機(jī)床設(shè)備電氣控制機(jī)電與汽車工程學(xué)院袁明新1/14/20231機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所約法三章：(1)課堂紀(jì)律；(2)缺課、請假；(3)課后作業(yè)；(4)考試。輔導(dǎo)聯(lián)系：手機(jī)公室：機(jī)械樓207室1/14/20232機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所教學(xué)內(nèi)容安排：第一篇電氣控制技術(shù)第二篇可編程控制器技術(shù)◆PLC的發(fā)展史、基本組成及工作原理◆PLC的基本指令、步進(jìn)順控指令、功能指令◆PLC控制系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用4學(xué)時2學(xué)時三菱PLC◆常用低壓電器◆基本電氣控制線路◆電機(jī)調(diào)速控制線路◆典型機(jī)械設(shè)備的電氣控制4學(xué)時6學(xué)時4學(xué)時6學(xué)時2學(xué)時理論教學(xué)：28學(xué)時實(shí)踐教學(xué)：

4學(xué)時總學(xué)時：

32學(xué)時1/14/20233機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所主要參考書目：電子參考書目：科大超星數(shù)字圖書館下載書籍。1/14/20234機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所1常用低壓電器電器？電氣？電的,有關(guān)電的。是以電能、電氣設(shè)備和電氣技術(shù)為手段來創(chuàng)造、維持與改善限定空間和環(huán)境的一門科學(xué)。用來作為電氣裝置一部分或與電氣裝置有關(guān)的儀器、器件、附器、配件等,這個則是我們本課程用到的含義。電氣:Electric電器:electricalequipment(electricalappliance)1/14/20235機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所1常用低壓電器1.1.1.1按工作電壓等級分1.1.1、電器的分類1.1、低壓電器的基本知識(1)高壓電器

(2)低壓電器

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。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(hù)、控制或調(diào)節(jié)作用的各種電器，如接觸器、繼電器等。1/14/20236機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所1常用低壓電器1.1.1.2按動作原理分(1)手動電器，如按鈕、刀開關(guān)等；(2)自動電器，如接觸器、繼電器等。1/14/20237機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所1常用低壓電器1.1.1.3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(hù)電器——用于電路及電器設(shè)備的保護(hù)，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。1/14/20238機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所1常用低壓電器低壓電器一般由兩個基本部分組成：感受機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。1.1.2、低壓電器的電磁系統(tǒng)感受機(jī)構(gòu)：感受外界信號的變化，作出有規(guī)律的反應(yīng)；執(zhí)行機(jī)構(gòu)：根據(jù)指令信號，執(zhí)行電路的通、斷控制?！睿涸诟鞣N低壓電器中，感受機(jī)構(gòu)是根據(jù)電磁感應(yīng)原理做成的電磁系統(tǒng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是觸點(diǎn)系統(tǒng)及滅弧系統(tǒng)。1/14/20239機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所1常用低壓電器1.1.2.1、電磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理電磁機(jī)構(gòu):通常采用電磁鐵的形式，由吸引線圈、鐵心（又稱靜鐵心或磁軛）和銜鐵（也稱動鐵心）三部分組成。電磁機(jī)構(gòu)示意圖

吸引線圈銜鐵鐵心彈簧1/14/202310機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所1常用低壓電器1.1.2.1、電磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理工作原理：當(dāng)線圈通入電流后，磁通Φ通過鐵心。銜鐵和工作氣隙形成閉合回路，因銜鐵受到電磁力，便吸向鐵心。1/14/202311機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所常用電磁機(jī)構(gòu)：1——鐵心2——吸引線圈3——銜鐵虛線——磁路適用于直流接觸器適用于觸點(diǎn)容量較大的交流接觸器適用于交流接觸器、繼電器等1/14/202312機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所1常用低壓電器1.1.2.2、電磁式電器分類電磁式電器分為直流與交流兩大類。直流電磁鐵鐵心由整塊鑄鐵鑄成，僅有線圈發(fā)熱，所以線圈匝數(shù)多，導(dǎo)線細(xì)，制成細(xì)長型，且不設(shè)線圈骨架，線圈與鐵心直接接觸，利于線圈的散熱。交流電磁鐵鐵心則用硅鋼片疊成，以減少鐵損（磁滯損耗及渦流損耗）。鐵芯和線圈均發(fā)熱，所以線圈匝數(shù)少，導(dǎo)線粗，制成短粗型，吸引線圈設(shè)有骨架，且鐵心與線圈隔離，利于鐵心和線圈的散熱。1/14/202313機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所1常用低壓電器1.1.2.2、電磁式電器分類1/14/202314機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所1.1.2.3、交流電磁系統(tǒng)的短路環(huán)◆單相交流電磁機(jī)構(gòu)存在的問題磁通是交變：電磁吸力與磁通的平方成正比，當(dāng)磁通為零時，吸力也為零，這時銜鐵在彈簧反力作用下被拉開，磁通大于零后，吸力增大，當(dāng)吸力大于反力時，銜鐵又吸合，銜鐵會產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動和噪聲。措施：設(shè)置障礙消除銜鐵的機(jī)械振動，通常采用短路環(huán)

來解決。后果：銜鐵產(chǎn)生強(qiáng)烈振動和噪音，易使電器結(jié)構(gòu)松散、壽命降低，同時使觸點(diǎn)接觸不良，易于熔焊與燒毀。1常用低壓電器電磁吸力磁感應(yīng)強(qiáng)度鐵心截面積電磁鐵吸力公式1/14/202315機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所1常用低壓電器交流電磁鐵的短路環(huán)◆短路環(huán)短路環(huán)(也稱分磁環(huán))：對單相交流電磁機(jī)構(gòu)，一般在鐵心端面上安置一個銅制的分磁環(huán)，以便改善工作狀況。1/14/202316機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所◆短路環(huán)的工作原理

在鐵心斷面設(shè)置短路環(huán)后，氣隙磁通分為兩個部分，即不穿過短路環(huán)的Φ1和穿過短路環(huán)Φ2，且Φ2滯后于Φ1。特點(diǎn)：相位不同，幅值也不同。由兩個磁通產(chǎn)生的電磁力F1和F2在不同時刻過零點(diǎn)，使得Φ1、

Φ2相差90°，并且F1和F2近似相等，則合成磁力就會相當(dāng)平坦，只要最小吸力大于反力，就不會產(chǎn)生振動和噪音。1/14/202317機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所1常用低壓電器交流電磁鐵的短路環(huán)總而言之：短路環(huán)起到磁分相的作用，把極面上的交變磁通分成兩個相位不同交變磁通，這樣，兩部分吸力就不會同時達(dá)到零值，當(dāng)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。1/14/202318機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所1常用低壓電器1.1.2.4、低壓電器的觸點(diǎn)系統(tǒng)觸點(diǎn)是接觸器的執(zhí)行元件，用來接通或斷開被控制電路。(1)觸點(diǎn)系統(tǒng)材料要使觸點(diǎn)具有良好的接觸性能，通常采用銅質(zhì)材料制成。由于銅的表面容易氧化成氧化銅，使觸點(diǎn)接觸電阻增大，容易引起觸點(diǎn)過熱，影響電器的使用壽命。對于電流容量較小的電器(如接觸器、繼電器等)，常采用銀質(zhì)材料作為觸點(diǎn)材料，因?yàn)殂y的氧化膜電阻率與純銀相似，從而避免觸點(diǎn)表面氧化膜電阻率增加而造成觸點(diǎn)接觸不良。1/14/202319機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所1常用低壓電器1.1.2.4、低壓電器的觸點(diǎn)系統(tǒng)(2)觸點(diǎn)的結(jié)構(gòu)形式按其所控制的電路分：

主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)。主觸點(diǎn)：用于接通或斷開主電路，允許通過較大的電流，必須采取滅弧措施；輔助觸點(diǎn)：用于接通或斷開控制電路，滅弧能力弱，只能通過較小的電流。1/14/202320機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所電氣原理圖中的主觸點(diǎn)、輔觸點(diǎn)1/14/202321機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所1常用低壓電器1.1.2.4、低壓電器的觸點(diǎn)系統(tǒng)(2)觸點(diǎn)的結(jié)構(gòu)形式按其原始狀態(tài)分：常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)。常開觸點(diǎn)：原始狀態(tài)時（即線圈未通電）斷開，線圈通電

后閉合的觸點(diǎn)；常閉觸點(diǎn)：原始狀態(tài)閉合，線圖通電后斷開的觸點(diǎn)（線圈

斷電后所有觸頭復(fù)原）。1/14/202322機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所電氣原理圖中的常開觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)1/14/202323機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所1常用低壓電器1.1.2.4、低壓電器的觸點(diǎn)系統(tǒng)(3)觸點(diǎn)的分類1)按結(jié)構(gòu)形式可分為橋式觸點(diǎn)和指形觸點(diǎn)，如圖所示。(a)橋式觸點(diǎn)；(b)橋式觸點(diǎn)；(c)指形觸點(diǎn)1/14/202324機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所1常用低壓電器1.1.2.4、低壓電器的觸點(diǎn)系統(tǒng)(3)觸點(diǎn)的分類2)按接觸形式可分為點(diǎn)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(a)點(diǎn)接觸式；(b)線接觸式；(c)面接觸式1/14/202325機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所1常用低壓電器1.1.3、低壓電器的滅弧系統(tǒng)1.1.3.1

定義電弧——開關(guān)觸頭在大氣中斷開電路時，如果電路的電流超過0.25～1A，電路斷開后加在觸頭間的電壓超過12～20V，則在觸頭間隙（又稱弧隙）中便會產(chǎn)生一團(tuán)溫度極高、發(fā)出強(qiáng)光和能夠?qū)щ姷慕茍A柱形的氣體。1/14/202326機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所1常用低壓電器1.1.3.2

電弧的形成過程觸頭分離瞬間接觸處的金屬首先熔化觸頭開始分離接觸面積逐漸減小接觸處的電流密度逐漸增大接觸處的金屬強(qiáng)烈發(fā)熱形成液態(tài)金屬橋一部分變成金屬蒸氣進(jìn)入觸頭弧隙中熾熱的金屬表面又使電子從陰極逸出電子向陽極移動，同時撞擊氣體原子，形成帶負(fù)電電子和帶正電離子正離子向陰極移動，加熱陰極釋放電子在觸頭間隙中產(chǎn)生大量的帶電粒子，使氣體導(dǎo)電形成熾熱的電子流。形成電弧1/14/202327機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所1常用低壓電器1.1.3.2

電弧的形成過程電弧的實(shí)質(zhì)：電弧是一種氣體放電現(xiàn)象，即觸頭間氣體在強(qiáng)電場作用下產(chǎn)生自由電子，正、負(fù)離子呈游離狀態(tài)，使氣體由絕緣狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)，并伴有高溫、強(qiáng)光。

1/14/202328機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所1常用低壓電器1.1.3.3電弧的危害(1)延長了切斷故障的時間；

(2)高溫引起電弧附近電氣絕緣材料燒壞；

(3)形成飛弧造成電源短路事故；

(4)電弧是造成電器的壽命縮短的主要原因。1.1.3.4滅弧方法基本原理：◆迅速增加電弧長度，使得單位長度內(nèi)維持電弧燃燒的電場強(qiáng)度不足而使電弧熄滅；◆使電弧與液體介質(zhì)或固體介質(zhì)相接觸，加速冷卻以增強(qiáng)去游離作用，使電弧迅速熄滅。1/14/202329機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所1常用低壓電器(1)簡單滅弧在大氣中分開觸頭時，借機(jī)械力或電弧電流本身產(chǎn)生的電動力拉長電弧，使之在運(yùn)動中不斷與新鮮空氣接觸為其冷卻，使電弧熄滅。多用于交流接觸器等交流電器中。(a)雙斷點(diǎn)橋式觸點(diǎn)滅弧(b)機(jī)械性拉弧1/14/202330機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所1常用低壓電器(2)磁吹式滅弧電弧受電磁力的作用而拉長，被吹入由固體介質(zhì)構(gòu)成的滅弧罩內(nèi)，與固體介質(zhì)相接觸，電弧被冷卻而熄滅。電流越大，吹弧能力越強(qiáng)。該方法廣泛應(yīng)用于直流接觸器中。電弧電流產(chǎn)生的磁場。磁力線密度不同，內(nèi)側(cè)強(qiáng)，外側(cè)弱，從而產(chǎn)生磁吹力F。串入觸點(diǎn)電路1/14/202331機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所1常用低壓電器(3)縱縫滅弧常用耐弧塑料（如陶土、石英、三聚氰胺和MP-1塑料）制造的具有縱縫的滅弧室來限制弧區(qū)擴(kuò)展并加速冷卻以削弱熱電離。在電弧所形成的磁場電動力的作用下，可使電弧拉長并進(jìn)入滅弧罩的縱縫中，幾條縱縫可將電弧分割成數(shù)段且勺固體介質(zhì)相接觸，電弧便迅速熄滅。這種結(jié)構(gòu)多用于交流接觸器上。電弧進(jìn)入滅弧罩后，被隔板分成兩個直徑較原來小的電弧，并和縫壁接觸而冷卻，冷卻效果加強(qiáng)，熄弧性能提高。此外，由于縫較寬，熄弧后殘存的游離氣體容易排出，適用于較頻繁開斷的場合。冷卻效果好，對熄弧有利。但是在頻繁開斷電流時，縫內(nèi)殘余的游離氣體不易排出，這對熄弧不利。適用于操作頻率不高的場合。1/14/202332機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所1常用低壓電器(4)柵片滅弧法其余：固體產(chǎn)氣滅弧、石英砂滅弧、油吹滅弧、氣吹滅弧等等。當(dāng)觸頭分開時，產(chǎn)生的電弧在電動力的作用下被推入一組金屬柵片中而被分割成數(shù)段，彼此絕緣的金屬柵片的每一片都相當(dāng)于一個電極，因而就有許多個陰陽極壓降。對交流電弧來說，近陰極處，在電弧過零時就會現(xiàn)一個150～220V的介質(zhì)強(qiáng)度，使電弧無法繼續(xù)維持而熄滅。出于柵片滅弧效應(yīng)在交流時要比直流時強(qiáng)得多，所以交流電器常常采用柵片滅弧1/14/202333機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所1常用低壓電器1.2、接觸器◆定義：接觸器是用來頻繁地接通和分?jǐn)嘟恢绷髦骰芈泛痛笕萘靠刂齐娐贰Ｆ渲饕刂茖ο笫请妱訖C(jī)，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制，并具有欠(零)電壓保護(hù)。具有手動切換電器所不能實(shí)現(xiàn)的遙控功能，同時還具有欠壓、失壓保護(hù)的功能，但卻不具備短路保護(hù)和過載保護(hù)功能。接觸器按其線圈中通過電流種類不同，分為交流接觸器和直流接觸器。本課程重點(diǎn)介紹交流接觸器。1/14/202334機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所1常用低壓電器1.2、交流接觸器◆接觸器的結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)如圖所示：由電磁系統(tǒng)、觸頭系統(tǒng)和滅弧裝置組成，1/14/202335機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所1常用低壓電器1.2、交流接觸器◆接觸器的結(jié)構(gòu)和工作原理1/14/202336機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所1常用低壓電器1.2、交流接觸器

電磁系統(tǒng)作用:將電磁能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，產(chǎn)生電磁吸力帶動觸頭動作。由動鐵心（銜鐵）、靜鐵心和電磁線圈組成。◆鐵心用相互絕緣的硅鋼片疊壓而成，以減小交變磁場在鐵心中產(chǎn)生的渦流及磁滯損耗，避免鐵芯過熱；◆鐵心上裝有短路銅環(huán)，以減小銜鐵吸合后的震動和噪聲；◆鐵心大多采用銜鐵直線運(yùn)動的雙E形結(jié)構(gòu)。1/14/202337機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所1常用低壓電器1.2、交流接觸器

觸頭:接觸器的執(zhí)行元件，用來接通或斷開被控制電路。

滅弧裝置:消滅電弧防止電弧弧光短路，防止造成設(shè)備損毀，提高開關(guān)分?jǐn)嗄芰σ约叭藛T損傷的作用。1/14/202338機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所線圈鐵芯銜鐵主觸頭彈簧輔助觸頭M3~電機(jī)動作過程線圈通電銜鐵吸合主觸頭閉合電機(jī)動作~380V~~接觸器~輔助常開觸頭閉合輔助常閉觸頭斷開1/14/202339機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所1常用低壓電器線圈主觸點(diǎn)圖形符號文字符號KM圖形符號文字符號KM輔助常開觸頭圖形符號文字符號KM輔助常閉觸頭圖形符號文字符號KM◆接觸器的符號1/14/202340機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所1常用低壓電器◆接觸器的主要技術(shù)指標(biāo)(1)額定電壓交流~220V、~380V、~660V；

直流110V、220V、440V。(2)額定電流常用電流等級：10~800A。(3)吸引線圈的額定電壓交流~36V、~127V、~220V；

直流24V、48V、220V、440V。(4)觸頭數(shù)目(5)額定操作頻率300次/h、600次/h、1200次/h。1/14/202341機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所1常用低壓電器◆接觸器的型號交流接觸器型號（CJ□-□）的含義為：“C”表示接觸器，“J”表示交流，兩個“□”分別為設(shè)計序號和主觸頭額定電流。常用的交流接觸器有CJ10、CJ12、CJ10X、CJ20、CJX2等等。直流接觸器型號（CZ□-□）的含義為：“C”表示接觸器，“Z”表示交流，兩個“□”分別為設(shè)計序號和主觸頭額定電流。接觸器CJ20—/交流有TH表示濕熱帶額定工作電壓代號：03-380V；06-660V；11-1140V用K表示組成礦用啟動器的接觸器額定工作電流（380V，AC3時）設(shè)計序號1/14/202342機(jī)電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所1常用低壓電器◆接觸器的選用原則

根據(jù)電路中負(fù)載電流的種類選擇接觸器的類型；接觸器的額定電壓應(yīng)大于或等于負(fù)載回路的額定電壓；吸引線圈的額定電壓應(yīng)與所接控制電路的額定電壓等級

一致；額定電流應(yīng)大于或等于被控主回路的額定電流。1/14/202