电气控制与可编程控制器技术

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1、《电气控制与可编程控制器技术》电子课件南京师范大学电气与自动化工程学院电气工程系史国生第一篇电气控制技术第一章常用低压电器1.1电器的功能、分类和工作原理1.2电气控制中常用电器1.3主令电器1.4动力线路中常用电器1.5智能电器1.1电器的功能、分类和工作原理一、电器的功能电器是一种能根据外界的信号（机械力、电动力和其它物理量）和要求，手动或自动地接通、断开电路，以实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节的电气元件或设备。电器的控制作用就是手动或自动地接通、断开电路，“通”称为“开

2、”，“断”也称为“关”。因此，“开”和“关”是电器最基本、最典型的功能。1.1电器的功能、分类和工作原理二、电器的分类1．按工作电压等级分（1）高压电器用于交流电压1200V、直流1500V及以上电路中的电器，例如高压断路器、高压隔离开关、高压熔断器等。（2）低压电器用于交流50Hz（或60Hz）额定电压为1200V以下、直流额定电压为1500V及以下的电路中的电器，例如接触器、继电器等。2．按动作原理分（1）手动电器人手操作发出动作指令的电器，例如刀开关，按钮等。（2）自动电器产生电磁力而自动完成

3、动作指令的电器，例如接触器、继电器、电磁阀等。3．按用途分（1）控制电器用于各种控制电路和控制系统的电器，例如接触器、继电器、电动机起动器等。（2）配电电器用于电能的输送和分配的电器，例如高压断路器等。（3）主令电器用于自动控制系统中发送动作指令的电器，例如按钮、转换开关等。（4）保护电器用于保护电路及用电设备的电器，例如熔断器、热继电器等。（5）执行电器用于完成某种动作或传送功能的电器，例如电磁铁、电磁离合器等。三、电磁式电器的基本原理低压电器中大部分为电磁式电器，各类电磁式电器的工作原理基本相同

4、，由检测部分（电磁机构）和执行部分（触头系统）两部分组成。（一）电磁机构1．电磁机构的结构形式电磁机构由吸引线圈、铁心和衔铁组成，其结构形式按衔铁的运动方式可分为直动式和拍合式。图1-1和图1-2是直动式和拍合式电磁机构的常用结构形式。1-衔铁2-铁心3-吸引线圈图1-1直动式电磁机构1-衔铁2-铁心3-吸引线圈图1-2拍合式电磁机构吸引线圈的作用是将电能转换为磁能，即产生磁通，衔铁在电磁吸力作用下产生机械位移使铁心吸合。通入直流电的线圈称直流线圈，通入交流电的线圈称交流线圈。直流线圈通电，铁心不会

5、发热，只有线圈发热，因此线圈与铁心接触以利散热。线圈做成无骨架、高而薄的瘦高型，以改善线圈自身散热。铁心和衔铁由软钢或工程纯铁制成。对于交流线圈，除线圈发热外，由于铁心中有涡流和磁滞损耗，铁心也会发热。为了改善线圈和铁心的散热情况，在铁心与线圈之间留有散热间隙，而且把线圈做成有骨架的矮胖型。铁心用硅钢片叠成，以减少涡流。另外，根据线圈在电路中的联接方式可分为串联线圈（即电流线圈）和并联线圈（即电压线圈）。2．电磁机构的工作原理电磁铁工作时，线圈产生的磁通作用于衔铁，产生电磁吸力，并使衔铁产生机械位移

6、，衔铁复位时复位弹簧将衔铁拉回原位。因此作用在衔铁上的力有两个：电磁吸力和反力。电磁吸力由电磁机构产生，反力由复位弹簧和触头等产生。电磁机构的工作特性常用吸力特性和反力特性来表达。（1）吸力特性电磁机构的电磁吸力F与气隙δ的关系曲线称为吸力特性。电磁吸力可按下式求得式中，F为电磁吸力（N）；B为气隙磁感应强度（T）；S为磁极截面积（m2）。当铁心截面积S为常数时，电磁吸力F与B2成正比，也可认为F与气隙磁通φ2成正比。励磁电流的种类对吸力特性有很大影响。对于具有电压线圈的交流电磁机构，设线圈外加电压

7、U不变，交流电磁线圈的阻抗主要决定于线圈的电抗，若电阻忽略不计，则式中，U为线圈外加电压；E为线圈感应电动势；f为电压频率；φ为气隙磁通；N为电磁线圈的匝数。当电压频率f、电磁线圈的匝数N和线圈外加电压U为常数时，气隙磁通φ也为常数，则电磁吸力F也为常数，即F与气隙δ大小无关。实际上，考虑到漏磁通的影响，电磁吸力F随气隙δ的减少略有增加。交流电磁机构的吸力特性如图1-3所示。由于交流电磁机构的气隙磁通φ不变，IN随气隙磁阻(也即随气隙δ)的变化成正比变化，所以交流电磁线圈的电流I与气隙δ成正比变化。

8、图1-3交流电磁机构的吸力特性图1-4直流电磁机构的吸力特性对于具有电压线圈的直流电磁机构，其吸力特性与交流电磁机构有所不同。因外加电压U和线圈电阻不变，则流过线圈的电流I为常数，与磁路的气隙大小无关。根据磁路定律故其吸力特性为二次曲线形状，如图1-4所示。（2）反力特性电磁系统的反作用力与气隙的关系曲线称为反力特性。反作用力包括弹簧力、衔铁自身重力、摩擦阻力等。图1-5中所示曲线3即为反力特性曲线。1-直流接触器吸力特性2-交流接触器吸力特性3-反力特性图1-5吸力