電工學繼電接觸控制系統(tǒng)

本章要求：1.了解常用低壓電器的結構、功能和用途。2.掌握自鎖、聯(lián)鎖的作用和方法。3.掌握過載、短路和失壓保護的作用和方法。4.掌握基本控制環(huán)節(jié)的組成、作用和工作過程。能讀懂簡單的控制電路原理圖、能設計簡單的控制電路。第5章繼電接觸控制系統(tǒng)

應用電動機拖動生產(chǎn)機械，稱為電力拖動。

本章主要介紹幾種常用的低壓電器，基本的控制環(huán)節(jié)和保護環(huán)節(jié)的典型線路。第5章繼電接觸控制系統(tǒng)

實現(xiàn)繼電接觸控制的電氣設備，統(tǒng)稱為控制電器，如刀閘、按鈕、繼電器、接觸器等。

利用繼電器、接觸器實現(xiàn)對電動機和生產(chǎn)設備的控制和保護，稱為繼電接觸控制。5.1

常用控制電器控制電器手動電器自動電器刀閘開關組合開關按鈕……接觸器繼電器行程開關……由操作人員手動操縱按照指令、信號、或某個物理量的變化而自動動作5.1.1組合開關組合開關又稱轉換開關，由數(shù)層動、靜觸片組裝在絕緣盒而成的。動觸點裝在轉軸上，用手柄轉動轉軸使動觸片與靜觸片接通與斷開。可實現(xiàn)多條線路、不同聯(lián)接方式的轉換。M3~圖5.1.1用組合開關起停電動機的接線圖電路符號Q組合開關的觸點通流能力有限，一般用于交流380V、直流220V，電流100A以下的電路中做電源開關。5.1.2按鈕(手動切換電器)(b)結構按鈕常用于接通和斷開控制電路。按鈕的外形圖和結構如圖所示。(a)外形圖常閉觸點常開觸點動斷觸點動合觸點復位彈簧支柱連桿常閉靜觸頭橋式動觸頭常開靜觸頭外殼4SBSBSB結構符號名稱常閉按鈕(停止按鈕)常開按鈕(起動按鈕)復合按鈕1234123按鈕帽5.1.3接觸器用于頻繁地接通和斷開大電流電路的開關電器。常用接觸器樣式觸頭壓力彈簧片復位彈簧靜鐵心緩沖彈簧橋式動觸頭動鐵心短路環(huán)線圈底座接觸器結構觸頭系統(tǒng)輔助常閉觸頭輔助常開觸頭接線柱三對主觸頭點接觸觸頭分類指形接觸面接觸1.點接觸用于小容量電路（例如控制電路，按鈕、行程開關等)。2.面接觸用于中、小容量電路（例如小型接觸器等)。3.指形接觸一般用于大容量電路。1.電弧開關電器切斷電流電路時，觸頭間電壓大于10V，電流超過80mA時，觸頭間會產(chǎn)生藍色的光柱，即電弧。滅弧罩電弧與危害2.電弧的危害

a.延長了切斷故障的時間.b.高溫引起電弧附近電氣絕緣材料燒壞；

c.形成飛弧造成電源短路事故.d.電弧是造成電器的壽命縮短的主要原因.滅弧交流接觸器常采用滅弧柵的機構圖,滅弧柵是數(shù)片鋼片制成的柵狀裝置，當觸點斷開發(fā)生電弧時，電弧進入柵片內，被分割為數(shù)段，迅速熄滅。

常用的滅弧方法有：拉長電弧、冷卻電弧和將電弧分段。對于電弧較弱的接觸器，只采用滅弧罩即可。電弧較強的接觸器，常采用滅弧柵熄弧和磁吹滅弧。交流接觸器的工作原理

電磁線圈通電后，線圈電流產(chǎn)生磁場，使靜鐵心產(chǎn)生足夠的吸力克服彈簧反作用力將動鐵心向下吸合，三對動合主觸頭閉合同時常開輔助觸頭閉合，常閉輔助觸頭斷開。當電磁線圈斷電后，靜鐵心吸力消失，動鐵心在彈簧反作用力的作用下復位，各觸頭也一起復位。用接觸器控制電動機運轉

5.1.3接觸器~M3~線圈輔助觸點鐵心銜鐵電源電機主觸點常閉常開彈簧動作過程線圈通電銜鐵吸合觸點閉合接通電源~M3~線圈鐵心銜鐵電源電機彈簧線圈KM~M3~電源電機

用于主電路流過的大電流動合(常開)主觸點KM主觸點~M3~電源電機用于控制電路流過的小電流KM動合(常開)輔助觸點動斷(常閉)輔助觸點KM輔助觸點常閉常開接觸器電路符號屬于同一器件的線圈和觸點用相同的文字表示線圈KM

用于主電路流過的大電流動合(常開)主觸點KM用于控制電路流過的小電流KM動合(常開)輔助觸點動斷(常閉)輔助觸點KM接觸器技術指標：額定工作電壓、電流、觸點數(shù)目等。常用的交流接觸器有CJ10、CJ12、CJ20和3TB等系列。

如CJ10系列主觸點額定電流5、10、20、40、75、120A等數(shù)種；額定工作電壓通常是220V或380V。接觸器的選用方法

接觸器的選用應按滿足被控制設備的要求進行，除額定工作電壓應與被控設備的額定電壓相同外，被控設備的負載功率、使用類別、操作頻率、工作壽命、安裝方式及尺寸以及經(jīng)濟性等是選擇的依據(jù)?？刂普彰髟O備用接觸器的選用

照明設備的類型很多，不同類型的照明設備，起動電流和起動時間也不一樣。如起動時間很短，可選擇其約定發(fā)熱電流Ith等于照明設備工作電流Ie的1.1倍即可，起動時間稍長以及功率因數(shù)較低的，可選擇其約定發(fā)熱電流比照明設備的工作電流更大一些

5.1.4繼電器

繼電器是一種根據(jù)電量(電壓、電流等)或者非電量(溫度、時間、轉速、壓力)等信號的變化帶動觸點動作，來接通或斷開所控制的電路或者電器，以實現(xiàn)自動控制和保護電路或電器設備的電器。按用途可分為控制繼電器和保護繼電器。其中：熱繼電器、過電流繼電器、欠電壓繼電器屬于保護型繼電器；時間繼電器、速度繼電器、中間繼電器屬于控制型繼電器。

繼電器一般由感測機構、中間機構和執(zhí)行機構三個基本部分組成。

繼電器和接觸器的結構和工作原理大致相同。主要區(qū)別在于：

接觸器的主觸點可以通過大電流；

繼電器的體積和觸點容量小，觸點數(shù)目多，且只能通過小電流。所以繼電器一般用于控制電路中。中間繼電器

中間繼電器觸頭容量小，觸點數(shù)目多，用于控制線路。

通常用于傳遞信號和同時控制多個電路，也可直接用它來控制小容量電動機或其他電氣執(zhí)行元件。(b)符號KA線圈常開觸頭KA常閉觸頭KA(a)外形中間繼電器外形與符號熱繼電器是一種具有過載保護特性的過電流型繼電器。電動機在運行過程中，如果長期過載、頻繁起動、欠電壓運行或者斷相運行等都可能使電動機的電流超過它的額定值。如果超過額定值的量不大，熔斷器在這種情況下不會熔斷，這樣將引起電動機過熱，損壞繞組的絕緣，縮短電動機的使用壽命，嚴重時甚至燒壞電動機。因此，采用熱繼電器用于電動機的過載保護以及斷相保護，也適用于對其他電氣設備的過載保護。5.1.5熱繼電器用于電動機的過載保護。5.1.5熱繼電器熱繼電器外形與結構~發(fā)熱元件杠桿結構原理圖雙金屬片常閉觸頭符號發(fā)熱元件串聯(lián)在主電路中串聯(lián)在控制電路中常閉觸頭FRFR

熱繼電器由發(fā)熱元件、雙金屬片、觸點及一套傳動和調整機構組成。發(fā)熱元件是一段阻值不大的電阻絲，串接在被保護電動機的主電路中。雙金屬片由兩種不同熱膨脹系數(shù)的金屬片輾壓而成。圖中所示的雙金屬片，下層一片的熱膨脹系數(shù)大，上層的小。當電動機過載時，通過發(fā)熱元件的電流超過整定電流，雙金屬片受熱向上彎曲脫離扣板，使常閉觸點斷開。由于常閉觸點是接在電動機的控制電路中的，它的斷開會使得與其相接的接觸器線圈斷電，從而接觸器主觸點斷開，電動機的主電路斷電，實現(xiàn)了過載保護。熱繼電器動作后，雙金屬片經(jīng)過一段時間冷卻，按下復位按鈕即可復位。工作原理熱繼電器的選用與維護①星形接法的電動機及電源對稱性較好的情況可選用兩相或三相結構的熱繼電器;三角形接法的電動機應選用帶斷相保護裝置的三相結構熱繼電器。②原則上熱繼電器的額定電流應按電動機的額定電流來選擇。但對于過載能力較差的電動機，其配用的熱繼電器(主要是發(fā)熱元件)的額定電流應適當小些，一般選取熱繼電器的額定電流(實際上是選取發(fā)熱元件的額定電流)為電動機額定電流的60%-80%。熱繼電器的選用與維護③對于工作時間較短、間歇時間較長的電動機，以及雖然長期工作但發(fā)生過載現(xiàn)象的可能性很小的電動機，可以不設過載保護。④雙金屬片式熱繼電器一般用于輕載、不頻繁起動電動機的過載保護。對于重載、頻繁起動的電動機，則可用過電流繼電器(延時動作型的)作它的過載保護和短路保護。因為熱元件受熱變形需要時間，故熱繼電器不能作短路保護用。熔斷器俗稱保險絲，是最簡便有效的短路保護電器。5.1.6熔斷器用于低壓線路中的短路保護。它主要由熔體及安裝熔體的絕緣座等部件組成。熔斷器在使用時應與它所保護的電路串聯(lián)。如果該電路一旦發(fā)生短路等故障時，只要通過熔體的電流達到或超過某一額定值，在一定時間內熔體將因過熱而熔斷，從而切斷故障電流，使線路及電氣設備免遭損壞。熔體是熔斷器的主要部分，根據(jù)熔點的高低一般可分為低熔點和高熔點兩類，低熔點熔斷器是由鉛、錫及其含金制成；高熔點熔斷器是由銀、銅和鋁等制成。1-瓷帽；2-熔斷管；3-瓷套；4-上接線盒；5-下接線盒；6-瓷座123456(a)(b)螺旋式熔斷器熔斷器結構123451-熔絲；2-動觸點；3-瓷蓋；4-靜觸點；5-瓷體

插入式熔斷器符號FU熔斷器額定電流IF的選擇(1)電燈、電爐等電阻性負載IF>IL(3)頻繁起動的電機(2)單臺電機自動空氣斷路器也稱自動空氣開關，有手動和電動合閘兩種，兼具短路、過載、失壓等多種保護功能。當線路、電器發(fā)生嚴重的過載、短路及失壓等故障時，能夠自動切斷故障電路或電器，有效地保護供電線路和電氣設備安全，有些型號的產(chǎn)品還兼有漏電脫扣，可用作觸電和漏電保護之用。5.1.7自動空氣斷路器(自動開關)自動空氣斷路器主要由三部分組成：分別是感受元件、傳遞元件和執(zhí)行元件。感受元件的作用是，感受電路中不正常的狀態(tài)參量，或操作人員的操作指令、繼電保護系統(tǒng)發(fā)出的信號，通過傳遞元件推動執(zhí)行元件動作。過電流脫扣器、欠壓脫扣器等都屬于感受元件。傳遞元件是承擔力的傳遞、變換的零部件，主要包括操作機構、轉動機構、自由脫扣機構、主軸、脫扣軸等。執(zhí)行元件指觸頭和滅弧系統(tǒng)，主要承擔電路的接通、分段任務。其中觸頭用來接通斷開電路；滅弧系統(tǒng)用來配合觸頭熄滅電弧。結構組成鎖鉤主觸點手動閉合

過流脫扣器

欠壓脫扣器銜鐵釋放自動空氣斷路器原理圖連桿裝置釋放彈簧工作原理：短路保護：當開關接通電源后，電磁脫扣器、熱脫扣器及欠電壓脫扣器若無異常反應，開關運行正常。當線路發(fā)生短路或嚴重過電流時，短路電流超過瞬時脫扣整定值，電磁脫扣器產(chǎn)生足夠大的吸力，將銜鐵吸合并撞擊杠桿時，搭鉤繞轉軸座向上轉動與鎖扣脫開，鎖扣在壓力彈簧的作用下，將三副主觸頭分斷，切斷電源。工作原理：欠壓保護：欠電壓脫扣器的工作過程與電磁脫扣器恰恰相反。當線路電壓正常時，欠電壓脫扣器產(chǎn)生足夠的吸力，克服拉力彈簧的作用，將欠電壓脫扣器銜鐵吸合，銜鐵與杠桿脫離，鎖扣與搭鉤才得以鎖住，主觸頭方能閉合。當線路上電壓全部消失或電壓下降到某一數(shù)值時，欠電壓脫扣器吸力消失或減小，銜鐵被拉力彈簧拉開并撞擊杠桿，主電路電源被分斷。同理，在無電源電壓或電壓過低時，自動空氣斷路器也不能接通電源。

繼電接觸控制線路由一些基本控制環(huán)節(jié)組成，下面介紹繼電接觸控制線路的繪制。

在電工技術中所繪制的控制線路圖為原理圖，它不考慮電器的結構和實際位置，突出的是電氣原理。電器自動控制原理圖的繪制原則及讀圖方法：1.按國家規(guī)定的電工圖形符號和文字符號畫圖。2.控制線路由主電路(被控制負載所在電路)

和控制電路

(控制主電路狀態(tài))組成。3.

屬同一電器元件的不同部分(如接觸器的線圈和觸點)按其功能和所接電路的不同分別畫在不同的電路中，但必須標注相同的文字符號。4.所有電器的圖形符號均按無電壓、無外力作用下的正常狀態(tài)畫出，即按通電前的狀態(tài)繪制。5.與電路無關的部件(如鐵心、支架、彈簧等)在控制電路中不畫出。分析和設計控制電路時應注意以下幾點：使控制電路簡單，電器元件少，而且工作又要準確可靠(2)盡可能避免多個電器元件依次動作才能接通另一個電器的控制電路。(3)必須保證每個線圈的額定電壓，不能將兩個線圈串聯(lián)。主電路控制電路SB1SB2FRKMFRKMFUQ3~M..熔斷器熱繼電器發(fā)熱元件開關接觸器主觸點起動按鈕停止按鈕接觸器線圈接觸器輔助觸點熱繼電器動斷觸點KM5.2

鼠籠式電動機直接起動的控制線路一、點動控制M3~ABCKMFUQB'C'KMSB控制電路主電路二、電動機連續(xù)運行自鎖KMSB2C'M3~ABCKMFUQB'SB1起動按鈕停車按鈕KM注意：接觸器線圈電壓380V時，采用此種接線方式。

短路保護是因短路電流會引起電器設備絕緣損壞產(chǎn)生強大的電動力，使電動機和電器設備產(chǎn)生機械性損壞，故要求迅速、可靠切斷電源。通常采用熔斷器FU和過流繼電器等。

欠壓是指電動機工作時，引起電流增加甚至使電動機停轉，失壓(零壓)是指電源電壓消失而使電動機停轉，在電源電壓恢復時，電動機可能自動重新起動(亦稱自起動)，易造成人身或設備故障。常用的失壓和欠壓保護有：對接觸器實行自鎖；用低電壓繼電器組成失壓、欠壓保護。

過載保護是為防止三相電動機在運行中電流超過額定值而設置的保護。常采用熱繼電器FR保護，也可采用自動開關和電流繼電器保護。電動機的保護控制電路三、電動機的保護SB1KMSB2FRKMFRKMFUQ3~M..熱繼電器過載保護熔斷器短路保護接觸器零壓、欠壓保護熱繼電器動斷觸點主電路控制電路方法一：用復合按鈕。四、點動+連續(xù)運行QSFRM3~ABCKMFUKMSB1KMSB2FRSB3主電路控制電路方法二：加中間繼電器（KA）。SBKASB1KASB2FRKMKA

以下控制電路能否實現(xiàn)即能點動、又能連續(xù)運行思考不能點動！KMSB1KMSB2FRSB例如：甲、乙兩地同時控制一臺電機。方法：兩起動按鈕并聯(lián)；兩停車按鈕串聯(lián)。五、多地點控制乙地甲地KMSB1甲SB2甲KMSB3乙SB4乙六、電動機的順序控制KM1FUQKM2M1M23~3~.SBSB1KM1KM1SB2KM2KM2....1.控制順序：M1起動后M2才能起動。M2既不能單獨起動，也不能單獨停車。M13~這樣的順序控制是否合理？KM1KM2M23~思考

課堂練習：1：在機床電力拖動中要求油泵電動機起動后主軸電動機才能起動，若用接觸器KM1控制油泵電動機，用KM2控制主軸電動機，則此控制線路中必須（）（1）將KM1的常閉輔助觸點串入KM2的線圈電路中（2）將KM2的常開輔助觸點串入KM1的線圈電路中（3）將KM1的常開輔助觸點串入KM2的線圈電路中

課堂練習：2：如圖所示控制電路中，KM是接觸器，KM1控制電動機M1，KM2控制電動機M2，若要起動M1和M2，其操作順序必須是（）（1）先按SB1起動M1，再按SB2起動M2（2）先按SB2起動M2，再按SB1起動M1（3）先按SB1或SB2均可5.3正反轉控制電路一、正反轉控制原理1.基本原理將接到電源的任意兩根聯(lián)線對調一頭即可實現(xiàn)電動機的正反轉，為此可用兩個交流接觸器來實現(xiàn)。2.基本要求必須保證兩個交流接觸器不能同時工作ABCKMRM3~FUQFRKMFKMFKMFSB1SBFFRKMRKMRSBR3.動作過程接觸器不能同時工作二、加互鎖的正反轉控制KMFSB1KMFSBFFRKMRKMRKMFKMRSBR三、雙重互鎖的正反轉控制機械互鎖KMFSB1KMFSBFFRKMRKMRKMRKMFSBR5.3

行程控制自動往返運動：1.能正向運行也能反向運行2.到位后能自動返回行程控制：

控制某些機械的行程，當運動部件到達一定行程位置時利用行程開關進行控制。STaSTb電機正程限位開關STaSTb逆程用于自動往復控制或限位保護等。行程開關(限位開關)(b)示意圖

結構與按鈕類似，但其動作要由機械撞擊。未撞擊撞擊(a)外形圖ST常開觸點常閉觸點ST(c)符號行程開關的外形符號STaSTb前進(正轉）后退12行程開關自動往返運動：擋塊SBKMRSBFKMFKMFKMRSTbSTaKMFKMRSBR時間繼電器:是從得到輸入信號(線圈通電或斷電)起，經(jīng)過一段時間延時后才動作的繼電器。+直流電磁式結構圖阻尼銅套銜鐵工作原