第07章繼電-接觸器控制

電工電子基礎(chǔ)電子教案7.1常用控制電器

7.2三相異步電動機的基本控制電路

7.3基本電氣識圖第七章繼電－接觸器控制內(nèi)容提要為實現(xiàn)電動機的起停、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速及制動，普遍采用繼電－接觸器控制系統(tǒng)，故本章重點敘述三相籠型異步電動機的一些典型控制電路。主要內(nèi)容有常用控制電器。三相異步電動機的基本控制電路和基本電氣識圖。7.1常用控制電器7.1.1刀開關(guān)7.1.2組合開關(guān)

7.1.3按鈕

7.1.4熔斷器7.1.5交流接觸器7.1.6熱繼電器7.1.7中間繼電器7.1.8自動空氣開關(guān)7.1.1刀開關(guān)

1、概念：刀開關(guān)又稱閘刀開關(guān)，一般用于不經(jīng)常操作的低壓電路中，用作接通或切斷電源，或用來將電路與電源隔離，有時也用來控制小容量電動機作不頻繁的直接起動與停機。2、結(jié)構(gòu)：刀開關(guān)由閘刀、靜插座、操作把柄和絕緣底板組成。3、種類：刀開關(guān)的種類很多，按極數(shù)（刀片數(shù)）分有單極、雙極和三極三種；按用途分有單投和雙投兩種；按操作方法分有直接手柄操作式和遠距離杠桿操作式兩種；按滅弧裝置分有帶滅弧罩和無滅弧罩兩種。4、規(guī)格：刀開關(guān)的額定電壓通常為250V和500V，額定電流在1500A以下。7.1.2組合開關(guān)

1、概念：組合開關(guān)（又稱轉(zhuǎn)換開關(guān)）是一種轉(zhuǎn)動式的閘刀開關(guān)，它主要用于接通或切斷電路、換接電源、控制小型籠型異步電動機起動、停止、正反轉(zhuǎn)或局部照明。2、結(jié)構(gòu)：它由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，動觸片固定在附有手柄的轉(zhuǎn)軸上，隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而變換其通斷位置。3、分類：組合開關(guān)按通、斷類型可分為同時通斷和交替通斷兩種；按轉(zhuǎn)換位數(shù)分：二位轉(zhuǎn)換、三位轉(zhuǎn)換和四位轉(zhuǎn)換三種。7.1.3按鈕

1、概念：按鈕通常用來接通或斷開控制電路（其中電流很?。瑥亩刂齐妱訖C或其他電氣設(shè)備的運行。2、結(jié)構(gòu)：它由按鈕帽、復(fù)位彈簧接觸元件（靜觸點與觸橋）、支持件和外殼等部件組成。按鈕只有一組動斷（常閉）靜觸點和一組動合（常開）靜觸點。按鈕帽有紅、黃、藍、白、綠、黑等顏色。3、種類：可根據(jù)需要組合成多組動合和動斷觸點。4、規(guī)格：按鈕觸點的接觸面積小，其額定電流一般只有5A。7.1.4熔斷器1、概念：保險絲是最簡單的熔斷器，熔斷器用以切斷線路的過載和短路故障。2、作用：它串聯(lián)在被保護的線路中，正常運行時如同一根導(dǎo)線，起通路作用，當線路過載或短路時，由于大電流很快將熔斷器熔斷，起到保護電路上其他電器設(shè)備的作用。3、基本要求（1）可靠性：能可靠切斷短路和過載時的電流；（2）選擇性：能有效地躲過起動電流；（3）配合性：與各級熔斷絲及自動開關(guān)配合。4、結(jié)構(gòu)：熔斷器主要由熔體（包括熔絲或熔片），熔管和支持熔體的觸點插座三部分組成。5、種類：熔斷器類型很多，可按結(jié)構(gòu)、滅弧方式、制造方法、安裝方法以及熔斷速度分為多種。6、熔斷器的選用，主要是選擇熔體額定電流，選用方法如下：（1）電燈支線的熔絲：熔絲額定電流≥支線上所有電燈的工作電流之和。（2）一臺電動機的熔絲熔絲額定電流≥電動機的起動電流/2.5如起動頻繁，則熔絲額定電流≥電動機的起動電流/(1.6～2)（3）多臺電動機合用的總?cè)劢z熔絲額定電流=（1.5～2.5）×最大容量電動機的額定電流十其余電動機的額定電流之和。7.1.5交流接觸器

1、概念：交流接觸器是用來頻繁地遠距離接通和切斷主電路或大容量控制電路的控制電器。但它本身不能切斷短路電流和過負荷電流。2、結(jié)構(gòu)：交流接觸器主要由觸點、電磁操作機構(gòu)和滅弧裝置等三部分組成。3、選用：選用交流接觸器時，應(yīng)使主觸點電壓大于或等于所控制回路電壓，主觸點電流大于或等于負載額定電流。4、注意：交流接觸器觸點分主觸點和輔助觸點兩種，主觸點接觸面積大，允許通過較大電流，用于接通和斷開電流較大的主電路，由三對動合觸點組成。輔助觸點接觸面積小，只能通過較小電流（小于5A），用來接通和斷開控制電路，它一般有兩對動合和兩對動斷的兩種觸點。7.1.6熱繼電器

1、概念：熱繼電器是利用感溫元件受熱而動作的一種繼電器，它主要用來保護電動機或其他負載免于過載以及三相電動機的缺相運行。2、結(jié)構(gòu)原理：熱元件是一段電阻不大的電阻絲，接在電動機的主電路中。雙金屬片系由兩種具有不同線膨脹系數(shù)的金屬輾壓而成。圖中，下層金屬的膨脹系數(shù)大，上層的小。當主電路中電流超過容許值而使雙金屬片受熱時，它便向上彎曲，因而脫扣，扣板在彈簧的拉力下將動斷觸點斷開。3、選用：選用熱繼電器時，應(yīng)根據(jù)負載（電動機）的額定電流來確定其型號和加熱元件的電流等級。4、說明：由于熱慣性，熱繼電器不能作短路保護。因為發(fā)生短路事故時，我們要求電路立即斷開，而熱斷電器是不能立即動作的。7.1.7中間繼電器

1、概念：在繼電－接觸器控制電路中，為解決接觸器觸點少的矛盾，而采用觸點多、容量相對較大的中間繼電器，用它作中間控制環(huán)節(jié)，用以信號傳遞與轉(zhuǎn)換、或同時控制多個電路，對小容量電動機（額定電流小于5A）也可代替接觸器作接通和切斷電源用。2、結(jié)構(gòu)：中間繼電器的結(jié)構(gòu)與動作原理與交流接觸器相似。3、選用：選用中間繼電器時，主要根據(jù)控制電路的電壓和控制的需要來選擇線圈額定電壓等級和觸點（動合和動斷）數(shù)目。7.1.8自動空氣開關(guān)1、概念：自動空氣開關(guān)又稱自動空氣斷路器，簡稱自動開關(guān)，是常用的一種低壓保護電器，當電路發(fā)生短路、嚴重過載及電壓過低等故障時能自動切斷電路。2、結(jié)構(gòu)：自動空氣開關(guān)主要組成部分是：觸點系統(tǒng)、滅弧裝置、機械傳動機構(gòu)和保護裝置等。3、種類：自動空氣開關(guān)種類繁多，可按用途、結(jié)構(gòu)型式、極數(shù)、限流性能以及操作方式分為多種。4、選用：自動空氣開關(guān)需根據(jù)保護電路的保護特性選擇其類型，根據(jù)被保護電路的電壓和電流選擇自動空氣開關(guān)的額定電壓和額定電流，根據(jù)被保護電路所要求保護方式選擇脫扣器種類，同時還需考慮脫扣器的額定電流等。7.2三相異步電動機的基本控制電路

7.2.1三相籠型異步電動機的直接起動控制

7.2.2行程控制

7.2.3時限控制

1.刀開關(guān)起動：最簡單的直接起動控制電路莫過于用刀開關(guān)Q控制，如圖7.2.1所示。其電源的接通和斷開是通過人們操作刀開關(guān)來實現(xiàn)的。電路中的熔斷器FU作短路保護用，它不能用作過載保護。如車間中的三相電風(fēng)扇、砂輪機等常用這種控制電路。7.2.1三相籠型異步電動機的直接起動控制動作過程是：合刀開關(guān)Q，接通三相電源，按下按鈕SB，接觸器KM線圈通電，接觸器銜鐵被吸使KM動合主觸點閉合，電動機接通電源起動運轉(zhuǎn)。松開按鈕SB，接觸器KM線圈失電，主觸點恢復(fù)到動合狀態(tài)（復(fù)位），電動機因失電而停轉(zhuǎn)。2．點動控制電路：

起動過程如下：先合上電源開關(guān)Q，然后按SBst，接觸器線圈KM通電，KM主觸點閉合，電動機運轉(zhuǎn)，同時KM輔助觸點閉合自鎖。停車過程如下：按SBstp，接觸器線圈斷電，KM主觸點斷開，電動機停轉(zhuǎn)，同時KM輔助觸點斷開，解除自鎖。3．單向運行控制電路（起?？刂齐娐罚?/p>

4．多地控制電路：

當按下任一個起動按鈕SBst1或SBst2都使接觸器KM線圈通電，接通主電路使電動機轉(zhuǎn)動。同樣按下任一個停止按鈕SBstp1或SBstp2都可以控制接觸器線圈斷電，停止主電路工作。所以要實現(xiàn)多地控制，其接線原則是所有起動按鈕并聯(lián)，所有停止按鈕串聯(lián)。5．正、反轉(zhuǎn)互鎖控制電路：

正轉(zhuǎn)控制：先合電源刀開關(guān)Q，再按正轉(zhuǎn)按鈕SBF，正轉(zhuǎn)接觸器KMF線圈接通，然后：①KMF動合輔助觸點閉合實現(xiàn)自鎖；②KMF主觸點閉合，電動機正轉(zhuǎn)；③KMF動斷輔助觸點斷開實現(xiàn)互鎖（使反轉(zhuǎn)接觸器KMR線圈回路處于開路狀態(tài)）。圖7.2.5電動機的正反轉(zhuǎn)控制反轉(zhuǎn)控制：先按停止按鈕SBstp，使正轉(zhuǎn)接觸器KMF線圈失電，主、輔觸點復(fù)位。然后再接反轉(zhuǎn)按鈕SBR，接通反轉(zhuǎn)接觸器KMR線圈，然后：①KMR動合輔助觸點閉合實現(xiàn)自鎖；②KMF主觸點閉合而改變引入到電動機的電源相序，電動機反轉(zhuǎn)；③KMR動斷輔助觸點斷開實現(xiàn)互鎖（使正轉(zhuǎn)接觸器KMF線圈回路開路）。圖7.2.5電動機的正反轉(zhuǎn)控制1．行程開關(guān)

行程開關(guān)也稱為位置開關(guān)，它的結(jié)構(gòu)及原理與按鈕相似，如圖是一種行程開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。所謂行程控制就是根據(jù)生產(chǎn)機械運動部件的位置或行程距離來進行控制，如起重機械和某種機床的直線運動部件，當?shù)竭_邊緣位置時，就要求自動停止或往復(fù)運動。這種行程控制可利用行程開關(guān)來實現(xiàn)。通過這種開關(guān)，控制生產(chǎn)機械的運動，當其運行到某一規(guī)定位置時，通過行程開關(guān)轉(zhuǎn)變?yōu)閷﹄娐返目刂?，以改變生產(chǎn)機械的狀態(tài)。7.2.2行程控制開關(guān)原態(tài)-觸桿被撞-動作-復(fù)位2．限位控制：其動作過程如下：

先合上電源開關(guān)Q，然后按正轉(zhuǎn)（前進）起動按鈕SBF，正轉(zhuǎn)（前進）接觸器KMF線圈通電，然后：①KMF動合輔助觸點閉合實現(xiàn)自鎖：②KMF動斷輔助觸點斷開實現(xiàn)互鎖；③KMF主觸點閉合，電動機正轉(zhuǎn)（前進），工作臺前進到某預(yù)定位置（如原端），撞塊a壓下行程開關(guān)SQ1頂桿，將串接在正轉(zhuǎn)控制電路的動斷觸點SQ1斷開，KMF線圈失電，KMF主、輔觸點復(fù)位，電動機停轉(zhuǎn)（工作臺停止前進）。

行程開關(guān)SQ3和SQ4起極限保護作用。如工作臺前進到某一預(yù)定位置，控塊a壓下SQl后，由于某種原因，KMF線圈沒有失電，電動機繼續(xù)正轉(zhuǎn)（工作臺繼續(xù)前進），到達極限位置時壓下SQ3，使KMF線圈失電，迫使電動機停轉(zhuǎn)，以避免發(fā)生事故。另外還往往在SQ3和SQ4觸點上裝有報警電路，以提醒工作人員。

3．自動往復(fù)行程控制：當電動機正轉(zhuǎn)，工作臺前進到某一預(yù)定位置，工作臺上的撞塊a壓下行程開關(guān)SQ1頂桿，使SQ1的動斷觸點斷開，正轉(zhuǎn)接觸器KMF線圈失電，電動機停轉(zhuǎn)，與此同時，并聯(lián)接在反轉(zhuǎn)按鈕SBR兩端的SQ1動合觸點閉合，反轉(zhuǎn)接觸器KMR線圈通電（因此時串接在該回路的KMF動斷觸點已復(fù)位），電動機反轉(zhuǎn)，工作臺自動后退。當撞塊離開行程開關(guān)SQ1位置時，其觸點復(fù)位，準備下次動作。至于后退，當撞塊b壓下行程開關(guān)SQ2頂桿，電動機停轉(zhuǎn)后又正轉(zhuǎn)。某些生產(chǎn)機械的控制電路需要按一定的時間間隔來接通或斷開某些控制電路，如三相異步電動機的Y－△換接起動，這就需采用時間繼電器來實現(xiàn)延時控制。7.2.3時限控制時間繼電器（KT）是利用電磁、機械或電子電路的方法實現(xiàn)觸點延時接通或斷開的控制電器。時間繼電器的種類很多，有電磁式、空氣式、電動式、電子式等等。它是利用空氣的阻尼作用獲得動作延時的。它主要由電磁系統(tǒng)、觸點、空氣室和傳動機構(gòu)組成。當吸引線圈通電后將動鐵心吸下，使動鐵心與活塞桿之間有一段距離。在釋放彈簧的作用下，活塞桿隨同撞塊一起下降。由于這時空氣室中形成負壓，產(chǎn)生空氣阻尼作用而不能迅速下降，待進人空氣室內(nèi)的空氣逐漸增加，過了一段時間，撞塊才觸及杠桿使延時觸點動作。它可通過調(diào)節(jié)錐形桿改變進氣孔的大小來調(diào)節(jié)延時時間，延時范圍為0.4～60s和0.4～180s兩種。1、

空氣式時間繼電器：圖7.2.10/JS7-A系列時間繼電器工作原理(a)通電延時型；(b)斷電延時型2、應(yīng)用時間繼電器的三相籠型異步電動機的Y－△換接起動控制電路（圖在下頁）按下起動按鈕SBst，其中動合觸點閉合，使KM1、KM2、KT線圈通電，同時SBst的動斷觸點斷開，保證KM3失電。KM1、KM2主觸點閉合，電動機便在Y形聯(lián)結(jié)情況下起動。經(jīng)過一定的延時間隔，KT時間繼電器的延時斷開的動斷觸點斷開，KMl線圈失電：①KMl主觸點斷開，電動機脫離電源；②KM1動斷輔助觸點復(fù)位（重新閉合），KM3線圈通電。其結(jié)果：①KM3動斷輔助觸點斷開，KM2線圈失電，KM2主觸點斷開，解除電動機Y形聯(lián)結(jié)；②KM3主觸點閉合，電動機變成△形聯(lián)結(jié)（實現(xiàn)了Y－△變換）；③KM2動斷輔助觸點復(fù)位（重新聞合），KM1線圈又得電，其主觸點重新閉合，電動機便在△形聯(lián)結(jié)的情況下運行。7.3基本電氣識圖

電動機或其他電氣設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)是由多種電器組成，主要由接觸器、繼電器及按鈕等組成的控制系統(tǒng)叫繼電－接觸器控制系統(tǒng)。為了分析該系統(tǒng)各種電器的工作情況和控制原理，需用電路按規(guī)定的圖形和文字符號表示出來，這種圖形叫電氣圖。電氣圖中的各種電器和電機等電氣元件都用國家標準局規(guī)定的圖形和文字符號表示，1990年開始全面使用，可參照GB4728—85（電氣圖形符號）和GB7159—87（電氣技術(shù)中的文字制訂通則）的規(guī)定，這些圖形符號以“像形表示”為主，表7.3.l和7.3.2摘錄了一些常用的圖形和文字符號。識圖舉例識圖舉例之分析

1．主電路：主電路是一臺三相繞線型異步電動機，轉(zhuǎn)子繞組串有起動電阻R1、R2和R3，它們分別由接觸器KM1、KM2和KM3主觸點控制。定子繞組由接觸器KM主觸點控制。同時主電路還有熔斷器FU及熱繼電器FR，分別作短路和過載保護，接觸器KM線圈本身又可作失壓保護，其起動過程就需看控制電路。2．控制電路：控制電路共有四個接觸器KM、KM1、KM2、KM3和三個時間繼電器KT1、KT2、KT3回路，找出各接觸器有什么主、輔助觸點，它們各處于什么回路，各起什么作用。如接觸器KM有一個主觸點和兩個動合輔助觸點，其主觸點用來控制電動機的起、停，一個動合輔助觸點是用于自鎖，另一個動合輔助觸點用于通斷其下面六個回路。同樣找出時間繼電器有幾個延時觸點，各處于什么回路，各起什么作用。如時間繼電器KT1的延時閉合動合觸點位于接觸器KM1回路，其延時閉合的結(jié)果，保證了KM1在KM后導(dǎo)通。有了總體了解后，就可以分析其控制過程。

工作過程分析：

合刀開關(guān)Q，按起動按鈕SBst，接觸器線圈KM通電；①主觸點閉合，電動機在全電阻R1+R2+R3下起動；②動合輔助觸點閉合實現(xiàn)自鎖；③另一個動合輔助觸點閉合，接通它下面六個回路，其中使時間繼電器KTl線圈通電。經(jīng)一定時間延時，延時閉合動合觸點KT1閉合，接觸器KM1線圈通電，它共有三個觸點：①主觸點KM1閉合，將起動電阻R1切除，電動機轉(zhuǎn)速升高；②動斷輔助觸點KM1斷開，由于有KM觸點自鎖，故不影響運行情況；③另一個動合輔助觸點閉合，KT2線圈導(dǎo)通，經(jīng)一定時間延時，延時閉合的動合觸點KT2閉合，KM2線圈導(dǎo)通，它也有三個觸點：①主觸點KM2閉合，切除R2起動電阻，使轉(zhuǎn)速進一步升高；②動斷輔助觸點KM2斷開，同樣由于KM觸點的自鎖，不影響其運行情況；③另一個動合輔助觸點KM2閉合，KT3線圈導(dǎo)通，經(jīng)一定延時后，延時閉合的動合觸點KT3閉合，KM3線圈導(dǎo)通，它有四個觸點：①主觸點KM3閉合，切除R3起動電阻；②動斷輔助觸點KM3斷開，同樣由于有KM觸點自鎖，不影響運行情況；③動斷輔助觸點KM3斷開，致使KT1、KM1、KT2、KM2線圈相繼失電，此時盡管時間繼電器KT3的延時閉合的動合觸點KT3復(fù)位，但由于④動合輔助觸點KM3的自鎖，KM3線圈仍處于通電狀態(tài)，至此，起動電阻R1、R2、R3全部被切除，電動機起動完畢，進入正常運行。本章小結(jié)

1、概念：用繼電器、接觸器及按鈕等有觸點的控制電路來實現(xiàn)自動控制，稱為繼電－接觸器控制。它工作可靠，維護簡單，并能對電動機實現(xiàn)起動、調(diào)速、制動等自動控制，所以應(yīng)用極廣。接觸器是用來接通或切斷帶負載的主電路，并易于實現(xiàn)遠距離控制的自動切換電器，而繼電器及其他一些控制設(shè)備是用來對主電路進行控制、監(jiān)測及保護的電器。

2、控制電器：控制電器是電氣控制的基本元件，它分手動的（如刀開關(guān)、組合開關(guān)、按鈕等）和自動的（如接觸器、繼電器等）。本章簡要介紹了幾種常用的控制電器結(jié)構(gòu)原理和作用。3、控制電路的分析：

任何一個復(fù)雜的控制系統(tǒng)均是由一些基本的控制環(huán)節(jié)（電路）組成的基礎(chǔ)上再加上一些特殊要求的控制電路。在三相異步電動機基本控制電路中，本章介紹了點動、自鎖、互鎖、單向自鎖運行控制、多地控制、正、反轉(zhuǎn)互鎖控制及短路、過載、欠壓保護等，這些都是構(gòu)成異步電動機自動控制的最基本環(huán)節(jié)。另外為拓寬電動機自動控制功能，還介紹了行程控制和時限控制等基本電路，它們分別通過行程開關(guān)和時間繼電器來實現(xiàn)對電動機的控制。

4、控制電路的閱讀：

控制電路由主電路和控