电器

   主令电器是一种专门发布命令、直接或通过电磁式电器间接作用于控制电路的电器。

常用的主令电器有以下几种:

一、控制按钮

   短时接通或断开小电流电路的电器，不直接控制主电路的通断，而在控制电路中发出“指令”去控制接触器、继电器等电器，再由它们去控制主电路。

二、行程开关

   行程开关又称位置开关或限位开关。

作用与按钮相同，但其触点的动作不是靠手动操作，而是利用生产机械某些运动部件上的挡铁碰撞其滚轮使触头动作来实现接通或分断电路的。

三、接近开关

   接近式位置开关是一种非接触式的位置开关，简称接近开关。

主要包括感应头、高频振荡器、放大器和外壳。

四、万能转换开关

   万能转换开关是一种多档式，控制多回路的主令电器。

§1.3接触器

   主要用于频繁接通或分断交、直流主电路和大容量的控制电路，可远距离操作，配合继电器可以实现定时操作，联锁控制及各种定量控制和失压及欠压保护。

一、接触器的结构及工作原理

1.交流接触器的结构及工作原理

（1）电磁机构：

（2）触头系统：

（3）灭弧装置：

（4）其他部分：

2.直流接触器的结构及工作原理

   直流接触器的结构与工作原理基本上与交流接触器相同，即由线圈、铁心、衔铁、触头、灭弧装置组成。

二、接触器的主要技术参数及型号

1.　接触器的主要技术参数有：

（1）额定电压

（2）额定电流

（3）吸引线圈额定电压

（4）通断能力

（5）电气寿命和机械寿命

（6）额定操作频率（次/h）

2.　接触器的型号

   常见接触器有CJ20系列、3TH和CJX1（3TB）系列。

§1.4继电器

   继电器是根据一定的信号（如电流、电压、时间和速度等物理量）的变化来接通或分断小电流电路和电器的自动控制电器。

一、电磁式继电器的结构及工作原理

1.结构及工作原理

2.继电特性

二、电流继电器

   电流继电器主要用于电动机、发电机或其它负载的过载及短路保护，直流电动机磁场控制或失磁保护等。

常用的电流继电器有欠电流继电器和过电流继电器两种。

三、电压继电器

   电压继电器反映的是电压信号。

它的线圈并联在被测电路的两端，所以匝数多、导线细、阻抗大。

四、时间继电器

   时间继电器按工作原理分可分为：

电磁式、空气阻尼式（气囊式）、晶体管式、单片机控制式等。

1.空气阻尼式时间继电器

2.晶体管式时间继电器

3.单片机控制式时间继电器

五、热继电器

   热继电器是利用电流热效应原理工作的电器，主要用于三相异步电动机的过载、缺相及三相电流不平衡的保护。

六、速度继电器

   速度继电器是利用转轴的转速来切换电路的自动电器，它主要用作鼠笼式异步电动机的反接制动控制中，故也称为反接制动继电器。

§1.5其他常用低压电器

一、刀开关

   刀开关是一种手动电器，在低压电路中用于不频繁地接通和分断电路，或用于隔离电源，故又称“隔离开关”。

1.刀开关的结构和安装

2.常用刀开关

（１）HD系列及HS系列刀开关

（2）HK系列开启式负荷开关

（3）HH系列封闭式负荷开关

二、熔断器

1.熔断器的结构和工作原理

2.熔断器的分类

（1）插入式熔断器

（2）螺旋式熔断器

（3）封闭管式熔断器和快速熔断器

（4）自复式熔断器

三、断路器

   低压断路器（也称自动开关）是一种既可以接通和分断正常负荷电流和过负荷电流，又可以接通和分断短路电流的开关电器。

1.断路器的结构和工作原理

2.断路器的分类

3.断路器的主要技术参数

（1）形式

（2）主电路额定值

（3）额定工作制

（4）辅助电路参数

（5）其他

4.智能化低压断路器

第二章基本电气控制电路

教学目的：

了解绘制电气图的基本规则

熟悉电气图的常用符号

掌握三相异步电动机的基本控制电路，理解其工作原理和功能

教学重点：

电气图的常用符号

三相异步电动机的基本控制电路，工作原理和功能

教学难点：

三相异步电动机的基本控制电路，工作原理和功能

学时数：

8学时

§2.1电气控制系统图的绘制规则和常用符号

一、常用电气图的图形符号与文字符号

GB/T4728-1998～2000《电气图用图形符号》

GB7159-1987《电气技术中的文字符号制定通则》。

二、电气原理图

绘制电气原理图应遵循的一些基本原则：

1．电气原理图一般分为主电路、控制电路和辅助电路3个部分。

2．电气原理图中所有电器元件的图形和文字符号必须符合国家规定的统一标准。

3．在电气原理图中，所有电器的可动部分均按原始状态画出。

4．动力电路的电源线应水平画出；主电路应垂直于电源线画出；控制电路和辅助电路应垂直于两条或几条水平电源线之间；耗能元件（如线圈、电磁阀、照明灯和信号灯等）应接在下面一条电源线一侧，而各种控制触点应接在另一条电源线上。

5．应尽量减少线条数量，避免线条交叉。

6．在电气原理图上应标出各个电源电路的电压值、极性或频率及相数；对某些元器件还应标注其特性（如电阻、电容的数值等）；不常用的电器（如位置传感器、手动开关等）还要标注其操作方式和功能等。

7．为方便阅图，在电气原理图中可将图幅分成若干个图区，图区行的代号用英文字母表示，一般可省略，列的代号用阿拉伯数字表示，其图区编号写在图的下面，并在图的顶部标明各图区电路的作用。

8．在继电器、接触器线圈下方均列有触点表以说明线圈和触点的从属关系，即“符号位置索引”。

三、电器元件布置图

电器元件布置图反映各电器元件的实际安装位置，在图中电器元件用实线框表示，而不必按其外形形状画出。

四、电气安装接线图

电气安装接线图反映的是电气设备各控制单元内部元件之间的接线关系。

§2.2电气控制电路的基本控制规律

一、自锁控制电路

1．手动控制电路

用开关（刀开关、组合开关或空气开关）控制的电动机直接起动和停止电路。

2.点动控制电路

点动控制电路是用按钮和接触器控制电动机的最简单的控制线路，分为主电路和控制电路两部分。

3.自锁控制电路

依靠接触器自身辅助动合触点使其线圈保持通电的现象称为自锁（或称自保），起自锁作用的辅助动合触点，称为自锁触点（或称自保触点），这样的控制线路称为具有自锁（或自保）的控制线路。

4.点动和自锁混合控制电路

既能进行点动控制，又能进行自锁控制的电路称为点动和自锁混合控制电路。

5.电路保护环节

（1）短路保护：

（2）过载保护：

（3）欠压和失压保护：

二、互锁控制电路

1.接触器互锁的正反转控制电路

2.按钮、接触器双重互锁的正反转控制电路

三、行程控制电路

四、多地控制电路

能在两地或多地控制同一台电动机的控制方式叫做电动机的多地控制。

五、顺序控制电路

1.主电路的顺序控制

2.控制电路的顺序控制

§2.3三相异步电动机降压起动控制电路

降压起动是指利用起动设备将电压适当降低后加到电动机的定子绕组上进行起动，待电动机起动运转后，再使其电压恢复到额定值正常运转。

一、定子串电阻降压起动控制电路

起动时在电动机的定子绕组中串接电阻，通过电阻的分压作用，使电动机定子绕组上的电压减小；待起动完毕后，将电阻切除，使电动机在额定电压（全压）下正常运转。

二、自耦变压器降压起动控制电路

电动机起动时利用自耦变压器来降低加在电动机定子绕组上的起动电压。

待起动一定时间，转速升高到预定值后，将自耦变压器切除，电动机定子绕组直接接上电源电压，进入全压运行。

三、Y-△降压起动控制电路

电动机起动时，把定子绕组接成星形，以降低起动电压，限制起动电流，待电动机起动后，再把定子绕组改接为三角形，使其全压运行。

四、绕线式异步电动机转子串电阻降压起动控制电路

1.电流控制原则

2.时间控制原则

§2.4三相异步电动机制动控制电路

制动，就是给正在运行的电动机加上一个与原转动方向相反的制动转矩迫使电动机迅速停转。

电动机常用的制动方法有机械制动和电气制动两大类。

一、机械制动控制电路

利用机械装置使电动机断开电源后迅速停转的方法称为机械制动。

机械制动常用的方法有电磁抱闸制动和电磁离合器制动。

二、反接制动控制电路

反接制动依靠改变电动机定子绕组中三相电源的相序，使电动机旋转磁场反转，从而产生一个与转子惯性转动方向相反的电磁转矩，使电动机转速迅速下降，电动机制动到接近零转速时，再将反接电源切除。

三、能耗制动控制电路

能耗制动是在切除三相交流电源之后，定子绕组通人直流电流，在定子、转子之间的气隙中产生静止磁场，惯性转动的转子导体切割该磁场，形成感应电流，产生与惯性转动方向相反的电磁力矩而使电动机迅速停转，并在制动结束后将直流电源切除。

§2.5三相异步电动机调速控制电路

由三相交流异步电动机的转速公式

可知，要改变异步电动机的转速，可采用改变电源频率f1、改变磁极对数p以及改变转差率s等3种基本方法。

一、变极调速原理

改变异步电动机定子绕组的连接方式，可以改变磁极对数，从而得到不同的转速。

当改变定子极数时，转子极数也同时改变。

二、变极调速控制电路

第三章典型机床电气控制线路的分析

教学目的：

了解几种典型机床的基本结构，掌握其电气控制原理

熟练掌握阅读分析电气控制原理图的方法与步骤，培养读图能力，为机床及其他生产机械电气控制系统的设计、安装、调试和维护打下一定基础

教学重点：

几种典型机床的基本结构及其电气控制原理

分析电气控制原理图的方法与步骤

教学难点：

分析电气控制原理图的方法与步骤

学时数：

8学时

§3.1电气控制线路分析基础

一、电气控制线路分析的内容

1．设备说明书

2．电气控制原理图

3．电气设备总装接线图

4．电器元件布置图与接线图

二、电气原理图阅读分析的方法和步骤

1．分析主电路

2．分析控制电路

3．分析辅助电路

4．分析联锁及保护环节

5．总体检查

§3.2C650卧式车床的电气控制线路

一、车床的主要结构与运动分析

   主要由床身、主轴变速箱、尾座进给箱、丝杠、光杠、刀架和溜板箱等组成。

二、车床的电力拖动形式及控制要求

1．主轴的旋转运动

2．刀架的进给运动

3．刀架的快速移动

4．冷却系统

三、车床的电气控制线路分析

1.主电路

2.控制电路

3.辅助电路（照明电路和控制电源）

四、车床电气控制线路的特点

1．主轴的正反转是通过电气方式，而不是通过机械方式实现的，从而简化了机械结构。

2．主电动机的制动采用了电气反接制动形式，并用速度继电器进行控制。

3．控制回路由于电器元件很多，故通过控制变压器TC与三相电网进行电隔离，提高了操作和维修时的安全性。

4．采用时间继电器KT对电流表PA进行保护。

5．中间继电器KA起着扩展接触器KM3触点的作用。

§3.3X62W卧式万能铣床的电气控制线路

一、铣床的主要结构与运动分析

主要由底座、床身、悬梁、刀杆支架、工作台、溜板箱和升降台等部分组成。

二、铣床的电力拖动形式及控制要求

1．主运动

2．进给运动

3．辅助运动

4．变速冲动

5．联锁控制

6．两地控制

7．冷却泵控制

三、铣床的电气控制线路分析

1．主电路

2．控制电路

3．辅助电路及保护环节

四、铣床电气控制线路的特点

1．电气控制线路与机械配合相当密切。

2．进给控制线路中的各种开关进行了巧妙的组合，既达到了一定的控制目标，又进行了完善的电气联锁。

3．控制线路中设置了变速冲动控制，有利于齿轮的啮合，使变速顺利进行。

4．采用两地控制，操作方便。

5．具有完善的电气联锁，并具有短路、过载及超行程限位保护环节，工作可靠。

第四章可编程控制器（PLC）概述

教学目的：

了解可编程控制器的基本组成，正确理解可编程控制器的扫描工作方式

掌握可编程控制器的工作原理以及三菱FX系列可编程控制器的硬件组成和特点

教学重点：

可编程控制器的工作原理以及三菱FX系列可编程控制器的硬件组成和特点

教学难点：

可编程控制器的工作原理以及三菱FX系列可编程控制器的硬件组成和特点

学时数：

4学时

§4.1PLC的产生、发展和特点

一、PLC的定义

  可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

二、PLC的产生和发展

1．从1969年到20世纪70年代初期。

2．20世纪70年代初期到末期。

3．20世纪70年代末期到80年代中期。

4．20世纪80年代中期到90年代中期。

5．进入21世纪后PLC仍保持旺盛的发展势头。

三、PLC的特点

1.可靠性高，抗干扰能力强

2.编程简单，使用方便

3.通用性好，组合灵活

4.功能完善，适应面广

5.体积小、功耗低

6.设计施工周期短

四、PLC的分类

1.按结构形式分类

   整体式和模块式

2.按I/O点数和存储容量分类

小型PLC：

I/O点数在246点以下，存储器容量2K步；

中型PLC：

I/O点数在246～2048点之间，存储器容量2K～8K步；

大型PLC：

I/O点数在2048点以上，存储器容量8K步以上。

五、PLC的应用领域

1.逻辑控制

2.过程控制

3.运动控制

4.通信联网

5.数据处理

六、PLC的主要生产厂家

   美国：

A-B公司、通用电气（GE）公司、莫迪康（MODICON）公司、德州仪器（TI）公司、西屋电气公司等。

   欧洲：

德国的西门子（SIEMENS）公司、AEG公司，法国的TE公司等。

   日本：

三菱、欧姆龙、松下、富士、日立、东芝等。

   中国：

无锡华光电子工业有限公司、上海香岛机电制造有限公司、杭州机床电器厂、天津中环自动化仪表公司等。

§4.2PLC的基本结构

   PLC主要有六部分组成：

CPU（中央处理器）、存储器、输入/输出（I/O）接口电路、电源、外设接口、输入/输出（I/O）扩展接口。

⒈CPU

2.存储器

3.输入、输出接口电路

4.电源

5.外部设备接口

6.I/O扩展接口

§4.3PLC的工作原理

一、扫描工作方式

   两种基本工作状态，即运行（RUN）和停止（STOP）。

二、PLC的工作过程

   PLC的工作方式为循环扫描方式，其工作过程大致分为3个阶段：

输入采样、程序执行和输出刷新。

PLC重复执行上述3个阶段，周而复始，每重复一次所需的时间称为一个扫描周期。

1.输入采样

2.程序执行

3.输出刷新

三、PLC的I/O滞后现象

   滞后时间的长短与以下因素有关：

1．输入滤波器对信号的延迟作用。

2．输出继电器的动作延迟。

3．PLC的循环扫描工作方式。

§4.4FX系列PLC的硬件

一、FX系列PLC的型号和外形

1.FX系列PLC的型号

2.FX系列PLC的外形

二、FX系列PLC的特点

1.体积极小的微型PLC

2.先进美观的外部结构

3.提供多个供用户选用的子系列。

4.灵活多变的系统配置

4.功能强且使用方便

三、FX系列PLC的硬件组成

   FX系列PLC的硬件包括基本单元、扩展单元、扩展模块及特殊功能单元。

1.FX1N系列PLC

2.FX2N系列PLC

第五章可编程控制器的编程语言及指令系统

教学目的：

了解三菱FX系列PLC编程元件的编址方式和特点

掌握PLC梯形图的编程规则及其基本指令和功能指令的应用

学会梯形图和指令表之间的转换

教学重点：

掌握PLC梯形图的编程规则及其基本指令和功能指令的应用

学会梯形图和指令表之间的转换

教学难点：

PLC梯形图的编程规则及其基本指令和功能指令的应用

学时数：

8学时

§5.1PLC的编程语言

一、PLC编程语言的国际标准

1.梯形图（LD）

2.指令表（IL）

3.顺序功能图（SFC）

4.功能块图（FBD）

5.结构文本（ST）

二、梯形图编程规则

§5.2FX系列PLC梯形图中的编程元件

一、PLC的基本数据结构

1.位元件

X：

代表输入继电器，用于直接输入给PLC的物理信号。

Y：

代表输出继电器，用于从PLC直接输出物理信号。

M（辅助继电器）和S（状态继电器）：

PLC内部的运算标志。

2.字元件

二、输入继电器（X）与输出继电器（Y）

1.输入继电器（X）

2.输出继电器（Y）

三、辅助继电器（M）

1．通用辅助继电器

2.锁存（断电保持）辅助继电器

3．特殊辅助继电器

（1）触点利用型

（2）线圈驱动型

四、状态继电器（S）

   状态继电器是用于编制顺序控制程序的一种编程元件（状态标志），常与STL指令（步进梯形指令）配合使用，主要用于编程过程中顺控状态的描述和初始化。

五、定时器（T）与计数器（C）

    FX1N、FX2N系列PLC内部可提供255个定时器和255个计数器，定时器的编号为T000～T255，计数器的编号为C000～C255。

定时器和计数器不能直接产生输出，必须通过输出继电器才能输出。

1.定时器（T）

2.计数器（C）

六、数据寄存器（D）

1.通用数据寄存器

2.锁存数据寄存器

3.文件寄存器

4.特殊数据寄存器

七、内部指针与常数

   内部指针（P/I）包括分支和子程序用的指针（P）和中断用的指针（I）。

在梯形图中，指针放在左侧母线的左边。

§5.3FX系列PLC的基本逻辑指令

一、LD、LDI、OUT指令

二、触点的串并联指令

1．AND、ANI指令

2．OR、ORI指令

三、电路块的串并联指令

1.串联电路的并联（ORB）指令

2.并联电路的串联（ANB）指令

四、LDP/LDF、ANDP/ANDF和ORP/ORF指令

五、MC、MCR指令

六、SET、RST指令

七、栈存储器与多重输出电路（MPS/MRD/MPP）指令

八、脉冲输出、取反、空操作与结束指令

1.脉冲输出指令（PLS/PLF）指令

2.取反操作（INV）指令

3.空操作指令（NOP）

4.程序结束（END）指令

§5.4FX系列PLC功能指令

一、FX2N系列PLC功能指令的基本格式与数据结构

1.功能指令的通用格式

（1）功能指令编号：

（2）助记符：

（3）数据长度：

（4）执行形式：

（5）操作数：

2.功能指令的数据结构

（1）位元件与位元件的组合

（2）字元件

二、比较与传送类指令

1.比较指令

（1）比较指令CMP（FNC10）

（2）区间比较指令ZCP（FNC11）

2．传送指令

（1）传送指令MOV（FNC12）

（2）移位传送指令SMOV（FNC13）

（3）取反传送指令CML（FNC14）

（4）块传送指令BMOV（FNC15）

（5）多点传送指令FMOV（FNC15）

（6）数据交换指令XCH（FNC17）

三、数据变换指令

1.BCD变换指令（FNC18）

2.BIN变换指令（FNC19）

四、算术逻辑运算指令

1.算术运算指令

（1）加法指令ADD（FNC20）

（2）减法指令SUB（FNC21）

（3）乘法指令MUL（FNC22）

（4）除法指令DIV（FNC23）

（5）加1指令INC（FNC24）

（6）减1指令DEC（FNC25）

2．字逻辑运算指令

（1）字逻辑与WAND、或WOR、异或WXOR指令

（2）求补NEG指令

五、循环移位与移位指令

1．循环移位指令

（1）右、左循环移位指令ROR、ROL

（2）带进位的循环移位指令

2．移位指令

第六章PLC程序设计及应用举例

教学目的：

了解PLC程序设计的一般步骤及