《电工技术基础》第8章 继电接触器控制系统

上一张幻灯片 下一张幻灯片 返回第一张 2021/4/11 电工技术基础 主编 李中发 制作 李中发 2004年 7月 上一张幻灯片 下一张幻灯片 返回第一张 2021/4/11 第 8章 继电接触器控制 常用控制电器的动作原理及其 控制作用 鼠笼式三相异步电动机典型控 制电路的工作原理 学习要点 上一张幻灯片 下一张幻灯片 返回第一张 2021/4/11 第 8章 继电接触器控制 8.1 常用控制电器 8.2三相异步电动机的基本控制电路 上一张幻灯片 下一张幻灯片 返回第一张 2021/4/11 8.1 常用控制电器 对电动机和生产机械实现控制和保护的电工 设备叫做控制电器 。 控制电器的种类很多 ， 按其动作方式可分为手动和自动两类 。 手动 电器的动作是由工作人员手动操纵的 ， 如刀 开关 、 组合开关 、 按钮等 。 自动电器的动作 是根据指令 、 信号或某个物理量的变化自动 进行的 ， 如中间继电器 、 交流接触器等 。 上一张幻灯片 下一张幻灯片 返回第一张 2021/4/11 8.1.1 开关电器 1、刀开关 刀开关又叫闸刀开关，一般用于不频繁操作的低压电路中， 用作接通和切断电源，或用来将电路与电源隔离，有时也用 来控制小容量电动机的直接起动与停机。 刀开关由闸刀（动触点）、静插座（静触点）、手柄和绝缘 底板等组成。 开关电器是在控制电路中用于不频繁地接通或断开电路的开 关 ， 或用于机床电路电源的引入开关 。 三极 二极 Q S QS 上一张幻灯片 下一张幻灯片 返回第一张 2021/4/11 刀开关种类很多。按极数分为单极、双极和三极；按结构分 为平板式和条架式；按操作方式分为直接手柄操作式、杠杆 操作机构式和电动操作机构式；按转换方向分为单投和双投 等。 刀开关一般与熔断器串联使用，以便在短路或过负荷时熔断 器熔断而自动切断电路。 刀开关额定电压通常为 250V和 500V， 额定电流在 1500A以下。 安装刀开关时 ， 电源线应接在静触点上 ， 负荷线接在与闸刀 相连的端子上 。 对有熔断丝的刀开关 ， 负荷线应接在闸刀下 侧熔断丝的另一端 ， 以确保刀开关切断电源后闸刀和熔断丝 不带电 。 在垂直安装时 ， 手柄向上合为接通电源 ， 向下拉为 断开电源 ， 不能反装 。 刀开关的选用主要考虑回路额定电压 、 长期工作电流以及短 路电流所产生的动热稳定性等因素 。 刀开关的额定电流应大 于其所控制的最大负荷电流 。 用于直接起停 3 kW及以下的三 相异步电动机时 ， 刀开关的额定电流必须大于电动机额定电 流的 3倍 。 上一张幻灯片 下一张幻灯片 返回第一张 2021/4/11 2、组合开关 组合开关又叫转换开关 ， 是一 种转动式的闸刀开关 ， 主要用 于接通或切断电路 、 换接电源 、 控制小型鼠笼式三相异步电动 机的起动 、 停止 、 正反转或局 部照明 。 组合开关有若干个动触片和静 触片 ， 分别装于数层绝缘件内 ， 静触片固定在绝缘垫板上 ， 动 触片装在转轴上 ， 随转轴旋转 而变更通 、 断位置 。 M 3 上一张幻灯片 下一张幻灯片 返回第一张 2021/4/11 释放弹簧 主触点 连杆装置 锁钩 过流脱扣器 欠压脱扣器 3、自动开关 正常情况下过流脱扣器的衔铁是释放着的 ， 严重过载或短路 时 ， 线圈因流过大电流而产生较大的电磁吸力 ， 把衔铁往下 吸而顶开锁钩 ， 使主触点断开 ， 起过流保护作用 。 欠压脱扣 器在正常情况下吸住衔铁 ， 主触点闭合 ， 电压严重下降或断 电时释放衔铁而使主触点断开 ， 实现欠压保护 。 电源电压正 常时 ， 必须重新合闸才能工作 。 上一张幻灯片 下一张幻灯片 返回第一张 2021/4/11 8.1.2 熔断器 熔断器主要作短路或过载保护用，串联在被保护的线路中。 线路正常工作时如同一根导线，起通路作用；当线路短路或 过载时熔断器熔断，起到保护线路上其他电器设备的作用。 选择熔体额定电流的方法如下： （ 1）电灯支线的熔体：熔体额定电流 支线上所有电灯的工作 电流之和。 （ 2）一台电动机的熔体：熔体额定电流 电动机的起动电流 2.5 如果电动机起动频繁，则为：熔体额定电流 电动机的起动电流 (1.62) （ 3）几台电动机合用的总熔体：熔体额定电流 =(1.52.5)容 量最大的电动机的额定电流 +其余电动机的额定电流之和 上一张幻灯片 下一张幻灯片 返回第一张 2021/4/11 1、按钮 按钮的触点分常闭触点 （ 动断触点 ） 和常开触点 （ 动合触点 ） 两种 。 常闭触点是按钮未按下时闭合 、 按下后断开的触点 。 常开触点是按钮未按下时断开 、 按下后闭合的触点 。 按钮按 下时 ， 常闭触点先断开 ， 然后常开触点闭合；松开后 ， 依靠 复位弹簧使触点恢复到原来的位置 。 8.1.3 主令电器 主令电器是自动控制系统中用于接通或断开控制电路的电器 设备 ， 用以发送控制指令或用作程序控制 。 复位弹簧 常闭 触点 按钮帽 常开 触点 常闭按钮 常开按钮 复合按钮 SB SB SB 上一张幻灯片 下一张幻灯片 返回第一张 2021/4/11 2、行程开关 行程开关也称为位置开关 ， 主要用于将机械位移变为电信号 ， 以实现对机械运动的电气控制 。 当机械的运动部件撞击触杆时 ， 触杆下移使常闭触点断开 ， 常开触点闭合；当运动部件离开 后 ， 在复位弹簧的作用下 ， 触杆回复到原来位置 ， 各触点恢复 常态 。 SQ SQ 复位弹簧 常闭触点 常开触点 触杆 常闭触点 常开触点 上一张幻灯片 下一张幻灯片 返回第一张 2021/4/11 线圈通电时产生电磁吸引力将衔铁吸下，使常开触点闭合， 常闭触点断开。线圈断电后电磁吸引力消失，依靠弹簧使触 点恢复到原来的状态。 8.1.4 交流接触器 铁心 线圈 常开主触点 常开辅助触点 常闭辅助触点 回力弹簧 衔铁 KM KM KM 线圈 常开触点 常闭触点 上一张幻灯片 下一张幻灯片 返回第一张 2021/4/11 根据用途不同 ， 交流接触器的触点分主触点和辅助触点两种 。 主触点一般比较大 ， 接触电阻较小 ， 用于接通或分断较大 的电流 ， 常接在主电路中；辅助触点一般比较小 ， 接触电阻 较大 ， 用于接通或分断较小的电流 ， 常接在控制电路 （ 或称 辅助电路 ） 中 。 有时为了接通和分断较大的电流 ， 在主触点 上装有灭弧装置 ， 以熄灭由于主触点断开而产生的电弧 ， 防 止烧坏触点 。 接触器是电力拖动中最主要的控制电器之一 。 在设计它的触 点时已考虑到接通负荷时的起动电流问题 ， 因此 ， 选用接触 器时主要应根据负荷的额定电流来确定 。 如一台 Y112M-4三 相异步电动机 ， 额定功率 4kW， 额定电流为 8.8A， 选用主触 点额定电流为 10A的交流接触器即可 。 除电流之外 ， 还应满 足接触器的额定电压不小于主电路额定电压 。 上一张幻灯片 下一张幻灯片 返回第一张 2021/4/11 1、中间继电器 继电器是一种根据特定输入信号而动作的自动控制电器 ， 其 种类很多 ， 有中间继电器 、 热继电器 、 时间继电器等类型 。 中间继电器通常用来传递信号和同时控制多个电路，也可用来 直接控制小容量电动机或其他电气执行元件。中间继电器的结 构和工作原理与交流接触器基本相同，与交流接触器的主要区 别是触点数目多些，且触点容量小，只允许通过小电流。在选 用中间继电器时， 主要是考虑电压等级和触点数目。 8.1.5 继电器 KA KA KA 线圈 常开触点 常闭触点 上一张幻灯片 下一张幻灯片 返回第一张 2021/4/11 下层金属膨胀系数大，上层的膨胀系数小。当主电路中电流超 过容许值而使双金属片受热时，双金属片的自由端便向上弯曲 超出扣板，扣板在弹簧的拉力下将常闭触点断开。触点是接在 电动机的控制电路中的，控制电路断开便使接触器的线圈断电， 从而断开电动机的主电路。 2、热继电器 FR 发热元件 双金属片 常闭触点 复 位 按 钮 弹簧 扣板 发热元件 常闭触点 I I FR 上一张幻灯片 下一张幻灯片 返回第一张 2021/4/11 通电延时空气式时间继电器利用空气的阻尼作用达到动作 延时的目的 。 吸引线圈通电后将衔铁吸下 ， 使衔铁与活塞 杆之间有一段距离 。 在释放弹簧作用下 ， 活塞杆向下移动 。 在伞形活塞的表面固定有一层橡皮膜 ， 活塞向下移动时 ， 膜上面会造成空气稀薄的空间 ， 活塞受到下面空气的压 力 ， 不能迅速下移 。 当空气由进气孔进入时 ， 活塞才逐渐 下移 。 移动到最后位置时 ， 杠杆使微动开关动作 。 3、时间继电器 KT KT KT 线圈 常开触点 常闭触点 上一张幻灯片 下一张幻灯片 返回第一张 2021/4/11 8.2 三相异步电动机 的基本控制电路 通过开关 、 按钮 、 继电器 、 接触器等电器触点的接通或断 开来实现的各种控制叫做继电 -接触器控制 ， 这种方式构成 的自动控制系统称为继电 -接触器控制系统 。 典型的控制环 节有点动控制 、 单向自锁运行控制 、 正反转控制 、 行程控 制 、 时间控制等 。 电动机在使用过程中由于各种原因可能会出现一些异常情 况 ， 如电源电压过低 、 电动机电流过大 、 电动机定子绕组 相间短路或电动机绕组与外壳短路等等 ， 如不及时切断电 源则可能会对设备或人身带来危险 ， 因此必须采取保护措 施 。 常用的保护环节有短路保护 、 过载保护 、 零压保护和 欠压保护等 。 上一张幻灯片 下一张幻灯片 返回第一张 2021/4/11 8.2.1 点动控制和直接起动控制 1、点动控制 （ a ）接线示意图 （ b ）电气原理图 M 3 SB QS FU KM M 3 QS FU KM KM SB 按下按钮 SB， 接 触器 KM线圈通 电，衔铁吸合， 常开主触点接通， 电动机定子接入 三相电源起动运 转。松开按钮 SB， 接触器 KM线圈 断电，衔铁松开， 常开主触点断开， 电动机因断电而 停转。 上一张幻灯片 下一张幻灯片 返回第一张 2021/4/11 合上开关 S， 三相电源被引 入控制电路，但电动机还不 能起动。按下按钮 SB， 接 触器 KM线圈通电，衔铁吸 合，常开主触点接通，电动 机定子接入三相电源起动运 转。松开按钮 SB， 接触器 KM线圈断电，衔铁松开， 常开主触点断开，电动机因 断电而停转。 M 3 QS FU KM KM SB 上一张幻灯片 下一张幻灯片 返回第一张 2021/4/11 2、直接起动控制 起动过程 ：按下起动按钮SBl， 接触器 KM线圈通电 ， 与 SB1并联的 KM的辅助 常开触点闭合 ， 以保证松 开按钮 SBl后 KM线圈持续 通电 ， 串联在电动机回路 中的 KM的主触点持续闭合 ， 电动机连续运转 ， 从而 实现连续运转控制 。 停止过程 ：按下停止按钮 SB2， 接触器 KM线圈断电 ， 与 SBl并联的 KM的辅助 常开触点断开 ， 以保证松 开按钮 SB2后 KM线圈持续 失电 ， 串联在电动机回路 中的 KM的主触点持续断开 ， 电动机停转 。 M 3 QS FU KM KMSB 2 SB 1 KM FR FR 上一张幻灯片 下一张幻灯片 返回第一张 2021/4/11 与 SBl并联的 KM的辅助常开触点的这种作用称为自锁 。 图示控制电路还可实现短路保护 、 过载保护和零压保护 。 起短路保护的是串接在主电路中的熔断器 FU。 一旦电路 发生短路故障 ， 熔体立即熔断 ， 电动机立即停转 。 起过载保护的是热继电器 FR。 当过载时 ， 热继电器的发 热元件发热 ， 将其常闭触点断开 ， 使接触器 KM线圈断电 ， 串联在电动机回路中的 KM的主触点断开 ， 电动机停转 。 同时 KM辅助触点也断开 ， 解除自锁 。 故障排除后若要 重新起动 ， 需按下 FR的复位按钮 ， 使 FR的常闭触点复位 （ 闭合 ） 即可 。 起零压 （ 或欠压 ） 保护的是接触器 KM本身 。 当电源暂时 断电或电压严重下降时 ， 接触器 KM线圈的电磁吸力不足 ， 衔铁自行释放 ， 使主 、 辅触点自行复位 ， 切断电源 ， 电 动机停转 ， 同时解除自锁 。 上一张幻灯片 下一张幻灯片 返回第一张 2021/4/11 8.2.2 多地控制和顺序控制 1、多地控制 M 3 QS FU KM KMSB 21 SB 12 KM FR FR SB 22 SB 11接线原则 ： 所有的起动 按钮并联， 所有的停机 按钮串联。 上一张幻灯片 下一张幻灯片 返回第一张 2021/4/11 2、顺序控制 M 1 3 QS FU KM 1 FR 1 M 2 3 KM 2 FR 2 SB 3 SB 1 SB 2 KM 1 KM 1 KM 2 KM 2 FR 1 FR 2 因为 KM2线圈电路中串接有 KM1的常开 触点，所以 M1未起动时，即 KM1线圈未 通电时， KM2线圈不可能通电， M2不可 能起动；只有当按下 SB1， KM1线圈通 电， M1起动后，再按 SB2， KM2线圈通 电， M2才起动。当按下 SB3时， KM1、 KM2线圈同时断电， M1、 M2同时停止 运转。 上一张幻灯片 下一张幻灯片 返回第一张 2021/4/11 8.2.3 正反转控制 M 3 QS FU KM 1 SB 3 SB 1 KM 2 SB 2 KM 1 KM 1 KM 2 KM 2 FR FR 上一张幻灯片 下一张幻灯片 返回第一张 2021/4/11 正向起动过程 ：按下起动按钮 SBl， 接触器 KM1线圈通电 ， 与 SBl并联的 KM1的辅助常开触点闭合 ， 以保证 KMl线圈持续通 电 ， 串联在电动机回路中的 KM1的主触点持续闭合 ， 电动机连 续正向运转 。 停止过程 ：按下停止按钮 SB3， 接触器 KMl线圈断电 ， 与 SBl并 联的 KM1的辅助触点断开 ， 以保证 KMl线圈持续失电 ， 串联在 电动机回路中的 KMl的主触点持续断开 ， 切断电动机定子电源 ， 电动机停转 。 反向起动过程 ：按下起动按钮 SB2， 接触器 KM2线圈通电 ， 与 SB2并联的 KM2的辅助常开触点闭合 ， 以保证 KM2线圈持续通 电 ， 串联在电动机回路中的 KM2的主触点持续闭合 ， 电动机连 续反向运转 。 特别注意 KM1和 KM2线圈不能同时通电，因此不能同时按下 SBl和 SB2， 也不能在电动机正转时按下反转起动按钮，或在 电动机反转时按下正转起动按钮。如果操作错误，将引起主 回路电源短路。 上一张幻灯片 下一张幻灯片 返回第一张 2021/4/11 带电气联锁的正反转控制电路 将接触器 KM1的辅助常闭触点串入 KM2的线圈回路中，从而保证在 KMl线圈通电时 KM2线圈回路总是 断开的；将接触器 KM2的辅助常闭 触点串入 KM1的线圈回路中，从而 保证在 KM2线圈通电时 KMl线圈回 路总是断开的。这样接触器的辅助 常闭触点 KMl和 KM2保证了两个接 触器线圈不能同时通电，这种控制 方式称为联锁或者互锁，这两个辅 助常开触点称为联锁或者互锁触点。 SB 3 SB 1 SB 2 KM 1 KM 1 KM 2 KM 2 KM 2 KM 1 FR 存在问题 ： 电路在具体操作时，若电动机处于正转状态要反转 时必须先按停止按钮 SB3， 使联锁触点 KMl闭合后按下反转起动 按钮 SB2才能使电动机反转；若电动机处于反转状态要正转时 必须先按停止按钮 SB3， 使联锁触点 KM2闭合后按下正转起动按 钮 SBl才能使电动机正转。 上一张幻灯片 下一张幻灯片 返回第一张 2021/4/11 同时具有电气联锁和机械联锁的正反转控制电路 采用复式按钮，将 SB1 按钮的常闭触点串接在 KM2的线圈电路中；将 SB2的常闭触点串接在 KMl的线圈电路中；这 样，无论何时，只要按 下反转起动按钮，在 KM2线圈通电之前就首 先使 KM1断电，从而保 证 KM1和 KM2不同时通 电；从反转到正转的情 况也是一样。这种由机 械按钮实现的联锁也叫 机械联锁或按钮联锁， SB 3 SB 1 SB 2 KM 1 KM 2 KM 2 KM 2 KM 1 KM 1 FR 上一张幻灯片 下一张幻灯片 返回第一张 2021/4/11 8.2.4 行程控制 1、限位控制 当生产机械的运动 部件到达预定的位 置时压下行程开关 的触杆，将常闭触 点断开，接触器线 圈断电，使电动机 断电而停止运行。 M 3 QS FU KM KMSB 2 SB 1 KM SQ FR FR 上一张幻灯片 下一张幻灯片 返回第一张 2021/4/11 SB 3 SB 1 SB 2 KM 1 KM 1 KM 2 KM 2 KM 1 (b) 自动往返控制电路 SQ 1 SQ 2 KM 2 SQ 2 SQ 1 SQ 2 SQ 1 (a ) 往返运动图 FR 2、自动往返控制 按下正向起动按钮 SB1， 电动 机正向起动运行 ， 带动工作台 向前运动 。 当运行到 SQ2位置 时 ， 挡块压下 SQ2， 接触器 KMl断电释放 ， KM2通电吸合 ， 电动机反向起动运行 ， 使工 作台后退 。 工作台退到 SQl位 置时 ， 挡块压下 SQl， KM2断 电释放 ， KM1通电吸合 ， 电动 机又正向起动运行 ， 工作台又 向前进 ， 如此一直循环下去 ， 直到需要停止时按下 SB3， KMl和 KM2线圈同时断电释放 ， 电动机脱离电源停止转动 。 上一张幻灯片 下一张幻灯片 返回第一张 2021/4/11 8.2.5 时间控制 星形 -三角形换接起动控制 M 3 QS FU KM 1 KM 2 KM 3 U 1 V 2 V 1 W 2 W 1 U 2 SB 3 KM 1 SB 1 KM 1 KM 2 KM 3 KM 3 KM 1 KM 2 KT KM 2 KT FR FR 上一张幻灯片 下一张幻灯片 返回第一张 2021/4/11 按下起动按钮 SBl， 时间继电器 KT和接触器 KM2同 时通电吸合 ， KM2的常开主触点闭合 ， 把定子绕组 连接成星形 ， 其常开辅助触点闭合 ， 接通接触器 KMl。 KMl的常开主触点闭合 ， 将定子接入电源 ， 电动机在星形连接下起动 。 KMl的一对常开辅助触 点闭合 ， 进行自锁 。 经一定延时 ， KT的常闭触点断 开 ， KM2断电复位 ， 接触器 KM3通电吸合 。 KM3的 常开主触点将定子绕组接成三角形 ， 使电动机在额 定电压下正常运行 。 与按钮 SBl串联的 KM3的常闭辅 助触点的作用是：当电动机正常运行时 ， 该常闭触 点断开 ， 切断了 KT、 KM2的通路 ， 即使误按 SB1， KT和 KM2也不会通电 ， 以免影响电路正常运行 。 若 要停车 ， 则按下停止按钮 SB3， 接触器 KMl、 KM2同 时断电释放 ， 电动机脱离电源停止转动 。