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常用低压电器及电气控制电路电子教案第一章：低压电器概述1.1 低压电器的定义与分类1.2 低压电器的基本结构与原理1.3 低压电器的性能与选用第二章：开关与保护电器2.1 开关电器概述2.2 刀开关、转换开关与断路器2.3 熔断器与热继电器2.4 低压断路器选用与安装第三章：接触器与启动器3.1 接触器的工作原理与结构3.2 接触器的选用与安装3.3 启动器的工作原理与结构3.4 启动器的选用与安装第四章：变频器与软启动器4.1 变频器的工作原理与结构4.2 变频器的选用与安装4.3 软启动器的工作原理与结构4.4 软启动器的选用与安装第五章：电气控制电路基础5.1 电气控制电路的组成与特点5.2 电气控制电路的图形符号与文字符号5.3 电气控制电路的设计与分析方法5.4 电气控制电路的调试与维护第六章：电气控制电路实例分析6.1 简单电气控制电路分析6.2 典型生产机械电气控制电路分析6.3 复杂电气控制电路分析方法与技巧6.4 电气控制电路的优化与改进第七章：可编程控制器（PLC）基础7.1 PLC的定义与工作原理7.2 PLC的硬件组成与功能7.3 PLC的编程语言与指令系统7.4 PLC的安装、调试与维护第八章：PLC控制系统设计与应用8.1 PLC控制系统设计步骤与方法8.2 PLC控制系统的硬件设计与软件编程8.3 PLC在电气控制中的应用实例8.4 PLC控制系统的故障诊断与维修第九章：电气控制系统的设计与仿真9.1 电气控制系统设计原则与方法9.2 电气控制系统仿真技术简介9.3 电气控制系统仿真软件的使用9.4 电气控制系统仿真实例分析第十章：电气工程案例分析与实践10.1 电气工程项目概述10.2 电气控制系统施工与验收10.3 电气工程案例分析10.4 电气工程实践操作与技能训练重点和难点解析第一章：低压电器概述重点环节：低压电器的定义与分类、基本结构与原理。
补充说明：详细解释低压电器的概念，包括其工作电压范围；阐述不同类型低压电器的功能和应用场景；解析低压电器的工作原理，如接触器、断路器等。
第一章常用低压电器电器：电能的生产、输送、分配与应用起着控制、调节、检测和保护的作用。
根据外界的信号和要求，自动或手动接通或断开电路，断续或连续地改变电路参数，以实现对电路或非电路对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节用的电气设备。
定义：一种能控制电能的器件。
第一节电磁式低压电器的结构和工作原理●低压电器：用于交流1200V、直流1500V以下电路的器件●高压电器：用于交流1200V、直流1500V以上电路的电器。
电力传动系统的组成：1）主电路：由电动机、（接通、分断、控制电动机）接触器主触点等电器元件所组成。
特点：电流大2）控制电路：由接触器线圈、继电器等电器元件组成。
特点：电流小●任务：按给定的指令，依照自动控制系统的规律和具体的工艺要求对主电路进行控制。
一、低压电器的分类1、按使用的系统1）低压配电电器用于低压供电系统。
电路出现故障（过载、短路、欠压、失压、断相、漏电等）起保护作用，断开故障电路。
（动动稳定性、热稳定性）例如：低压断路器、熔断器、刀开关和转换开关等。
2）低压控制电器用于电力传动控制系统。
能分断过载电流，但不能分断短路电流。
（通断能力、操作频率、电气和机械寿命等）例如：接触器、继电器、控制器及主令电器等。
2、按操作方式1）手动电器：刀开关、按钮、转换开关2）自动电器：低压断路器、接触器、继电器3、按工作原理1）电磁式电器：电磁机构控制电器动作2）非电量控制电器：非电磁式控制电器动作◆电磁式电器由感测和执行两部分组成。
感测部分（电磁机构）：接受外界输入的信号，使执行部分动作，实现控制的目的。
执行部分：触点系统。
二、电磁机构电磁机构：通过电磁感应原理将电能转化成机械能。
电磁机构输入的电信号：电压、电流1、电磁机构的结构形式电磁机构组成：线圈、铁心(亦称静铁心)和衔铁(亦称动铁心)，1）E形电磁铁：多用于交流电磁系统。
2）螺管式电磁铁：多用作索引电磁机构和自动开关的操作电磁机构，少数过电流继电器也采用。
《电气控制与PLC应用》习题解答第一章常用低压电器1-1 从外部结构特征上如何区分直流电磁机构与交流电磁机构？怎么区分电压线圈与电流线圈？答：从外部结构特征上，直流电磁机构铁心与衔铁由整块钢或钢片叠制而成，铁心端面无短路环，直流电磁线圈为无骨架、高而薄的瘦高型。
交流电磁机构铁心与衔铁用硅钢片叠制而成，铁心端面上必有短路环，交流电磁线圈设有骨架，做成短而厚的矮胖型。
电压线圈匝数多，线径较细，电流线圈导线粗，匝数少。
1-2 三相交流电磁铁有无短路环，为什么？答：三相交流电磁铁无短路环。
三相交流电磁铁电磁线圈加的是三相对称电压，流过三相对称电流，磁路中通过的是三相对称磁通，由于其相位互差120o，所产生的电磁吸力零值错开，其合成电磁吸力大于反力，故衔铁被吸牢而不会产生抖动和撞击，故无需再设短路环。
1-3 交流电磁线圈误接入对应直流电源，直流电磁线圈误接入对应交流电源，将发生什么问题，为什么？答：交流电磁线圈误接入对应直流电源，此时线圈不存在感抗，只存在电阻，相当于短路状态，产生大的短路电流，立即将线圈烧毁。
直流电磁线圈误接入对应交流电源，由于阻抗存在，使线圈电流过小，电磁吸力过小；衔铁吸合不上，时间一长，铁心因磁滞、涡流损耗而发热，致使线圈烧毁。
1-4 交流、直流接触器是以什么定义的？交流接触器的额定参数中为何要规定操作频率？答：接触器是按主触头控制的电流性质来定义为是交流还是直流接触器。
对于交流接触器，其衔铁尚未动作时的电流为吸合后的额定电流的5~6倍，甚至高达10~15倍，如果交流接触器频繁工作，将因线圈电流过大而烧坏线圈，故要规定操作频率，并作为其额定参数之一。
1-5 接触器的主要技术参数有哪些？其含义是什么？答：接触器的主要技术参数有极数和电流种类，额定工作电压、额定工作电流（或额定控制功率），约定发热电流，额定通断能力，线圈额定电压，允许操作频率，机械寿命和电寿命，接触器线圈的起动功率和吸持功率，使用类别等。
第一章常用低压电器第一节常用低压电器基本知识第二节熔断器第三节热继电器第四节电磁式接触器第五节电磁式电压、电流继电器第六节时间继电器与速度继电器第七节低压断路器第八节主令电器是指工作在交流1200V 、直流1500V 及以下的电路中，起通断、保护、控制、检测、变换和调节用的电器统称为低压电器。
第一节常用低压电器基本知识低压电器：一、低压电器的分类1、按用途分类：（2）低压控制电器：用于各种控制电路和控制系统的电器。
如：接触器、控制继电器、主令电器、电阻器、电磁铁等。
（1）低压配电电器：用于供、配电系统中进行电能输送和分配的电器。
如：刀开关、低压断路器、熔断器等；2、按操作方式分类：（1）自动电器：通过电磁或气动机构动作来完成接通、分断、起动和停止等动作的电器。
主要有接触器、继电器、断路器等。
（2）手动电器：依靠人力来完成接通、分断、起动和停止等动作的电器。
主要有刀开关、转换开关和主令电器等。
3、按工作原理分类：（1）电磁式电器：该电器的感测元件接受的是电流或电压等电量信号。
（2）非电量控制电器：该电器的感测元件接受的是热量、温度、转速、机械力等非电量信号。
4、按使用场合分类：有一般工作用电器、特殊工矿用电器、航空用电器、船舶用电器、建筑用电器、农用电器等。
二、电磁式低压电器结构与工作原理1、基本机构（1）电磁机构1）电磁机构的结构型式：由吸引线圈、铁心、衔铁组成。
图1-1 电磁机构a-直动式电磁机构b-拍合式电磁机构衔铁2-铁心3-线圈2）线圈：直流线圈与交流线圈电压线圈与电流线圈（2）触头系统触头系统是电磁式低压电器的执行部分，起接通与分断电路的作用。
要求触头导电、导热性能好。
1）电接触与接触电阻2）触头的接触形式：有点接触、线接触和面接触三种图1-2 触头的接触形式a-点接触b-线接触c-面接触3）触头的结构形式：有桥式触头和指形触头。
图1-3 触头的结构形式a-点接触桥式触头b-面接触桥式触头c-线接触指形触头触头的分类按原始状态不同可分为常开触头（动合触头）和常闭触头（动断触头）。
4）减少接触电阻的方法：触头材料选用电阻系数小的材料，使触头本身的电阻尽量减小；增加触头的接触压力，一般在动触头上安装触头弹簧；改善触头表面状况，尽量避免或减小表面氧化膜形成，在使用过程中尽量保持触头清洁。
2、电磁机构工作原理（1）电磁机构反力特性和吸力特性1）反力特性：电磁机构使衔铁释放（复位）的力与气隙的关系曲线。
2）吸力特性：线圈通电后，铁心吸引衔铁吸合的力与气隙的关系曲线。
①直流电磁机构的吸力特性②交流电磁机构的吸力特性交流电磁机构电磁吸力随时间变化曲线③剩磁的吸力特性2）吸力特性与反力特性的配合。
衔铁吸合时，吸力应大于反力；衔铁释放时，反力应大于剩磁吸力；图1-6 电磁机构吸力特性与反力特性的配合1-直流吸力特性2-交流吸力特性3-反力特性4-剩磁吸力特性（2）交流电磁机构短路环的作用（3）电磁机构的输入-输出特性图1-7 交流电磁机构短路环图1-8 电磁机构的继电特性4）高温游离1）强电场放射2）撞击电离3）热电子发射2、电弧的产生和灭弧方法（1）电弧的产生过程（2）电弧的产生原因（3）灭弧的基本方法1）快速拉长电弧。
2）冷却灭弧3）窄缝灭弧4）长弧割成短弧（3）常用的灭弧装置1）电动力吹弧图1-9 双断口电动力吹弧1-静触头2-动触头3-电弧2）磁吹灭弧图1-10 磁吹灭弧原理1-磁吹线圈2-铁心3-导磁夹板4-引弧角5-灭弧罩6-磁吹线圈磁场7-电弧电流磁场8-动触头3）栅片灭弧图1-11 栅片灭弧示意图1-灭弧栅片2-触头3-电弧4）窄缝灭弧图1-12 窄缝灭弧1-纵缝2-介质3-磁性夹板4-电弧第二节熔断器熔断器是一种当电流超过规定值一定时间后,以它本身产生的热量使熔体熔化而分断电路的电器.广泛应用于低压配电系统及用电设备中作短路和过电流保护。
一、熔断器结构及工作原理二、熔断器的保护特性图1-13 熔断器的保护特性三、熔断器的主要技术参数及典型产品1、熔断器的主要技术参数（1）额定电压（2）额定电流（3）极限分断能力（4）最小熔化电流按结构分有：半封闭瓷插式、螺旋式、无填料封闭管式和有填料封闭管式熔断器。
瓷插式熔断器螺旋式熔断器有填料封闭管式熔断器2、熔断器的典型产品按用途分：工业用熔断器、半导体保护用熔断器、快速熔断器和特殊熔断器。
典型产品有：RL6、RL7、RL96、RLS2系列螺旋式熔断器，RL1B系列带断相保护螺旋式熔断器，RT18、RT18-□X系列熔断器以及RT14系列有填料密封管式熔断器。
还有国外引进技术生产的NT系列有填料密闭式刀型触头熔断器与NGT系列半导体器件保护用熔断器等。
RL系列型号含义：RL6、RL7螺旋式熔断器结构示意图：图1-14 螺旋式熔断器结构示意图1-瓷帽2-金属螺管3-指示器4-熔管5-瓷套6-下接线端7-上接线端8-瓷座三、熔断器的选用1、熔断器的选择原则1）根据使用条件确定熔断器的类型。
2）先选定熔体的规格，再选择熔断器的规格。
3）熔断器的保护特性应与被保护对象的过载特性有良好的配合。
4）配电系统中各级熔断器应相互匹配。
5）保护电动机的熔断器应注意电动机起动电流的影响。
6）熔断器的额定电流应大于或等于熔体的额定电流；额定分断能力应大于电路中可能出现的最大短路电流。
2、一般熔断器的选择（1）熔断器类型的选择（2）熔断器额定电压的选择（3）熔体额定电流的选择（4）熔断器额定电流的选择热继电器是电流通过发热元件加热使双金属片弯曲，推动执行机构动作的电器。
主要用来保护电动机或其它负载免于过载以及作为三相电动机的断相保护。
第三节热继电器一、电气控制对热继电器性能的要求１、应具有合理可靠的保护特性２、具有一定的温度补偿３、热继电器动作电流可以方便地调节４、具有手动复位与自动复位功能图1-15 热继电器保护特性与电动机过载特性的配合１-电动机的过载特性2-热继电器的保护特性二、双金属片热继电器的结构及工作原理图1-16 双金属片式热继电器结构原理图1-主双金属片2-电阻丝3-导板4--补偿双金属片5-螺钉6-推杆7-静触头8-动触头9-复位按钮10-调节凸轮11-弹簧图1-17 电动机三角形联结时U相断线时的电流分析图1-18差动式断相保护机构及工作原理a) 通电前b) 三相正常电流c) 三相均匀过载d) W相断路1-上导板2-下导板3-杠杆4-顶头5-补偿双金属片6-主双金属片三、带断相保护的热继电器常用的热继电器有：JR20、JRS1、JR36、JR21、3UA5、3UA6、LR1-D、T系列等型号热元件号整定电流范围/A型号热元件号整定电流范围/AJR20-10配CJ20-101R0.1~0.13~0.15JR20-10配CJ20-109R 2.6~3.2~3.8 2R0.15~0.19~0.2310R 3.2~4~63R0.23~0.29~0.3511R4~5~64R0.35~0.44~0.5312R5~6~75R0.53~0.67~0.813R6~7.2~8.4 6R0.8~1~1.214R8.6~10~11.6 7R 1.2~1.5~1.815R0.1~0.13~0.15 8R 1.8~2.2~2.6JR20系列热继电器技术数据四、热继电器典型产品及主要技术参数型号热元件号整定电流范围/A型号热元件号整定电流范围/AJR20-16配CJ20-161S 3.6~4.5~5.4JR20-25配CJ20-253T 2.6~3.2~3.8 2S 5.4~6.7~84T 3.2~4~6 3S8~10~12JR20-63配CJ20-631U4~5~64S10~12~142U5~6~75S12~14~163U6~7.2~8.4 6S14~16~184U8.6~10~11.6JR20-25配CJ20-251T7.8~9.7~11.65U0.1~0.13~0.15 2T11.6~14.3~176U55~62~71 JR20系列热继电器技术数据(续)JR20系列型号含义:五、热继电器的选用1）热继电器有三种安装方式，应按实际安装情况选择其安装型式。
2）原则上热继电器的额定电流应按电动机的额定电流选择。
3）在不频繁起动的场合，要保证热继电器在电动机起动过程中不产生误动作。
4）一般情况下可选用两相结构的热继电器。
对于电网电压均衡性较差、无人看管的电动机或与大容量电动机共用一组熔断器的电动机，宜选用三相结构的热继电器。
定子三相绕组为三角形联结的电动机，应选用带断相保护装置的三元件热继电器。
5）双金属片式热继电器一般用于轻载、不频繁起动电动机的过载保护。
6）当电动机工作于重复短时工作制时，要注意确定热继电器的允许操作频率。
第四节电磁式接触器接触器是一种用于中远距离频繁地接通与断开交直流主电路及大容量控制电路的一种自动开关电器。
一、接触器的结构及工作原理2、接触器的工作原理1、接触器的结构接触器由电磁机构、触头系统、灭弧装置及辅助部件等构成。
图1-19 交流接触器的结构与工作原理二、接触器的主要技术参数接触器的主要技术参数有极数和电流种类，额定工作电压、额定工作电流（或额定控制功率），额定通断能力，线圈额定电压，允许操作频率，机械寿命和电寿命，接触器线圈的起动功率和吸持功率，使用类别等。
（1）极数和电流种类（2）额定工作电压（3）额定工作电流（4）约定发热电流（5）额定通断能力（6）线圈额定工作电压（7）允许操作频率（8）机械寿命和电气寿命（9）接触器线圈的起动功率和吸持功率（10）使用类别三、常用典型交流接触器简介1、空气电磁式交流接触器典型产品有：CJ20、CJ21、CJ26、CJ35、CJ40、NC、B、LC1-D、3TB、STF系列交流接触器等。
CJ20系列型号含义：B系列型号含义：2、切换电容器接触器专用于低压无功补偿设备中投入或切除并联电容器组，以调整用电系统的功率因素。
常用产品有：CJ16、CJ19、CJ41、CJX2A、LC1-D、6C系列等。
3、真空交流接触器以真空为灭弧介质，其主触头密封在真空开关管内。
适用于条件恶劣的危险环境中。
常用的真空交流接触器有：CKJ和EVS系列等。
四、直流接触器应用于直流电力线路中，供远距离接通与分断电路及直流电动机的频繁起动、停止、反转或反接制动控制，以及CD系列电磁操作机构合闸线圈或频繁接通和断开电磁铁、电磁阀、离合器和电磁线圈等。
常用直流接触器有：CJ18、CZ21、CZ22和CZ0系列等。
CZ18系列接触器型号含义：五、接触器的选用（1）接触器极数和电流种类的确定。
（2）接触器使用类别的确定。
（3）主触头的电流等级的确定。
（4）接触器的额定电压的确定。
（5）接触器线圈的额定电压的确定。
