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第6章 继电器-接触器控制系统华中科技大学机械学院 冯清秀熟悉各种电器的工作原理、作用、特点、应用场所和表示符号；学习要求：掌握继电器接触器控制电路中基本控制环节和常用的几种自动控制方式；学会设计一些较简单的继电器接触器控制电路。16.1 常用电器元件6.2 继电器接触器控制的基本线路 6.3 继电器接触器控制电路的分析与设计2 1控制系统 生产机械的运动需要电动机的拖动，即电动机是拖动生产机械的主体。但电动机的启动、调速、正反转、制动等的控制，则需要另一套装置，即控制系统；2继电器接触器控制系统 用继电器、接触器、按钮、行程开关等电器元件，按一定的接线方式组成的机电传动（电力拖动）控制系统继电器接触器控制系统。3目的和任务 实现机电传动系统的起动、调速、反转、制动等运行性能的控制和保护，从而实现生产机械各种生产工艺的要求。4继电器接触器控制系统的优点 结构简单，价格便宜，能满足一般生产工艺要求。36.1 常用电器元件一、常用电器分类 1.电器 用来接通或断开电路，以及用来控制、调节和保护用电设备的电气器件。2.分类 电器元件的种类很多，分类方式也很多。4电器元件分类工作电压等级动作性质用 途高压电器：用于 1200V,-1500V以上电路中的电器低压电器：用于 1200V,-1500V以下电路中的电器非自动电器：无动力机构，靠人力或外力来接通或切断电路自动电器：有电磁铁等动力机构，按照信号指令或参数变化而自动动作控制电器：控制电动机的各种动作保护电器：用来保护电动机及保护生产机械使其不受损坏执行电器：用来操纵带动生产机械和支撑与保持机械装置在固定位置上的一种执行元件配电电器：用于电能的输送与分配主令电器：用于自动控制系统中发送动作指令的电器5二、常用非自动电器 1.刀开关 刀开关又称闸刀，一般用于不需要经常切断与接通的交、直流低压电路中。在机床中，刀开关主要用作电源开关，它一般不用来开断电动机的工作电流。刀开关分单极、双极和三极，常用的三极刀开关长期允许通过电流有100A、200A、400A、600A和1000A五种。目前生产的产品有HD（单极）和HS（双投）等系列。一般刀开关一般刀开关.swf6二、常用非自动电器 1.刀开关 在电气系统中，刀开关用如图所示符号表示，其文字符号用Q或QG表示。72.转换开关 主要作为电源引入开关，也可用来直接控制小容量异步电机非频繁起、停控制。较刀开关更灵巧方便，除通断外，还有转换功能。盒式转换开关结构示意图盒式转换开关结构示意图转换手柄转换手柄公共轴公共轴动触片动触片静触片静触片X1X1X2X2X3X3D1D1D2D2D3D3表示符号表示符号QBQBHZ10HZ10系列转换开关系列转换开关二、常用非自动电器 8三、常用自动控制电器 手控电器的通性：每小时的关合次数有限操作较笨重、工作不太安全保护性能差 例如，当电网电压突然消失时，因为这些开关不能自动复原，故它不能自动把电动机从电源切断，如果不另加保护设备则可能发生意外。9 1接触器接触器是一种在电磁力的作用下，能够自动接通或断开带有负载的主电路（如电动机）的自动控制电器。当松开按钮时，线圈失电，静铁心退磁，弹簧把动铁心复位，从而断开电路使电路断开。当按下钮按时，线圈通电，静铁心被磁化，并把动铁心吸上，带动转轴使触点闭合，从而接通电路。三、常用自动控制电器 10传感部分：线圈静铁心；静铁心线圈释放弹簧触点系统 结构与工作原理接触器.swf执行部分：触点。动铁心（衔铁）1接触器三、常用自动控制电器 11主触点连接到主回路中，能通以大电流，主触点设有专门的灭弧装置。触点按通过的电流的大头小分主触和辅助触点两种。1接触器三、常用自动控制电器 辅助触点则用在控制回路中。12动断（常开）触点：线圈得电，触点断开，线圈失电，触点闭合动合（常闭）触点：线圈得电，触点闭合，线圈失电，触点断开 触点按状态的不同分动断（常闭）触点和动合（常开）触点两种。1接触器三、常用自动控制电器 线圈得电（动态）线圈失电（常态）13表示符号：表示符号：线圈线圈主触点主触点辅触辅触点点动合（常开）动合（常开）动合（常开）动合（常开）动断（常闭）动断（常闭）动断（常闭）动断（常闭）KMKMKMKMKMKMKMKMKMKM 1接触器三、常用自动控制电器 接触器的参数主要有：额定电压 额定电流 常开主辅触点个数 额定操作频率等14 接触器的种类：按主触点所接回路的电流种类分为：交流接触器：主要用以控制交流电路（主电路、控制电路、激磁电路）直流接触器：主要用以控制直流电路（主电路、控制电路、激磁电路）CJX1CJX1系列交流接触器系列交流接触器CJX2CJX2系列交流接触器系列交流接触器CZOCZO系列直流接触器系列直流接触器CJT1CJT1系列交流接触器系列交流接触器 1接触器三、常用自动控制电器 15 是一种根据某种输入信号的变化，接通或断开控制电路，实现控制目的的自动控制电器。结构特点：传感部分：感测输入量的高低。执行部分：触点。无主辅之分，一般较小（5A以下），用于控制回路输入信号电量：电流、电压、功率等非电量：热、光、声、速度等 2.继电器三、常用自动控制电器 16 继电器的分类：按它反应信号的种类分：电流、电压继电器 速度、压力继电器 热继电器、时间继电器等 按作用原理分：电磁式、感应式、电动式、电子式、机械式等 应用最广（90以上继电器为电磁式）2.继电器三、常用自动控制电器 171).电磁式继电器：结构及工作原理与接触器大体相似具有跳跃式的输入输出特性 a.电流继电器：根据电流信号而动作，具有保护作用。线圈串于被保护电路中用来检测电路中电流的大小。当电流小于某值时，触点动作。用于电流过小时切断电路。当电流大于某值时，触点动作。用于电流过大时切断电路。欠电流继电器IIIKAKA过电流继电器过电流继电器 2.继电器三、常用自动控制电器 18 b.电压继电器：根据电压信号而动作，具有保护作用。并在被保护的电路中，用来检测电路电压。欠电压继电器欠电压继电器UUUKVKV 当电压小于某值时，线圈得电。用于电压过小时切断电路。当电压大于某值时，线圈得电。用于电压过大时切断电路。2.继电器三、常用自动控制电器 19 c.中间继电器：本质上是电压继电器，但还具有触点多，触点承受电流大（510A）、动作灵敏（动作时间小于0.05S）K K 2.继电器三、常用自动控制电器 用途：用作中间传递信号。用作同时控制多条线路。202).热继电器是一种常见的保护电器。利用电流的热效应而动作，主要用来对连续运行的电动机进行过载保护。结构与原理发热电阻丝发热电阻丝双金属片双金属片导板导板触点触点调节旋钮调节旋钮手动复位按扭手动复位按扭受热变形方向受热变形方向FRFR电流与动作时间的关系曲线表示符号 2.继电器三、常用自动控制电器 21 热继电器的主要参数：热元件的额定电流 指热元件能够长期通过而不致于引起热继电器触点动作的最大电流值。（有一定的整定范围，如IN=5A,整定范围3.2-5A)。同一种热继电器有多种规模的热元件系列。热元件的额定电流与电动机的额定电流相等时，热继电器能准确地反映电动机的发热。2.继电器三、常用自动控制电器 2).热继电器22使用热继电器时注意几个问题：动作时间不应过分小于电动机的允许发热时间，应充分发挥电动机的过载能力热继电器不能作短路保护用热继电器保护三相异步电动机时，至少要有两相接热元件注意热继电器所处的周围环境温度，应保证它与电动机有相同的散热条件。2.继电器三、常用自动控制电器 2).热继电器23四、主令电器 用来闭合和断开控制回路，发出命令改变控制系统工作状态的电器。常用主令电器有：按钮、万能转换开关、主令控制器、行程开关等。1.按扭24LA18LA18系列按钮开关。系列按钮开关。一般钮蘑茹头钮带灯钮旋钮钥匙钮自锁钮25五、其它常用电器1.熔断器（保险丝）是一种广泛应用于电力拖动控制系统中的保护电器。熔断器串于被保护电路中，当电路发生短路或严重过载时，它的熔体能自动迅速熔断，从而切断电路，起到保护作用。组成：熔体熔点低，易于熔断，导电性能良好的合金材料。熔管安装熔体的外壳。熔断特性：熔体的熔断时间与通过熔体的电流有关 I/IN 1.25时，熔体能长期工作。I/IN=2时，熔体在30s40s后熔断。I/IN10时，认为熔体瞬时熔断。26熔断器的选配：无冲击电流的电路熔断器的额定电流=电路的额定电流 有冲击电流的电路熔断器的额定电流电路的额定电流如：交流电机三相绕组中，熔断器的额定=电路启动电流/K（K：1.62.5）熔断器的特点：结构简单、价廉，但动作准确性较差。熔断后须更换熔体，若只断一相会引起电机断相运行。适用于要求不高的电器控制系统中。五、其它常用电器1.熔断器（保险丝）27 不但能用于正常工作时手动通、断电路，而且当电路发生过载、短路或失压等故障时，能自动切断电路。有效地保护串接在后的电器设备。结构：包括触点系统、灭弧系统、保护机构、传动机构等部分。由于灭弧能力强，能断开短路电流。特点：具有过载、短路、失压保护作用。跳闸后，不需更换元件。五、其它常用电器 2.自动开关（自动空气断路器）28QF过电流脱扣器过电流脱扣器热脱扣器热脱扣器失压脱扣器失压脱扣器分励脱扣器分励脱扣器自由脱扣机构自由脱扣机构释放弹簧释放弹簧主触点主触点五、其它常用电器 2.自动开关（自动空气断路器）结构原理表示符号DZ47高分断小型断路器296.2 继电器接触器控制的基本线路 一、电器控制线路的构成和基本保护 1.继电器-接触器控制电路的表示方法 继电器-接触器控制电路一般有安装接线图和工作原理图两种表示方法。安装接线图：这种表示方法能形象地表示出控制电路中各电器的安装情况及相互之间的连线。特点：（1）初看电路者比较合适；（2）绘制难度大；（3）电器施工的依据。30 工作原理图：根据工作原理和便于阅读而绘制的电路图。特点：便于阅读和设计较复杂的控制电路。它是生产机械电气设备设计的基本和重要的技术资料。312.原理图的绘制规则主回路控制回路 主 回 路：从电源到电动机绕组所构成的电路 控制回路：线圈、按钮触点等构成的电路322.原理图的绘制规则辅助触点线圈主触点主触点 所有电器元件不画实际外形，而用标准图形和文字符号表示。器件的各部分分别画在完成作用的地。各电器部件的状态处于未动作前的状态。332.原理图的绘制规则同类电器同类电器 同类电器在文字符号前或后加序号区分342.原理图的绘制规则 两条以上导线连接处用小圆点表示电气连接，每一接点标一编号。36 3.电气系统中的基本保护 1）电流保护 (1)短路保护：防止用电设备（电动机、接触器等）短路而产生大电流冲击电网，损坏电源设备或保护用电设备突然流过短路电流而引起用电设备、导线和机械上的严重损坏。采用的电器：熔断器、自动断路器。原理：熔断器或自动断路器串入被保护的电路中，当电路发生短路或严重过载时，熔断器的熔体部分自动迅速熔断，自动断路器的过电流脱钩器脱开，从而切断电路，使导线和电器设备不受损坏。37 (2)过载保护：防止用电设备（如电动机等）长期过载而损坏用电设备。采用的电器：热继电器、自动断路器。原理：热继电器的线圈接在电动机的回路中，而触点接在控制回路中。当电动机过载时，长时间的发热使热继电器的线圈动作，从而触点动作，断开控制回路，使电动机脱离电网。3.电气系统中的基本保护 1）电流保护38 2）零压（或欠压）保护 作用：防止因电源电压的消失或降低引起机械设备停止运行，当故障消失后，在没有人工操作的情况下，设备自动启动运行而可能造成的机械或人身事故。3.电气系统中的基本保护 39 4)零励磁保护：防止直流电动机在没有加上励磁电压时，就加上电枢电压而造成机械“飞车”或电动机电枢绕组烧怀的一种保护。3）互锁保护：保护一个电器通电时，另一个电器不能通电，若需后者通电，则前者必须先断电的一种保护。3.电气系统中的基本保护 40零励磁保护线路：直流电动机零励磁保护I空气开关励磁欠电流继电器电枢短路、保护直流电源1直流电源2共地端41二、基本的控制线路 1.异步电动机的启动控制电路 1)直接启动控制电路 起动停止刀开关热继电器线圈熔断器接触器线圈常开辅助触点常开主触点热继电器常闭触点42 主回路：当QG合上后，只有控制接触器KM的触点合上或断开时，才能控制电动机接通或断开电源而启动运行或停止运行，即要求控制回路能控制KM的动合主触点合上或断开。控制回路：当QG合上后，A、B两端有电压。1.异步电动机的启动控制电路 1)直接启动控制电路 43 按下停止按钮2SB后，接触器KM的线圈失电，动合主触点断开使电动机脱离电网而停止运转。初始状态时：接触器KM的线圈失电，其动合主触点和动合辅助触点均为断开状态；启动时：按启动按钮1SB，接触器KM的线圈通电，辅助动合触点自锁，动合主触点闭合使电动机接通电源运转；1)直接启动控制电路 44 保护 短路保护 过载保护 零压（欠压）保护 自锁：利用电器自己的触点使自己的线圈得电从而保持长期工作的线路环节称为自锁环节。1)直接启动控制电路 C6-1452）Y-降压启动控制电路 对控制电路的要求：启动时：定子绕组接成Y形 运行时：启动结束后，定子绕组换接成形(1)主回路KM1、KM3的动合触点同时闭合时，电动机的定子绕组接成Y形；结论：启动时控制接触器KM1和KM3得电，启动结束(运行）时，控制接触器KM1和KM2得电，在任何时候不能使KM2和KM3同时得电。KM1、KM2的动合触点同时闭合时，电动机的定子绕组接成形；如果KM2和KM3同时闭合，则电源短路。462）Y-降压启动控制电路 (2)控制回路 初始状态时：接触器KM1、KM2、KM3和时间继电器KT的线圈均失电，电动机脱离电网而禁止不动。启动时：按下启动按钮SB1，KM1首先得电自锁，同时KM3、KT得电，KM1和KM3的动合触点闭合，电动机接成Y形开始启动。同时延时开始。472）Y-降压启动控制电路 (2)控制回路 C6-2.SWF 运行时：启动一段时间后，KT的延时时间到，其延时断开动断触点断开，使KM3失电，KM3的动合触点断开，同时，延时继电器的延时闭合动合触点使KM2得电，KM2的动合触点闭合。由于KM1继续得电，故当时间继电器的延时时间到后，控制电路自动控制KM1、KM2得电，使电动机的定子绕组换接成形而运行。482）Y-降压启动控制电路（3）保护：电流保护：KH、FU，同异步电动机直接启动电路。零压（欠压）保护：同异步电动机直接启动电路。互锁（连锁）保护：主回路要求KM2、KM3中任何时候只能有一个得电，所以在控制回路的KM2、KM3 支路中互串对方的动断辅助触点达到保护的目的。（4）特点：启动过程是按时间来控制的，时间长短可由时间继电器的延时时间来控制。在控制领域中，常把用时间来控制某一过程的方法称为时间原则控制。49 3）定子串电阻降压启动控制电路1 要求：启动时，电动机的定子绕组串接电阻，启动接触后，电动机定子绕组直接接入电网而运行。（1）主回路当KM2的主触点闭合，KM1的主触点断开时，电动机定子绕组串接电阻后接入电网；KM1的主触点闭合，KM2的主触点处入任何状态时，电动机直接接入电网。即主回路要求控制回路：启动时，控制KM2得电，KM1失电，当启动结束时，控制KM1得电。50 3）定子串电阻降压启动控制电路1（2）控制回路 初始状态时：接触器KM1、KM2和时间继电器KT的线圈都失电，电动机脱离电网处于静止状态 启动时：按下启动按钮SB1，接触器KM2的线圈首先得电并自锁，其主触点闭合，电动机定子绕组串接电阻启动。同时时间继电器KT线圈得电延时；51 3）定子串电阻降压启动控制电路1（2）控制回路C6-3.SWF 运行时：启动一段时间后，延时继电器的延时时间到，其延时动合触点闭合，使接触器KM1的线圈得电，其动合主触点闭合，短接电阻，使电动机直接接入电网运行。KM1的线圈得电后，KM2的状态不影响电路的工作状态，但为了节省能源和增加电器的使用寿命，KM1和KT用KM1的动断辅助触点使其断开。（3）保护 与前相同。52 4)定子串电阻降压启动控制电路2 C6-4.SWF 主回路与电路1基本相似，不同之处在定子串电阻的回路中，同时串接电流继电器，用以检测定子电流的大小。特点 启动过程是由电流来控制的。在电气系统中常把这种控制方式称之为电流控制原则。53 1)基本的正反转控制电路：(1)主回路 KM1的动合主触点闭合：正转 KM2的动合主触点闭合：反转；KM1、KM2同时闭合时：电源短路。54 1)基本的正反转控制电路 PICC6-6.SWF （2）控制回路（3）保护电流保护；互锁保护：接触器KM1、KM2支路中的动断触点KM2、KM1保证KM1、KM2两电器在任何时候都只能有一个得电。存在的问题：如果电动机已经在正转（或反转），要使电动机改为反转（或正转），必须先按停止按钮SB1，再按反向（或正向）按钮。55 2)实用的正反转控制电路 c6-15.swf 与上述电路不同的地方是：正反转的改变变得更容易。56 3)典型的龙门刨控制电路 典型的龙门刨的工作示意图 C6-7.SWF57 3)典型的龙门刨控制电路 龙门刨自动控制电器 C6-5.SWF583.异步电动机的制动控制电路 1)能耗制动控制电路 PICC6-8.SWF593.异步电动机的制动控制电路 2)反接制动控制电路PICC6-9.SWF 制动过程是由速度来控制的。在电气系统中常把这种控制方式称之为速度控制原则604.其它基本控制电路 1）点动与长动C6-10.SWF 点动：调试或维修状态下的一种间断性工作方式。长动：正常状态下的一种连续工作方式。614.其它基本控制电路 2）多点控制t6-43.swf两地都能控制一个电动机启动、停止的控制电路 主要用于大型机械设备，能在不同的位置对运动机构进行控制，如对驱动某一运动机构的电动机在多处进行启动和停止的控制。62 3）顺序启停控制 两个以上运动部件的启动、停止需按一定顺序进行的控制，称为顺序控制。例1：有两台电动机M1和M2，要求M1启动后，M2才能启动，而M2停止后，M1才能停止。C6-11.SWF 4.其它基本控制电路63 3）顺序启停控制 例2：若把例1中的要求改为：要求电动机M1启动一段时间后，M2才能启动，则控制电路变为有时间要求的控制电路。T6-45.swf 4.其它基本控制电路646.3 继电器接触器控制电路的分析与设计一、无进刀切削的制动控制 1.动作示意图 工作台电动机驱动工作台的原点工作台前进到位位置 2.动作过程 操作者的操作下，工作台自动从位置A运动到B，在B处停留一段时间后再回到A而停止。65 3.控制电路 66二、顺序控制 某一生产机械有炉门和推料机构两个运动部件，炉门由交流电动机M1来控制，推料机构由交流电动机M2来控制。接触器KM1：控制M1正转（炉门开）接触器KM4：控制M1反转（炉门关）接触器KM2：控制M2正转（推料机进）接触器KM3：控制M2反转（推料机退）67 控制电路 68