電工電子技術(shù)第5章繼電接觸器控制系統(tǒng)

電工電子技術(shù)基礎主編李中發(fā)2023/1/11電工電子技術(shù)第5章繼電-接觸器控制系統(tǒng)常用控制電器的動作原理及其控制作用鼠籠式三相異步電動機典型控制電路的工作原理安全用電常識學習要點2023/1/11電工電子技術(shù)第5章繼電-接觸器控制系統(tǒng)5.1常用控制電器5.2三相異步電動機的基本控制電路5.3安全用電2023/1/11電工電子技術(shù)5.1常用控制電器對電動機和生產(chǎn)機械實現(xiàn)控制和保護的電工設備叫做控制電器?？刂齐娖鞯姆N類很多，按其動作方式可分為手動和自動兩類。手動電器的動作是由工作人員手動操縱的，如刀開關、組合開關、按鈕等。自動電器的動作是根據(jù)指令、信號或某個物理量的變化自動進行的，如各種繼電器、接觸器、行程開關等。2023/1/11電工電子技術(shù)5.1.1手動電器1、刀開關刀開關又叫閘刀開關，一般用于不頻繁操作的低壓電路中，用作接通和切斷電源，或用來將電路與電源隔離，有時也用來控制小容量電動機的直接起動與停機。刀開關由閘刀（動觸點）、靜插座（靜觸點）、手柄和絕緣底板等組成。刀開關的種類很多。按極數(shù)（刀片數(shù)）分為單極、雙極和三極；按結(jié)構(gòu)分為平板式和條架式；按操作方式分為直接手柄操作式、杠桿操作機構(gòu)式和電動操作機構(gòu)式；按轉(zhuǎn)換方向分為單投和雙投等。刀開關一般與熔斷器串聯(lián)使用，以便在短路或過負荷時熔斷器熔斷而自動切斷電路。刀開關的額定電壓通常為250v和500v，額定電流在1500a以下。2023/1/11電工電子技術(shù)安裝刀開關時，電源線應接在靜觸點上，負荷線接在與閘刀相連的端子上。對有熔斷絲的刀開關，負荷線應接在閘刀下側(cè)熔斷絲的另一端，以確保刀開關切斷電源后閘刀和熔斷絲不帶電。在垂直安裝時，手柄向上合為接通電源，向下拉為斷開電源，不能反裝，否則會因閘刀松動自然落下而誤將電源接通。刀開關的選用主要考慮回路額定電壓、長期工作電流以及短路電流所產(chǎn)生的動熱穩(wěn)定性等因素。刀開關的額定電流應大于其所控制的最大負荷電流。用于直接起停3kw及以下的三相異步電動機時，刀開關的額定電流必須大于電動機額定電流的3倍。2023/1/11電工電子技術(shù)2、組合開關組合開關又叫轉(zhuǎn)換開關，是一種轉(zhuǎn)動式的閘刀開關，主要用于接通或切斷電路、換接電源、控制小型鼠籠式三相異步電動機的起動、停止、正反轉(zhuǎn)或局部照明。組合開關有若干個動觸片和靜觸片，分別裝于數(shù)層絕緣件內(nèi)，靜觸片固定在絕緣墊板上，動觸片裝在轉(zhuǎn)軸上，隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而變更通、斷位置。2023/1/11電工電子技術(shù)3、按鈕按鈕主要用于遠距離操作繼電器、接觸器接通或斷開控制電路，從而控制電動機或其他電氣設備的運行。按鈕的觸點分常閉觸點（動斷觸點）和常開觸點（動合觸點）兩種。常閉觸點是按鈕未按下時閉合、按下后斷開的觸點。常開觸點是按鈕未按下時斷開、按下后閉合的觸點。按鈕按下時，常閉觸點先斷開，然后常開觸點閉合；松開后，依靠復位彈簧使觸點恢復到原來的位置。按鈕內(nèi)的觸點對數(shù)及類型可根據(jù)需要組合，最少具有一對常閉觸點或常開觸點。2023/1/11電工電子技術(shù)5.1.2自動電器1、熔斷器熔斷器主要作短路或過載保護用，串聯(lián)在被保護的線路中。線路正常工作時如同一根導線，起通路作用；當線路短路或過載時熔斷器熔斷，起到保護線路上其他電器設備的作用。選擇熔體額定電流的方法如下：（1）電燈支線的熔體：熔體額定電流≥支線上所有電燈的工作電流之和。（2）一臺電動機的熔體：熔體額定電流≥電動機的起動電流÷2.5如果電動機起動頻繁，則為：熔體額定電流≥電動機的起動電流÷(1.6~2)（3）幾臺電動機合用的總?cè)垠w：熔體額定電流=(1.5~2.5)×容量最大的電動機的額定電流+其余電動機的額定電流之和2023/1/11電工電子技術(shù)2、斷路器斷路器又叫自動空氣開關或自動開關，它的主要特點是具有自動保護功能，當發(fā)生短路、過載、欠電壓等故障時能自動切斷電路，起到保護作用。斷路器主要由觸點系統(tǒng)、操作機構(gòu)和保護元件3部分組成。主觸點靠操作機構(gòu)（手動或電動）來閉合。開關的脫扣機構(gòu)是一套連桿裝置，有過流脫扣器和欠壓脫扣器等，它們都是電磁鐵。主觸點閉合后就被鎖鉤鎖住。在正常情況下，過流脫扣器的銜鐵是釋放著的，一旦發(fā)生嚴重過載或短路故障，線圈因流過大電流而產(chǎn)生較大的電磁吸力，把銜鐵往下吸而頂開鎖鉤，使主觸點斷開，起到了過流保護作用。欠壓脫扣器的工作情況與之相反，正常情況下吸住銜鐵，主觸點閉合，電壓嚴重下降或斷電時釋放銜鐵而使主觸點斷開，實現(xiàn)了欠壓保護。電源電壓正常時，必須重新合閘才能工作。2023/1/11電工電子技術(shù)3、行程開關行程開關也稱為位置開關，主要用于將機械位移變?yōu)殡娦盘?，以實現(xiàn)對機械運動的電氣控制。當機械的運動部件撞擊觸桿時，觸桿下移使常閉觸點斷開，常開觸點閉合；當運動部件離開后，在復位彈簧的作用下，觸桿回復到原來位置，各觸點恢復常態(tài)。4、交流接觸器線圈通電時產(chǎn)生電磁吸引力將銜鐵吸下，使常開觸點閉合，常閉觸點斷開。線圈斷電后電磁吸引力消失，依靠彈簧使觸點恢復到原來的狀態(tài)。2023/1/11電工電子技術(shù)根據(jù)用途不同，交流接觸器的觸點分主觸點和輔助觸點兩種。主觸點一般比較大，接觸電阻較小，用于接通或分斷較大的電流，常接在主電路中；輔助觸點一般比較小，接觸電阻較大，用于接通或分斷較小的電流，常接在控制電路（或稱輔助電路）中。有時為了接通和分斷較大的電流，在主觸點上裝有滅弧裝置，以熄滅由于主觸點斷開而產(chǎn)生的電弧，防止燒壞觸點。接觸器是電力拖動中最主要的控制電器之一。在設計它的觸點時已考慮到接通負荷時的起動電流問題，因此，選用接觸器時主要應根據(jù)負荷的額定電流來確定。如一臺y112m-4三相異步電動機，額定功率4kw，額定電流為8.8a，選用主觸點額定電流為10a的交流接觸器即可。除電流之外，還應滿足接觸器的額定電壓不小于主電路額定電壓。2023/1/11電工電子技術(shù)5、繼電器繼電器是一種根據(jù)特定輸入信號而動作的自動控制電器，其種類很多，有中間繼電器、熱繼電器、時間繼電器等類型。（1）中間繼電器中間繼電器通常用來傳遞信號和同時控制多個電路，也可用來直接控制小容量電動機或其他電氣執(zhí)行元件。中間繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理與交流接觸器基本相同，與交流接觸器的主要區(qū)別是觸點數(shù)目多些，且觸點容量小，只允許通過小電流。在選用中間繼電器時，主要是考慮電壓等級和觸點數(shù)目。2023/1/11電工電子技術(shù)（2）熱繼電器下層金屬膨脹系數(shù)大，上層的膨脹系數(shù)小。當主電路中電流超過容許值而使雙金屬片受熱時，雙金屬片的自由端便向上彎曲超出扣板，扣板在彈簧的拉力下將常閉觸點斷開。觸點是接在電動機的控制電路中的，控制電路斷開便使接觸器的線圈斷電，從而斷開電動機的主電路。2023/1/11電工電子技術(shù)（3）時間繼電器通電延時空氣式時間繼電器利用空氣的阻尼作用達到動作延時的目的。吸引線圈通電后將銜鐵吸下，使銜鐵與活塞桿之間有一段距離。在釋放彈簧作用下，活塞桿向下移動。在傘形活塞的表面固定有一層橡皮膜，活塞向下移動時，膜上面會造成空氣稀薄的空間，活塞受到下面空氣的壓力，不能迅速下移。當空氣由進氣孔進入時，活塞才逐漸下移。移動到最后位置時，杠桿使微動開關動作。延時時間即為從電磁鐵吸引線圈通電時刻起到微動開關動作時為止的這段時間。通過調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)進氣孔的大小就可調(diào)節(jié)延時時間。吸引線圈斷電后，依靠復位彈簧的作用而復原?？諝饨?jīng)出氣孔被迅速排出。此時間繼電器有兩個延時觸點：一個是延時斷開的常閉觸點，—個是延時閉合的常開觸點，此外還有兩個瞬動觸點。2023/1/11電工電子技術(shù)5.2三相異步電動機的基本控制電路通過開關、按鈕、繼電器、接觸器等電器觸點的接通或斷開來實現(xiàn)的各種控制叫做繼電-接觸器控制，這種方式構(gòu)成的自動控制系統(tǒng)稱為繼電-接觸器控制系統(tǒng)。典型的控制環(huán)節(jié)有點動控制、單向自鎖運行控制、正反轉(zhuǎn)控制、行程控制、時間控制等。電動機在使用過程中由于各種原因可能會出現(xiàn)一些異常情況，如電源電壓過低、電動機電流過大、電動機定子繞組相間短路或電動機繞組與外殼短路等等，如不及時切斷電源則可能會對設備或人身帶來危險，因此必須采取保護措施。常用的保護環(huán)節(jié)有短路保護、過載保護、零壓保護和欠壓保護等。2023/1/11電工電子技術(shù)5.2.1簡單起停控制1、點動控制2023/1/11電工電子技術(shù)合上開關s，三相電源被引入控制電路，但電動機還不能起動。按下按鈕sb，接觸器km線圈通電，銜鐵吸合，常開主觸點接通，電動機定子接入三相電源起動運轉(zhuǎn)。松開按鈕sb，接觸器km線圈斷電，銜鐵松開，常開主觸點斷開，電動機因斷電而停轉(zhuǎn)。2023/1/11電工電子技術(shù)2、直接起?？刂疲?）起動過程。按下起動按鈕sbl，接觸器km線圈通電，與sb1并聯(lián)的km的輔助常開觸點閉合，以保證松開按鈕sbl后km線圈持續(xù)通電，串聯(lián)在電動機回路中的km的主觸點持續(xù)閉合，電動機連續(xù)運轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)連續(xù)運轉(zhuǎn)控制。（2）停止過程。按下停止按鈕sb2，接觸器km線圈斷電，與sbl并聯(lián)的km的輔助常開觸點斷開，以保證松開按鈕sb2后km線圈持續(xù)失電，串聯(lián)在電動機回路中的km的主觸點持續(xù)斷開，電動機停轉(zhuǎn)。2023/1/11電工電子技術(shù)與sbl并聯(lián)的km的輔助常開觸點的這種作用稱為自鎖。圖示控制電路還可實現(xiàn)短路保護、過載保護和零壓保護。起短路保護的是串接在主電路中的熔斷器fu。一旦電路發(fā)生短路故障，熔體立即熔斷，電動機立即停轉(zhuǎn)。起過載保護的是熱繼電器fr。當過載時，熱繼電器的發(fā)熱元件發(fā)熱，將其常閉觸點斷開，使接觸器km線圈斷電，串聯(lián)在電動機回路中的km的主觸點斷開，電動機停轉(zhuǎn)。同時km輔助觸點也斷開，解除自鎖。故障排除后若要重新起動，需按下fr的復位按鈕，使fr的常閉觸點復位（閉合）即可。起零壓（或欠壓）保護的是接觸器km本身。當電源暫時斷電或電壓嚴重下降時，接觸器km線圈的電磁吸力不足，銜鐵自行釋放，使主、輔觸點自行復位，切斷電源，電動機停轉(zhuǎn)，同時解除自鎖。2023/1/11電工電子技術(shù)3、正反轉(zhuǎn)控制2023/1/11電工電子技術(shù)（1）正向起動過程。按下起動按鈕sbl，接觸器km1線圈通電，與sbl并聯(lián)的km1的輔助常開觸點閉合，以保證kml線圈持續(xù)通電，串聯(lián)在電動機回路中的km1的主觸點持續(xù)閉合，電動機連續(xù)正向運轉(zhuǎn)。（2）停止過程。按下停止按鈕sb3，接觸器kml線圈斷電，與sbl并聯(lián)的km1的輔助觸點斷開，以保證kml線圈持續(xù)失電，串聯(lián)在電動機回路中的kml的主觸點持續(xù)斷開，切斷電動機定子電源，電動機停轉(zhuǎn)。（3）反向起動過程。按下起動按鈕sb2，接觸器km2線圈通電，與sb2并聯(lián)的km2的輔助常開觸點閉合，以保證km2線圈持續(xù)通電，串聯(lián)在電動機回路中的km2的主觸點持續(xù)閉合，電動機連續(xù)反向運轉(zhuǎn)。特別注意km1和km2線圈不能同時通電，因此不能同時按下sbl和sb2，也不能在電動機正轉(zhuǎn)時按下反轉(zhuǎn)起動按鈕，或在電動機反轉(zhuǎn)時按下正轉(zhuǎn)起動按鈕。如果操作錯誤，將引起主回路電源短路。2023/1/11電工電子技術(shù)帶電氣聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路將接觸器km1的輔助常閉觸點串入km2的線圈回路中，從而保證在kml線圈通電時km2線圈回路總是斷開的；將接觸器km2的輔助常閉觸點串入km1的線圈回路中，從而保證在km2線圈通電時kml線圈回路總是斷開的。這樣接觸器的輔助常閉觸點kml和km2保證了兩個接觸器線圈不能同時通電，這種控制方式稱為聯(lián)鎖或者互鎖，這兩個輔助常開觸點稱為聯(lián)鎖或者互鎖觸點。2023/1/11電工電子技術(shù)存在問題：電路在具體操作時，若電動機處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)要反轉(zhuǎn)時必須先按停止按鈕sb3，使聯(lián)鎖觸點kml閉合后按下反轉(zhuǎn)起動按鈕sb2才能使電動機反轉(zhuǎn)；若電動機處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)要正轉(zhuǎn)時必須先按停止按鈕sb3，使聯(lián)鎖觸點km2閉合后按下正轉(zhuǎn)起動按鈕sbl才能使電動機正轉(zhuǎn)。2023/1/11電工電子技術(shù)同時具有電氣聯(lián)鎖和機械聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路采用復式按鈕，將sb1按鈕的常閉觸點串接在km2的線圈電路中；將sb2的常閉觸點串接在kml的線圈電路中；這樣，無論何時，只要按下反轉(zhuǎn)起動按鈕，在km2線圈通電之前就首先使km1斷電，從而保證km1和km2不同時通電；從反轉(zhuǎn)到正轉(zhuǎn)的情況也是一樣。這種由機械按鈕實現(xiàn)的聯(lián)鎖也叫機械聯(lián)鎖或按鈕聯(lián)鎖，2023/1/11電工電子技術(shù)5.2.2行程控制1、限位控制當生產(chǎn)機械的運動部件到達預定的位置時壓下行程開關的觸桿，將常閉觸點斷開，接觸器線圈斷電，使電動機斷電而停止運行。2023/1/11電工電子技術(shù)2、自動往返控制按下正向起動按鈕sb1，電動機正向起動運行，帶動工作臺向前運動。當運行到sq2位置時，擋塊壓下sq2，接觸器kml斷電釋放，km2通電吸合，電動機反向起動運行，使工作臺后退。工作臺退到sql位置時，擋塊壓下sql，km2斷電釋放，km1通電吸合，電動機又正向起動運行，工作臺又向前進，如此一直循環(huán)下去，直到需要停止時按下sb3，kml和km2線圈同時斷電釋放，電動機脫離電源停止轉(zhuǎn)動。2023/1/11電工電子技術(shù)5.2.3時間控制星形-三角形換接起動控制2023/1/11電工電子技術(shù)按下起動按鈕sbl，時間繼電器kt和接觸器km2同時通電吸合，km2的常開主觸點閉合，把定子繞組連接成星形，其常開輔助觸點閉合，接通接觸器kml。kml的常開主觸點閉合，將定子接入電源，電動機在星形連接下起動。kml的一對常開輔助觸點閉合，進行自鎖。經(jīng)一定延時，kt的常閉觸點斷開，km2斷電復位，接觸器km3通電吸合。km3的常開主觸點將定子繞組接成三角形，使電動機在額定電壓下正常運行。與按鈕sbl串聯(lián)的km3的常閉輔助觸點的作用是：當電動機正常運行時，該常閉觸點斷開，切斷了kt、km2的通路，即使誤按sb1，kt和km2也不會通電，以免影響電路正常運行。若要停車，則按下停止按鈕sb3，接觸器kml、km2同時斷電釋放，電動機脫離電源停止轉(zhuǎn)動。2023/1