1、电气控制与PLC应用,信息与电气工程学院于永进,课程任务,掌握常用低压电器的结构原理、用途、主要参数、选用方法等 掌握电气控制系统的基本控制电路，具有电气控制系统分析和设计的基本能力 掌握可编程控制器（PLC）原理及编程方法，具备一定的PLC程序设计和PLC应用能力,电气控制技术的发展概况 控制方法：手动控制自动控制 操作方式：笨重轻巧 控制功能：简单复杂 控制原理：单一的有触点硬接线继电器控制系统以微处理器为中心的软件控制系统,第一章常用低压电器,第一节 概述第二节常用低压电器的基本问题,第一节 概述,一、低压电器的定义与分类 定义：工作电压交流1200V、直流1500V以下的电气线路中起通
2、断、保护、控制或调节作用的电器称为低压电器。 分类： 按用途和控制对象分：配电电器和控制电器 按操作方式分 ：手动电器和自动电器 按工作原理分：电磁式电器和非电量控制电器。 按有无触点分：有触点电器和无触点电器,表1 常用低压电器的分类,二、低压电器的基本用途在输送电能的输电线路和各种用电场合，需要使用不同的电器来控制电路通、短、并对电路的各种参数进行调节。根据外界控制信号或控制要求，通过一个或多个器件组合，自动或手动接通、分断电路，连续或断续地改变电路状态，对电路进行切换、控制、保护、检测和调节。 三、低压电器的主要技术指标1.绝缘强度 2.耐潮湿性能 3.极限允许温升 4.操作频率（1h）
3、 5.寿命（电和机械）,四、低压电器的型号表示法 国产常用低压电器的全型号组成形式如下：,第二节常用低压电器的基本问题,一、触头系统触头是用来接通或断开电路的，其结构形式有很多种。 1按其接触形式分按其接触形式分为点接触、线接触和面接触3种。,图（a）为点接触的桥式触头，图（b）为面接触的桥式触头，图（c）为线接触的指形触头。点接触允许通过的电流较小，面接触和线接触允许通过的电流较大。点接触常用于小电流的电器；线接触适用于通电次数多、电流大的场合，多用于中等容量电器；面接触适用于中小容量的接触器。2按控制的电路分按控制的电路分为主触头和辅助触头。主触头用于接通或断开主电路，允许通过较大的电流。
4、辅助触头用于接通或断开控制电路，只允许通过较小的电流。3.按原始状态分按原始状态分为常开触头和常闭触头。当线圈不带电时，动、静触头是分开的称为常开触头；当线圈不带电时，动、静触头是闭合的称为常闭触头。,二、电弧的产生及灭弧方法 1、电弧产生：在自然环境下断开电路时，如果被断开电路的电流（或电压）超过某一数值时（根据触头材料的不同其值约在0.25-1A，12-20V之间），触头在分断的时候在间隙中就会产生电弧。实际上是触头间气体在强电场作用下产生的放电现象，即当触头间刚出现分断时，触头间的距离极小，电场强度极大，在高热和强电场作用下，金属内部的自由电子从阴极表面逸出，奔向阳极，这些自由电子在电场
5、运动中时撞击中性气体分子，使之激励和游离，产生正离子和电子。因此，在触头间隙中产生大量的带电粒子，使气体形成炽热的电子流即电弧。2、电弧产生的原因：强电场放射、撞击电离、热电子发射、高温游离。3、电弧的危害 ：延长了切断故障的时间；高温引起电弧附近电气绝缘材料烧坏；形成飞弧造成电源短路事故。,4、电弧的分类： 电弧分直流电弧和交流电弧，交流电弧有自然过零点，故其电弧较易熄灭。要使电弧熄灭，一方面要减弱电离作用，另一方面是增强电离作用。5、电弧的熄灭及熄弧方法： 1）电动力吹弧 一种桥式结构双断口触头，流过触头两端的电流方向相反，将产生相互排斥的电动力，在断口中产生电弧。这种灭弧方法多用于小功率
6、电器。,2）栅片灭弧当触头分断电路时，在触头之间产生电弧，电弧电流产生磁场，由于钢片磁阻比空气磁阻小得多，因此，电弧上方的磁通非常稀疏，而下方的磁通却非常密集，这种上疏下密的磁场将电弧拉入灭弧罩中，当电弧进入灭弧栅后，被分割成数段串联的短弧。这样每两片灭弧栅片可以看做一对电极，而每对电极间有150-250V的绝缘强度，将整个灭弧栅的绝缘强度大大加强，,而每个栅片间的电压不足以达到电弧燃烧电压，同时栅片吸收电弧热量，使电弧迅速冷却而熄灭。,3）磁吹灭弧 在一个与触头串联的磁吹线圈产生的磁力作用下，电弧被拉长且被吹入由固体介质构成的灭弧罩内，电弧被冷却熄灭。 它广泛应用于直流灭弧装置中。,4）窄缝
7、灭弧 在电弧形成的磁场、电场力的作用下，将电弧拉长进入灭弧罩的窄缝中，使其分成数段并迅速熄灭，该方式主要用于交流接触器中。,二、电磁机构 1组成电磁机构一般由吸引线圈（励磁线圈）和磁路两部分组成。当吸引线圈通过一定的电压或电流时，产生激励磁场及吸力，并通过气隙转换为机械能，从而带动衔铁运动使触头动作，以完成触头的断开和闭合。按通过线圈的电流种类分有交流电磁机构和直流电磁机构；按电磁机构的形状分有E形和U形两种；按衔铁的运动形式分有拍合式和直动式两大类。,图（a）为衔铁沿棱角转动的拍合式铁芯，铁心一般由电工软铁制成，适用于直流继电器和接触器。 图（b）为衔铁沿轴转动的拍合式铁芯，铁心一般由硅钢片
8、叠成，适用于较大容量交流接触器。 图（c）为衔铁直线运动的双E形直动式铁芯，较多用于中小容量交流接触器和继电器中。,电磁铁是利用通电的铁心线圈吸引衔铁或保持某种 机械零件、工件于固定位置的一种电器。 电磁铁吸合过程的分析： 在吸合过程中若外加电压不变，则F基本不变气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸不上，线圈中的电流一直很大，将会导致过热，把线圈烧坏。,交流电磁机构和直流电磁机构的铁芯（衔铁）有所不同，直流电磁机构的铁芯为整体结构，以增加磁导率和增强散热，吸引线圈为高而薄的瘦长型；交流电磁机构的铁芯采用硅钢片叠制而成，目的是减少在铁芯中产生的涡流，使铁芯发热，吸引线圈为短而厚的矮胖型。此外交流电磁
9、机构的铁芯有短路环，以防止电流过零时（滞后90）电磁吸力不足使衔铁振动。 当线圈并联于电源工作时，称为电压线圈，它的特点是线圈匝数多，导线线径较细。当线圈串联于电路工作时，称为电流线圈，它的特点是线圈匝数少，导线线径较粗。,直流线圈的放电回路在线圈断电瞬间，由于磁通的急剧变化，会感应出很高的反电动势，容易使线圈击穿损坏，所以在线圈的两端要并联一个由电阻和二极管组成的放电回路。,2 电磁机构的工作原理1）反力特性2）吸力特性 直流电磁铁的励磁电流仅与电阻有关，在吸合过程中，励磁电流不变，其吸力随着气隙的减小而增大，所以吸力特性比较陡峭。 在交流电磁铁中，线圈电流不仅与电阻有关，主要的还与线圈感抗有关，在吸和过程中随着磁路气隙的减小，磁阻减小，线圈感抗增大，电流减小，其吸力随着气隙的减小略有增大，所以吸力特性比较平坦。,
